JP4963468B2 - Discharge lamp - Google Patents
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Description
本発明は、液晶テレビやノートパソコン等のバックライトの光源として用いられる放電ランプに関する。 The present invention relates to a discharge lamp used as a light source for a backlight of a liquid crystal television, a notebook computer or the like.
液晶ディスプレイのバックライトに用いられる光源の一例として、外面電極放電ランプがある。外面電極放電ランプは、内部に放電媒体が封入され、管内壁面に蛍光体層が形成された放電容器の両端部に外面電極が形成されており、この外面電極間に電力を供給することで可視光を得ることができるランプである。従来、この外部電極には、特開2004−146351号公報(特許文献1)に記載のような、安価で製造も容易な半田電極が使用されていた。 An example of a light source used for a backlight of a liquid crystal display is an external electrode discharge lamp. The outer surface electrode discharge lamp has an outer surface electrode formed on both ends of a discharge vessel in which a discharge medium is enclosed and a phosphor layer is formed on the inner wall surface of the tube. Visible power is supplied between the outer surface electrodes. It is a lamp that can obtain light. Conventionally, as this external electrode, a solder electrode which is inexpensive and easy to manufacture as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-146351 (Patent Document 1) has been used.
しかし、半田電極は、半田剥がれによる接触不良、放熱性の低さなどの問題がある。そこで、最近では、特開2007−134289号公報(特許文献2)、特開2004−179059号公報(特許文献3)、特開2006−114271号公報(特許文献4)に記載されているようなスリーブ状やキャップ状の覆設金属を放電容器の端部に配設した外面電極放電ランプが提案されている。 However, the solder electrode has problems such as poor contact due to solder peeling and low heat dissipation. Therefore, recently, as described in JP 2007-134289 A (Patent Document 2), JP 2004-179059 A (Patent Document 3), and JP 2006-114271 A (Patent Document 4). There has been proposed an outer surface electrode discharge lamp in which a sleeve-like or cap-like covering metal is disposed at the end of a discharge vessel.
しかしながら、特許文献2〜4のような覆設金属を用いた放電ランプにおいて、点灯不良が発生している。この点灯不良について調査したところ、覆設金属が形成された放電容器部分において生じた割れが原因であることがわかった。 However, in the discharge lamp using the covering metal as in Patent Documents 2 to 4, lighting failure has occurred. As a result of investigating this lighting failure, it was found that the cause was a crack generated in the discharge vessel portion where the covering metal was formed.
本発明の目的は、ランプの割れによる点灯不良が抑制された放電ランプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a discharge lamp in which lighting failure due to lamp cracking is suppressed.
上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、放電容器の端部に覆設金属及び半田層が形成された放電ランプにおいて、熱膨張係数が前記放電容器の熱膨張係数よりも大きい前記覆設金属を前記放電容器の端部に装着したのち、前記覆設金属を覆うように半田ディッピングによって前記半田層を形成し、前記放電容器の円周方向及び管軸方向に圧縮歪みを残留させたことを特徴とする In order to achieve the above object, a discharge lamp according to the present invention is a discharge lamp in which a covering metal and a solder layer are formed at an end of a discharge vessel, wherein the thermal expansion coefficient is larger than the thermal expansion coefficient of the discharge vessel. After mounting the covering metal on the end of the discharge vessel, the solder layer is formed by solder dipping so as to cover the covering metal, and compressive strain remains in the circumferential direction and the tube axis direction of the discharge vessel. characterized in that was
本発明によれば、ランプの割れによる点灯不良を抑制することができる。 According to the present invention, lighting failure due to lamp cracking can be suppressed.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の実施の形態の放電ランプについて図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態の放電ランプについて説明するための全体図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a discharge lamp according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view for explaining a discharge lamp according to a first embodiment of the present invention.
