JPH11102661A

JPH11102661A - 放電灯用電極

Info

Publication number: JPH11102661A
Application number: JP26351497A
Authority: JP
Inventors: Munemitsu Hamada; 宗光浜田; Akira Takeishi; 明武石; Masatada Yodogawa; 正忠淀川; Hiroshi Harada; 拓原田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】点灯時のグロー放電からアーク放電への移行時
間を短くできると同時にアグリゲート型構造充填物の脱
落を抑制できることにより、ランプの寿命特にｏｎ−ｏ
ｆｆ寿命を伸ばし、安定してアーク放電を維持できる放
電灯用電極を提供するものである。【解決手段】導電性電極容器の内部に、電子放出材料か
らなるアグリゲート型構造充填物が充填されており、該
導電性電極容器の内表面に先端が尖頭状または球面状で
ある突起部を少なくとも一箇所以上設け、該突起部を前
記アグリゲート型構造充填物の表面から突出させる。前
記電子放出材料は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも
一種以上を含む化合物からなる第一成分と、Ｚｒ及び／
またはＴｉを含む化合物からなる第二成分と、Ｔａ及び
／またはＮｂを含む化合物からなる第三成分とを主成分
とし、該電子放出材料表面にＴａまたはＮｂの炭化物及
び／または窒化物層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
装置のバックライト、電球形蛍光ランプ、ファクシミリ
やスキャナなどの読み取り用光源などに利用できる放電
灯用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、低消費電力で軽薄化が可能な液晶
ディスプレイの需要が急速に高まっている。これに伴
い、液晶ディスプレイの光源として、小型蛍光ランプの
開発が盛んに行われている。また、電球形蛍光ランプ
は、白熱電球に比べて消費電力が少なく、寿命が長いこ
とから、同様に需要が高まっている。

【０００３】一般に蛍光ランプは、熱電子放出によるア
ーク放電を利用した熱陰極ランプと、二次電子放出によ
るグロー放電を利用した冷陰極ランプとに分けることが
できる。

【０００４】熱陰極ランプは冷陰極ランプに比べ、陰極
降下電圧が小さく、電力に対する発光効率が良い。ま
た、熱電子放出のため電流密度を大きくとれ、冷陰極ラ
ンプに比べて高輝度化が可能である。そのため、大画面
の液晶ディスプレイ用バックライト、電球形蛍光ラン
プ、ファクシミリやスキャナなどの読み取り用光源な
ど、多量の光束を必要とする場合の光源に適している。

【０００５】このような熱陰極ランプ用の電極として、
タングステンコイルに遷移金属の一部とバリウムを含む
アルカリ土類金属とを塗布した電極（特開昭５９−７５
５５３号公報に記載）、アルミン酸バリウムを含む易電
子放射物質を多孔質タングステンに含浸した電極（特開
昭６３−２４５３９号公報に記載）が知られている。

【０００６】しかし、このような熱陰極ランプは、熱電
子放出を開始するために予熱回路を必要とし、冷陰極ラ
ンプなみの細管化は難しかった。また、放電中に生じた
Ｈｇイオンや希ガスイオンが電極に衝突して電子放出材
料を飛散させる、いわゆるイオンスパッタリングによる
劣化が顕著であった。このため、放電中に電子放出材料
が減少し、安定したアーク放電を長時間維持出来ず、さ
らに飛散した電子放出材料により、ランプのガラス管内
壁が黒化する、いわゆる管壁黒化により、光束維持率が
早期に低下するという欠点を有していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】熱陰極ランプは、電極
に高電圧が負荷されることによりグロー放電が始まり、
電子放出材料の蓄熱に伴ってアーク放電に移行し、使用
状態となる。この熱陰極ランプの寿命を短くする大きな
要因は、電子放出材料を飛散させる前記イオンスパッタ
リングである。イオンスパッタリングの影響を小さくす
るために、本発明者等は、耐イオンスパッタリング皮膜
を電子放出材料表面に設けることを、特開平２−１８６
５５０号公報において提案した。しかし、アークスポッ
トが安定しないため特開平６−２６７４０４号公報、特
開平７−２９６７６８号公報、特開平９−１２９１７７
号公報において、導電性電極容器の内部にアグリゲート
型構造を有する電子放出材料を充填することを提案し、
また、電子放出性能に優れる材料組成を特開平９−１２
９１７７号公報において提案し、また、アグリゲート型
構造充填物の飛散を低減するために導電性電極容器の内
表面に突起部を設けて導電性電極容器の内表面積を増す
ことを特願平８−１５６４６７号公報において提案し
て、優れた放電灯用電極を得ることを可能とした。しか
し、アグリゲート型構造を有する電子放出材料を用いた
放電灯用電極は、導電性電極容器に塊状または粒状の電
子放出材料を収容しているという構造上、イオンスパッ
タリングによる電子放出材料の脱落を抑えることが困難
で、上記のような提案においてもランプの寿命は、まだ
十分とは言えないものであった。

