JP4471320B2

JP4471320B2 - 冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法および前記製造方法による冷陰極を具備する冷陰極放電灯

Info

Publication number: JP4471320B2
Application number: JP22535699A
Authority: JP
Inventors: 滋生鈴木; 裕一森; 浩則平間; 将一井上
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-08-09
Also published as: JP2001052604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法および該製造方法により製造された冷陰極を具備する冷陰極放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５及び図１６は従来の冷陰極放電灯５０に関し、図１５は、ガラス管５１の両端部に形成した封止部５２をそれぞれ貫通して内方に延びた導入線５３の先端部にそれぞれ電極５４を有し、電極５４への電圧印加にて点灯する冷陰極放電灯の一種である単管型の冷陰極蛍光放電ランプ５０を示している。詳述すれば、この冷陰極蛍光放電ランプ５０は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト、即ち、ＬＣＤの照明として用いられている。図１５において、ガラス管５１は直径１．８ｍｍ、長さ１６０ｍｍの円筒状のガラス管で、その内壁面の略全域に亘って蛍光体塗膜５５が設けられ、左右両端封止部５２にて密封され、その内部密封空間５６には約１／１０気圧のネオン、アルゴン等のガスと共に少量の水銀が封入されている。この水銀は周囲温度における蒸気圧で空間５６に存在している。そして、左右両端封止部５２を貫通したジュメント線等の導入線５３の空間５６側の先端部には電極５４がそれぞれ設けられている。
【０００３】
このような構成において、ガラス管５１の外部から導入線５３を通して電極５４に数百ボルトの交流電圧をかけると放電電流が流れ、その電子が空間５６の水銀蒸気に当たって紫外線を発生させ、その紫外線が蛍光体塗膜５５に照射され、蛍光体塗膜５５が発光し冷陰極蛍光放電ランプ５０が点灯したことになる。
【０００４】
このような冷陰極蛍光放電ランプ５０は最近、ＬＣＤ付き携帯用電子機器のＬＣＤのバックライトとして多く使用されるようになった。このような冷陰極蛍光放電ランプ５０の使用温度範囲は、屋内外使用のために摂氏ゼロ度から６０度の範囲に定められているが、この冷陰極蛍光放電ランプ５０は冬期のように低温領域、例えば摂氏ゼロ度のような低温時には、空間５６の水銀蒸気圧が低くなり過ぎることにより、蛍光塗膜５５に照射される紫外線量が著しく減少してランプ輝度が極端に低下する特性を有している。このためにランプ電流を多く流して輝度の改善を図っており、そのために前記電子機器に組み込まれた電池の寿命が短くなってしまう問題が生じる。
【０００５】
そこで冬期のように低温領域でもランプ輝度が殆ど低下せず、また携帯用として電池寿命を伸ばすためにランプ電流を３ｍＡ以下に制限することが要求されている。この要求に対して点灯時におけるエネルギー損失を低減するために開発されたものが、図１６に示すような二重管型の冷陰極蛍光放電ランプ５０である。図１５の構成と基本的に異なるところは、ガラス管が二重管構成になっていて、内管に相当するガラス管５１は直径１．８ｍｍ、外管のガラス管５７は直径２．６ｍｍであって全体の長さは１６０ｍｍであり、内管５１と外管５７との間には内管１の管軸に沿った真空空間５８が設けられている。この真空空間５８が断熱空間を構成する。全体の構成は図１５のガラス管５１の場合と同様であり、かつ、ランプとしての点灯構成も図１５の場合と基本的に同様であるので説明は省略する。
【０００６】
このような冷陰極放電灯において、その電極５４の従来の製造方法、即ち、冷陰極ＢａＯの製造方法として、第１工程として、ニッケル（Ｎｉ）等の基体金属にＢａＣＯ₃ を塗布する。第２工程として、これをなんらかの方法によってごく短時間に高温に加熱する。この際分解の途中で結晶が溶融し、出来上がった酸化物はほとんど透明で透けて見える結晶である。第３工程として、これに目的の任意の希ガスを適量入れて、ｄ−ｃ放電を行わせ、短時間数十ｍＡ／ｃｍ² の電流を取り出しさえすれば、２元または３元酸化物を用いたカソードと同じ放電特性を持つカソードが得られる。この方法は、１９５６年東芝レビュー１１巻９号１０４２頁に記載されている。
【０００７】
