JP3376608B2 - 冷陰極放電ランプ - Google Patents

冷陰極放電ランプ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパソコン、ワープロなど
のOA機器や表示機器においてバックライトなどに用い
られる冷陰極放電ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に放電ランプは、始動に際し初期電
子が存在していないと電離が円滑に行われず、始動が不
能かもしくは困難となる。そして、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。
【0003】しかし、外部からの光が届かない暗黒雰囲
気中において放電ランプを始動させたい場合は、光電子
が存在しないため宇宙線のみとなり、始動ができない。
また、完全に遮蔽された屋内や機器内でランプを使用す
る場合は自然界の宇宙線も届かなくなる場合が多く、初
期電子は期待できない。
【0004】また、熱電子で始動させる場合は、バルブ
内にヒータを有する電極に熱電子を放出し易い物質を塗
布しておき、ヒータを加熱して熱電子の供給を行わせる
ので暗黒中でも始動が可能であるが、電極構造が複雑で
高価となる。
【0005】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、暗黒特性がよくない。このような冷陰極を用
いたランプの始動特性を改善するため、電極にニッケル
63やプロメチゥム147などのような放射性同位元素
(RI)を設けるか、電極にCaOを塗布し、外部光を
照射することにより初期電子を放出することも試みられ
ている。
【0006】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知識が必要であり、しか
も電極に密封線源の形態で封止込む必要があるため構造
が複雑になり、電極の製造に手間を要し、高価となる。
【0007】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。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これら問題に鑑み冷陰
極ランプにおいて、暗黒中でも仕事関数以下の刺激エネ
ルギで電子を放射する電子放射物質としてアルミナなど
をバルブ内に露出して設けることが注目し始められてき
ている。
【0009】また、ガラスバルブ内に水銀を封入する放
電ランプたとえば蛍光ランプにおいては、水銀とバルブ
が含むナトリウムなどのアルカリとの反応によってアマ
ルガムが形成され、バルブ内面に変色や黒化を生じるこ
とがある。そして、この対応としてバルブ内壁面と蛍光
体層との間にアルミナなどの難溶融性酸化物の微粉末を
塗布し、変色や黒化を防ぐことが行われている。
【0010】しかし、このバルブ内面にアルミナ層を形
成したランプは、この層によって光の透過率が低下する
という問題があった。これはアルミナ層を形成するアル
ミナ微粉末の平均粒径が0.01μm程度(沈降法によ
る測定値、以下同様。)と微粉末であるため単位容積当
りの表面積が大きことにある。また、粒径が細かいと放
電における主発光原子のガラスバルブへの侵入による放
電空間からの消失およびガラスを着色してしまうことも
確認されている。
【0011】そこで、本発明者等はこのアルミナについ
て着目し、さらに解明をすすめたところ、従来使用され
てきているアルミナはγ結晶構造のものであり、このγ
−アルミナは化学的に安定した結晶ではなく、ガラスと
のなじみが悪いことが判った。 そして、ガラスバルブ
内壁面と蛍光体層との間にγ−アルミナを形成したもの
は、電極近傍のγ−アルミナ層が電極スパッタを受ける
と、ガラスとのなじみがよくないためか、γ−アルミナ
は飛散してしまい始動特性低下やバルブの変色を起こ
す。また、平均粒径が0.01μm程度と小さいため、
すなわち、比表面積が大きいため電極スパッタによるア
ルミナ飛散時に吸着していた不純ガス(H2 O、Co
等)をバルブ内に放出し点灯遅れを助長するなどのこと
が判った。
【0012】この発明が解決しようとする問題点は、バ
ルブ内面にアルミナ層を形成したランプは、始動特性お
よびこの層によって光の透過率が低下するという問題が
あり、また、熱電子放出ができない冷陰極は、電子放射
物質として放射性同位元素など取扱いが面倒な部材を用
いるか、または電子放射をさせるため外部からエネルギ
ーを付与しなければならないということである。
【0013】この発明は、従来から使用されている取扱
いの容易なアルミナ層をさらに見直し、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と
ともにバルブの変色や黒化の発生が少ない冷陰極放電ラ
ンプを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の冷陰極放電ランプは、ガラスバルブと、このバルブ内
端部に設けられた冷陰極からなる電極と、上記バルブ
の内壁面側に形成されたα−アルミナからなる被層と、
このα−アルミナからなる被層上の放電空間側で、上記
電極と対向する近傍を除く部分に重層形成された蛍光体
と、上記バルブ内部に封入された希ガス具備
いることを特徴とする。
【0015】本発明の請求項2に記載の冷陰極放電ラン
プは、上記被層を形成するα−アルミナの平均粒径が
0.05ないし1μmであることを特徴とする。
【0016】本発明の請求項に記載の冷陰極放電ラン
プは、上記バルブ内に水銀が封入されていることを特徴
る。
【0017】
【0018】
【作用】バルブ内面を覆うよう形成したα−アルミナ層
上に重層形成する蛍光体層を電極と対面する部分を除き
形成し、α−アルミナ層の一部を露出させておくことに
より、暗黒中でも安定した電子放出を行わせ放電のきっ
かけをつくり、始動性を向上させることができる。
た、α−アルミナ層からなる被層によって、バルブが含
むアルカリと水銀とのアマルガム形成を防ぎバルブの変
色や黒化の発生を減少させることができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は液晶表示装置のバックライトなどに使用さ
れる冷陰極放電ランプを示し、このランプは直管形の外
径が約4mm、内径が約3mm、全長が約250mmの
ガラスバルブ1の両端にニッケルメッキした鉄板製の冷
陰極2からなる電極を取付けた電極棒3、3がそれぞれ
気密封着されている。
【0020】このバルブ1の内壁面には平均粒径が0.
