(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷陰極電極を封装したバルブ内面に蛍光体を形成し、かつ水銀と不活性ガスを封入した冷陰極小型低圧水銀放電灯において、放電空間の内表面積が３０００mm2 以下で総表面積は１０００mm2 以下の冷陰極近傍の放電空間表面に粒径が４４〜７４μｍの還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる暗黒特性改善物質を露出させて設けたことを特徴とする冷陰極小型蛍光放電灯。
【請求項２】
上記還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる暗黒特性改善物質は、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ2 Ｏ3 から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の冷陰極小型蛍光放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷陰極電極の総表面積が１０００mm2 以下、または放電空間の内表面積が３０００mm2 以下の冷陰極小型蛍光放電灯において、暗黒中での始動特性を改善した手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種放電ランプは、始動時に放電のきっかけとなる初期電子が存在しないと電離が円滑に行われず、したがって始動が不能もしくは困難になる。放電のきっかけとなる初期電子としては、熱電子、光電子、高電界により放出される電子、自然界の宇宙線などがある。しかし、外部からの光が届かない暗黒雰囲気中に放電灯を留置いた場合は、光電子が存在しないため宇宙線のみとなり、始動が困難になる傾向にある。
【０００３】
ところで、最近、ＶＴＲのカラービューファインダとして小形の液晶表示装置が開発されており、このものは２３mm×１８mm程度の大きさの液晶表示パネルをその背面からバックライトで照明するようになっている。バックライトとしては、熱的負荷が小さく、寿命特性に優れた冷陰極けい光ランプを使用しており、例えば直管形あるいはＵ字形等の屈曲形冷陰極けい光ランプや、偏平形の冷陰極けい光ランプが用いられている。
【０００４】
冷陰極けい光ランプは、一般にガラスバルブ内に一対の冷陰極を対向して設けるとともに、このバルブ内に水銀と不活性ガスを封入し、かつバルブの内面にけい光体被膜を形成して構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液晶表示のバックライトとして用いられるこの種のランプは、遮蔽されたハウジングやケ−シング内で使用される場合が多いため、外部から入り込む光が少なく、しかも冷陰極であるため熱電子の放出も少なく、放電開始に必要な初期電子の充分な供給が期待できないという実情にある。
【０００６】
加えて、この種のランプは、その用途から小形化されており、電極や放電空間の内表面積が小さく、外部から飛び込んでくる宇宙線を捕獲して放電に有効に利用できる確率が小さい。  このようなことから、この種の冷陰極小形けい光ランプは、暗黒中で、しかも水銀蒸気圧の低下により放電開始電圧が高くなる低温雰囲気での始動特性がよくなく、始動に長い時間を要する不具合がある。
【０００７】
始動時間を短くするには、始動電圧を高くする手段が考えられるが、始動電圧を高くすると点灯回路の大型化を招き、耐電圧対策として点灯回路の格別な絶縁構造が必要となり、よって絶縁が複雑になり、結局高価になるなどの不具合がある。
【０００８】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするのは、暗黒、低温下においても始動性が向上する冷陰極小型蛍光放電灯を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明の一番目は、冷陰極電極を封装したバルブ内面に蛍光体を形成し、かつ水銀と不活性ガスを封入した冷陰極小型低圧水銀放電灯において、放電空間の内表面積が３０００mm2 以下で総表面積は１０００mm2 以下の冷陰極近傍の放電空間表面に粒径が４４〜７４μｍの還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる暗黒特性改善物質を露出させて設けたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明によると、バルブの内面に設けた、還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる物質が、暗黒中で偶発的に存在する電子を増加させるため、放電が容易になり、始動性を向上させることができる。
