JP3886253B2 - 冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は細管型の冷陰極蛍光ランプに係り、特に暗黒中での点灯始動性を改善した冷陰極蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサーあるいは液晶テレビなどは、液晶表示機器の開発に伴って、高性能化する一方、多様化している。ところで、液晶表示機器においては、バックライト光源として、冷陰極蛍光ランプが一般的に使用されており、このような用途に対して、図４に要部構成を断面的に示すような冷陰極蛍光ランプが提供されている。すなわち、内壁面に紫外線などによる刺激で発光する蛍光体層１が設けられ、かつ水銀および希ガス（放電媒体）を封有する外径 1〜 4mm程度、長さ50〜 500mm程度のガラス管２と、このガラス管２の両端部にそれぞれ封装された一対の導入線３，３′の先端部に装着された冷陰極４，４′とで構成されている。
【０００３】
なお、図４に図示した構成の場合、冷陰極４，４′は、たとえばNi製の円筒状カップと、この円筒状カップ内に充填・配置された水銀合金粉末（もしくは水銀合金とゲッターの混合粉末）と、たとえばアルミニウム−ジルコン系合金とで形成されている。そして、前記ガラス管２の端部に封止・導入された導入線３，３′先端部に、前記円筒状カップの底面側を接続・保持させた構成と成っている。
また、この種の冷陰極蛍光ランプは、一般的に、次のような手順で製造されている。先ず、ガラス管２の洗浄から始まり、洗浄されたガラス管２内壁に蛍光体を塗布し、次いで、蛍光体を塗布したガラス管２を炉（たとえば 550℃の炉温）中に数分入れ、塗布した蛍光体の焼き付け（蛍光体層１の形成）およびガス抜きをする。その後、排気側ビーズマウントが固定されるように、ガラス管２に窪みを付け（これをフォーミングという）、封止工程を行う前に予め製作しておいた封止側マウント（電極４，４′側）を、その封着部分でガラス管２に封着する。
次いで、排気工程でガラス管２内を10^-2〜10^-5Torr程度まで排気し、十分に排気した後に希ガスを封入してから、排気マウントビーズ部とガラス管２とを封着する。その後、冷電極４，４′に取り付けられた水銀ディスペンサーを高周波で加熱し、水銀を管内に放出する。最後に、エージングを数時間行い、冷陰極蛍光ランプとして完成する。
【０００４】
ところで、前記液晶バックライト用光源としての冷陰極蛍光ランプに関しては、市場の動向として、バックライトユニットの薄型、軽量、高性能化などが重要視され、このような動向に伴い、組み込む光源（冷陰極蛍光ランプ）についても、より一層の細管化や高性能化が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
冷陰極蛍光ランプは、導入線３，３′を介して一対の冷陰極４，４′間に所定の電位を印加すると、発生した初期プラズマのイオンによって、冷陰極４，４′から二次電子が放出され、ガラス管２内で放電が開始する。そして、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された水銀原子の共鳴遷移で紫外線を放射し、さらに、この紫外線がガラス管２内壁面の蛍光体層１によって、可視光に変換され、可視光線を発生する。
【０００６】
しかし、上記構成の冷陰極蛍光ランプは、点灯，動作について実用上、次のような不都合が認められる。すなわち、暗黒時（暗い場所、たとえば装置に内装・内蔵された状態）において、点灯の始動もしくは再始動を行う場合、初期の電子放出不足から、ランプ電極間への電圧印加後、定常的な放電発光に至るまで、30秒間程度の時間を要する。換言すると、点灯始動性が一般的に不十分で、たとえば液晶バックライトとしての使用において、所要の画像表示に即応できないという性能的な問題がある。
【０００７】
上記点灯始動性の改善策として、 (a)冷陰極４，４′に放射性同位元素を塗布あるいは含有させて、初期電子の不足を補うこと、 (b)冷陰極４，４′に酸化カルシウムを塗布し、外部から光を照射することによって、初期電子の不足を補うこと、 (c)冷陰極４，４′近傍のガラス管２内壁面（蛍光体層１）に、電子放射性物質（たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化バリウム）層を塗布形成して、初期電子の不足を補うことなどが試みられている。
【０００８】