【０００８】本発明は係る状況に鑑みてなされたもので
あって、イオンスパッタリングによる電子放出材料の飛
散を低減し、ランプの寿命をのばすことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題は、以下の構成
によって解決される。

【００１０】（１）導電性電極容器の内部に、電子放出
材料からなるアグリゲート型構造充填物が充填されてお
り、該導電性電極容器の内表面に少なくとも一箇所以上
の突起部が設けられ、該突起部は前記アグリゲート型構
造充填物の表面から突出させる。

【００１１】（２）前記突起部の先端を、尖頭状または
球面状とする。

【００１２】（３）前記導電性電極容器および突起部
を、導電性の高融点金属、または、還元性雰囲気中で焼
成することによって、表面または全体に導電性を持つセ
ラミックスを用いて形成する。

【００１３】（４）前記電子放出材料は、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｃａのうち少なくとも一種以上を含む化合物からなる第
一成分と、Ｚｒ及び／またはＴｉを含む化合物からなる
第二成分と、Ｔａ及び／またはＮｂを含む化合物からな
る第三成分とを主成分とする。

【００１４】（５）前記電子放出材料は、それぞれをモ
ル比で、第一成分をＸ、第二成分をＹ、第三成分をＺと
したときに、下記式を満足する。０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．００．０５≦Ｙ≦０．６０．４≦Ｚ≦０．９５（６）前記電子放出材料の表面に、ＴａまたはＮｂの炭
化物及び／または窒化物層を形成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】前記のように、電子放出材料の表
面に耐イオンスパッタリング皮膜を設けたり、電子放出
材料をアグリゲート型構造とすることによって、優れた
放電灯用電極を得ることができたが、イオンスパッタリ
ングによる電子放出材料の飛散を十分には抑え切れてお
らず、さらなる改良が望まれていた。

【００１６】本発明者等は、上記に鑑みて鋭意研究した
結果、イオンスパッタリングはグロー放電の時に顕著で
あることを突き止め、グロー放電からアーク放電に速や
かに移行させることによって、イオンスパッタリングに
よるアグリゲート型構造充填物の飛散を飛躍的に低減す
ることに成功し、本発明に至った。

【００１７】即ち、導電性電極容器の内表面に突起部を
設け、該突起部の先端を導電性電極容器に収容されたア
グリゲート型構造充填物の表面に突出させることによっ
て、電荷の集中する該突起部の先端から放電を開始さ
せ、次いでアグリゲート型構造充填物に放電が移行する
形態とすることができ、結果として、グロー放電の時間
を短くすることが可能となった。また、前記突起部は、
導電性電極容器の内表面積を増加させて、アグリゲート
型構造充填物の飛散を低減する効果を併せ持つことは、
前記特願平８−１５６４６７号公報で提案した通りであ
る。更に、前記特開平９−１２９１７７号公報において
提案した電子放出性能の優れたアグリゲート型構造の電
子放出材料を充填物として使用することによって、アー
ク放電が安定した非常に優れた放電灯用電極を得ること
を可能にした。

【００１８】以下に本発明の実施の形態を、本発明に係
る放電灯用電極を用いた蛍光ランプを例にとって説明す
る。図１（ａ）は、蛍光ランプ管端部の断面図であり、
図１（ｂ）は放電灯用電極部の側面図である。

【００１９】（放電灯用電極を用いた蛍光ランプ）バル
ブ１０は、蛍光管を形成する細長いガラス管であり、内
面に蛍光体（図示せず）が塗布されている。バルブ１０
の内部にはアルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンな
どの希ガスの少なくとも一種以上が１３００Ｐａ〜２２
０００Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ〜１７０Ｔｏｒｒ）程度の封
入圧で封入されており、端部は気密封止され、内部に放
電空間１１を形成している。

【００２０】バルブ１０の端部には導体のリード線６が
挿通されており、バルブ内部のリード線の先端にはリー
ド線拡大部７が形成されている。導電性電極容器１が、
金属や半導体セラミックスなどの導電性の高い材料から
なる導電性パイプ８によって、リード線拡大部７に連結
されている。導電性パイプ８の材質は電気導電性の高い
材料であれば特に問題はないが、真空中でガス放出の少
ないＮｉなどの材料であれば、ランプ製造時に不純物質
を含むガスの発生により放電が不安定になることがない
ので好ましい。

