(57)【要約】【課題】  エミッタによるランプ特性改善の効果を長期に亘り持続可能な冷陰極放電ランプを提供する。【解決手段】  本発明の冷陰極放電ランプは、ガラス管１の内端部に側壁を有する電極３２が配置されており、電極３２の内壁面には微小凹凸３２３で構成された粗面部３２２が形成されており、粗面部３２２の少なくとも一部には例えば、硫酸セシウムからなるエミッタ３５が形成されている。このエミッタ３５は、硫酸セシウムなどのエミッタ材と純水などの液体からなり、平滑な電極３２に滴下した際の接触角θが０°＜θ＜９０°となるエミッタ水溶液３５’を粗面部３２２に塗布した後、液体成分を蒸発させることで形成したものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管の内端部に側壁を有する電極が配置された冷陰極放電ランプであって、
前記電極の内壁面には微小凹凸で構成された粗面部が形成されており、前記粗面部の少なくとも一部にはエミッタが形成されていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
【請求項２】
前記エミッタは、エミッタ材と液体を含み、平滑な前記電極に滴下した際の接触角θが０°＜θ＜９０°となるエミッタ液を前記粗面部に塗布した後、前記液体成分を蒸発させることで形成してなることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項３】
前記エミッタ液は、前記エミッタ材が前記液体にほぼ溶解してなるエミッタ溶液であるとともに、前記粗面部の算術平均粗さＲａは、０．５０〜０．６０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項４】
前記エミッタ材は、硫酸セシウムであることを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項５】
前記エミッタ液は、前記エミッタ材が前記液体中で分散してなるエミッタ縣濁液であるとともに、前記粗面部は前記エミッタ材の粒子が前記微小凹凸に入り込む粗さであることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶テレビやノートパソコンのバックライトの光源などに用いられる冷陰極放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、バックライトに用いられる光源は、冷陰極放電ランプが主流である。この冷陰極放電ランプは、水銀や希ガスが封入されたガラス管の端部に、電極やリードなどからなる電極マウントが封着されてなる構造になっている。
【０００３】
この冷陰極放電ランプでは、例えば、特許文献１〜特許文献３のように、電極の内壁面などにエミッタを塗布することが知られている。これは、エミッタの優れた電子放出性により、発光効率などのランプ特性面を向上させるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４４２５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４９９号公報
【特許文献３】特開２００５−１８３１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電極にエミッタを塗布した場合、寿命中にスパッタリングなどによってエミッタが消失してしまうと、急激にランプ特性が低下してしまうという問題がある。そのため、電極にエミッタを塗布する場合には、如何にしてエミッタの効果を長く持続させるかがポイントであった。
【０００６】
本発明の目的は、エミッタによるランプ特性改善の効果を長期に亘り持続可能な冷陰極放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の冷陰極放電ランプは、ガラス管の内端部に側壁を有する電極が配置された冷陰極放電ランプであって、前記電極の内壁面には微小凹凸で構成された粗面部が形成されており、前記粗面部の少なくとも一部にはエミッタが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エミッタによるランプ特性改善の効果を長期に亘り持続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための全体図。
【図２】図１の一点鎖線で囲ったＸの範囲について説明するための図。
【図３】電極表面に形成した粗面部断面の拡大写真（５００倍の倍率で電子顕微鏡にて撮影）について説明するための図。
【図４】電極マウントの製造方法について説明するための図。
【図５】エミッタ水溶液の接触角について説明するための図。