しかし、上記手段 (a)の場合は、放射性物質を取扱う上での専門的な知識を要し、また、冷陰極４，４′面への塗布に当たっては、塗布・担持量を十分に確保するために、冷陰極４，４′の構造ないし加工（製造）が煩雑化するなどの問題がある。さらに、 (b)の場合においても、冷陰極４，４′面への塗布に当たって、塗布・担持量を十分に確保するために、冷陰極４，４′の構造ないし加工（製造）が煩雑化するなどの問題がある。一方、手段 (c)の場合は、冷陰極蛍光ランプの構造上ないし製造上の煩雑化など回避できるが、点灯の始動もしくは再始動を行った場合、定常的な放電発光に至るまで、最大数秒間程度の時間を要し、十分な点灯始動特性が得られない。
【０００９】
本発明は上記事情に対処してなされたもので、バックライトユニットの薄型、軽量などが可能で、かつ暗黒中での始動特性を大幅に改善・向上させた冷陰極蛍光ランプの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ希ガスまたは水銀を封有するガラス管、および前記ガラス管の両端部にそれぞれ封装された一対の導入線の先端部に装着された冷陰極を具備する冷陰極蛍光ランプにおいて、少なくとも一方の冷陰極側領域の蛍光体層面に酸化アルミニウムが２０〜９０重量％と酸化カルシウムが８０〜１０重量％との混合物からなる電子放射性物質を担持させてなることを特徴とする冷陰極蛍光ランプである。
【００１１】
請求項２の発明は、内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ希ガスまたは水銀を封有するガラス管、および前記ガラス管の両端部にそれぞれ封装された一対の導入線の先端部に装着された冷陰極を具備する冷陰極蛍光ランプにおいて、少なくとも一方の冷陰極側領域の蛍光体層面に酸化アルミニウムが４０〜９０重量％と酸化カルシウムが６０〜１０重量％との混合物からなる電子放射性物質を担持させてなることを特徴とする冷陰極蛍光ランプである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電子放射性物質が、蛍光体層表面に１〜２μｍの厚みで層状に形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明に係る冷陰極蛍光ランプは、ガラス管の両端部にそれぞれ封入・装着された冷陰極のうち、少なくとも一方の冷陰極部を含むガラス管端部の蛍光体層面に、酸化アルミニウム−酸化カルシウム混合系の電子放射性物質を形成具備させたことを骨子とする。そして、この発明は、各種の電子放射性物質を形成・具備させ、点灯始動特性を評価する試行錯誤の過程において、酸化アルミニウム−酸化カルシウム混合系を選択した場合、酸化アルミニウム単独、もしくは酸化カルシウム単独で電子放射性物質を設けたときに比べて、両成分が相乗的に作用し、放電開始遅延時間の大幅な低減（点灯始動特性の向上）が図られることを見出してなされたものである。
【００１４】
本発明に係る冷陰極蛍光ランプにおいて、電子放射性物質を形成する酸化アルミニウム−酸化カルシウム混合系の組成比は、酸化アルミニウムが20〜90重量％、酸化カルシウムが80〜10重量％、より好ましくは酸化アルミニウムが40〜90重量％、酸化カルシウムが60〜10重量％であり、他の電子放射性物質成分を若干量なら混入していてもよく、また、蛍光体層面に担持させる酸化アルミニウム−酸化カルシウム系の電子放射性物質の厚さは数μm 程度以下で十分である。ここで、酸化アルミニウム−酸化カルシウム系の電子放射性物質を担持させる領域は、冷陰極の先端から放電空間側に 1〜 5mm程度突出させるのが好ましい。
【００１５】
請求項１ないし請求項３の発明では、少なくとも一方の冷陰極近傍の内壁面に電子放射性物質を担持させ、通電初期時における電子放射を補助・補給し易い構成を採っている。つまり、暗黒時における始動点灯などに当たって、対応する冷陰極間に所要の電位を加えたとき、放電発光に必要な初期電子の不足分が容易に補充されるので、電圧印加から定常的な発光までの所要時間も０．５秒以下程度と大幅に短縮され（始動特性の向上）、細管形、軽量性などと相俟って、薄型・高性能の液晶表示機器の実用化促進に大きく寄与する。
【００１６】
特に、請求項１又は２の発明では、より良好な組成比範囲を選択したことによって、上記始動特性の向上が図られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図１(a) ，(b) 、図２および図３を参照して実施例を説明する。
【００１８】
図１(a) は、第１実施例の冷陰極蛍光ランプの要部構成例を横断面的に、また、図１(b) は、図１(a) の A-A線に沿って縦断面的に示したものである。図１(a) ，(b) において、５は内壁面に紫外線による刺激で発光する厚さ20〜22μm 程度蛍光体層６が設けられ、かつ希ガスを封有する外径 3.0mm，内径 2.0mm，長さ60mm程度のガラス管である。また、７，７′は前記ガラス管５の両端部にそれぞれ封入された一対の導入線８，８′の先端部にそれぞれ装着された冷陰極である。
