(57)【要約】管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管（２）と、ガラス管（２）内の端部に配置された一対の電極（３）とを含み、電極（３）はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、ガラス管（２）の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプ（１）であって、低圧放電ランプ（１）の陰極グロー放電密度Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α（但し、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０−３で表される定数）を満足することにより、小形電極のスパッタリングを抑制し、ランプ内封入希ガスの消耗を抑制して寿命改善を行なうと共に発光光束の低下を防止する低圧放電ランプを提供する。
2004017360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプ。
【請求項２】
前記電極が、ニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含む請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項３】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項４】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項５】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部と、前記ガラス管との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項６】
前記電極が有底筒状に形成され、かつ前記電極の底部と、前記底部に対面する前記ガラス管の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項７】
前記低圧放電ランプの非調光点灯時における前記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ２）以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項８】
前記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項９】
前記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にある請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の低圧放電ランプを装着したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項１１】
管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記電極が、ニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含む請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１３】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１４】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１５】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部と、前記ガラス管との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１６】
前記電極が有底筒状に形成され、かつ前記電極の底部と、前記底部に対面する前記ガラス管の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１７】
前記低圧放電ランプの非調光点灯時における前記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ２）以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１８】
前記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１９】
前記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にある請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれかに記載の低圧放電ランプを装着したことを特徴とするバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、各種液晶ディスプレイ装置等のバックライトに使用する低圧放電ランプに関わり、特に長寿命化に適したホロー構造を有する筒状電極を具備した細管径の冷陰極蛍光ランプ及びそれを用いたバックライト装置に関する。
【背景技術】  従来、液晶ディスプレイ装置の多様化にともない、バックライト装置用の低圧放電ランプの細管径化、高輝度化、長寿命化等の検討が種々行われている。これらの課題への対応の一つとして、ニッケルの如き低仕事関数の材料よりなる電極を棒状、筒状、有底筒状、帽状等の種々の形状とし、かつできるだけ小形化することにより、低圧放電ランプ点灯中のスパッタリングによる電極消耗を抑制することが知られている。
例えば、特開平４−１３７４２９号公報に記載されている筒状電極の場合には、陰極グロー放電が筒状電極の内側に入り込むので、スパッタリングによる電極材料の消耗飛散物が低圧放電ランプの内壁に部分的に到達して黒化を生じる現象は抑制される。さらに、スパッタリングされた電極物質が筒状電極内で電極に戻ることで再利用されるので、電極物質消耗にともなう水銀消耗も抑制され、低圧放電ランプの性能の一面から見た場合には、前記小形筒状電極等の採用は有効である。
しかし、前記低圧放電ランプが一層の高輝度を要求される大電流域で使用される場合や、液晶ディスプレイの狭額縁化の要求に伴う低圧放電ランプの細管径化及び電極の一層の小形化が必要な場合には他の課題が発生する。
すなわち、電極がより小形化し、ランプ電流がより増大する場合には、電極の有効放電表面積の不足を補うために陰極グロー放電密度（電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力の２乗で割った値）の増加及び陰極降下電圧の上昇を生じて正規グロー放電から異常グロー放電への移行現象を招くことになる。この異常グローは、急激な電極材料のスパッタリング量の増加に伴う低圧放電ランプの封入希ガスの早期消耗を発生させ、ランプ寿命の短縮化という課題を生じる。
また、細管径化、大電流密度化と低圧放電ランプ装置スペースの狭小化により、低圧放電ランプ点灯中の雰囲気温度が、最適発光光束レベルを維持する温度以上に異常上昇して、発光光束の低下を生じるという課題もある。
【発明の開示】
本発明は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプを提供する。
