JPH07130329A

JPH07130329A - 放電ランプおよびバックライト装置

Info

Publication number: JPH07130329A
Application number: JP27162693A
Authority: JP
Inventors: Miho Saito; 美保斉藤
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】発光効率の向上および電子放射性物質の飛散
を防ぐことのできる、長寿命な放電ランプおよびこのラ
ンプを光源としたバックライト装置を提供することを目
的とする。【構成】バルブ１と、このバルブ１の端部に封着され
たリード線６と、このリード線６に取着された電極２
と、この電極２の電極板３の表面に被着された電子放射
性物質層４と、この電子放射性物質層４上に重層形成さ
れるとともに電子放射性物質層４からの電子放射を妨げ
ない金属酸化物薄膜５と、上記バルブ１内に封入された
希ガスとを具備した放電ランプＬおよびこのランプＬを
光源としたバックライト装置。【効果】陰極降下電圧が低下し発光効率の向上がで
き、また、電極板上の電子放射性物質は保護用の薄膜を
透過して所定の電子放射が行われるとともにこの薄膜に
よって飛散や脱落が抑止さるので、バルブ１の黒化など
の変色も低減され、動程特性も向上できた。

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機器やテレビあるいはディスプレイや装飾表示な
どの表示機器においてバックライト装置として使用され
る放電ランプおよびこの放電ランプを用いたバックライ
ト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置（以下ＬＣＤと略称
する。）を用いた小型のパソコンやテレビなどは薄型化
や高輝度のカラー化がすすめられている。このＬＣＤを
照明するためのバックライト装置に使用されるたとえば
蛍光ランプは入力が小さく、通常の一般照明用の蛍光ラ
ンプに比べ、細径で小型化され低消費電力で、同時に高
輝度、高演色性で長寿命なものが要求されている。こと
に、これら装置は民生用のためランプ交換が行われない
のが原則で、１万時間以上の寿命が要求されている。

【０００３】このため、バックライト装置用の小型蛍光
ランプは、低消費電力に適合するよう電流と電圧、封入
する希ガスの種類や水銀の量などとともに寿命の観点か
らも最適な電極の設計がなされるよう努力されている。

【０００４】このようにランプを小型化するには、電極
部も小型化する必要があり、電極は現在ニッケル（Ｎ
ｉ）、鉄・ニッケル合金（ＦｅＮｉ）、タングステン
（Ｗ）などの金属板体から形成したものが多用されてい
る。そして、この金属板の表面にはＢａＯ、ＳｒＯ、Ｃ
ａＯ、ＭｇＯやＬａＢ₆などの電子放射性物質が被着さ
れていて、ランプの始動性をよくしている。

【０００５】しかし、このような金属板体から構成した
冷陰極型の電極は陰極降下電圧が１２０〜１６０Ｖと著
しく高く、したがって高い電源電圧を必要とし、かつ、
発光効率も低かった。そして、上記のように電源電圧が
高いということは点灯中に電極は強いイオン衝撃を受け
て上記電子放射性物質や電極板などが飛散してバルブ壁
に付着する結果、早期にバルブ壁に黒化などの変色を生
じたり、板状表面の電子放射性物質が剥離脱落したりす
る問題があった。

【０００６】そこで、これを改善するためフィラメント
コイルを備えた熱陰極型の電極を検討した。この熱陰極
型の電極を用いた小型の蛍光ランプは、陰極降下電圧が
１２〜１５Ｖ程度と低く、発光効率は高いが寿命が短い
ということがある。

【０００７】この熱陰極型の電極は小型で温度上昇が早
くて輝度が高く、かつ、消費電力を少なくすることがで
きるが、線径の細いタングステン素線を二重に巻回した
フィラメントコイルを用いているため、その継線支持が
困難であるとともに振動や衝撃に対して弱い。そこで、
フィラメントコイルをスリーブ内で支持させるなどの対
応がなされてきてはいるが構造が複雑になるとともに、
細径のフィラメントコイルでは電子放射性物質の保持量
を多くできないことから寿命上の問題がある。また、金
属パイプの中空部に電子放射性物質を塗布したフィラメ
ントコイルを配設した電極を有するランプが、たとえば
実開昭６４−１９２５１号公報に記載されている。

