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WO1997048121A1 - Lampe a decharge a cathode en ceramique - Google Patents

Lampe a decharge a cathode en ceramique Download PDF

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WO1997048121A1
WO1997048121A1 PCT/JP1997/001399 JP9701399W WO9748121A1 WO 1997048121 A1 WO1997048121 A1 WO 1997048121A1 JP 9701399 W JP9701399 W JP 9701399W WO 9748121 A1 WO9748121 A1 WO 9748121A1
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WO
WIPO (PCT)
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lamp
gas
torr
cathode
discharge
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP1997/001399
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Munemitsu Hamada
Akira Takeishi
Haruo Taguchi
Takeshi Masuda
Yasutoshi Yamaguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to US08/945,881 priority Critical patent/US5982088A/en
Priority to EP97919652A priority patent/EP0849768A4/en
Publication of WO1997048121A1 publication Critical patent/WO1997048121A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
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    • H01J61/20—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/76—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a filling of permanent gas or gases only
    • H01J61/78—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a filling of permanent gas or gases only with cold cathode; with cathode heated only by discharge, e.g. high-tension lamp for advertising

Definitions

  • the present invention relates to a compact fluorescent discharge lamp used as a backlight of a liquid crystal display device, a reading light source such as a facsimile or a scanner.
  • liquid crystal displays that can be lightened with low power consumption are rapidly spreading.
  • small fluorescent discharge lamps have been actively developed as light sources for liquid crystal displays.
  • compact fluorescent lamps are becoming more widespread due to their lower power consumption and longer life than incandescent lamps.
  • fluorescent lamps can be classified into hot cathode fluorescent lamps using arc discharge due to thermionic emission and cold cathode fluorescent lamps using glow discharge using secondary electron emission.
  • Hot cathode fluorescent discharge lamps have a lower cathode voltage drop than cold cathode fluorescent discharge lamps and have higher luminous efficiency with respect to power.
  • the current density can be increased, and higher brightness can be easily achieved compared to a cold cathode. Therefore, it is suitable for a light source that requires a large amount of light, such as a backlight for a large-screen liquid crystal display, a fluorescent light bulb, and a reading light source such as a facsimile scanner.
  • a fluorescent discharge lamp cathode in which a tungsten (W) coil is coated with a portion of a transition metal and an alkaline earth metal including a varium (Japanese Patent Laid-Open No.
  • the present inventors have proposed a fluorescent discharge lamp using a ceramic cathode in Japanese Patent Publication No. 6-103627.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-186550 a thin-tube, high-brightness hot cathode fluorescent discharge lamp with improved life by preventing sputtering and evaporation of a ceramic cathode is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-26704 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-264704 a ceramic cathode that facilitates the transition from a glow discharge to an arc discharge at the time of starting has been proposed.
  • hot-cathode fluorescent lamps make it easier to transition from glow discharge to arc discharge and have a longer life, but they are not always sufficient for a life expectancy of several thousand hours or more.
  • the range of the enclosed pressure of Ar, ⁇ e, ⁇ r, Xe of a fluorescent discharge lamp having a ceramic cathode or a rare gas comprising a mixed gas thereof is 10 to An invention limited to the range of 170 Torr is provided.
  • the ceramic cathode comprises: a first component containing at least one of Ba, Sr, and Ca in terms of a molar ratio of X in terms of Ba0, Sr0, and Ca0, respectively; the Z r, respectively one at least of T i in terms of Z r 0 2, T i 0 2 containing y in a molar ratio And 2-component, T a, at least in New b kind each l / 2 (T a 2 0 5), 1/2 (N b 2 0 5) third component in terms containing z in a molar ratio is, 0.8 ⁇ xZ (y + z) ⁇ 2.0, the second component is 0.05 ⁇ y ⁇ 0.6, and the third component is 0.4 ⁇ z 0.95 20 ⁇ with at least one of Ta or Nb carbide or nitride formed on the surface!
  • a cathode material consisting of condyles having a diameter of ⁇ 300 ⁇ is contained in a conductive container
  • FIG. 1A is a configuration example of a discharge lamp to which the present invention is applied.
  • FIG. 1B is a configuration example of a device using a discharge lamp to which the present invention is applied as a backlight of a liquid crystal
  • FIG. 1C and 1D are enlarged views of a tube end of a discharge lamp to which the present invention is applied
  • FIG. 1E is a structural diagram of a ceramic cathode containing an electron emitting material having an aggregated porous structure.
