JPH0443549A - 冷陰極蛍光ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は冷陰極蛍光ランプ装置において、異状グロー放
電領域で点灯させても管端黒化を低減できるようにした
ものである。

（従来の技術） イオンが電極に衝突して電子を叩き出すいわゆるγ効果
を利用した冷陰極蛍光ランプは長寿命であるため、複写
機、ファクシミリの光源あるいは液晶表示装置のバック
ライトなどに使用されている。しかし、この種冷陰極蛍
光ランプは陰極降下電圧が高いため、電極物質すなわち
電極を構成した物質のスパッタが生じ、寿命中に管端部
の黒化が進行する。冷陰極蛍光ランプの陰極降下電圧（
ｖｋ）は電極電流密度（ｊｋ）と封入ガス圧（ｐ）に依
存しており１．ｊｃ／ｐ２の増加に伴ない上昇する。従
って、スパッタを抑え黒化を少なくするにはｊ＋ｃ／ｐ
”をできるだけ小さくしてｖｋが低くなるようにし。

寿命試験による黒化の程度をもとに封入ガス圧、電極面
積（電極の放電にあずかる部分の総面積）、ランプ電流
などを決定し、ランプとその点灯回路とをセットにして
設計していた。

しかし、このような冷陰極蛍光ランプにおいては寿命が
１０，０００時間以上あり、実用上耐えられるレベルに
あるかどうかを判定するのに長時間を要する。そこで、
比較的陰極降下電圧も低く、スパッタによる黒化も少な
い正規グロー放電に近いｊｋ／ｐ”領域、すなわち電流
を変えても陰極降下電圧Ｖｋがほとんど変らないｊｋ／
ｐ”領域で使用することが推奨されている（’８９．照
明学会東京支部大会翫４）、この報告では電極をニッケ
ル（Ｎｉ）で構成し、アルゴン（Ａｒ）を主体とする希
ガスを水銀とともに封入してなる冷陰極蛍光ランプ装置
の場合、ｊｋ／ｐ８≦８　Ｘ　１０１０−３（／　ｄ−
Ｔｏｒｒ”　）で点灯することを推奨している。なお、
電極にニッケルを用いるのは、価格、加工性、ガス放出
特性、スパッタ率など総体的に茜て優れているからであ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、昨今の液晶表示装置の技術的進歩はめざ
ましく、これに対応してバックライトの薄形化、高輝度
化および発光効率の向上が益々強く要望されてきた。こ
のような要望を満足するためには冷陰極蛍光ランプの細
管化、大電流化、低ガス圧化が必要である。しかしこの
場合、異常グロー放電がかなり進んだｊｉｔ／ｐ”領域
で動作させるため、ランプの管端黒化が早期に進行する
。この結果、従来は管端部の黒化領域の広がりや輝度低
下がバックライトの輝度特性に影響を与えないように、
管端部のデッドスペース、すなわち液晶表示装置の範囲
外に位置させることによってその部分が黒化しても照明
に影響しないように管端部分を大きくする設計が求めら
れている。しかし、このことはバックライトの利用率（
有効発光面積／バックライト全面積）を悪化させる。以
上述べた理由によって、バックライトの小形化、薄形化
、高輝度化、発光効率向上を総て満足させることが困難
であった。

そこで、本発明の課題は異常グロー放電を生ずるべきｊ
ｋ／ｐ”領域で点灯しても管端黒化が少ないように動作
条件を定め、バックライト用に用いたとき管端部のデッ
ドスペースを小さくできる冷陰極蛍光ランプ装置を提供
することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は冷陰極蛍光ランプ装置において、ランプの電極
の電流密度をｊｋ　（ｍＡ／　ａｊ　）　、陰極降下電
圧をＶ＋ｃ　（Ｖ）　、封入希ガス圧力をｐ　（Ｔｏｒ
ｒ）、電極と上記バルブ壁との平均距離をｄ（ｃ■）と
したとき。

ｊｋ−■、／Ｐ−ｄ≦０．３　（Ｗ／Ｔｏｒｒ”ｄ）で
かつ　ｊｋ／ｐ”≧１，０ＸＩＯ−”　（ｍＡ／ｃｄ４
ｏｒｒ”）を満足する条件で点灯することによって管壁
黒化を少なくしたものである。

（作　用） 電極物質のスパッタ量は電極を衝撃したイオンのエネル
ギ量ｊｋ’　Ｖｉ＋に比例し、スパッタした電極物質が
管壁に到達する時間的割合いは移動抵抗と距離との積ｐ
−ｄ　　に逆比例する。したがって。