また、本発明は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプを提供する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の低圧放電ランプの一例を示す断面図である。
図２は、図１の要部拡大断面図である。
図３は、本発明に用いる電極の他の一例を示す断面図である。
図４は、本発明に用いる電極のさらに他の一例を示す断面図である。
図５は、本発明に用いる電極のさらに他の一例を示す断面図である。
図６は、電極の電流密度と希ガスの封入圧力との関係を希ガス消耗境界曲線として示した図である。
図７は、本発明の電極の他の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の低圧放電ランプは、小形電極のスパッタリングを抑制し、ランプ内封入希ガスの消耗を抑制して寿命改善を行うと共に発光光束の低下を防止するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の低圧放電ランプの一例は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする。
また、本発明の低圧放電ランプの他の一例は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ２）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０−３で表される定数）を満足することを特徴とする。
これにより、封入希ガス組成指数αと陰極グロー放電密度との関係を最適化できる。また、電極材料をＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属に限定しているので、イオン衝撃によるスッパタリング率が小さく、かつ仕事関数が低いので、大電流であっても電極の放電面積不足による正規グロー放電の異常グロー放電への移行が抑制できる。よって、電極のスパッタリング量の増加が抑制でき、低圧放電ランプの寿命減少の要因を取り除くことができる。
なお、上記封入希ガス組成指数αの式中の係数９０．５、３．４、２４．３は、それぞれアルゴン、ネオン、クリプトンのガラス管内の分圧に対応している。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極がニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含むことが好ましい。
電極材料として非焼結性の高融点金属としてニオビウム、タンタル等を用いるので、金属板や金属箔の製造の如き１次加工や筒状等への２次加工も容易である。また、ニオビウム、タンタル等の金属はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属の中でもランプ製造時の熱や不純ガスによる特性変化の小さい物性的に安定した電極材料であり、かつ仕事関数も低いので、ランプ製造工程に左右されない安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。ここで、主成分とは全体の重量割合で９０重量％以上含まれていることをいう。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極が筒状に形成され、かつ上記電極の外径ｄ（ｍｍ）と上記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足することが好ましい。
電極を筒状にすることにより筒状の電極の外表面と内表面が利用できるので、外表面しか利用できない棒状電極に比べ、放電に利用できる電極の有効放電表面積Ｓが大きくでき、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。また、筒状電極とガラス管の内面との隙間距離の関係を、筒状電極の外径ｄ（ｍｍ）がガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）に対してｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）として構成にすることにより、グロー放電は筒状電極の外表面には周り込まず、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われるので、筒状電極のホロー効果が得られ、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。
なお、上記電極の有効放電表面積Ｓとは、実際に放電が起こっている部分の電極表面積を意味し、例えば、筒状電極の場合には、（ｉ）筒状電極の内表面の面積のみ、または、（ｉｉ）筒状電極の内表面の面積と外表面の面積の両方、のいずれかを意味する。すなわち、ガラス管の内径と筒状電極の外径との隙間が広くなると、筒状電極の内表面及び外表面の両面で放電が発生することになる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプの非調光点灯時における上記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ２）以下であることが好ましい。
これにより、電極部のランプ表面温度を液晶の動作に影響を与える１００℃以下に抑制できるという作用が発揮されるので、低圧放電ランプを安定した電流密度領域で使用できる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値であることが好ましい。
これにより、液晶画面の高画質化を目的とするピーク電流が大電流となるＰＷＭ駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
ガラス管の肉厚を上記範囲にすることにより、従来に比べてガラス管の外表面積が減少するので、低圧放電ランプを大電流で放電してもランプからの放熱が抑制され、水銀蒸気圧の低下を防止できるので、ランプの寿命性能も向上する。
また、本発明のバックライト装置の一例は、上記低圧放電ランプを装着したことを特徴とする。
これにより、大電流化や薄型化に適した液晶機器のバックライト装置を得ることができると共に寿命改善効果を増すことができる。
また、上記実施の形態で示された低圧放電ランプを薄型・小形化された液晶ディスプレイ等の装置に装着することによって、小形、大電流密度による高輝度、長寿命のバックライト装置が実現できる。
さらに、上記構成によれば、液晶画面の高画質化を目的とする大電流動作のＰＷＭ駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
次に、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の低圧放電ランプの一例を示す断面図である。図１において、冷陰極蛍光ランプからなる低圧放電ランプ１は、コバールガラス、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、その他の材料よりなり、管内径が１〜５ｍｍの範囲で、任意の管長を有するガラス管２内に、所定の水銀やアルゴン、ネオン等の希ガスを封入し、管端に冷陰極からなる一対の電極３を備えると共にガラス管２の内側面に蛍光体４を被着した構成となっている。電極３は内部導入線５を介してガラス管２の外部と接続されている。
電極３は、ニオビウム、タンタル、その他のＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属よりなり、有底筒状、無底筒状、帽状、棒状等の形状とすることができる。