【図６】実施例、従来例１および従来例２のランプの寿命中のランプ電圧の変化について説明するための図。
【図７】実施例、従来例１および従来例２のランプの寿命中の電極部の管壁温度の変化について説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の冷陰極放電ランプにおける粗面部上のエミッタについて説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態の冷陰極放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図、図２は図１の一点鎖線で囲ったＸの範囲について説明するための図である。
【００１１】
冷陰極放電ランプの容器は、硬質ガラスや軟質ガラスからなるガラス管１で構成されている。ガラス管１は細長い筒型の形状であり、その両端部は密閉され、内部には放電空間１１が形成されている。放電空間１１には、水銀および希ガスからなる放電媒体が封入されている。希ガスとしてはネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの単体または混合ガスを用いることができる。ガラス管１の内面には、少なくともランプの光放出領域を覆う範囲にＲＧＢの３波長蛍光体からなる蛍光体層２が形成されている。
【００１２】
ガラス管１の両端には、電極マウント３が封着されている。この電極マウント３は、図２に示すように、インナーリード３１、電極３２、アウターリード３３、ビーズ３４およびエミッタ３５で構成されている。
【００１３】
インナーリード３１は、ガラス管１の端部に封着され、その一端は放電空間１１に、他端はガラス管１の外部の空間に、管軸に沿うように導出されている。インナーリード３１としては、ガラス管１の熱膨張係数に近い材料を使用するのが望ましく、例えば、モリブデン、コバール（ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏなどを含む合金）、鉄−ニッケル合金などが好適である。
【００１４】
電極３２は、底壁と側壁を備えた有底開口状（カップ状）であり、その開口がガラス管１の中央側を向くように放電空間１１の両側に一対配置されている。この電極３２としては、耐スパッタ性に優れた材料を使用するのが望ましく、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステンなどが好適である。なお、電極３２の底壁は、インナーリード３１と接合されており、本実施の形態のように、電極とインナーリードを異なる材料で構成した場合、インナーリード３１と電極３２との間に、両方の部材が混ざった状態の合金層３２１が形成される。
【００１５】
この電極３２の内壁面および外壁面には、粗面部３２２が形成されている。この粗面部３２２は、図３からわかるように、表面に形成された無数の微小凹凸３２３を備えている。その微小凹凸３２３により構成された粗面部３２２の算術平均粗さＲａは、０．５０〜０．６０μｍであるのが望ましい。なお、粗面部３２２の算術平均粗さＲａは、平均的に粗化されている１００μｍ×５０μｍの範囲についてレーザ顕微鏡により非接触で計測したときの値とする。
【００１６】
アウターリード３３は、例えばジュメットからなり、ランプ軸に沿って外部空間方向に延出するように、インナーリード３１に接続されている。
【００１７】
ビーズ３４は、インナーリード３１の軸部材に形成されたガラス管１の熱膨張係数とほぼ同じ材料からなるガラス玉であり、ガラス管１の両端部に気密封着されている。
【００１８】
エミッタ３５は、電子放出性に優れる硫酸セシウムなどのエミッタ材により構成された薄膜であり、電極３２の内表面先端側の粗面部３２２上、すなわち図３に示した微小凹凸３２２上の一部に形成されている。
【００１９】
ここで、電極マウント３の製造方法、特に粗面部３２２とエミッタ３５の一形成方法について図４を参照して説明する。
【００２０】
まず、図４（ａ）のように、インナーリード３１、電極３２、アウターリード３３およびビーズ３４を一体化した状態の電極マウント３の電極３２部分をエッチング液４１が注がれたエッチング槽４に浸し、（ｂ）のように電極３２の内外壁面のほぼ全体に粗面部３２２を形成する。次に、電極３２の表面に残ったエッチング液４１を除去・乾燥したあと、電極３２の開口からシリンジ５を挿入し、硫酸セシウムの微粉末と純水とを混合してなる硫酸セシウム濃度が１０ｗｔ％のエミッタ溶液３５’を、電極３２の先端付近の粗面部３２２上に４μｌだけ滴下する。このエミッタ溶液３５’は、平滑な面、例えば、粗面化する前の電極３２上に滴下した際の接触角θが、０°＜θ＜９０°であるので、粗面部３２２の上に滴下すると、粗面上では薄く広がった液膜となる。なお、エミッタ溶液３５’の接触角θは、θ／２法、すなわち図５に示すように液滴の端点と頂点を結ぶ直線の固体表面に対する角度θ１（＝θ／２）から測定した値とする。
