(57)【要約】 【課題】  電子放射性が良く、かつエミッターの損耗が小さく、しかも製作が容易で安価な放電電極を有する冷陰極蛍光ランプを提供する。【解決手段】  内面に蛍光体被膜を形成した容器（１）に放電媒体（３）が封入され、このガラス管の両端に内部導入線に接続した放電電極（４）を設け、この放電電極には複合板が用いられ、前記複合板は基材金属層とこの基材金属層上に形成されたエミッター層から成る積層板を圧延加工して形成され、円筒状、板状あるいは多角形状に加工されている。この放電電極のエミッター面積当たりの放電電流が０．００１〜０．４A／ｃm２であり、かつ容器内の残存酸素は０．１％以下とされる。上記電極エミッター面積当たりの放電電流を規制することにより、エミッターの最適動作を得る。容器内の酸素を０．１％以下とすることにより、長時間点灯における良好な輝度維持率を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に複合板を用いた放電電極を備え、
前記複合板は基材金属層とこの基材金属層上に形成されたエミッター層から成る積層板を圧延加工して形成され、
エミッター面積当たりの放電電流が０．００１〜０．４A／ｃm２、かつ容器内の残存酸素が０．１％以下であることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【請求項２】
前記放電電極は、円筒状、板状、及び多角形状の中から選ばれた一つの形状を有することを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項３】
前記放電電極は、水素含有ガス中で５００°Ｃ〜９００°Ｃの加熱処理が施され、その後真空中で再び同温度で加熱処理が施されたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項４】
前記基材金属層は、ニッケル、ニッケル合金、鉄合金のうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項５】
前記基材金属層の上に形成された前記エミッター層は、エミッター粉末の塗布層を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項６】
前記基材金属層の上に形成された前記エミッター層は、エミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種が混合された塗布層、又はエミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種とモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種との混合粉末を加えた塗布層を有する請求項１乃至４の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項７】
前記基材金属層の上に形成された前記エミッター層は、ニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種、又はこれらにモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種を混合させた金属の多孔質層にエミッター粉末を塗布した塗布層、又は前記多孔質層の気孔中にエミッター粉末を含有させた含有層を有する請求項１乃至４の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
【請求項８】
前記エミッター粉末は、ほう化ランタン、タングステン酸バリウム、アルミン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、及び酸化イットリウムのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイのバックライトやＯA機器の原稿照明用光源等に使用される冷陰極蛍光ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バックライトとして冷陰極蛍光ランプを備えた液晶ディスプレイに携帯用途が増えており、この場合冷陰極蛍光ランプはしばしば電池駆動になることから、ランプは出来るだけ省電力であることが求められる。特許第３０６７６６１号公報には、省電力化を図るため、電極にエミッターＬａＢ６を付加することが記載され、また特開平１１−１１１２１６号公報にはアルミン酸バリウムやアルミン酸リチウムを使用することが示されている。