【０００８】この公報に基づくランプは、上記の平板状
の電極を用いたランプに対し、陰極降下電圧が低いた
め、同じ光束で比べると消費電力が小さくなる作用があ
った。また、電子放射性物質がスパッタにより飛散した
り蒸発しても、カップ状体の内壁や金属板体に遮断さ
れ、バルブ内壁面への被着は低減された。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に基
づくランプの電極は、パイプの中空部にフィラメントコ
イルを位置決めして固定する組立作業が困難で作業性が
悪く、また、放電時パイプ状体内の放電は発光に寄与し
ないので有効発光長が短くなり、その分発光効率が低下
し、未だ満足のいくものではなかった。

【００１０】そこで、本発明者は電極を平板状や円筒状
にしたランプをさらに検討した。

【００１１】本発明は上記問題に鑑みなされたもので、
電極の組立作業が容易であるとともに発光効率の向上が
はかれ、また、熱容量的には小さくても電子放射性物質
の飛散を防ぐことのできる、作業性、始動性および放電
安定性の向上と長寿命な放電ランプおよびこのランプを
光源としたバックライト装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の放電ランプは、バルブと、このバルブの端部に封着さ
れたリード線と、このリード線に取着された電極と、こ
の電極の電極板表面に被着された電子放射性物質層と、
この電子放射性物質層上に重層形成されるとともに電子
放射性物質からの電子放射を妨げない金属酸化物薄膜
と、上記バルブ内に封入された希ガスとを具備したこと
を特徴としている。

【００１３】本発明の請求項２に記載の放電ランプは、
金属酸化物薄膜がポーラス状であることを特徴としてい
る。

【００１４】本発明の請求項３に記載の放電ランプは、
金属酸化物薄膜の膜厚が２０００オームストロング以下
であることを特徴としている。

【００１５】本発明の請求項４に記載の放電ランプは、
電子放射性物質の主成分がＬａＢ₆、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓ
ｒ）Ｏ、Ｂａ−Ｍ−Ｏ、Ｂａ−Ｃａ−Ｍ−ＯまたはＢａ
−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍ−Ｏ（但しＭ；Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、
Ａｌの内の少なくとも１種）の内の少なくとも１種であ
ることを特徴としている。

【００１６】本発明の請求項５に記載の放電ランプは、
金属酸化物薄膜の主成分がＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ
₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃の内の少なくとも１種である
ことを特徴としている。

【００１７】本発明の請求項６に記載のバックライト装
置は、請求項１ないし請求項５に記載の放電ランプを光
源としたことを特徴としている。

【００１８】

【作用】電極板の表面に形成された電子放射性物質層に
重層して、この電子放射性物質層からの電子放射を妨げ
ない程度の金属酸化物の薄膜を形成したので、放電中に
イオン衝撃によって電極板表面から電子放射性物質が飛
散や剥離することの少ない、黒化などの変色が低減でき
るとともに長寿命となる放電ランプを提供する。

【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ＬＣＤのバックライト装置などに使用され
る小型放電ランプたとえば直管形の消費電力が約１，０
Ｗの蛍光ランプＬを示す。このランプＬは外径が約３ｍ
ｍ、内径が約２，７ｍｍ、全長が約２１０ｍｍのガラス
管バルブ１の両端にそれぞれ金属体で形成された電極
２、２を支持したリード線６、６が封着して構成されて
いる。

【００２０】このバルブ１の内壁面には青色、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７が形成されている。また、このバルブ１内にはＡｒ
（アルゴン）やＡｒとＮｅ（ネオン）との混合希ガスが
約１０〜５０トールと水銀とが封入されている。