05〜1μm(沈降法による測定値、以下同様。)のα
−アルミナからなる被層4およびこのα−アルミナ被層
4の上側には青色、緑色、赤色に発光領域を有する蛍光
体を混合した3波長形蛍光体層5が重層形成されてい
る。この蛍光体層5は冷陰極2と対向する近傍部分のα
−アルミナ被層4の上面には被覆されていない。また、
このバルブ1内にはアルゴンとネオンとの混合希ガスが
約60トールと金属水銀が約10mg封入されている。
【0021】また、この放電ランプのランプ電流は5m
A、放電電流密度(ランプ電流(A)/バルブ内断面積
(m2 ))は707A/m2 である。
【0022】上記α−アルミナ被層4の形成は、たとえ
ば酢酸ブチルにα−アルミナの粉末と硝化綿とを混合し
て懸濁液を作り、この懸濁液をバルブ1の内壁面に塗布
し、これを焼成して形成したり、有機化合α−アルミ
液、たとえばアルコキシドアルミ液にバルブ1を浸漬し
てこれを引上げて乾燥後、焼成してアルミナ被層4を形
成することもできる。
【0023】この冷陰極放電ランプの点灯は、高周波電
源から電極棒3、3を通じ冷陰極2、2に周波数30K
HZ、1000V(実効値)の高周波電力を供給するこ
とにより、バルブ1内に蒸発している水銀原子が電離、
励起される。このため水銀から紫外線が放射され、この
紫外線は蛍光体層5にて可視光に変換されてバルブ1の
外部に放射される。
【0024】このような構成の冷陰極放電ランプのα−
アルミナ被層4は常温で暗黒中においても高電界を付与
することなく放電空間に常時電子を放出している。この
ため、このα−アルミナ被層4が放電のきっかけとな
り、このランプが暗黒中にあって外部光がなかったり、
周囲が宇宙線から遮断された空間内であっても速やかに
点灯させることができる。本発明では、冷陰極2と対向
する近傍には蛍光体層5を形成せず、α−アルミナ被層
4を露出させているので、α−アルミナ被層4から常
時、放電空間に電子を効率よく放出させることができ
る。したがって、このランプはバルブ1内において水銀
イオンがアルカリ物質を衝撃することがなく、バルブ1
が変色したり黒化することはない。また、暗黒中でも容
易に始動し、始動時間が大幅に短縮される。
【0025】なお、上記α−アルミナは化学的に安定し
た結晶構造を有するばかりか、ガラスとのなじみにも優
れバルブから剥離しにくい。また、上記でα−アルミナ
の平均粒径を0.05〜1μmと限定したのは、平均粒
径が0.05μmを下回るとその比表面積が大きくなり
不純ガスの放出源となるとともに、電極スパッタによる
放電空間からの消失およびガラスを着色してしまうなど
好ましくない。本発明では平均粒径を0.05μm以上
としたので、このような欠点を未然に防止できる。ま
た、平均粒径が1μmを越えると可視光を遮り光透過率
が悪くなり、蛍光体を十分発光させることができず特性
を低下させるので、平均粒径は1μm以下が必要であ
る。また、上記範囲は粉体として製造が容易で、安価に
入手でき経済性が高いことである。
【0026】また、バルブ1のガラス材料中にアルカリ
物質が含有されていても、バルブ1の内壁表面にはα−
アルミナ被層4が形成してあるので、ランプ点灯中にお
いては水銀イオンがアルカリ物質を衝撃することがな
く、たとえあったとしても僅かであって、バルブ1が褐
色に変色したり黒化することはない。通常、蛍光体層5
は水銀イオンのバルブ1面への衝撃や浸透による接触や
付着を完全に防ぐことができないので、α−アルミナ被
層4の形成は極めて有効なものである。
【0027】特にこのα−アルミナ被層4による着色防
止効果はランプが高負荷になると、すなわち、ランプの
放電電流密度(ランプ電流(A)/バルブ内断面積(m
2 ))が400A/m2 以上であると顕著になる。
【0028】
【0029】つぎに、上記実施例記載の放電ランプと比
較のための従来のランプ(バルブ内面には蛍光体層のみ
でアルミナ被層なし)とを各50個用意し、点灯経過後
の輝度維持率を測定した結果は図2に示すとおりであっ
た。
【0030】点灯初期においては本発明ランプAも従来
のランプBも輝度はあまり変わらなかったが数十時間点
灯後には差が生じ、約4000時間経過以降本発明ラン
プは従来のランプに対し維持率を約6%向上することが
できた。
【0031】また、図3は暗黒中での点灯遅れ時間を対