放電ランプの容器は、例えば、軟質ガラスからなる放電容器1で構成されている。放電容器1は両端部が封着により密閉された細長い筒型形状であり、その内部には放電空間11が形成されている。放電空間11には、水銀Hgおよび希ガスからなる放電媒体が封入されている。ここで、希ガスとしてはネオンNeとアルゴンArの混合ガスが適している。また、放電容器1の内面には、少なくともランプの光放出領域を覆う範囲に蛍光体層2が形成されている。蛍光体層2としてはR(赤)、G(緑)、B(青)で発光する単波長蛍光体のほか、RGBを混合した3波長蛍光体などを目的用途に合わせて使用することができる。
The container of the discharge lamp is composed of, for example, a
放電容器1の両端部には、覆設金属として筒状金属3と半田層4が形成されている。詳しくは、半田層4は筒状金属3を覆うように形成されている。つまり、筒状金属3は、その内外表面とも半田層4で覆われた状態になっているが、必ずしも半田層4によって完全に覆われている必要はなく、その一部が外観的に露出していてもよい。ちなみに、筒状金属3は、図2(a)に示したような、もとは板状部31と舌片部32とからなる厚みが0.05〜0.20mmの板状の薄金属板であり、これを(b)のように、板状部31をその両端部の一部同士が重なるように丸めて筒状にし、かつ舌片部32を板状部31の面に対してほぼ垂直に屈曲させることで形成されている。その際、板状部31を丸めたときに上に重なる管軸方向中央側の角部分には、R部311が形成されている。このR部311は、筒状金属3を放電容器1に装着したときに、電界集中により最もコロナ放電の起点となりやすい角部が生じにくくするため、オゾン発生の抑制作用がある。また、筒状金属3の表面には、あらかじめ銅、スズ、亜鉛、銀、金、ニッケルから選択された金属メッキが施されている。これにより放電容器1と筒状金属3との間への半田層4の入り込みが良好になり、半田の充填率を向上させることができる。
At both ends of the
なお、「覆設金属」とは、少なくとも放電容器1の円周の大部分、例えば、70%以上を覆うような形状の金属であることを意味する。すなわち、薄金属板を巻いて筒状金属3を形成する場合、本実施の形態のように必ずしも一部が重なっている必要はなく、端部が離れたC型の筒状であっても良い。この筒状金属3の材料としては、鉄、ニッケル、銅、コバルト、クロムから選択された金属または合金などが挙げられる。また、半田層4の材料としては、ガラスとのなじみが良好なスズ、スズとインジウムの合金、スズとビスマスの合金に、アンチモン、亜鉛、アルミニウムなどを添加した金属材料などが挙げられる。
The “covering metal” means a metal having a shape that covers at least most of the circumference of the
ここで、放電容器1、筒状金属3及び半田層4について、図3を参照して詳しく説明する。図3は放電ランプの端部を説明するための図であり、(a)は図1に示されたX−X’断面図、(b)は範囲Yの拡大図である。なお、図中の矢印は、歪みの方向を示している。
Here, the
図3からわかるように、放電容器1の径方向には引っ張り歪みα、円周方向には圧縮歪みβ、管軸方向には圧縮歪みγが残留している。この放電容器1の円周方向及び管軸方向に残留した圧縮歪みβ、γにより、ランプの割れが抑制される。
As can be seen from FIG. 3, a tensile strain α remains in the radial direction of the
ここで、放電容器1への筒状金属3及び半田層4の形成方法について説明する。
Here, a method of forming the cylindrical metal 3 and the
まず、内部に放電媒体を封入、かつ内壁面に蛍光体層2を塗布した放電容器1を作成し、他方、図2(b)のような筒状金属3を作成する。次に、筒状金属3の開口側を上に向けて配置し、放電容器1の端部をその開口に挿入する。その際、筒状金属3の少なくとも一部の内径を、放電容器1の外径よりも多少小さく形成しておけば、挿入とともにそれらの一部分が接触することになり固定状態を維持することができる。
First, a
そして、溶融半田が満たされた半田槽に筒状金属3が形成された放電容器1の端部を上から浸漬する半田ディッピングにより、筒状金属3を覆うように半田層4を形成する。このとき、特開2004−146351号公報に記載のような、超音波振動子によって超音波振動させた状態の溶融半田に浸漬する、いわゆる超音波半田ディッピングを行うのがさらに望ましい。超音波半田ディッピングを行うことにより、放電容器1と筒状金属3の間の微小な隙間にも半田層4を充填させることができるので、放電容器1と半田層4の有効接触面積が拡大し、ランプ電圧の低減に繋がるためである。なお、超音波半田ディッピングを行うと、筒状金属3が上側、すなわち筒状金属3が放電容器1の管軸方向中央側にズレやすくなるが、その際、本実施の形態では筒状金属3の舌片部32が放電容器1の端部と接触するため、相対的なズレが防止され、放電容器1に対する筒状金属3の装着位置精度を高めることができる。また、半田ディッピング工程後にエアー乾燥工程を行うことにより、半田層4の表面が滑らかになり、電圧が集中する凹凸の形成が抑制されるので、コロナ放電によるオゾン発生を抑制することができる。
And the
次に、放電容器1に残留させる歪みの形成方法の一例を説明する。
Next, an example of a method for forming strain that remains in the
放電容器1の円周方向及び管軸方向に圧縮歪みβ、γを残留させるには、放電容器1の径方向に引っ張り歪みαを残留させる必要がある。そのために、本実施の形態では放電容器1の熱膨張係数よりも熱膨張係数が大きい筒状金属3を用いている。筒状金属3の熱膨張係数が放電容器1の熱膨張係数よりも大きい場合、温度変化による熱収縮量は筒状金属3の方が大きくなるためである。つまり、半田形成後、半田が冷えるまでの過程において、筒状金属3は放電容器1の内側方向に熱収縮するため、放電容器1の径方向には引っ張り歪みが残留し、その結果、円周方向及び管軸方向には、径方向とは反対の圧縮歪みが残留する。その際、径方向の引っ張り歪みが強いほど、円周方向及び管軸方向の圧縮歪みも強くなるので、放電容器1と筒状金属3の熱膨張係数差を調整することで、歪みの強さを調整することができる。なお、残留歪みの種類及びその応力値は、筒状金属3及び半田層4が形成されている放電容器1部分を管軸方向に対して垂直に切断し、その断面を鋭敏色板法(ガラスに生じている歪の状態を、光の光路差により識別する方法)で観察することにより、判断及び測定が可能である。
In order to leave the compressive strains β and γ in the circumferential direction and the tube axis direction of the
下記に本実施の形態の放電ランプの一実施例を示す。なお、以下で説明する試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。 An example of the discharge lamp according to the present embodiment is shown below. The tests described below are based on this specification unless otherwise specified.
