JP3697019B2

JP3697019B2 - 蛍光ランプ用電極、蛍光ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP3697019B2
Application number: JP11275697A
Authority: JP
Inventors: 美保斉藤; 邦夫湯浅
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JPH10302712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極形の蛍光ランプ用電極、これを用いた蛍光ランプおよび照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、システム手帳およびビデオカメラなど液晶ディスプレイを備えた小形の電子機器があるが、これらの電子機器は、屋外で使用されることが多いので、バッテリーの消耗が少ないことが重要である。このため、液晶のバックライトも省電力のものが要求されている。
【０００３】
図４は、従来の冷陰極蛍光ランプの一部切欠断面図である。
【０００４】
図において、４１は透光性気密容器、４２は蛍光体層、４３は電極、４４はビードステム、４５はリード線である。
【０００５】
透光性気密容器４１は、細長い透明なガラスバルブの両端をビードステム４４によって気密にシールして形成されている。
【０００６】
また、透光性気密容器４１の内部には、水銀および希ガスからなる放電媒体が封入されている。
【０００７】
電極４３は、ビードステム４４に封着されてリード線４５の内端に接続されている。そして、電極４３は、ニッケルまたはアルミニウム・ジルコニウム合金製のスリーブからなる。そして、電極４３のスリーブ内にはチタン・水銀アマルガムの粒子が充填されていて、水銀蒸気の供給源になっている。
【０００８】
そうして、電極４３は、ニッケルまたはアルミニウム・ジルコニウム合金であるため、陰極降下電圧が１２０〜１５０Ｖであり、電極損失が大きい。特に前記のような小形の電子機器の液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる蛍光ランプは全長１２０ｍｍ程度以下であるため、消費電力に占める電極損失の割合が大きい。
【０００９】
したがって、この種の全長の短い蛍光ランプにおいては、電極損失を低減することが省電力のための重要なファクターである。
【００１０】
図５は、従来の省電力形の蛍光ランプ用の電極を示す断面図である。
【００１１】
この電極は、特開平７−２１９７９号公報において提案されているものである。
【００１２】
図において、５１は焼結電極、５２は金属性カップ状電極、５３はリード線である。
【００１３】
焼結電極５１は、タングステンなどの耐熱性金属からなり、ＬａＢ₆、ＳｒＢ₆などの金属硼化物を耐熱性金属に対して５０〜９５重量％含有させている。
【００１４】
金属性カップ状電極５２は、焼結電極５１を覆い、かつ焼結電極５１から飛散蒸発放出される電子放射物質を補足すると記載されている。
【００１５】
そうして、図５の蛍光ランプ用の電極によれば、電極降下電圧が低下するので、確かに電極損失を低減することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５の電極は、電子放射物質が点灯中に気密容器内の水銀と結合してアマルガムを形成する。その結果、数千時間で水銀が不足するという問題がある。
【００１７】
一方、冷陰極形の蛍光ランプは、液晶バックライトの薄形化、軽量化の要請から細形化が進展しており、内径２ｍｍ以下のものが主流になってきている。気密容器が細くなるにしたがって金属性カップ状電極の小形化が困難となる。
【００１８】
したがって、図５に示す従来技術は細形の蛍光ランプには適用しにくいという問題がある。
【００１９】
本発明は、電極損失を低減するとともに寿命中の水銀枯渇を改善して省電力でありながら長寿命にした蛍光ランプ用電極、これを用いた蛍光ランプおよび照明装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の蛍光ランプ用電極は、冷陰極基体と；リチウムの金属化合物および導電性物質を含み冷陰極基体の表面に被着された電子放射膜と；を具備していることを特徴としている。
【００２１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００２２】
冷陰極基体は、板状、スリーブ状など任意の形状をなしていることを許容するが、リード線に接続されている。また、陰極基体は、ニッケル、アルミニウム・ジルコニウム合金などの金属からなることを許容する。
【００２３】
電子放射膜は、リチウムの金属化合物および導電性物質を含んでいる。リチウムの金属化合物は、それぞれ構成元素がＬｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｌｉ−Ｔａ−ＯおよびＬｉ−Ｗ−Ｏからなる複数種の化合物のグループの中から選択された１種または複数種の化合物である。たとえばＬｉＡｌＯ₂などからなる。また、電子放射膜は、上記以外にその他の成分を含むことができる。たとえばＹ₂Ｏ₃などを添加することができる。
【００２４】
