JP2005302660A - 冷陰極蛍光ランプおよびバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプ効率および始動電圧（特に、０℃付近における始動電圧）の両方について、ネオン・アルゴン主体とした混合ガスが封入されてなる冷陰極蛍光ランプよりも改善された冷陰極蛍光ランプを提供すること。
【解決手段】 希ガスの混合ガスが封入され、内面に蛍光体膜３４が形成されてなる直管状のガラスバルブ３２と当該ガラスバルブ３２の両端部内に対向配置された一対の電極３６、３８とを有する冷陰極蛍光ランプ２６において、前記混合ガスを、ネオン９５％、クリプトン５％（モル比）で構成したこと。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプおよびバックライトユニットに関し、特に、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）装置等に用いられるバックライトユニットおよび当該バックライトユニット等の光源として用いられる冷陰極蛍光ランプに関する。

蛍光ランプの中でも、直管状をしたガラスバルブの内面に蛍光体が塗布され、両端部に内部電極として冷陰極が設けられてなる冷陰極蛍光ランプは、細径化に適しているため、薄型化（小型化）が要求されるバックライトユニットの光源として好適に用いられている。
冷陰極蛍光ランプのガラスバルブ内には、希ガスと微量の水銀が封入されている。希ガスは放電開始電圧を下げることを主目的として封入され、従来、封入する希ガスはアルゴン単体が基本であった。

ところが、バックライトユニットを含むＬＣＤ装置のさらなるコンパクト化が進められる中で、冷陰極蛍光ランプを駆動する電源ユニットにおける小型化の要請の下、放電開始電圧のさらなる低減が求められるようになった。この要請に応えるため、封入する希ガスとしてネオンとアルゴンを主体とする冷陰極蛍光ランプが開発された（特許文献１、特許文献２等参照）。

本願発明者も、封入するネオンとアルゴンのモル比を変化させた場合の始動電圧特性について実験を行った。その実験結果を図８（ａ）に示す。図８（ａ）は、横軸にネオン（Ｎｅ）とアルゴン（Ａｒ）のモル比[％]を、縦軸に始動電圧をとった特性図である。なお、本図は、単に希ガスの混合比に対する始動電圧の変化の傾向を示すに止まり、絶対的な値等を示すものではない。

図８（ａ）からわかるように、アルゴン単体（１００％）から、ネオンの比率を上げていくと（アルゴンの比率を下げていくと）、始動電圧は徐々に低下していくことが分かる。図８（ａ）から、始動電圧のみを改善するのであれば、ネオン単体（１００％）に近い比率にすればよいことがわかる。
しかしながら、ネオン単体若しくはこれに近い比率では、ランプ効率が低下してしまうことが実験により確認されている。図８（ｂ）は、ネオンとアルゴンの混合比とランプ効率との関係を示す特性図である。図８（ｂ）からわかるように、アルゴンの比率を少なくしていくと徐々にランプ効率が上昇するものの、アルゴン５％（ネオン９５％）付近を頂点としてその後は低下してしまうことが分かる。これは、ネオン９５％−アルゴン５％の混合比の場合に、ガラスバルブ表面温度（Ｔｓ）が、最適な水銀蒸気圧を得られる６０℃になるからである。

そこで、ネオン９５％−アルゴン５％が、アルゴン単体の場合よりも、始動電圧が改善され、ランプ効率も向上する最適な混合比とされている。
特許第３１４１４１１号公報 特許第３０６８６５９号公報

ところで、液晶テレビの大型化・高輝度化に伴って、当該液晶テレビ用のＬＣＤパネルに付設される直下方式のバックライトユニット一台当たりに備えられる冷陰極蛍光ランプの本数も増加している。冷陰極蛍光ランプ本数の増加に伴って、ユニット内の温度も上昇し、最適な水銀蒸気圧が得られる６０℃を超えて７０℃近くまで上昇している。その結果、ランプ効率が低下し、必要な輝度が得られなくなっている。