  • FIG. 2 to FIG. 14 are diagrams showing the life and luminance of the lamp with respect to the sealed pressure in each experimental example of the discharge lamp according to the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the argon gas filling pressure and the arc discharge life in the discharge lamp according to the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the argon gas filling pressure and the lamp surface brightness in the discharge lamp according to the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between lamp current and arc discharge life in a discharge lamp according to the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing a manufacturing process of the electron emission material and the ceramic cathode
  • FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the average particle size of the ceramic cathode according to the present invention and the lamp life t ,.
  • FIG. 1A to 1E show a discharge lamp to which the present invention is applied.
  • FIG. 1A schematically shows a discharge lamp 30 in which a pair of ceramic cathodes 1 are provided at both ends of an elongated bulb 4, and the cathode 1 is connected to an external AC voltage (for example, 30 kHz) by a lead wire 9. (frequency of z) is applied, and the rare gas ions inside the bulb collide with the ceramic cathode (granules) to heat the cathode, release thermions, discharge in the discharge space 50, and apply inside the bulb 4 The phosphor emits light. The emitted light is extracted outside as light 107 through the wall of the bulb 4.
  • an external AC voltage for example, 30 kHz
  • Fig. 1B shows the case where the discharge lamp of Fig. 1A is used as a liquid crystal backlight.
  • the lamp 30 has a reflector 104.
  • Light 107 from the lamp 30 enters the light guide plate 105, is reflected upward by the reflector 106 on the back surface of the light guide plate, and becomes emitted light 110 through the diffuser plate 108.
  • the emitted light 110 irradiates the back surface of the liquid crystal.
  • FIG. 1B shows an example in which one lamp is provided on one side of the light guide plate. However, two lamps may be provided on both sides of the light guide plate.
  • FIG. 1C and FIG. 1D show enlarged cross-sectional views of one tube end of the fluorescent discharge lamp.
  • FIG. 1E shows the ceramic cathode 1 in an enlarged manner, and an agglomerate type porous body 3 is accommodated in a bottomed cylindrical electrode container 2.
  • reference numeral 4 denotes a bulb, which is formed of an elongated glass tube.
  • a phosphor 5 is applied to the inner wall of the bulb 4.
  • Lead wires 9 as conductors are attached to both ends of the bulb 4.
  • An enlarged portion 10 is formed on the discharge space side of the lead wire 9, and is inserted into the tube end side of the conductive pipe 6.
  • the ceramic cathode 1 is inserted into the discharge space side of the conductive pipe 6 so that the opening faces the discharge space, and the ceramic cathode 1 is thus fixed to the lead wire 9 via the conductive pipe 6.
  • a mercury dispenser 8 filled in a metal pipe 7 made of nickel or the like is arranged between a portion where the enlarged portion 10 of the conductive pipe 6 is inserted and a portion where the ceramic cathode 1 is inserted.
  • a slit-shaped opening 11 is formed in the portion of the conductive pipe 6 where the mercury dispenser 8 is disposed, and the mercury vapor in the mercury dispenser 8 is released from this opening 11. It is designed to be released into the electric space.
  • the size of the electrode container 2 is 0.9 mm inside diameter, 1.4 mm outside diameter, 2.0 mm length and 1.5 mm inside diameter, 2.3 mm outside diameter, 2.3 mm length. Also, an argon gas with a filling pressure of about 70 Torr is filled in the bulb 4 for starting discharge.
  • Tables 1 to 13 show rare gas elements such as argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), and xenon (Xe) which are commonly used in the fluorescent discharge lamp according to the present invention. And the results of measuring the arc discharge life and lamp surface brightness when the gas filling pressure was changed when these mixed gases were used as the discharge starting gas.
  • rare gas elements such as argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), and xenon (Xe) which are commonly used in the fluorescent discharge lamp according to the present invention.
  • a conductive container with an inner diameter of 1.5 mm, an outer diameter of 2.3 mm and a length of 2.0 mm was used in which a ceramic cathode filled with electron-emitting ceramic was sealed.
  • the electron-emitting ceramic As the electron-emitting ceramic, the one having the composition of Sample 18 in Table 14 described later was used.
  • a 30-kHz alternating current with a voltage of 80 V is used as the applied power supply for discharging, and the lamp current at that time is 30 mA.
  • the gas used is 100% Ar, Ne, r, and Xe gas (Tables 1 to 4, Figures 2 to 5), Ar 50% + Ne 50% mixed gas, Ar 50% + Kr 50% mixed gas, Ar 50% + Xe 50% mixed gas, Ne 50% + Kr 50% mixed gas, Ne 50% + Xe 50% mixed gas, Kr 50% + Xe 50% mixed gas (Table 5 to Table 10, Fig. 6 to Fig. 11), Ar 90% + Nel 0% mixed gas, Ar 10% + Ne 90% mixed gas and Ar 40% + Ne 20% + Kr 20% + Xe 20% mixed gas (Table 11 Table 13 and Fig. 12 to Fig. 14), and the filling pressure is 5, 10, 20, 30, 50, 70, 90, 110, 130, 150, 1 70, 200 Torr.