【００２１】導電性電極容器１内部には、その内表面に
突起部２が形成されており、空間部に電子放出材料から
なるアグリゲート構造充填物３が充填されている。

【００２２】水銀ディスペンサ材料４は、ニッケル等の
金属製パイプ５に充填されており、リード線拡大部７と
導電性電極容器１との間に配置される。図１（ｂ）に示
すように、導電性パイプ８には、スリット状の開口９が
形成されており、水銀ディスペンサ４中の水銀が、高周
波加熱等で加熱されて水銀蒸気として放電空間１１に放
出されるようになっている。この開口９の形状は、導電
性電極容器１の保持および水銀蒸気を放出することがで
きるならば、スリット状以外に窓状等どのような形状で
あってもよい。

【００２３】なお、リード線６の拡大部７は必ずしも必
要ではない。また、水銀ディスペンサ材料４は必ずしも
配置しなくても良く、封止の過程で水銀を供給する形で
もよい。

【００２４】（導電性電極容器）本発明の最も特徴的な
構造である導電性電極容器１は、その内表面に突起部２
を備えている。導電性電極容器１には電子放出材料から
なるアグリゲート型構造充填物３が充填され、突起部２
の先端部はアグリゲート型構造充填物３の表面に突出し
ている。導電性電極容器１はカップ状の容器であって、
有底の筒（断面が円または多角形）状形状や、半球状な
どの形状とすることができ、内部に前記突起部２を設け
る。

【００２５】この突起部２は、その先端に電荷が集中し
て放電開始のきっかけとなる機能と、導電性電極容器１
の内表面積を増大させて導電性電極容器１の内表面とア
グリゲート型構造充填物３との接点を増し、アグリゲー
ト型構造充填物３の保持性を向上させる機能とを併せ持
つ。

【００２６】突起部２の先端部は、電荷が集中し易い形
状であればどのような形状でもよく、略円錐や略多角錐
などの尖頭状や略半球の球面状であることが好ましく、
尖頭状が特に好ましい。突起部２の先端部を尖頭状にす
る場合、成形、研削、焼成等の製造過程において最先端
部は球面に近い形状となるが、本発明の効果を妨げるも
のではなく、尖頭状の概念に含まれる。

【００２７】突起部２の断面形状は、突起部が無い状態
に比べて導電性電極容器１の内表面積を増大させられれ
ばどのような形状でもよく、円、多角形、星形などの形
状とすることができる。但し、充填物３の表面から突出
した部分は、先端部に電荷が集中できるような形状とす
る必要があり、断面形状は円や多角形が好ましく、円が
特に好ましい。

【００２８】また、導電性電極容器１の側内壁に、曲線
の組み合わせによって得られる鋭角の突起や、サイクロ
イド曲線やトコロイド曲線、あるいはこれらに類似した
曲線によって得られる鋭角の突起や直線の組み合わせに
よって得られる鋭角の突起を設けても本発明の効果を奏
する。

【００２９】また、導電性電極容器１の内表面積を増大
させるために、導電性電極容器１の内表面を粗面化する
方法を併用してもよい。

【００３０】また、突起部２の高さは、その先端部がア
グリゲート型構造充填物３の表面から突出していれば本
発明の効果を奏するが、先端部が放電のきっかけとなる
確実性において、先端部は導電性電極容器１の側壁の高
さ以上に突出していることがより好ましい。なお、この
突起部２は導電性電極容器１の本体と一体化していても
よいし、導電性電極容器本体の底面および／または側面
に穴をあけ、該穴部に突起部を差し込んで形成してもよ
い。

【００３１】突起部２は、一つでも本発明の効果を奏す
るが、複数個設けてもよい。

【００３２】突起部２は電荷を集中させて放電のきっか
けとなる機能を果たすことから、導電性がある材料で形
成することが好ましいが、高抵抗の材料であってもかま
わない。

【００３３】導電性電極容器１の材質は、Ｗ，Ｔａ，Ｎ
ｉなどの導電性の高融点金属、または、還元性雰囲気中
で焼成することによって表面もしくは全体が導電性を有
するセラミックスで形成する。導電性電極容器１と電子
放出材料からなるアグリゲート型構造充填物３が同一ま
たは近似した成分であるならば、アグリゲート型構造充
填物３を収容する導電性電極容器１の内表面とアグリゲ
ート型構造充填物３との間の結合が強固になるので、ア
グリゲート型構造充填物３が脱落しづらくなって好まし
い。例えばＢａ，Ｓｒ，Ｃａのうち少なくとも一種以上
を含む化合物からなる第一成分と、Ｚｒ及び／又はＴｉ
を含む化合物からなる第二成分と、Ｔａ及び／又はＮｂ
を含む化合物からなる第三成分を含む材料である。