【００２１】
そして、（ｄ）のように、エミッタ溶液３５’が滴下された電極３２部分周辺に乾燥機６による温風を当てて、エミッタ溶液３５’の液体成分のほぼ全てを蒸発させる。これにより、（ｅ）のように、電極３２内壁面の粗面部３２２上に薄く広がったエミッタ３５を有する電極マウント３を得ることができる。
【００２２】
下記に本実施の形態の冷陰極放電ランプの一実施例を示す。
【００２３】
（実施例）
ガラス管１；硼珪酸ガラス製、ランプ長＝４００ｍｍ、外径＝４．０ｍｍ、内径＝３．０ｍｍ、肉厚＝０．５ｍｍ、
放電媒体；水銀、ネオン８０％とアルゴン２０％の混合ガス＝３０ｔｏｒｒ、
蛍光体層２；ＲＧＢ蛍光体で構成、
インナーリード３１；モリブデン製、直径＝０．８ｍｍ、
電極３２；ニッケル製、管軸方向長さ＝１０ｍｍ、外径＝２．７ｍｍ、内径＝２．５ｍｍのカップ状、粗面部３２２の算術平均粗さＲａ＝０．５５μｍ、
アウターリード３３；ジュメット製、直径＝０．６ｍｍ、
エミッタ３５；硫酸セシウムを電極先端付近の内壁面の粗面部３２２上に形成、形成量＝約０．４ｍｇ。
【００２４】
この実施例のランプと、表面を粗化していない電極（算術平均粗さＲａ＝０．１３μｍ）の内壁面に実施例と同量のエミッタを形成した従来のランプ（以下、従来例１）と、エミッタを形成していない従来例１のランプ（以下、従来例２）について、寿命中のランプ電圧を比較する試験および寿命中の電極部付近の管壁温度を比較する試験を行った。その結果を図６、図７にそれぞれ示す。なお、これらの試験は、輸送やバックライトへの組み込み時、液晶テレビに搭載された後などに加わる実際の衝撃を想定し、完成したそれぞれのランプを、１５０ｍｍの高さから５回、ベークライト板に自然落下させる衝撃試験をした後に行っている。
【００２５】
結果からわかるように、実施例のランプは約２０００時間点灯させてもランプ電圧や電極部の管壁温度の変化は少なく、ランプ電圧と管壁温度が初期値から多少上昇する程度である。このように、寿命中にランプ電圧や電極部の管壁温度が上昇するのは、ガラス管内に封入された希ガス等のイオンによる電極部材のスパッタリングに伴ってエミッタが消失したことによるものであり、エミッタが電極部材から完全に消失すると、そのランプの特性はエミッタを塗布しなかったランプとほぼ同じ特性になる。一方、従来例１のランプは早い時間からランプ電圧や電極部の管壁温度が上昇しはじめ、２０００時間点灯したころには従来例２に近い特性に変化している。つまり、実施例のランプは従来例１のランプと比較して、エミッタの作用効果が格段に長く持続するようになったといえる。
【００２６】
このように、実施例と従来例１とで大きな差が生じた原因として、衝撃試験後の電極３２の内壁面のエミッタ３５の残存量が関係している。つまり、衝撃を加えた結果、電極３２から剥離したエミッタ３５は、ランプ特性に寄与しなくなるが、衝撃試験後のエミッタ３５の残存量は実施例の方が多かったと考えられる。
【００２７】
衝撃試験後のエミッタ３５の残存量に差が生じた原因について詳しく説明すると、実施例では電極３２の粗面部３２２の上に平滑面上での接触角θが、０°＜θ＜９０°であるエミッタ溶液３５’を滴下している。これにより、Ｗｅｎｚｅｌの式、すなわちｃoｓθＷ＝ｒ（γＳＧ−γＳＬ）／γＬＧ＝ｒｃoｓθ（ここで、θＷ＝粗面での接触角、γＳＧ＝固体／気体の界面エネルギー、γＳＬ＝固体／液体の界面エネルギー、γＬＧ＝液体／気体の界面エネルギー、r＝ラフネスファクター）から明らかなように、粗面部３２２上では、実表面積／見かけ上の表面積を意味するラフネスファクターｒが１よりも大きいため、接触角θが０〜９０°のエミッタ溶液３５’は、粗面での接触角θＷがθＷ＜θとなり、平滑な面に滴下した場合よりも粗面部３２２上で薄く広がることになる。つまり、粗面部３２２上ではエミッタ溶液３５’の濡れ性が向上する方向に変化する。これに伴い、エミッタ溶液３５’から液体成分を蒸発させたエミッタ３５も粗面部３２２上で薄く広がった膜になる。その結果、衝撃に対して強くなるとともに、エミッタ３５が複数の微小凹凸３２３に入り込むことによるアンカー効果によって電極部材との密着性が向上したため、衝撃試験を行っても剥離しにくかったと考えられる。
【００２８】
これに対し、従来例１は、エミッタ形成量が同じでも、実施例と比較して広がりが少なく厚みがあるエミッタ３５であるので、衝撃などに弱く、さらにアンカー効果なども得られないため、衝撃試験を行ったことで多くが剥離したと考えられる。
【００２９】