【００２１】上記電極２、２は図２に拡大して示すよう
に、ニッケル（Ｎｉ）やニッケル（Ｎｉ）メッキした鉄
（Ｆｅ）などからなる金属板を幅約５ｍｍ×長さ約１０
ｍｍ程度に切取った電極板３と、この電極板３の表裏両
面に形成された電子放射性物質層４およびこの電子放射
性物質層４の上に重ねて形成された金属酸化物薄膜５と
で構成されている。

【００２２】この電極２の製作は、まず、電極板３の表
裏両面にたとえばＬａＢ₆を真空蒸着により被着させ厚
さ約１μｍの電子放射性物質層４を形成する。つぎに、
このＬａＢ₆からなる電子放射性物質層４の表面にたと
えばＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）を蒸着により被着させて多
数の気孔を有するポーラス状の厚さ約２０００オームス
トロング以下の電気絶縁性を有する金属酸化物薄膜５を
形成する。そして、この電極板３の端面に封着線を兼ね
るリード線６を溶接などの手段で取付ける。

【００２３】そして、蛍光体層７が形成してあるバルブ
１の両端部内に上記電極２、２を介在させてバルブ１を
加熱溶融して封着を行わせるとともに少なくとも一方の
端部からはバルブ１を真空吸引して清浄化する。この後
希ガスと水銀とを封入してバルブ１を完全に封緘して完
成する。

【００２４】本発明のランプＬの電極２、２は、始動時
の電圧印加により電極２の表面に負グロー放電が生起
し、グロー放電からアーク放電へと転移していくが、薄
い膜厚で、かつ、ポーラス状の金属酸化物薄膜５は放電
熱を電子放射性物質層４に通すとともに電子放射性物質
からの電子放射を支障なく透過して行い、電気特性や放
電特性を従来と同様に安定して呈することができ、ま
た、金属酸化物薄膜５によって電子放射性物質の飛散や
脱落が抑えられるのでバルブ１の黒化などの変色も低減
でき、動程特性も向上できる。

【００２５】このような構成の蛍光ランプＬを、所定の
高周波点灯回路に接続しランプ電流５〜２０ｍＡ、ラン
プ電圧２００Ｖ、周波数３５ｋＨｚで点灯すると、通電
後約１〜３秒程度で始動し、１００００時間を越える寿
命が得られた。

【００２６】つぎに、蛍光体被膜７を形成した径が８ｍ
ｍのガラスバルブ１内に電極間距離を２〜５ｍｍとした
電極２、２を配置し、バルブ１内にアルゴンガスを１０
〜４０トールと水銀とを封入して資料を製作し、換算電
流密度（ｍＡ／ｍｍ²／キロパスカル²）に対する陰極
降下電圧（Ｖ）の関係を調べた。

【００２７】図３は横軸に換算電流密度（Ｊ／ｋＰ
ａ²）を、縦軸に陰極降下電圧（Ｖｋ）をそれぞれ示
し、図中比較品は上記電極２に電気絶縁性を有する金属
酸化物薄膜５が形成していない従来品である。

【００２８】グロー放電の場合陰極降下電圧（Ｖｋ）
は、換算電流密度（Ｊ／ｋＰａ²…ｍＡ／ｍｍ²／キロ
パスカル²）に比例し、陰極降下電圧（Ｖｋ）が安定で
低い換算電流密度（Ｊ／ｋＰａ²）の範囲および条件で
使用することが望ましい。

【００２９】この図３および試験結果から分かったこと
は、（１）比較品の換算電流密度（Ｊ・ｋＰ²）が５，０×
１０^-4〜５，６×１０^-3ｍＡ／ｍｍ²／キロパスカ
ル²のとき陰極降下電圧（Ｖｋ）は１７０〜２３０Ｖと
なるが、本発明品の場合は２，７×１０^-1ｍＡ／ｍｍ
²／キロパスカル²以下では陰極降下電圧（Ｖｋ）は３
５〜６０Ｖ以下となり、損失が減って発光効率が向上で
きる。

