JP3107190U - 冷陰極管の改良 - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタを減少し且つ/または排除することによって冷陰極管の寿命を改良するか、または、少なくとも一般の人々に有用な選択を与える。
【解決手段】冷陰極管は、封止された照明管１を具備し、照明エンクロージャの内側表面２の少なくとも一部に燐コーティングが設けられている。電極３は、照明管の内側表面の領域に並列して設けられ、電気リード線を経由して外部のエネルギ源から通電可能であり、照明エンクロージャ内の主要イオン化領域に隣接して位置決めされる。燐光物質は、可視線を提供するために電極からの放電によって照明管内部に生成される放射によって励起されるものである。イオン化領域にもっとも近接した電極のその部分の表面の少なくとも一部には、高耐熱性の非伝導性材料から作られたキャップ５がかぶさる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、冷陰極管の改良に関する。

冷陰極管（ＣＣＦＬ）は一般に、不活性ガスか、または、不活性ガスと少量の水銀との混合物を含む管を具備する。管を通って電流を供給するために一対の相補的な電極が管の両端で封止され、電子の放出を促進するために少量の電子放出材料が電極の表面に塗布される。電極によって、十分に高い電圧がランプにわたって供給されるときには、構築された電界が、不活性ガスおよび水銀蒸気内の電子の幾分かを電極の方向に加速させる。幾分の電子およびそれによって形成されたイオンは、十分な運動エネルギで電極に到達し、電極を加熱させて、部分的には電界放出のメカニズムによって部分的には熱イオン放出によってより多くの電子を放出させる。処理が進みますます多くの電子がランプ容量内で形成されるにつれて、陰極からの電子放出プロセスが主に熱イオンである点へ電極は加熱され、ランプを通って形成される放電を持続するのに必要なエネルギの量は実質的に減少し、すなわち、気体／蒸気がイオン化される。イオン化した気体／蒸気の放電によって生成された紫外線は、次に、管上の燐コーティングを励起して白色／可視光を放出する。

冷陰極装置、たとえば、ネオンサイン灯、ガスレーザおよび蛍光灯内で一般に使用される電極は、金属製のカップ形状のまたは管形状の容器を一般に具備し、放射コーティングは普通、カップまたは管の内側表面上の薄いコーティングから構成される。

ランプの開始処理中に、いわゆる「グローからアーク」への転移が発生し、放電は当初は、電極が加熱されて熱イオン放出になるまでは電極の近傍の高い局在的な場の状態から、ランプが操作アーク放電モードにあるときの電極の近傍の比較的低いエネルギ局在場の状態になる。陰極の近傍の高い局在的な場の状態の間に、コーティングを含む全体的な電極構造は、熱イオン放出過程が発生するまで、比較的活動的な電子およびイオンによって絶えず攻撃される。攻撃のこの期間中に、一定の量の放出コーティングがスパッタされ、このメカニズムによって、連続開始および「グローからアーク」への転移時に、放出コーティングは消費され、結局は、電極が「活動停止」になりランプがもはや操作できなくなるように開始の連続の数の後に電子を放電へ供給するのに十分な放出コーティングがなくなる。

たとえば図１に示されたような種類のＣＣＦＬは、一般に、スキャナ、コピー機およびファックス機のバックライトを提供するために使用され、より重要なことには最近では、ＬＣＤモニタ／テレビに使用されている。ＬＣＤモニタ／テレビの重要な求められている特徴は、その寿命であり、これは、主としてその中で使用されるＣＣＦＬの寿命に依存する。多くの要因がＣＣＦＬの寿命を縮める可能性がある。たとえば、管の水銀の量が減少すると、蛍光顔料が変わり、ガラス管が劣化し、管内の廃棄気体の量が増え、電極が全体的に「老化」する。

現在のＣＣＦＬの一つの問題は、電子が管内の最も遠い電極（陰極）の端で小さな表面区域を攻撃するときにスパッタが発生することである（図６）。一般に使用されるＣＣＦＬの電極は、大半が管形状である（図１および２）。ガラス管の内径はおよそ１から８ｍｍであり、そのため、電極の直径はおよそ０．７から７ｍｍである。

二つの平行な金属プレートも、電極として一般に使用される（図３）。第三の可能性は、ロッド形状の電極である（図４）。

管形状の電極および平行プレートの電極の両方では、複数の電子放出が可能である（図５参照）。スパッタの一つの結果は、これが金属を、蛍光顔料またはガラス管の内壁に集まらせることである。

