JP3671976B2 - 低圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は液晶パネルのバックライト、一般照明用光源、紫外線光源等に用いられる低圧放電ランプおよびその製造方法に関するものである。

このような従来の低圧放電ランプ、例えば冷陰極蛍光ランプには、点灯中、イオン衝撃によってエミッタの飛散を防止するために、エミッタをホロー状電極の内面に被着されたものが知られている（特開昭６４−３３８４４号公報）。

エミッタには、通常、バリウム、ストロンチウム、カルシウム等の混合炭酸塩を加熱分解して活性化し、混合酸化物としたものが用いられている。

しかしながら、一般に冷陰極蛍光ランプでは、ホロー状電極の開口径が数ｍｍしかないので、例えばエミッタ材料を電極内に注入して、その内面にエミッタ材料を塗布すると、表面張力の影響により塗布後のエミッタの膜厚が不均一（最大膜厚が平均膜厚の５倍以上）になる。そして、このエミッタの膜厚の不均一と、炭酸塩から酸化物への加熱分解（活性化）時のエミッタの熱収縮とにより、エミッタのうち膜厚の厚い部分が電極から剥離し、その剥離したエミッタがランプの搬送時の振動等によって電極から脱落して、数千時間点灯経過後に、陰極降下電圧を低下させるというエミッタ効果の消失が生じてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、スリーブ内面に被着したエミッタが、電極からのエミッタの剥離、脱落を抑制し、エミッタ効果を長時間持続させることのできる低圧放電ランプを提供するものである。

本発明の低電圧放電ランプは、バルブの両端部に、内面にエミッタが被着されたスリーブを有する電極が取り付けられ、前記スリーブは、ビッカース硬度が１６０以下のニッケルまたはニッケル合金からなる。

この構成により、スリーブ内面に被着したエミッタが、炭酸塩から酸化物への加熱分解（活性化）時に、熱収縮してもエミッタの剥離、脱落が起こるのを抑制することができる。

以上説明したように、本発明は、スリーブ内面に被着したエミッタが、エミッタの活性化時にエミッタの熱収縮によってエミッタが電極から剥離、脱落するのを抑制することができるので、エミッタ効果を長時間持続させることができる低圧放電ランプを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプは、図１に示すように、例えばホウケイ酸ガラスからなるバルブ１と、このバルブ１の両端部に取り付けられた電極２とを備えている。なお、冷陰極蛍光ランプの両端部は、同一構造であるので一端部のみを図示して説明する。

バルブ１は、全長が９０ｍｍ、外径が１．８ｍｍ、内径が１．４ｍｍである。

このバルブ１の端部は、ガラスビード３によって封止されている。

バルブ１の内面には、蛍光体４が塗布されている。この蛍光体４は、例えば、（Ｙ，Ｅｕ）₂Ｏ₃、（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ₄、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の三波長型蛍光体からなる。

また、バルブ１内には、所定量の水銀とともに、ネオンとアルゴンとの混合ガスが１１ｋＰａ封入されている。

電極２は、内面と外面の一部とにエミッタ５が被着された有底の円筒状スリーブ６と、このスリーブ６の底部に例えば抵抗溶接によって一体化された内部リード線７とを有している。他端部の電極２（図示せず）との電極間距離は８０ｍｍである。

エミッタ５には、アルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム）、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム）、アルカリ金属の酸化物、電子放射性物質（ランタン、イットリウム、ランタンバリウム（ＬａＢ₆）、炭素）、またはこの電子放射性物質の酸化物のうち少なくとも一種を主成分とするものを用いた。

スリーブ６は、外径が１．０ｍｍ、内径が０．８ｍｍ、長さが３．０ｍｍであり、エミッタ５の活性温度（例えば１１００℃）以上の耐熱性を有する金属、例えばニッケル、ステンレス、コバルト、鉄、またはニッケル合金等からなる。ただし、活性化の必要がないエミッタ（アルミン酸バリウム、セシウム化合物等）を用いる場合は、通常の製造工程中の排気行程での排気温度（例えば５００℃）以上の耐熱性を有する金属であればよい。

