(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電性ガスを封入する閉鎖空間を形成するガラス製の外管と、
該外管の両端に固定される一対の電極と、
前記外管の閉鎖空間内に配置され且つ端部を通じて前記閉鎖空間に連絡する空洞部を有するガラス製の内管とを備え、
前記外管の外周面は、内側に向かう一対の直線状の窪みを有し、
一対の直線状の前記窪みにより、円断面を潰した中空の楕円断面に前記外管を形成して、前記外管の内周面と前記内管の外周面とを融着する連結部を構成することを特徴とする冷陰極蛍光放電管。
【請求項２】
前記外管の外周面及び内周面の半径は、前記窪みの中央付近で減少する請求項１に記載の冷陰極蛍光放電管。
【請求項３】
前記内管の開口部から最も近い前記連結部の中央までの長さは、前記内管の長さの１／８以上であって１／２未満である請求項１又は２に記載の冷陰極蛍光放電管。
【請求項４】
前記外管の端部から最も近い前記連結部の長さは、前記外管の長さの１／２未満である請求項１〜３の何れか１項に記載の冷陰極蛍光放電管。
【請求項５】
前記連結部の断面において、前記一対の電極を結ぶ中心軸周りの前記連結部の角度は、９０度以下である請求項１〜４の何れか１項に記載の冷陰極蛍光放電管。
【請求項６】
前記窪みの両側で、前記内管の外周面と前記外管の内周面との間に円弧状の間隙を形成した請求項１〜５の何れか１項に記載の冷陰極蛍光放電管。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の前記冷陰極蛍光放電管を面光源装置に保持する把持部材を前記外管の窪みに設けたことを特徴とする面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輝度の均一化を改善し、短時間に発光する冷陰極蛍光放電管及びそれを用いた面光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極蛍光放電管（ＣＣＦＬ、Cold Cathode Fluorescent Lamp）は、ノートパソコンの液晶バックライト光源等として幅広く使用されている。
例えば、従来の冷陰極蛍光放電管は、内部に放電用ガスが充填された閉鎖空間を有するガラス管と、ガラス管の両端に固定された一対の電極と、ガラス管の内面に被覆され且つ電極の放電により発生する紫外線の照射を受けて可視光線を放出する蛍光膜により形成される発光層とを備える。ガラス管内には放電用ガスとしてアルゴン等の希ガス及び水銀が収容される。電極は、導入線と、導入線に固着されたカップ形状の放電部とを備え、導入線の導出部は、ガラス管の外で外部リードに接続される。一対の電極間に電圧を印加すると、一方の電極から電子が放出され、放出される電子がガラス管内の水銀に衝突して紫外線が発生する。紫外線は、ガラス管の内壁に形成された蛍光膜から成る発光層で波長変換され、可視光線がガラス管の外部に放出される。
【０００３】
近年、液晶画面に光を供給する冷陰極蛍光放電管の本数を増やして液晶画面の高輝度化に対応するが、冷陰極蛍光放電管の本数を増やすと、面光源装置の冷陰極蛍光放電管の設置空間形状（占有率）が増加し、部品コストも上昇するため、冷陰極蛍光放電管の更なる高輝度化が切望されている。
