JP2011138639A

JP2011138639A - 冷陰極放電ランプおよびバックライト装置

Info

Publication number: JP2011138639A
Application number: JP2009296569A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Yamada; 一輝山田; Takashi Nishihara; 隆史西原
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-14

Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電ランプおよびバックライト装置を提供する。
【解決手段】本発明の冷陰極放電ランプは、内径が５．０ｍｍ以下であるガラスバルブ１１と、ガラスバルブ１１の内部に封入された放電媒体と、ガラスバルブの内部に設けられた一対の電極３２とを具備し、１０ｍＡ以上の電流で駆動される冷陰極放電ランプであって、放電媒体はアルゴンとクリプトンの混合ガスで構成され、クリプトンの分圧比が１０％以上、９０％以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶テレビやノートパソコンの光源などに用いられる冷陰極放電ランプおよびバックライト装置に関する。

現在、液晶テレビに搭載されたバックライト装置に用いられている光源は、冷陰極放電ランプが主流である。冷陰極放電ランプは、ガラスバルブの内部に希ガスや水銀などの放電媒体が封入され、その内端部に一対の電極が配置されてなるものである。その希ガスには、特許文献１に記載のように、従来よりネオンとアルゴンからなる混合ガスが用いられている。

ここで、昨今、液晶表示装置のコストダウン化が進んでおり、冷陰極放電ランプについてはランプ本数を低減することが要求されている。単純に冷陰極放電ランプの本数を減らすと、バックライトで得られる光量が従来よりも下がってしまうため、必然的にランプ一本あたりの光量を増やす必要が生じている。

特許第３０６８６５９号公報

ランプ一本あたりの光量を増やす方法として、冷陰極放電ランプに供給する電流を増やす方法がある。しかし、ネオンとアルゴンからなる従来の冷陰極放電ランプに高電流を投入しても発光効率があまり増加せず、かつ短寿命となってしまうことがわかった。

本発明の目的は、発光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電ランプおよびバックライト装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の冷陰極放電ランプは、内径が５．０ｍｍ以下であるバルブと、前記バルブの内部に封入された放電媒体と、前記バルブの内部に設けられた電極とを具備し、１０ｍＡ以上の電流で駆動される冷陰極放電ランプであって、前記放電媒体はアルゴンとクリプトンの混合ガスで構成され、クリプトンの分圧比が１０％以上、９０％以下であることを特徴とする。

本発明によれば、発光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電ランプおよびバックライト装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための全体図。ガス種、ガス比を変えたランプに異なる電流を供給したときの発光効率について説明するための図。ガス種、ガス比を変えたランプに異なる電流を供給したときの管電圧について説明するための図。ガス種、ガス比を変えたランプにおける電極スパッタリング量および水銀消耗量について説明するための図。ガス種、ガス比を変えたランプにおけるアルゴン（９１３ｎｍ）の発光強度について説明するための図。本発明の第２の実施の形態のバックライトについて説明するための図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態の冷陰極放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図である。

冷陰極放電ランプの容器は、軟質ガラスや硬質ガラスからなるガラスバルブ１で構成されている。ガラスバルブ１は内径が５．０ｍｍ以下であるような両端部が封じられた細長い筒型の形状であり、その内部には放電空間１１が形成されている。放電空間１１には、水銀および希ガスからなる放電媒体が封入されている。希ガスとしてはアルゴンとクリプトンの混合ガスが用いられている。ガラスバルブ１の内面には、少なくともランプの光放出領域を覆う範囲にＲＧＢの３波長蛍光体からなる蛍光体層２が形成されている。

ガラスバルブ１の両端には、電極マウント３が封着されている。この電極マウント３は、インナーリード３１、電極３２、アウターリード３３およびビーズ３４とで構成されている。

インナーリード３１は、ガラスバルブ１の端部に封着され、その一端は放電空間１１に、他端はガラスバルブ１の外部の空間に、管軸に沿うように導出されている。インナーリード３１としては、ガラスバルブ１の熱膨張係数に近い材料を選択するのが望ましく、例えば、硬質ガラスの場合にはモリブデンやタングステン、コバール（ニッケル、鉄、コバルトからなる合金）、軟質ガラスの場合には鉄とニッケルからなる合金などが好適である。

