JP2714477B2

JP2714477B2 - 冷陰極放電灯およびこれを用いた照明装置ならびに液晶表示装置

Info

Publication number: JP2714477B2
Application number: JP23934290A
Authority: JP
Inventors: 将実高木; 英彦野口
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH04121944A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、暗黒中での始動特性を改善した冷陰極放電
灯、特に冷陰極キセノン放電灯およびこれを用いた照明
装置ならびに液晶表示装置に関する。

（従来の技術）一般に各種放電ランプは、始動時に放電のきっかけと
なる初期電子が存在しないと電離が円滑に行われず、し
たがって始動が不能もしくは困難になる。

放電のきっかけとなる初期電子としては、熱電子、光
電子、高電界により放出される電子、自然界の宇宙線な
どがあるが、外部からの光が届かない暗黒雰囲気中に放
電灯を留置きした場合は、光電子が存在しないため宇宙
線のみとなり、始動が困難になる。また完全に遮蔽され
たハウジングやケーシング内でランプを使用する場合は
自然界の宇宙線さえも届かなくなる場合が多く、初期電
子は期待できない。さらに、熱電子で始動する場合は、
一般に電極に熱電子放射性物質を設けこれを加熱して熱
電子の供給を行うので、加熱形の電極を必要とし、電極
構造が複雑になる。

特に、電極として冷陰極を用いたランプは、始動時に
冷陰極が熱電子を放出する構造になっていないため暗黒
での始動特性が良くない。

しかもバルブ内にキセノンを主体とした放電ガスを封
入して水銀を封入しない場合、すなわち冷陰極キセノン
放電灯の場合は、本来的にキセノンの電離特性はよくな
いから放電し難く、始動電圧が高くなり、始動に時間が
かかる傾向がある。

すなわち、冷陰極キセノン放電灯は暗黒中での始動特
性は良くない欠点がある。

従来においてこのような冷陰極キセノン放電灯の始動
特性を改善するため、電極に⁶³Niや¹⁴⁷Pmなどのような
放射性同位元素（RI）を設けるか、CaOを塗布して外部
光を照射することにより初期電子を放出する手段が採用
されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、放射性同位元素を設けるものは、これ
の取扱いに専門的な注意が必要であり、しかも電極に密
封線源の形態で封止こむ必要があるため電極構造が複雑
になり、電極の製造に手間を要し、高価になる。

一方、CaOの場合は、外部光がないと電子を放出しな
いから完全な暗黒中では良好に機能せず、信頼性に劣る
不具合がある。

本発明においては、取扱いが容易で、放電のきっかけ
となる初期電子を常時放出して始動特性が改善される冷
陰極放電灯およびこれを用いた照明装置ならびに液晶表
示装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）第１の請求項に記載の発明は、バルブの内面にけい光
体被膜を形成するとともに、このバルブの少なくとも一
端内部に冷陰極を設け、かつバルブ内部に少なくともキ
セノンを含む希ガスを封入した冷陰極放電灯において、
上記冷陰極近傍のバルブの内面に、暗黒中に仕事関数以
下の刺激エネルギーで電子を放出する電子放射物質を設
け、この電子放射物質はけい光体被膜で覆わずに放電空
間に露出させたことを特徴とする冷陰極放電灯である。

第２の請求項に記載の発明は、上記電子放射物質は、
金属層で覆ったことを特徴とする第１の請求項に記載の
冷陰極放電灯である。

第３の請求項に記載の発明は、上記電子放射物質は、
酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛または
酸化鉛であることを特徴とする第１または第２の請求項
に記載の冷陰極放電灯である。

第４の請求項に記載の発明は、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の冷陰極放電灯を光源と
して用いたことを特徴とする照明装置である。

第５の請求項に記載の発明は、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の冷陰極放電灯をバック
ライトとして用いたことを特徴とする液晶表示装置であ
る。

