JP3141411B2 - 冷陰極けい光ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置のバック
ライトやＯＡ機器の光源として用いられる冷陰極けい光
ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば液晶表示装置のバックライトとし
て従来から、発光効率に優れたけい光ランプが使用され
ている。けい光ランプは投入電力の割りに高効率で高輝
度であり、かつ演色性も優れており、所定の面積を明る
く照らす光源として有利である。 液晶表示装置のバッ
クライトとして用いる場合は、液晶表示板の背面に反射
板や光拡散透過板とともにけい光ランプを積層方向に配
置されたり、液晶表示板の背面に設けた光拡散導光板の
側面にけい光ランプを設けるなどの用い方をして、液晶
表示板の全面に亘り均等な明るさが得られる工夫がなさ
れている。

【０００３】しかしながら、いづれの構成の場合も液晶
表示装置の小形、薄形化が要請されるに伴い、ランプを
小形化し、しかし光出力の向上が要求されるようになっ
てきた。ランプを小形化する場合、バルブの径を細くす
る必要があるが、従来のフィラメントタイプの電極、つ
まり熱陰極のけい光ランプでは管径を小さくした場合に
電極を収容できない等の問題があり、このため冷陰極け
い光ランプが用いられるようになってきた。冷陰極けい
光ランプは、電極が存在する限りは放電が続くのでラン
プ寿命は長くなる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような冷
陰極けい光ランプにおいては、点灯中のイオン衝撃によ
る電極のスパタリング（飛散）を防止するため、バルブ
内部の圧力を高めてあり、熱陰極けい光ランプに比べて
希ガスの封入圧力を高くしてある。ところが、希ガスの
封入圧を高くすると、ランプの始動性が悪くなり、高い
始動電圧が必要になる。

【０００５】すなわち、一般照明として用いられている
熱陰極けい光ランプでは、封入希ガスとしてアルゴンが
用いられ、しかも数Torr程度の封入圧である。このよう
な場合はバルブ内に封入された水銀との間でペニング作
用が生じ、ランプは容易に始動する。このようなペニン
グ作用は水銀とアルゴンの比が1000:1程度の場合のとき
に生じるが、上記のように電極のスパッタリングを防止
するため、バルブ内に希ガスを高い圧力、例えば２０To
rr以上で封入した場合は上記のようなペニング効果を期
待できない。

【０００６】特に、バルブの内径が１２mm以下に構成さ
れた冷陰極けい光ランプの場合は、上記希ガスの封入圧
が高いことに加えて、バルブ径が細いことから始動性が
一層悪くなる要因になっている。

【０００７】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするのは、低い始動電圧で容易に
始動させることができる冷陰極けい光ランプを提供しよ
うとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内径が１２mm
以下であって、その断面積が長手方向にほぼ一定に連続
するバルブと；このバルブ内に封装された一対の冷陰極
と；バルブ内面に形成されたけい光体被膜と； バルブ内に封入された水銀と；アルゴンおよびネオンを
主体としてバルブ内に２０Ｔｏｒｒ以上の圧力で封入さ
れた混合ガスと；を有しており、 上記バルブの内径をｄ
（ｍｍ）、電極間距離をＬ（mm）、混合ガスの封入圧力
をＰ（Ｔｏｒｒ）、この混合ガス中に占めるネオンの混
合比をｘとした場合、 ｘ＞１７０−（６．５×１０^４×ｄ＋９．４×１０^５）
／Ｐ・Ｌなる関係を満足する ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、アルゴンとネオンとの混合ガ
スを用いるからこの希ガスはペニング効果を奏し、しか
もネオン混合割合をバルブ内径と、電極間距離および封
入ガス圧との関係で規制することにより、低い始動電圧
であっても始動を可能にする。

【００１０】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１１】図１ないし図３は液晶表示装置を示し、図
において１は液晶表示板である。この液晶表示板１の背
面には光拡散導光板２が重ねて配置されている。光拡散
導光板２は、乳白色のアクリル樹脂などからなり、下面
および一側面を除く３方向の側面がケーシング３により
囲まれている。このケ−シング３は内面が反射面４をな
している。