比したものである。試験ランプは外径が約6.5mm、
内径が約5mm、全長が約270mmのガラスバルブの
両端にそれぞれ冷陰極電極が電極間距離を約250mm
隔て封着し、バルブ内にはキセノンを主体とする希ガス
が約100Torr封入されている。そして、バルブの
内壁面には平均粒径が0.6〜0.9μmのα−アルミ
ナ被層を形成した本発明にかかるランプA、比較のため
粒径が0.01〜0.05μmのγ−アルミナ被層を形
成した従来形の2ロットのランプB、Cを各50個用意
した。
【0032】そして、これらランプA、B、Cを所定時
間点灯後に−20度の暗黒雰囲気温度中に48時間放置
し、暗黒中で周波数50KHZの高周波点灯回路で点灯
遅れ時間(秒)を測定した。図3は横軸に点灯経過時間
(時間)、縦軸に50個のランプの平均点灯遅れ時間
(秒)(対数目盛)をとったもので、γ−アルミナを塗
布した従来形のランプB、Cは0.01秒〜1秒程度で
ありかつ偏差(バラツキ)も大きく不安定であるのに対
して、本発明のα−アルミナを塗布したランプAは平均
点灯遅れ時間が0.0001秒程度と短く瞬時に点灯
し、点灯所要時間が大幅に短縮できていることを確認で
きた。
【0033】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
たとえば、蛍光体は3波長形に限らず他の蛍光体であっ
てもよい。
【0034】また、上記の実施例ではバルブ内に水銀を
封入した場合について述べたが、水銀は必須のものでは
なく、希ガスのみを封入した希ガス放電ランプであって
もよく、希ガスも実施例のガスに限らず、所望に応じ他
のガスや複数のガスたとえばキセノンとネオンなどを混
合封入したものであっても差支えない。
【0035】さらに、バルブの断面形状は円形、楕円形
あるいは長円形などでもよく、直管形に限らずU字形、
W字形、環形などに屈曲してあってもよい。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、バ
ルブの内壁面にα結晶構造のアルミナ被層と、このアル
ミナ被層上に蛍光体層を重層形成したものにおいて、電
極と対向する近傍には蛍光体層を形成せずアルミナ被層
を露出させたので常時、電子放出がなされ、アルミナ被
層全面を蛍光体層で被層した場合に比べて確実、かつ、
安定した暗黒特性および寿命中の輝度維持率を向上した
冷陰極放電ランプを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷陰極放電ランプの実施例を示す断面
正面図。
【図2】点灯時間と輝度維持率との関係を示すグラフ。
【図3】点灯時間と平均点灯遅れ時間との関係を示すグ
ラフ。
【符号の説明】
1:バルブ 2:冷陰極 4:α−アルミナ被層 5:蛍光体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−223146(JP,A) 特開 平3−269947(JP,A) 特開 平2−192651(JP,A) 特開 昭60−151952(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/54 H01J 61/35 H01J 61/44

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラスバルブと; このバルブ内の 端部に設けられた冷陰極からなる電極
    と; 上記 バルブの内壁面側に形成されたα−アルミナからな
    る被層と; このα−アルミナからなる被層上の放電空間側で、上記
    電極と対向する近傍を除く部分重層形成された蛍光体
    と; 上記バルブ 内部に封入された希ガスと;具備ていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
  2. 【請求項2】 上記被層を形成するα−アルミナの平均
    粒径が0.05ないし1μmであることを特徴とする
    求項1に記載の冷陰極放電ランプ。
  3. 【請求項3】 上記バルブ内に水銀が封入されているこ
    とを特徴とする請求項に記載の冷陰極放電ランプ。
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