スリーブ６の開口端から２．７ｍｍの位置の側壁には、直径０．２ｍｍの貫通孔８が１つ設けられている。このように貫通孔８を底部近傍に設けることにより、後述する吸い上げ塗布の場合では、エミッタの塗布（被着）量を多くすることができるので、後述するエミッタ効果をより長時間持続させることができる。

内部リード線７は、外径が０．６ｍｍであり、タングステン等からなる。また、この内部リード線７は、ガラスビード３を貫通してバルブ１の外方に導出され、外径０．４ｍｍのニッケルからなる外部リード線９に接続されている。

次に、このような冷陰極蛍光ランプの製造方法について説明する。

あらかじめ内部リード線７と、側壁に貫通孔８を設けた有底の円筒状スリーブ６とを一体化しておく。

そして、このスリーブ６の開口側の先端を比重１．２のエミッタ材料液（図示せず）に浸け、毛細管現象によってスリーブ６の内面にエミッタ材料液をスリーブ６の開口部から浸透させる。この浸透時、スリーブ６内の空気は貫通孔８から抜け出る。

このようにして、スリーブ６の内面にエミッタ材料（図示せず）を塗布する（以下、吸い上げ塗布という）。

エミッタ材料液には、酢酸ブチル液とニトルセルロースの調合液２０ｌに、例えば炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）と炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ₃）との粉末をモル比ＢａＣｏ₃：ＳｒＣＯ₃＝２：１となるようにそれぞれ混合した混合粉末を１０ｋｇ調合した混合炭酸塩サスペンジョンを用いた。

次に、スリーブ６をエミッタ材料液から引き上げ、空気中で自然乾燥させた後、スリーブ６の外面に付着したエミッタ材料の一部を布で拭き取る。ただし、スリーブ６の内面全体には、エミッタ材料が塗布されており、また貫通孔８内にもエミッタ材料液が浸透し、貫通孔８はエミッタ材料で塞がれた状態にある。

この塗布したエミッタ材料をアルゴン雰囲気の還元炉内（内部温度：約１１００℃）に入れ、エミッタ材料を加熱分解して活性化する。

このようにして、電極２のスリーブ６にエミッタ５を被着する。その後、この電極２を用い、通常の製造方法によって冷陰極蛍光ランプ（以下、本発明品Ａという）を製造する。

次に、本発明品Ａを用い、陰極降下電圧を低下させるというエミッタ効果についての検討を行った。

そこで、まず本発明品Ａについて、振動テストを行い、電極２からのエミッタ５の脱落率（％）を調べた。

ここでいう脱落率とは、バルブ１内を目視によって観察し、バルブ１内に０．２５ｍｍ³以上の脱落したエミッタ５片が１つでも存在すれば「不良品」とし、全サンプル数に対する「不良品」数の割合を示すこととする。

振動テストは、ランプに対して、周波数が１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ、かつ振幅が２ｍｍの振動と、周波数２２Ｈｚ〜５００Ｈｚ、かつ加速度が１４．７ｍ／ｓ²の振動との２つの振動をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に各３０分間ずつ印加して行った。

なお、比較のために、貫通孔のない点を除いて本発明品Ａと同じ構成を有する冷陰極蛍光ランプ（以下、比較品Ａという）についても、本発明品Ａと同じ振動テストを行い、電極からのエミッタの脱落率（％）を調べた。

本発明品Ａおよび比較品Ａのサンプル数は、各々１０００本ずつである。

また、本発明品Ａおよび比較品Ａには、ニッケル（ビッカース硬度１８０）からなるスリーブを用いた。

上記振動テストの結果、本発明品Ａでは、エミッタ５の脱落率が０％であった。一方、比較品Ａでは、エミッタの脱落率が３０％であった。

このような結果となったのは、本発明品Ａの場合、比較品Ａに比して、スリーブ６の内面に被着されたエミッタ５の膜厚が均一であるため、炭酸塩から酸化物への活性化時にエミッタ５が熱収縮してもエミッタ５に剥離が生じないためであると考えられる。

また、上記振動テスト後の本発明品Ａと、比較品Ａとにおいて、エミッタ効果の確認を行った。

本発明品Ａと、比較品Ａとにおいて、周囲温度２５℃、無風の条件下で高周波点灯回路（図示せず）を用いて各々点灯（ランプ電流５ｍＡ、点灯周波数６０ｋＨｚ）させ、ランプ電圧（Ｖｒｍｓ）の経時変化を調べたところ、図２に示すとおりの結果が得られた。なお、本発明品Ａの結果を記号イで、比較品Ａの結果を記号ロでそれぞれ示した。