（作用）第１ないし第５の請求項に記載の発明によれば、いず
れの発明も、バルブの内面に設けたExo電子放射物質が
暗黒中でも電子を放出するから、放電のきっかけをつく
り始動性を向上させることができる。しかも、Exo電子
は低速電子であるためExo電子放射物質をけい光体被膜
などで覆った場合は、けい光体被膜に吸収されて放電空
間に飛び出す確率が低くなり、充分な放電破壊を期待で
きなくなる心配があるが、放電空間に露出状態で形成す
るので放電開始に有効に寄与する。そして、このような
露出状態のExo電子放射物質を電極近傍に設けたので、
この部分にけい光体被膜が形成されていなくても電極近
傍であるため輝度分布に大きな悪影響を生じなくなり、
また陽光柱中に位置するため電界で加速されて良好な放
電破壊を促し、確実な始動が可能になる。

（実施例）以下本発明について、第１図および第２図に示す第１
の実施例にもとづき説明する。

第１図は液晶表示装置のバックライトなどに使用され
る冷陰極キセノン放電灯の断面を示し、10はガラスバル
ブである。

本実施例のバルブ10は直管形をなしており、外径が6.
5mm、内径が5.0mmの略真円形となっており、バルブ10の
全長は例えば270mm、電極間間距離が250mmに設定された
放電空間11を有している。

バルブ10の両端はボタンステム12、12で閉封されてお
り、これらステム12、12にはそれぞれ電極20、20が設け
られている。電極20、20は冷陰極であり、ニッケル板を
円筒形に加工した電極本体21と、この電極本体21に接続
されたリード線22とで構成されており、このリード線22
がボタンステム12を気密に貫通されている。

バルブ10の上記放電空間11には、キセノンを主体とし
たガス、例えばキセノンとアルゴン、またはキセノンと
ネオンなどが封入されている。

バルブ10の放電空間11に面した内面にはけい光体被膜
15が形成されている。けい光体被膜15は、例えば各々ブ
ルー、ブリーン、レッドに発光領域を有するけい光体を
混合した３波長発光けい光体が使用されている。

上記バルブ10の端部には、電極20、20の近傍に位置し
てExo電子を放射する物質からなる層18、18が形成され
ている。このExo電子放射物質層18は、透光性金属酸化
物からなり、例えばアルミナAl₂O₃、マグネシアMgOなど
からなる。本実施例ではExo電子放射物質層18としてア
ルミナ粉末の層が採用されている。

上記アルミナからなるExo電子放射物質層18は、例え
ば酢酸ブチルに、微粒子アルミナと酸化綿とを混入して
懸濁液を作り、この懸濁液をバルブ10の内面に塗布し、
これを焼成してセラミック化させることにより形成する
ことができる。

なお、他の方法としては、有機化合アルミ液、例えば
アルコキシドアルミ液をバルブ10の内面に塗布し、これ
を乾燥後、焼成してアルミナ膜として形成することもで
きる。

また、アルミを酸化物の形態でなくAlの状態でバルブ
10の内面に塗布し、バルブの封止、排気工程の加熱で酸
化させるようにしてもよい。

上記Exo電子放射物質層18は直接放電空間11に露出さ
れており、すなわちExo電子放射物質層18はけい光体被
膜15で覆われていない。さらに説明すると、本実施例の
場合、バルブ10の内面に形成したけい光体被膜15は、電
極20、20に近接して対向する箇所が剥がされ、ここにEx
o電子放射物質層18、18が形成されているものである。

