JP2004127538A - 冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命で、かつ大光量化が図られた冷陰極蛍光ランプの提供。
【解決手段】長尺形の第１のガラス体６と、前記第１のガラス体６を内挿して配置され、第１のガラス体の外周面との間に気密な空間領域７を形成して封止一体化された長尺管状の第２のガラス体８と、前記第１のガラス体６外周面及び第２のガラス体８内周面にそれぞれ形成された蛍光体被膜５と、前記第１のガラス体６の外周面及び第２のガラス体８で形成する空間領域７の両端部に対向して封装された一対の冷陰極１０ａ，１０ｂと、前記冷陰極１０ａ，１０ｂを封装する空間領域７に封入された放電媒体とを有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイや誘導灯などの表示装置、あるいは液晶表示装置のバックライトなどに適する高輝度な発光が得られる冷陰極蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば液晶表示装置などは、その普及とともに高性能、高効率化、長寿命化などが要求されており、これらの要求に対応して、たとえば背面光源に使用されるランプの高性能化が進められている。そして、このような高性能化を図った光源ランプとして、内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつアルゴン、ネオン、キセノンなどの希ガス及び水銀からなる放電媒体を封入する一方、一対の冷陰極を両端側に対向して封装させた構成の冷陰極蛍光ランプが開発されている。
【０００３】
図８は、従来の冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す断面図であり、発光管として機能する気密封止のガラス管１と、前記ガラス管１の内壁面に形成された蛍光体被膜２と、前記ガラス管１の両端側に封装された一対の冷陰極（放電電極）３ａ，３ｂと、前記冷陰極３ａ，３ｂに先端部が接続し、外部から放電電流を供給するためガラス管１壁を気密導入された一対の導入線（外部接続用リード線）４ａ，４ｂとを有する構造を採っている。なお、前記ガラス管１は、たとえば外径２．０〜１５ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度で、放電媒体としてたとえばキセノンガスを主体とした希ガス及び水銀が封入されている。
【０００４】
上記例陰極蛍光ランプは、導入線４ａ，４ｂを介して冷陰極３ａ，３ｂに所要の高周波電圧、たとえば２０〜１００ＫＨｚ、０．５〜２ＫＶ程度の電力を印加・供給すると、冷陰極３ａ，３ｂ間で放電が開始し、ガラス管１内で紫外線を放射する。こうして放射された紫外線は、ガラス管１内壁面の蛍光体被膜２によって可視光線に変換され、ガラス管１外周面から可視光線を放射し、光源として機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記冷陰極蛍光ランプは、光束の立ち上がりが速いという利点を有するが、バックライトなどしての利用において、さらなる大光量化（高輝度化）ないし高効率化が要求されている。そして、このような要求に対して、冷陰極蛍光ランプに大電力を入力することが試みられている。しかし、この種の冷陰極蛍光ランプは、冷陰極の表面積が小さいため、大電力を入力すると冷陰極のスパッタリングが多く、結果的に、冷陰極蛍光ランプの短寿命化を招来する。
【０００６】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、長寿命で、かつ大光量化が図られた冷陰極蛍光ランプの提供を目的とする。すなわち、蛍光ランプの大光量化は、蛍光ランプの輝度向上、発光面積の拡大で達成できること、また、同電流での輝度向上は、放電空間の陽光柱を絞って単位面積当たりの発光強度の向上が寄与することに着目して、大光量のバックライトなどに適する冷陰極蛍光ランプを提供するに至ったものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、長尺形の第１のガラス体と、前記第１のガラス体を内挿配置し、第１のガラス体の外周面との間に気密な空間領域（放電領域）を形成して封止一体化された長尺管状の第２のガラス体と、前記第１のガラス体外周面及び第２のガラス体内周面にそれぞれ形成された蛍光体被膜と、前記第１のガラス体の外周面及び第２のガラス体で形成する空間領域の両端部に対向して封装された一対の冷陰極と、前記冷陰極を封装する空間領域に封入された放電媒体とを有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、第１のガラス体が少なくとも一端が開口したガラス管であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、第１のガラス体を成すガラス管内周面に光反射被膜が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、第１のガラス体を成すガラス管内空間領域に熱吸収体もしくは放熱体を配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか一記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、第２のガラス体は外径２０ｍｍ以下で、かつその内壁面が第１のガラス体外周面から０．