(57)【要約】    【課題】  管径が８ｍｍ以下のバルブ内に組み込むことができて、構造が簡単であり、しかも長寿命な熱陰極形の蛍光ランプを提供する。    【解決手段】  蛍光ランプは、内面側に蛍光体層が形成された管径８ｍｍ以下の細長いバルブ1と、ほぼ中央で折り返えした折り返し部2a1がバルブの中央寄りで両端部2a2がバルブ端寄りに位置したフィラメント2a、その両端を支持した一対のリード線2b、ビード部材2c、先端部がフィラメントの折り返し部を支持し基端部がビード部材に固定された耐熱性金属からなる直径０．０５〜０．３ｍｍのアンカー2dおよびフィラメントに付着したエミッタ2eを備え、フィラメントをバルブ内部に離間して配設した一対の熱陰極形電極マウントと、放電媒体とを具備し、前記フィラメントを常時加熱して点灯させる。【選択図】図１
2010080336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面側に蛍光体層が形成された管径８ｍｍ以下の細長いバルブと；
ほぼ中央で折り返えした折り返し部がバルブの中央寄りで両端部がバルブ端寄りに位置したコイルフィラメント、コイルフィラメントの両端を支持した一対のリード線、一対のリード線を離間して支持したビード部材、先端部がコイルフィラメントの折り返し部を支持し基端部がビード部材に固定された耐熱性金属からなる直径０．０５〜０．３ｍｍのアンカーおよびコイルフィラメントに付着したエミッタを備え、コイルフィラメントをバルブ内部に離間して配設した一対の熱陰極形電極マウントと；
バルブ内に封入された放電媒体と；
を具備し、前記コイルフィラメントを常時加熱して点灯させることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項２】
前記アンカーは、先端部にエミッタが付着していることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径で熱陰極形の蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶ディスプレイ用バックライトとして管径３〜４ｍｍの冷陰極形の蛍光ランプが用いられている。一般に冷陰極形の蛍光ランプは、熱陰極形の蛍光ランプに比較して発光効率が低くて全光束が少ないことで知られている。これは、電極の性能に起因し、放電電流上限が１０ｍＡ程度だからである。
【０００３】
近時、液晶ディスプレイの高輝度化および低消費電力化が進展している。これに伴ってバックライト用光源としてランプ電流上限が大きくて、発光効率が高く、しかも冷陰極形の蛍光ランプと同等な管径を有する蛍光ランプの開発が望まれている。
【０００４】
一般照明用として従来から多用されている熱陰極形の蛍光ランプは、冷陰極形の蛍光ランプに比較してランプ電流上限が大きくて、発光効率が高いという利点があることは既知である。
【０００５】
細径のバルブに組み込む電極を熱陰極形に代替する場合、フィラメントを用いて、そこにエミッタを付着させる。細径のバルブに適合させるためにフィラメントを応分に小さくすると、エミッタの付着量が少なくなり蛍光ランプが短寿命になってしまう。そこで、所要量のエミッタを付着できるようにコイルフィラメントを長くすると、フィラメントがバルブ内面に触れやすくなり、接触してバルブが溶融するという問題が生じる。
【０００６】
フィラメントを長くした電極として、従来よりも長尺なタングステン多重コイルフィラメント１の略中央部分を、そのフィラメント１より熱伝導率の低いフローティングリード線１２で支持した電極が知られている（特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−３０６４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１のようなランプを長寿命化のために常時予熱しながら点灯すると、長寿命を達成できないことが分かった。これは、比較的径大なフローティングリードと接触するフィラメント部分の温度が他の部分よりも大きく低下して、点灯時のフィラメント温度が不均一となったことが原因である。