【００３４】（アグリゲート型構造充填物（電子放出材
料））本発明者等は特開平９−１２９１７７号公報にお
いて、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａのうち少なくとも一種以上を含
む化合物からなる第一成分と、Ｚｒ及び／又はＴｉを含
む化合物からなる第二成分と、Ｔａ及び／又はＮｂを含
む化合物からなる第三成分を含む材料を顆粒状に造粒し
て電極容器に収容後焼成してアグリゲート型構造とした
充填物を提案した。また、この充填物の表面にはＴａ又
はＮｂの炭化物及び／又は窒化物からなるスパッタリン
グ防止層が形成されている。

【００３５】第一成分は主に低仕事関数の電子放出材料
である。また、第二成分は電子放出材料の高融点化およ
び低電気抵抗化のための成分であり、第三成分は電子放
出材料表面に形成されるスパッタリング防止層となる炭
化物及び／又は窒化物の供給源となる。

【００３６】これらの第一成分、第二成分、第三成分は
それぞれモル比で、０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．０
（第一成分をＸ、第二成分をＹ、第三成分をＺとする）
で表記される範囲にあり、かつ第二成分は０．０５≦Ｙ
≦０．６、第三成分は０．４≦Ｚ≦０．９５の範囲にあ
ることが好ましい。

【００３７】第一成分が上記範囲の下限より少なくなる
と、電子放出材料の量が不足し、早期に点灯不能とな
る。一方上記範囲の上限より多くなると、放電中に電子
放出材料の蒸発飛散が顕著となり、ランプ管壁の黒化が
激しく、輝度が低下し実用上好ましくない。

【００３８】第二成分が上記範囲の下限より少ないと電
子放出材料が低融点化し、還元焼成の際、アグリゲート
型構造充填物３の状態が保てず、放電が不安定になる。
一方、上記範囲の上限より多いと電子放出材料が高抵抗
化し、放電が不安定となる。

【００３９】第三成分が上記範囲の下限より少ないと還
元性雰囲気中の焼成により、電子放出材料の表面に炭化
物または窒化物が形成されにくい。一方、上記範囲の上
限より多いと還元性雰囲気中での焼成時に電子放出材料
の蒸発飛散が激しくなる。

【００４０】電子放出材料の表面に形成される耐イオン
スパッタリング皮膜は炭化物または窒化物いずれでもよ
いし、Ｔａ−Ｎｂ−Ｃ，Ｔａ−Ｎ−Ｃ，Ｔａ−Ｎｂ−Ｎ
−Ｃなどの固溶体でもよい。

【００４１】また、特開平６−３３３５３４号公報にお
いて、ＨｆＣなどの炭化物を含有する高圧放電ランプ用
電極が、管壁の黒化を防ぐ効果があることが記載されて
いるように、上記電子放出材料の表面に形成される炭化
物及び／又は窒化物の皮膜はイオンスパッタリングに対
する耐性が強く、熱衝撃に優れているため、連続点灯に
おけるランプ管壁の黒化が少ない優れたものである。

【００４２】アグリゲート型構造の模式図を図１２に示
す。アグリゲート型構造充填物の形状は球状に限らず不
規則な塊状であってもよく、充填物がアグリゲート型構
造を有することで、選択的にアグリゲート型構造充填物
部分に熱がこもる。この結果、特開平７−２９６７６８
号公報に記載したようにアークスポットを確実に形成す
ることができる。

【００４３】上記の組成物は、優れた性能を有するもの
であるが、イオンスパッタリングの影響を組成だけでは
十分に防止できず、本発明の導電性電極容器構造と組み
合わせることによって、本来の性能を最大限に発揮し
て、非常に優れた放電灯用電極を提供することを可能に
した。

【００４４】また、導電性電極容器の構造を前記のよう
にすることによって、従来使用されていたポーラスタン
グステン基体金属にＢａなどの電子放出材料を溶融含浸
させたものや、ＬａＢ₆などを電子放出材料として使用
することができるようになる。

【００４５】（放電灯用電極の製造方法）放電灯用電極
は、図２に示す工程で製造する。全体の製造工程は一般
的なセラミックスの製造方法とほぼ同様に行うことがで
きる。ここでは、前記電子放出材料の項目の同一組成物
で、導電性電極容器とアグリゲート型構造充填物を製造
する方法について記述するが、本発明はこれに限定され
るものでは無い。