５〜９ｍｍ離隔していることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５いずれか一記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、第１のガラス体の中心軸に対して第２のガラス体の中心軸が偏心して内挿配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１ないし６の発明において、長尺形の第１のガラス体は、その外周面が蛍光体被膜形成面としても機能するもので、一般的に、内径１〜１２ｍｍ程度、外径１．２〜１３ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度のガラス管、もしくは外径１．０〜１３ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度のガラス棒である。また、長尺管状の第２のガラス体は、内壁面が蛍光体被膜形成面として機能する一方、前記第１のガラス体を内挿配置し、第１のガラス体外周面との間に気密な空間領域（放電領域）を形成して封止一体化されたもので、一般的に、内径３〜１５ｍｍ程度、外径４〜１８ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度のガラス管である。
【００１４】
ここで、第１のガラス体は、第２のガラス体に同軸的もしくは偏心的に内挿配置され、第２のガラス体内壁面とで気密な空間領域（放電空間）を形成する。そして、第１のガラス体が少なくとも一端開口のガラス管である場合は、第１のガラス体の空間領域を性能アップに利用した構成を採れる。たとえばイットリア、アルミナなどを素材とした反射膜の形成具備、たとえばアルミ箔や金属棒などの放熱性膜の形成具備、あるいはアルコール類など揮発性の高い物質を素材とした熱吸収体の装着などの付設によって、さらなる性能向上を図ることができる。なお、第２のガラス体に第１のガラス体を内挿配置（封装）の構成において、第１のガラス体外周面と第２のガラス体（管）内壁面との距離は、０．５〜９ｍｍ程度が好ましい。
【００１５】
請求項１ないし６の発明において、蛍光体被膜は、たとえば３波長型蛍光体など、この種の蛍光ランプで使用されているものである。また、冷陰極は、たとえばニッケル、ニッケル合金などを素材としたリング状、円筒状、円柱状、もしくは平板状であり、要すれば電子放出性物質を担持させたもので、この種の蛍光ランプで使用され、構造ないし形状など特に限定されない。さらに、放電媒体は、アルゴン、ネオン、キセノンなどの希ガス及び水銀の混合系であり、それらの組成及び封入量は、一般的な範囲で選択される。なお、導入線は、たとえばタングステン、ニッケル、鉄、モリブデンなどを素材としたもので、冷陰極の一端側に、たとえば溶接などによって接合された構成を採っている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図７を参照して実施態様例を説明する。
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）は、第１の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示すもので、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は横断面図である。すなわち、冷陰極蛍光ランプは、たとえば３波長蛍光体被膜５を外周面に設けた長尺形の第１のガラス体６と、前記第１のガラス体６を内挿配置し、第１のガラス体６の外周面との間に気密な空間領域７を形成して封止一体化された３波長蛍光体被膜５を内壁面に設けた長尺管状の第２のガラス体８とで発光管本体が構成されている。ここで、第１のガラス体６は、たとえば内径０．５〜１２ｍｍ程度、外径１．２〜１３ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度の両端開口のガラス管であり、また、第２のガラス体８は、内径３〜１５ｍｍ程度、外径４〜１８ｍｍ程度、長さ２０〜８００ｍｍ程度のガラス管で、その両開口端が前記第１のガラス体５の両端外周面と気密に封着されている。
【００１８】