【０００９】
本発明は、管径が８ｍｍ以下のバルブ内に組み込むことができて、構造が簡単であり、しかも長寿命な熱陰極形の蛍光ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の蛍光ランプは、内面側に蛍光体層が形成された管径８ｍｍ以下の細長いバルブと；ほぼ中央で折り返えした折り返し部がバルブの中央寄りで両端部がバルブ端寄りに位置したフィラメント、フィラメントの両端を支持した一対のリード線、一対のリード線を離間して支持したビード部材、先端部がフィラメントの折り返し部を支持し基端部がビード部材に固定された耐熱性金属からなる直径０．０５〜０．３ｍｍのアンカーおよびフィラメントに付着したエミッタを備え、フィラメントをバルブ内部に離間して配設した一対の熱陰極形電極マウントと；バルブ内に封入された放電媒体と；を具備し、前記フィラメントを常時加熱して点灯させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィラメントの折り返し部がバルブ中央側で、両端部がバルブ端側に位置するように配置したことにより、フィラメントを長くしてエミッタ付着量を多くした熱陰極形の電極マウントは構造が簡単で、管径８ｍｍ以下の細長いバルブ内に組み込むことが可能になったので、例えば液晶ディスプレイのバックライト光源として用いた場合にはバックライトの薄型化を実現でき、またフィラメントの折り返し部を支持してバルブ内面に接触しないようにするアンカーに直径０．０５〜０．３ｍｍの耐熱金属線を用いたことでフィラメントの支持部の温度低下が小さくなり、かつ点灯中常時フィラメントを加熱することにより、エミッタ付着部のフィラメント温度を約８００℃程度のほぼ均一温度にしてエミッタ付着部の大部分から電子放出を生じさせることができ、それに伴い電極表面での電流密度が小さくなるので、長寿命になる蛍光ランプを提供することができる。
【００１２】
また、上記に加えてアンカーの先端側のフィラメントの支持部にエミッタを付着すれば、アンカーが極細の耐熱性金属線であるから、フィラメントの支持部近傍の温度がフィラメントの温度近くまで上昇するため、そこに付着したエミッタからも熱電子放射をさせることができ、その分蛍光ランプの寿命が伸びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の蛍光ランプを実施するための一形態を示す要部断面である。
【００１５】
本形態において、蛍光ランプは、バルブ１、熱陰極形電極マウント２および放電媒体を具備している。
【００１６】
バルブ１は、細長くて透光性好ましくは透明性を有している。管径は、バルブ１の発光部における外径であり、両端が封止の関係で多少太くなっていてもよいし、細くなっていてもよい。また、図１に示すバルブ１は、両端部が図と平行な面内において偏平で、その偏平部の幅が若干発光部より狭くなっている。
【００１７】
本発明において、管径は、管径が８ｍｍ以下であればよく、熱陰極形電極マウント２をバルブ１内に組み込むことができれば頗る細くてもよいので、下限が設定されない。しかし、管径３ｍｍ未満になると、熱陰極形電極マウント２をバルブ１内に組み込む際の困難性が増す傾向にある。また、管径が８ｍｍ超になると、太くなりすぎてバックライトの薄型化の要求に応えにくくなる。なお、好適には管径３〜８ｍｍである。
【００１８】
本発明において、管長は用途に応じて適宜選択することができるから、特段限定されない。しかし、主な用途の要求から数百〜千数百ｍｍが好適である。バルブ１の好ましい材料はガラスバルブであり、特にホウ珪酸ガラスが適している。
【００１９】
また、バルブ１は、両端が開放されたガラス素管の両端を封止して内部を気密状態に形成することができる。この場合、既知の各種封止構造を適宜選択して採用することができる。図示の形態においては、ガラス素管の端部内の中心軸位置に排気管１ａを挿入した状態でガラス素管の端部を加熱溶融して、ピンチシールすることにより封止部１ｂを形成している。所望により後述するビード部材２ｃをガラス素管の端部に封着して封止するビード封止構造を採用することもできる。