【００４６】（ａ）秤量工程では各原料を所定比になる
ように秤量する。各原料としては通常ＢａＣＯ₃，Ｓｒ
ＣＯ₃，ＣａＣＯ₃，ＺｒＯ₂，ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｎｂ
₂Ｏ₅などを用いるが、ここに上げたもの以外の酸化物、
炭酸塩、シュウ酸塩などを用いても良い。

【００４７】（ｂ）混合工程では工程（ａ）の秤量工程
で秤量した各成分の原料を、ボールミル法、摩擦ミル
法、共沈法などの方法を用いて混合し、その後、脱水加
熱乾燥法又は凍結乾燥法などで乾燥を行って粉末を得
る。

【００４８】（ｃ）仮焼き工程では工程（ｂ）の混合工
程で混合された原料粉末を８００℃〜１３００℃程度で
仮焼きし、電子放出材料の化合物を得る。仮焼きに使用
する原料粉末は、粉末の状態でも、粉末を成形した状態
であってもよい。

【００４９】（ｄ）微粉砕工程では工程（ｃ）の仮焼き
工程で得られた化合物をボールミル法や気流粉砕などの
方法で微粉砕する。

【００５０】（ｅ）造粒工程では工程（ｄ）の微粉砕工
程で得られた微粒子から適度の大きさの顆粒を得る。微
粉砕により得られた粉末をポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレ
ンオキサイド（ＰＥＯ）などの有機系バインダーを含む
水溶液を用いて造粒し、顆粒状の電子放出材料原料粉を
得る。この際、噴霧乾燥法、押出造粒法、転動造粒法あ
るいは乳鉢、乳棒を用いて造粒するが、造粒法には特に
限定されない。

【００５１】（ｆ）成形工程では工程（ｅ）の造粒工程
で得られた顆粒状の電子放出材料粉から電極容器の成形
体を得る。この時、一体成形で電極容器に突起部を同時
に形成してもよい。

【００５２】（ｇ）研削工程では工程（ｆ）の成形工程
で得られた電極容器の成形体にサンドブラストなどを用
いて部分的に研削することにより突起部を得る。なお、
研削は、還元焼成後に行ってもよい。

【００５３】（ｈ）充填工程では工程（ｇ）の研削工程
で得られた電極容器に工程（ｅ）の造粒工程で得られた
顆粒状の電子放出材料粉を充填して電極要素を得る。こ
の際、顆粒状の電子放出材料原料粉を加圧せずに充填す
る。焼結電極のように加圧成形後焼成すると、熱電子放
出のために十分な蓄熱効果が得られず、放電開始時に予
熱回路を用いることになる。顆粒状の電子放出材料原料
粉を加圧せずに電極容器に適当な間隙を備えながら充填
することにより、予熱回路を用いることなく速やかにア
ーク放電を開始させることができる。

【００５４】（ｉ）焼成工程では工程（ｈ）の充填工程
で得られた突起部を形成した電極要素を焼成し焼結体
（放電灯用電極）を得る。顆粒状の電子放出材料原料粉
が充填され突起部を形成した電極要素の焼成温度は、１
４００〜２０００℃が好ましい。焼成温度が１４００℃
未満であると、放電灯用電極表面にＴａ又はＮｂの炭化
物及び／又は窒化物からなるイオンスパッタリング防止
皮膜が形成されない。また、２０００℃を超えると、突
起部を形成した電極容器構造や充填物のアグリゲート型
構造を維持できない。焼成雰囲気については、例えば主
に炭化物を放電灯用電極表面に形成する場合、ベンゼン
や一酸化炭素を含むアルゴンや窒素などの不活性ガスを
流して焼成する。また、電極容器をカーボン粉末に埋没
させて不活性ガス又は窒素ガスを流して焼成してもよ
い。また、脱バインダーを不十分にするなど、予め材料
中に炭素源を含ませ残留させておく場合には、特に焼成
雰囲気中に炭素源は不要である。主に窒化物を放電灯用
電極表面に形成する場合は、水素や一酸化炭素などの還
元性ガスを含む窒素ガスを流して焼成する。

【００５５】このように還元性雰囲気中で焼成すること
により、Ｔａ又はＮｂの炭化物及び／又は窒化物からな
るスパッタリング防止層が電子放出材料表面に形成され
る。

【００５６】以上のような構成とすることで、点灯時に
グロー放電からアーク放電への移行がすばやくでき、か
つ導電性電極容器の内表面積を大きくすることができ、
点灯時のグロー放電状態で起こるイオンスパッタリング
を抑制でき、かつアグリゲート型構造充填物の脱落が生
じにくくなるので、蛍光ランプの寿命が飛躍的に延び
る。特に、寿命のなかでも点灯と消灯を繰り返すいわゆ
るｏｎ−ｏｆｆ寿命が改善される。

