JPH0787090B2 - 熱陰極形蛍光ランプ - Google Patents
熱陰極形蛍光ランプInfo
- Publication number
- JPH0787090B2 JPH0787090B2 JP1020558A JP2055889A JPH0787090B2 JP H0787090 B2 JPH0787090 B2 JP H0787090B2 JP 1020558 A JP1020558 A JP 1020558A JP 2055889 A JP2055889 A JP 2055889A JP H0787090 B2 JPH0787090 B2 JP H0787090B2
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- Japan
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- lamp
- fluorescent lamp
- hot cathode
- cathode
- cathode fluorescent
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は長期点灯しても始動特性が良好で放電が安定な
熱陰極形蛍光ランプに関する。
熱陰極形蛍光ランプに関する。
（従来の技術） 近年、液晶表示装置がAV製品、事務用機器（OA機器）を
はじめ多くの機器に広く使われている。特に、ポータブ
ル液晶カラーテレビジョンは新製品の開発が相次いでお
り、その需要が日毎に増大している。このような液晶表
示装置において、液晶自体は発光しないので、液晶素子
を背後から照明するバックライトを必要とし、その光源
として消費電力、輝度、色再現性などの点から蛍光ラン
プが一般に用いられている。
はじめ多くの機器に広く使われている。特に、ポータブ
ル液晶カラーテレビジョンは新製品の開発が相次いでお
り、その需要が日毎に増大している。このような液晶表
示装置において、液晶自体は発光しないので、液晶素子
を背後から照明するバックライトを必要とし、その光源
として消費電力、輝度、色再現性などの点から蛍光ラン
プが一般に用いられている。
しかして、蛍光ランプの放電形態としては冷陰極グロー
放電と熱陰極アーク放電とがある。前者は長寿命である
が陰極降下損失が大きく、発光効率が悪い。また、後者
は冷陰極に比べると寿命は短いが、陰極降下損失が小さ
く、発光効率が良好である。ところで、ポータブル液晶
テレビジョンは携帯性を考えて電池駆動を採用している
ので、バックライトの消費電力は小さいほど望ましく、
そのため熱陰極形蛍光ランプが魅力的である。それにも
かかわらず、従来、熱陰極形蛍光ランプは寿命に問題が
あるため、現在まであまり実用化されていない。この点
について、たとえば、照明学会、ディスプレー用材料・
デバイス研究調査委員会の報告書（昭和63年３月）にバ
ックライト用冷・熱陰極形蛍光ランプに関する詳しい報
告が記載されている。
放電と熱陰極アーク放電とがある。前者は長寿命である
が陰極降下損失が大きく、発光効率が悪い。また、後者
は冷陰極に比べると寿命は短いが、陰極降下損失が小さ
く、発光効率が良好である。ところで、ポータブル液晶
テレビジョンは携帯性を考えて電池駆動を採用している
ので、バックライトの消費電力は小さいほど望ましく、
そのため熱陰極形蛍光ランプが魅力的である。それにも
かかわらず、従来、熱陰極形蛍光ランプは寿命に問題が
あるため、現在まであまり実用化されていない。この点
について、たとえば、照明学会、ディスプレー用材料・
デバイス研究調査委員会の報告書（昭和63年３月）にバ
ックライト用冷・熱陰極形蛍光ランプに関する詳しい報
告が記載されている。
そこで、本発明者は先に50mA以下の小電流で動作させる
熱陰極形蛍光ランプの寿命を改善するため、ランプの封
入ガス圧（p Torr）と管径（ｄcm）とについて種々研究
と実験を重ねた結果、pd≧13なる関係を満足すれば、フ
ィラメント細線の線径の広い範囲において、陰極輝点を
充分な高温に上昇させ、始動時にグロー放電からアーク