導電性物質は、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる。そして、これらの金属からなる導電性物質は、適度の導電性を備えるとともに、いずれもアマルガムを形成しにくい金属である。
【００２５】
また、上記の混合物からなる電子放射膜を形成するには、たとえば溶射、蒸着など既知の成膜法を用いることができる。
【００２６】
そうして、本発明において、電子放射膜中の上記導電性物質は、電子放射膜の導電性を電極として適当な値に調整する作用を行う。すなわち、リチウムの金属酸化物のみでは導電性が低くて電極として作用しにくいので、導電性物質を添加するものである。
【００２７】
また、冷陰極基体に前記構成の電子放射膜を形成しているから、電子放射性が向上して電極降下電圧が低くなる。このため、電極降下電圧の低下分に見合った電極損失の低減を実現することができる。
【００２８】
しかも、本発明の電子放射膜は点灯中に水銀とアマルガムを形成することが少ない。
【００２９】
さらに、導電性物質は、電子放射膜のスパッタを防止する作用もある。
【００３０】
請求項２の発明の蛍光ランプは、透光性気密容器と；透光性気密容器の内面側に形成された蛍光体層と；少なくとも一方は冷陰極基体、ならびにそれぞれ構成元素がＬｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｌｉ−Ｔａ−ＯおよびＬｉ−Ｗ−Ｏからなる複数種の化合物のグループの中から選択された１種または複数種であるリチウムの金属化合物とＷ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなるグループの中から選択された１種または複数種の金属である導電性物質を含み冷陰極基体の表面に被着された電子放射膜からなり透光性気密容器内に封装された一対の電極と；気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００３１】
透光性気密容器は、一般的にはガラスによって形成されるが、要すればガラス以外の透光性材料たとえばセラミックスなどであってもよい。また、ガラスは、硬質ガラス、半硬質ガラスまたは軟質ガラス、石英ガラスなどであってもよい。
【００３２】
透光性とは、気密容器の所要部分が透光性であれば、その他の部分は遮光性であってもよい。
【００３３】
蛍光体層は、気密容器の内面に直接形成してもよいし、たとえば保護膜などを介して間接的に形成してもよい。また、使用する蛍光体は、その用途に応じて任意所望のものを用いればよいが、たとえば読取用の蛍光ランプの場合は、希土類のリン酸塩蛍光体（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ³⁺、Ｔｂ³⁺）のような単色蛍光体またはこれを含んだ蛍光体、バックライトおよび車載計器照明用の蛍光ランプの場合は、３波長発光形蛍光体またはハロリン酸塩蛍光体などの白色系の蛍光体を用いることができる。
【００３４】
一対の電極のうち、一方の電極は従来と同様に電子放射膜を備えていなくてもよい。少なくとも一つの電極が上記所定の構成、換言すれば請求項１の発明における蛍光ランプ用電極の構成を備えていればよい。
【００３５】
放電媒体は、水銀および希ガスたとえばネオンまたはアルゴンを主体とする希ガスが多くの場合に使用される。水銀とキセノンとを封入してキセノンガス放電および水銀蒸気放電の両者を生起させてもよい。この場合、低温時の光束立ち上がり特性が改善される。
【００３６】
また、希ガスとしては、アルゴンおよびネオンの混合ガスやアルゴン、ネオンおよびヘリウムの混合ガスを用いることもできる。混合ガスを用いれば、ペニング効果による始動性の改善も得られる。
【００３７】
水銀を気密容器内に封入するには、純水銀を直接封入してもよいし、水銀合金すなわちアマルガムの形で封入してもよい。所定のアマルガムたとえばチタン・水銀アマルガムにして封入する場合に、電極の中に中空部を形成して、その中空部内に所定のアマルガムを収納した状態で気密容器に導入することもできる。
【００３８】
そうして、本発明の蛍光ランプにおいては、電極基体の表面にリチウムの金属化合物および導電性物質を含む電子放射膜を形成したので、電子放射性能が向上し、これにより電極降下電圧が低下して電極損失が低減するから、省電力点灯ができる。
【００３９】
さらに、点灯中の電子放射物質と水銀との不所望のアマルガム形成が少ないので、蛍光ランプの寿命中の水銀枯渇を回避することができ、したがって長寿命になる。
【００４０】
請求項３の発明の蛍光ランプは、請求項２記載の蛍光ランプにおいて、気密容器は、長さ１２０ｍｍ以下であり；消費電力が１．５Ｗ以下である；ことを特徴としている。
【００４１】
本発明は、電極損失を低減して省電力にするので、特に気密容器が短い１２０ｍｍ以下において顕著な効果を発揮し、その結果消費電力が１．５Ｗ以下において優れた蛍光ランプを提供する。
【００４２】
請求項４の発明の蛍光ランプは、請求項２または３記載の蛍光ランプにおいて、電子放射膜は、Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＴａＣおよびＴｉＣからなるグループの中から選択された１種または複数種の化合物を含んでいることを特徴としている。
【００４３】
本発明において電子放射膜に添加されるＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＴａＣおよびＴｉＣは、いずれも仕事関数が小さいものである。