蛍光体４は、図１に示すようにガラス管２の内側面の全面に被着してもよいが、少なくとも一対の電極３の間隔Ｕに対応するガラス管２の内側面には被着することが必要である。
上記低圧放電ランプは、前述のとおり陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５αを満足する構成となっている。
図２は、図１に示した低圧放電ランプの要部拡大断面図である。本実施形態の低圧放電ランプは、電極３の外径ｄ（ｍｍ）とガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係を、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）にして両者間の隙間を小さくしているので、電極３が筒状の場合には、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無く、グロー放電は筒状電極３の内表面だけで行われ、陰極降下電圧の低下を得てホロー効果による低圧放電ランプの長寿命化が得られる。
また、電極３が図３または図４に示した形状の場合には、電極３の開口端部の外径ｄ’（ｍｍ）とガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ’≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足することが、上記と同様に好ましい。また、電極３が図５に示した形状の場合には、電極３の先端部近傍であって、ガラス管２に最近接する部分の外径ｄ’’（ｍｍ）と、ガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ’’≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足することが、上記と同様に好ましい。
さらに、電極３が筒状に形成されている場合、電極３の開口端部とガラス管２との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下であると、電極３がガラス管２の側に多少傾いても、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無い。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極３が有底筒状に形成され、かつ電極３の底部と、上記底部に対面するガラス管２の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。一般に有底筒状電極３の底部は、他の部分に比べて強度が弱い材質の内部導入線５により接合形成されているが、Ｌがこの範囲内であればグロー放電は電極の接合部には周り込まず、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。ただし、Ｌ＝０とすると、内部導入線５とガラス管２との封着時にガラス管２にクラックが生じるので、Ｌは少なくとも蛍光体膜厚に相当する０．０５ｍｍは必要である。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、ガラス管の肉厚ｔが０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にあるので、低圧放電ランプを大電流で放電しても、ランプからの放熱が抑制され、また、ランプの寿命性能も向上する。
次に、本発明の低圧放電ランプの一例について、実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】  先ず、ホウケイ酸ガラスよりなる管外径１．８ｍｍ、管内径１．４ｍｍ、管長約３００ｍｍのガラス管の内面に色温度５０００Ｋの三波長域発光蛍光体を膜厚約２０μｍで被着し、図１の如き低圧放電ランプを作製した。
次に、図２に示されるような有底筒状のニオビウムよりなる外径１．１ｍｍ、内径０．９ｍｍ、長さ１．５ｍｍの寸度の電極を形成し、内部導入線には外径０．６ｍｍのタングステン線を用いて、内部導入線と筒状電極とは抵抗溶接により接続した。ガラス管内には１５００μｇの水銀と、９５容積％のネオン、５容量％のネオンからなるネオン−アルゴン混合ガスとを封入して封入圧を種々変えて試作ランプに供した。
上記試作ランプグループを（ａ）として、比較のために電極材料をニッケルとし、他の条件を（ａ）と同等にした試作ランプグループ（ｂ）を上記と同様に作製した。上記試作ランプグループ（ａ）、（ｂ）の低圧放電ランプを、６０ｋＨｚの高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）により調光点灯して点灯実験を行った。この点灯に際しては、電極の電流密度Ｉ／Ｓを変えて点灯に供した。
上記点灯実験において、低圧放電ランプ内の希ガスの消耗程度を１００００時間点灯時での測定により確認し、実験開始前の０時間時に比し希ガスの封入圧力が低下する低圧放電ランプを、各々縦軸に電極の電流密度（Ｉ／Ｓ）、横軸に希ガスの封入圧力（Ｐ）としてプロットし、図６に示す希ガス消耗境界曲線を得た。
その結果、図６に示すように試作ランプグループ（ａ）は曲線（Ａ）、試作ランプグループ（ｂ）は境界曲線（Ｂ）となり、各々の曲線（Ａ）、（Ｂ）を境界にして異常グロー放電領域が左側、正規グロー放電領域が右側の領域となる。図６によれば、ニッケル電極を用いた試作ランプグループ（ｂ）の異常グロー放電領域と正規グロー放電領域との境界曲線（Ｂ）（しきい値）に比し、ニオビウム電極を用いた試作ランプグループ（ａ）の境界曲線（Ａ）は、同一封入圧力の場合に電流密度が大きい方向側へシフトしており、電極をニッケル製の寸度に比し小形化、ランプ管径を細管径化しても正規グロー放電から異常グロー放電への移行が抑制され、ランプ寿命を長期間維持できることが確認できる。
従って、低圧放電ランプにおいて、ニッケル電極に比し細管径化、小形電極化を達成するためには、正規グロー放電と異常グロー放電との境界曲線（Ａ）と境界曲線（Ｂ）とで囲む範囲の正規グロー放電領域を確保することが必要である。
【実施例２】  次に、上記試作ランプグループ（ａ）のみを封入ガスのアルゴン、ネオンの組成比を変えて試作ランプを製作して試作ランプグループ（ｃ）として、点灯実験を行って陰極グロー放電密度（Ｊ）を確認したところ、前述の下記式を満足することにより電極スパッタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電が持続でき、光束劣化も少なく、長寿命（５００００時間）を確保でき、寿命末期まで始動性も良好であった。
式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５α
〔α＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０−３〕
ここで、上記式の上限１．５αが図６の境界曲線（Ａ）に対応し、上記式の下限αが同じく境界曲線（Ｂ）に対応する。
上記実験において、陰極グロー放電密度（Ｊ）が上記式のα未満の場合には、ニッケル電極においても寿命特性を満足できるので、本発明の優位性は電極の小形化が多少可能な点のみとなり、特に実用上のメリットがないことが確認された。
また、Ｊが１．５αを越えた場合には、低圧放電ランプ点灯中に封入ガスが電極のスパッタリング物質に閉じ込められるため、低圧放電ランプ中の封入ガス圧が低下する現象が発生した。この場合、封入ガスの圧力が低下することによりスパッタリングが更に強くなるため、所望の寿命確保が困難であることが確認された。