放電への移行を容易にしてエミッタの早期消耗と管壁黒
化とを防止してランプ寿命を長くする効果があることを
見出し、特願昭63−163280号として提案した。
熱陰極形蛍光ランプの寿命を改善するため、ランプの封
入ガス圧（p Torr）と管径（ｄcm）とについて種々研究
と実験を重ねた結果、pd≧13なる関係を満足すれば、フ
ィラメント細線の線径の広い範囲において、陰極輝点を
充分な高温に上昇させ、始動時にグロー放電からアーク
放電への移行を容易にしてエミッタの早期消耗と管壁黒
化とを防止してランプ寿命を長くする効果があることを
見出し、特願昭63−163280号として提案した。
（発明が解決しようとする課題） 上記特願昭63−163280号提案の熱陰極形蛍光ランプは、
上述のとおり点灯初期の始動特性を改善して寿命を長く
する効果があるが、実用化して見ると、約数千時間の寿
命を要求されるバックライト用としては未だ不充分であ
ることが解った。たとえば、管内径ｄ＝6.5mmのランプ
にアルゴンをｐ＝20Torr封入すれば、pd＝13となって上
記条件は満足される。しかし、この蛍光ランプをランプ
で電流15mAで点灯すれば2000時間以上の平均寿命が得ら
れるが、ランプ電流10mAで点灯すれば1000時間足らずで
黒化してしまう。その理由は、点灯初期においてはエミ
ッタ表面の状態が良く仕事関数も低いので、グロー放電
からアーク放電への転移も良く、またアークも安定して
維持されるが、寿命とともにエミッタの表面が汚れ、仕
事関数が高くなり、グロー放電からアーク放電への転移
あるいはアーク放電の安定性の維持が難しくなるためと
考えられる。この現象はpdが同じ値であってもランプ電
流が小さいほど、またコイル線径が大きいほど顕著であ
る。
上述のとおり点灯初期の始動特性を改善して寿命を長く
する効果があるが、実用化して見ると、約数千時間の寿
命を要求されるバックライト用としては未だ不充分であ
ることが解った。たとえば、管内径ｄ＝6.5mmのランプ
にアルゴンをｐ＝20Torr封入すれば、pd＝13となって上
記条件は満足される。しかし、この蛍光ランプをランプ
で電流15mAで点灯すれば2000時間以上の平均寿命が得ら
れるが、ランプ電流10mAで点灯すれば1000時間足らずで
黒化してしまう。その理由は、点灯初期においてはエミ
ッタ表面の状態が良く仕事関数も低いので、グロー放電
からアーク放電への転移も良く、またアークも安定して
維持されるが、寿命とともにエミッタの表面が汚れ、仕
事関数が高くなり、グロー放電からアーク放電への転移
あるいはアーク放電の安定性の維持が難しくなるためと
考えられる。この現象はpdが同じ値であってもランプ電
流が小さいほど、またコイル線径が大きいほど顕著であ
る。
そこで、本発明の課題は小さなランプ電流の熱陰極形蛍
光ランプにおいて、点灯初期から寿命末期に到るまで、
長期にわたり始動特性が良好で管壁黒化が少なく、長寿
命であるランプを提供することである。
光ランプにおいて、点灯初期から寿命末期に到るまで、
長期にわたり始動特性が良好で管壁黒化が少なく、長寿
命であるランプを提供することである。
（課題を解決するための手段） 本発明は小さいランプ電流の熱陰極形蛍光ランプの改良
に関し、請求項の第１は封入ガス圧（p Torr）と管内径
（ｄcm）および陰極降下電圧（Vk V）の関係を pd≧13 かつ、Vk≦15 としたことによって長期点灯しても始動特性が良好にな
るようにしたものである。また、請求項の第２は pd＜13 Vk≦15 かつ、（Vk−10）・pd≧７ としたことにより、請求項第１の範囲外においても同じ
始動特性が得られるようにしたものである。
に関し、請求項の第１は封入ガス圧（p Torr）と管内径
（ｄcm）および陰極降下電圧（Vk V）の関係を pd≧13 かつ、Vk≦15 としたことによって長期点灯しても始動特性が良好にな
るようにしたものである。また、請求項の第２は pd＜13 Vk≦15 かつ、（Vk−10）・pd≧７ としたことにより、請求項第１の範囲外においても同じ
