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1. (WO2005069348) LAMPE A DECHARGE ET ELECTRODE DE LAMPE A DECHARGE
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明 細書

放電灯および放電灯用電極

技術分野

[0001] 本発明は冷陰極型の放電灯および放電灯用電極に関する。詳しくは、電子放出物 質を含む電子放出部材をカップの内部に備えることで、発光効率を向上させ、高輝 度化を図るものである。

背景技術

[0002] 従来より、光源用として蛍光体を利用した放電灯が用いられている。放電灯の中で 冷陰極型の放電灯は、ガラス管の管径を細くできることから、液晶ディスプレイのバッ クライトとして用いられる。

[0003] 冷陰極型の放電灯は、ガラス管の両端に電極を備え、ガラス管内の空間にァルゴ ン等の希ガスと水銀が封入されるとともに、ガラス管の内面に蛍光体が塗布された構 成である。

[0004] 図 1は冷陰極型の従来の放電灯の構成例を示す要部断面図である。放電灯 51は ガラス管 52の両端に電極 53を備える。ガラス管 52の内部の空間にはアルゴン等の 希ガスと水銀が封入されるとともに、ガラス管 52の内面の所定の範囲に蛍光体 52a が塗布される。

[0005] 電極 53はカップ 54を備える。カップ 54は先端が開口した有底形状で、ガラス管 52 の端部に挿入保持されている 1本の導入線 55の先端に取り付けられる。

[0006] 冷陰極型の放電灯 51の発光原理を説明すると、両電極 53の間に高周波で電圧を 印加すると、グロ一放電が発生しカップ 54から電子が放出される。カップ 54から放出 され加速された電子は水銀原子に衝突し、水銀原子を励起する。励起された水銀原 子は紫外線を放出する。この紫外線が蛍光体 52aによって可視光に変換され、放電 灯 51は発光する。

[0007] 従来の冷陰極型の放電灯では、動作時における陰極降下電圧が大き、と、う問題 がある。すなわち、電極自体で消費され発光に寄与しない消費電力が大きぐ消費 電力に対して発光効率が低!、と!、う問題がある。

[0008] また、放電中に生じたイオンが電極に衝突しカップを消耗させる、わゆるイオンスパ ッタリングが顕著に生じるという問題がある。カップが消耗していくと十分な量の電子 を放出できず、輝度が低下する。よって、電極の寿命が短くなるという問題がある。そ して、このように電極の寿命が短いと、結果として放電灯の寿命が短くなるという問題 がある。

発明の開示

[0009] 本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、発光効率が高く高輝 度化を図れる放電灯および放電灯用電極を提供することを目的とする。

[0010] 上述した課題を解決するため、本発明に係る放電灯は、発光物質を含むガスが封 入され内面に蛍光体が塗布されたガラス管の両端に電極を備えた放電灯において、 電極は、先端が開口した有底形状のカップの内部に、電子放出物質を含む電子放 出部材を備えたものである。

[0011] 本発明に係る放電灯によれば、両電極間に高周波で電圧を印加することでグロ一 放電が発生する。グロ一放電によって電子放出部材が加熱され、電子放出物質が電 子を放出する。例えば多孔質の電子放出部材に電子放出物質を含浸させれば、大 量の電子放出物質を含浸することができ、電子を放出しやすい状態となる。これによ り、電圧降下特性が改善される。

[0012] 加速された電子は発光物質に衝突して発光物質を励起させ、例えば紫外線を放出 させる。そして、この紫外線が蛍光体に衝突して可視光に変換され、放電灯が発光 する。

[0013] なお、放電中に生じたイオンは電極に衝突し、カップを消耗させる要因となる力力 ップの開口端部に衝突防止部材を備えることで、カップへのイオンの衝突を防ぎ、力 ップの消耗を抑える。

[0014] また、電子放出部材をカップの底部に取り付けることで、電子放出部材へのイオン の衝突を防ぎ、電子放出物質の飛散を抑える。

[0015] 本発明に係る放電灯用電極は、発光物質を含むガスが封入され内面に蛍光体が 塗布されたガラス管の両端に備えた放電灯用電極において、先端が開口した有底形 状のカップの内部に、電子放出物質を含む電子放出部材を備えたものである。

[0016] 本発明に係る放電灯用電極によれば、ガラス管の両端部に取り付けられ、両電極 間に高周波で電圧が印加されることでグロ一放電が発生する。グロ一放電によって 電子放出部材が加熱され、電子放出物質が電子を放出する。例えば多孔質の電子 放出部材に電子放出物質を含浸させれば、大量の電子放出物質を含浸することが でき、電子を放出しやすい状態となる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]冷陰極型の従来の放電灯の構成例を示す要部断面図である。