スパッタは、金属が壁に「塗布する」ため、ランプの輝度を低下する。壁に集まった金属もまた、電子用の二次伝導路を呈する（図１１参照）。二次伝導路は、ガラスから廃棄気体を放出させ、結果としてガラス管を破壊することもある。

したがって、本発明の目的は、スパッタを減少し且つ／または排除することによってＣＣＦＬの寿命を改良するか、または、少なくとも一般の人々に有用な選択を与えることである。

したがって、第一の態様において、本発明は、
イオン化可能な気体または蒸気を含む封止された照明管と、
上記管の端に設けられた少なくとも一つの電極と、
上記管の内側表面の少なくとも一部上のコーティングであって、上記電極の通電時に上記気体または蒸気のイオン化が、上記コーティングをして可視線を提供させるコーティングと、
上記電極の先端の少なくともスパッタを受けやすい部分に適合されてそれを覆い、且つ、上記電極の操作温度に耐えることができる少なくとも一つの電子またはイオンシールドと、
を具備する冷陰極管から構成される。

好ましくは、上記シールドは、上記管の他方の端に面する上記電極の少なくともその表面の少なくとも一部上に設けられたキャップを具備し、上記キャップは高耐熱性電気絶縁材料から作られる。

好ましくは、照明管は外径が１２ｍｍ未満である。

好ましくは、上記シールドは、エナメル、セラミックおよびクオーツのいずれの一つから選択された材料から作られる。

好ましくは、電極は管形状であり、上記シールドは、上記管状円筒形電極の内径よりもわずかに小さい内径と上記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径とを備えた環状リング形状である。

好ましくは、電極はロッド形状であり、上記シールドは、上記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径を備えたディスク形状である。

好ましくは、電極はロッド形状であり、上記シールドは、上記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径とそれを通る中央開口とを備えた環状リング形状である。

好ましくは、上記電極の二つは、上記照明管の各端に一つずつ設けられる。

好ましくは、上記電極は、端ではなくむしろ上記照明管内に設けられる。

好ましくは、上記シールドは、上記照明管内のイオン化領域にもっとも近い上記電極のその部分の表面の少なくとも一部上に設けられたキャップを具備し、上記キャップは高耐熱性電気絶縁材料から作られる。

好ましくは、電極のその部分の表面の上記少なくとも一部は、低熱伝達の部分であるような表面である。

好ましくは、電極のその部分の表面の上記少なくとも一部は、イオン化領域に面するような表面である。

第二の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管用の電極用の電子シールドから構成され、上記シールドは、上記電極の先端に係合する種類であり、上記管の他方の端に面する上記電極の少なくともその表面の少なくとも一部上に位置決めされることが可能である。

第三の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管内でスパッタを減少する方法から構成され、
方法は、少なくとも一部が上記管の他方の端に面する上記電極の上記先端の少なくともその表面を覆うようなやり方で、上記電極の先端に上記シールドを係合することを含む。

第四の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管内でスパッタを減少する方法から構成され、上記電極は、照明管の上記内側表面の領域に並列して設けられ、
方法は、上記照明管内のイオン化領域にもっとも近い上記電極のその部分の表面の少なくとも一部上に上記シールドを位置決めすることを含む。

第五の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管から構成され、上記電極は照明管の端領域に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、
上記対の上記各電極は、上記管の他方の端に面する上記電極の少なくともその表面の少なくとも一部上に設けられたシールドを含む。

第六の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管から構成され、上記電極は照明管内に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、各々が上記照明エンクロージャ内のイオン化領域に隣接して位置決めされ、
上記イオン化領域にもっとも近接した上記各電極のその部分の表面の少なくとも一部には、上記シールドがかぶさる。

第七の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管用の電極用の電子シールドから構成され、上記電極は照明管の端領域に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、平面は上記照明管の細長い軸に平行であり、
上記各シールドは、上記照明管の他方の端に面する上記電極のいずれのプレートの縁に係合する種類である。

第八の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管内のスパッタを減少する方法から構成され、上記電極は照明管の端領域に設けられた一対の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、上記プレートの平面は上記照明管の細長い軸に平行であり、
方法は、少なくとも一部が上記管の他方の端に面する上記電極の少なくともその縁の少なくとも一部を覆うようなやり方で、上記照明管の他方の端に面する上記電極の上記プレートの少なくとも一方の縁に上記シールドを係合することを含む。