上記の従来技術では、ＢａＣＯ₃ を高温に急加熱して、冷陰極ＢａＯ層を製造している。本願発明者の実験では、約８００℃／ｓｅｃ以上の昇温速度で、この従来技術の再現を試みた。しかし、一般的には、このような急速な条件で電極を加熱することは難しい。特に、電極の加熱に一般的に用いられる高周波加熱の場合には、加熱装置側のコイルと電極との位置関係が加熱条件を左右する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によると、電極の寸法バラツキや電極の設置位置等のバラツキが必ず含まれる量産工程では、加熱斑が生じ易く、放電灯の特性が大きくバラツク。これは、ＢａＯ層を得るための加熱条件の範囲が狭い（シビアである）ことを意味する。従って、この製造方法では、量産性が悪いという問題点がある。また、放電灯の製造後に、エージングによる活性化工程が必要となる。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑み、加熱条件の範囲が広く、特性のバラツキの少なく、携帯用電子機器のＬＣＤのバックライト等に用いられる放電灯として、大量生産に適した放電灯の提供が課題であり、そのための製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための技術的手段として、基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、これを真空加熱し、その後水分を含んだキャリアガスであるウエットガス中で加熱し、さらに真空加熱してＢａＯを得る冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法である。また、基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、加熱による工程を経てＢａＣＯ_３をＢａＯに、ＢａＯをＢａ（ＯＨ）_２に、Ｂａ（ＯＨ）_２をＢａＯに変化させる冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法である。更に、基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、これを真空加熱してＢａＯを得る第１工程と、前記ガラス管内に水分を含んだキャリアガスであるウエットガスを注入して前記ＢａＯを加熱してＢａ（ＯＨ）_２の膜を得る第２工程と、再び前記基板を真空加熱してＢａＯを得る第３工程を有する冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法である。更にまた、前記第２工程により透明の均一な連続膜を形成する。また、前記第１工程と前記第３工程の真空加熱温度を８００℃以上とした冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法である。更に、上記製造方法で製作された冷陰極を有する冷陰極放電灯の提供である。また、上記製造方法で製作された冷陰極を有する冷陰極放電灯を具備した液晶表示装置の提供である、また、上記冷陰極放電灯を具備した表示装置の提供である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図８は本発明の一つの実施の形態を示しており、以下、これらの図に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る電極の表面にＢａＣＯ₃ を塗布する工程図であり、ジュメント線等の導入線２の先端部にニッケル（Ｎｉ）製等の電極基板１が接続され、導入線２の途中にはガラス玉（ビーズ）３が保持されている。この電極基板１の表面にＢａＣＯ₃ スラリを均一に塗布して、電極基板１の表面にＢａＣＯ₃ の塗布膜を作製する。このようにして作製された電極１０を、塗布電極と称する。ＢａＣＯ₃ の塗布膜は、図１に示すように、容器４内のＢａＣＯ₃ スラリー５中に浸す、所謂ディップ法、又はスピンコート法等適切な方法にて作製することができる。このようにして、ガラス玉３と導入線２を有する塗布電極１０を一対作製する。図２において、６は円筒状等の形状をしたガラス管で、その一部に絞り部７Ａが形成されている。ここで上記一対の塗布電極１０の一方を用い、図２のように、絞り部７Ａにガラス玉３を載せて導入線２と塗布電極１０をガラス管６内の所定の位置に設定し、図３のように遮熱チャック８にて保持した状態で、絞り部７Ａとガラス玉３付近をガスバーナ９等にて加熱し、ガラス管６とガラス玉３とを溶融させて両者を溶着して、後述の放電灯２０の一方の溶着部１１を形成する。次に、溶着部１１から離れたガラス管６の一部に形成したもう一つの絞り部７Ｂに、上記一対の塗布電極１０のもう一方を用い、上記同様に、絞り部７Ｂにガラス玉３を載せて導入線２と塗布電極１０をガラス管６内の所定の位置に設定し、ガラス管６の絞り部７Ｂ側の開口端部１２を吸排気装置１４の吸排気ヘッド１３に接続する。