電極３２は、いわゆる冷陰極やホロー電極と呼ばれる電極であり、ヘッダー加工などによりカップ状に形成され、その開口がガラスバルブ１の中央側を向くように放電空間１１の両側に一対配置されている。電極３２としては、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニオブ、レニウム、ニッケルを母材とした合金、鉄を母材とした合金などの耐スパッタ性に優れた材料で構成するのが望ましい。

アウターリード３３は、例えばジュメット（銅で被覆されたニッケル線）からなり、ランプ軸に沿って外部空間方向に延出するように、インナーリード３１と接続されている。

ビーズ３４は、インナーリード３１の軸部材に形成されたガラスバルブ１の熱膨張係数とほぼ同じ材料からなるガラス玉であり、ガラスバルブ１の両端部に気密封着されている。

下記に本実施の形態の冷陰極放電ランプの一実施例を示す。

（実施例）
ガラスバルブ１；硼珪酸ガラス製、全長＝７３０ｍｍ、外径＝４．０ｍｍ、内径＝３．０ｍｍ、
放電媒体；水銀＝２．７ｍｇ、アルゴン５０％とクリプトン５０％の混合ガス、ガス圧＝３０ｔｏｒｒ、
蛍光体層２；ＲＧＢ蛍光体で構成、
インナーリード３１；コバール製、直径＝１．０ｍｍ、
電極３２；ニッケル製、長さＬ＝２０ｍｍ、内径＝２．５ｍｍ、外径＝２．７ｍｍ、底部厚み＝０．２０ｍｍ、
アウターリード３３；ジュメット製。

上記の冷陰極放電ランプ（以下、実施例１）と、ネオン９０％とアルゴン１０％の混合ガスを封入した冷陰極放電ランプ（以下、従来例）について、バックライト装置内に配置（詳しくは、後述の図６を参照）し、ランプ一本あたり電力＝１３Ｗ、電流＝２１ｍＡ、周波数＝５５ｋＨｚを入力して点灯したところ、実施例１の方が従来例よりも３０％程度、発光効率が良いことが確認された。実施例のランプで発光効率が改善された理由としては、内径が５．０ｍｍ以下であるような小径のランプにアルゴンとクリプトンの混合ガスを封入し、高電流で点灯することにより、蛍光体の励起に寄与する紫外線（２５４ｎｍ）が増加し、蛍光体の発光量が多く得られるようになったことが考えられる。また、管電圧が低下したことも発光効率が改善された理由に挙げられる。一方、従来例のランプは、陽光柱部分の温度が上昇し、水銀蒸気圧が高くなりすぎて水銀の自己吸収作用が強くなったため、発光効率が低くなったと考えられる。

上記の結果を受けて、ガス種、ガス比を変えたランプに異なる電流を供給したときの発光効率および管電圧について試験を行った。その結果を図２および図３に示す。なお、図中の実施例２はアルゴン９０％とクリプトン１０％、実施例３はアルゴン１０％とクリプトン９０％、比較例はアルゴン１００％のガスを封入したランプのことを示す。

図２から、実施例１〜３は従来例や比較例と比べて発光効率が高いことがわかる。その効果は、１０ｍＡ以上の高電流領域において現れるが、特に２０ｍＡ以上になると顕著となる。また、図３から、実施例１〜３は従来例と比べて管電圧が低く、電流値が高くなるほど管電圧が低下することがわかる。これらの結果は、実施例のランプは、高電流の投入により、ランプが高温となる条件のときに高発光効率が得られることを示している。

次に各ランプについて、電極のスパッタリング量と水銀の消耗量を測定した。その結果を図４に示す。なお、試験は２００時間点灯後の結果である。

結果より、実施例１〜３は従来例よりも、電極のスパッタリング量および水銀の消耗量が少ないことがわかる。電極のスパッタリングおよび水銀の消耗量が少なくなると、スパッタリングの際に水銀と電極材質とからなるアマルガム層が形成されたり、アマルガム層形成の際にガラス管内の希ガス等が封じ込められたりして、実質的に水銀や希ガスが消耗することを抑制可能になるためランプの長寿命化につながる。なお、電極のスパッタリングおよび水銀の消耗量が少なくなれば、水銀量を低減しても従来と同等の寿命を維持することが可能となるため、地球環境に貢献することもできる。