また、特許文献１は、二重管構造の熱陰極蛍光放電管である。図８に示すように、二重管構造の蛍光ランプ（熱陰極蛍光放電管）は、放電性ガスを封入する閉鎖空間(4)を形成するガラス製の外管(1)と、外管(1)の両端に気密に融着され固定される一対の電極(3)と、外管(1)の閉鎖空間(4)内に配置され且つ端部(2d)を通じて閉鎖空間(4)に連絡する空洞部(2c)を有するガラス製の内管(2)と、外管(1)の内周面(1a)、内管(2)の内周面(2a)又は外周面(2b)に被着された蛍光膜(5)と、内管(2)の外周面(2b)に塗布された第２の蛍光体(13)と、放電を妨げない細いガラス体で形成され且つガラス内管(2)をガラス管(2)に固定する支持体(14)とを備えている。内管(2)の両端付近に設けられた支持体(14)は、内管(2)を外管(1)に保持する。特許文献１の蛍光ランプでは、放電プラズマの通り道が内管(2)の空洞部(2c)に絞られて、電子密度が増加しランプの輝度が増加する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるような熱陰極放電管では、一般的に１０mm以上の外径を有する外管(1)を使用するため、内管(2)の空洞部(2c)内及び外管(1)と内管(2)との間の間隙に十分な量の水銀が供給されるが、外径５.０mm以下の冷陰極蛍光放電管では、特許文献１に示されるように外管(1)の閉鎖空間(4)内に内管(2)を設けると、内管(2)内の空洞部(2c)の内径が極めて小さくなる。また、近年、液晶ディスプレイの大画面化に伴い、冷陰極蛍光放電管の長手方向の寸法が益々長くなる傾向にある。一般的に二重管構造は、背景技術に示すように、電子の流れが内管(2)の空洞部(2c)に絞られることで電流密度が増加されて、輝度を増加させることができる。従って、内管(2)も長手方向の寸法を可能な限り長くする。
【０００６】
また、二重管構造の冷陰極蛍光放電管は、一対の電極(3)に所定の電圧を印加すると、外管(1)の管壁温度上昇が内管(2)の管壁温度上昇よりも低いため、外管(1)の内周面(1a)に水銀が比較的滞留しやすい。更に、内管(2)の空洞部(2c)内にまで水銀ガスが満遍なく供給されないと、冷陰極蛍光放電管は、発光を開始することも発光を保持することもできない。
【０００７】
特許文献１のような二重管構造を細くて長い冷陰極蛍光放電管に適用する場合、一対の電極(3)に電圧を印加すると、外管(1)の内周面(1a)に滞留していた水銀がガスとなって閉鎖空間(4)内を拡散し、水銀ガスが内管(2)の空洞部(2c)における長手方向の中央付近まで充填されると、冷陰極蛍光放電管は発光する。従って、一対の電極(3)に電圧を印加してから冷陰極蛍光放電管が良好に発光するまで時間がかかってしまう。また、水銀ガスが内管(2)の空洞部(2c)における長手方向の中央付近にまで十分に拡散していなければ、冷陰極蛍光放電管における長手方向の中央付近の輝度が周辺部（電極(3)側）に比べて低下する問題もある。
そこで、本発明は、冷陰極蛍光放電管の長手方向における輝度の均一性を改善し、且つ短時間に発光する冷陰極蛍光放電管及びそれを用いた面光源装置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】
【０００８】
本発明の冷陰極蛍光放電管は、放電性ガスを封入する閉鎖空間(4)を形成するガラス製の外管(1)と、外管(1)の両端に固定される一対の電極(3)と、外管(1)の閉鎖空間(4)内に配置され且つ端部(2d)を通じて閉鎖空間(4)に連絡する空洞部(2c)を有するガラス製の内管(2)とを備えている。外管(1)の外周面(1c)は、内側に向かう一対の直線状の窪み(1b)を有し、一対の直線状の窪み(1b)により、円断面を潰した中空の楕円断面に外管(1)を形成して、外管(1)の内周面(1a)と内管(2)の外周面(2b)とを融着する連結部(6)を構成する。