エミッターの使用により、電極からの電子放出が容易となり、その結果陰極降下電圧が低下するので、省電力となる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３０６７６６１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記エミッターはしばしば円筒型あるいはカップ型電極で使用される。エミッターは、その粉末をスラリー状にして、カップ内面に塗布し、高温加熱によって焼結させる。このようにすることによって、カップ内面のエミッターはランプ点灯中の放電によるイオンで叩かれて飛散しても、カップ内部から外に飛び出さず、その結果エミッターの消耗が少なくなるとする。しかしながら金属板をカップ形状に加工するには手間がかかり、また材料歩留まりが悪いので高価になる。さらにエミッターを付加するにはカップに加工後、エミッター分散液を内面に塗布し、これを高温加熱してカップ内面に保持するが、機械的な衝撃や熱衝撃によって剥離することがある。また、上記エミッター液のカップ内面塗布および高温加熱は電極個々に対するものであるので、製作工程を煩雑にし、加工費が高くなる。
【０００５】
本発明の目的は、電子放射性が良く、かつエミッターの損耗が小さく、しかも製作が容易で安価な放電電極を有する冷陰極蛍光ランプを提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、省電力、且つ長寿命な冷陰極蛍光ランプを提供することにある。
【０００７】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体被膜を形成した容器（例えばガラス管内）に放電媒体が封入され、このガラス管の両端に内部導入線に接続した放電電極を設け、この放電電極には複合板が用いられ、前記複合板は基材金属層とこの基材金属層上に形成されたエミッター層から成る積層板を圧延加工して形成され、円筒状、板状あるいは多角形状に加工されている。この放電電極のエミッター面積当たりの放電電流が０．００１〜０．４A／ｃm２であり、かつ容器内の残存酸素は０．１％以下とされる。
【０００９】
本発明の具体的な形態として、前記放電電極は水素含有ガス中で５００°Ｃ〜９００°Ｃの加熱処理が施され、その後真空中で再び同温度で加熱処理が施されている。前記基材金属層は、ニッケル、ニッケル合金、鉄合金のうちの少なくとも１種である。前記エミッター層は、エミッター粉末の塗布層を有する。或いは、前記エミッター層は、エミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種が混合された塗布層、又はエミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種とモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種との混合粉末を加えた塗布層を有する。或いは、前記エミッター層は、ニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種、又はこれらにモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種を混合させた金属の多孔質層にエミッター粉末を塗布した塗布層、又は前記多孔質層の気孔中にエミッター粉末を含有させた含有層を有する。前記エミッター粉末は、例えばほう化ランタン、タングステン酸バリウム、アルミン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、及び酸化イットリウムのうちの少なくとも１種である。
【発明の効果】
【００１０】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１１】
すなわち、本発明の冷陰極蛍光ランプは、基材金属層とこの基材金属層の上に形成されたエミッター層からなる複合板より加工した電極を備え、かつエミッター面積当たりのランプ電流を最適化し、またランプの管内に残存する酸素濃度が０．１％以下であるようにしたことにより、電子放射性が良く、かつエミッターの損耗が小さく、しかも製作が容易で安価な電極を提供できるので、その結果省電力、長寿命なランプを提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１には本発明に係る冷陰極蛍光ランプの軸断面が示される。ガラス管１の内面には蛍光体被膜２が形成され、放電媒体３が封入され、ガラス管１の両端には放電電極４が封着されている。放電媒体３は一般的には９．３ＫＰａのネオンとアルゴンの混合ガスと水銀である。ガラス管１の外径は１．４mm〜４mmで、長さは用途に応じて３０mmから２０００mmである。外部導入線５を介して電力を投入すると、両端の放電電極４の間に放電が発生して、水銀が励起され、発生した紫外線により蛍光体から可視光が外部に放射される。