【実施例３】  次に、電極の形状を図２の如くした上記試作ランプグループ（ａ）とは別の形状、すなわち図７に示すような帽状電極６を電極棒７に挿入して試作ランプグループ（ｄ）を種々の条件に合わせて製作し、陰極グロー放電密度（Ｊ）の確認を行った。なお、前記試作ランプグループ（ｄ）は電極の形状以外は試作ランプグループ（ｃ）と同じ構成とした。なお、帽状電極６の外径ｒ１は０．９ｍｍ、長さ１は２．５ｍｍとし、電極棒７の直径ｒ２は０．６ｍｍとした。
上記確認の結果、試作ランプグループ（ｄ）の陰極グロー放電密度（Ｊ）は、試作ランプグループ（ｃ）の実験結果と同様に、式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５αを満足する低圧放電ランプは電極スッパタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電を維持して光束劣化も少なく、長寿命（４００００時間）を確保できた。また、寿命末期まで始動性も良好であった。逆に、上記式を満足しない低圧放電ランプは電極スパッタリングによる封入ガス消耗に起因する短寿命や大きい光束劣化や始動不良等を生じ、実用上問題があった。
上記実験を踏まえて電極材料として、ニオビウム以外の材料としてタンタル及びモリブデンを用いて、試作ランプグループ（ｃ）と同様の仕様でタンタル電極を用いた試作ランプグループ（ｅ）とモリブデン電極を用いた試作ランプグループ（ｆ）の各低圧放電ランプを作製した。続いて、陰極グロー放電密度（Ｊ）の確認を行ったところ、試作ランプグループ（ｅ）と（ｆ）は何れも試作ランプグループ（ｃ）と同様に、式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ２）≦１．５αを満足するものは、電極スパッタによる早期封入ガスの消耗が発生することはなく、長寿命（５００００時間）を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。逆に上記式を満足しない低圧放電ランプは、電極スパッタリング増により短寿命や早期光束劣化や始動困難等を生じ、実用上問題があった。
【実施例４】  次に、電極の外径について、図２の如き有底筒状の電極の外径ｄとガラス管の内径Ｄとの関係を確認するために、電極の外径ｄのみを種々変えて他の条件は全て試作ランプグループ（ａ）と同等にして試作ランプグループ（ｇ）を作製して特性を確認した。
この結果、電極の外径ｄとガラス管の内径Ｄとの関係がｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）を満足するものは、放電が筒状電極の外側に移行し難い程度に筒状電極と管内壁との間隔が狭い寸度に形成されているので、点灯中の放電が筒状電極の内面を主体に進行し、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われ、筒状電極のホロー効果による陰極降下電圧の低減とスパッタリング材料の再利用効果が得られ、低圧放電ランプの長寿命（７００００時間以上）を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。
逆に、ｄ＜Ｄ−０．４（ｍｍ）の場合には、グロー放電の一部が筒状電極の外面でも行われるため、一部のスパッタリング材料の再利用効果が得られず、５００００時間以上の長寿命には適さないことを確認した。
【実施例５】  次に、ガラス管の内径５ｍｍ、外径６ｍｍ、管長５００ｍｍの低圧放電ランプとして試作ランプグループ（ｈ−１）と、ガラス管の内径６ｍｍ、外径７ｍｍ、管長５００ｍｍの低圧放電ランプとして試作ランプグループ（ｈ−２）を電極の寸度以外は試作ランプグループ（ａ）と同等の条件で試作して特性を確認した。
電極は図２の如き有底筒状とし、内径２．５ｍｍ、外径３ｍｍ、長さ３ｍｍのものを両試作ランプグループに用いてそれぞれの特性を確認した結果、両者とも寿命特性には問題は無く、実用上支障はなかった。
しかし、試作ランプグループ（ｈ−２）は（ｈ−１）に比しガラス管の内径が大きいために低圧放電ランプの表面温度が５℃程度低くなった。この表面温度の低下に伴い、低圧放電ランプ内の水銀蒸気圧が最適値より低くなるため、低圧放電ランプ点灯中の全光束は試作ランプグループ（ｈ−２）が（ｈ−１）に比して１０％低くなり、液晶画面に必要な光束が得られず、初期光束特性はガラス管の内径が５ｍｍよりも大きいものでは満足できないことが明らかとなった。
なお、上記種々の実験結果に基づき、小形電極を有する細管径の低圧放電ランプにおける異常グロー放電の防止に関して、封入希ガスの組成を変化させて試作ランプグループ（ｉ）を作製したところ、アルゴンがネオン中に３〜１０容積％の範囲に含まれる低圧放電ランプの場合には、４０〜１００ｋＨｚ程度の正弦波点灯において十分に長寿命化を果たすことができることを確認した。
すなわち、封入ガス中のアルゴンが多過ぎる細管径のランプでは、電子の温度上昇が少なくなるのでネオンを増してランプ内の電子の温度を上昇せしめて発光光束を向上できる。また、アルゴンが皆無であれば、低圧放電ランプの点灯直後の発光色がネオンを主体とした赤色発光となり、特に低温下では上記赤色放電が数分間持続するため実用には適さない。
【実施例６】  次に、上記各種の試作ランプグループ（ａ）〜（ｉ）を用いた実験により得た実用上支障のない低圧放電ランプを超薄型の液晶バックライト表示システムを有するバックライト装置に装着したところ、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献できた。
【実施例７】  ガラス管内に１５００μｇの水銀と、９５容量％のネオン、３容量％のアルゴン、２容量％のクリプトンからなるネオン−アルゴン−クリプトン混合ガスとを封入した以外は、実施例１〜実施例６と同様にして低圧放電ランプを作製した。その結果、前述のα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０−３の関係が成立する以外は、実施例１〜実施例６と同様の結果となった。
上述の本発明の低圧放電ランプは、発明の実施の形態や実施例に述べた、材料、寸度、形状等に限定されることなく、任意の内容を選択できるものである。例えば、ガラス管の材料も実施例に述べた以外のコバールガラスを含む各種ガラス等の材料を用いても十分に効果を得ることができるものである。また、電極の形状も任意に選択できるものである。
【産業上の利用の可能性】
以上のように本発明は、大電流域も含む広範囲の電流領域での小形低圧放電ランプにおける早期封入ガス消耗を抑制して、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献でき、その工業的価値は大きい。
【図１】
2004017360.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月24日(2004.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプ。
【請求項２】
前記電極が、ニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含む請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項３】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項４】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項５】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部と、前記ガラス管との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項６】
