JPH11144677A

JPH11144677A - セラミック陰極

Info

Publication number: JPH11144677A
Application number: JP31165397A
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: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】特に小型蛍光ランプにおいて、連続点灯寿命を
延ばし、安定してアーク放電を維持できるセラミック陰
極を提供する。【解決手段】有底筒状電極容器１の内部または柱状電極
基材の表面に、電子放出材料からなる複数個の突起部２
を備える。前記電極容器１や電極基材は、導電性の高融
点金属、または表面もしくは全体に導電性を持つセラミ
ックスからなる。突起部２の水平断面は、円状または多
角形状をなす。

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
やスキャナ等の読み取り用光源に用いられる小型の蛍光
放電ランプにおけるセラミック陰極に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、低消費電力で軽薄化が可能な液晶
ディスプレイが急速に広まってきている。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。同様に、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
ら普及しつつある。

【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よい。ま
た、熱電子放出のため、電流密度が大きくとれ、冷陰極
に比べて高輝度が可能である。このため、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等の読み取り用光源等、多量の光束
が必要となる場合の光源に適している。

【０００５】従来の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
カリ土類金属を塗布した電極（特開昭５９−７５５５３
号公報）が知られている。

【０００６】しかし、液晶表示装置の薄型化に伴い、光
源としての蛍光ランプも細管化の要求が強まっている
が、前記のような従来の熱陰極ランプでは、熱電子放出
を開始するための予熱回路が必要なため、４端子構造と
なり、冷陰極ランプ並みの細管化は難しかった。

【０００７】また、放電中に生じたＨｇイオンやＡｒ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電極の劣化が顕著であ
った。このため、放電中に電子放出材料が枯渇し、安定
したアーク放電が長時間にわたって維持できない。さら
に、飛散した電子放射性物質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
急に低下するという欠点を有していた。

【０００８】本発明者等は、これらの問題を解決する電
極材料を特開平２−１８６５５０号公報において提案
し、さらに電極材料、電極材料製造方法および電極を特
開平４−４３５４６号公報、特開平６−２６７４０４号
公報、特開平７−２９６７６８号公報、さらに特開平９
−１２９１７７号公報において提案した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載の電極
材料および電極は、耐熱衝撃性に優れた特性を有してい
るが、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、放電中に塊状または粒状
の電子放出材料の脱落が生じ易く、蛍光ランプとして用
いた場合、点灯中に電子放射物質の不足によりアーク放
電からグロー放電へと移行し、熱陰極としての寿命がそ
れほど延びないという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑み、連続点灯寿
命を延ばし、安定してアーク放電を維持することができ
るセラミック陰極を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明のセラミック陰極は、蛍光放電ランプに使用
されるセラミック陰極であって、有底円筒状電極容器の
内部または円柱状電極基材の表面に、電子放出材料から
なる複数個の突起部を持つことを特徴とする（請求項
１）。

【００１２】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部を５個以上備えることを特徴とする（請求項２）。

【００１３】また、本発明のセラミック陰極は、前記電
極容器または電極基材が、導電性の高融点金属、または
表面もしくは全体に導電性を持つセラミックスからなる
ことを特徴とする（請求項３）。

【００１４】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部の水平断面が、円状または多角形状をなすことを特
徴とする（請求項４）。

【００１５】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部の先端が１つもしくは複数個の凸曲面部または尖頭
部からなることを特徴とする（請求項５）。

【００１６】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部の水平断面形状が正方形または真円状をなし、該水
平断面の直径もしくは一辺の長さをＡ、突起部間の間隔
をＢ、突起部の長さをＣとすると、２０μｍ≦Ａ≦３０
０μｍ、０．１３≦Ａ／Ｂ≦２、０．０８３≦Ａ／Ｃ≦
１であることを特徴とする（請求項６）。

【００１７】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部が、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも一種以上を
含む化合物を含む第一成分と、Ｚｒおよび／またはＴｉ
を含む化合物からなる第二成分と、Ｔａおよび／または
Ｎｂを含む化合物からなる第三成分とを含む材料からな
ることを特徴とする（請求項７）。

【００１８】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部が、第一成分、第二成分、第三成分のモル比をそれ
ぞれＸ、Ｙ、Ｚとして、０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．００．０５≦Ｙ≦０．６０．４≦Ｚ≦０．９５である材料からなることを特徴とする（請求項８）。