【００１２】
吸排気装置１４は、吸排気ヘッド１３に対して、ガラス管６内の空気を吸引してガラス管６内を真空にする真空ポンプ１５と、ガラス管６内にネオン、アルゴン等の所定のガスを注入するためのガス供給源１６と、吸気と排気を切り換える切換バルブ１７と、排気電磁弁１８と、吸気電磁弁１９とを有する。
【００１３】
図４のように、一対の塗布電極１０を具備したガラス管６を吸排気ヘッド１３に接続した状態において、排気電磁弁１８と切換バルブ１７にて排気通路２１を開いて真空ポンプ１５の稼働にてガラス管６内の空気を排気し真空にする。この排気工程中に、塗布電極１０をガラス管６の外方から加熱手段としての加熱源２３にて８００℃以上の温度で加熱する。この真空加熱工程を第１工程という。この加熱方法は、高周波加熱のほか、レーザ加熱でもよい。加熱条件は、例えば、加熱温度が１２００℃の場合、加熱時間は６０秒以下である。
【００１４】
上記第１工程により、ＢａＣＯ₃ は、ＢａＯ１．３に組成変化するが、その膜は結晶粒の堆積膜のままであり、外観は白い。なお、この状態のままでは、陰極降下電圧を下げる働き（エミッタ効果）が少なく、エミッタ効果の持続時間も短い。
【００１５】
次に、ガス供給源１６から電磁弁１９及び切換バルブ１７を通してアルゴンガス（Ａｒ）をキャリアガスとして、水分を排気工程途中のガラス管６内に封入する。この水分を含んだアルゴンを、ウエットアルゴン（Ｗｅｔ−Ａｒ）という。その後、ガラス管６を図５のように加熱手段としての電気炉２６に入れて４０８℃以上の温度で加熱する。このウェット（Ｗｅｔ）工程を第２工程という。
【００１６】
第２工程において、キャリアガスはアルゴン等の希ガスのほか、窒素（Ｎ₂ ）、空気、又はこれらの混合ガス等でもよい。ウエットアルゴン（Ｗｅｔ−Ａｒ）は、例えば、適量の水を入れたガス洗浄ビンにアルゴン（Ａｒ）を導入することにより作製する。ウエットアルゴン（Ｗｅｔ−Ａｒ）中の水分は、水温の飽和蒸気圧以上であればよく、概ね２０％（ＲＨ）以上あればよい。加熱条件は、例えば、温度５００℃で加熱時間５秒以上である。ウエットアルゴン（Ｗｅｔ−Ａｒ）封入圧は、１Ｔｏｒｒ以上、好ましくは数Ｔｏｒｒ以上である。加熱方法は、高周波加熱、レーザ加熱等にて電極１０のみを加熱してもよい。
【００１７】
この第２工程により、ＢａＯ１．３は、Ｂａ（ＯＨ）₂ （但し、水和物を含む）に組成変化する。この際、電極基板１の表面の膜の外観は、電極基板１が透けて見えるような透明な状態に変化し、この膜は、前記結晶粒の堆積膜から連続膜に変化する。この第２工程によって前記膜が透明な状態に変化するのは、ＢａＯ１．３が水分と反応してＢａ（ＯＨ）₂ になり、これを、Ｂａ（ＯＨ）₂ の融点（４０８℃）以上に加熱することにより、融解するためである。
【００１８】
次に、図６のように、再度、電極１０を真空加熱する。この真空加熱工程を第３工程という。この場合の加熱方法及び加熱条件は第１工程と同様である。即ち、真空ポンプ１５の稼働にてガラス管６内の空気を排気し真空にする。この排気工程中に、塗布電極１０をガラス管６の外方から加熱手段としての加熱源２３にて８００℃以上の温度で再び加熱する。この加熱方法は、高周波加熱のほか、レーザ加熱でもよい。加熱条件は、例えば、加熱温度が１２００℃の場合、加熱時間は６０秒以下である。
【００１９】
この第３工程により、Ｂａ（ＯＨ）₂ はＢａＯに組成変化する。電極基板１の表面の膜は、連続膜のままであり、その外観も透明のままである。
【００２０】
第３工程が終了した後、切り換えバルブ１７と電磁弁１９を通ってガス供給源１６からアルゴン等の所定のガスと共に少量の水銀がガラス管６内に封入される。その後、絞り部７Ｂ付近とガラス玉３をガスバーナ２５等にて加熱し、ガラス管６とガラス玉３とを溶融させて両者を溶着して、後述の放電灯２０のもう一方の溶着部１１を形成する。２４は遮熱チャックである。このような工程の後に、ガラス管６の溶着部１１の外方の不要部分を除去することによって、冷陰極放電灯２０の一種であるところの図７に示す単管型冷陰極蛍光放電ランプ２０が得られる。
【００２１】
この単管型冷陰極蛍光放電ランプ２０は、その管内面に蛍光体塗膜２７が設けられている。この蛍光体塗膜２７は前記真空加熱工程である第１工程に用いるガラス管６の内面の所定位置に予め塗布されている。ガラス管６の外部から導入線２を通して電極１０に数百ボルトの交流電圧をかけると、放電電流が流れ、その電子が空間２８の水銀蒸気に当たって紫外線を発生させ、その紫外線が蛍光体塗膜２７に照射され、蛍光体塗膜２７が発光して冷陰極蛍光放電ランプ２０が点灯したことになる。
【００２２】
冷陰極のまま、ランプ電圧を下げるためには、エミッタ層が凹凸のない均一な連続膜になっていることが重要である。凹凸のある結晶粒の堆積膜であると、ランプ点灯中、電極の一部分に放電が集中し、そこに輝度が生じる。このような状態では、ランプ電流に対するランプ電圧の変動が大きくなる問題が生じる。