前記電極が有底筒状に形成され、かつ前記電極の底部と、前記底部に対面する前記ガラス管の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項７】
前記低圧放電ランプの非調光点灯時における前記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ2）以下である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項８】
前記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値である請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項９】
前記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にある請求項１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の低圧放電ランプを装着したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項１１】
管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記電極が、ニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含む請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１３】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足する請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１４】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部の外径ｄ（ｍｍ）と前記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０.４（ｍｍ）の式を満足する請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１５】
前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部と、前記ガラス管との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１６】
前記電極が有底筒状に形成され、かつ前記電極の底部と、前記底部に対面する前記ガラス管の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１７】
前記低圧放電ランプの非調光点灯時における前記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ2）以下である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１８】
前記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値である請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項１９】
前記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にある請求項１１に記載の低圧放電ランプ。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれかに記載の低圧放電ランプを装着したことを特徴とするバックライト装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種液晶ディスプレイ装置等のバックライトに使用する低圧放電ランプに関わり、特に長寿命化に適したホロー構造を有する筒状電極を具備した細管径の冷陰極蛍光ランプ及びそれを用いたバックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ装置の多様化にともない、バックライト装置用の低圧放電ランプの細管径化、高輝度化、長寿命化等の検討が種々行われている。これらの課題への対応の一つとして、ニッケルの如き低仕事関数の材料よりなる電極を棒状、筒状、有底筒状、帽状等の種々の形状とし、かつできるだけ小形化することにより、低圧放電ランプ点灯中のスパッタリングによる電極消耗を抑制することが知られている。
【０００３】
例えば、特開平４−１３７４２９号公報に記載されている筒状電極の場合には、陰極グロー放電が筒状電極の内側に入り込むので、スパッタリングによる電極材料の消耗飛散物が低圧放電ランプの内壁に部分的に到達して黒化を生じる現象は抑制される。さらに、スパッタリングされた電極物質が筒状電極内で電極に戻ることで再利用されるので、電極物質消耗にともなう水銀消耗も抑制され、低圧放電ランプの性能の一面から見た場合には、前記小形筒状電極等の採用は有効である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記低圧放電ランプが一層の高輝度を要求される大電流域で使用される場合や、液晶ディスプレイの狭額縁化の要求に伴う低圧放電ランプの細管径化及び電極の一層の小形化が必要な場合には他の課題が発生する。
【０００５】
すなわち、電極がより小形化し、ランプ電流がより増大する場合には、電極の有効放電表面積の不足を補うために陰極グロー放電密度（電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力の２乗で割った値）の増加及び陰極降下電圧の上昇を生じて正規グロー放電から異常グロー放電への移行現象を招くことになる。この異常グローは、急激な電極材料のスパッタリング量の増加に伴う低圧放電ランプの封入希ガスの早期消耗を発生させ、ランプ寿命の短縮化という課題を生じる。
【０００６】
また、細管径化、大電流密度化と低圧放電ランプ装置スペースの狭小化により、低圧放電ランプ点灯中の雰囲気温度が、最適発光光束レベルを維持する温度以上に異常上昇して、発光光束の低下を生じるという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプを提供する。
【０００８】
また、本発明は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、ＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
前記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする低圧放電ランプを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の低圧放電ランプは、小形電極のスパッタリングを抑制し、ランプ内封入希ガスの消耗を抑制して寿命改善を行うと共に発光光束の低下を防止するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