【００１９】また、本発明のセラミック陰極は、前記突
起部の表面に、ＴａまたはＮｂの炭化物および／または
窒化物のスパッタリング防止層が形成されることを特徴
とする（請求項９）。

【００２０】

【作用】本発明においては、有底筒状電極容器の内部ま
たは柱状電極基材の表面に、電子放出材料からなる複数
個の突起部を備えているので、放電が突起部の１つに集
中し、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、また、粉体等を用いる場合における電
子放出材料の脱落の問題が解消される。

【００２１】

【発明の実施の形態】（蛍光ランプの全体構成）図１
（ａ）は本発明によるセラミック陰極の一実施の形態を
示す蛍光ランプの一端側の一部断面側面図、図１（ｂ）
はそのセラミック陰極部を示す拡大側面図である。図１
において、９は蛍光ランプのバルブであり、内面に蛍光
体が塗布されている。バルブ９の内部には希ガスが封入
され、両端部において気密封止され、内部は放電空間１
０を構成している。

【００２２】バルブ９の両端部には導体でなるリード線
５が固定され、該リード線５のバルブ９内端部にはリー
ド線５の拡大部６を設け、該拡大部６は、金属または導
電性セラミックス等の導電性の高い材料からなる導電性
パイプ７の一端部に電気的に接続して挿入されている。
なお、リード線５は導電性パイプ７に接続される構造で
あればよく、拡大部６は必ずしも必要ではない。

【００２３】また、導電性電極容器１が、導電性パイプ
７の他方端部（放電空間１０側）に嵌合して取付けられ
ている。これにより、リード線５と電極容器１とは、導
電性パイプ７を介して電気的に接続される。導電性パイ
プ７の材質は、導電性の高い材料なら特に問題はない
が、真空中でガス放出の少ないＮｉ等の材料であれば、
ランプ製造時に不純物質を含むガスの発生によって放電
が不安定になることがないという点において好ましい。

【００２４】３は放電空間１０内に水銀蒸気を供給する
水銀ディスペンサ材料であり、該材料は水銀合金等をプ
レス成形してなるものであり、Ｎｉ等の金属製パイプ４
に充填されている。該金属製パイプ４は導電性パイプ７
内の電極容器１とリード線拡大部６との間に内蔵されて
いる。導電性パイプ７には先端部からスリット状の開口
部８が形成されている。そして、蛍光ランプの製作時に
おいて、バルブ９の外周にコイルを巻き、そのコイルに
高周波電流を流すことにより、水銀ディスペンサ材料３
をうず電流により８００℃程度に加熱して水銀蒸気を発
生させて開口部８より放電空間１０に放出するように構
成されている。この開口部８の形状は、電極容器１の保
持が可能でかつ水銀蒸気放出可能な構造であれば、スリ
ット以外に窓状とする等、どのような形状であってもよ
い。また、水銀ディスペンサ材料３は必ずしも配置する
必要はなく、封止の過程で水銀を供給するようにしても
よい。

【００２５】電極容器１は放電空間１０側が開口部にな
っており、この開口部側に、電子放出材料からなる複数
個の突起部２が一体に形成されてセラミック陰極を構成
している。放電空間１０にはアルゴン（Ａｒ）ガス、ネ
オン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン
（Ｘｅ）ガスの少なくとも一種以上が１３３０Ｐａ〜２
２０００Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ〜１７０Ｔｏｒｒ）程度の
封入圧で封入されており、リード線５を通じて両電極間
に電位差を与えることで放電を開始する。

【００２６】（電極容器）本発明の最も特徴的な構造で
ある電子放出材料からなる複数個の突起部２を有する電
極容器１は、有底筒状をなし、図１の例は円筒状をな
す。この電極容器１の代わりに、図２（ａ）の正面図、
図２（ｂ）の側面図に１Ａで示すように、柱状、特に円
柱状の電極基材１Ａを用いてもよい。これらの電極容器
１または電極基材１Ａの材質は、その全体がＷ、Ｔａ、
Ｎｉ等の導電性の高い材料で形成されることが好ましい
が、これに限らず、導電性材料でなくとも、表面に導電
性物質がコーティングされている材料で形成されたもの
を用いることができる。