【００２０】
なお、ガラス素管の両端をともに上述のピンチシールと同一の封止構造とすることができる。これにより、排気管１ａを封止時にバルブ１の両端に封着することができる。しかし、所望により他端側には排気管１ａを封着しないピンチシールまたはその他の封止構造を採用することができる。また、図１の符号１ａ１は排気管１ａを封じ切った後に形成された排気チップオフ部である。
【００２１】
さらに、バルブ１は、内面側に蛍光体層１ｃを形成している。蛍光体層１ｃは、適当な蛍光体を用いて常法により形成できるが、好ましくは３波長発光形の蛍光体を用いるのがよい。また、蛍光体層１ｃをバルブ１の内面に直接形成することもできるが、保護膜（図示しない。）を介してバルブ１の内面に形成するのが好ましい。なお、保護膜は、既知の材料、例えば酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２などの金属酸化物を用いて形成することができる。また、排気不良の発生を防止するために、蛍光体層１ｃをバルブ１−ビード部材２ｃの隙間ｃの部分よりも、ランプ中央側に形成してもよい。
【００２２】
熱陰極形電極マウント２は、その一対がバルブ１の両端側に対向して配設され、それぞれフィラメント２ａ、一対のリード線２ｂ、２ｂ、ビード部材２ｃ、アンカー２ｄおよびエミッタ２ｅを備え、少なくともフィラメント２ａをバルブ１内部の好ましくは両端部に互いに離間して封装する。
【００２３】
フィラメント２ａは、管内径に比較してそれより長い方がよい。そうすれば、エミッタ２ｅの付着量を増やせるので好ましい。そして、ほぼ中央で折り返えした折り返し部２ａ１が形成され、一対の端部２ａ２、２ａ２がほぼ直線状をなして一対のリード線２ｂ、２ｂに支持されている。折り返し部２ａ１はバルブ１の長手方向の中央寄りに位置し、両端部２ａ２、２ａ２はバルブ１の端部寄りに位置している。したがって、フィラメント２ａは、バルブ１の長さ方向の中央側に向かって凸形状を呈する。なお、上記配置において、折り返し部２ａ１の中心がほぼ管軸上に位置するのが好ましい。
【００２４】
また、フィラメント２ａは、本発明において、シングルコイルおよび多重コイルのいずれでもよい。しかし、小形化のためにはシングルコイル、長寿命化のためにはトリプルコイルなどの多重コイルを選択するのが良い。
【００２５】
さらに、ほぼ中央で折り返されたフィラメント２ａのバルブへの封装状態における幅は、概ねバルブ１の内径より１ｍｍ程度小さくて、長さはバルブ１の内径より大きくて、かつ内径の４．０倍以下程度であるのが好ましい。一例を示せば、次のとおりである。なお、上記フィラメント２ａの幅ａとは、略Ｕ字状をなす形態において、リード線２ｂの先端から突出している部位の基端における外側面間の距離をいう。また、長さｂとは、リード線２ｂの先端から突出している部位の基端から折り返し部２ａ１の頂部外面までの距離をいう。
【００２６】
バルブ１の内径３ｍｍ（外径４ｍｍ）のとき、幅ａが２ｍｍ、長さｂが５ｍｍ
バルブ１の内径５ｍｍ（外径６ｍｍ）のとき、幅ａが４ｍｍ、長さｂが７ｍｍ
バルブ１の内径６．９ｍｍ（外径４ｍｍ）のとき、幅ａが５．９ｍｍ、長さｂが９ｍｍ。
【００２７】
一対のリード線２ｂ、２ｂは、フィラメント２ａを、その両端に接続して支持する。支持の態様は特段限定されないが、フィラメント２ａの端部２ａ２における軸方向とリード線２ｂの軸方向が平行して互いに隣接したり、両軸を一致させたりして支持するのが好ましい。前者の態様においては溶接やスリーブを用いた加締め接続などにより接続して支持することができる。後者の態様としては、リード線２ｂがフィラメント２ａの端部２ａ２に挿通し、所望により両者を溶接することで支持することができる。
【００２８】
また、リード線２ｂには、バルブ１および／または後述するビード部材２ｃとの封着性が良好な金属、例えばコバールなどを用いることができる。この態様においては、封着性が良好なので、リード線２ｂを直接バルブ１の端部に封着して外部へ導出することができる。
【００２９】