【００１２】
【実施例】
以下本発明について、図１ないし図３に示す第１の実施例にもとづき説明する。
図面は、ＶＴＲのカラービューファインダに適用される液晶表示装置のバックライトとして用いられる偏平形冷陰極けい光ランプを示す。
【００１３】
図１の（Ａ）図および（Ｂ）図において、１は断面が長円形の筒形をなす偏平バルブであり、例えば長さＬが３０mm、幅Ｗが２６mm、高さＨが１０mm程度の長円形の筒形をなしている。なお、バルブ１の肉厚ｔは約１mmである。このため、バルブ１の内表面積は約２０７０mm2 となっている。
【００１４】
上記偏平形バルブ１の両端開口部は平板形ステム２、２で気密に閉塞されている。ステム２、２はガラス板からなり、平板形をなしているのでいわゆるボタンステムである。このような平板形ステム２、２には、それぞれ冷陰極３、３が取付けられている。冷陰極３、３は、例えばニッケル板からなり、前面にジルコン−アルミニウムからなるゲッター４を塗布するとともに、背面に図示しない水銀−チタン合金からなる水銀放出構体を付着させて構成されている。
【００１５】
このようなプレート形の冷陰極３，３は、それぞれ表裏両面の表面積が１５０mm2 とされており、対向する冷陰極３，３の総表面積は３００mm2 とされている。これら冷陰極３，３は、それぞれウエルズ５，５に接合されており、これらウエルズ５，５はステム２、２を気密に貫通して外部に導出されている。したがって、ステム２、２をバルブ１の両端開口部に接合すると、上記冷陰極３、３は所定の電極間距離ｎ、例えば２５mmを有して互いに対向される。
【００１６】
バルブ１の内面には、図１の（Ｂ）図に示すように、還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる物質（暗黒特性改善物質）からなる被膜７が形成されている。 
図２は、粒径４４〜７４μm の還元鉄粉に対して様々な電気陰性度を有する物質を接触させた場合に、還元鉄粉に帯電する帯電量を示すグラフである。暗黒特性改善物質は、還元鉄粉に接触してその還元鉄粉を正に帯電させる物質、つまり図２の縦軸に示した帯電量が０μｃ／ｇを越える物質である。このように帯電量が正であると暗黒中で偶発的に存在する電子を増加させる。例えば、暗黒特性改善物質は、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ2 Ｏ3 から選ばれた少なくとも１種からなる物質である。本実施例では、粒径が０．０１〜０．１μm のアルミナＡｌ2 Ｏ3 を用いている。
【００１７】
なお、還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる物質としては、上記ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ2 Ｏ3 の外に、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＰｂＯ、ＨｇＯ等も考えられるが、後者の物質は化学的安定性に劣るため取扱いが困難であり、使用し難いので、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ2 Ｏ3 の中の少なくとも１種を用いるのがよい。  このような帯電物質の被膜７の内面にはけい光体被膜８が形成されており、このけい光体被膜８は、バルブ１の両端部を除いて形成されている。このため、冷陰極３，３の近傍では上記帯電物質の被膜７が放電空間に剥きだしに露出されている。
【００１８】
バルブ１の放電空間には、所定量の水銀と、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトのうちの少なくとも１種からなる不活性ガスが、例えば５０Torr程度封入されている。
【００１９】
このような構成の偏平形冷陰極けい光ランプは、周囲温度が０℃の状態で、３０ＫＨｚの正弦波の高周波を印加した場合、実効値８００ボルトであれば１００msec以内に放電が開始された。
【００２０】
これに対し、帯電物質の被膜７を形成しない従来構造の場合は、同一条件で実効値１２００ボルトを印加しないと１秒以内では放電を開始しなかった。  すなわち、上記実施例のように帯電物質の被膜７を形成した場合、ランプに印加する始動電圧を低くしても短時間に放電を開始するが、帯電物質の被膜７を形成しないランプでは、始動電圧を高くしないと短時間に放電が開始せず、かつ始動電圧が低い場合は放電開始時間が長くなる。