[図 2A]本実施の形態の放電灯の構成例を示す要部断面図である。

[図 2B]本実施の形態の放電灯の構成例を示す要部断面図である。

[図 3]本実施の形態の放電灯用電極の構成例を示す斜視図である。

[図 4]本実施の形態の放電灯と従来の放電灯の寿命を比較したグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、図面を参照して本発明の放電灯および放電灯用電極の実施の形態につい て説明する。

[0019] 1.放電灯および電極の構成

図 2Aおよび図 2Bは本実施の形態の放電灯の構成例を示す断面図、図 3は本実 施の形態の放電灯用電極の構成例を示す斜視図である。ここで、図 2Aは放電灯の 端部を管軸に沿った面で切断した要部断面図、図 2Bは放電灯の全体断面図である 。また、図 3は電極を先端側力も見た斜視図である。

[0020] 本実施の形態の放電灯 1は冷陰極型の放電灯で、棒状で細径のガラス管 2の両端 に電極 3を備える。ガラス管 2の内面には所定の範囲で蛍光体 2aが塗布される。また 、ガラス管 2の内部にはアルゴン (Ar)あるいはネオン (Ne)等の希ガスと発光物質で ある水銀 (Hg)が封入される。

[0021] 電極 3はカップ 4を備える。カップ 4はニッケル (Ni)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb) 等で構成され、先端側が開口した有底の円筒形状である。カップ 4の開口端部 4aに は衝突防止リング 5が取り付けられる。衝突防止リング 5は衝突防止部材の一例で、 酸化アルミニウム (Al 2 O 3 )、酸化ジルコユア(ZrO 2 )、二酸化ケイ素(SiO 2 )、酸化マグ ネシゥム (MgO)等の金属酸ィ匕物で構成されるセラミックリングである。

[0022] 衝突防止リング 5はカップ 4の開口端部 4aの端面を覆うフランジ部 5aと開口端部 4a に嵌るスリーブ部 5bから構成される。フランジ部 5aは開口端部 4aの端面全体を覆う ため、カップ 4の外径より若干大きな外径を有する。また、スリーブ部 5bはカップ 4の 内径とほぼ同じ外径を有する。

[0023] そして、スリーブ部 5bをカップ 4の開口端部 4aに挿入し、例えば開口端部 4aに沿つ てレーザを照射して熱で開口端部 4aを部分的に変形させることで、開口端部 4aでス リーブ部 5bをかしめる。これにより、衝突防止リング 5がカップ 4に固定され、カップ 4 の先端が衝突防止リング 5のフランジ部 5aで覆われる。なお、衝突防止リング 5はリン グ状であるので、内周側は開口している。

[0024] また、電極 3はタングステンディスク 6を備える。タングステンディスク 6は電子放出部 材の一例で、タングステン (W)で構成した多孔質の円板状の部材に、電子放出物質 としてバリウム(Ba)、アルミニウム (A1)、カルシウム(Ca)力もなる 3元金属酸化物であ る 4BaO : CaO :Al 2 CO 3を含浸させて構成される。なお、電子放出物質としては CaO を含まな!/、二元のバリウム酸ィ匕物でも良!、。

[0025] なお、電子放出部材はモリブデンなどのレアメタル、酸化イリジウム (IrO )等、仕事 関数を低下させることができる金属あるいは合金で構成されるものでもよい。また、電 子放出物質はストロンチウム(Sr)を含んでも良い。

[0026] タングステンディスク 6はキャップ 7に取り付けられてカップ 4に取り付けられる。キヤ ップ 7は例えばニッケルで構成され、カップ 4の内径とほぼ同じ外径を有する円板で、 カップ 4に挿入されて、カップ 4の底部に溶接により固定される。これにより、タンダス テンディスク 6はカップ 4の底部に固定される。なお、電子放出部材を円筒状の形状と して、カップ 4の内部に取り付ける構成としてもよ!、。

[0027] 電極 3はガラス管 2の端部に挿入保持される一本の導入線 8に取り付けられる。導 入線 8はガラス管 2の内側に突出するインナーリード 8aとガラス管 2の外部に突出す るアウターリード 8bから構成され、インナーリード 8aの先端にカップ 4の底面が溶接に より固定される。なお、導入線 8はインナーリード 8aが例えばコバール (Kov)で構成 され、アウターリード 8bが例えばニッケルで構成される。

[0028] なお、上述したガラス管 2の内面の蛍光体 2aの塗布範囲は、電極 3のカップ 4の先 端より若干外側となる位置までとする。この蛍光体 2aが塗布された範囲が放電灯 1の 発光部分となる。