ビード部材２ｃは、ガラスを適当な形状を有する玉状、例えばほぼ球体形状、楕円球体形状などに成形してなり、内部に一対のリード線２ｂ、２ｂを離間させて封着することで所望の間隔で支持する。そのために、ビード部材２ｃは、リード線２ｂの中間部に封着される。
【００３０】
また、ビード部材２ｃは、その直径がバルブ１の内面したがって内径より小さく、好ましくはビード部材２ｃの最大径部分とバルブ１の内面との間の隙間ｃが０．１〜０．４ｍｍに形成されているので、バルブ１内に無理なく挿入できるとともに、フィラメント２ａとバルブ１の接触を防止することが可能である。この場合のバルブ１の内面は、蛍光体層１ｃなどの付着層を加味したものであり、バルブ１単体の内面より内径が若干ではあるが小さくなる。ただし、ビード部材２ｃの挿入位置に蛍光体層１ｃなどの付着層の全部または一部が存在しない場合には、その分内径が大きくなる。
【００３１】
さらに、リード線２ｂのビード部材２ｃからの突出長ｇは、フィラメント２ａの端部２ａ１に挿通している先端部をも含む寸法であるが、ビード部材２ｃとフィラメント２ａの両端部２ａ２、２ａ２との間の距離を決定する。このため、上記突出長ｇが短すぎると、フィラメント２ａの発生熱がリード線２ｂを伝導して熱容量の大きなビード部材２ｃに吸収されやすくなり、フィラメント２の両端部の温度低下を来たしてフィラメント２ａの温度均一化が阻害されるので、好ましくない。
【００３２】
上記突出長は０．７ｍｍ以上あるのが好ましい。ただし、上記突出長が大きすぎると、フィラメント２ａが不所望に振れて、フィラメント２ａとバルブ１の接触が懸念されるようになるため、好ましくない。上記突出長は、５ｍｍ以下であるのが好ましい。なお、５ｍｍ超であると、アンカー２ｄを配設していてもフィラメント２ａがバルブ１の内面に接触しやすくなる。突出長は、より好ましくは０．７〜２．５ｍｍである。
【００３３】
アンカー２ｄは、その先端の支持部２ｄ１がフィラメント２ａの折り返し部２ａ１を支持し、基端部がガラス溶着によりビード部材２ｃに植立している。これにより、フィラメント２ａは、その折り返し部２ａ１がアンカー２ｄにより、また両端部が一対のリード線２ｂ、２ｂにより支持されるので、その耐震性および耐衝撃性が向上する。
【００３４】
また、本発明において、アンカー２ｄは、その直径が０．０５〜０．３ｍｍの範囲内にある極細の耐熱性金属線を用いて形成されている。なお、直径が０．０５ｍｍ未満であると、アンカー２ｄとしての機械的強度が不足するので、不可である。また、０．３ｍｍ超であると、熱容量が大きくなりすぎてフィラメント２ａ折り返し部２ａ１のアンカー２ｄによる支持部近傍の温度が不所望に低下してしまうので、不可である。なお、好適には０．１〜０．２ｍｍの範囲内である。この範囲であれば、フィラメント２ａの支持の機械的強度が十分で、しかもフィラメント２ａの支持部近傍の温度低下も十分に許容範囲となる。また、アンカー２ｄもその最大幅がビード部材２ｃの見通し線内に収まっているのが望ましい。
【００３５】
さらに、アンカー２ｄは、機械的に優れた金属を用いて形成される。なお、耐熱性に優れるとさらに望ましい。このような金属としては、例えばモリブデンＭｏ、タングステンＷ、レニウム−タングステン合金Ｒｅ−Ｗなどの耐熱性金属を用いることができる。
【００３６】
さらにまた、アンカー２ｄのフィラメントの支持部は、フィラメント２ａを包持するように、その先端部をリング状に湾曲させたり、半円状〜一部が欠けた円状に湾曲させたり、あるいはフィラメント２ａをピンチ状に挟持したりして形成することができる。
【００３７】
エミッタ２ｅは、熱電子放射性物質であり、フィラメント２ａに付着して加熱されると熱電子放射を行う。また、エミッタ２ｅは、その材質が限定されないが、既知のものを用いることができる。例えば、炭酸バリウム、炭酸カルシウムおよび炭酸ストロンチウムを質量比で４：４：２の割合で混合して調合した塗布液をフィラメント２ａに約３．０ｍｇ塗布し、乾燥後通電加熱して上記炭化物を金属酸化物に変化させてなるエミッタを生成させてフィラメント２ａに残留させている。なお、エミッタ２ｅは、その塗布液を被着後に行う加熱工程において水分などの不純物をエミッタ２ｅから効果的に除去して、ランプ特性に影響を与えることがないようにするために、リード線２ｂから約１ｍｍ離れた部分から、他方の同部分までの領域に形成するのが望ましい。