これは、バルブ１の内面に設けた帯電物質の被膜７が、暗黒中で偶発的に存在する電子を増加させる機能があると考えられる。
【００２１】
本発明は、全部の電極３の表面積の和、つまり総表面積が１０００mm2 以下、または放電空間の内表面積が３０００mm2 以下の冷陰極小形水銀蒸気放電灯に適用して有効である。すなわち、電極３の総表面積が１０００mm2 以下、または放電空間の内表面積が３０００mm2 以下の小形ランプは、表面積が小さいので外部から飛び込んでくる宇宙線を放電に有効利用できる確率が小さく、このため、この種の冷陰極小形けい光ランプは、暗黒中でしかも低温雰囲気での始動特性がよくない。よって、この種のランプに本発明を適用すればその効果が顕著である。
電極３の表面積を変化させた場合について実験した結果を説明する。
【００２２】
図３の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ表面積を変化させた電極の構造を示すもので、図３（Ａ）は電極プレートを２枚用いることにより片側の電極３ａの表面積を３００mm2 、両側の電極の総表面積を６００mm2 にした場合、図３（Ｂ）は大きめの電極プレートを３枚用いることにより片側の電極３ｂの表面積を５００mm2 、両側の電極の総表面積を１０００mm2 にした場合、さらに図３（Ｃ）は円筒体の内部に仕切板を収容して表面積を増大した円筒形電極を用いることにより片側の電極３ｃの表面積を１０００mm2 、両側の電極の総表面積を２０００mm2 にした場合である。
図１に示す電極３（総表面積が３００mm2 ）と、図３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す電極について点灯始動時間を測定した結果を、下記表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記表１に示すデータは、各試験ランプを常温中にて７日間明暗を繰り返して留め置き（明所は１０００lmで１２時間、暗所１２時間）し、その後暗箱に入れて暗黒中にて０℃の温度で２４時間放置し、この後ランプの両電極間に電圧を印加してから主放電電流が流れるまでの点灯所要時間をシンクロスコープにて測定したものである。各試験ランプはそれぞれ４０個づつ測定し、それぞれ平均を層別して示す。
【００２５】
なお、印加電圧は３０ｋＨｚの高周波であり、実効値を示す。また、Ａｌ2 Ｏ3 の被膜は、図１の（Ｂ）に示すように、電極近傍のバルブ壁で放電空間に露出させた。
【００２６】
表１から、印加電圧を大きくすればランプは始動し易く、かつ電極の総表面積が大きい程始動し易いことが判る。特に、電極の総表面積を２０００mm2 以上にした場合は、始動が容易である。しかしながら、ランプの小形化のために電極の総表面積は１０００mm2 以下に規制しなければならず、このような場合はＡｌ2 Ｏ3 の被膜を形成したランプが、Ａｌ2 Ｏ3 の被膜を形成しないランプに比べて、明らかに始動性の向上することが認められる。
【００２７】
なお、上記実施例では、帯電物質の被膜７をバルブ１の内面の全体に亘り形成した場合を示したが、本発明は図４に示す第２の実施例のように、帯電物質の被膜７は冷陰極３，３の近傍のみに、しかも放電空間に露出して形成してもよい。
また、図５に示す第３の実施例のように、帯電物質の被膜７をステム２，２の内面に形成してもよい。
さらに、図示しないが、帯電物質の被膜７は冷陰極３の背面に形成してもよい。
【００２８】
そしてまた、帯電物質の粉末をけい光体に混合またはけい光体粉末に混合し、これをけい光体被膜としてバルブの内面に塗布し、このけい光体被膜から帯電物質の一部の粉末が放電空間に露出するようにしてもよい。
さらに、発明は偏平形けい光ランプに限定されるものではなく、直管形けい光ランプや屈曲形けい光ランプであってもよい。
【００２９】
すなわち、図６に示す第４の実施例では、カラー液晶用バックライトに用いられるＷ字形の冷陰極けい光ランプを示す。同図において６０はＷ字形のバルブであり、バルブ径が８．５mm、バルブ長５００mmであり、両端はステム６１、６１により閉塞されている。ステム６１、６１にはそれぞれウエルズ６２、６２が封着されており、これらウエルズ６２、６２には円筒形の冷陰極６３、６３が接続されている。冷陰極６３、６３はニッケルなどからなり、片側の電極の表面積は４２０mm2 であり、両端の電極の総面積は８４０mm2 とされている。そして、バルブ６０の内面には図７に示す通り、けい光体被膜６４が形成されており、電極の近傍にはＡｌ2 Ｏ3 の被膜６５が放電空間に露出して形成されている。