第九の態様において、本発明は、上述のような冷陰極管内のスパッタを減少する方法から構成され、上記電極は一対の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、上記照明管の上記内側表面の領域に並列して設けられており、
方法は、上記照明管内のイオン化領域にもっとも近接した上記電極の上記プレートの少なくとも一方のその部分の表面の少なくとも一部上に上記シールドを位置決めすることを含む。

本発明が関する業界の当業者に対して、構造における多くの変更、および本発明の広く異なる実施の形態および適用が、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく提案される。本願の開示および説明は、純粋に例示的なものであり、いずれの意味でも限定するようには意図しない。

本発明の一つの実施の形態は、電極の少なくとも一方の一つの端（または、ランプがＤＣ電流によって駆動される場合には陰極のみに）に取り付けられるセラミック材料、クオーツまたはエナメル等の電気絶縁性であり耐熱性のある材料から作られた電子シールドまたはキャップの使用に関与する。一般に交流が、使用されるＣＣＦＬに加えられるため（普通、３０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲の周波数で）、両方の電極を「陰極」であるとみなすことができる。ＣＣＦＬは通常、封止された照明管１（好ましくは外径１２ｍｍ以下）から構成され、これはその内側を向いた表面２の少なくとも一部に燐材料を設けている。照明管（好ましくは円筒形の区分化された薄い壁）内に、たとえば図１０に示されるような、少なくとも一つの好ましくは二つの電極が設けられる。電極３は、それ自体が、たとえば図７に示されるように実質的に円筒形であってもよいか、または、たとえば図８に示されるように平行なプレートから構成されてもよいか、または、たとえば図９に示されるようにロッド形状であってもよい。

スパッタは、ランプが開始するときに最悪である。しかし、スパッタは開始後も発生し続ける（低い程度ではあるが）と思われる。電子の攻撃がスパッタの原因ではあるが、電極の加熱がスパッタを増大することもある（熱が原子をより活動的にし、結合をより容易に破壊する）。

管状電極（図７）では、イオン化領域に面する電極のへりが最悪のスパッタを有するが、それは、へりが電子攻撃の主要な区域であり、小さな区域を有するからである。電子シールドまたは電気的に絶縁のキャップがへりを覆うときには、キャップが絶縁であるという事実が、電子にキャップを攻撃しないようにさせるが、図１４に見られるように管状電極の内壁等の、電極の他の伝導部分を攻撃させる。その場合、攻撃の区域は大きく、そのためスパッタはあまり深刻ではない。図１２は、スパッタされた金属（電極の内壁の攻撃から）が、キャップを使用する本発明の好適な実施の形態にしたがって蒸着するのを示す。この図面は、適所にあるキャップを備えて、スパッタは依然として発生するが、蒸着は電極の縁から開始するのを示す。これは、スパッタされた金属が、管状電極の内壁から来たことを示す。

先行技術によるキャップのない図１３は、より深刻なスパッタを示し、スパッタされた金属（電極のへりの攻撃から）が蒸着する。スパッタされた金属によって覆われた領域の場所が、図１２に示されたものとは異なり、電極の縁の両側であることに注意されたい。

キャップが電子の経路を変えて、電極の攻撃を受けやすい小さな区域に当たるのを回避するが、これは、そうでなければ結果として深刻なスパッタになったであろうと思われる。

電極が一対の平行なプレートの形態であるときには、イオン化領域に面する平行なプレートの縁は、区域が小さいため、最悪のスパッタを有する。ロッド形状の電極では、その端でへりは鋭い縁であり、最悪のスパッタを有する。一般に、スパッタは、鋭い点があるところでは比較的深刻である。イオン化領域に面するロッド形状電極のディスク形状の端もまた、深刻なスパッタを有するであろう。比較的小さな区域であり、おそらくは完全に滑らかではない表面上に鋭い点があるからである。

図７および８は、本来の場所にあるキャップを示す。キャップは、高耐熱性材料から作られ、かなりの量の熱を吸収することができるように十分に厚いことが好ましい。キャップは、電子の動作の主要方向に面するように、且つ、そうでなければそれによって攻撃にかなりさらされるような領域で電極にかぶせるように、配置される。ここで、イオン化領域を参照すると、イオン化のもっとも有意な割合が電極によって誘発される球形または管のその領域であると理解すべきである。この領域は、通常は最大の連続した容量領域であり、たとえばガラス管が使用される場合には、イオン化領域は、その遠位端の間の管の実質的な部分である。これらの領域は、非イオン化領域としてみなされてもよく、通常は、電極の後ろにある管または球形のその領域である。言い換えると、一つの実施例では、非イオン化領域は、二つの電極の中間ではない球形または管内のいずれであってもよい。