このような、冷陰極キセノン放電灯は、図示しない高
周波トランジスタインバータ回路を通じて周波数50KHz
で高周波点灯されるようになっている。

上記のような構成の冷陰極キセノン放電灯は、暗黒中
でも容易に始動し、始動時間が大幅に短縮される。

すなわち、バルブ10の内面に形成したExo電子放射物
質層18、例えばアルミナ被膜は、常温で暗黒中であって
も高電界を付与することなく常に電子を放出している。

このため、このExo電子が放電のきっかけとなり、こ
の冷陰極キセノン放電灯を暗黒中で、周囲が宇宙線から
遮断された空間内で点灯させても速やかに点灯する。

しかも、Exo電子放射物質層18はけい光体被膜15で覆
わないようにしたから、放電空間に飛び出す確率が高
く、放電破壊を促す。すなわち、Exo電子は低速電子で
あるためExo電子放射物質18をけい光体被膜15などで覆
った場合は、Exo電子がけい光体被膜15に吸収されて放
電空間に飛び出す確率が低くなり、充分な放電破壊を期
待できなくなる心配がある。また、けい光体被膜15は、
これを構成するけい光体の粒径、粒度分布、相対接触帯
電量などにより絶縁特性が変わる性質があり、けい光体
被膜15でExo電子放射物質層18を覆うと、使用したけい
光体によってはExo電子放射物質層18から放出される電
子が放電空間11に円滑に飛び出さなくなる心配がある。

これに対し、上記実施例ではExo電子放射物質層18を
けい光体被膜15で覆わないようにして放電空間に露出状
態で形成したので、放電空間に飛び出す量が多く、放電
破壊を生じる確率を高くする。

そして、このような露出状態のExo電子放射物質18は
電極20の近傍に設けたので、この部分にけい光体被膜15
が形成されていなくてもけい光体被膜15のない領域は電
極近傍であるから輝度分布に大きな悪影響を生じない。
また、電極20の近傍であればExo電子放射物質18が陽光
柱中に位置するためExo電子が電界によって加速され、
良好な放電破壊を促し、確実な始動を可能にする。

これらを実験した結果について、第２図にもとづき説
明する。

第２図は暗黒中での始動時における点灯開始に要する
時間と、その発生率（相対値）との関係を調べた特性図
である。

図中、実線Ａが第１図に示すように、電極20の近傍の
バルブ10内面に、けい光体被膜15で覆うことなくアルミ
ナからなるExo電子放射物質層18を形成したランプの場
合である。

また、一点鎖線Ｂおよび破線Ｃは、ともにExo電子放
射物質層18をけい光体被膜15で覆った場合のランプで、
ＢとＣは用いたけい光体の種類を変えた場合である。

上記特性図から明らかなように、第１図に示す構成の
ランプＡは、きわめて短時間にかつ確実に始動する。

これに対し、Exo電子放射物質層18をけい光体被膜15
で覆ったランプＢとＣは、用いたけい光体の種類により
始動性がよくなるものとそうでないものがあることが判
る。

そして、本発明のランプであれば、放射性同位元素を
用いなくてもよいから取扱いが容易となり、電極の構造
も従来の冷陰極を変更する必要がなく、構造が簡単で製
造に手間を要さず安価になる。

また、外部光がなくても始動が可能であるから、信頼
性が向上することになる。

なお、本発明は上記の実施例に制約されるものではな
い。

すなわち、第１図の場合、Exo電子放射物質層18をけ
い光体被膜15とは独立した被膜構造としたが、第３図に
示す第２の実施例のように、けい光体被膜15の内面にEx
o電子放射物質層18を重ねて積層形成してもよい。

また、第１図の場合、バルブ10の両端部に設けたそれ
ぞれの電極20、20に対向してExo電子放射物質層18、18
を形成したが、第４図に示す第３の実施例のように、一
方の電極20側のみにExo電子放射物質層18を形成しても
よい。

さらに、第１図の場合、バルブ10の両端部にそれぞれ
内部電極として封装した場合を説明したが、本発明はこ
れに限らず、一方の電極は外部電極で構成してもよい。

すなわち、第５図に示す第４の実施例においては、バ
ルブ10の一端に冷陰極20を設け、バルブ10の外面にバル
ブ軸方向に沿って帯形状をなして延びる外部電極30を設
けた冷陰極キセノン放電灯を示す。このような構成のラ
ンプはメータの指針などに使用されるのに好適し、内径
が10mm以下の細い形状とされる。