ユニット内温度の上昇に起因するランプ効率の低下に対しては、アルゴン比率を５％よりも上げて、ガラスバルブ表面温度を下げ、ユニット内の温度を６０℃付近まで下げることが考えられるが、そうすると、図８（ａ）からわかるように、始動電圧が上がってしまう。この場合、液晶テレビが用いられる温度環境下においても、特に、水銀蒸気圧が低くなる低温時（０℃程度）における始動電圧が問題になる。

本発明は、ランプ効率および始動電圧（特に、低温における始動電圧）の両方について、封入希ガスをネオン・アルゴン主体とした蛍光ランプよりも改善された冷陰極蛍光ランプ、および当該冷陰極蛍光ランプを光源に用いたバックライトユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る冷陰極蛍光ランプは、希ガスの混合ガスが封入され、内面に蛍光体膜が形成されてなる管状のガラスバルブと当該ガラスバルブの両端部内に対向配置された一対の電極とを有する冷陰極蛍光ランプであって、前記混合ガスの構成ガスとして、少なくともネオンとクリプトンとを含むことを特徴とする。
また、前記混合ガスの構成ガスとして、さらにアルゴンを含むことを特徴とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るバックライトユニットは、上記した冷陰極蛍光ランプを光源として備えていることを特徴とする。

本発明に係る冷陰極蛍光ランプによれば、ガラスバルブ内に封入される混合ガスの構成ガスとして、少なくともネオンとクリプトンとが含まれるので、ネオンとアルゴンを主体とする混合ガスが封入されてなる従来の冷陰極蛍光ランプよりも、０℃およびその近傍における始動電圧を低下できると共に、従来よりも高い周囲温度の環境下において、高いランプ効率を実現することが可能となる。

さらに、アルゴンを含むこととし、ネオンとアルゴンとクリプトンの３種類の希ガスからなる混合ガスとしたことにより、上記と同様の効果が得られる。
また、本発明に係るバックライトユニットによれば、光源として上記した冷陰極蛍光ランプを備えているので、上記従来の冷陰極蛍光ランプを光源として備えたバックライトユニットよりも、始動電圧を下げることができ、もって、バックライトユニットに併設される電源ユニットの小型化を図ることが可能となる。さらに、たとえ、バックライトユニットに備えられる冷陰極蛍光ランプの本数が増加し、点灯時におけるユニット内の温度が従来よりも上昇したとしても、従来と同等かそれ以上のランプ効率で、冷陰極蛍光ランプが発光することとなり、バックライトユニット全体の輝度の向上が図られる。

図１は、実施の形態に係る直下方式のバックライトユニット１０の概略構成を示す斜視図である。なお、図１は、後述する透光板１６を破断した図である。バックライトユニット１０は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネル（不図示）の背面に配されて用いられ、ＬＣＤ装置を構成するものである。
バックライトユニット１０は、長方形をした反射板１２と当該反射板１２を囲む側板１４と前記反射板１２と平行に設けられた透光板１６とからなる外囲器１８を有する。反射板１２と側板１４は共にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂からなる板材の一方の主表面（外囲器１８として組み立てられた際に内側となる面）に銀などを蒸着した反射膜（不図示）が形成されているものである。

透光板１６は、反射板１２側から順に、光拡散板２０、光拡散シート２２、およびレンズシート２４が積層されてなるものである。
前記外囲器１８内には、複数本（本例では１４本）の冷陰極蛍光ランプ２６（以下、単に「ランプ２６」と言う。）が、前記反射板１２の長辺と平行に短辺方向に等間隔で収納されている。なお、外囲器１８は、その内部への塵や埃などの侵入を防止するため、密閉構造となっている。