外管(1)の外周面は、内側に向かう一対の直線状の窪み(1b)を有し、外管(1)の窪み(1b)は、外管(1)の内周面(1a)と内管(2)の外周面(2b)との連結部(6)となるので、一対の電極(3)に電圧を印加した際、連結部(6)近傍の内管(2)の壁面での温度上昇を抑制し、比較的温度の低い内管(2)の連結部(6)近傍に水銀を滞留させる。その結果、水銀は、内管(2)の連結部(6)近傍に従来の二重管構造よりも滞留しているため、短時間に内管(2)の空洞部(2c)における長手方向の中央付近にまで拡散することができ、一対の電極(3)に電圧を印加してから冷陰極蛍光放電管は、短時間に発光することができる。また、内管(2)の空洞部(2c)の中央付近にまで十分に水銀ガスを拡散することができ、冷陰極蛍光放電管における長手方向の中央付近の輝度が周辺部に比べて低下する問題を解消し、長手方向の輝度の均一化を改善することができる。
【発明の効果】
【０００９】
内管(2)の空洞部(2c)において内管(2)の長手方向に短時間で且つより均一な水銀ガスを保持する。これにより、冷陰極蛍光放電管を短時間に発光することができ、且つ冷陰極蛍光放電管の長手方向において輝度の均一化を改善することができる。また、この冷陰極蛍光放電管を用いた面光源装置は、短時間に表示し、輝度の均一化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による冷陰極蛍光放電管の実施の形態を図１〜図７について説明する。これらの図面では、図８に示す箇所と同一の部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明の冷陰極蛍光放電管では、外管(1)の外周面(1c)は、内側（一対の電極(3)を結ぶ中心軸(7)）に向かう一対の直線状の窪み(1b)を有し、各窪み(1b)は、外管(1)の内周面(1a)と内管(2)の外周面(2b)とを融着させて連結部(6)を形成し、内管(2)の内周面(2a)に水銀を滞留させる点に特徴がある。外管(1)の外径は、５.０mm以下、例えば４.０mmである。本発明の実施の形態では、外管(1)の外周面(1c)及び内周面(1a)の直径が窪み(1b)の中央付近で減少する窪み(1b)であって、外管(1)の長手方向に複数形成される。窪み(1b)は、加熱した外管(1)を内側に押圧して変形し、窪み(1b)を内管(2)に融着する。よって、図２に示すように、中心軸(7)に対して直角であって窪み(1b)を含む平面で切断した連結部(6)における断面において、連結部(6)における外管(1)の管壁の厚みは、連結部(6)以外の外管(1)の管壁の厚みと略等しい。
【００１２】
また、連結部(6)により、外管(1)内の所定の位置に内管(2)を保持すると共に、図２の断面図に示すように、内管(2)と外管(1)とが融着する窪み(1b)の両側で、内管(2)の外周面(2b)と外管(1)の内周面(1a)との間に円弧状の間隙(2e)が形成される。連結部(6)の断面において中心軸(7)周りの図２に示す角度(θ)は、限定された領域に設けられ、９０度又はそれ以下、好ましくは４５度以下となる好適な大きさの間隙(2e)を形成すると、外管(1)と内管(2)との間の隙間から電極(3)と内管(2)との隙間、内管(2)の空洞部(2c)及び外管(1)と内管(2)との間の隙間に戻る放電ガスの循環を妨げないので、冷陰極蛍光放電管の寿命を良好に保つことができる。
電極(3)は、外管(1)の両端に気密に融着され且つ外管(1)の外部に導出されるリード(3a)と、外管(1)の内部に配置され且つリード(3a)に接続された放電部(3b)とを備える。
【００１３】
図１に示す実施の形態では、内管(2)の内周面(2a)に蛍光膜(5)が塗布される。特に、内管(2)と電極(3)との間を覆う外管(1)の内周面(1a)にも部分的に蛍光膜(5)を塗布して、水銀(15)から放射される全ての光が蛍光膜(5)を通過して、光波長を変換するので、長い有効発光領域が得られる。この場合、内管(2)と外管(1)とに塗布された２つの蛍光膜(5)が光路中で重なると、外管(1)の蛍光膜(5)により影となるので、外管(1)と内管(2)の蛍光膜(5)との重複部を極力減少することが望ましいが、一部重なってもよい。