【００１９】
ここで、蛍光体層６面中、冷陰極７，７′を囲む（対向する）領域表面には、厚さ 1〜 2μm 程度の酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム混合系の電子放射性物質層９が設けられている。一方、前記冷陰極７，７′は、たとえばNi製の外径 1mm，長さ 3mmの円筒状カップ（もしくはスリーブ）、および前記円筒状カップ内に充填・配置された約 2mg程度の水銀合金で構成されている。そして、前記構成の冷陰極７，７′は、前記ガラス管５の両端部にそれぞれ封止・導入された導入線８，８′の先端部に、円筒状カップの底部を接続・保持させて放電電極として機能する構成を成している。
【００２０】
上記構成の冷陰極蛍光ランプの冷陰極７，７′間に、所要の電圧を印加して点灯すると、発生した初期プラズマのイオンによって、冷陰極７，７′から二次電子が放出され、ガラス管５内で放電が開始する。そして、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された水銀原子の共鳴遷移で紫外線を放射し、さらに、この紫外線は、ガラス管５内壁面の蛍光体層６によって可視光に変換され、可視光線を発生する。
【００２１】
そして、この冷陰極蛍光ランプにおいては、前記蛍光体層６の所定領域面に酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム混合系の電子放射性物質層９が形成・担持されているため、暗黒な雰囲気中でも通電初期における放電が発生し易い状態を採り、一般的に、電圧印加直後からたとえば 0.1秒程度のうちに、定常的な放電・発光に到達することが確認された。つまり、細管形，軽量・コンパクト性などを保持しながら、暗黒中における始動特性が大幅に向上改善された冷陰極蛍光ランプとして機能するものであった。
【００２２】
この暗黒中の始動特性の改善向上について、さらに、具体的に例示・説明するする。先ず、上記冷陰極蛍光ランプの構成において、電子放射性物質層９を形成する酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム混合組成比を変えた複数種の冷陰極蛍光ランプを用意する。次いで、これら各冷陰極蛍光ランプを、たとえば常温暗黒中96時間放置した後、その放電開始遅延時間をそれぞれ測定評価した。
【００２３】
この測定評価の結果を図２に特性図として示す。図２から分かるように、電子放射性物質層を酸化アルミニウムのみで形成した場合の放電開始遅延時間の最大値 1秒程度、あるいは電子放射性物質層を酸化カルシウムのみで形成した場合の放電開始遅延時間の最大値10秒程度に比較して、両者を混合系として使用した場合は、放電開始遅延時間の最大値が 1〜 0.5秒程度（一般的には 0.5秒以下）で大幅に低減している。なお、放電開始遅延時間の測定評価値にバラツキがあるため、図２では最大値および平均値をそれぞれ示してある。
【００２４】
図３は、第２実施例の冷陰極蛍光ランプの要部構成例を横断面的に示したものである。図３において、５は内壁面全体に紫外線による刺激で発光する厚さ18〜22μm 程度蛍光体層６が設けられ、かつ希ガスを封有する外径 3.0mm，内径 2.0mmのガラス管、９は前記蛍光体層６中、後述する冷陰極に囲む（対向する）領域およびガラス管５封止端部に亘る蛍光体層６面に設けられた厚さ 4〜 5μm 程度の酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム混合系電子放射性物質（酸化アルミニウムの組成比80重量％）層である。
【００２５】
ここで、電子放射性物質層９は、冷陰極先端部＋ 3mm程度（放電空間側に 3mm程度突出）からガラス管５封止端部では、後述する導入線に対し十分な非接触を確保するように設けられている。
【００２６】
また、７，７′は前記ガラス管５の両端部にそれぞれ封入された一対の導入線８，８′の先端部にそれぞれ装着された冷陰極である。ここで、前記冷陰極７，７′は、たとえばNi製の外径 1mm，長さ 3mmの円筒状カップ（もしくはスリーブ）、および前記円筒状カップ内に充填・配置された約 2mg程度の水銀合金で構成されている。そして、前記構成の冷陰極７，７′は、前記ガラス管５の両端部にそれぞれ封止・導入された導入線８，８′の先端部に、円筒状カップの底部を接続・保持させて放電電極として機能する構成を成している。
【００２７】