図２から明らかなように、本発明品Ａでは、ランプ電圧が点灯初期から１００００時間点灯経過後までほぼ一定、つまり２２０Ｖｒｍｓ（実効値）を維持した。一方、比較品Ａでは、ランプ電圧が徐々に上昇し、５０００時間点灯経過後にはランプ電圧が２８０Ｖｒｍｓに上昇した。これは、比較品Ａではエミッタの脱落が生じたためエミッタ効果が消失し、本発明品Ａではエミッタ５の脱落が生じなかったため、エミッタ効果を長時間持続することができたものである。

以上のように本発明の第１の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプの構成によれば、スリーブ６内面へのエミッタ材料の塗布を吸い上げ塗布によって行うことができるので、スリーブ６の内面にエミッタ５をその膜厚が均一になるように被着することができ、エミッタ５の活性化時にエミッタ５の熱収縮によってエミッタ５が電極２（スリーブ６）から剥離、脱落するのを抑制することができる。その結果、エミッタ効果を長時間持続させることができる。また、スリーブ６内面へのエミッタ材料の塗布を吸い上げ塗布が可能となった結果、スリーブ６内面へのエミッタ５の被着を容易に行うことができる。

ところで、上記した貫通孔８の面積は０．０１ｍｍ²以上０．２５ｍｍ²以下であることが好ましい。以下、その理由について説明する。

貫通孔８の面積を０．００５ｍｍ²以上０．４ｍｍ²以下の範囲で種々変化させた点を除いて本発明品Ａと同じ構成を有する冷陰極蛍光ランプを作製し、各作製したランプを上記と同じ条件で振動テストを行い、電極２からのエミッタ５の脱落率、および吸い上げ塗布成功率を調べたところ、表１に示すとおりの結果が得られた。

なお、サンプル数は、各１０００本ずつである。

また、ここでいう吸い上げ塗布成功率とは、全サンプル数に対する、スリーブ内にエミッタ材料を吸い上げることが不可能または極めて困難であるサンプル数の割合を示すこととする。

表１に示すように、貫通孔８の面積が０．２５ｍｍ²以下では、エミッタ５の脱落率が０％であった。一方、貫通孔の面積が０．２５ｍｍ²を越える場合、例えば０．３０ｍｍ²ではエミッタの脱落率が１０％、０．４０ｍｍ²では脱落率が２０％であった。これは、貫通孔の面積が０．２５ｍｍ²を越える場合、エミッタのうち貫通孔内に入った部分がエミッタの膜厚の厚い部分となり、その部分が炭酸塩から酸化塩への活性化時に脱落しやすいためであると考えられる。

また、貫通孔８の面積が０．０１ｍｍ²以上では、吸い上げ塗布成功率が１００％であった。一方、貫通孔の面積が０．０１ｍｍ²未満では、例えば０．００７ｍｍ²では吸い上げ塗布成功率が９０％、０．００５ｍｍ²では吸い上げ塗布成功率が８０％であった。これは、貫通孔の面積が０．０１ｍｍ²未満の場合、吸い上げ塗布時、貫通孔からの空気の抜けが悪くなり、エミッタ材料液をスムーズに吸い上げることができないためであると考えられる。

したがって、貫通孔８の面積を０．０１ｍｍ²以上０．２５ｍｍ²以下に規定することにより、貫通孔８が空気の抜け穴として十分に機能して、スリーブ６内へのエミッタ材料液の吸い上げをスムーズに行うことができ、またエミッタ５のうち貫通孔８内に入っている部分の脱落を抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、貫通孔８をスリーブ６の側壁の底部側近傍に設けた場合について説明したが、例えば貫通孔８を内部リード線との接続部を除くスリーブの底部に設けてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態である冷陰極蛍光ランプ（以下、本発明品Ｂという）は、図３に示すように、一端部が絞り込まれた無底の円筒状スリーブ１０と、内部リード線７とが一体化されている電極１１がバルブ１の両端部に取り付けられている点を除いて本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプと同じ構成を有している。なお、冷陰極蛍光ランプの両端部は、同一構造であるので一端部のみを図示して説明する。

