(57)【要約】【課題】  ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、電極を仕事関数の小さい材料で形成して、小形で輝度の高いものにする。また、水銀アマルガムを作りにくい材料を用い、電極の表面をその電極材料で形成できるようにして、ランプ寿命が長く、電極構造の自由度に富む冷陰極放電ランプを提供する。【解決手段】前記電極の少なくとも表面がジルコニウム（Ｚｒ）の炭化物、タングステン（Ｗ）の炭化物、タンタル（Ｔａ）の炭化物、チタン（Ｔｉ）の炭化物、ニオブ（Ｎｂ）の炭化物、ハフニウム（Ｈｆ）の炭化物若しくはモリブデン（Ｍｏ）の炭化物又はそれらの２種以上の混合物であるようにする。高融点金属の炭化物は元々の金属より仕事関数が低く、水銀アマルガム形成性が小さい。【選択図】      図１
2005085472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、
前記電極の少なくとも表面がジルコニウム（Ｚｒ）の炭化物、タングステン（Ｗ）の炭化物、タンタル（Ｔａ）の炭化物、チタン（Ｔｉ）の炭化物、ニオブ（Ｎｂ）の炭化物、ハフニウム（Ｈｆ）の炭化物若しくはモリブデン（Ｍｏ）の炭化物又はそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
【請求項２】
前記電極はＺｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＭｏを母材とし、その母材の金属の表面を炭化処理したものであ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】
前記電極は、電極の母材の表面をＺｒの炭化物、Ｗの炭化物、Ｔａの炭化物、Ｔｉの炭化物、Ｎｂの炭化物、Ｈｆの炭化物若しくはＭｏの炭化物又はそれらの２種以上の混合物で被覆したものであ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４】
前記電極自体が、Ｚｒの炭化物、Ｗの炭化物、Ｔａの炭化物、Ｔｉの炭化物、Ｎｂの炭化物、Ｈｆの炭化物若しくはＭｏの炭化物又はそれらの２種以上の混合物であ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５】
前記電極は棒状であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項６】
前記電極は筒状であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項７】
前記電極はカップ状であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項８】
前記ガラス管の内壁に蛍光体層を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項９】
前記放電媒体が水銀ガスと希ガスとを含むことを特徴とする、請求項８に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項１０】
封止されたガラス管と、
前記ガラス管の内部に封入された、希ガスと水銀ガスとを含む放電媒体の気体と、
前記ガラス管の内壁に形成された蛍光体層と、
前記ガラス管の内部の両端に設けられた電極で、少なくとも表面がＺｒの炭化物、Ｗの炭化物、Ｔａの炭化物、Ｔｉの炭化物、Ｎｂの炭化物、Ｈｆの炭化物若しくはＭｏの炭化物又はそれらの２種以上の混合物で覆われている構造の電極とを含んでなる冷陰極放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷陰極放電ランプに関し、特に、電極材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビジョンやパーソナルコンピュータの液晶ディスプレイのような液晶表示機器のバックライト或いは、ファクシミリや複写機、イメージスキャナなどのようなＯＡ機器の画像読取り部の光源には、蛍光ランプを用いたものが多い。中でも、冷陰極放電ランプがよく使われる。冷陰極形の蛍光ランプは板状や筒状或いは棒状の電極が使用でき、電極にコイル状のフィラメントを使用する熱陰極形蛍光ランプに比べ電極構造が簡単なことから、ランプを細管化するのに有利で、光源の小形化、延いてはそのような光源を使う機器類の小形化が望めるからである。
【０００３】
ところで、冷陰極放電ランプの電極材料について言えば、従来、ニッケル（Ｎｉ）を用いることが圧倒的に多かった。電極材料として挙げられる他の例えばモリブデン（Ｍｏ）やニオブ（Ｎｂ）のような高融点金属系の電極材料に比べ安価で、加工性がよいからであり、又、ランプの特性面でもＮｉを電極に使うことにこれまで特に不都合はなかったからである。しかしながら、近年、上述のような液晶表示機器或いはＯＡ機器の高性能化に伴い、光源の冷陰極放電ランプにもより高輝度で、より消費電力が低く、より小形であることが強く要求されるようになってきた。
【０００４】
ところが、それらの要求はそれぞれ、冷陰極放電ランプに相反する異なることを要求することになり、全ての要求を同時に満たすことは難しい。ランプを小形化するには、ランプの全長のうち非発光部分である電極の長さを短くすることが有効であり、高輝度化するにはランプ電流を大きくすることが有効なのであるが、単純に電極長を短くすると電極の表面積が小さくなることから、これまでと同じランプ電流を流したとしても、電極における電流密度が増して陰極降下電圧は大きくなり、電極表面でのスパッタリングが激しくなって、電極部での消費電力や発熱の増加、電極の損耗やガラス管壁の黒化によるランプの短寿命化という副作用が起こってしまう。一方、ランプの輝度を上げるためにランプ電流を増加させた場合も、電極での電流密度が大きくなるので、やはり電極を短くしたときと同じ問題が生じる。
【０００５】