  • Tables 1 to 13 are shown in FIGS.
  • the horizontal axis represents the sealing pressure (T orr)
  • the vertical axis represents the lifetime (hr) or luminance (cdZm 2 ).
  • the arc discharge life is the time required for the arc discharge required when continuous discharge is performed under the above-mentioned conditions to become incapable of sustaining and shifting to a glow discharge
  • the lamp surface luminance is a unit of luminance c dZm It is represented by 2 .
  • sample 49 fill the sample 60 with a fill pressure of 200 Torr in terms of lamp surface brightness, and when Ar 50% + K ⁇ 50%, fill the fill pressure 5 in terms of arc discharge life.
  • sample 61 of Tor or the sealed pressure of 200 Tor in terms of lamp surface brightness is 200 and the sample of Ar 50% + Xe 50% is the arc discharge life
  • the charging pressure is 5 Torr
  • sample 73 is used.
  • the sample pressure is 200 Torr, sample 84.
  • Ne 50% + Kr 50% the arc discharge life and lamp Sample 85 with an enclosure pressure of 5 Torr in terms of surface luminance
  • Sample 96 with an enclosure pressure of 200 Torr in terms of lamp surface luminance
  • Ne 50% + Xe 50% Specimen 97 with a charging pressure of 5 Torr in terms of arc discharge life and lamp surface brightness
  • sample 108 with a filling pressure of 200 Torr
  • Kr 50% + Xe 50% sample 10 with a filling pressure of 5 Torr in terms of arc discharge life and lamp surface brightness 9
  • FIGS. 15 to 17 The effects of the present invention are shown in FIGS. 15 to 17 by taking a fluorescent discharge lamp using argon (Ar) as a discharge starting gas as an example.
  • FIG. 15 shows the relationship with the arc discharge life when the argon gas filling pressure of the ceramic cathode fluorescent lamp was changed from 5 Torr to 200 Torr.
  • the dotted line in the figure is a reference example of the arc discharge life of a fluorescent discharge lamp using a tungsten (W) filament as the cathode.
  • Figure 16 shows the relationship between the argon gas filling pressure and the lamp surface brightness when fluorescent lamps with different filling pressures of argon gas are turned on.
  • Figure 17 shows the arc discharge life when the argon gas filling pressure of the argon-filled ceramic cathode-light discharge lamp was fixed at 90 T rr and the discharge lamp current was 10, 20, 30, and 50 mA.
  • an arc discharge life of 7 000 hours or more can be obtained when the discharge lamp current is in the range of 1 OmA to 5 OmA.
  • the arc discharge life is equivalent to that of a ceramic cathode when the lamp current is 10 mA, but it is 6000 at 20 mA. At less than 30 hours at 30 mA, the arc discharge life is reduced to less than 4000 hours.
  • FIG. 18 shows a manufacturing process of the ceramic cathode of the present invention.
  • the entire manufacturing process is the same as the ordinary ceramic manufacturing method.
  • B a as a first component, S r, C a carbonate B a C 0 3, S r C 0 3, C a C 0 3,
  • the weighed starting materials are mixed by methods such as ball milling, freeze drying, friction milling, and coprecipitation.
  • the powder obtained by pulverization is treated with polyvinyl alcohol (PVA), Granulation is performed using an aqueous solution containing an organic binder such as lenglycol (PEG) or polyethylene oxide (PEO) to obtain granular powder.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Granulation was performed using a spray drying method, an extrusion granulation method, a tumbling granulation method, or a mortar or pestle, but the granulation method is not particularly limited.
  • a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide, an inert gas such as argon or nitrogen, or an inert gas containing a reducing gas can be used.
  • a nitrogen gas containing a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide is used.
  • the electron-emitting material surface a carbides N b, nitrides, either the conductor or semiconductor layer formed of one at least of the oxide is not formed.
  • it exceeds 2,000 the electron-emitting material having the aggregated porous structure shown in 3 in FIG. 1E formed by sintering the bulk or granular granules cannot be retained.
  • the firing temperature is 1 400 to 2,000 e C is preferred.
  • the agglomerated porous structure is a porous structure formed by solid particles, such as sintered metal and refractory bricks, which are sintered and solidified at contact points.
  • the conductive layer and the semiconductor layer may be formed by coating the surface of an agglomerated porous structure formed by sintering by vacuum evaporation or the like.