始動特性が得られるようにしたものである。
（作 用） 前述した特願昭63−163280号提案に記載したとおり、pd
≧13を満足した低出力蛍光ランプはフィラメント細線の
太さの広い範囲において、陰極輝点の温度を高くして点
灯時のグロー放電からアーク放電への移行を容易にし、
始動特性が良好になる。しかし、これだけでは、長期点
灯によって、エミッタ汚損による仕事関数の上昇による
始動困難を無くすることができない。そこで、エミッタ
汚損の原因を調査したところ、封装された金属部材から
のスパッタ物質の付着によることが判明した。そこで、
陰極降下電圧を小さくしたことにより、封装金属部材か
らのスパッタを減少させ、エミッタの汚損を防止でき
た。
≧13を満足した低出力蛍光ランプはフィラメント細線の
太さの広い範囲において、陰極輝点の温度を高くして点
灯時のグロー放電からアーク放電への移行を容易にし、
始動特性が良好になる。しかし、これだけでは、長期点
灯によって、エミッタ汚損による仕事関数の上昇による
始動困難を無くすることができない。そこで、エミッタ
汚損の原因を調査したところ、封装された金属部材から
のスパッタ物質の付着によることが判明した。そこで、
陰極降下電圧を小さくしたことにより、封装金属部材か
らのスパッタを減少させ、エミッタの汚損を防止でき
た。
さらに、Vkとpdとが特定の関係にある場合、pd＜13の関
係にあっても陰極輝点温度が高くなり、始動特性が良好
になることが判明し、Vkを小さくした効果と相待って長
期点灯しても始動特性が良好になった。
係にあっても陰極輝点温度が高くなり、始動特性が良好
になることが判明し、Vkを小さくした効果と相待って長
期点灯しても始動特性が良好になった。
（実施例） 以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者は熱陰極のメカニズムを検討していく過程で、
熱陰極の熱電子放出能率と陰極降下電圧の関係に着目し
た。すなわち、ランプ設計パラメータ（ランプ電流、封
入ガス圧、フィラメント細線径など。）にかかわらず、
正常な熱陰極は熱電子を充分に放出できる状態にあると
考えられるので、これは陰極降下電圧に直接反映され
る。1988年IES大会講演NO.20によると、蛍光ランプにお
ける陰極降下部の特性は次式で近似できる。
熱陰極の熱電子放出能率と陰極降下電圧の関係に着目し
た。すなわち、ランプ設計パラメータ（ランプ電流、封
入ガス圧、フィラメント細線径など。）にかかわらず、
正常な熱陰極は熱電子を充分に放出できる状態にあると
考えられるので、これは陰極降下電圧に直接反映され
る。1988年IES大会講演NO.20によると、蛍光ランプにお
ける陰極降下部の特性は次式で近似できる。
IL＝Ii＋Ie …（１） Ie＝Ith＋γIi …（２） Ii＝Ｃ（Vk−Vi）Ie …（３） ここで、IL:ランプ電流 Ii:イオン電流 Ie:電子電流 Ith:熱電子電流 γ：電極の電子放出係数 Vk:陰極降下電圧 Vi:電離している気体の電離電圧 C:ガスの種類によって定まる定数 これらの式（１），（２），（３）から陰極降下電圧Vk
とIth/ILとの関系を求めると次式が得られる。
とIth/ILとの関系を求めると次式が得られる。
そして、この式（４）を図で示したものが第１図であ
る。図は横軸にIth/ILをとり、縦軸にVkをとったもので
ある。この第１図から陰極の熱電子放出が良く、Ith/IL
が１に近づけばVkはVi程度になり、反対に、熱電子放出
が悪く、Ith/ILが小さい場合にはVkが大きくなる。すな
わち、Vkの値から陰極の熱電子放出能力を推定でき、さ
らにVkと寿命試験との対応を付けることにより、適切な
熱陰極を設計することができる。
る。図は横軸にIth/ILをとり、縦軸にVkをとったもので
ある。この第１図から陰極の熱電子放出が良く、Ith/IL
が１に近づけばVkはVi程度になり、反対に、熱電子放出
が悪く、Ith/ILが小さい場合にはVkが大きくなる。すな
わち、Vkの値から陰極の熱電子放出能力を推定でき、さ