【００２７】該電極容器１または電極基材１Ａは、好ま
しくは電子放出材料からなる突起部２の成分に近い材料
であるならば、突起部２が形成される電極容器１または
電極基材１Ａと突起部２との熱膨張差が少なく、ヒート
サイクルに強くなるという点において好ましい。例え
ば、電極容器１または電極基材１Ａとして、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｃａのうち少なくとも一種以上を含む化合物を含む
第一成分と、Ｚｒおよび／またはＴｉを含む化合物から
なる第二成分と、Ｔａおよび／またはＮｂを含む化合物
からなる第三成分とを含む材料が用いられる。

【００２８】（突起部（電子放出材料））本発明におけ
る電子放出材料は、効率の良い電子放出材料であれば何
でもよい。一例として、好ましくは、本発明者等による
先の出願（特開平９−１２９７７号）を利用したものを
用いることができる。これは、前記電極容器１または電
極基材１Ａとして記載したように、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの
うち少なくとも一種以上を含む化合物を含む第一成分
と、Ｚｒおよび／またはＴｉを含む化合物からなる第二
成分と、Ｔａおよび／またはＮｂを含む化合物からなる
第三成分とを含む材料が用いられる。そして、この材料
を用いて電極容器１または電極基材１Ａを成形し、表面
をサンドブラスト等で研磨して突起部２を得る。なお、
研削は、電極容器１または電極基材１Ａの焼成前でも焼
成後でもよい。

【００２９】なお、この突起部２の表面にはＴａまたは
Ｎｂの炭化物および／また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ことが好ましい。

【００３０】前記各成分のうち、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および／または窒化物の供給
源となる。

【００３１】これらの第一成分、第二成分、第三成分の
モル比をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚとして、０．８≦Ｘ／（Ｙ
＋Ｚ）≦２．０、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。

【００３２】前記特開平９−１２９７７号公報において
記載したように、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、早期に点灯不良と
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。

【００３３】また、前記第二成分のＺｒおよび／または
Ｔｉを含む化合物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、電子放出材料の
蒸発飛散する量が多くなり、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。

【００３４】また、第三成分のＴａおよび／またはＮｂ
を含む化合物が上記範囲の下限より少ないと、還元雰囲
気中の焼成により、電子放出材料の表面にスパッタリン
グ防止層となる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、還元雰囲気中に焼成
により電子放出材料の蒸発飛散が激しくなり、製造上で
問題となる。

【００３５】電子放出材料（突起部２）の表面に形成さ
れるスパッタリング防止層は炭化物、窒化物のいずれで
もよいし、Ｔａ−Ｎｂ−Ｃ、Ｔａ−Ｎ−Ｃ、Ｔａ−Ｎｂ
−Ｎ−Ｃ等の固溶体でもよい。

【００３６】また、特開平６−３３３５３４号公報にお
いて、ＨｆＣ等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
るが、本発明に係るセラミック陰極の電子放出材料の表
面の炭化物および／または窒化物もイオンスパッタリン
グに強く、熱衝撃に優れているため、連続点灯における
ランプの管壁の黒化が少ない。

【００３７】前記突起部２の形状は、図２に示したよう
に水平断面形状が四角形等の多角形をなす角柱状でもよ
いし、図３（ａ）〜（ｆ）（（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は
それぞれ正面図であり、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）はそれ
ぞれ（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の縦断面図である）に示す
ように、円柱状等であってもよい。なお、図３（ｃ）、
（ｄ）は突起部２の高さを電極容器１と同高に形成し、
図３（ｅ）、（ｆ）は突起部２の高さを電極容器１の高
さより低く形成している。突起部２を円柱状とする場
合、水平断面形状が楕円や長円状であってもよい。

【００３８】以上の例は、図４（ａ）に拡大して示すよ
うに、突起部２の先端を凸曲面部２０に形成したが、図
４（ｂ）に示すように、複数個の凸曲面部２１を形成し
てもよい。また、図４（ｃ）に示すように、突起部２の
先端を１つの尖頭部２２に形成してもよく、図４（ｄ）
に示すように、突起部２の先端に複数の尖頭部２３を形
成してもよい。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、突起
部２の先端を凸曲面に形成した場合は、電界が均一に加
わり、アークスポットの移動が少なく、アーク放電が安
定する。一方、図４（ｃ）、（ｄ）の尖頭部２２、２３
を形成した場合、電界が突起部２の先端に集中し、グロ
ー放電からアーク放電へすみやかに移行し、始動時のス
パッタリングが抑制される。