前記構成の冷陰極蛍光ランプの冷陰極７，７′間に、所要の電圧を印加して点灯すると、発生した初期プラズマのイオンによって、冷陰極７，７′から二次電子が放出され、ガラス管５内で放電が開始する。そして、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された水銀原子の共鳴遷移で紫外線を放射し、さらに、この紫外線がガラス管５内壁面の蛍光体層６によって可視光に変換され、可視光線を発生する。
【００２８】
そして、この冷陰極蛍光ランプにおいては、前記蛍光体層６面に電子放射性物質層９を形成・担持しているため、暗黒な雰囲気中でも通電初期における放電が発生し易い状態を採り、電圧印加直後からたとえば 0.1秒程度のうちに、定常的な放電・発光に到達することが確認された。つまり、第１実施例の場合と同様に、細管形，軽量・コンパクト性などを保持しながら、暗黒中における始動特性が大幅に向上改善された冷陰極低圧放電灯として機能するものであった。
【００２９】
なお、上記構成においては、両方の冷陰極部を囲む蛍光体層６面に電子放射性物質層９を形成・担持させた構成を例示したが、一方の冷陰極部を囲む蛍光体層６面に電子放射性物質層９を形成・担持させた構成としても同様の作用効果が得られる。
【００３０】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣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。たとえば発光管を成すガラス管の外径，長さ、冷陰極を構成する円筒状カップの材質など、冷陰極蛍光ランプの用途や規格に対応して、前記例示以外の寸法，材質など適宜変更した形態で実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
上記説明から分かるように、本発明によれば、封着（封装）した冷陰極部に対応（近傍領域）する蛍光体層もしくは蛍光体層面に、酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム混合系の電子放射性物質を担持させ、発光管内における放電発光が起こり易い構成を採っている。このため、点灯始動性が問題視されている暗黒状態での電圧印加直後でも、十分な電子が容易に確保されので、従来 1秒程度は必要とした通電から定常的発光までの所要時間を 0.1秒程度と点灯始動性が大幅に向上する。つまり、発光管（ガラス管）を細径化し、たとえば液晶表示装置の小形化に対応してコンパクト化を図った場合でも、より高い性能の要求にも十分対応できる高始動性のバックライトとして機能する冷陰極蛍光ランプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は第１実施例の冷陰極蛍光ランプの要部構成例を示す横断面図、(b) は図(a) の A-A線に沿った縦断面図。
【図２】実施例に係る冷陰極蛍光ランプに設けた電子放射性物質層の組成と放電開始遅延時間との関係例を示す特性図。
【図３】第２実施例の冷陰極蛍光ランプの要部構成例を示す横断面図。
【図４】従来の冷陰極蛍光ランプの要部構成例を示す横断面図。
【符号の説明】
１，６……蛍光体層
２，５……ガラス管
３，３′，８，８′……導入線
４，４′，７，７′……冷陰極
９……電子放射性物質層

Claims (3)

1. 内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ希ガスまたは水銀を封有するガラス管、および前記ガラス管の両端部にそれぞれ封装された一対の導入線の先端部に装着された冷陰極を具備する冷陰極蛍光ランプにおいて、
   少なくとも一方の冷陰極側領域の蛍光体層面に酸化アルミニウムが２０〜９０重量％と酸化カルシウムが８０〜１０重量％との混合物からなる電子放射性物質を担持させてなることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ希ガスまたは水銀を封有するガラス管、および前記ガラス管の両端部にそれぞれ封装された一対の導入線の先端部に装着された冷陰極を具備する冷陰極蛍光ランプにおいて、
   少なくとも一方の冷陰極側領域の蛍光体層面に酸化アルミニウムが４０〜９０重量％と酸化カルシウムが６０〜１０重量％との混合物からなる電子放射性物質を担持させてなることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
3. 前記電子放射性物質は、蛍光体層表面に１〜２μｍの厚みで層状に形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の冷陰極蛍光ランプ。

Images