スリーブ１０は、最大外径が１．１ｍｍ、最大内径が０．９ｍｍ、全長が３ｍｍであり、一端部の絞り込まれた部分の内径が内部リード線７の外径とほぼ同じ０．６ｍｍであり、その長さが１ｍｍである。

外径が０．６ｍｍのタングステン等からなる内部リード線７の一部がこのスリーブ１０の絞り込まれた部分に挿入され、その絞り込まれた部分が圧着されることにより、内部リード線７とスリーブ１０とが一体化される。

この一体化の際、内部リード線７とスリーブ１０との間には、隙間がないように圧着されている。したがって、内部リード線７の端面が本発明品Ａに用いたスリーブ６の底面に相当するので、本実施の形態である冷陰極蛍光ランプに用いた電極１１は、上記第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプに用いた電極２とほぼ同等の外形形状からなると言える。

スリーブ１０の開口端から１．７ｍｍの位置の側壁には、直径０．２ｍｍの貫通孔８が１つ設けられている。

以上のような本発明の第２の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプにおいても、上記本発明の第１の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプと同様に、スリーブ１０内面へのエミッタ５の塗布を吸い上げ塗布によって行うことができるので、スリーブ１０の内面にエミッタ５をその膜厚が均一になるように被着することができ、エミッタ５の活性化時のエミッタ５の熱収縮によってエミッタ５が電極１１（スリーブ１０）から剥離、脱落するのを抑制することができる。その結果、エミッタ効果を長時間持続させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態である冷陰極蛍光ランプ（以下、本発明品Ｃという）は、ビッカース硬度１６０以下のニッケルからなるスリーブを有する電極（図示せず）がバルブ（図示せず）の両端部に取り付けられている点を除いて本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプと同じ構成を有している。

スリーブのビッカース硬度は、約８００度の希ガス雰囲気中または真空中で、５分間のアニールを施すことにより、すなわち焼きなましをすることにより低下させた。上記条件の場合、スリーブのビッカース硬度は、１５０になる。

ここで、本発明品Ｃについて、暗所での始動性についての検討を行った。

なお、暗所とは、周囲照度が０．１ルックス以下の空間とする。

上記検討を行うにあたって、電極からのエミッタの剥離率（％）、および始動確率（％）を調べた。

なお、ここでいう剥離率とは、スリーブの内面に被着したエミッタを顕微鏡等によって観察し、エミッタが電極から０．１ｍｍ以上剥離していたものを「不良品」として、全サンプル数に対する「不良品」数の割合を示すこととする。

また、ここでいう始動確率とは、全サンプル数に対する始動したランプ数の割合を示すこととする。

まず、スリーブのビッカース硬度が１５０である本発明品Ｃと、焼きなましを行っていないニッケル（ビッカース硬度１８０）からなるスリーブを用いた点を除いて本発明品Ｃと同じ構成を有している冷陰極蛍光ランプ（以下、比較品Ｂという）とを各々１０００本ずつ製作し、各々の電極からのエミッタの剥離率を調べた。

その結果、本発明品Ｃでは、エミッタの剥離率が０％であった。一方、比較品Ｂでは、剥離率が３０％であった。これは、比較品Ｂの場合、スリーブ材料として用いたニッケルに歪みが存在し、たとえスリーブの内面にエミッタをその膜厚が均一になるように被着されているとしても、この歪みによって炭酸塩から酸化塩への活性化時に、被着されたエミッタに亀裂等が生じて剥離してしまうためであると考えられる。これに対して、本発明品Ｃの場合、スリーブを焼きなましすることにより、その歪みが減少し、つまりビッカース硬度が低下して、エミッタの剥離を抑制することができる。

次に、本発明品Ｃ（エミッタの剥離率０％）と、比較品Ｂ（エミッタの剥離率３０％）とにおいて、点灯回路（図示せず）の出力電圧および出力時間を種々変化さて暗所で始動したところ、その始動確率は表２に示すとおりの結果となった。

表２に示すように、本発明品Ｃでは、出力電圧が１０００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が２０００ｍｓｅｃの場合、出力電圧が１０００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が５００ｍｓｅｃの場合、および出力電圧が７００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が５００ｍｓｅｃの場合のいずれの場合においても、暗所での始動確率が１００％であった。