【００１２】上記ケーシング３の一側に形成された開放
面には、光源としての冷陰極けい光ランプ１０が配置さ
れている。この冷陰極けい光ランプ１０は、図３の
（ａ）図に示す通り、管内径ｄが１２mm以下に形成され
た直管形のガラスバルブ１１の内面にけい光体被膜１２
を形成し、このバルブ１１の長手方向両端部に冷陰極１
３、１３を封装して構成してある。冷陰極１３、１３
は、図３の（ｂ）図に示す通り、それぞれリード線を兼
ねる電極軸１４に２枚の屋根形の電極本体１５、１５を
接合して構成してある。これら電極本体１５、１５はニ
ッケルプレートなどからなり、表面に水銀−チタン合金
からなる水銀放出体１６およびゲッタ１７を付着させて
ある。

【００１３】この場合、２枚の屋根形電極本体１５、１
５が互いに対向する面にそれぞれ水銀−チタン合金から
なる水銀放出体１６、１６を取り付け、これらの互いに
背向する面にゲッタ１７、１７を設けてある。

【００１４】このような冷陰極けい光ランプ１０のバル
ブ１１内には、所定量の水銀Ｈｇと、所定圧の希ガスが
封入されている。希ガスは、アルゴンＡｒとネオンＮｅ
を主体とする混合ガスであり、２０Torr以上封入されて
いる。この場合、希ガスに占めるネオンの混合比ｘは、
後述するが、 ｘ＞１７０−（６．５×１０^４×ｄ＋９．４×１０^５）／Ｐ・Ｌ…(1) とされている。

【００１５】このような直管形冷陰極けい光ランプ１０
は、上記ケーシング３の一側に形成された開放面に対向
して配置されるが、この場合、ランプ１０は反射体７に
覆われるようになっている。つまり、上記ケーシング３
の一側には円筒形の反射体７が連結されており、この円
筒形反射体７の内面は反射面８をなしている。反射体７
に収容されたランプ１０は、ランプ軸が反射体７の中心
線と一致するようにして収容されている。円筒形反射体
７は、前記ケーシング３の一側に形成された開放面に対
向する側壁が開口されており、上記けい光ランプ１０か
ら放出された光は、全て光拡散導光板２の一側面に導入
される。

【００１６】すなわち、冷陰極けい光ランプ１０を高周
波点灯回路（図示しない）に接続して点灯すると、この
ランプ１０から放出される光は反射体７の内面で反射さ
れ、光拡散導光板２の一側面に導入される。そして光拡
散導光板２に導入された光は、この光拡散導光板２で拡
散し、かつケーシング３の内面に形成した反射面４で反
射されて光拡散導光板２の上面に向う。このため、光拡
散導光板２の上面では全体に亘り略均等な明るさとな
り、この面に重ねて配置されて液晶表示板１をこの背面
から均等に照射するようになる。

【００１７】このような液晶表示装置は、光拡散導光板
２の一側にランプ１０を配置したので液晶表示板１の厚
み方向の寸法を小さくすることができ、つまり液晶表示
装置の厚みを薄くすることができ、ランプ１０を冷陰極
タイプとして内径１２mm以下にすることができるので上
記厚みを一層薄くすることができるものである。

【００１８】上記のような冷陰極けい光ランプにおいて
は始動性の改善のため、希ガスとしてアルゴンＡｒとネ
オンＮｅを主体とする混合ガスをもちいており、この場
合、希ガスに占めるネオンの混合比ｘを、 ｘ＞１７０−（６．５×１０^４×ｄ＋９．４×１０^５）／Ｐ・Ｌ…(1) とした理由について説明する。

【００１９】本発明者等は、冷陰極けい光ランプの始動
特性の改善を図る上において、始動性を低下させる要因
について検討したところ、バルブ内径ｄ（mm）、電極間
距離Ｌ（mm）および希ガスの封入圧Ｐ（Torr）が関係す
ることに注目した。

【００２０】すなわち、バルブ径が細いと電子の管壁へ
の拡散損失が増加するため、始動性が悪くなり、また電
極間距離Ｌが長くなると絶縁破壊が起こり難いので始動
性が低下する。さらに、希ガスの封入圧Ｐが高くなると
やはり絶縁破壊が起こり難いので始動性が低下する。し
たがって、始動性に影響を及ぼすファクタは、バルブ内
径ｄ（mm）、電極間距離Ｌ（mm）および希ガスの封入圧
Ｐ（Torr）に関係していると考えた。