【００２３】
上記の方法で作製したＢａＯ電極を使用した放電ランプの、ランプ電流とランプ電圧との関係を図９及び図１０に示す。図１０は、図９のランプ電流に対するＢａＯ電極のランプ電圧とＮｉ電極のランプ電圧の数値を示したものである。この場合のランプ寸法は、管の直径が２．６ｍｍ、管の長さが６４ｍｍである。
【００２４】
図９及び図１０に示すように、本発明のＢａＯ電極の放電ランプ２０は、ニッケル（Ｎｉ）電極の放電灯と同様に、ランプ電圧の電流依存性が殆どなく、冷陰極で動作していることが確認できる。また、エミッター効果も、例えば、５ｍＡのランプ電流では、ニッケル（Ｎｉ）のみの電極の放電灯に対し、約６０Ｖ（６０ボルト）低いランプ電圧を示し、低消費電力化を達成できる。
【００２５】
図１１には、本発明の各工程後の電極の状態を確認するための、エックス線回析測定結果を示す。▲１▼は、電極基板にＢａＣＯ₃ を塗布した後の電極の状態を示しており、これによると、ＢａＣＯ₃ のリファレンスパターン（ＪＣＰＤＳ）と一致する。
【００２６】
また、▲２▼は、第１工程後の電極の状態を示しており、これによると、ＢａＯ１．３のリファレンスパターンと一致する。▲３▼は、第２工程後の電極の状態を示しており、これによると、Ｂａ（ＯＨ）₂ のリファレンスパターンと一致する。▲４▼は、第３工程後の電極の状態を示しており、これによると、ＢａＯのリファレンスパターンと一致する。
【００２７】
図１２乃至図１４は、各工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層のＳＥＭ観察結果を示している。図１２は、第１工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示しており、これによると、粒状の結晶粒の堆積膜であることが確認できる。
【００２８】
図１３は、第２工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示しており、これによると、粒状の結晶粒が多少残ってはいるが、下地は均一な膜になっていることが確認できる。
【００２９】
図１４は、第３工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示しており、これによると、結晶粒の殆どない均一な膜であることが確認できる。
【００３０】
上記にて作製された本発明における最終生成物の酸化バリウム（ＢａＯ）は、ＢａＣＯ₃ よりも分解温度が低いＢａ（ＯＨ）₂ から得るので、従来のように高温・急加熱を必要としない。このため、加熱条件が拡がり、量産性が向上することになる。また、Ｂａ（ＯＨ）₂ は大気中では不安定であり、量産用の材料としては不向きであるが、上記のような第１工程乃至第３工程を経ることによって、大気中で安定なＢａＣＯ₃ を供給源とすることができる。更に、本発明で得られるＢａＯ膜では、放電灯製造後の活性化工程を必要としない。
【００３１】
本発明にて得られた放電灯は、製作された冷陰極を有する冷陰極放電灯である。
【００３２】
図８には、本発明の冷陰極放電灯２０の一種であるところの二重管型冷陰極蛍光放電ランプの断面を示している。図７の放電ランプと異なるところは、図７の放電ランプの周囲をガラス製の外管２９で覆い、ガラス管６と外管２９との間にはほぼ均一な真空の断熱空間３０が形成されていることである。この構成においても、ガラス管６の直径を１．８ｍｍ、外管２９の直径を２．６ｍｍ、長さ１６０ｍｍとした放電灯が作製できる。
【００３３】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲内において変更または創出される種種の実施形態を包含するものである。
【００３４】
本発明にて得られた冷陰極放電灯は、携帯用電子機器に設けたＬＣＤのバックライト、即ち液晶ディスプレイの照明用としての使用に適するものである。このため、本発明にて得られた冷陰極放電灯を具備する液晶表示装置を提供することができる。また、本発明にて得られた冷陰極放電灯は、ＬＣＤ以外の表示装置としての使用にも適するものである。
【００３５】
また、本発明にて得られた冷陰極放電灯を具備する電池駆動の機器を提供することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明における最終生成物の酸化バリウム（ＢａＯ）は、ＢａＣＯ₃ よりも分解温度が低いＢａ（ＯＨ）₂ から得るので、従来のように高温・急加熱を必要としない。このため、加熱条件が拡がり、量産性が向上することになる。また、Ｂａ（ＯＨ）₂ は大気中では不安定であり、量産用の材料としては不向きであるが、上記のような第１工程乃至第３工程を経ることによって、大気中で安定なＢａＣＯ₃ を供給源とすることができる。更に、本発明で得られるＢａＯ膜では、放電灯製造後の活性化工程を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの電極の表面にＢａＣＯ₃ を塗布する工程図である。