(実施例1)
放電容器1;ER−N(日本電気硝子株式会社製の軟質ガラス)、熱膨張係数=76×10−7/℃、全長=960mm、外径=3.4mm、内径=2.4mm、径方向に引っ張り歪み(応力値=40.2kgf/cm2)、円周方向及び管軸方向に圧縮歪み、
放電媒体;水銀Hg、ネオンNeとアルゴンArの混合ガス=60torr、
蛍光体層2;RGBの3波長蛍光体、
筒状金属3;50アロイ(ニッケル=50%、鉄=50%)、熱膨張係数=90×10−7/℃、厚み=0.1mm、表面に銀メッキ、
半田層4;スズ−亜鉛−アンチモン(それぞれ94〜96%、3〜5%、1〜3%)、全長=25mm。
Example 1
Discharge medium; mercury Hg, mixed gas of neon Ne and argon Ar = 60 torr,
Phosphor layer 2; RGB three-wavelength phosphor,
Cylindrical metal 3; 50 alloy (nickel = 50%, iron = 50%), thermal expansion coefficient = 90 × 10 −7 / ° C., thickness = 0.1 mm, silver plating on the surface,
Solder layer 4: tin-zinc-antimony (94-96%, 3-5%, 1-3%, respectively), total length = 25 mm.
この実施例1のランプ、30本について点灯試験を行ったところ、3000時間経過しても全てのランプに割れが発生せず、点灯不良に至ることはなかった。ここで、ランプの割れは、覆設金属と放電容器1の間に生じた応力により発生すると推測される。そのため、放電容器1と筒状金属3の熱膨張係数を同じにするなど、応力が生じないような設計がなされるのが一般的である。しかし、実施例のランプは応力が残留する設計であったにもかかわらず、ランプの割れが発生しなかった。これは、放電容器1の円周方向及び管軸方向に残留する圧縮歪みβ、γが割れを抑制する作用をしたためと考えられる。また、その際の歪による応力値はある程度高い方が良く、具体的には径方向の引っ張り歪みが10kgf/cm2以上であるのが望ましい。
When a lighting test was conducted on 30 lamps of Example 1, all the lamps were not cracked even after 3000 hours, and lighting failure did not occur. Here, it is estimated that the crack of the lamp occurs due to the stress generated between the covering metal and the
次に、放電容器1、筒状金属3の材料を変えたときの歪みの種類を確認した。その結果を図4に示す。ここで、PS−94とは、日本電気硝子株式会社製の軟質ガラス、BKUとは、日本電気硝子株式会社製の軟質ガラス、42アロイとは、ニッケル=42%、鉄=58%の合金を示す。
Next, the kind of distortion when changing the material of the
結果からわかるように、実施例1、2では放電容器1の径方向に引っ張り歪み、円周方向及び管軸方向に圧縮歪みが残留し、比較例3、4では逆の歪み、比較例5、6では歪みはほとんど残留していない。これらから、歪みの制御では放電容器1と筒状金属3の熱膨張係数に大きく影響することがわかる。したがって、筒状金属3の熱膨張係数が、放電容器1の熱膨張係数よりも大きい金属材料を用いて、放電容器1の径方向に引っ張り歪み、円周方向及び管軸方向に圧縮歪みを残留させるのが望ましい。ただし、筒状金属3の肉厚や半田層4を構成する半田合金の熱膨張係数などにも多少影響される場合もあるので、それらを考慮して適宜調節するのがさらに望ましい。なお、実施例及び比較例のランプについて、点灯試験を行ったところ、実施例1、2が割れに対して最も有効であることがわかった。
As can be seen from the results, in Examples 1 and 2, tensile strain in the radial direction of the
ただし、放電容器1の円周方向及び管軸方向の圧縮歪みが強すぎる、すなわち径方向の引っ張り歪みが強すぎるとクラックの原因になるおそれがある。発明者の試験によれば応力値が80kgf/cm2よりも高くなるとクラックが発生しやすくなる傾向が確認された。したがって、放電容器1の径方向に引っ張り歪みの応力値は、80kgf/cm2以下、さらに望ましくは60kgf/cm2以下になるように設計するのが最適である。そのためには、42アロイ、50アロイ、52アロイ(ニッケル=52%、鉄=48%の合金)、426アロイ(ニッケル=42%、クロム6%、鉄=52%の合金)、476アロイ(ニッケル=47%、クロム6%、鉄=47%の合金)などの金属をガラスにうまく組み合わせればよい。
However, if the compressive strain in the circumferential direction and the tube axis direction of the
したがって、第1の実施の形態では、筒状金属3を覆うように半田層4が形成されている放電容器1の円周方向に圧縮歪みβ、管軸方向に圧縮歪みγを残留させたことにより、その圧縮歪みβ及びγが割れを抑制するように作用するため、ランプの割れによる点灯不良を抑制することができる。なお、圧縮歪みβ及びγは、筒状金属3として熱膨張係数が、放電容器1の熱膨張係数よりも大きい材料を使用すれば形成されやすい。