【００１３】
ランプ点灯中、放電は放電電極４からの電子放出によって維持される。電子は放電電極４が陰極サイクルのとき入射する陽イオン衝撃による二次電子放出によって供給される。陽イオンは、陰極サイクル時、陰極前面に存在する陰極降下電圧のエネルギーを持って陰極に衝突し、その際二次電子を放出させる。この陰極降下部は発光には寄与しないので、省電力のためには、この陰極降下電圧を低くすることが必要である。
【００１４】
図２には従来の放電電極が例示される。従来の放電電極は有底の金属カップ７を内部導入線６に溶接した構造とされ、内部導入線６は外部導入線５に接続される。放電電極を金属カップ７のような円筒形状にすることによって、放電が金属カップ７の内側から発生し、金属カップ７の内側で電子増殖が起きる、いわゆるホロー効果が得られる。その結果陰極降下電圧が下がり、省電力となる。さらに従来、この金属カップ７の内面にほう化ランタンやアルミン酸バリウム等のエミッターを塗布して陰極降下電圧を低くすることが行われている。しかし従来このような放電電極ではランプ動作中にエミッターが金属カップ７から剥離したり、放電のイオンに叩かれて電極から飛散してしまう問題があった。従ってエミッターが有効に作用する時間は高々５０００時間と、極めて短いものであった。
【００１５】
図１の蛍光放電ランプは、放電電極４の電極基材金属表層にエミッターを強固に埋め込んだ複合体を製作してエミッターの飛散を抑え、かつエミッターの面積当たりの放電電流密度を規制して電極動作の最適化を図り、さらにこの複合体を使用した冷陰極蛍光ランプの管内残存酸素量が適切になるように構成される。以下その内容について詳述する。
【００１６】
図３は複合板の概念を示す。基材金属８の上にエミッター層９が形成される。基材金属８はニッケル、ニッケル合金、又は鉄合金の少なくとも１種であり、またエミッター層９はほう化ランタン、タングステン酸バリウム、アルミン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、又は酸化イットリウムのうちの少なくとも１種を含有している。エミッター層９は以下の３種類の中から一つを採用すればよい。
【００１７】
エミッタ層９の第１の形態では、エミッタ層９はエミッター粉末の塗布層を有する。このエミッター粉末の塗布層を形成するには、上記基材金属上に上記エミッターの適量を塗布し、これを圧延加工する。例えば厚さ０．２mmのニッケル板上にほう化ランタン粉末の塗液をスプレイ法、印刷法などによって塗布し、これを圧延することで厚さ０．１mmのニッケル板の表層にほう化ランタンが埋め込まれたものを作成できる。この時ほう化ランタンの粒子が外表面ほど密度高く、ニッケル深さ方向に薄くなる分布で強固に埋め込まれている特徴がある。
【００１８】
エミッタ層の第２の形態では、エミッタ層９は、エミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種が混合された塗布層、又はエミッター粉末にニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種とモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種との混合粉末を加えた塗布層を有する。このエミッタ層を形成するには、エミッター粉末と適量のニッケル、ニッケル合金、鉄合金の少なくとも１種を混合し、これを上記基材金属上に塗布し、圧延する。例えば厚さ０．２mmのニッケル板上にほう化ランタン粉末に１０％ニッケル金属粉末を混合し、これを塗布・圧延して、厚さ０．１mmにした。このときほう化ランタンは外表面においてもニッケル金属粒によって押さえられ、あたかもニッケル板に深く埋め込んだ状態になる。ここにおいて必要に応じてエミッターに混合する金属はニッケル、ニッケル合金、鉄合金にモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ等の高融点金属を含有させても良い
エミッタ層の第３の形態では、エミッタ層９は、ニッケル、ニッケル合金、若しくは鉄合金の１種、又はこれらにモリブデン、タンタル、タングステン、若しくはニオブの少なくとも１種を混合させた金属の多孔質層にエミッター粉末を塗布した塗布層、又は前記多孔質層の気孔中にエミッター粉末を含有させた含有層を有する。このエミッタ層を形成するには、上記基材金属上にニッケル、ニッケル合金、鉄合金の１種またはこれらにモリブデン、タンタル、タングステン、ニオブの少なくとも１種を混合させた金属によって多孔質層を作成し、この多孔質層の気孔中にエミッター粉末を含有させる。例えばニッケルの基材金属上にニッケル金属粉末を印刷法で塗布し、加熱によって焼結させ、多孔質層を作成する。この多孔質層の上からほう化ランタンの懸濁液を塗布すると、ほう化ランタンが多孔質層の気孔に入り込む。これを圧延すると、表層にほう化ランタンが埋め込まれたニッケル板を作成できる。