【００２１】そこで、本発明者等は、封入希ガスとして
従来と同様にアルゴンを用い、このアルゴンの封入圧Ｐ
（Torr）と、バルブ内径ｄ（mm）、電極間距離Ｌ（mm）
を種々変化させて始動電圧Ｖｓ（ボルト＝Ｖ）を測定し
た。

【００２２】その結果を図４に示す。図４は周囲温度が
０℃で、ランプ１０に投入する周波数は４０ＫＨｚの場
合を示し、測定値のばらつきが約１０％認められたから
各線は最小自乗法による平均値を採用した。

【００２３】図４において、特性i はバルブ内径ｄが４
mm、特性iiはバルブ内径ｄが６mm、特性iii はバルブ内
径ｄが８mm、特性ivはバルブ内径ｄが１０mm、特性ｖは
バルブ内径ｄが１２mmの場合である。

【００２４】この実験から、バルブ内径ｄが小さくなる
と始動電圧Ｖｓは高くなり、また希ガスの封入圧Ｐと電
極間距離Ｌ（mm）の積が大きくなると始動電圧Ｖｓが高
くなる傾向を示すことが判る。

【００２５】これら各特性i 〜ｖは同じ勾配を示してお
り、つまり平行な間隔で並んでおり、これを数式で表す
と、始動電圧Ｖｓは、 Ｖｓ＝Ａ・Ｐ×Ｌ−Ｂ×ｄ＋Ｃ …(2) の近似式となる。ただし、Ａ、Ｂ、Ｃは定数である。

【００２６】次に、本発明者等は、希ガスの種類を変え
た場合について始動性を調べた。希ガスとして、クリプ
トンおよびキセノンガスは始動特性を改善するのにそれ
程の効果がないことが判り、アルゴンとネオンの混合ガ
スが有効であることを確認した。そこで、本発明者等
は、ペニング作用を有効に発揮するためのガス混合割合
を調べた。

【００２７】図５のその結果を示す。図５においては、
バルブ内径ｄが２．８mmのランプであり、特性i はアル
ゴン１００％、特性iiはアルゴン７０％でネオン３０
％、特性iii はアルゴン４０％でネオン６０％、特性iv
はネオン１００％の場合である。

【００２８】この図から、ネオンの混合割合が高くなれ
ば始動電圧が低減することが判る。図５から、ネオンの
混合比をｘ（％）とすれば、始動電圧Ｖｓ′は、 Ｖｓ′＝（Ｄ−Ｅ×ｘ）×Ｐ×Ｌ＋Ｆ …(3) の近似式となる。ただし、Ｄ、Ｅ、Ｆは定数である。

【００２９】上記(2) 式と(3) 式を比較すると、 Ａ＝（Ｄ−Ｅ×ｘ） Ｆ＝−Ｂ×ｄ＋Ｃ に置き換えることができ、したがって、 Ｖｓ＝（Ｄ−Ｅ×ｘ）×Ｐ×Ｌ−Ｂ×ｄ＋Ｃ …(4) とすることができる。つまり、始動電圧Ｖｓは、バルブ
内径ｄ（mm）、電極間距離Ｌ（mm）および希ガスの封入
圧Ｐ（Torr）並びにネオンの混合比ｘに依存しているこ
とが判る。

【００３０】ところで、電気用品取締法によれば、ラン
プにおいては極性の異なる放電部間および充電部と非充
電金属部との間の空間距離（沿面距離）は、その実効値
が１０００Ｖまでは６．０mm以下でよいが、１０００Ｖ
以上になると３０．０mm以上必要とされている。上記冷
陰極けい光ランプは小形ランプであるから、空間距離は
６．０mm以下になり、このため通常の使用温度下限であ
る０℃の周囲環境で１０００Ｖ未満でランプを始動させ
ることが必要となる。