また、実施例１〜３では、リモートコントローラーの誤作動等の発生を抑制することができる。すなわち、赤外線を用いたリモートコントローラーで液晶テレビなどを操作する場合、ランプから放出される赤外線によりその操作が妨害等されたりすることがあったが、図５のとおり、実施例１〜３ではその原因となる９１３ｎｍ付近の赤外線の放射が抑制されるため、リモートコントローラーの誤作動等の発生を抑制することができる。

また、レディッシュの発生も抑制することができる。すなわち、ネオンとアルゴンの混合ガスを用いていた従来のランプでは、スパッタリングなどで寿命中にアルゴンが消耗することによりレディッシュと呼ばれるネオン発光が発生することがあったが、実施例１〜３ではアルゴンとクリプトンの混合ガスで構成されているので、寿命中のレディッシュの発生を抑制することができる。

以上、内径が５．０ｍｍ以下であるような冷陰極放電ランプを１０ｍＡ以上、好適には２０ｍＡ以上（ただし、現状では１５０ｍＡが限界）の電流で駆動する場合に、アルゴンとクリプトンの混合ガスを封入することでさまざまなメリットが得られることを説明したが、これらの試験によりクリプトンの分圧比が少ないとクリプトンの枯渇による短寿命が懸念され、多いと電極のスパッタリング量が従来例と大差なくなってしまうことも確認されている。したがって、混合ガス中のクリプトンの分圧比は１０％以上、９０％以下、特に４０％以上、６０％以下に設定するのが望ましい。

なお、放電ランプという広い分野において、希ガスにクリプトンを混ぜること自体は、特開２００５−３０２６６０号公報、特開昭６０−１３００４６号公報、国際公開第２００７／０３２３１９パンフレットなどで公知である。しかし、特開２００５−３０２６６０号公報、特開昭６０−１３００４６号公報は、アルゴンとクリプトンの他にキセノン、ヘリウム、ネオンなどの他のガスも多量に含んだ構成であり、このようなガス構成では本発明のような効果は得られない。一方、国際公開第２００７／０３２３１９パンフレットには、アルゴンとクリプトンで構成された混合ガスを用いた熱陰極蛍光ランプの発明が開示されている。しかし、冷陰極放電ランプにおいては、所定のガス比率のアルゴンとクリプトンからなる混合ガスを封入することに加え、ランプの内径を制限するとともに所定の電流領域で点灯することにより、高発光効率かつ長寿命を実現できることは知られていない。

したがって、本実施の形態では、内径が５．０ｍｍ以下であるガラスバルブ１１の内部に、放電媒体としてクリプトンの分圧比が１０％以上、９０％以下であるアルゴンとクリプトンの混合ガスと水銀を封入するとともに、一対のカップ状の冷陰極を配置し、１０ｍＡ以上の電流で駆動することにより、２５４ｎｍ付近の紫外線が増すとともに、管電圧が低下し、かつ電極のスパッタリングによる水銀や希ガスの消耗が抑制されるため、発光効率が高く、長寿命な冷陰極放電ランプを実現することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態のバックライトについて説明するための図である。これ以降の実施の形態の各部については、第１の実施の形態の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

バックライトは、筐体としてケース１０を備えている。このケース１０は、フロントケース１０１とバックケース１０２とで構成されており、それらはステンレスなどの金属を成形してなるものである。フロントケース１０１は、開口部１０１１が形成された蓋体であり、バックライトの正面側に配置されている。バックケース１０２は、底部と側部とで構成された有底開口体であり、バックライトの背面側に配置されている。そのバックケース１０２の内面側には、反射シートが形成されている。

バックケース１０２の内部には、ランプホルダ２０が配設されている。ランプホルダ２０は、円形の空間を形成する一対の金属片と、金属片を覆うように構成されたホルダケースとで構成されている。一対の金属片はステンレス、ホルダケースはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂からなるものである。

ランプホルダ２０には、冷陰極放電ランプ３０が保持されている。冷陰極放電ランプ３０は第１の実施の形態で説明したようなランプであるが、ランプ端にはステンレスからなる口金が設けられている。口金は、ガラスバルブ１の端部を覆いつつ、アウターリード３３と接続されている。つまり、口金部分を一対の金属片で狭持することで、冷陰極放電ランプ３０をランプホルダ２０に保持している。