図２（ａ）は、前記ランプ２６の概略構成を示す縦断面図である。
ランプ２６は、円形断面を有するガラス管の両端部がリード線２８、３０で気密封止されてなるガラスバルブ３２を有する。ガラスバルブ３２は、硬質のホウケイ酸ガラスからなり、その全長は４５０ｍｍ、外径は４．０ｍｍ、内径は３．０ｍｍである。
ガラスバルブ３２内面には、蛍光体膜３４が形成されている。蛍光体膜３４は、赤色発光のY₂O₃:Eu、緑色発光のLaPO₄:Ce³,Tb³および青色発光のBaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²といった３種類の希土類蛍光体を含む。

また、ガラスバルブ３２の内部には、約３ｍｇの水銀（不図示）と、複数種の希ガスからなる混合ガスが封入されている。混合ガスを構成する希ガスの種類および混合比等については、後で詳述する。
リード線２８、３０は、それぞれ、タングステンからなる内部リード線２８Ａ、３０Ａとニッケルからなる外部リード線２８Ｂ、３０Ｂの継線であり、ガラス管は両端部共、内部リード線２８Ａ、３０Ａ部分で気密封止されている。内部リード線２８Ａ、３０Ａ、外部リード線２８Ｂ、３０Ｂは、共に円形断面を有しており、内部リード線２８Ａ、３０Ａの線径は１ｍｍ、全長は３ｍｍで、外部リード線２８Ｂ、３０Ｂの線径は０．８ｍｍ、全長は１０ｍｍである。

ガラスバルブ３２の端部に支持された内部リード線２８Ａ、３０Ａのガラスバルブ３２内部側端部には、それぞれ、電極３６、３８がレーザ溶接等によって接合されている。電極３６、３８は、有底筒状をしたいわゆるホロー型電極であり、ニオブ棒を加工したものである。電極３６、３８として、ホロー型の電極を採用したのは、ランプ点灯時の放電によって生じる電極におけるスパッタリングの抑制に有効であるからである（詳細は、特開２００２−２８９１３８号公報等を参照。）。

電極３６、３８は同じ形状をしており、図２（ｂ）に示す各部の寸法は、電極長Ｌ＝５．２ｍｍ、外径ｐ１＝２．７ｍｍ、肉厚ｔ＝０．２ｍｍ、（内径ｐ２＝２．３ｍｍ）である。電極３６、３８は、ガラスバルブ（ガラス管）３２の管軸にその中心が合うように設けられているので、上記した寸法関係から、電極３６、３８外周とガラスバルブ３２内周との間隙の間隔は約０．１５ｍｍとなる。このように、電極外周とガラスバルブ内周との間の間隙を０．１５ｍｍといった狭い間隔に設定することにより、ランプ電流が上記間隙に流れ込まないようにしている。換言すると、ランプ点灯時に、ホロー型をした電極３６、３８の内面（円筒部内周面と底面）でのみ放電が発生するようにしている。

本願発明者は、上記の構成からなる冷陰極蛍光ランプにおいて、ガラスバルブに封入する混合ガスの構成を、[ネオン（Ｎｅ）＋アルゴン（Ａｒ）＋クリプトン（Ｋｒ）]、[ネオン（Ｎｅ）＋クリプトン（Ｋｒ）]としたもの各々について、[ネオン（Ｎｅ）＋アルゴン（Ａｒ）]とした従来のものとの始動電圧等に関する比較実験を行った。以下、混合ガスの構成別に、実験条件および実験結果を記す。
[１]ネオン（Ｎｅ）＋アルゴン（Ａｒ）＋クリプトン（Ｋｒ）
ネオン＋アルゴン＋クリプトンの混合ガス（以下、「タイプＢ」とする。）と、従来の混合ガス、すなわち、ネオン９５％・アルゴン５％（以下、「タイプＡ」とする）の場合について、始動電圧の比較実験を実施した。なお、本明細書において、混合ガスの混合比率（％）はモル比で表している。タイプＢについては、上記３種類の希ガスからなる混合ガスの混合比率の異なるものを５種類作成した。当該５種類についてはＢ−１，Ｂ−２，…，Ｂ−５のように連番を付して区別する。なお、具体的な混合比率については後述する。