一方、比較品Ｂでは、出力電圧が１０００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が２０００ｍｓｅｃの場合、暗所での始動確率が１００％であったものの、出力電圧が１０００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が５００ｍｓｅｃの場合、暗所での始動確率が９０％、また出力電圧が７００Ｖｒｍｓ、かつ出力時間が５００ｍｓｅｃの場合、暗所での始動確率が７０％であった。

したがって、本発明品Ｃでは、比較品Ｂに比して、出力時間が短くても、確実に始動することができる、すなわち暗所での始動性に優れていることが確認された。これは、本発明品Ｃの場合、剥離率が０％であるために、剥離率が３０％である実施例１に比して、電子放射効率が高いためであると考えられる。

以上のような本発明の第３の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプの構成によれば、上記本発明の第１の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプの効果に加えて、電極からのエミッタの剥離を抑制することができるので、エミッタの光電効果を十分に発揮させることができ、わずかな光の照射で、放電を開始させるのに十分な電子が電極から放射され、暗所での始動性を向上させることができる。

なお、上記第３の実施の形態では、ニッケルからなるスリーブを用いた場合について説明したが、ニッケル合金からなるスリーブを用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態である冷陰極蛍光ランプ（以下、本発明品Ｄという）は、内面にダイヤモンドからなるエミッタが被着されたスリーブを有する電極（図示せず）がバルブ（図示せず）の両端部に取り付けられている点を除いて本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプと同じ構成を有している。

本発明品Ｄでは、上記第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプと同様の製造方法によって製造され、エミッタ材料液としては粒子径が数ｎｍのダイヤモンド微粒子粉を酢酸ブチル溶液に融解したものを用いた。

エミッタの膜厚は、６μｍ〜１２μｍである。

次に、本発明品Ｄについて、点灯にともなうエミッタの残存量についての検討を行った。

本発明品Ｄを、周囲温度２５℃、無風の条件下で高周波点灯回路を用いて点灯（ランプ電流１０ｍＡ、点灯周波数１００ｋＨｚ）させ、１０００時間点灯経過後のエミッタの残存量を調べたところ、次のとおりの結果が得られた。

比較のために、酸化バリウムと酸化ストロンチウムとの混合体からなるエミッタがスリーブの内面に被着された点を除いて本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプと同じ構成を有している冷陰極蛍光ランプ（以下、比較品Ｃという）についても、本発明品Ｄの場合と同条件で１０００時間点灯経過後のエミッタの残存量を調べた。

なお、ここでいうエミッタの残存量とは、バルブの内面に付着したエミッタ量と、１０００時間点灯経過後にスリーブに被着していたエミッタ量との和に対する１０００時間点灯経過後にスリーブに被着していたエミッタ量の割合を示すこととする。

その結果、本発明品Ｄでは、１０００時間点灯経過後のエミッタの残存量が９７％であった。一方、比較品Ｃでは、１０００時間点灯経過後のエミッタの残存量が８５％であった。これは、本発明品Ｄに用いたダイヤモンドからなるエミッタが、比較品Ｃに用いたエミッタに比して、点灯時のイオン衝撃によるスパッタが起こりにくいためであると考えられる。

以上のような本発明の第４の実施の形態にかかる冷陰極蛍光ランプの構成によれば、点灯時のイオン衝撃によってエミッタがスパッタされるのを抑制することができるので、エミッタ効果をより長時間持続させることができる。

なお、上記各実施の形態では、貫通孔８を１つ設けた場合について説明したが、貫通孔８を２つ以上の複数個を設けても上記と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態である冷陰極蛍光ランプの一端部を示す正面断面図 点灯経過時間とランプ電圧との関係を示す図 本発明の第２の実施の形態である冷陰極蛍光ランプの一端部を示す正面断面図

符号の説明

１ バルブ
２，１１ 電極
５ エミッタ
６，１０ スリーブ
８ 貫通孔

Claims (2)

1. バルブの両端部に、内面にエミッタが被着されたスリーブを有する電極が取り付けられ、前記スリーブは、ビッカース硬度が１６０以下のニッケルまたはニッケル合金からなることを特徴とする低圧放電ランプ。
2. 前記エミッタはダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１記載の低圧放電ランプ。

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