【００５７】

【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳細に説
明する。

【００５８】（放電灯用電極の作成）前記放電灯用電極
の製造工程（ａ）〜（ｉ）に従って、放電灯用電極を作
成した。

【００５９】ＢａＣＯ₃＝１．０モル、ＺｒＯ₂＝０．２
モル，Ｔａ₂Ｏ₅＝０．８モルの配合比となるように原料
を秤量した。秤量した原料をボールミルで２０時間湿式
混合した後、１００℃の熱風乾燥機にて乾燥し、原材料
混合粉末を得た。原材料混合粉末を成形圧１０ＭＰａで
成形した後、大気中で１１００℃にて２時間仮焼きし
た。仮焼き後の塊を乳鉢と乳棒を用いて解砕して粗粉末
とし、該粗粉末をボールミルで２０時間粉砕し、１００
℃の熱風乾燥機にて乾燥した。得られた粉末にポリビニ
ルアルコールを含む水溶液を加え、乳鉢、乳棒を用いて
造粒し、顆粒状の電子放出材料原料粉を得た。

【００６０】顆粒状の電子放出材料原料粉を３００ＭＰ
ａの成形圧で概略の形状に成形した後、成形体を研削し
て突起部の形状の仕上げを行って導電性電極容器（焼成
前）を得た。該導電性電極容器に前記顆粒状の原料粉を
加圧せずに充填して電極要素を作成し、該電極要素を周
囲にカーボン粉を置き、窒素を流しながら１６５０℃に
て１時間焼成して放電灯用電極を得た。

【００６１】以下に実施例に用いた試料及び評価方法の
詳細について説明する。

【００６２】（実施例１）実施例１の放電灯用電極の斜
視図を図３（ａ）、上面図を図３（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図３（ｃ）に示す。実施例１は、前記製造
方法に従って作成された放電灯用電極であって、有底円
筒形状の導電性電極容器１の中心部近傍に突起部２が備
えられており、内部に電子放出材料からなるアグリゲー
ト型構造充填物３が充填されている。ここで、突起部２
の形状は、断面が円状で、先端形状は円錐状である。ま
た、突起部の高さは、導電性電極容器の側壁と同じ高さ
である。

【００６３】（実施例２）実施例２の放電灯用電極の斜
視図を図４（ａ）、上面図を図４（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図４（ｃ）に示す。実施例２は、突起部２
の先端を半球状とした以外は実施例１と同様とした。

【００６４】（実施例３）実施例３の放電灯用電極の斜
視図を図５（ａ）、上面図を図５（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図５（ｃ）に示す。実施例３は、突起部２
の断面を略正方形とし、先端形状を四角錐とした以外は
実施例１と同様とした。

【００６５】（実施例４）実施例４の放電灯用電極の斜
視図を図６（ａ）、上面図を図６（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図６（ｃ）に示す。実施例４は、有底円筒
形状に加工した導電性電極容器１の底面に穴をあけ突起
部２を差し込んで形成した以外は実施例２と同様とし
た。

【００６６】（実施例５）実施例５の放電灯用電極の斜
視図を図７（ａ）、上面図を図７（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図７（ｃ）に示す。実施例５は、突起部２
を２個形成した以外は実施例１と同様とした。

【００６７】（実施例６）実施例６の放電灯用電極の斜
視図を図８（ａ）、上面図を図８（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図８（ｃ）、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を図
８（ｄ）に示す。実施例６は、導電性電極容器１の内壁
に、外サイクロイド曲線に従った突起部２を４つ形成し
たものであり、突起部２の先端形状は略三角錐である。

【００６８】（実施例７）実施例７の放電灯用電極の斜
視図を図９（ａ）、上面図を図９（ｂ）、Ａ−Ａ線に沿
った断面図を図９（ｃ）、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を図
９（ｄ）に示す。実施例７は、実施例６に加えて電極容
器１の中心近傍に実施例１と同様の突起部２を併せもつ
ものである。

【００６９】（実施例８）導電性電極容器をニッケル
で、アグリゲート型構造充填物を、ポーラスタングステ
ン基体金属にＢａを溶融含浸させた材料を用いて構成し
た以外は実施例１と同様とした。

【００７０】（実施例９）導電性電極容器をニッケル
で、アグリゲート型構造充填物を、ＬａＢ₆を用いて構
成した以外は実施例１と同様とした。

【００７１】（比較例１）比較例１の放電灯用電極の斜
視図を図１０（ａ）、上面図を図１０（ｂ）、Ａ−Ａ線
に沿った断面図を図１０（ｃ）に示す。比較例１は、突
起部２を備えていない有底円筒状電極容器にアグリゲー
ト型構造充填物を収容したものである。