【００１４】
外管(1)の閉鎖空間(4)内に充填される放電性ガスは、アルゴン等の不活性ガス若しくは希ガス又はネオン・アルゴンの混合ガスと、水銀蒸気等のガスとを含む。一対の電極(3)は、ニッケル製のリード(3a)と、ニッケル製でカップ形状に形成される放電部(3b)と、リード(3a)と放電部(3b)とを接続するタングステン製の埋設部（図示せず）とを備える。放電部(3b)との接続部のリード(3a)にガラス親和性のあるタングステン被覆を設けてもよい。また、カップ形状の代わりに、円筒状（スリーブ状）の放電部(3b)を設けても良い。
【００１５】
冷陰極蛍光放電管内の水銀は、冷陰極蛍光放電管の管壁温度の最も低い温度部分に集まり易い。一対の電極(3)に電圧を印加すると、冷陰極蛍光放電管の温度が上昇し、壁面の温度上昇によって壁面に滞留していた水銀が水銀ガスとなって冷陰極蛍光放電管内に充満して、冷陰極蛍光放電管が発光する。一般的な二重管構造の場合、外管(1)の壁面温度よりも内管(2)の壁面温度が高くなる。本発明の実施の形態では、図３に示すように、外管(1)の壁面に内側に向かう窪み(1b)を設け、窪み(1b)は、外管(1)と内管(2)とを融着して連結部(6)を構成するため、連結部(6)では外管(1)の管壁温度が内管(2)へ伝搬し易くなり、内管(2)の内周面(2a)における連結部(6)周辺の管壁温度が低下し、窪み(1b)周辺に水銀が比較的滞留し易くなる。更に、内管(2)と外管(1)とが融着する窪み(1b)の両側で、内管(2)の外周面(2b)と外管(1)の内周面(1a)との間に円弧状の間隙(2e)を形成すると、限定された領域でのみ接続されるので、内管(2)の内周面(2a)の比較的滞留させる領域を限定することができる。
【００１６】
従来の二重管構造の冷陰極蛍光放電管では、外管(1)の内周面(1a)に水銀が集積し、また内管(2)の直径が小さく且つ長手方向の寸法が長いため、内管(2)の長手方向の中央付近まで良好に水銀ガスが拡散されるまでに時間を要し、逆に、長手方向の中央付近まで良好に水銀ガスが拡散せずに枯渇し、冷陰極蛍光放電管の長手方向の中央付近における輝度が周辺部に比べて低下する場合もある。
【００１７】
しかしながら、本発明の冷陰極蛍光放電管は、内管(2)の内周面(2a)において連結部(6)周辺の管壁温度を低下させて、内管(2)の内周面(2a)の連結部(6)周辺に水銀を比較的滞留させ、内管(2)の開口部(2d)からある程度離間させた位置（中央側）に窪み(1b)を設けることにより、比較的短時間で水銀ガスを内管(2)の長手方向の中央付近に充填して、短時間に冷陰極蛍光放電管を発光させることができる。更に、内管(2)の中央部付近での水銀ガスの枯渇による輝度低下を抑制し、輝度ムラを抑制することができる。従って、内管(2)の開口部(2d)から最も近い連結部(6)の中央までの長さは、内管(2)の長さの１／８以上であって１／２未満であることが望ましい。
【００１８】
また、図示しない面光源装置上に支持される把持部材(11)を図４に示す外管(1)の窪み(1b)に設け、冷陰極蛍光放電管を面光源装置に固定することができる。一対の電極(3)に電圧を印加すると、把持部材(11)の温度は、外管(1)及び内管(2)の管壁温度に比べてあまり上昇しないため、把持部材(11)を取り付けた箇所近傍の外管(1)及び内管(2)の管壁温度は、それぞれの管におけるそれ以外の管壁温度よりも低くなる。本発明の実施の形態では、把持部材(11)の熱が外管(1)の管壁から窪み(1b)に設けられた連結部(6)を通じて内管(2)に伝搬するので、内管(2)の内周面(2a)の連結部(6)周辺の管壁温度をより低下させて、連結部(6)周辺に水銀がより集積し易くなる。従って、短時間に冷陰極蛍光放電管を発光することができ、内管(2)の中央付近での輝度低下を更に抑制し、冷陰極蛍光放電管の長手方向における周辺と中央との輝度ムラを更に抑制することができる。