【００４４】
これに対して、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉなどの導電性物質は、仕事関数が大きいから、上記物質を添加することにより、電極降下電圧をさらに一層低下させることができる。
【００４５】
請求項５の発明の蛍光ランプは、請求項２ないし４のいずれか一記載の蛍光ランプにおいて、冷陰極基体は、内部に所定のアマルガムを充填したニッケルまたはアルミニウム・ジルコニウム合金からなるスリーブであることを特徴としている。
【００４６】
本発明は、冷陰極基体の構造をスリーブに規定したものである。スリーブにすると、その内部にたとえばチタン・水銀のような所定のアマルガムの粉末を充填することによって、水銀を所定量気密容器内に封入することが容易になる。また、同時にジルコニウム・アルミニウム合金のようなパーフォーマンスゲッターの粉末を混合して導入することができる。
【００４７】
請求項６の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項２ないし５のいずれか一記載の蛍光ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００４８】
本発明は、冷陰極形の蛍光ランプの一般的用途の全てに適応するが、特にコンパクトな液晶用のバックライトに好適である。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５０】
図１は、本発明の蛍光ランプ用電極および蛍光ランプの第１の実施形態を示す断面図である。
【００５１】
図において、１は透光性気密容器、２は蛍光体層、３は電極、４はビードステム、５はリード線、６はチタン・水銀アマルガムである。
【００５２】
透光性気密容器１は、全長１２０ｍｍ、外径３．０ｍｍ、肉厚０．３ｍｍの透明な軟質ガラスバルブの両端をビードステム４、４でシールすることによって構成されている。
【００５３】
電極３は、ビードステム４に封着されたリード線５の内端に接続されている。そして、電極３は、ニッケル製のスリーブからなる冷陰極基体３ａと、冷陰極基体３ａの外表面に溶射によって被着された電子放射膜３ｂとからなる。
【００５４】
冷陰極基体３ａは、そのスリーブの一端を加締めてリード線５の内端に圧着されている。
【００５５】
チタン・水銀アマルガム６は、冷陰極基体３ａのスリーブ内に充填されて封入される。
【００５６】
電子放射膜３ｂは、リチウムの金属化合物としてＬｉＡｌＯ₂を用い、また導電性物質としてマンガンを用いて、それらを１．５：１の割合で混合して冷陰極基体３ａの外表面に溶射により被着して形成している。
【００５７】
図２は、本発明の第１の実施形態と比較例との点灯時間に対する相対ランプ中央輝度の推移を示すグラフである。
【００５８】
図において、横軸は点灯時間を、縦軸は相対ランプ中央輝度を、それぞれ示す。
【００５９】
比較例は、電子放射膜としてＬａＢ₆を用いた以外は本発明の第１の実施形態と同一の仕様である。
【００６０】
図において、曲線Ａは本発明の第１の実施形態の相対ランプ中央輝度の推移を示し、曲線Ｂは比較例の同様推移を示す。
【００６１】
比較例の場合は、点灯３０００時間から輝度の低下が顕著になり、４０００時間で希ガス放電になった。
【００６２】
これに対して、本発明の第１の実施形態においては、６０００時間を超えても輝度の低下は少なく、希ガス放電にはならなかった。
【００６３】
輝度の測定後、各蛍光ランプを破壊して電極を観察したところ、比較例は電極表面に電子放射物質とのアマルガムの層が形成されていた。
【００６４】
これに対して、本発明の第１の実施形態は電極表面に若干のアマルガムが認められる程度であった。
【００６５】
上記比較例におけるアマルガム形成のメカニズムは次のとおりである。すなわち、電極が電子を放出すると、放電空間に存在する水銀蒸気や希ガスに電子が衝突してこれらを電離する。水銀蒸気はイオンＨｇ⁺になるので、陰極に加速されながら到達する。このとき陰極に形成された電子放射膜にＬａＢ₆が存在すると、これにＨｇ⁺が捕捉され、化合してアマルガムの核が形成され、この核を中心に次々にアマルガムの層が形成されていく。
【００６６】
これに対して、本発明において用いるリチウム自体は、アマルガムを形成するものの、従来の電子放射物質よりは反応量が少ない。
【００６７】
また、導電性物質もアマルガム化しにくい。
【００６８】
さて、本発明の第１の実施形態と比較例との電極降下電圧を測定した結果、実施形態は８４Ｖ、比較例は１００Ｖであった。このことは、本実施形態においては、省電力の点においても優れていることを示している。
【００６９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００７０】
すなわち、電子放射膜３ｂとしてＬｉＡｌＯ₂、タングステンおよびＹ₂Ｏ₃からなる混合膜を用いた以外は第の実施形態と同一仕様である。
【００７１】
図３は、本発明の照明装置の一実施形態としての液晶バックライトを示す要部断面図である。
【００７２】
図において、７はバックライトユニット、８は液晶表示部、９は表示装置である。
【００７３】
表示装置９は、バックライト７および液晶表示部８によって構成されている。そして、表示装置９は、具体的にはパソコン、システム手帳およびビデオカメラなどのディスプレイを構成する。
【００７４】