この実施例に係る冷陰極蛍光ランプにおいては、第１のガラス体６及び第２のガラス体８は、ほぼ同軸的に配置され、空間領域（隙間）７の高さが０．５〜９ｍｍ程度に設定されている。そして、前記空間領域７の両端側には、一対の導入線９ａ，９ｂが第２のガラス体８壁を介して気密に導入され、この導入線９ａ，９ｂの先端部に、電子放出性物質を担持させたリング状の冷陰極１０ａ，１０ｂが電気的にも接合して封装され、さらに、前記空間領域７には、キセノンガスを主体とした希ガス及び水銀からなる混合系の放電媒体が封入された構成を採っている。なお、ここでは、冷陰極１０ａ，１０ｂとして、リング状の空間領域７に対応して、リング状（ドーナッツ型）を封装したが、円筒状ないし棒状もしくは平板状であってもよい。
【００１９】
上記構成の冷陰極蛍光ランプは、第２のガラス体（管）８の内壁面だけでなく、第１のガラス体６の外周面にも蛍光体被膜５が設けられて、発光部表面積を増大化した構成となっている。したがって、紫外線の可視光変換も効率よく行われ、容易に大光量の光源として機能する。また、第１のガラス体６が両端開口の中空型であるため、中空路６ａを介して放電に伴う発熱が放熱・熱交換され易いので、放電領域における温度上昇を抑制でき、温度上昇に伴う発光機能の低減化を防止することができる。つまり、この種の冷陰極蛍光ランプは、ランプ入力を大電力化すると、温度上昇が著しくなって光束低下を招来し易いが、たとえば放熱性の付与・助長によって、光束低下を防止抑制できる。
【００２０】
図２は、第２の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す縦断面図であり、基本的な構造は、第１の実施例の場合と同様なので、相違点を除く他の構成についての詳細な説明は省略する。すなわち、この実施例の場合は、第１のガラス体６の中空路６ａ内壁面に、たとえばイットリアやアルミニウムなどを素材とした光反射膜１１を設けた点を特徴としている。この冷陰極蛍光ランプの場合は、第１の実施例の場合と同様の理由によって、大光量光源として機能化、及び長寿命化を図れるだけでなく、効率のよい発光放射が行われるので、大光量化が助長される。なお、上記光反射膜の形成は、一般的に、発光領域に対応する全面であるが、発光面に方向性を持たせるため、断面半円状あるいは帯び状に設けた構成としてもよい。
【００２１】
図３は、第３の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す縦断面図であり、基本的な構造は、第１の実施例の場合と同様なので、相違点を除く他の構成についての詳細な説明は省略する。すなわち、この実施例の場合は、第１のガラス体６の中空路６ａを通風路とし、かつこの通風路６ａ内に、たとえばアルコールなどの熱吸収体ないし放熱体１２を装着配置した点を特徴としている。この冷陰極蛍光ランプの場合は、第１の実施例の場合と同様の理由によって、大光量光源として機能化、及び長寿命化を図れるだけでなく、温度上昇も抑制されるので、長寿命及び高輝度化が助長される。
【００２２】
図４は、第４の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す縦断面図であり、基本的な構造は、第１の実施例の場合と同様なので、相違点を除く他の構成についての詳細な説明は省略する。すなわち、この実施例の場合は、第１のガラス体６として、ガラス管の代わりにガラス棒を使用した構成を採っている。この実施例の場合は、構造ないし製作が簡略である上、第２のガラス体（管）８の内壁面だけでなく、第１のガラス体６の外周面にも蛍光体被膜５が設けられて、発光部表面積を増大化した構成となっているため、紫外線の可視光変換も効率よく行われ、容易に大光量の低コスト型の光源として機能する。
【００２３】
さらに、図５は、第５の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す部分縦断面図であり、基本的な構造は、第１の実施例の場合と同様なので、相違点を除く他の構成についての詳細な説明は省略する。すなわち、この実施例の場合は、冷陰極１０ａ，１０ｂ（図示せず。）をリング状（ドーナッツ型）の代わりに棒状ないし平板状を使用した構成を採っている。この実施例の場合は、第２のガラス体（管）８の内壁面だけでなく、第１のガラス体６の外周面にも蛍光体被膜５が設けられて、発光部表面積を増大化した構成となっているため、紫外線の可視光変換も効率よく行われ、容易に大光量の光源として機能する。また、第１のガラス体６が両端開口の中空型であるため、中空路６ａを介して放電に伴う発熱が放熱・熱交換され易いので、放電領域における温度上昇を抑制でき、温度上昇に伴う発光機能の低減化を防止することができる。
【００２４】
なお、本発明に係る冷陰極蛍光ランプの変形例として、第１のガラス体６及び第２のガラス体８の挿通・配置の関係を非同軸的（偏心型）化し、空間領域における放電密度差を付けることによって、輝度の異なった発光面を得ることもできるので、用途ないし使用場所に応じた使い分けも可能になる。
【００２５】
次に、ランプ輝度の向上改善、全光束の向上改善例について、具体的に説明する。上記図１に図示した構成において、第２のガラス体８が外径４ｍｍ、肉厚０．３ｍｍのガラス管、第１のガラス体６が外径１．４ｍｍ、肉厚０．２ｍｍのガラス管、全長２００ｍｍの冷陰極蛍光ランプを用意する。一方、比較例として図８に図示した構成において、外径４ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、全長２００ｍｍのガラス管を発光管とした冷陰極蛍光ランプを用意する。