本発明の低圧放電ランプの一例は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとの総和をＡ＋Ｎ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の低圧放電ランプの他の一例は、管内径が１〜５ｍｍの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属から選ばれた少なくとも１種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
（但し、Ｊは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Ｐの２乗で割った値、Ｓは電極の有効放電表面積（ｍｍ2）、Ｉは実効値ランプ電流（ｍＡ）、Ｐは封入希ガスの圧力（ｋＰａ）、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Ａとネオンの組成比Ｎとクリプトンの組成比Ｋとの総和をＡ＋Ｎ＋Ｋ＝１としたときα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０-3で表される定数）を満足することを特徴とする。
【００１２】
これにより、封入希ガス組成指数αと陰極グロー放電密度との関係を最適化できる。また、電極材料をＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属に限定しているので、イオン衝撃によるスッパタリング率が小さく、かつ仕事関数が低いので、大電流であっても電極の放電面積不足による正規グロー放電の異常グロー放電への移行が抑制できる。よって、電極のスパッタリング量の増加が抑制でき、低圧放電ランプの寿命減少の要因を取り除くことができる。
【００１３】
なお、上記封入希ガス組成指数αの式中の係数９０．５、３．４、２４．３は、それぞれアルゴン、ネオン、クリプトンのガラス管内の分圧に対応している。
【００１４】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極がニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分として含むことが好ましい。
【００１５】
電極材料として非焼結性の高融点金属としてニオビウム、タンタル等を用いるので、金属板や金属箔の製造の如き１次加工や筒状等への２次加工も容易である。また、ニオビウム、タンタル等の金属はＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属の中でもランプ製造時の熱や不純ガスによる特性変化の小さい物性的に安定した電極材料であり、かつ仕事関数も低いので、ランプ製造工程に左右されない安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。ここで、主成分とは全体の重量割合で９０重量％以上含まれていることをいう。
【００１６】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極が筒状に形成され、かつ上記電極の外径ｄ（ｍｍ）と上記ガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ≧Ｄ−０.４（ｍｍ）の式を満足することが好ましい。
【００１７】
電極を筒状にすることにより筒状の電極の外表面と内表面が利用できるので、外表面しか利用できない棒状電極に比べ、放電に利用できる電極の有効放電表面積Ｓが大きくでき、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。また、筒状電極とガラス管の内面との隙間距離の関係を、筒状電極の外径ｄ（ｍｍ）がガラス管の内径Ｄ（ｍｍ）に対してｄ≧Ｄ−０.４（ｍｍ）として構成にすることにより、グロー放電は筒状電極の外表面には周り込まず、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われるので、筒状電極のホロー効果が得られ、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。
【００１８】
なお、上記電極の有効放電表面積Ｓとは、実際に放電が起こっている部分の電極表面積を意味し、例えば、筒状電極の場合には、(i)筒状電極の内表面の面積のみ、または、(ii)筒状電極の内表面の面積と外表面の面積の両方、のいずれかを意味する。すなわち、ガラス管の内径と筒状電極の外径との隙間が広くなると、筒状電極の内表面及び外表面の両面で放電が発生することになる。
【００１９】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプの非調光点灯時における上記単位有効放電表面積当りの電流密度Ｉ／Ｓが、１．５（ｍＡ／ｍｍ2）以下であることが好ましい。
【００２０】
これにより、電極部のランプ表面温度を液晶の動作に影響を与える１００℃以下に抑制できるという作用が発揮されるので、低圧放電ランプを安定した電流密度領域で使用できる。
【００２１】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）で使用され、かつ実効値ランプ電流Ｉは電流ピークでの値であることが好ましい。
【００２２】
これにより、液晶画面の高画質化を目的とするピーク電流が大電流となるＰＷＭ駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
【００２３】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記ガラス管の肉厚ｔが、０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００２４】
ガラス管の肉厚を上記範囲にすることにより、従来に比べてガラス管の外表面積が減少するので、低圧放電ランプを大電流で放電してもランプからの放熱が抑制され、水銀蒸気圧の低下を防止できるので、ランプの寿命性能も向上する。
【００２５】
また、本発明のバックライト装置の一例は、上記低圧放電ランプを装着したことを特徴とする。
【００２６】
これにより、大電流化や薄型化に適した液晶機器のバックライト装置を得ることができると共に寿命改善効果を増すことができる。
【００２７】
また、上記実施の形態で示された低圧放電ランプを薄型・小形化された液晶ディスプレイ等の装置に装着することによって、小形、大電流密度による高輝度、長寿命のバックライト装置が実現できる。
【００２８】
さらに、上記構成によれば、液晶画面の高画質化を目的とする大電流動作のＰＷＭ駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
【００３０】
図１は、本発明の低圧放電ランプの一例を示す断面図である。図１において、冷陰極蛍光ランプからなる低圧放電ランプ１は、コバールガラス、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、その他の材料よりなり、管内径が１〜５ｍｍの範囲で、任意の管長を有するガラス管２内に、所定の水銀やアルゴン、ネオン等の希ガスを封入し、管端に冷陰極からなる一対の電極３を備えると共にガラス管２の内側面に蛍光体４を被着した構成となっている。電極３は内部導入線５を介してガラス管２の外部と接続されている。
【００３１】
電極３は、ニオビウム、タンタル、その他のＩＶ〜ＶＩ族の遷移金属よりなり、有底筒状、無底筒状、帽状、棒状等の形状とすることができる。
【００３２】