【００３９】（セラミック陰極の製造方法）セラミック
陰極は、図５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。（ａ）の秤量工程では各原料を上記で説明したように、
所定比になるように秤量する。ここでの各原料としては
通常、ＢａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、ＣａＣＯ₃、ＺｒＯ₂、Ｔ
ｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅等を用いるが、ここで上げ
たもの以外の酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩等を用いても
良い。（ｂ）の混合工程では秤量工程（ａ）で秤量した各成分
の原料を混合し粉末を得る。混合法としては、ボールミ
ル法、摩擦ミル法、共沈法等の方法を用い、その後、脱
水加熱乾燥法または凍結乾燥法等で乾燥を行う。（ｃ）の仮焼き工程では混合工程（ｂ）で混合された原
料粉末を仮焼きする。仮焼き温度は８００℃〜１３００
℃程度に設定し、電子放出材料の化合物を得る。この仮
焼きは、粉末の状態でも粉末を成形した状態で行っても
よい。（ｄ）の微粉砕工程では仮焼き工程（ｃ）で得られた化
合物を微粉砕する。ボールミル法や気流粉砕等の方法で
行う。

【００４０】（ｅ）の造粒工程では微粉砕工程（ｄ）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
により得られた微粒子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）等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の原料粉を
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、造粒法は特にこ
れらの方法に限定されない。（ｆ）の成形工程では造粒工程（ｅ）で得られた顆粒状
の電子放出材料粉から電極容器１または電極基材１Ａを
得る。この時、一体成形により電極容器１または電極基
材１Ａの片面に突起部２を形成してもよい。（ｇ）の研削工程では、成形工程（ｆ）で得られた電極
容器１または電極基材１Ａの成形体にサンドブラスト等
を用いて部分的に研削することにより突起部２を得る。
なお、研削は、還元焼成後に行ってもよい。（ｈ）の還元焼成工程では、研削工程（ｇ）で得られた
突起部２を形成した成形体を還元焼成し、焼結体である
セラミック陰極を得る。そしてこの焼結体成分は、Ｂ
ａ、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および／またはＴｉを含む化
合物からなる第二成分と、Ｔａおよび／またはＮｂを含
む化合物からなる第三成分を含む成分からなる。

【００４１】なお、突起部２を形成した電極容器１また
は電極基材１Ａの焼成温度は１４００℃〜２０００℃が
好ましい。この焼成温度が１４００℃未満であると、セ
ラミック陰極表面にＴａまたはＮｂの炭化物および／ま
たは窒化物からなるスパッタリング防止層が形成されな
い。また、２０００℃を超えると、突起部２を形成した
電極容器１の構造を維持できない。

【００４２】また、この場合の焼成雰囲気は、例えば主
に炭化物をセラミック陰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等の不活性ガスを
流して焼成する。また、電極容器１をカーボン粉末に埋
没させて前記不活性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等、予め材料中に炭素
源を含ませて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。主に窒化物をセラミック陰極
表面に形成する場合は、水素や一酸化炭素等の還元性ガ
スを含む窒素ガスを流して焼成する。

【００４３】このように還元性雰囲気中で焼成すること
により、ＴａまたはＮｂの炭化物および／または窒化物
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。

【００４４】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。図５に示したセラミック陰極の製造方法における
工程のうち、工程（ａ）〜（ｅ）に従ってＢａＣＯ₃、
ＳｒＣＯ₃、ＣａＣＯ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、
Ｎｂ₂Ｏ₅等を出発原料とする未焼成の顆粒状の電子放出
材料の原料粉を作製する。以下にその一例を示すが、本
発明の電子放出材料は以下に示すものに限定されるもの
ではなく、前記した本発明者等により提案された特開平
９−１２９１７７号公報に示したもの等が好適に用いら
れる。

【００４５】ＢａＣＯ₃、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅を出発原料
として、ＢａＣＯ₃が１モル、ＺｒＯ₂が０．２モル、Ｔ
ａ₂Ｏ₅が０．８モルとなるように秤量した後、ボールミ
ル法により２０時間程度湿式混合し、８０℃〜１３０℃
の乾燥機にて乾燥した後、成形圧３００ＭＰａ程度で成
形した。これを大気中で８００℃〜１３００℃にて２時
間程度仮焼きした。得られた粉末をボールミル法により
２０時間程度粉砕し、８０℃〜１３０℃の乾燥機にて乾
燥後、ポリビニルアルコールを含む水溶液を加え、乳
鉢、乳棒を用いて造粒を行った。