このような問題を避けるには、電極から電子が放出し易いようにすることが有効であることは従来知られていて、例えば特許文献１に記載されているように、電極の表面にバリウム（Ｂｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）或いはカルシウム（Ｃａ）を含む電子放射性物質を塗布することが行われてきている。しかしながら、このようにした場合、ランプは電極に電子放射性物質がある間は期待通りの放電を行うものの、電子放射性物質が消耗してくるに従って放電しにくくなり、寿命になってしまう。
【０００６】
そこで、電極に上述のような消耗しやすい電子放射性物質を使わず、しかも電子を放出しやすくするために、仕事関数がＮｉより小さい金属を電極に使うことが考えられた（例えば、特許文献１や特許文献２）。例えば特許文献２に係る冷陰極蛍光ランプにおいては、Ｎｉなどでできた円筒状の電極（ホロー電極）の筒の内側の底部に、Ｎｉより仕事関数の小さいアルミニウム（Ａｌ）または、ジルコニウム（Ｚｒ）または、それらの合金で形成した円板形あるいは有底円筒形の内部電極を設けている。このようにすると、電極全体をＮｉだけで構成した場合に比べ、仕事関数が低い分電子の放出や取込みが行われやすくなり陰極降下電圧が低くなるので、消費電力や発熱の増大させずにランプ電流を増加させることができる。或いは、電極長を短くしてランプを小形化することができる。特許文献１に係る冷陰極放電ランプにおいても、同様に、ホロー電極の内側にＡｌやＺｒでできた内側電極を設けて、内側電極の仕事関数の方が外側のホロー電極より小さくなるようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０４８９９号公報（段落［０００９］、［００２６］）
【特許文献２】特開２００２−１１７８０４号公報（段落［０００９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
冷陰極放電ランプにおいて、ＡｌやＺｒのようにＮｉより仕事関数が低い金属を電極の一部に用いることによって、消費電力や発熱の増大を抑えながらランプ電流を増加させたり、或いは電極長を短くしてランプを小形化することができるのであるが、よく知られているように、ＡｌやＺｒは水銀アマルガムを作りやすい性質の強い金属で、放電媒体のガスに水銀蒸気を含む蛍光ランプの電極材料としては敬遠される金属である。
【０００９】
特許文献１や特許文献２に係る冷陰極放電ランプにおいて、電極全体をＡｌだけ又はＺｒだけで構成しないのはこの理由による。電極全体では円筒状などのホロー電極構造になるようにして表面積を増大させ、同時に電極でのスパッタリングをほとんど電極の筒の中に閉じこめるようにして、いわゆるホロー電極効果で高輝度化をはかりながら、アマルガムを作りやすいＡｌやＺｒは筒状電極の底のほうにだけ用いるようにして、ＡｌやＺｒと放電気体との接触面積を極力小さくし、電極表面でのスパッタによって放出されたＡｌ或いはＺｒの原子が放電媒体中の水銀原子と結びつく機会を少なくすることで、水銀アマルガムの形成が原因のランプの短寿命化を避けているのである。
【００１０】
しかしながら、放電現象を利用する限り、必然的に電極表面ではスパッタ現象が生じるので、ＡｌやＺｒによる水銀アマルガムの形成は防ぎ切れるものではない。結局、特許文献１や特許文献２に係る技術では、電極はホロー電極構造のものに限定され、それでもランプの短寿命化は避けられないことになる。
【００１１】
尚、特にＡｌはスパッタ率が大きくスパッタによる損耗が大きいので、この理由からも放電ランプの電極材料には適していない。
【００１２】
以上のことから、ジルコニウムより仕事関数が低くて、電極の小形化或いはランプ電流の増大に有効で、水銀アマルガムを形成しにくくて、ランプの短寿命化防止に有効な電極材料が望まれる。
【００１３】
従って本発明は、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、電極を仕事関数の小さい材料で形成して、小形で輝度の高い冷陰極放電ランプを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、また、水銀アマルガムを作りにくい材料を用い、電極の表面をその電極材料で形成できるようにして、ランプ寿命が長く、電極構造の自由度に富む冷陰極放電ランプ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】
【００１５】
本発明の冷陰極放電ランプは、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、前記電極の少なくとも表面がジルコニウム（Ｚｒ）の炭化物、タングステン（Ｗ）の炭化物、タンタル（Ｔａ）の炭化物、チタン（Ｔｉ）の炭化物、ニオブ（Ｎｂ）の炭化物、ハフニウム（Ｈｆ）の炭化物若しくはモリブデン（Ｍｏ）の炭化物又はそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプであって、電極長さは短かくランプ電流は大きい、小形で高輝度の冷陰極放電ランプを提供できる。また、水銀アマルガムの形成の少ない、長寿命で電極形状の自由度に富む冷陰極放電ランプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る冷陰極放電ランプ１００の、一部切欠き断面を含む側面図である。図１を参照して、外径が１．６〜６ｍｍ、肉厚０．２〜０．６ｍｍで、長さが５０〜１０００ｍｍ程度のガラス管１の両端にＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金製のリード４を封止してある。ガラス管１の内部には、放電媒体のガスとして、キセノンやアルゴンのような希ガスと水銀蒸気との混合ガスが封入されている。ガスの圧力は、１，３００〜２０，０００Ｐａである。また、ガラス管１の内面には蛍光体層２を形成してある。そして、それぞれのリード４のガラス管の中に入り込んだ部分は径が太くなっていて、その太径部分４Ａの先端に、本発明に係る電極３が固着されている。