九・ｖ／Ｐ−ｄが黒化の実用限界内であれば異常グロー
放電領域ｊｋ／ｐ”≧１．ＯＸ　１０−”で放電させて
も。

長期点灯に耐えて管壁黒化が少なく長寿命である。

〔実施例〕

以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する６図
中、（１）は冷陰極蛍光ランプ、（２）はこのランプ（
１）を点灯させる点灯回路、（３）はこの点灯回路（２
）と冷陰極蛍光ランプ（１）との間に介挿された安定器
である。

上記冷陰極蛍光ランプ（１）はガラス製直管形バルブ（
１１）の両端をステム（１２）、（１２）で閉塞し、こ
れらステム（１２）を貫通したリード線（１３）、（１
３）にニッケル製の電極（１４）、　（１４）が装着さ
れている。

そして、バルブ（１１）内には水銀とともにアルゴンが
封入されている。なお、バルブ（１１）内面には蛍光膜
が形成しであるが図面では省略しである。つぎに本冷陰
極蛍光ランプ（１）の各部寸法および組成を示す。

バルブ（１１）の内径Ｄ　　　６〜１０　ｍｍ電極（１
４）、（１４）間距離Ｌ２〜４　ａｍアルゴン封入圧力
　　　５〜４０　Ｔｏｒｒつぎに１本実施例冷陰極蛍光
ランプ装置の作用、特に管端黒化を軽減する作用登説明
する。

点灯装置（２）を作動させると、画電極（１４）　、　
（１４）間に放電が生起して紫外線を放射し、この紫外
線が図示しない蛍光膜を励起して可視光を放射させる。

しかして、本発明者は冷陰極蛍光ランプの管端黒化は次
のようにして生じると考えた。

第１ステップ：陰極降下部で加速されたイオンが電極に
衝突した結果、電極物質のスパッタが生じる。

第２ステップ：スパッタした電極物質は管内に封入した
希ガス中を拡散して行き、管壁に付着する。

第３ステップ：付着物が堆積してくると黒化として発現
する。

以上のように考えると、第１ステツプに及ぼすランプ設
計パラメータは電極電流密度ｊｋと陰極降下電圧ｖｋと
であり、第２ステツプに及ぼすランプ設計パラメータは
封入ガス圧ｐと電極・管壁間の平均距離ｄとである。ま
た、第３ステツプは電極物質が管壁に堆積する速度を光
吸収率μで表現すれば黒化度はｅｘｐ　（−μｔ）で表
わされる。簡単な考察により、μは九・Ｖｋ／Ｐ−ｄの
関数と推測される。

ここで、ｊｋ”Ｖｉｔは電極を衝撃したエネルギを表わ
し、スパッタの量に関係する。また、ｐ−ｄはスパッタ
した電極物質が管壁へ到達する時間的割合いを表わす。

そこで、管径Ｄ、封入ガス圧Ｐ、電極電流密度ｊｋをパ
ラメータに取り、ニッケル電極に対してμトｊｋ−ｖｋ
／Ｐ−ｄとの関係を調べた。パラメータの範囲は管内径
りを４〜１０ｍｍ、封入ガス圧ｐを５〜４０Ｔｏｒｒ、
電極電流密度ｊｈを５〜２０ｓ＋Ａ／　ａｌである。従
って換算電流密度は、０．００３≦ｊｋ／ｐ”≦０．８
（諷Ａ／ａｔ・Ｔｏｒｒ”　）である。また、電極（１
４）は５Ｘ１０Ｘ０．３＋ｉｍの平板形状のものを用い
、電極間距離は陰極降下電圧のみを測定するために２〜
４−一とした。

この試験ランプを５ｈｒ、１０ｈｒおよび２０ｈｒ点灯
させた後の明るさ（Ｉ）を測定し、実験的に光吸収率μ
を求め異状グロー領域における強制試験を行った。この
試験結果を第２図に示す０図は横軸に点灯時間をｈｒの
単位でとり、縦軸にＱゎ（Ｉ／Ｉ。）すなわち初期の明
るさ工。に対する点灯中の明るさ工の割合いの自然対数
をとったもので、曲線（Ａ）はｊｈ”Ｖｈ／ｐ−ｄが小
さい場合、曲線（Ｂ）はｊｋ”Ｖｋ／Ｐ”ｄが大きい場
合のそれぞれのＱ−Ｉ／Ｉｏ曲線すなわち−μｔを示す
。

つぎに、九・Ｖ／Ｐ−ｄとμとの関係を第３図に示す。

図は横軸ニＱｏｇ（ｊｋ−ｖｋ／Ｐ−ｄ）をとり、縦軸
にＱｏｇμをとったもので、曲線（Ｃ）は黒化曲線、鎖
線は実用上問題にならない限界の黒化程度を示す、これ
らの図から光吸収率μはｊｋ−ｖｋ／Ｐ−ｄの関数でＱ
ｏｇμハＱＯｇ（、ｊｔ’Ｖｋ／ｐ−ｄ）に比例するこ
とが解る。また、使用したときに実際に問題にならない
黒化の程度（第３図の鎖線）を調べるとｊｋ−ｖｋ／Ｐ
−ｄが０．３（Ｖ／Ｔｏｒｒ・ｃ！Ｉｒ）に対応するこ
とが解った。