【００４６】次に図５に示したセラミック陰極の製造方
法にし示される工程のうち、工程（ｆ）〜（ｈ）に従っ
て未焼成の顆粒状の電子放出材料の原料粉を用いて成形
後研削し、突起部２を形成した電極容器１または電極基
材１Ａを作製し、これらを焼成してセラミック陰極を完
成する。以下実施例により詳細を説明する。

【００４７】（実施例１）図２に示すように、電極基材
１Ａに９本の角柱状の突起部２を設けたものを作製し
た。この電極基材１Ａは、成形後にサンドブラストで研
削して突起部２を形成した電極材料の周囲にカーボン粉
を置き、窒素を流しながら焼成し、セラミック陰極を作
製した。

【００４８】このような方法で表１に示す各種の寸法、
間隔に設定された突起部２を持つセラミック陰極を作製
した。なお、図中、Ａは図２に示す突起部２の水平断面
の一辺の長さ、Ｂは突起部２間の間隔、Ｃは突起部２の
長さ、Ｃ_Oは電極基材１Ａと突起部２を含めた全体の長
さ、Ｄは電極基材１Ａの直径である。

【００４９】次に上記方法により得られたセラミック陰
極を用いた蛍光ランプを作製し、その連続点灯試験を行
った。ここで、蛍光ランプの連続点灯試験における評価
方法について説明する。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℃以下が望まし
い。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、実用的でな
い。しかしながら、蛍光ランプの管壁温度は点灯時間と
ともに上昇する。これは、点灯時間が長くなるに従い、
ランプ電圧が上昇し、ランプ電力が大きくなるためであ
る。そのため、ランプ寿命の目安として管壁温度が９０
℃となる時間ｔ₁を測定し、連続寿命試験の評価とし
た。ランプ管壁の温度は以下に記す方法で測定した。ま
ず、バルブ９上の温度分布を赤外線放射型のサーモグラ
フィ装置により測定した。その結果、ランプ管端部付近
のバルブ上の位置が最も高かった。そこで２５℃一定に
保った空間において、貼り付け型のＫ熱電対を、ランプ
管端部付近のバルブ上の位置、すなわち図１（ａ）に示
すように熱電対貼り付け部１１に貼り付けて管壁温度を
測定した。

【００５０】ランプ形状および連続点灯試験の条件は、
ランプ長：１００ｍｍ、ランプ外径：４．８ｍｍφ、ラ
ンプ電流：２０ｍＡ、インバータ：３０ｋＨｚとした。

【００５１】

【表１】

【００５２】表１において、突起部２の数が９個の試料
１〜１９のうち、試料１９は前記時間ｔ₁が４３００ｈ
ｒとなり、最長となる。これに対し、試料１は前記時間
ｔ₁は１２００ｈｒと短い。これは、突起部２の長さＣ
が短いため、アークスポットを形成するために十分な熱
が蓄えられない。その結果、放電がグロー放電になり、
管壁温度が急激に上昇して実用的でない。

【００５３】試料７も、前記時間ｔ₁が１６００ｈｒと
短い。これは、突起部２の水平断面の一辺の長さＡが短
いため、アークスポットの温度が上昇し、電子放出材料
の蒸発飛散が促進される。その結果、前記時間ｔ₁が短
くなり、実用的でない。

【００５４】試料１３も、前記時間ｔ₁が２２００ｈｒ
と短い。これは、突起部２の水平断面の一辺の長さＡが
４００μｍと長いため、アークスポットを形成するため
の十分な熱が蓄えられず、突起部２の一部からアーク放
電しているためである。その結果、前記時間ｔ₁が短く
なり、実用的でない。