蛍光体４は、図１に示すようにガラス管２の内側面の全面に被着してもよいが、少なくとも一対の電極３の間隔Ｕに対応するガラス管２の内側面には被着することが必要である。
【００３３】
上記低圧放電ランプは、前述のとおり陰極グロー放電密度（換算電流密度）Ｊと封入希ガス組成指数αとの関係が、α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５αを満足する構成となっている。
【００３４】
図２は、図１に示した低圧放電ランプの要部拡大断面図である。本実施形態の低圧放電ランプは、電極３の外径ｄ（ｍｍ）とガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係を、ｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）にして両者間の隙間を小さくしているので、電極３が筒状の場合には、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無く、グロー放電は筒状電極３の内表面だけで行われ、陰極降下電圧の低下を得てホロー効果による低圧放電ランプの長寿命化が得られる。
【００３５】
また、電極３が図３または図４に示した形状の場合には、電極３の開口端部の外径ｄ’（ｍｍ）とガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ’≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足することが、上記と同様に好ましい。また、電極３が図５に示した形状の場合には、電極３の先端部近傍であって、ガラス管２に最近接する部分の外径ｄ’’（ｍｍ）と、ガラス管２の内径Ｄ（ｍｍ）との関係が、ｄ’’≧Ｄ−０．４（ｍｍ）の式を満足することが、上記と同様に好ましい。
【００３６】
さらに、電極３が筒状に形成されている場合、電極３の開口端部とガラス管２との最長距離Ｍが、０．２ｍｍ以下であると、電極３がガラス管２の側に多少傾いても、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無い。
【００３７】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極３が有底筒状に形成され、かつ電極３の底部と、上記底部に対面するガラス管２の表面との距離Ｌが、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。一般に有底筒状電極３の底部は、他の部分に比べて強度が弱い材質の内部導入線５により接合形成されているが、Ｌがこの範囲内であればグロー放電は電極の接合部には周り込まず、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。ただし、Ｌ＝０とすると、内部導入線５とガラス管２との封着時にガラス管２にクラックが生じるので、Ｌは少なくとも蛍光体膜厚に相当する０．０５ｍｍは必要である。
【００３８】
また、本実施形態の低圧放電ランプは、ガラス管の肉厚ｔが０．１５ｍｍ≦ｔ≦０．２０ｍｍの範囲にあるので、低圧放電ランプを大電流で放電しても、ランプからの放熱が抑制され、また、ランプの寿命性能も向上する。
【００３９】
次に、本発明の低圧放電ランプの一例について、実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００４０】
先ず、ホウケイ酸ガラスよりなる管外径１．８ｍｍ、管内径１．４ｍｍ、管長約３００ｍｍのガラス管の内面に色温度５０００Ｋの三波長域発光蛍光体を膜厚約２０μｍで被着し、図１の如き低圧放電ランプを作製した。
【００４１】
次に、図２に示されるような有底筒状のニオビウムよりなる外径１．１ｍｍ、内径０．９ｍｍ、長さ１．５ｍｍの寸度の電極を形成し、内部導入線には外径０．６ｍｍのタングステン線を用いて、内部導入線と筒状電極とは抵抗溶接により接続した。ガラス管内には１５００μｇの水銀と、９５容量％のネオン、５容量％のアルゴンからなるネオン−アルゴン混合ガスとを封入して封入圧を種々変えて試作ランプに供した。
【００４２】
上記試作ランプグループを（ａ）として、比較のために電極材料をニッケルとし、他の条件を（ａ）と同等にした試作ランプグループ（ｂ）を上記と同様に作製した。上記試作ランプグループ（ａ）、（ｂ）の低圧放電ランプを、６０ｋＨｚの高周波点灯によるパルス幅変調駆動（ＰＷＭ駆動）により調光点灯して点灯実験を行った。この点灯に際しては、電極の電流密度Ｉ／Ｓを変えて点灯に供した。
【００４３】
上記点灯実験において、低圧放電ランプ内の希ガスの消耗程度を１００００時間点灯時での測定により確認し、実験開始前の０時間時に比し希ガスの封入圧力が低下する低圧放電ランプを、各々縦軸に電極の電流密度（Ｉ／Ｓ）、横軸に希ガスの封入圧力（Ｐ）としてプロットし、図６に示す希ガス消耗境界曲線を得た。
【００４４】
その結果、図６に示すように試作ランプグループ（ａ）は曲線（Ａ）、試作ランプグループ（ｂ）は境界曲線（Ｂ）となり、各々の曲線（Ａ）、（Ｂ）を境界にして異常グロー放電領域が左側、正規グロー放電領域が右側の領域となる。図６によれば、ニッケル電極を用いた試作ランプグループ（ｂ）の異常グロー放電領域と正規グロー放電領域との境界曲線（Ｂ）（しきい値）に比し、ニオビウム電極を用いた試作ランプグループ（ａ）の境界曲線（Ａ）は、同一封入圧力の場合に電流密度が大きい方向側へシフトしており、電極をニッケル製の寸度に比し小形化、ランプ管径を細管径化しても正規グロー放電から異常グロー放電への移行が抑制され、ランプ寿命を長期間維持できることが確認できる。
【００４５】
従って、低圧放電ランプにおいて、ニッケル電極に比し細管径化、小形電極化を達成するためには、正規グロー放電と異常グロー放電との境界曲線（Ａ）と境界曲線（Ｂ）とで囲む範囲の正規グロー放電領域を確保することが必要である。
【実施例２】
【００４６】
次に、上記試作ランプグループ（ａ）のみを封入ガスのアルゴン、ネオンの組成比を変えて試作ランプを製作して試作ランプグループ（ｃ）として、点灯実験を行って陰極グロー放電密度（Ｊ）を確認したところ、前述の下記式を満足することにより電極スパッタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電が持続でき、光束劣化も少なく、長寿命（５００００時間）を確保でき、寿命末期まで始動性も良好であった。
【００４７】
式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５α
〔α＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ）×１０-3〕
ここで、上記式の上限１．５αが図６の境界曲線（Ａ）に対応し、上記式の下限αが同じく境界曲線（Ｂ）に対応する。
【００４８】
上記実験において、陰極グロー放電密度（Ｊ）が上記式のα未満の場合には、ニッケル電極においても寿命特性を満足できるので、本発明の優位性は電極の小形化が多少可能な点のみとなり、特に実用上のメリットがないことが確認された。
【００４９】
また、Ｊが１．５αを越えた場合には、低圧放電ランプ点灯中に封入ガスが電極のスパッタリング物質に閉じ込められるため、低圧放電ランプ中の封入ガス圧が低下する現象が発生した。この場合、封入ガスの圧力が低下することによりスパッタリングが更に強くなるため、所望の寿命確保が困難であることが確認された。
【実施例３】
【００５０】