つぎに、電極の形状を平行平板、円筒などに変えて同様
な実験を行なったが、黒化に対するｊｋ・Ｖ、／ｐ−ｄ
の上限は同じであった。したがって、ランプ設計パラメ
ータｊｋ、　ｖｋ、　ｐ、　ｄで定義されるｊｋ・Ｖ、
／ｐ−ｄという量を０．３（Ｖ／Ｔｏｒｒ−ａｊ）以下
になるよう設計すれば、異状グロー放電領域ｊｋ／ｐ”
≧１．ＯＸ　Ｉ　Ｏ−”　（ｍＡ／　ａＪ　・丁ｏｒｒ
”　）で点灯しても、長期間にわたって黒化を低く抑え
ることができ、声た、パラメータの変化に対する黒化の
進行程度を容易に予測することができる。

以上の実験はニッケル製電極に対して行なったが、ニッ
ケルを主体とする材料たとえば鉄・ニッケル合金などで
も同じ結果が得られ、また、ニッケルに鉄以外の他の物
質たとえばアルミニウム（ＡＱ）、ジルコニウム（Ｚｒ
）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）などを添加してなる電極
に対しても同じ実験を行なえば、ｊｋ’Ｖｂ／ρ・ｄに
同じ上限を与えることができる。

そこで、本発明におけるランプ装置は、（１）　ｊｂ／
ｐ’≧ｌ　、　ＯＸ　ｌ　０−２（ｓ＋Ａ／　ｃｊ　・
Ｔｏｒｒ”　）の異常グロー放電領域において、 （２）　ｊｉｔ”ｉ＋／Ｐ”≦０．３（Ｖ／Ｔｏｒｒ−
ａＪ）で点灯することにした。この結果、異常グロー放
電領域で使用されているもにもかかわらず長期にわたっ
て黒化が抑えられ、バックライトの薄形化、利用率の向
上、高輝度化、発光効率の向上を満足することが可能に
なった。

なお、放電ガスはアルゴン単独に限らず、アルゴンに少
量のヘリウムやネオンあるいはクリプトンを混入しても
よい。

〔発明の効果〕

このように、本発明の冷陰極蛍光ランプ装置は管形バル
ブの両端部にニッケルを主体としてなる電極を封装し、
アルゴンを主体とした希ガスと水銀とを封入してなる冷
陰極蛍光ランプと、電極の電流密度をｊｉｂ（■Ａ／ｃ
ｄ）、陰極降下電圧をＶｋ　（ｖ）、封入希ガス圧力を
ｐ　（Ｔｏｒｒ）、電極とバルブ壁との平均距離をｄ（
ｃ■）としたとき ｊｋ−ｖｋ／ｐ−ｄ≦０．３　（ｗ／Ｔｏｒｒ−ａ＃）
ｊｓ＋／ｐ”≧１．０Ｘ１０−”　（ｍＡ／ａＪ４ｏｒ
ｒ”）を満足する条件で冷陰極蛍光ランプを点灯する装
置とで構成したので、異常グロー放電領域で使用してい
るにもかかわらず、長期点灯しても管壁黒化が少ない利
点があり、液晶表示装置のバックライトに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷陰極蛍光ランプ装置の一実施例の説
明図、第２図は点灯時間による明るさの変化を示すグラ
フ、第３図はｊｋ”Ｖｋ／Ｐ”ｄと黒化の実用限界との
関係を示すグラフである。 （１）・・・冷陰極蛍光ランプ、（１１）・・・バルブ
、（１２）・・・ステム、（１４）・・・電極、（２）
用点灯回路。 （３）・・・安定器 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 賊翠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 管形バルブの両端部にニッケルを主体としてなる電極を
   封装し、アルゴンを主体とした希ガスと水銀とを封入し
   てなる冷陰極蛍光ランプおよびこれを点灯する装置から
   なり、上記電極の電流密度をｊ＿ｋ（ｍＡ／ｃｍ＾２）
   、陰極降下電圧をＶ＿ｋ（Ｖ）、封入希ガス圧力をｐ（
   Ｔｏｒｒ）、上記電極と上記バルブ壁との平均距離をｄ
   （ｃｍ）としたとき、 ｊ＿ｋ・Ｖ＿ｋ／ｐ・ｄ≦０．３（Ｖ／Ｔｏｒｒ・ｃｍ
   ＾３）でかつｊ＿ｋ／ｐ＾２≧１．０×１０＾−＾２（
   ｍＡ／ｃｍ＾２・Ｔｏｒｒ＾２）を満足する条件で点灯
   することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ装置。