【００１９】
次に上記複合板を冷陰極蛍光ランプの放電電極４に加工したときの電極構造を説明する。図４には円筒型の放電電極４を分解状態で示す。上記複合板のエミッター面を内側にして巻いて円筒１１とし、その側面１２では部材の入れ子状態が作られており、これを機械的に圧入するか、あるいは側面１２は重ね合わせ状態とし、溶接によって側面１２を固定する。一方、内部導入線６と金属円板１３から構成されたＴ字体の構造体の金属円板１３を円筒１１の一端の筒内に嵌め込み、溶接する。図５は図４の放電電極４の完成状態を示す。この円筒型の放電電極電４の構造は円筒１１の内面のエミッターを傷めないばかりか材料歩留まりが極めて高い。またＴ字体は例えばコバール線のヘッダー加工によって製作する。このように本発明では巻き加工した円筒とＴ字体を組み合わせ、エミッター面を傷めることなく、安価な円筒状の放電電極４を得ることができる。
【００２０】
図６には複合板を用いた板状の放電電極４が示される。上記複合板を短冊状に切断し、この２枚の板１４をエミッター面を内側になるように内部導入線６に溶接した。また図７は上記板１４に水銀ゲッタ板１５を２枚付加して内部導入線６に溶接したものである。水銀ゲッタ板１５は一面にチタン・水銀合金が、他面にジルコニウム・アルミニウムゲッタを備えている。図８は上記複合板を短冊状に切断した後、これをＵ字形に曲げた板１６を内部導入線６に溶接した。エミッターは内側とされる。また図９はＵ形に曲げた板１７の一端を内部導入線６に溶接した。エミッターは内側である。
【００２１】
本発明においては、上記複合板より加工した電極のエミッター面積当たりのランプ放電電流を０．００１〜０．４A／cm２、かつガラス管１内に残存する不純ガスの酸素濃度が０．１％以下となるようにする。冷陰極蛍光ランプにおいてランプの放電は電極からの二次電子放出によって維持される。二次電子放出は電圧が高いと大きくなるが、放電電流によって電極が加熱されると、二次電子放出量の増加が見られる。本発明では上記電極エミッター面積当たりの放電電流を規制することにより、エミッターの最適動作を得るものである。エミッター面積当たりの電流が０．００１A／ｃｍ２以下では上記電子放出の増加作用は見られない。またこの値が０．４A／cm２を超えると、放電によるエミッター面の損傷が大きく、寿命上問題である。また、本発明ではガラス管１内に残存する不純ガスの酸素濃度を０．１％以下になるようにする。ガラス管１内に残存する酸素はガラス管１内の水銀と反応して酸化水銀（ＨｇＯあるいはＨｇ２Ｏ）を生成する。この結果発光に寄与する純水銀が消耗する。水銀消耗が大きいとランプが短寿命となる。エミッターを使用すると、ガラス管１内の酸素が増加する傾向にある。この理由はエミッターに吸蔵された酸素、水分がガラス管１内に持ち込まれ、エミッターから徐々に放出される。放出速度は個々のエミッターによって異なるが、ガラス管１内の酸素が０．１％以上残存すると、長時間点灯における輝度維持率が悪くなる。従って本発明においては、上記複合板を電極に加工後、水素含有ガス中で５００°Ｃ〜９００°Ｃの加熱処理を施し、さらにその後真空中で再び同温度で加熱処理を行う。前者の加熱処理によってエミッターに吸蔵された水分や酸素を除去し、後者の加熱処理によって前者の加熱の際に吸着した水素を取り除く。
【００２２】
更に実験例について説明する。図３で説明した複合板は、０．２mm厚みのニッケル板の表面にほう化ランタン（ＬａＢ６）の粉末の懸濁液を塗布し、乾燥後これを圧延して０．１mmの板厚とした。このときＬａＢ６は最表面で濃度が高く、深さ約３０μm程度まで粒状に埋め込まれている。この複合板を用いて図４及び図５の円筒型電極を製作した。円筒１１は外径１．７mm長さ７mm、側面１２は入れ子状態にし、機械的に圧入して固定した。この後、水素ガス中で７００°Ｃの加熱処理を行い、さらに真空中で７００°Ｃの加熱処理を行った。一方、Ｔ字体はコバール材料で製作し、内部導入線６の部分はφ０．８mm、金属円板１３は外径１．５mmである。この金属円板１３を円筒１１の一端に入れ、溶接により固定した。この円筒型電極をサンプルＡとする。さらに上記複合板を用いて図９の板状電極を製作した。上記複合板から１．２×６mmの短冊状板を切り出し、これをＬａＢ６を内側にしてＵ字形に曲げた。この後上記と同様に加熱処理を行い、一端を図９のようにコバール線φ０．８mmの内部導入線６に溶接した。この電極をサンプルＢとする。また、本発明の複合板として、ステンレスの０．２mm厚みの板にバリウムタングステン酸塩（Ｂａ３WＯ６）の粉末にニッケル金属粉末を１０％混合し、この懸濁液を印刷法で塗布した。これを圧延して０．１mm厚みの板とし、上記と同様にして円筒電極および板状Ｕ字形電極を製作した。この電極をそれぞれサンプルＣ及びサンプルＤとする。また従来品として図２に示したニッケルカップ電極を製作した。外径１．７mm長さ７mm板厚０．１mmで、内部導入線６は０．８mm径のコバール線である。この従来品の電極をサンプルＥとする。