ところで、バックライトユニット７は、アクリル樹脂製の導光体７ａ、導光体７ａの側方に配設した蛍光ランプ７ｂ、導光体７ａの背面に配設した反射板７ｃ、導光体７ａの前面に配設した制光手段７ｄたとえば拡散板７ｄ１および集光板７ｄ２、蛍光ランプ７ｂを覆い、かつ導光体７ａに向かって開口する反射板７ｅ、ならびに以上の各構成要素を収納するケース７ｆから構成されている。なお、反射板７ｅの各開口縁７ｅ１、７ｅ２は導光体７ａの端部を上下から挟んで光が有効に導光体７ａに導入されるように配慮している。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、冷陰極基体の表面にリチウムの金属化合物および導電性物質を含む電子放射膜を被着することにより、電子放射性および導電性が向上して電極損失電圧が低減するとともに、寿命中にアマルガムを形成しにくいために蛍光ランプの寿命中の水銀枯渇を改善して省電力でありながら長寿命にした蛍光ランプ用電極を提供することができる。
【００７６】
請求項２ないし５の各発明によれば、リチウムの金属化合物および導電性物質を含む電子放射膜を冷陰極基体の表面に被着した電極を用いて構成することにより、電子放射性および導電性が向上して電極損失電圧が低減するとともに、寿命中にアマルガムを形成しにくいために寿命中の水銀枯渇を改善して省電力でありながら長寿命にした蛍光ランプを提供することができる。
【００７７】
請求項３の発明によれば、加えて気密容器が長さ１２０ｍｍ以下で、消費電力が１．５Ｗ以下であることにより、電極損失の低減によって、効果的に省電力にした蛍光ランプを提供することができる。
【００７８】
請求項４の発明によれば、加えてリチウムの金属酸化物および導電性物質の他に特定の化合物を添加したことにより、電極降下電圧をさらに低下した蛍光ランプを提供することができる。
【００７９】
請求項５の発明によれば、加えて冷陰極基体をスリーブにしたことにより、水銀を所定のアマルガムの形にして所定量を封入することができ、さらに要すればゲッターをも所定量封入した蛍光ランプを提供することができる。
【００８０】
請求項６の発明によれば、請求項２ないし５の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍光ランプ用電極および蛍光ランプの第１の実施形態を示す断面図
【図２】本発明の蛍光ランプの第１の実施形態と比較例との点灯時間に対する相対ランプ中央輝度の推移を示すグラフ
【図３】本発明の照明装置の一実施形態としての液晶バックライトを示す要部断面図
【図４】従来の冷陰極蛍光ランプの一部切欠断面図
【図５】従来の省電力形の蛍光ランプ用の電極を示す断面図
【符号の説明】
１…透光性気密容器
２…蛍光体層
３…電極
３ａ…冷陰極基体
３ｂ…電子放射膜
４…ビードステム
５…リード線
６…チタン・水銀アマルガム

Claims

冷陰極基体と；
それぞれ構成元素がＬｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｌｉ−Ｔａ−ＯおよびＬｉ−Ｗ−Ｏからなる複数種の化合物のグループの中から選択された１種または複数種であるリチウムの金属化合物ならびにＷ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなるグループの中から選択された１種または複数種の金属である導電性物質を含み冷陰極基体の表面に被着された電子放射膜と；
を具備していることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
透光性気密容器と；
透光性気密容器の内面側に形成された蛍光体層と；
少なくとも一方は冷陰極基体、ならびにそれぞれ構成元素がＬｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｌｉ−Ｔａ−ＯおよびＬｉ−Ｗ−Ｏからなる複数種の化合物のグループの中から選択された１種または複数種であるリチウムの金属化合物とＷ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなるグループの中から選択された１種または複数種の金属である導電性物質を含み冷陰極基体の表面に被着された電子放射膜からなり透光性気密容器内に封装された一対の電極と；
気密容器内に封入された水銀および希ガスを含む放電媒体と；
を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
気密容器は、長さ１２０ｍｍ以下であり；
消費電力が１．５Ｗ以下である；
ことを特徴とする請求項２記載の蛍光ランプ。
電子放射膜は、Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＴａＣおよびＴｉＣからなるグループの中から選択された１種または複数種の化合物を含んでいることを特徴とする請求項２または３記載の蛍光ランプ。
電極基体は、内部に所定のアマルガムを充填したニッケルまたはアルミニウム・ジルコニウム合金からなるスリーブであることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一記載の蛍光ランプ。
照明装置本体と；
照明装置本体に支持された請求項２ないし５のいずれか一記載の蛍光ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。