【００２６】
上記各冷陰極蛍光ランプを対応するバックライト照明装置に組み込んだ状態で、インバータ点灯回路に装着し、２０〜１００ＫＨｚ、５００〜２０００Ｖ（０．５〜２ＫＶ）の高周波電圧を印加して点灯動作を行った。この点灯動作において、ランプ電流とランプ輝度との関係を調べた結果、実施例に係る冷陰極蛍光ランプは図６に曲線Ａで、また、比較例の冷陰極蛍光ランプは図６に曲線ａで示す如くであった。つまり、実施例に係る冷陰極蛍光ランプは、比較例の冷陰極蛍光ランプに較べて約１．５倍の高輝度が得られた。
【００２７】
一方、上記点灯動作において、ランプ電流と全光束との関係を調べた結果、実施例に係る冷陰極蛍光ランプは図７に曲線Ｂで、また、比較例の冷陰極蛍光ランプは図７に曲線ｂで示す如くであった。つまり、実施例に係る冷陰極蛍光ランプは、比較例の冷陰極蛍光ランプに較べて約２０％以上の高光束が得られた。
【００２８】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえばガラスの材質、冷陰極の材質・構造〔形状〕、導入線の材質や冷陰極に対する接続・固定手段など、通常の使用状態で任意な態様を選択できる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１ないし６に係る発明によれば、発光面積が大幅に増大されているだけでなく、放電空間を狭く設定して陽光柱を絞ることができるため、高輝度発光型の蛍光ランプが提供される。また、第１のガラス体をパイプとし、その内壁面に光反射膜を設けることにより、高輝度化が助長され、あるいは中空部に放熱体ないし熱吸収体を装着することによって、ランプの温度上昇を抑制防止し、水銀など放電媒体の圧力を適正に維持して長寿命化などが助長された高輝度発光型の蛍光ランプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図。
【図２】第２の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す縦断面図。
【図３】第３の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す縦断面図。
【図４】第４の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す縦断面図。
【図５】第５の実施例に係る冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す縦断面図。
【図６】実施例に係る冷陰極蛍光ランプ及び従来の冷陰極蛍光ランプについて、ランプ電流とランプ輝度との関係を比較して示す特性図。
【図７】実施例に係る冷陰極蛍光ランプ及び従来の冷陰極蛍光ランプについて、ランプ電流とランプ全光束との関係を比較して示す特性図。
【図８】従来の冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
５……蛍光体被膜
６……第１のガラス体（管もしくは棒）
７……空間領域（放電領域）
８……第２のガラス体（管）
９ａ，９ｂ……導入線
１０ａ，１０ｂ……冷陰極

Claims (6)

1. 長尺形の第１のガラス体と、前記第１のガラス体を内挿して配置し、第１のガラス体の外周面との間に気密な空間領域を形成して封止一体化された長尺管状の第２のガラス体と、前記第１のガラス体外周面及び第２のガラス体内周面にそれぞれ形成された蛍光体被膜と、前記第１のガラス体の外周面及び第２のガラス体で形成する空間領域の両端部に対向して封装された一対の冷陰極と、前記冷陰極を封装する空間領域に封入された放電媒体と、を有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 第１のガラス体が少なくとも一端が開口したガラス管であることを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 第１のガラス体を成すガラス管内周面に光反射被膜が設けられていることを特徴とする請求項２記載の冷陰極蛍光ランプ。
4. 第１のガラス体を成すガラス管内中空路に熱吸収体もしくは放熱体を配置されていることを特徴とする請求項２もしくは請求項３記載の冷陰極蛍光ランプ。
5. 第２のガラス体は外径２０ｍｍ以下で、かつその内壁面が第１のガラス体外周面から０．５〜９ｍｍ離隔していることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一記載の冷陰極蛍光ランプ。
6. 第１のガラス体の中心軸に対して第２のガラス体の中心軸が偏心して内挿配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一記載の冷陰極蛍光ランプ。

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