【００３０】（２）陰極降下電圧が３５Ｖ程度のとき、
負グローは電極全体を覆うのではなく、ある小さい面積
（１ｍｍ²）に集中してできているため、通常の冷陰極
のように広い表面積を必要とせず、小形な電極として使
用できる。

【００３１】（３）本発明の構成の電極の作用は、二次
電子が電気絶縁性を有する金属酸化物薄膜５に当たって
二次電子を放出する際、電極２に対して正に帯電してく
る。

【００３２】それに伴い、電気絶縁性を有する金属酸化
物薄膜５と電極に強電界がかかり、電子なだれ現象が起
り、低い仕事関数となるため多くの電子電流が取り出せ
る。なお、本発明の電極形状は上記の実施例形状に限ら
ずたとえば図４〜図６に示すような構成であってもよ
い。この図４〜図６において図２と同一部分には同一の
符号を付してその説明は省略する。

【００３３】図４は電極板３を三角形としたものでその
表裏両面に電子放射性物質層４、４および金属酸化物薄
膜５、５が重層して形成されていて、図２と同様の作用
効果を奏する。

【００３４】また、図５の電極２は、電極板３が中心部
から折曲して傾斜部３１、３１を形成した、側面から見
るとＶ字形をなしたもので、その対向する電極２側の表
面には電子放射性物質層４および金属酸化物薄膜５が重
層して形成してある。

【００３５】このような構成であると、上記実施例と同
様の作用効果を奏するほか、対向する電極２との間の表
面積が大きく確保され放電電流を増すことができて発光
効率の向上がはかれる。

【００３６】また、図６は金属板を巻回して形成した円
筒状をなす電極２で、電極板３の内外両面には電子放射
性物質層４および金属酸化物薄膜５が重層して形成され
ている。

【００３７】この円筒状の電極２の場合は、始動時に筒
内にもグロー放電が生起して電極温度を短時間に上昇さ
せて、グロー放電からアーク放電への転移時間が速くな
り、始動特性が向上する。また、筒内の電子放射性物質
がスパッタして飛散したり蒸発しても大部分はこの筒内
の部分に被着しバルブ１の内壁面に到達するのを低減で
きるので、電子放射性物質の飛散消耗が少なくなるとと
もにバルブ１の変色による発光効率の低下や外観の見劣
りが防止される。

【００３８】そして、本発明のランプＬは図７に示すよ
うに、光源として反射鏡Ｒ内に組み込み光拡散板Ｄおよ
び表示板Ｐと組合わせて、ディスプレイや装飾あるいは
テレビやパソコンなどの液晶表示装置のバックライトと
して使用し高効率が得られる。なお、本発明は上記実
施例に限定されない。たとえば、ランプは蛍光ランプに
限らず、希ガス発光によるランプなど他の細管形の放電
ランプに適用できる。また、バルブの形状は直管形に限
らずＵ字形、Ｗ字形、環形などに屈曲してあってもよ
い。

【００３９】また、電極は一対設けたものに限らず、中
間電極など３個以上の電極を有していてもよく、その複
数個の電極のうち少なくとも１個の電極が本発明の構成
であればよい。また、板状電極の材料としては実施例に
記載のものに限らず、ステンレス（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ）、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などで
もよい。

【００４０】また、その成型は一枚の金属板で形成した
ものに限らず、２枚の金属板を対向して組立てもよく、
その形状も実施例のものに限らず、コ字形やＵ字形など
でもよく、その開放している側が対向電極側であっても
よい。

【００４１】また、電極板に被着される電子放射性物質
の成分は上記に記載のものに限らず、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓ
ｒ）Ｏ、Ｂａ−Ｍ−Ｏ（但しＭ；Ｔａ、Ａｌ、Ｖ、Ｗ、
Ｔｉ）、Ｂａ−Ｃａ−Ｍ−Ｏ（但しＭ；Ｔａ、Ａｌ、
Ｖ、Ｗ、Ｔｉ）、Ｂａ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍ−Ｏ（但しＭ；
Ｔａ、Ａｌ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ）などやこれらを組合わせた
ものあるいはＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｓｒ₂Ｏ₃などを
少量添加したものなどであってもい。