らにVkと寿命試験との対応を付けることにより、適切な
熱陰極を設計することができる。
以上の観点から、本発明者はランプの設計パラメータと
Vkとの関係を調査し、この結果を第２図および第３図に
示す。第２図は管内径ｄが0.65cmのものにアルゴンを種
々の圧力ｐで封入し、種々のランプ電流ILで直流点灯し
て陰極降下電圧Vkを測定したもので、横軸にｐをTorrの
単位で、縦軸にVkをＶの単位でとり、実線はIL＝10mA、
破線はIL＝15mA、一点鎖線はIL＝20mA、二点鎖線はIL＝
30mA、三点鎖線はIL＝40mAのVk特性をそれぞれ示す。ま
た、第３図はアルゴン20Torrを封入した管内径0.65cmの
ランプでコイルフィラメントの細線のMG（細線の長さ20
0mm当りのmg数）を変化し、種々のランプ電流ILで直流
点灯して陰極降下電圧Vkを測定したもので、横軸にMGを
mgの単位で、縦軸にVkをＶの単位でとり、実線はIL＝10
mA、破線はIL＝15mA、一点鎖線はIL＝20mA、二点鎖線は
IL＝30mA、三点鎖線はIL＝40mAのVk特性を示す。これら
の図２、３からVkを低く維持するためには、 （１）封入ガス圧を高くする。（20Torr以上のＡ領域） （２）コイルフィラメント細線のMGを小さくする。
Vkとの関係を調査し、この結果を第２図および第３図に
示す。第２図は管内径ｄが0.65cmのものにアルゴンを種
々の圧力ｐで封入し、種々のランプ電流ILで直流点灯し
て陰極降下電圧Vkを測定したもので、横軸にｐをTorrの
単位で、縦軸にVkをＶの単位でとり、実線はIL＝10mA、
破線はIL＝15mA、一点鎖線はIL＝20mA、二点鎖線はIL＝
30mA、三点鎖線はIL＝40mAのVk特性をそれぞれ示す。ま
た、第３図はアルゴン20Torrを封入した管内径0.65cmの
ランプでコイルフィラメントの細線のMG（細線の長さ20
0mm当りのmg数）を変化し、種々のランプ電流ILで直流
点灯して陰極降下電圧Vkを測定したもので、横軸にMGを
mgの単位で、縦軸にVkをＶの単位でとり、実線はIL＝10
mA、破線はIL＝15mA、一点鎖線はIL＝20mA、二点鎖線は
IL＝30mA、三点鎖線はIL＝40mAのVk特性を示す。これら
の図２、３からVkを低く維持するためには、 （１）封入ガス圧を高くする。（20Torr以上のＡ領域） （２）コイルフィラメント細線のMGを小さくする。
（３）ランプ電流がある値を境にしてVkが急に上昇する
傾向があるので、この部分は熱陰極として充分動作して
いないと考えられる。
傾向があるので、この部分は熱陰極として充分動作して
いないと考えられる。
このように、ランプの設計パラメータとVkとの関係が明
らかになった。
らかになった。
つぎに、Vkと寿命との関係を調査した。この実験に用い
たランプの仕様を次表に示すとおりとし、エミッタは総
て0.3〜0.5mgを被着した。寿命試験は室温で90分点灯、
10分間消灯のサイクルで連続点滅し、グロー放電からア
ーク放電へ転移できなくなったときを寿命とした。この
結果を次表に示す。
たランプの仕様を次表に示すとおりとし、エミッタは総
て0.3〜0.5mgを被着した。寿命試験は室温で90分点灯、
10分間消灯のサイクルで連続点滅し、グロー放電からア
ーク放電へ転移できなくなったときを寿命とした。この
結果を次表に示す。
この表の結果を第４図に示す。図は横軸にVkをＶの単位
でとり、縦軸に寿命をHrの単位でとったもので×印は表
中の×印グループ、○印は表中の○印グループ、番号は
実験番号を示す。上記表および第４図からpd≧13Torr・
cmであってもVk＞15Vであるランプ（No.2,4,5）は1000H
r以下で電極近傍の管壁が黒化し、ランプの放電はグロ
ー放電となった。そこで、このランプ（No.2,4,5）を破
壊して電極の状態を調査したところ、エミッタはまだ充
分に残っていたが、エミッタの表面が著しく黒化してい
た。そこで、このエミッタ黒化の原因を調査したとこ
ろ、点灯初期はエミッタの表面状態が良く、エミッショ
ンも良好でグロー放電からアーク放電に移行しやすい