タイプＡ、タイプＢ−１〜Ｂ−５共に、封入ガス圧を４０Ｔｏｒｒ（５３２０Ｐａ）、５０Ｔｏｒｒ（６６５０Ｐａ）、６０Ｔｏｒｒ（７９８０Ｐａ）としたものを各５本ずつ製作し、周囲温度０℃における始動電圧と周囲温度２５℃における始動電圧を測定した。
測定結果を表１〜表６に示す。

上記表１〜表６に基づき、周囲温度０℃における実験結果を示すグラフを図３に示す。また、タイプＢ−１〜Ｂ−５における混合ガスの混合比率を図３のグラフ左上にも示す。なお、上記５本の測定結果（Ｎｏ．１〜５）全てをグラフにプロットすると煩雑になるため、図３では５本の測定結果の相加平均を代表値としてプロットしている。

図３からわかるように、周囲温度０℃の環境下では、いずれのガス圧においても、タイプＢのランプがタイプＡのランプよりも始動電圧が低いことがわかる。すなわち、従来のランプであるタイプＡの混合ガスにクリプトンを加えて、ネオン・アルゴン・クリプトンからなる３種混合ガスとすることにより、低温時（０℃時）の始動電圧を下げることに成功したのである。

図４は、上記表１〜６に基づき、周囲温度２５℃の環境下における実験結果を示すグラフである。
図４から分かるように、ガス圧６０ＴｏｒｒにおいてタイプＢ−１のランプの始動電圧がタイプＡのランプの始動電圧よりも低くなっている以外は、全体的にタイプＢの始動電圧はタイプＡの始動電圧と比べて同等かそれ以上となっている。しかしながら、Ｂタイプの始動電圧の最高値は、ガス圧６０ＴｏｒｒにおけるタイプＢ−５の約１２５０Ｖである。この１２５０Ｖの値は、周囲温度０℃におけるタイプＡの最低の始動電圧約１３００Ｖよりも低い値である（図３参照）。すなわち、タイプＢの混合ガスを用いることにより、始動電圧に関し、液晶ディスプレイ装置が用いられる温度環境の最も厳しい条件下での改善が図られることとなり、その結果、電源回路の小型化を実現できることとなる。
[２]ネオン（Ｎｅ）＋クリプトン（Ｋｒ）
混合ガスの構成をネオン９５％・クリプトン５％（以下、「タイプＣ」とする。）としたランプを製作し、上記タイプＡのランプとの比較実験を行った。実験の条件等は、上記したタイプＢの場合と同様である。

表７に実験結果を示す。

表１および表７に基づき、周囲温度０℃における始動電圧の測定結果のグラフを図５に、周囲温度２５℃における始動電圧の測定結果のグラフを図６にそれぞれ示す。なお、図５、図６では、５本の測定結果（Ｎｏ．１〜５）を全てプロットしている。

図５、図６から、タイプＣのランプの始動電圧はタイプＡのランプの始動電圧よりも、いずれの条件下（周囲温度、ガス圧）においても下回っており、始動電圧が改善されていることが分かる。すなわち、混合ガスにアルゴンを用いずに、ネオンとクリプトンの２種混合ガスとすることにより、始動電圧を下げることに成功したのである。
[３]ランプ効率
本願発明者は、また、周囲温度（℃）に対する上記タイプＡと、タイプＢ、Ｃのランプのランプ効率（ｌｍ／Ｗ）を調べた。周囲温度とランプ効率の詳細なデータは省略し、両者の関係の傾向のみを図７に示す。

図７は、横軸に周囲温度、縦軸にランプ効率をとったグラフであり、図中、破線がタイプＡのランプを実線がタイプＢ、Ｃを示している。
タイプＡおよびタイプＢ、Ｃ共に、ある最適温度でランプ効率が最高となっている。この最適温度が、タイプＡでは約６０℃であるのに対しタイプＢ、Ｃでは、これよりも１０℃前後高くなることが確認されている。しかも、ランプ効率の最高値もタイプＢ、ＣはタイプＡよりも若干高くなっている。