【００７２】（比較例２）比較例２の放電灯用電極の斜
視図を図１１（ａ）、上面図を図１１（ｂ）、Ａ−Ａ線
に沿った断面図を図１１（ｃ）に示す。比較例２は、突
起部２がアグリゲート型構造充填物３から突出していな
い以外は実施例１と同様とした。

【００７３】（比較例３）導電性電極容器をニッケル
で、アグリゲート型構造充填物をＬａＢ₆を用いて構成
した以外は比較例１と同様とした。

【００７４】（比較例４）導電性電極容器をニッケル
で、アグリゲート型構造充填物をＬａＢ₆を用いて構成
した以外は比較例１と同様とした。

【００７５】次に上記方法により得られた放電灯用電極
を用いて蛍光ランプを作製し、その点灯試験を行った。

【００７６】（グロー放電からアーク放電への移行時間
の測定）オシロスコープで、放電開始後の管電圧がグロ
ー放電の管電圧からアーク放電の管電圧に低下するまで
の時間を測定した。

【００７７】（連続寿命の測定）２５℃の環境で、貼付
け型のＫ熱電対１２（図１）を直接取り付けてランプ管
壁温度を測定し、管壁温度が９０℃に達する時間をラン
プの連続寿命とした。

【００７８】液晶表示用のバックライトの光源として蛍
光ランプを用いる場合、直下方式でもエッジライト方式
でもランプの管壁温度は９０℃を超えるとバックライト
の構成部品である反射板、拡散板、導光板の劣化が激し
く、９０℃以下であることが望ましい。しかしながら、
点灯時間が長くなるにしたがい、ランプ電圧が上昇し、
ランプ電力が大きくなるため、蛍光ランプの管壁温度は
点灯時間とともに上昇する。このようなことから、管壁
温度が９０℃となる時間を測定し、ランプ連続寿命の目
安とした。尚、前記熱電対の取付位置は、最も温度の高
い場所を赤外線放射型のサーモグラフィ装置で測定して
決定した。

【００７９】（ｏｎ−ｏｆｆ寿命の測定）ｏｎ−ｏｆｆ
寿命は、ｏｎ−ｏｆｆを繰り返して、管壁温度が９０℃
になるまでの点灯時間の合計を寿命とした。管壁温度の
測定は、前記ランプ寿命の測定と同様に行った。

【００８０】（アグリゲート型構造充填物の脱落量の測
定）ｏｎ−ｏｆｆ寿命試験で１０００時間及び３０００
時間の時に抜きとった電極の顆粒脱落量を求めた。アグ
リゲート型構造充填物の脱落量は、放電後の放電灯用電
極を樹脂に埋めて研磨し、その断面を電子顕微鏡写真に
とり、画像解析することで求めた。

【００８１】（放電灯用電極形状）外径：２．８ｍｍ最大内径：２．０ｍｍ全長：２．０ｍｍ充填物収容部深さ：１．２ｍｍ（ランプ形状）ランプ長：１００ｍｍランプ外径：４．８ｍｍ（点灯条件）ランプ電流：２０ｍＡインバータ：３０ｋＨｚｏｎ−ｏｆｆ点灯：１５秒サイクル表１に、実施例および比較例に使用した放電灯用電極の
寸法、形状の一覧を示す。

【００８２】

【表１】

【００８３】表２に、表１に示した電極を用いた蛍光ラ
ンプの評価結果を示す。

【００８４】

【表２】

【００８５】表２に示すように、本発明の実施例１〜９
は、グロー放電からアーク放電への移行時間はいずれも
１５０ｍｓｅｃ以下であったのに対し、比較例１〜４は
いずれも２００ｍｓｅｃ以上であった。このように、導
電性電極容器の内側に露出した突起部を設けることによ
り、点灯時のグロー放電からアーク放電への移行時間が
短くなる。

【００８６】また、本発明の実施例１〜９は、いずれも
ｏｎ−ｏｆｆ寿命が４０００時間以上、連続寿命が５０
００時間以上であった。一方、全く突起部のない比較例
１、３、４はｏｎ−ｏｆｆ寿命が１５００〜１８００時
間、連続寿命が２５００〜３５００時間であった。ま
た、露出しない突起部をもつ比較例２はｏｎ−ｏｆｆ寿
命が３２００時間、連続寿命が６０００時間であった。
このように、電極容器の内側に露出した突起部２を設け
ることにより、連続寿命とｏｎ−ｏｆｆ寿命のどちらも
４０００時間以上となり、長寿命のランプを提供するこ
とを可能にした。特に、本発明によれば、ｏｎ−ｏｆｆ
寿命が飛躍的に改善される。