バックケース１０２の底部背面側には、点灯回路ユニット４０が配置されており、ランプホルダ２０の一対の金属片を介して冷陰極放電ランプ３０に電力を供給可能になっている。この点灯回路ユニット４０は、基板と、基板に形成された配線パターンと、配線パターンと電気的に接続されるように、基板上に実装されたトランスなどの回路素子とで構成され、ランプが有する一対の電極のうち、一方を高圧側、他方を低圧側に設定する、いわゆる片側高圧の回路構成となっている。

バックケース１０２の開口部分には、フロントケース１０１と挟まれるように光学面材５０が配置されている。この光学面材５０としては、輝度向上かつ輝度ムラ抑制の機能を持つものが望ましく、例えば拡散板と拡散シートやプリズムシートや偏光シートなどのシートを組み合わせて使用することができる。

このようなバックライト装置では、一本あたりの冷陰極放電ランプ３０から得られる光量が多いため、ランプ本数を削減でき、したがって価格を安く、かつ消費電力を低くすることができる。なお、本発明のランプは、点灯時のケース１０内の雰囲気温度が４０℃以上（ただし、８０℃以下）となる条件で使用するのが望ましい。

以上、本発明の実施の形態をいくつか説明したが、本発明は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

冷陰極放電ランプは、Ｌ字、Ｕ字、コ字等、屈曲部を有するようなランプであっても良く、形状は限定されない。

希ガスは、大部分（例えば９５％以上）がアルゴンとクリプトンであれば、ヘリウム、ネオン、キセノンなどの他のガスが混ざっていてもよい。ただし、他のガスが混ざると、少量であっても発光効率等が低下する傾向があるので、実質的にアルゴンとクリプトンのみの混合ガスで構成されるのが最適である。

ガラスバルブ１の内部に、電子放出物質を設けてもよい。具体的には、電極３２の内表面または／および外表面に硫酸セシウムを形成したり、電極３２付近に位置する蛍光体層２上に硫酸セシウムからなる膜を積層したり、酸化アルミナの微粒子を混ぜた蛍光体層２をガラスバルブ１内面に形成してもよい。本発明は、従来例のランプで得られていたペニング効果を期待することができなくなるために、始動電圧の上昇やばらつきの拡大が懸念されるようになるが、上記構成を採用することで、始動性を良好に保ちつつ、発光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電ランプを実現することができる。

なお、電子放出物質は、ランタン、バリウム、ストロンチウムなどであってもよく、つまり希土類金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物であるのが望ましい。また、それらを形成する場所・部位も特に限定されないが、電極周辺に電子が供給されるように構成するのが望ましい。

電極３２の長さをＬとしたとき、Ｌ≧１５ｍｍとしてもよい。本発明のようにアルゴンとクリプトンを封入したランプを高電流で点灯させると、電極３２付近のガラスバルブ１の温度も高くなるため、バックライト実装時に樹脂からなるランプホルダ２０のホルダケースを溶融させてしまうことが懸念されるためである。つまり、電極の長さＬを、Ｌ≧１５ｍｍに設定することで、ランプホルダの樹脂の溶融を抑制しつつ、発光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電ランプを実現することが可能となる。なお、電極の長さＬはＬ≧２０ｍｍ（ただし、４０ｍｍ以下）であるとさらに望ましい。

１ガラスバルブ
１１放電空間
２蛍光体層
３電極マウント
３１インナーリード
３２電極
３３アウターリード
３４ビーズ

Claims

内径が５．０ｍｍ以下であるバルブと、前記バルブの内部に封入された放電媒体と、前記バルブの内部に設けられた電極とを具備し、１０ｍＡ以上の電流で駆動される冷陰極放電ランプであって、
前記放電媒体はアルゴンとクリプトンの混合ガスで構成され、クリプトンの分圧比が１０％以上、９０％以下であることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
前記バルブの内部には、電子放出物質が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
前記電極の長さをＬとしたとき、Ｌ≧１５ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載する冷陰極放電ランプ。
開口部を備えたケースと、
前記ケース内に並列に複数配置された請求項１〜請求項３に記載の冷陰極放電ランプと、
前記ケースに、前記冷陰極放電ランプに電力を供給可能なように配置された点灯回路と、を具備することを特徴とするバックライト装置。