ＬＣＤ装置の大型化の下で一層の多灯化が進む直下方式のバックライトユニットにおいては、点灯時のユニット内温度が約７０℃まで上昇する。したがって、タイプＡでは、ランプ効率の最高値が得られない。これに対し、タイプＢ、Ｃでは、最高に昇温した際のユニット内温度付近で最高のランプ効率が得られることができる。
以上説明したように、本発明に係る冷陰極蛍光ランプによれば、アルゴンとネオン主体の混合ガスが封入されてなる従来の冷陰極蛍光ランプよりも、０℃およびこの付近における始動電圧を下げることが可能となるので、電源ユニット等の小型化が可能となる。さらに、冷陰極蛍光ランプが設置されるユニット内の温度環境において、最高のランプ効率が得られることとなる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態としても構わない。
（１）上記実施の形態では、冷陰極蛍光ランプを直下方式のバックライトユニットの光源として用いる例を紹介したが、本発明に係る冷陰極蛍光ランプは、エッジライト方式（サイドライト方式、または導光板方式ともいう。）の光源としても好適に用いることができる。
エッジライト方式のバックライトユニットとは、ＬＣＤパネルの背面に導光板を置き、その導光板の端面に蛍光ランプを配置する構成のユニットをいう。エッジライト方式のバックライトユニットでは、導光板端面に２〜４本の冷陰極蛍光ランプを密接して配置するタイプのものがあり、このようなタイプでは冷陰極蛍光ランプの周囲温度が上記した直下方式のバックライトユニットの場合と同程度まで昇温するからである。

（２）上記実施の形態では、冷陰極蛍光ランプの電極（冷陰極）として有底筒状のホロー型電極を用いたが、電極の形状はこれに限らない。例えば、円柱状のものや、短冊状をした板状のものを用いてもよい。また、材質もニオブに限らず、例えば、ニッケル、モリブデン、タンタルを用いても構わない。なお、環境問題から水銀使用量の規制が進む中、ニオブ、モリブデン、タンタルを電極の材質に採用すると、ニッケルを採用した場合よりも電極の消耗が抑制されるため、少ない水銀量でもってランプ寿命を延ばすことができる。

本発明に係る冷陰極蛍光ランプは、例えば、直下方式のバックライトユニットの光源として、本発明に係るバックライトユニットは、例えば、液晶ディスプレイ装置用として利用可能である。

実施の形態に係るバックライトユニットの概略構成を示す図である。 上記バックライトユニットの光源として用いる冷陰極蛍光ランプを示す縦断面図である。 周囲温度０℃における、混合希ガスの種類および混合比が変化した場合の始動電圧の特性図である。 周囲温度２５℃における、混合希ガスの種類および混合比が変化した場合の始動電圧の特性図である。 周囲温度０℃における、混合希ガスの種類および混合比が変化した場合の始動電圧の特性図である。 周囲温度２５℃における、混合希ガスの種類および混合比が変化した場合の始動電圧の特性図である。 周囲温度に対するランプ効率の変化を示す特性図である。 アルゴンとネオン主体の混合ガスが封入されてなる冷陰極蛍光ランプにおいて、アルゴンとネオンの混合比率を変化させた場合の、（ａ）は始動電圧の特性図であり、（ｂ）はランプ効率の特性図である。

符号の説明

１０ バックライトユニット
２６ 冷陰極蛍光ランプ
３２ ガラスバルブ
３４ 蛍光体膜
３６、３８ 電極

Claims (3)

1. 希ガスの混合ガスが封入され、内面に蛍光体膜が形成されてなる管状のガラスバルブと当該ガラスバルブの両端部内に対向配置された一対の電極とを有する冷陰極蛍光ランプであって、
   前記混合ガスの構成ガスとして、少なくともネオンとクリプトンとを含むことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 前記混合ガスの構成ガスとして、さらにアルゴンを含むことを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 請求項１または２記載の冷陰極蛍光ランプを光源として備えていることを特徴とするバックライトユニット。

Images