【００５５】試料１４および１７はそれぞれ前記時間ｔ
₁が１９００ｈｒ、２１００ｈｒと短い。これは、試料
１４、１７は突起部２、２間の間隔Ｂがそれぞれ５０μ
ｍ、１００μｍと短いため、アーク放電を安定に維持す
るために突起部２に蓄えられた熱が突起部２、２間に拡
散するためである。そのために前記時間ｔ₁が短くな
り、実用的でない。ただし、前記時間ｔ₁は間隔Ｂが５
０μｍと短くても、前記一辺の長さＡが１００μｍある
いは５０μｍと短い試料１５、１６においては、それぞ
れ前記時間ｔ₁が３０００ｈｒ、２８００ｈｒと長くな
る。また、間隔Ｂが１００μｍであっても、前記一辺の
長さＡが２００μｍ、１００μｍと短い試料１８、１９
においては、前記時間ｔ₁がそれぞれ３６００ｈｒ、４
３００ｈｒと長くなる。

【００５６】試料２０は前記時間ｔ₁が２１００時間と
短い。これは突起部２の数が４を少ないためであり、実
用的ではない。

【００５７】試料２〜６、８〜１２、１５、１６、１
８、１９、２１〜２４は、突起部２のアークスポットを
形成するための十分な熱が蓄えられ、安定したアーク放
電を示した。その結果、前記時間ｔ₁はいずれも２５０
０ｈｒ以上であった。

【００５８】表１の試料８に示すように、突起部２の水
平断面の一辺の長さＡが２０μｍのものにおいて、前記
時間ｔ₁として２５００ｈｒ以上の時間が得られ、ま
た、試料１２に示すように、３００μｍ以下であれば前
記時間ｔ₁として２５００ｈｒ以上の時間が得られる。
従って、前記突起部２の水平断面の一辺の長さＡは、２
０μｍ≦Ａ≦３００μｍであることが好ましい。

【００５９】また、Ａ／Ｂの比は、試料１５、１８のよ
うに、Ａ／Ｂが最大２以下であれば前記時間ｔ₁として
２５００ｈｒ以上の時間が得られる。また、Ａ／Ｂが
０．１３である試料８においても、前記時間ｔ₁として
２５００ｈｒ以上の時間が得られる。従って、０．１３
≦Ａ／Ｂ≦２であることが好ましい。

【００６０】また、前記時間ｔ₁として２５００ｈｒ以
上の時間が得られるＡ／Ｃ比の最大値は試料２のＡ／Ｃ
＝１であり、また、Ａ／Ｃの最小値は試料１６のＡ／Ｃ
＝０．０８３である。従って、０．０８３≦Ａ／Ｃ≦１
であることが好ましい。

【００６１】また、突起部２の本数は試料２１に示す５
本以上あれば前記時間ｔ₁として２５００ｈｒ以上の時
間が得られる。さらに好ましくは、試料２２〜２４に示
すように、突起部２の個数が１５〜６０個あればさらに
前記時間ｔ₁を長くすることが可能である。

【００６２】なお、本発明は小型の蛍光ランプに適用さ
れ、電極容器１または電極基材１Ａの水平断面の最大径
（または最大長）が約５ｍｍ程度になるという理由か
ら、突起部２として考えられる最大個数は、２００個程
度である。

【００６３】（実施例２）本発明のセラミック陰極を用
いて蛍光ランプを構成した場合について、ランプ電流と
突起部２の水平断面での一辺の長さＡの組み合わせで、
アークスポットの状態を観察した結果を表２に示す。こ
こで、試験に用いたセラミック陰極は、図３の突起部２
が９個あるもので、形状は以下の通りである。（以下余
白）

【００６４】

【表２】

【００６５】突起部２の水平断面での一辺の長さＡ：１
０、２０、５０、１００、１５０、２００、３００、４
００μｍ突起部２、２間の間隔Ｂ：２００μｍ電極基材１Ａの全高Ｃ_o：１．８ｍｍ突起部２の長さＣ：０．６ｍｍ電極基材１Ａの断面の直径Ｄ：２．８ｍｍ

【００６６】なお、突起部２の観察はキーエンス社のマ
イクロスコープを用いた。アークスポットと突起部２の
断面の大きさがほぼ一致するとき、アークスポットの移
動が少なく、最も安定である。また、安定なアーク放電
を維持できるランプ電流領域は、５ｍＡから５００ｍＡ
であり、表２から突起部２の水平断面の一辺の長さＡが
２０μｍ〜３００μｍの範囲にあるとき、安定したアー
クスポットを形成し、放電を長期にわたって維持でき
る。使用ランプ電流領域では、突起部２の水平断面の一
辺の長さＡが２０μｍ未満の時、アークスポットが頻繁
に移動するため、放電が不安定であり、突起部２の水平
断面の一辺の長さＡが３００μｍより大きいと、熱電子
放出するための十分な熱が得られず、グロー放電に移行
し易い。