次に、電極の形状を図２の如くした上記試作ランプグループ（ａ）とは別の形状、すなわち図７に示すような帽状電極６を電極棒７に挿入して試作ランプグループ（ｄ）を種々の条件に合わせて製作し、陰極グロー放電密度（Ｊ）の確認を行った。なお、前記試作ランプグループ（ｄ）は電極の形状以外は試作ランプグループ（ｃ）と同じ構成とした。なお、帽状電極６の外径ｒ1は０．９ｍｍ、長さｌは２．５ｍｍとし、電極棒７の直径ｒ2は０．６ｍｍとした。
【００５１】
上記確認の結果、試作ランプグループ（ｄ）の陰極グロー放電密度（Ｊ）は、試作ランプグループ（ｃ）の実験結果と同様に、式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５αを満足する低圧放電ランプは電極スッパタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電を維持して光束劣化も少なく、長寿命（４００００時間）を確保できた。また、寿命末期まで始動性も良好であった。逆に、上記式を満足しない低圧放電ランプは電極スパッタリングによる封入ガス消耗に起因する短寿命や大きい光束劣化や始動不良等を生じ、実用上問題があった。
【００５２】
上記実験を踏まえて電極材料として、ニオビウム以外の材料としてタンタル及びモリブデンを用いて、試作ランプグループ（ｃ）と同様の仕様でタンタル電極を用いた試作ランプグループ（ｅ）とモリブデン電極を用いた試作ランプグループ（ｆ）の各低圧放電ランプを作製した。続いて、陰極グロー放電密度（Ｊ）の確認を行ったところ、試作ランプグループ（ｅ）と（ｆ）は何れも試作ランプグループ（ｃ）と同様に、式：α≦Ｊ＝Ｉ／（Ｓ・Ｐ2）≦１．５αを満足するものは、電極スパッタによる早期封入ガスの消耗が発生することはなく、長寿命（５００００時間）を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。逆に上記式を満足しない低圧放電ランプは、電極スパッタリング増により短寿命や早期光束劣化や始動困難等を生じ、実用上問題があった。
【実施例４】
【００５３】
次に、電極の外径について、図２の如き有底筒状の電極の外径ｄとガラス管の内径Ｄとの関係を確認するために、電極の外径ｄのみを種々変えて他の条件は全て試作ランプグループ（ａ）と同等にして試作ランプグループ（ｇ）を作製して特性を確認した。
【００５４】
この結果、電極の外径ｄとガラス管の内径Ｄとの関係がｄ≧Ｄ−０．４（ｍｍ）を満足するものは、放電が筒状電極の外側に移行し難い程度に筒状電極と管内壁との間隔が狭い寸度に形成されているので、点灯中の放電が筒状電極の内面を主体に進行し、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われ、筒状電極のホロー効果による陰極降下電圧の低減とスパッタリング材料の再利用効果が得られ、低圧放電ランプの長寿命（７００００時間以上）を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。
【００５５】
逆に、ｄ＜Ｄ−０．４（ｍｍ）の場合には、グロー放電の一部が筒状電極の外面でも行われるため、一部のスパッタリング材料の再利用効果が得られず、５００００時間以上の長寿命には適さないことを確認した。
【実施例５】
【００５６】
次に、ガラス管の内径５ｍｍ、外径６ｍｍ、管長５００ｍｍの低圧放電ランプとして試作ランプグループ（ｈ−１）と、ガラス管の内径６ｍｍ、外径７ｍｍ、管長５００ｍｍの低圧放電ランプとして試作ランプグループ（ｈ−２）を電極の寸度以外は試作ランプグループ（ａ）と同等の条件で試作して特性を確認した。
【００５７】
電極は図２の如き有底筒状とし、内径２．５ｍｍ、外径３ｍｍ、長さ３ｍｍのものを両試作ランプグループに用いてそれぞれの特性を確認した結果、両者とも寿命特性には問題は無く、実用上支障はなかった。
【００５８】
しかし、試作ランプグループ（ｈ−２）は（ｈ−１）に比しガラス管の内径が大きいために低圧放電ランプの表面温度が５℃程度低くなった。この表面温度の低下に伴い、低圧放電ランプ内の水銀蒸気圧が最適値より低くなるため、低圧放電ランプ点灯中の全光束は試作ランプグループ（ｈ−２）が（ｈ−１）に比して１０％低くなり、液晶画面に必要な光束が得られず、初期光束特性はガラス管の内径が５ｍｍよりも大きいものでは満足できないことが明らかとなった。
【００５９】
なお、上記種々の実験結果に基づき、小形電極を有する細管径の低圧放電ランプにおける異常グロー放電の防止に関して、封入希ガスの組成を変化させて試作ランプグループ（ｉ）を作製したところ、アルゴンがネオン中に３〜１０容積％の範囲に含まれる低圧放電ランプの場合には、４０〜１００ｋＨｚ程度の正弦波点灯において十分に長寿命化を果たすことができることを確認した。
【００６０】
すなわち、封入ガス中のアルゴンが多過ぎる細管径のランプでは、電子の温度上昇が少なくなるのでネオンを増してランプ内の電子の温度を上昇せしめて発光光束を向上できる。また、アルゴンが皆無であれば、低圧放電ランプの点灯直後の発光色がネオンを主体とした赤色発光となり、特に低温下では上記赤色放電が数分間持続するため実用には適さない。
【実施例６】
【００６１】
次に、上記各種の試作ランプグループ（ａ）〜（ｉ）を用いた実験により得た実用上支障のない低圧放電ランプを超薄型の液晶バックライト表示システムを有するバックライト装置に装着したところ、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献できた。
【実施例７】
【００６２】
ガラス管内に１５００μｇの水銀と、９５容量％のネオン、３容量％のアルゴン、２容量％のクリプトンからなるネオン−アルゴン−クリプトン混合ガスとを封入した以外は、実施例１〜実施例６と同様にして低圧放電ランプを作製した。その結果、前述のα＝（９０．５Ａ＋３．４Ｎ＋２４．３Ｋ）×１０-3の関係が成立する以外は、実施例１〜実施例６と同様の結果となった。
【００６３】
上述の本発明の低圧放電ランプは、発明の実施の形態や実施例に述べた、材料、寸度、形状等に限定されることなく、任意の内容を選択できるものである。例えば、ガラス管の材料も実施例に述べた以外のコバールガラスを含む各種ガラス等の材料を用いても十分に効果を得ることができるものである。また、電極の形状も任意に選択できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように本発明は、大電流域も含む広範囲の電流領域での小形低圧放電ランプにおける早期封入ガス消耗を抑制して、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献でき、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の低圧放電ランプの一例を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】本発明に用いる電極の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明に用いる電極のさらに他の一例を示す断面図である。
【図５】本発明に用いる電極のさらに他の一例を示す断面図である。
【図６】電極の電流密度と希ガスの封入圧力との関係を希ガス消耗境界曲線として示した図である。
【図７】本発明の電極の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  低圧放電ランプ
２  ガラス管
３  電極
４  蛍光体
５  内部導入線
６  帽状電極
７  電極棒
【国際調査報告】
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