このような構成の屈曲形けい光ランプの場合であっても、帯電物質の被膜６５が暗黒中で偶発的に存在する電子を増加させることから、始動特性が向上する。
【００３０】
また、図８に示す第５の実施例では、メータ表示用光源に用いられる馬蹄（Ω）形の冷陰極けい光ランプを示す。同図において８０はＷ字形のバルブであり、バルブ径が９．５mm、バルブ長２００mmであり、両端はステム８１、８１により閉塞されている。ステム８１、８１にはそれぞれウエルズ８２、８２が封着されており、これらウエルズ８２、８２には山形の冷陰極８３、８３が接続されている。冷陰極８３、８３はニッケルなどからなり、片側の電極の表面積は２００mm2 であり、両端の電極の総面積は４００mm2 とされている。そして、バルブ８０の内面には図９に示す通り、けい光体被膜８４が形成されており、このけい光体被膜８４にはＭｇＯやＡｌ2 Ｏ3 などのような帯電物質の粒子８５が混合されている。すなわち、ＭｇＯやＡｌ2 Ｏ3 などの帯電物質の粒子は、けい光体粉末にまぶせられて一緒に混ぜ合わされ、この状態でけい光体被膜を形成してあり、よって帯電物質の粒子はその一部が放電空間に露出されている。
このような構成の屈曲形けい光ランプの場合であっても、帯電物質の粒子８５の作用により始動特性が向上する。
【００３１】
そしたまた、図１０に示す第６の実施例では、液晶用バックライトに用いられる直管形冷陰極けい光ランプを示す。同図において９０は直管形のバルブであり、両端は封止部９１、９１（片端のみ示す）により閉塞されている。封止部９１にはウエルズ９２が封着されており、このウエルズ９２には平板形の冷陰極８３が接続されている。冷陰極９３はニッケルなどからなり、片側の電極の表面積は１００mm2 であり、両端の電極の総面積は２００mm2 とされている。そして、バルブ９０の内面にはけい光体被膜９４が形成されており、このけい光体被膜９４にはＡｌ2 Ｏ3 などのような帯電物質の粒子９５が混合されている。Ａｌ2 Ｏ3 などの帯電物質の粒子９５は、けい光体粉末に混合されてけい光体被膜を形成しており、よって帯電物質の粒子９５はその一部が放電空間に露出されている。
このような構成のけい光ランプの場合であっても、帯電物質の粒子９５の作用により始動特性が向上する。
【００３２】
さらに、本発明は、放電空間の内表面積が３０００mm2 以下の小形水銀蒸気放電灯に適用しても有効である。すなわち、放電空間の内表面積が３０００mm2 以下のランプも小形であり、外部から飛び込んでくる宇宙線を捕獲する確率が少ない。このため、この種の冷陰極小形けい光ランプは、暗黒中でしかも低温雰囲気での始動特性がよくなく、よって、この種のランプに本発明を適用すればその効果が顕著である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、バルブの内面に設けた、還元鉄粉に対する接触帯電量が正となる暗黒特性改善物質が、暗黒中で偶発的に存在する電子を増加させる機能があると考えられ、電極の表面積が小さなランプまたは放電空間の表面積が小さなランプであっても始動が容易になり、始動電圧を低くして放電開始時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、（Ａ）図は偏平形冷陰極けい光ランプの分解した斜視図、（Ｂ）図はその断面図。
【図２】金属イオンの電気陰性度を示す図。
【図３】    表面積の異なる冷陰極の構造を示し、（Ａ）図は電極プレートを２枚用いた冷陰極の斜視図、（Ｂ）図は電極プレートを３枚用いた冷陰極の斜視図、（Ｃ）図は円筒形電極を用いた冷陰極の斜視図。
【図４】本発明の第２の実施例を示す偏平形冷陰極けい光ランプの断面図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す偏平形冷陰極けい光ランプの断面図。
【図６】本発明の第４の実施例を示すＷ字形冷陰極けい光ランプの斜視図。
【図７】同実施例のランプの端部の断面図。
【図８】本発明の第５の実施例を示す馬蹄形冷陰極けい光ランプの斜視図。
【図９】同実施例のランプの端部の断面図。
【図１０】本発明の第６の実施例を示す直管形冷陰極けい光ランプの端部の断面図。
【符号の説明】
１、６０、８０、９０…バルブ、２、６１、８１…ステム、３、６３、８３、９３…冷陰極、５、６２、８２、９２…ウエルズ、７、６５…帯電物質の被膜、８、６４、８４、９４…けい光体被膜、８５、９５…帯電物質の粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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