【００６７】なお、表２において、放電不安定とは、ア
ークスポットが５分以内に移動した場合をいい、ほぼ安
定とは突起部２に形成したアークスポットが１時間以上
移動しなかった場合をいい、安定とは突起部２に形成し
たアークスポットが１０時間以上移動しなかった場合を
いい、グロー放電とはアークスポットを形成せずにセラ
ミック陰極全体が放電する場合をいい、突起部２の一部
とは突起部２の一部にアークスポットを形成して放電す
る場合をいう。

【００６８】（実施例３）表１の試料８〜１２を用いて
蛍光ランプを構成した場合の突起部２の水平断面の一辺
の長さＡと時間ｔ₁との関係を図６に示す。ただし、連
続点灯試験のランプの条件は実施例１と同じである。図
６から分かるように、ランプ電流２０ｍＡでは、突起部
２の水平断面の一辺の長さＡが２０μｍ以上、３００μ
ｍ以下であれば、２５００ｈｒ以上のアーク放電を維持
することができ、突起部２の水平断面の一辺の長さＡが
１００μｍのセラミック陰極の場合、前記時間ｔ₁は極
大点を持つ。また、表２の放電中のセラミック陰極の観
察結果から分かるように、ランプ電流２０ｍＡでは突起
部２の水平断面の一辺の長さＡが１００μｍであるとき
にアークスポットが最も安定する。このように、アーク
スポットが安定であると、管壁温度の上昇を抑制し、安
定したアーク放電を長期にわたり維持することができ
る。

【００６９】以上の結果から、ランプの使用電流値に応
じた突起部２の水平断面の一辺の長さＡを選択し、蛍光
ランプ用のセラミック陰極として用いることにより、管
壁の温度上昇の少ない安定したアーク放電を長期にわた
り維持できることが認められた。

【００７０】（実施例４）突起部２の形状は、突起部２
の水平断面の一辺の長さＡ、突起部２、２間の間隔Ｂ、
突起部２の長さＣがそれぞれ、２０μｍ≦Ａ≦３００μｍ０．１３≦Ａ／Ｂ≦２０．０８３≦Ａ／Ｃ≦１を満足していれば、図２の形状でなくてもよく、図３に
示した形状でもｔ₁≧２５００ｈｒを確認した。また、
図７（ａ）の正面図と図７（ｂ）の断面図に示すよう
に、有底円筒状の電極容器１の底部に穴を開けてその穴
に円柱状の電子放出材料を挿入することにより、電極容
器１の内部に突起部２を設けた構造としてもよい。

【００７１】

【発明の効果】請求項１ないし４によれば、蛍光ランプ
の陰極として、電極容器あるいは電極基材に突起部を設
けたものを用いることにより、ランプ管壁の温度上昇を
抑制し、塊状あるいは粒状の電子放出材料を用いた場合
の電子放出材料の脱落の問題がなく、安定したアーク放
電を長期にわたり維持することが可能となる。また、蛍
光ランプの電流値に応じた突起部水平断面の一辺の長さ
を選択することで、効率的に熱電子を取り出すことがで
きるため、アークスポットの移動の少ない安定したアー
ク放電の実現が可能となる。

【００７２】請求項５によれば、前記突起部の先端が１
つもしくは複数個の凸曲面部または尖頭部からなり、突
起部の先端を凸曲面に形成した場合は、電界が均一に加
わり、アークスポットの移動が少なく、アーク放電が安
定し、一方、尖頭部を形成した場合、電界が突起部の先
端に集中し、グロー放電からアーク放電へすみやかに移
行し、始動時のスパッタリングが抑制されるという効果
がさらに得られる。

【００７３】請求項６によれば、前記突起部の水平断面
形状が正方形または真円状をなし、該水平断面の直径も
しくは一辺の長さをＡ、突起部間の間隔をＢ、突起部の
長さをＣとすると、２０μｍ≦Ａ≦３００μｍ、０．１
３≦Ａ／Ｂ≦２、０．０８３≦Ａ／Ｃ≦１としたので、
より長期にわたり、アーク放電を維持することが可能と
なるという効果がさらに得られる。