特に、たとえば図７に示されるような薄壁の円筒形の性質の電極か、または、図８に示されるような薄壁の平坦な性質の電極は、電子が攻撃されることが可能である小さな主要区域のため、重大なスパッタ問題を招く可能性がある。しかし、加えて、たとえば図９ａおよび９ｂに示されるような中実ロッド電極は、その端表面がガラス管の主要な細長い方向に対して横方向であるときに（または実質的に直角で）、したがってそれによって、そのような表面を電子による最大衝撃力にさらすときに、保護的なキャップを提供することから恩恵を受けることができる。

図８ａおよび８ｂは、ＣＣＦＬ用の特定の電極配列の一つの形態を例示する。この構成において、一対の実質的に平行な（普通は金属の）プレート３は、互いに対して近接して位置決めされ且つ照明エンクロージャ内の主要イオン化領域に隣接する一つの領域に位置決めされるように設けられる。平行なプレート３の双方は、共通の電源からのエネルギによって供給される。管が細長い性質である電極の平面は、管の細長い方向に実質的に平行である。図８ａおよび８ｂは、両方の平行なプレートがキャップに覆われているのを示すが、キャップが平行なプレート３の一方のみを覆っても、依然としてスパッタの減少を達成する。

図９ａおよび９ｂは、ロッド形状の電極用の可能なキャップを示す。図９ｃは、ロッド形状の電極の少なくとも周囲表面にかぶさるのに十分なサイズの環状リングから構成されるキャップを例示する。

もっとも好適な形態において、封止された照明管１は、細長く、実質的に円筒形の部材であるが、代替として球形形状のエンクロージャが設けられてもよいことが企図される。したがって、好適な形態において、キャップは、管内のイオン化領域にもっとも近い電極のその端に設けられるが、より球形状のバージョンでは、それは、同様にイオン化領域にさらされる電極のその部分であり、且つ、そのような電極が大量の攻撃をもっとも受けやすい場所であることが企図される。

もっとも好適な形態において、電極は、封止された照明エンクロージャ（管であれ球形であれ）の一方の端へ向けて近接して設けられる。主要イオン化領域は、電極が設けられる場所から離れたそのようなエンクロージャのような領域に設けられる。

もっとも好適な形態において、ガラス管の内径はおよそ１から８ｍｍであり、そのため、管状での円筒形のまたはロッド形状の電極の外径はおよそ０．７から７ｍｍである。

キャップは、単にキャップを電極の先端上に置くことによって、電極に着脱自在に取り付けられてもよい。キャップは、電極で加熱されないため取り外すことができ、そのため、電極が形成された後に取り付けることができる別個の品目である。あるいは、キャップが永久に電極に取り付けられるように、電極とキャップとが加熱されてもよい。この場合、電極はその表面に穴または窪みがあることが好ましく、キャップは結果として、接触区域が増大するため、電極をしっかりとつかまえておく。

キャップは数多くの異なる電極用に説明されているが、スパッタを受けやすい電極のその部分のみを覆うことが重要であることは、当業者には理解される。したがって、いずれの形状のキャップまたはカバーが可能である。特に攻撃を受けやすい区域として、鋭い縁または点が挙げられる。イオン化領域に面する比較的小さな区域を備えた電極の部分もまた攻撃を受けやすい。

図１２および１３は、キャップを加えることの効果を示す。ランプは、８００時間使用後で示される。図１３は、あまり半透明ではない領域１０（またはスパッタ領域）を備えキャップのない電極を例示し、一方、図１２は、キャップ５およびあまり重要ではない（より小さいかまたはより半透明な）スパッタ領域１０ａを備えた電極３を例示する。キャップの使用で、ＣＣＦＬの寿命は、２倍から５倍に延びることもあることが、経験によって示される。さらに、減少したスパッタまたはスパッタがないとは、二次伝導路がないことを意味し、したがって、照度効率は２から５％増加することができる。