このような冷陰極キセノン放電ランプであっても、バ
ルブ10の内面に、冷陰極20と対向して、けい光体被膜15
で覆われないアルミナやマグネシアなどからなるExo電
子放射物質層18を形成すれば、暗黒中でもきわめて短時
間に始動する。

また、第６図に示す通り、Exo電子放射物質層18を金
属層40で被覆しもよい。

さらに、Exo電子放射物質層18は、アルミナAl₂O₃やマ
グネシアMgOのほかに、酸化亜鉛ZnOや酸化鉛PbOであっ
ても同様の効果があることが確認されている。

そして、バルブの断面形状は円形、楕円形または長円
形のいずれの場合であってもよい。

また、本発明は、バルブの内部に冷陰極を設けたラン
プに適用されるもので、既に述べた通り冷陰極ランプの
場合は始動時に冷陰極が熱電子を放出する構造となって
いないため、暗黒での始動特性が悪い。しかもバルブ内
にキセノンを主体とした放電ガスを封入した場合、すな
わち冷陰極キセノン放電灯では、キセノンの電離特性が
よくないので放電し難く、始動電圧が高くなり、始動に
時間がかかる傾向がある。

したがって本発明は、このような冷陰極キセノン放電
灯に適用して有効であることが判る。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、バルブの内面に
設けたExo電子放射物質が暗黒中でも電子を放出するか
ら、放電のきっかけをつくり始動性を向上させることが
できる。このため、放射性同位元素を用いなくてもよい
から取扱いが容易となり、電極の構造も従来の冷陰極を
変更する必要がなく、構造が簡単で製造に手間を要さず
安価になる。また、外部光がなくても始動が可能である
から、信頼性が向上する。

しかも、Exo電子放射物質はけい光体被膜で覆わない
ので、Exo電子がけい光体被膜に吸収されたり、けい光
体被膜の絶縁特性等の物性の影響を受けず、電子の放出
が確実かつ安定するとともに、このExo電子放射物質は
電極近傍に設けたので、Exo電子が電界に加速されて放
電空間に飛び出し、放電破壊を促して確実な始動を可能
にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す冷陰極キセノン放
電灯の断面図、第２図は始動時間の特性図、第３図は本
発明の第２の実施例を示す冷陰極キセノン放電灯の断面
図、第４図は本発明の第３の実施例を示す冷陰極キセノ
ン放電灯の断面図、第５図は本発明の第４の実施例を示
す冷陰極キセノン放電灯の断面図、第６図は本発明の第
５の実施例を示す冷陰極キセノン放電灯の部分断面図で
ある。 10……バルブ、11……放電空間、20……冷陰極、15……
けい光体被膜、18……Exo電子放射物質層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブの内面にけい光体被膜を形成すると
ともに、このバルブの少なくとも一端内部に冷陰極を設
け、かつバルブ内部に少なくともキセノンを含む希ガス
を封入した冷陰極放電灯において、上記冷陰極近傍のバルブの内面に、暗黒中に仕事関数以
下の刺激エネルギーで電子を放出する電子放射物質を設
け、この電子放射物質はけい光体被膜で覆わずに放電空
間に露出させたことを特徴とする冷陰極放電灯。
【請求項２】上記電子放射物質は、金属層で覆ったこと
を特徴とする第１の請求項に記載の冷陰極放電灯。
【請求項３】上記電子放射物質は、酸化アルミニウム、
酸化マグネシウム、酸化亜鉛または酸化鉛であることを
特徴とする第１または第２の請求項に記載の冷陰極放電
灯。
【請求項４】第１の請求項ないし第３の請求項のいずれ
か１に記載の冷陰極放電灯を光源として用いたことを特
徴とする照明装置。
【請求項５】第１の請求項ないし第３の請求項のいずれ
か１に記載の冷陰極放電灯をバックライトとして用いた
ことを特徴とする液晶表示装置。