【００１９】
ガラス製の外管(1)は、全体的に閉鎖空間(4)を形成する円断面で筒状に形成されるが、窪み(1b)では、外管(1)の外周面の半径が窪み(1b)の周辺から中央に向かって減少し、円断面を潰した中空の楕円断面に形成される。なお、外管(1)の内周面(1a)の半径も外周面の半径と略同様に、窪み(1b)の周辺から中央に向かって減少する。ガラス製の内管(2)は、外管(1)に包含され且つ空洞部(2c)を有する円断面に形成される。別法として、外管(1)の全体又は内管(2)を全体に楕円断面で筒状に形成してもよい。閉鎖空間(4)内の放電性ガスは、温度差により間隙(2e)内を良好に循環して、外管(1)の閉鎖空間(4)及び内管(2)の空洞部(2c)内の温度を略一定に保つことができ、冷陰極蛍光放電管は、良好に発光することができる。
【００２０】
本発明の冷陰極蛍光放電管の製法を示す図７について説明すると、図７(1)に示すように、まず、焼成され且つ内周面に蛍光体を塗布した内管(102)を外管(101)内に挿入する。次に、図７(2)に示すように、ガラス製の外管(101)の一部をバーナ(103)で加熱し溶融させて、外管(101)の複数の箇所を把持し、外管(101)を内管(102)に溶着させる。これにより、連結部(6)及び窪み(1b)が形成され、外管(101)は、内管(102)により所定の位置に保持される。次に、図７(3)に示すように、リード(3a)にガラスビーズ(3c)を装着した一方の電極(3)の放電部(3b)を外管(101)の両端に配置して、ガラスビーズ(3c)を外管(101)及びリード(3a)に融着する。続いて、外管(101)の他方の端部から水銀ゲッターを挿入して、排気すると共に、従来と同様に、外管(101)の内部に放電性ガスを充填した後、ガラスビーズ(3c)を有する電極(3)を外管(101)の他方の端部に配置して、ガラスビーズ(3c)を外管(101)及びリード(3a)に融着する。
【００２１】
また、本発明の実施の形態において、図１のように、窪み(1b)は、２箇所に限定されない。本発明の第２の実施の形態による短い冷陰極蛍光放電管の断面図を示す図６では、中心軸(7)方向（長手方向）に３箇所の窪み(1b)を外管(1)に形成し、３箇所の窪み(1b)のうち真ん中の窪み(1b)のみに把持部材(11)を取り付け、把持部材(11)で面光源装置(30)と冷陰極蛍光放電管(20)とを固定してもよい。また、３つの窪み(1b)の真ん中の窪み(1b)でのみ内管(2)と外管(1)とを融着し、それ以外の窪み(1b)では、内管(2)の外周面(2b)と外管(1)の内周面(1a)とが融着していなくてもよい。
【００２２】
本発明では、外管(1)に一体に形成される連結部(6)に内管(2)を熱伝達可能に接触させて、内管(2)の開口部(2d)から離間する内管(2)の長手方向の中央付近に連結部(6)を設ける。一対の電極(3)に電圧を印加すると、内管(2)の空洞部(2c)内に電流が流れるが、連結部(6)を介して外管(1)の熱が伝達するため、内管(2)の連結部(6)付近の温度上昇を抑制し、内管(2)の連結部(6)付近に水銀を比較的滞留させる。再度、電極(3)に電圧を印加したとき、内管(2)の中央付近まで比較的早く水銀ガスが充填され、早期に発光でき、また、冷陰極蛍光放電管の中央付近での輝度が長手方向の周辺部に比べて低下することを抑制できる。また、外管(1)の窪み(1b)に把持部材(11)を取り付けることで、内管(2)の連結部(6)付近の温度を更に低下させて、水銀を滞留させて、上記効果を更に向上することができる。
【００２３】