【００２３】
上記放電電極のサンプルＡ〜Ｅを使用して冷陰極蛍光ランプを製作した。ランプは外径３．０mm、放電電極間距離９６mm、アルゴン１０％混合ネオンガス９．５ＫＰａ、および水銀を封入した。ランプ製作において本発明では電極を水素中の加熱さらに真空中の加熱を行い、ランプの管内残存酸素濃度は０．０５％であった。図１０に上記サンプルの放電電極を使用したランプのランプ電流（ｍＡ）に対するランプ電圧（V）の特性を示す。図より従来電極のサンプルＥに比較して、本発明の放電電極のサンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄでは同一ランプ電流に対するランプ電圧が低いことが分かる。即ち本発明の電極によって従来のニッケルカップ電極に比較して５〜２０％の省電力が得られるものである。また、これらのランプを室温、ランプ電流５ｍＡの点灯寿命試験を行った結果、１００００時間経過しても本発明のランプのランプ電圧は低い状態を保っており、安定である。本発明の電極において大きな省電力効果が得られ、かつ長時間点灯においてもランプ電圧が安定しているのは、本発明においてはエミッターを金属中に埋め込み、かつエミッター面積当たりのランプ電流を最適に規制したので、放電のイオン衝撃に強く、損耗が極めて少ない電極を提供出来ることによる。
【００２４】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００２５】
例えば、上記説明では電極の基材金属層にニッケル、ステンレスの例を示したが、ニッケル合金、鉄合金の他の材料を使用しても同様な結果が得られるのは自明である。また上記説明ではエミッターにほう化ランタン（ＬａＢ６）、タングステン酸バリウム（Ｂａ３WＯ６）を使用したが、タングステン酸バリウムの他の同形、例えばＢａ２ＣａWＯ６やＢａWＯ４などを使用してもよく、またアルミン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化イットリウムなど、さらにこれらの化合物の化学量論組成からずれたものを使用しても同様な結果が得られるのは勿論である。また、基材金属層にエミッターのみを塗布および金属ニッケル粉末を混ぜて塗布の例を示したが、ニッケルにモリブデン、タンタル、タングステン、ニオブなどの高融点金属を適量混合させてもよい。また、基材金属層上に予め金属の多孔質層を形成し、この多孔質層の気孔の中にエミッターを含有させてもよい。さらに上述では、電極形状として円筒状、板状の例を示したが、四角形状、六角形状など他の多角形でも同様な結果が得られるのは明白である。また、円筒型電極においては、円筒をＴ字体に溶接する構成の電極を示したが、本発明はこれに拘るものでなく、例えば複合板から円筒を製作した後、一端を押し潰して内部導入線に溶接してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る冷陰極蛍光ランプを例示する軸断面図である。
【図２】有底の金属カップを内部導入線に溶接した従来の放電電極を例示する断面図である。
【図３】基材金属の上にエミッター層が形成された複合板の概念を示す断面図である。
【図４】円筒型の放電電極を分解状態で示す斜視図である。
【図５】図４の放電電極４の完成状態を示す側面図である。
【図６】複合板を用いた板状の放電電極を例示する側面図である。
【図７】図６の複合板を用いた板に水銀ゲッタ板を付加した放電電極を例示する側面図である。
【図８】複合板を短冊状に切断した後これをＵ字形に曲げた板を内部導入線に溶接した放電電極を例示する側面図である。
【図９】Ｕ形に曲げた板の一端を内部導入線に溶接した放電電極を例示する側面図である。
【図１０】実験例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ガラス管
２  蛍光体被膜
３  放電媒体
４  放電電極
５  外部導入線
６  内部導入線
７  金属カップ
８  基材金属
９  エミッター層
１１  円筒
１３  金属円板
１４  短冊状に切断された板
１５  水銀ゲッタ板
１６，１７  Ｕ字上折り曲げ板
【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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