【図２】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプのガラス管内に電極を配置した状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプのガラス管端部の溶着状態図である。
【図４】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの冷陰極製造方法の第１工程図である。
【図５】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの冷陰極製造方法の第２工程図である。
【図６】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの冷陰極製造方法の第３工程図である。
【図７】本発明の実施形態の一つの単管型冷陰極蛍光放電ランプの縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態の一つの二重管型冷陰極蛍光放電ランプの縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプのランプ電流に対するランプ電圧関係図である。
【図１０】図１１における本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプのランプ電流に対するランプ電圧の数値図である。
【図１１】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの各製造工程後の電極のエックス線測定図である。
【図１２】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの製造方法の第１工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの製造方法の第２工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の一つの冷陰極放電ランプの製造方法の第３工程後の電極のバリウム（Ｂａ）化合物層の状態を示す図である。
【図１５】従来の単管型の冷陰極蛍光放電ランプの縦断面図である。
【図１６】従来の二重管型の冷陰極蛍光放電ランプの縦断面図である。
【符号の説明】
１……電極基板
２……導入線
３……ガラス玉
５……ＢａＣＯ₃
６……ガラス管
１０…電極
１１…溶着部
１４…吸排気装置
２０…冷陰極放電灯
２３…加熱手段
２６…加熱手段

Claims

基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、これを真空加熱し、その後水分を含んだキャリアガスであるウエットガス中で加熱し、更に真空加熱してＢａＯを得る冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、加熱による工程を経てＢａＣＯ_３をＢａＯに、ＢａＯをＢａ（ＯＨ）_２に、Ｂａ（ＯＨ）_２をＢａＯに変化させる冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
基板にＢａＣＯ_３の膜を形成し、これを真空加熱してＢａＯを得る第１工程と、前記ガラス管内に水分を含んだキャリアガスであるウエットガスを注入して前記ＢａＯを加熱してＢａ（ＯＨ）_２の膜を得る第２工程と、再び前記基板を真空加熱してＢａＯを得る第３工程を有する冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
前記第２工程により透明の均一な連続膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
前記第１工程と前記第３工程の真空加熱温度を８００℃以上としたことを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
前記第２工程の加熱温度を４０８℃以上としたことを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
前記第１工程と前記第３工程の真空加熱温度を８００℃以上とし、前記第２工程の加熱温度を４０８℃以上としたことを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電灯の冷陰極の製造方法。
請求項１乃至７に記載の製造方法で製作された冷陰極を有する冷陰極放電灯。