先行技術のＣＣＦＬの側面図である。 先行技術の電極の斜視図である。 代替の先行技術の電極の斜視図である。 さらに代替の先行技術の電極の斜視図である。 先行技術の電極を通る断面図であり、それに対する電子の反射的な動作を例示する。 先行技術の電極を通る断面図であり、スパッタを引き起こす電極の長手方向表面に対する横方向における電子の衝撃を例示する。 上に設けられたキャップを備えた本発明の電極の斜視図である。 図７ａを通る断面図である。 上に設けられたキャップ部材を備えた本発明の電極の代替構成の斜視図である。 図８ａを通る断面図である。 キャップ部材が設けられた代替の中実ロッド電極の斜視図である。 図９ａを通る断面図である。 上に設けられた代替のキャップ部材を備えた中実ロッド電極の図である。 キャップ部材が設けられた電極を備えたＣＣＦＬの断面図である。 ＣＣＦＬを通る先行技術の断面図であり、ガラス管の内側表面に金属顔料が蒸着することが、電子の二次伝導路を形成する可能性があることを示す。 キャップ部材が設けられて８００時間使用後のＣＣＦＬの図である。 キャップ部材のない８００時間使用後のＣＣＦＬの図である。 キャップ付電極の等角図であり、それに対する電子の動作を例示する。

符号の説明

１ 照明管
２ 表面
３ 電極、プレート
５ キャップ
１０ あまり半透明ではない領域
１０ａ スパッタ領域

Claims (16)

1. 冷陰極管であって、
   イオン化可能な気体または蒸気を含む封止された照明管と、
   前記管の端に設けられた少なくとも一つの電極と、
   前記管の内側表面の少なくとも一部上のコーティングであって、前記電極の通電時に前記気体または蒸気のイオン化が、前記コーティングをして可視線を提供させるコーティングと、
   前記電極の先端の少なくともスパッタを受けやすい部分に適合されてそれを覆い、且つ、前記電極の操作温度に耐えることができる少なくとも一つの電子またはイオンシールドと、
   を具備する冷陰極管。
2. 前記シールドは、前記管の他方の端に面する前記電極の少なくともその表面の少なくとも一部上に設けられたキャップを具備し、前記キャップは高耐熱性電気絶縁材料から作られる請求項１記載の冷陰極管。
3. 前記照明管は外径が１２ｍｍ未満である請求項１記載の冷陰極管。
4. 前記シールドは、エナメル、セラミックおよびクオーツのいずれの一つから選択された材料から作られる請求項１記載の冷陰極管。
5. 前記電極は管形状であり、前記シールドは、前記管状円筒形電極の内径よりもわずかに小さい内径と前記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径とを備えた環状リング形状である請求項１記載の冷陰極管。
6. 前記電極はロッド形状であり、前記シールドは、前記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径を備えたディスク形状である請求項１記載の冷陰極管。
7. 前記電極はロッド形状であり、前記シールドは、前記円筒形電極の外径よりもわずかに大きい外径とそれを通る中央開口とを備えた環状リング形状である請求項１記載の冷陰極管。
8. 前記電極の二つは、前記照明管の各端に一つずつ設けられる請求項１記載の冷陰極管。
9. 前記電極は、端ではなくむしろ前記照明管内に設けられる請求項１記載の冷陰極管。
10. 前記シールドは、前記照明管内のイオン化領域にもっとも近い前記電極のその部分の前記表面の少なくとも一部上に設けられたキャップを具備し、前記キャップは高耐熱性電気絶縁材料から作られる請求項９記載の冷陰極管。
11. 前記電極のその部分の前記表面の前記少なくとも一部は、低熱伝達の部分であるような表面である請求項１０記載の冷陰極管。
12. 前記電極のその部分の前記表面の前記少なくとも一部は、前記イオン化領域に面するような表面である請求項１０記載の冷陰極管。
13. 請求項１記載の冷陰極管用の電極用の電子シールドであって、前記電極の先端に係合する種類であり、前記管の他方の端に面する前記電極の前記少なくともその表面の少なくとも一部上に位置決めされることが可能である電子シールド。
14. 前記電極は前記照明管の端領域に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、
    前記対の前記各電極は、前記管の他方の端に面する前記電極の少なくともその表面の少なくとも一部上に設けられたシールドを含む請求項１記載の冷陰極管。
15. 前記電極は前記照明管内に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、各々が前記照明エンクロージャ内のイオン化領域に隣接して位置決めされ、
    前記イオン化領域にもっとも近接した前記各電極のその部分の前記表面の少なくとも一部には、前記シールドがかぶさる請求項１記載の冷陰極管。
16. 請求項１記載の冷陰極管用の電極用の電子シールドであって、前記電極は前記照明管の端領域に設けられた一対のプレート形状の電極を具備し、各電極は並列して位置決めされ、そのプレートの平面は互いに対して平行であり、前記平面は前記照明管の細長い軸に平行であり、
    前記シールドは、前記照明管の他方の端に面する前記電極のいずれのプレートの縁に係合する種類である電子シールド。
    

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