【００１８】
２つの電極３は、少なくとも表面がＺｒの炭化物（ＺｒＣ）、Ｗの炭化物（ＷＣ）、Ｔａの炭化物（ＴａＣ）、Ｔｉの炭化物（ＴｉＣ）、Ｎｂの炭化物（ＮｂＣ）、Ｈｆの炭化物（ＨｆＣ）若しくはＭｏの炭化物（）又は、それらの２種以上の混合物になっている。表１に、各種高融点金属の仕事関数と、それら高融点金属の各炭化物の仕事関数を示す。
表１
2005085472.tif 000003
【００１９】
表１に示されるように、上に述べた７種の高融点金属の炭化物ＺｒＣ、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、ＭｏＣはいずれも仕事関数がＮｉより低く、更にＺｒよりも低い。従って、前述の特許文献１や特許文献２に係るＺｒを電極に使った冷陰極放電ランプと比べて、電極３の形状及び寸法が同一であれば、より多くのランプ電流を流すことができる。つまり、輝度を高くできる。或いは、ランプ電流が同じであれば、電極３の長さＬを短くできる。換言すれば、電極間距離を同じにしておきながらランプの全長（ガラス管１の全長）を短くできる。
【００２０】
以下に、電極３の構造について、いくつかの実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図２（ａ）は、棒状電極３の一方の端部にリード４の太径部４Ａを接続した状態を示す斜視図である。電極３は中実の棒状であり、高融点金属のＺｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＨｆまたはＭｏを棒状に切削加工し、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
【００２２】
あるいは、高融点金属の炭化物ＺｒＣ、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣまたはＭｏＣそのものを棒状に切削加工して得ることができる。
【実施例２】
【００２３】
図２（ｂ）は、筒状の電極３の一方にリード４の太径部４Ａを接続した状態を示す斜視図である。電極３は両底面無蓋の筒状であり、一方の開口部からリードの太径部４Ａを挿入して接続してある。この筒状電極３は、高融点金属のＺｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＨｆまたはＭｏの板材を筒状にプレス加工して、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
【００２４】
または、上記７種類の金属以外の他の電極金属、例えばＮｉの薄板を筒状にプレス加工し、この筒状Ｎｉの表面に上記の高融点金属の炭化物ＺｒＣ、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣまたはＭｏＣの層を、スパッタ法またはイオンプレーティング法或いは蒸着法によって形成することにより得ることができる。
ことにより得ることができる。
【実施例３】
【００２５】
図２（ｃ）は、カップ状の電極３の底面にリード４の太径部４Ａを接続した態を示す斜視図である。電極３は円筒の一方の端面は無蓋、一方の底面は有底のカップ状であり、高融点金属のＺｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＨｆまたはＭｏの板材を筒状にプレス加工しておいて、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
【００２６】
または、上記７種類の金属以外の他の電極金属、例えばＮｉの薄板を筒状にプレス加工し、この筒状Ｎｉの表面に上記の高融点金属の炭化物ＺｒＣ、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣまたはＭｏＣの層を、スパッタ法またはイオンプレーティング法或いは蒸着法によって形成することにより得ることができる。
【００２７】
次に、本発明者は、電極３を金属Ｚｒまたは金属Ｔｉで作った場合と、それら金属の炭化物ＺｒＣまたはＴｉＣで作った場合とでランプの寿命を比較した。ガラス管１の形状、寸法、放電媒体のガス種、ガス圧、蛍光体層２、電極構造などを同じにし電極材料だけを変えた冷陰極放電ランプについて、加速試験により水銀アマルガムの形成が原因のランプ寿命を求めたところ、金属Ｚｒ製の電極とＴｉ製の電極の場合は５００ｈの寿命であったのに対し、炭化物ＺｒＣ製の電極とＴｉＣ製の電極の場合は１０，０００ｈで、電極材料としての炭化物の優位性を確認した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明により、熱陰極放電ランプに比べ細管化に有利な冷陰極放電ランプをより小形化、より高輝度化することができる。このことは、一例として、液晶テレビジョンや液晶ディスプレイのような液晶表示機器あるいは、ファクシミリや複写機、イメージスキャナなどのようなＯＡ機器を小形化に本発明が寄与することを示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る冷陰極放電ランプの、一部切欠き断面を含む斜視図である。
【図２】本発明の冷陰極放電ランプにおける電極の実施例を示す斜視図であり、分図（ａ）は棒状の電極の場合、分図（ｂ）は筒状の電極の場合、分図（ｃ）はカップ状の電極の場合を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１    ガラス管
２    蛍光体層
３    電極
４    リード
４Ａ    リードの太径部
１００    冷陰極放電ランプ
【図１】
2005085472.tif 000004
【図２】
2005085472.tif 000005