が、陰極降下電圧Vkが大きいため、電極に電気的に接続
した封装金属部材たとえば内導線、フィラメントレグ部
などが相対的に放電しやすくなり、電子やイオンに衝撃
されてスパッタしてエミッタ表面にニッケルやタングス
テンが被着し、点灯時間の進行とともにその表面状態が
荒れ、エミッタの仕事関数が高くなってエミッション能
力が低下し、これがさらにスパッタを加速するために寿
命が低下するためと思われる。
でとり、縦軸に寿命をHrの単位でとったもので×印は表
中の×印グループ、○印は表中の○印グループ、番号は
実験番号を示す。上記表および第４図からpd≧13Torr・
cmであってもVk＞15Vであるランプ（No.2,4,5）は1000H
r以下で電極近傍の管壁が黒化し、ランプの放電はグロ
ー放電となった。そこで、このランプ（No.2,4,5）を破
壊して電極の状態を調査したところ、エミッタはまだ充
分に残っていたが、エミッタの表面が著しく黒化してい
た。そこで、このエミッタ黒化の原因を調査したとこ
ろ、点灯初期はエミッタの表面状態が良く、エミッショ
ンも良好でグロー放電からアーク放電に移行しやすい
が、陰極降下電圧Vkが大きいため、電極に電気的に接続
した封装金属部材たとえば内導線、フィラメントレグ部
などが相対的に放電しやすくなり、電子やイオンに衝撃
されてスパッタしてエミッタ表面にニッケルやタングス
テンが被着し、点灯時間の進行とともにその表面状態が
荒れ、エミッタの仕事関数が高くなってエミッション能
力が低下し、これがさらにスパッタを加速するために寿
命が低下するためと思われる。
これに対し、pd≧13Torr・cmでかつVk≦15Vであるラン
プ（No.3,7）は2000時間以上の寿命を示した。これはVk
が小さいため、電極と電気的に接続した封装金属部材に
ほとんど放電が生起せず、したがってスパッタがないた
めと思われる。また、pd≧13Torr・cmの条件により、IL
≦50mAの小電流で点灯しても電極の陰極輝点の温度が充
分に高く、エミッションが良好で始動特性が良いことも
長寿命の理由である。
プ（No.3,7）は2000時間以上の寿命を示した。これはVk
が小さいため、電極と電気的に接続した封装金属部材に
ほとんど放電が生起せず、したがってスパッタがないた
めと思われる。また、pd≧13Torr・cmの条件により、IL
≦50mAの小電流で点灯しても電極の陰極輝点の温度が充
分に高く、エミッションが良好で始動特性が良いことも
長寿命の理由である。
さらに、本発明者は上述の表の記載と第２図と見比べた
結果、pd＜13Torr・cmでも数千時間以上の寿命を得ると
いう発明の目的が達成される範囲があることを発見し
た。この範囲は第２図のＢ領域（第４象眼）に属するIL
≦50mAの部分である。この範囲を数式化すれば次のとお
りである。
結果、pd＜13Torr・cmでも数千時間以上の寿命を得ると
いう発明の目的が達成される範囲があることを発見し
た。この範囲は第２図のＢ領域（第４象眼）に属するIL
≦50mAの部分である。この範囲を数式化すれば次のとお
りである。
pd＜13（Torr・cm） Vk≦15（Ｖ） かつ、（Vk−10）・pd≧７ この条件を満足する範囲は表および第４図に示す○印の
実験例（No.6,8,9）に見られるように、いずれも2000時
間以上の長寿命が得られた。
実験例（No.6,8,9）に見られるように、いずれも2000時
間以上の長寿命が得られた。
なお、本発明は蛍光ランプのバルブ形状や用途には関係
なく、50mA以下の小電流で動作する蛍光ランプには総て
適用できる。
なく、50mA以下の小電流で動作する蛍光ランプには総て
適用できる。
このように、本発明の熱陰極形蛍光ランプは小電流で動
作させるものにおいて、請求項の第１は、 pd≧13Torr・cm かつ、Vk≦15V を満足させるので長期点灯しても始動特性が良好で放電
が安定し、管壁黒化が少なく長寿命である。
作させるものにおいて、請求項の第１は、 pd≧13Torr・cm かつ、Vk≦15V を満足させるので長期点灯しても始動特性が良好で放電