【００３１】そこで、(4) 式のＶｓは１０００Ｖ未満で
なければならず、 １０００＞（Ｄ−Ｅ×ｘ）×Ｐ×Ｌ−Ｂ×ｄ＋Ｃ …(5) の条件が必要となる。

【００３２】(5) 式をｘについて整理すれば、 ｘ＞（１０００＋Ｂ×ｄ−Ｃ）／Ｅ・（Ｐ×Ｌ）−Ｄ／Ｅ …(6) となる。

【００３３】この(6) 式に、それぞれ図５の特性i ない
し特性ivの値を当てはめ、その連立方程式を解くと、 ｘ＞１７０−（６．５×１０⁴ ×ｄ＋９．４×１０⁵ ）／Ｐ・Ｌ …(1) となる。

【００３４】つまり、(1) 式を満足するような混合比ｘ
のネオンを混合したアルゴン−ネオンの混合ガスを用い
ると、０℃の温度雰囲気で１０００Ｖ以下の始動電圧に
よりランプを始動させることができることが判明した。
ｘの値が１００を超えるような場合は、バルブ内径ｄ、
電極間距離Ｌ、希ガス封入圧Ｐをそれぞれ調整して１０
０以下にする必要がある。

【００３５】但し、冷陰極けい光ランプの小形化の観点
から、バルブ内径ｄは１２mm以下が必要であり、また封
入希ガスの圧力は電極のスパッタリングを防止するため
に数１０Torr以上、少なくとも２０Torr以上である必要
がある。

【００３６】なお、図３の（ｂ）図に示す電極構造の場
合、２枚の屋根形電極本体１５、１５が互いに対向する
面にそれぞれ水銀−チタン合金からなる水銀放出体１
６、１６を取り付け、これらの互いに背向する面にゲッ
タ１７、１７を設けたので、水銀−チタン合金を外部か
ら加熱して水銀を放電空間に放出させる時に、放出され
た水銀は電極本体１５、１５に囲まれているから、水銀
が直接バルブ壁に付着するのが防止され、水銀付着によ
る黒いしみの発生が防止される。

【００３７】なお、上記実施例ではバルブの断面形状が
円形の場合を説明したが、本発明は断面が楕円や長円形
などのような偏平形ランプであってもよい。このような
偏平形バルブの場合は、バルブの断面積Ｓを円形バルブ
の断面積Ｓ＝π（ｄ／２）² の等価的直径、つまりｄ＝
２（Ｓ／π）^1/2 からｄを求めることにより、(1) 式を
用いて同様の効果を得ることができる。また、ランプは
直管形に限らず環形けい光ランプやＵ字形、Ｗ字形ある
いは鞍形けい光ランプ等であってもよい。さらにまた、
本発明は液晶表示装置のバックライトに使用する冷陰極
けい光ランプに限らない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、バ
ルブ内径が１２mm以下で希ガスの封入圧を２０Torr以上
にしたにも拘らず、始動電圧を引き下げることができ、
始動性がよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る液晶表示装置の分解した
斜視図。

【図２】同実施例における断面図。

【図３】同実施例の冷陰極けい光ランプを示し、（ａ）
図は断面図、（ｂ）図は電極の側面図。

【図４】バルブ径が変化した場合の始動電圧の特性図。

【図５】ネオンの混合比が変化した場合の始動電圧の特
性図。

【符号の説明】

１…液晶表示板、２…光拡散導光板、７…反射体、１０
…冷陰極けい光ランプ、１１…バルブ、１２…けい光体
被膜、１３…冷陰極。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内径が１２mm以下であって、その断面積
   が長手方向にほぼ一定に連続するバルブと； このバルブ内に封装された一対の冷陰極と； バルブ内面に形成されたけい光体被膜と； バルブ内に封入された水銀と； アルゴンおよびネオンを主体としてバルブ内に２０Ｔｏ
   ｒｒ以上の圧力で封入された混合ガスと； を有しており、 上記バルブの内径をｄ（ｍｍ）、電極間
   距離をＬ（mm）、混合ガスの封入圧力をＰ（Ｔｏｒ
   ｒ）、この混合ガス中に占めるネオンの混合比をｘとし
   た場合、 ｘ＞１７０−（６．５×１０^４×ｄ＋９．４×１０^５）
   ／Ｐ・Ｌなる関係を満足する ことを特徴とする冷陰極けい光ラン
   プ。