Therefore, in the first embodiment, the compressive strain β is left in the circumferential direction and the compressive strain γ is left in the tube axis direction of the
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態の放電ランプについて説明するための図である。これ以降の実施の形態の各部については、第1の実施の形態の放電ランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram for explaining a discharge lamp according to a second embodiment of the present invention. About each part of embodiment after this, the same part as each part of the discharge lamp of 1st Embodiment is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態では、放電容器1の両端部にカップ電極51、インナーリード52、アウターリード53及びビーズガラス54からなる電極マウント5が封着されており、放電容器1から外部に突出したアウターリード53と両端部外表面に形成された筒状金属3とが半田層4を介して電気的に接続されている。つまり、第1の実施の形態は外部電極型の放電ランプだが、本実施の形態は、カップ電極51が電極、筒状金属3及び半田層4が給電部として作用する内部電極型の放電ランプである。この実施形態のランプでは、例えば、放電容器1としてBKU、筒状金属3として50アロイを使用することにより、円周方向及び管軸方向に圧縮歪みβ及びγを残留させている。
In the present embodiment, the electrode mount 5 made of the
したがって、第2の実施の形態でも、第1の実施の形態と同様にランプの割れによる点灯不良を抑制することができる。 Therefore, also in the second embodiment, it is possible to suppress a lighting failure due to a crack of the lamp as in the first embodiment.
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。 The embodiment of the present invention is not limited to the above, and may be modified as follows, for example.
放電容器1の断面形状は、真円に限らず、楕円、一部に直線部分を有する扁平などであってもよい。
The cross-sectional shape of the
覆設金属として、図6のような有底開口状のキャップ金属3を用いても良い。 As the covering metal, a cap metal 3 having a bottomed opening as shown in FIG. 6 may be used.
また、図7のように、覆設金属として形成した筒状金属3のエッジに研磨等により斜面部312を形成することで、半田層4の管軸方向中央側の端部を放電容器1にスロープ状に形成するのが望ましい。これにより、コロナ放電によるオゾン発生を抑制できる。
In addition, as shown in FIG. 7, by forming a
また、放電容器1への筒状金属3及び半田層4の形成工程において、筒状金属3を放電容器1と一部接触、その他は接触させないで装着して、放電容器1との間に隙間6を形成したのち、半田層4を形成するのが望ましい。これにより、図8のように放電容器1と筒状金属3との間に半田が入り込みやすくなるので、半田の充填率を上げることができる。
In addition, in the step of forming the cylindrical metal 3 and the
1 放電容器
11 放電空間
2 蛍光体層
3 筒状金属
31 板状部
32 舌片部
4 半田層
α 引っ張り歪み
β、γ 圧縮歪み
DESCRIPTION OF
Claims (2)
熱膨張係数が前記放電容器の熱膨張係数よりも大きい前記覆設金属を前記放電容器の端部に装着したのち、前記覆設金属を覆うように半田ディッピングによって前記半田層を形成し、前記放電容器の円周方向及び管軸方向に圧縮歪みを残留させたことを特徴とする放電ランプ。 In the discharge lamp in which the covering metal and the solder layer are formed at the end of the discharge vessel,
After the covering metal having a thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the discharge vessel is attached to the end of the discharge vessel, the solder layer is formed by solder dipping so as to cover the covering metal, and the discharge A discharge lamp characterized in that compressive strain remains in the circumferential direction of the vessel and in the tube axis direction.
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