【００８７】また、本発明の実施例１〜９は、いずれも
アグリゲート型構造充填物の脱落量が１０００時間後で
５．０％以下、３０００時間後で１５．０％以下であっ
た。一方、全く突起部のない比較例１、３、４のアグリ
ゲート型構造充填物の脱落量は１０００時間後で１１．
０〜１５．０％、３０００時間後で６２．０〜７５．０
％であった（但し、比較例１、３、４は、ｏｎ−ｏｆｆ
寿命が３０００時間に満たないため、寿命となった時点
での脱落量を記載してある）。また、露出しない突起部
をもつ比較例２の充填物の脱落量は１０００時間後で
５．５％、３０００時間後で１７％であった。このよう
に、導電性電極容器の内側に突起部を設けることによ
り、充填物の脱落を抑制することができる。

【００８８】特に、特開平９−１２９１７７号公報で本
発明者等が提案した材料とアグリゲート型構造充填物表
面に突出した突起部を有するで導電性電極容器との組み
合わせである実施例１〜実施例７は、ｏｎ−ｏｆｆ寿
命、連続寿命共に非常に優れた結果を示している。

【００８９】また、実施例は突起部の高さが電極容器側
壁と同じ高さであるが、突起部の高さが電極容器側壁よ
り高い場合も同様の効果を得た。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、蛍光ランプの電極として
本発明の放電灯用電極を用いることによって、点灯時の
グロー放電からアーク放電への移行時間を短くでき、グ
ロー放電状態で著しく生じるイオンスパッタリングを抑
制する効果が得られ、突起部による導電性電極容器の内
表面積の増加効果と併せて、アグリゲート形構造充填物
の脱落を抑制することができ、安定したアーク放電を長
期にわたって維持することが可能となり、ランプ寿命、
特にｏｎ−ｏｆｆ寿命を格段に向上させることが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光ランプの（ａ）管端部断面図と
（ｂ）電極部の側面図である。

【図２】本発明の放電灯用電極の製造方法を示す工程図
である。

【図３】本発明に係わる実施例（１）を示す図である。

【図４】本発明に係わる実施例（２）を示す図である。

【図５】本発明に係わる実施例（３）を示す図である。

【図６】本発明に係わる実施例（４）を示す図である。

【図７】本発明に係わる実施例（５）を示す図である。

【図８】本発明に係わる実施例（６）を示す図である。

【図９】本発明に係わる実施例（７）を示す図である。

【図１０】比較例（１）を示す図である。

【図１１】比較例（２）を示す図である。

【図１２】アグリゲート型構造の模式図である。

【符号の説明】

１：導電性電極容器２：突起部３：アグリゲート型構造充填物４：水銀ディスペンサ材料５：金属製パイプ６：リード線７：拡大部８：導電性パイプ９：開口１０：バルブ１１：放電空間１２：熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田拓東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性電極容器の内部に、電子放出材料か
らなるアグリゲート型構造充填物が充填されており、該
導電性電極容器の内表面に少なくとも一箇所以上の突起
部が設けられ、該突起部は前記アグリゲート型構造充填
物の表面から突出していることを特徴とする放電灯用電
極。
【請求項２】前記突起部の先端は、尖頭状または球面状
であることを特徴とする請求項１記載の放電灯用電極。
【請求項３】前記導電性電極容器および突起部は、導電
性の高融点金属、または、還元性雰囲気中で焼成するこ
とによって、表面または全体に導電性を有するセラミッ
クスからなることを特徴とする請求項１乃至２記載の放
電灯用電極。
【請求項４】前記電子放出材料は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの
うち少なくとも一種以上を含む化合物からなる第一成分
と、Ｚｒ及び／またはＴｉを含む化合物からなる第二成
分と、Ｔａ及び／またはＮｂを含む化合物からなる第三
成分とを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至３
記載の放電灯用電極。
【請求項５】前記電子放出材料は、それぞれをモル比
で、第一成分をＸ、第二成分をＹ、第三成分をＺとした
ときに、下記式を満足することを特徴とする請求項１乃
至４記載の放電灯用電極。０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．００．０５≦Ｙ≦０．６０．４≦Ｚ≦０．９５
【請求項６】前記電子放出材料の表面に、ＴａまたはＮ
ｂの炭化物及び／または窒化物層が形成されていること
を特徴とする請求項１乃至５記載の放電灯用電極。