が安定し、管壁黒化が少なく長寿命である。
また、請求項の第２は、 pd＜13Torr・cm Vk≦15V （Vk−10）・pd≧７ を満足させるので、請求項の第１の発明と同様な効果が
ある。
ある。
図面は本発明の熱陰極形蛍光ランプの限定理由を説明す
るグラフで、第１図はIth/ILとVkとの関係を示すグラ
フ、第２図はｐとVkとの関係を示すグラフ、第３図はMG
とVkとの関係を示すグラフ、第４図は各種仕様のランプ
につきVkと点灯時間との関係を示すグラフである。
るグラフで、第１図はIth/ILとVkとの関係を示すグラ
フ、第２図はｐとVkとの関係を示すグラフ、第３図はMG
とVkとの関係を示すグラフ、第４図は各種仕様のランプ
につきVkと点灯時間との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】ランプ電流が50mA以下で動作させる熱陰極
形蛍光ランプにおいて、封入ガス圧をp Torr、管内径を
ｄcmかつ陰極降下電圧をVk Vとしたとき、 pd≧13 かつ、Vk≦15 を満足することを特徴とする熱陰極形蛍光ランプ。 - 【請求項２】ランプ電流が50mA以下で動作させる熱陰極
形蛍光ランプにおいて、封入ガス圧をp Torr、管内径を
ｄcmかつ陰極降下電圧をVk Vとしたとき、 pd＜13 Vk≦15 かつ、（Vk−10）・pd≧７ を満足することを特徴とする熱陰極形蛍光ランプ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020558A JPH0787090B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 熱陰極形蛍光ランプ |
| EP89111776A EP0348943A1 (en) | 1988-06-30 | 1989-06-28 | Fluorescent lamp |
| KR1019890009310A KR910001866A (ko) | 1988-06-30 | 1989-06-30 | 형광램프 |
| US07/660,257 US5103133A (en) | 1988-06-30 | 1991-02-26 | Fluorescent lamp having low cathode fall voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020558A JPH0787090B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 熱陰極形蛍光ランプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201864A JPH02201864A (ja) | 1990-08-10 |
| JPH0787090B2 true JPH0787090B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=12030490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1020558A Expired - Lifetime JPH0787090B2 (ja) | 1988-06-30 | 1989-01-30 | 熱陰極形蛍光ランプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0787090B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP1020558A patent/JPH0787090B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02201864A (ja) | 1990-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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