【００３８】
また、本発明の好ましい態様として、上記に加えてアンカー２ｄのフィラメント２ａの支持部２ｄ１およびその近傍にもエミッタ２ｅ１を付着させることができる。本発明において、アンカー２ｄは、前述のように極細の耐熱性金属線を用いているので、その先端側のフィラメント２ａの支持部２ｄ１における温度が点灯中フィラメント２ａの温度近くまで上昇する。そのため、そこに付着したエミッタ２ｅ１からも熱電子放射をさせることができ、その分蛍光ランプの寿命が伸びる効果がある。なお、上記態様において、エミッタアンカー２ｄの支持部２ｄ１およびその近傍以外の部位に付着していても差し支えない。本態様によれば、アンカー２ｄにエミッタ２ｅ１が付着していない場合に比較して平均５％程度の寿命延伸が得られる。
【００３９】
放電媒体は、バルブ１内に封入されて一対のフィラメント２ａ、２ａ間に生じる放電により紫外線を放射する。放電媒体は、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの希ガスまたはそれらの混合ガスおよび水銀を用いるのが好ましい。
【実施例１】
【００４０】
実施例は、図１に示す構造である。
【００４１】
バルブ      ：日本電気硝子社製のBKU（ホウ珪酸ガラス）、管径4mm、内径3.0mm、                全長1200mm、排気管は外径2.9mm、内径1.4mm
蛍光体層はY2O3:Eu３＋、LaPO4:Ce3+、Tb3+、BaMg2Al10O17:Eu2+からなる３波長発光形蛍光体、膜厚20μｍ
フィラメント：W、線径50μm、内径200μm、シングルコイル、
リード線からの突出している長さ5mm、幅2mm
リード線    ：コバール、直径0.3mm、突出長g=2mm
アンカー    ：Mo、直径0.15mm
ビード部材  ：ホウ珪酸ガラス、直径2.7mmのほぼ球体形状
隙間ｃ      ：0.2mm
放電媒体    ：Ar40%、Ne60%（封入圧1330Pa）、Hg約3mg
電流        ：ランプ電流約20mA、フィラメント加熱電流約500mA
実施例１の蛍光ランプを加速試験し、寿命を推測した結果、平均で約10万時間であった。
【実施例２】
【００４２】
アンカー          ：Mo、直径0.30mm
その他の仕様は、実施例１と同じ。
【００４３】
実施例２の蛍光ランプを加速寿命試験の結果、実施例１の寿命に対し平均で９０％であった。
［比較例］
アンカー          ：Mo、直径0.45mm
その他の仕様は、実施例１と同じ。
【００４４】
比較例の蛍光ランプを加速寿命試験の結果、実施例１の寿命に対し平均で７０％であった。
次に、本発明の蛍光ランプを点灯させる際の態様について説明する。本発明の蛍光ランプは、これを点灯させるときに、ランプ電流とは別にフィラメント加熱電流を流して常時フィラメント２ａを加熱するものとする。この加熱により、フィラメント２ａに付着したエミッタ２ｅが約８００℃になる。この状態ではフィラメント２ａに付着しているエミッタ２ｅの殆どの部分から熱電子放出が行われる。
【００４５】
その結果、フィラメント２ａおよびエミッタ２ｅで構成される電極表面での電流密度が小さくなり、電極寿命、したがって蛍光ランプの寿命が延伸する。なお、ランプ電流とは別にフィラメント加熱電流を流すための回路構成は、既知のものを適宜利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の蛍光ランプを実施するための一形態を示す要部断面
【符号の説明】
【００４７】
１…バルブ、１ａ…排気管、１ｂ…ピンチシール部、１ｃ…蛍光体層、２…熱陰極形電極マウント、２ａ…フィラメント、２ａ１…折り返し部、２ａ２…端部、２ｂ…リード線、２ｃ…ビード部材、２ｄ…アンカー、２ｄ１…支持部、２ｅ、２ｅ１…エミッタ
【図１】
2010080336.tif 000003