内管(2)の開口部(2d)から最も近い連結部(6)の中央までの長さを内管(2)の長手寸法の長さの１／８以上であって１／２未満、好ましくは１／４以上であって１／２未満とすることにより、内管(2)の開口部(2d)から連結部(6)まである程度の長さを確保して、内管(2)の内周面に滞留する水銀が蒸気となり、内管(2)の外部に移動して内管(2)の中央部での水銀量の欠乏を抑制すると共に、上記効果をより良好にえることができる。また、外管(1)の端部から最も近い連結部(6)の長さを外管(1)の長さの１／２未満とし、連結部(6)の位置を左右非対称とすることで、図５に示すように、面光源装置(30)に設置される隣り合う冷陰極蛍光放電管(20)の左右（長手方向）の向きを逆にして互い違いに取り付けることにより、同一形状の冷陰極蛍光放電管を用いても把持部材(11)をジグザグに配置できる利点がある。このように配置して、冷陰極蛍光放電管から発生する光の一部が把持部材(11)に遮られ影となっても、全体として光の明暗による縞が形成されないので、全体として輝度を均一にすることができる。
【００２４】
本発明の実施の形態では、外管(1)の内側に内管(2)を配置して電極(3)間を流れる電子を内管(2)内に集中させて、内管(2)内の電子密度が増加しランプの輝度が増加する。また、内管(2)の中央部付近に水銀ガスを移動させることにより、電極(3)付近の水銀ガスの密度を低下させることができる。これにより、電極(3)から発生する電極スパッタと水銀との接触を阻止して、水銀アマルガムの形成を抑制できるので、水銀の消耗速度が抑制され、冷陰極蛍光放電管の動作寿命を延長することができる。
【００２５】
発光面の真下に複数の冷陰極蛍光放電管を配置する直下方式又はリフレクタにより集光する光を導光板の端部から入光させて、反射シートにより導光板の表面に放射するエッジライト式の何れにも本冷陰極蛍光放電管を構成できる。
【００２６】
本発明の前記冷陰極蛍光放電管の実施の形態は、種々の変更が可能である。例えば、内管(2)の開口部(2d)に電子が流入し易いように、ラッパ状に外側に内径を拡大させてもよい。内管(2)を単一形状でなく、複数の内管(2)を直列に配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
短時間に発光し、長手方向の輝度を改善した本発明の冷陰極蛍光放電管及び面光源装置は、液晶テレビ又は液晶ディスプレイ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】破断線により短縮して示す本発明による冷陰極蛍光放電管の断面図
【図２】中心軸に対して直角であって窪みを含む平面に沿う本発明による冷陰極蛍光放電管の断面図
【図３】図２に示す連結部での水銀の挙動を示す部分断面図
【図４】図３の連結部に把持部材を取り付けたときの部分断面図
【図５】本発明による面光源装置の平面図
【図６】本発明の冷陰極蛍光放電管の第２の実施の形態を示す断面図
【図７】本発明の冷陰極蛍光放電管の製造方法を示す工程図
【図８】従来の熱陰極放電管の断面図
【符号の説明】
【００２９】
(1)・・外管、  (1a)・・外管の内周面、  (1b)・・外管の窪み、  (2)・・内管、  (2a)・・内管の内周面、  (2b)・・内管の外周面、  (2c)・・内管の空洞部、  (2d)・・開口部、  (3)・・電極、  (3a)・・電極のリード、  (3b)・・電極の放電部、  (4)・・閉鎖空間、  (5)・・蛍光膜、  (6)・・連結部、  (7)・・中心軸、  (11)・・把持部材、  (20)・・冷陰極蛍光放電管、  (30)・・面光源装置、
【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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