【００７４】請求項７によれば、前記突起部は、Ｂａ、
Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも一種以上を含む化合物を含
む第一成分と、Ｚｒおよび／またはＴｉを含む化合物か
らなる第二成分と、Ｔａおよび／またはＮｂを含む化合
物からなる第三成分とを含む材料からなるため、電子放
出が良好で、高融点かつ低抵抗であり、スパッタリング
防止作用の優れたセラミック陰極を提供することができ
るという効果がさらに得られる。

【００７５】請求項８によれば、前記突起部は、第一成
分、第二成分、第三成分のモル比をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ
として、０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．００．０５≦Ｙ≦０．６０．４≦Ｚ≦０．９５としたので、請求項６の効果をよ
り良好に達成することができる。

【００７６】請求項９によれば、前記突起部の表面に、
ＴａまたはＮｂの炭化物および／または窒化物のスパッ
タリング防止層が形成されているため、電子放出材料の
放出飛散が防止され、寿命の長いセラミック陰極を提供
することができるという効果がさらに得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明によるセラミック陰極の一実施
の形態を示す蛍光ランプの一端側の一部断面側面図、
（ｂ）はそのセラミック陰極部を示す拡大側面図であ
る。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のセラミック
陰極の一実施の形態を示す正面図、側面図である。

【図３】（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はそれぞれ本発明のセ
ラミック陰極の一実施の形態を示す正面図、（ｂ）、
（ｄ）、（ｆ）はそれぞれ（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の断
面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のセラミック
陰極の一実施の形態を示す側面図である。

【図５】本発明のセラミック陰極の製造方法の一例を示
す工程図である。

【図６】本発明のセラミック陰極の突起部の水平断面の
一辺の長さと管壁温度上昇時間との関係図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のセラミック
陰極の他の実施の形態を示す正面図および断面図であ
る。

【符号の説明】１：電極容器、１Ａ：電極基材、２：突起部、３：水銀
ディスペンサ材料、４：金属製パイプ、５：リード線、
６：リード線の拡大部、７：導電性パイプ、８：開口
部、９：バルブ、１０：放電空間、１１：熱電対貼り付
け部、２０、２１：凸曲面部、２２、２３：尖頭部

───────────────────────────────────────────────────── 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 −ディ−ケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蛍光放電ランプに使用されるセラミック陰
極であって、有底筒状電極容器の内部または柱状電極基材の表面に、
電子放出材料からなる複数個の突起部を持つことを特徴
とするセラミック陰極。
【請求項２】請求項１において、前記突起部を５個以上備えることを特徴とするセラミッ
ク陰極。
【請求項３】請求項１または２において、前記電極容器または電極基材は、導電性の高融点金属、
または表面もしくは全体に導電性を持つセラミックスか
らなることを特徴とするセラミック陰極。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかにおいて、前記突起部の水平断面は、円状または多角形状をなすこ
とを特徴とするセラミック陰極。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかにおいて、前記突起部の先端が、１つもしくは複数個の凸曲面状部
または尖頭状部からなることを特徴とするセラミック陰
極。
【請求項６】請求項４または５において、前記突起部の水平断面形状が正方形または真円状をな
し、該水平断面の直径もしくは一辺の長さをＡ、突起部
間の間隔をＢ、突起部の長さをＣとして、２０μｍ≦Ａ≦３００μｍ、０．１３≦Ａ／Ｂ≦２、
０．０８３≦Ａ／Ｃ≦１であることを特徴とするセラミ
ック陰極。
【請求項７】請求項１から６までのいずれかにおいて、前記突起部は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも一種
以上を含む化合物を含む第一成分と、Ｚｒおよび／またはＴｉを含む化合物からなる第二成分
と、Ｔａおよび／またはＮｂを含む化合物からなる第三成分
とを含む材料からなることを特徴とするセラミック陰
極。
【請求項８】請求項７において、前記突起部は、第一成分、第二成分、第三成分のモル比
をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚとして、０．８≦Ｘ／（Ｙ＋Ｚ）≦２．００．０５≦Ｙ≦０．６０．４≦Ｚ≦０．９５である材料からなることを特徴とするセラミック陰極。
【請求項９】請求項１から８までのいずれかにおいて、前記突起部の表面に、ＴａまたはＮｂの炭化物および／
または窒化物のスパッタリング防止層が形成されている
ことを特徴とするセラミック陰極。