[0029] 2.放電灯の動作

次に、本実施の形態の放電灯 1の動作について説明する。両電極 3の間に高周波 で例えば 1. 5kV程度の電圧を印加する。これによりグロ一放電が発生し、タンダステ ンディスク 6が加熱されて、含浸している電子放出物質力電子が放出される。なお、 グロ一放電が発生した後は、両電極 3の間に例えば 850V程度の電圧を印加するよ うな制御を行う。

[0030] タングステンディスク 6から放出され加速された電子は水銀原子に衝突し、水銀原 子を励起する。励起された水銀原子は紫外線を放出する。この紫外線が蛍光体 2a によって可視光に変換され、放電灯 1は発光する。

[0031] さて、カップ 4の内部に電子放出物質を含浸させた多孔質のタングステンディスク 6 を備えたことで、電子を放出しやすい構成となっている。よって、電子を放出するため に必要な温度を低下させることができる。

[0032] 従って、電極 3に印加する電圧を下げることができる。例えば、従来構成ではグロ一 放電開始後に lkV程度の電圧を印加していた力本例の構成では印加する電圧を 例えば 850V程度に下げることができる。これにより、陰極降下電圧が小さくなり、消 費電力に対する発光効率が向上する。

[0033] また、タングステンディスク 6を備えることで電子の放出が増加し、高輝度化を図るこ とがでさる。

[0034] 更に、放電中に生じたイオンは電極 3に衝突し、カップ 4を消耗させる要因となるが 、カップ 4の開口端部 4aに衝突防止リング 5を備えたことで、イオンのカップ 4への衝 突が防止され、カップ 4の消耗が抑えられる。これにより、電極 3は長期間にわたり電 子を放出できることから、電極 3の寿命を延ばすことができ、放電灯 1の長寿命化を図 ることがでさる。

[0035] なお、電流値を上げると輝度が向上するが、イオンスパッタリングがより顕著になる ので、従来構造の電極ではカップの消耗が早ぐ寿命が著しく短くなるので、電流値 を上げて輝度を向上させることができな力つた。これに対して、本実施の形態の放電 灯 1では、カップ 4の開口端部 4aに衝突防止リング 5を備えることで、高電流でもカツ プの消耗を抑えることができる。従って、長寿命化を図りつつ、高電流を流すことで高 輝度化を図ることができる。

[0036] 放電灯 1の高輝度化を図ることで、例えば液晶ディスプレイの直下型バックライトとし て使用する場合は、画面全体で必要とされる輝度を得るために必要な放電灯の本数 を減らすことができる。

[0037] また、カップ 4の底部に電子放出物質を含浸させたタングステンディスク 6を備えた ことで、タングステンディスク 6へのイオンの衝突が防止され、電子放出物質の飛散が 抑えられる。

[0038] 図 4は本実施の形態の放電灯 1と従来の放電灯の寿命を比較したグラフで、相対 輝度と寿命の関係を示す。図 1に示す従来構造の放電灯の相対輝度の時間による 変化を破線 L2で示すが、従来構造の放電灯は、イオンスパッタリングによる電極の 消耗等で 60000時間程度で使用開始当初の輝度の 50%まで輝度が低下する。

[0039] これに対して、図 2A,図 2Bおよび図 3で説明した本実施の形態の放電灯 1の相対 輝度の時間による変化を実線 L1で示す。本実施の形態の放電灯 1では、イオンスパ ッタリングによる電極 3の消耗が抑えられ、電子が放出されやす!/、構成であることから 、 80000時間を超えても相対輝度が 50%以上ある。このため、放電灯 1の寿命は電 極 3の寿命ではなぐガラス管 2に塗布されている蛍光体 2aの寿命によって決まる。

[0040] 以上説明したように、本発明に係る放電灯用電極では、カップの内部に電子放出 物質を含む電子放出部材を備えたことで電子を放出しやすい構成となり、電子の放 出に必要な温度を下げることができる。このような電極を備えた放電灯では、動作中 に電極に印加する電圧を下げることができ、陰極降下電圧を小さくすることができる。 従って、消費電力に対する発光効率を向上させることできる。また、電子の放出が増 加するので、高輝度化を図ることができる。

[0041] 更に、カップの開口端部に衝突防止部材を備えることで、カップへのイオンの衝突 を防ぎ、カップの消耗を抑えることができる。これにより、電極の長寿命化を図り、結果 として放電灯の長寿命化を図ることができる。

[0042] また、電流値を上げるとイオンスパッタリングがより顕著になるが、衝突防止部材を 備えることで、高電流でもカップの消耗を抑えることができる。従って、冷陰極型の放 電灯であっても、高電流を流すことで高輝度化を図ることができる。

産業上の利用可能性

本発明は、発光効率が高く長寿命な放電灯であることから、照明器具のみならず、 液晶ディスプレイ等のバックライトに適用して、液晶ディスプレイの長寿命化や省電力 ィ匕を図ることができる。