なお、電極３２の内壁面が粗面化されていても、平滑な電極材料に対するエミッタ溶液３５’の接触角θが９０°以上である場合には、実施例のような薄膜状のエミッタ３５を得ることはできない。この場合には、Ｗｅｎｚｅｌの式から明らかなように、粗面上では平滑面上よりも膜が厚くなり、衝撃等によりむしろ剥離しやすくなってしまう。また、特開２００２−２５４９９号公報では、電極内壁面に凹凸を形成しているが、このような巨視的な凹凸はエミッタの形成可能な範囲を広げるという効果はあっても、微視的には平滑な面であるのでエミッタの剥離を抑制するような効果は得られない。つまり、本発明では、エミッタ溶液３５’の性質と微小凹凸を有する粗面の組み合わせが重要である。ここで、エミッタ溶液３５’の接触角θは、エミッタ材や溶媒の種類、エミッタ溶液３５’中におけるエミッタ材の濃度などにより、調整が可能である。
【００３０】
また、本実施例のように、エミッタ液にエミッタ材が液体にほぼ溶解したエミッタ溶液３５’を使用する場合、電極３２の粗面部３２２の算術平均粗さＲａは０．５０μｍ〜０．６０μｍであるのが望ましい。この範囲であると、安定した効果が得られることが確認されている。なお、エミッタ溶液３５’は、エミッタ材が溶媒に完全に溶解した状態である場合に限らず、エミッタ材の大部分が溶媒に溶け込んだ状態であればよいものとする。エミッタ溶液３５’のエミッタ材には、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、あるいはそれらの化合物を使用することができる。溶媒には、エタノール、酢酸ブチルなどの有機溶剤を使用してもよいし、所望により、分散剤やニトロセルロースのようなバインダーを添加してもよい。ただし、取り扱い等を考慮すると、溶媒には、純水などを使用するのが望ましい。水溶性のエミッタ材としては、硫酸セシウムの以外には、炭酸セシウムや塩化セシウムなどがある。
【００３１】
したがって、本実施の形態では、電極３２の内壁面に微小凹凸３２３で構成された粗面部３２２を形成し、その粗面部３２２に、平滑な電極３２に滴下した際の接触角θが０°＜θ＜９０°である硫酸セシウム水溶液を滴下したあと、硫酸セシウム水溶液中の水分を蒸発させてエミッタ３５を形成したことで、エミッタ３５の耐衝撃性と密着性が高くなるため、衝撃等が加わっても電極３２から剥離しにくくなり、エミッタ３５によるランプ特性改善の効果を長期に亘り持続することができる。そのため、本発明は、近年のランプに高電流を投入することによる電極温度の上昇、省電力化などの問題も解決することができる。なお、粗面部３２２の算術平均粗さＲａは、０．５０〜０．６０μｍであると高い効果を得ることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明する。
【００３３】
第２の実施の形態では、酸化イットリウムと純水とで構成されたエミッタ縣濁液を粗面部３２２に滴下した後、純水成分をほぼ蒸発させることで粗面部３２２にエミッタ３５を形成し、その酸化イットリウムの粒子３５１を微小凹凸３２３に入り込ませた状態としている。
【００３４】
本実施の形態のようなエミッタ縣濁液は、溶質であるエミッタ材が液体中で粒子のまま分散した状態である。そこで、図８のように、粒子３５１を微小凹凸３２３に入り込ませるようにする、例えば微小凹凸３２３の幅Ｗをエミッタ材の粒子３５１の平均粒径Ｒよりも大きくなるように、粗面部３２２の粗さを調整することで、第１の実施の形態と同様に、衝撃が加わっても剥離しにくいエミッタ３５を実現することができる。なお、エミッタ縣濁液としては、酸化ランタン、酸化マグネシウムを水に混ぜたエミッタ液などがある。
【００３５】
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。
【００３６】
粗面部３２２は、電極３２のほぼ全体に形成する必要はなく、電極３２の内壁面の少なくとも一部に形成するだけでもよい。また、粗面の形成方法は、エッチングのような化学研磨に限らず、ブラストやレーザなどによる研磨であってもよい。
【００３７】
エミッタ３５は、粗面部３２１の全体に形成されている必要はなく、少なくとも一部でよい。
【００３８】
図４（ｄ）の工程では、エミッタ溶液３５’の液体成分を乾燥させることで蒸発させているが、焼成により蒸発させてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  ガラス管
１１  放電空間
２  蛍光体層
３  電極マウント
３１  インナーリード
３２  電極
３２２  粗面部
３２３  微小凹凸
３５  エミッタ
【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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