【００４２】また、電子放射性物質層上に形成する酸化
金属物薄膜の成分としては、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）に
限らずＭｇＯ、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃ Ｓｃ₂Ｏ₃などの
電気絶縁性を有する材料の少なくとも１種であってもよ
い。また、膜の形態は上記実施例のように薄膜で、か
つ、ポーラス状に限らず単独であってもよく、その膜厚
は電子放射性物質層からの電子放射を透過させる関係か
ら薄いほどよく、本発明者の実験では２０００オームス
トロング以下であればよかった。また、ポーラス状の場
合は透孔が電子放射性物質層に臨んでいればよいので少
々厚肉であっても差支えなかった。

【００４３】さらに、上記電極板の面積が大きいものあ
るいは図５に示すように片面にのみ電子放射性物質被膜
を形成したものは、同一面に並設あるいは裏面側に、ゲ
ッタや水銀放出構体を形成しても差支えない。

【００４４】さらに、本発明はリード線をバルブ端部に
直接封着したランプについて述べたが、これに限らずフ
レアステム、ボタンステムなどを用いて電極を支持させ
たものであってもよい。

【００４５】さらにまた、ランプに封入する希ガスはＡ
ｒやＮｅに限らず、Ｘｅ、Ｋｒなどを単独あるいは混合
したガスであってもよく、これもランプ特性に合わせ、
混合比や封入圧を適宜決めればよい。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、陰
極降下電圧が４０〜６０Ｖにまで低下し、従来品の１／
３〜１／２程度となったので発光効率の向上ができた。
また、電極板上に形成された電子放射性物質は保護用の
薄膜を透過して所定の電子放射が行われるとともにこの
薄膜によって飛散や脱落が抑止さるので、バルブの黒化
などの変色も低減され、動程特性も向上できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電ランプの実施例を示す一部切欠正
面図である。

【図２】図１のランプの電極を拡大して示す斜視図であ
る。

【図３】陰極降下電圧（Ｖｋ）と換算電流密度（Ｊ／ｋ
Ｐａ²）との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例の電極を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例の電極を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の電極を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明のバックライト装置を示す分解斜視図で
ある。

【符号の説明】

１：バルブ２：電極３：電極板４：電子放射性物質層５：金属酸化物薄膜Ｌ：放電ランプ（蛍光ランプ）Ｒ：反射鏡Ｄ：光拡散板Ｐ：表示板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブと、このバルブの端部に封着され
たリード線と、このリード線に取着された電極と、この
電極の電極板表面に被着された電子放射性物質層と、こ
の電子放射性物質層上に重層形成されるとともに電子放
射性物質からの電子放射を妨げない金属酸化物薄膜と、
上記バルブ内に封入された希ガスとを具備したことを特
徴とする放電ランプ。
【請求項２】上記金属酸化物薄膜はポーラス状である
ことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】上記金属酸化物薄膜の膜厚が２０００オ
ームストロング以下であることを特徴とする請求項１に
記載の放電ランプ。
【請求項４】上記電子放射性物質の主成分はＬａ
Ｂ₆、（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）Ｏ、Ｂａ−Ｍ−Ｏ、Ｂａ−
Ｃａ−Ｍ−ＯまたはＢａ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍ−Ｏ（但し
Ｍ；Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ａｌの内の少なくとも１種）
の内の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１
に記載の放電ランプ。
【請求項５】上記金属酸化物薄膜の主成分はＭｇＯ、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃の内の少
なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないしは
請求項３に記載の放電ランプ。
【請求項６】上記請求項１ないし請求項５に記載の放
電ランプを光源としたことを特徴とするバックライト装
置。