  • the conductor layer or semiconductor layer made of at least one of carbides, nitrides, and oxides of Ta and Nb is converted into an aggregate-type porous body shown in FIG. 1E.
  • the structure is formed on the surface of the electron-emitting material.
  • the phase formed on the surface of the electron-emitting material is made of at least one of carbides, nitrides and oxides of Ta and Nb, and may be a solid solution thereof.
  • At least one of B a, S r, and C a is converted to B a 0, S r 0, and C a O, respectively.
  • both a second component comprising Y in a molar ratio in terms kind to Z r 0 2, T i 0 2 respectively, T a, one each 1 at least in the N b Z2 (T a 2 0 B), 1 / 2 (N b 2 0 ⁇ ), the third component containing ⁇ in molar ratio is within the range expressed by 0.8 ⁇ ⁇ ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ 2.0, and the second component is 20 ⁇ ⁇ with the third component in the range of 0. 05 ⁇ ⁇ 0.6, 0.4 ⁇ ⁇ ⁇ 0.95!
  • An electron emission material is provided, which is composed of granules of up to 300 ⁇ m and has at least one of a carbide or a nitride of Ta or Nb formed on a surface thereof.
  • the obtained powder was finely pulverized by a ball mill for 20 hours, dried in a dryer at 80 to 130 ° C., added with an aqueous solution containing polyvinyl alcohol, and granulated using a mortar and pestle.
  • the obtained granulated powder is sieved to a mean particle size of about 90 ⁇ m, and filled into a Ba-Ta-Zr-0 series bottomed cylindrical porcelain without pressing.
  • a fluorescent lamp was manufactured using the ceramic cathode obtained by the above method, and a continuous lighting test was performed.
  • the evaluation method in the continuous lighting test of the fluorescent lamp will be described.
  • the tube wall temperature of the lamp be 9 CTC or less in both the direct type and the edge light type.
  • the components of the backlight such as the reflector, diffuser, and light guide, are severely degraded and impractical.
  • the tube wall temperature of the fluorescent lamp increases as the lighting time elapses. This is because the longer the lighting time, the higher the tube voltage and the greater the lamp power.
  • the time t at which the tube wall temperature reaches 90 ° C, was measured and evaluated for a continuous life test.
  • the temperature of the lamp tube wall was measured by the method described below. First, the temperature distribution on the bulb was measured by an infrared radiation type thermography device. As a result, the position on the bulb near the end of the lamp tube was the highest. Therefore, in a space maintained at a constant 25 ° C, the paste-type K thermocouple was directly attached to the position on the bulb near the end of the lamp tube, that is, to the thermocouple attachment part 12 (Fig. It was measured.
  • the conditions of the lamp shape and the continuous lighting test are as follows.
  • Inverter 30 kHz (no preheating circuit)
  • Samples 7, 15, 27, 33, 40, 74, 77, 80, 95, 1 17, and 1 18 all have t i ⁇ 800 hr. Samples 7, 15, 27, 33, 40, 74, 77, 80, 95, 117, and 118 could not maintain the state of the granules due to firing in a reducing atmosphere. Not enough heat is stored to form an arcs bot. As a result, the discharge becomes unstable and short, which is not practical.
  • samples 1, 2, 3, 4, 5, 6, 47, 48, 49, 86, 99, and 100 t> due to the shortage of electron-emitting substances, Ba0, SrO, and CaO. Is short and impractical.
  • the samples 45, 46, 83, 84, 85, 98, 123 and 124 are not practically desirable because the lamp tube wall is extremely blackened and the lamp surface brightness is reduced, and the luminous flux maintenance ratio is significantly reduced. .
  • the cathode material retains a granular shape, and the samples 8 to 11, 13, 14, 14, 16 to 20, 24, 25, 28 to 32, 34 to 38, 41 to 44, 50-62, 64, 66, 68-73, 75, 76, 78, 79, 81, 82, 87-91, 93, 94, 96, 97, 101-1-1 In all cases, 0, 11 13 to 1 16 and 1 19 to 122, it was recognized that a granular cathode material was formed.
  • Table 18 shows the results of observing the number of granules that form arc spots in a combination of the tube current and the average granule diameter when a fluorescent lamp is configured using the cathode of the present invention.
  • the ceramic cathode used in the test is sample 18 in Table 14.
  • the number of granules was observed using a hyper microscope manufactured by Keyence Corporation.
  • the number of granules forming the arc spot is one, that is, when the size of the arc spot and the average granule diameter are almost the same, the movement of the arc spot is small and most stable.
  • the tube current range that can maintain stable arc discharge is 5 mA to 50 OmA.
  • the stable arc bot is formed, and the discharge can be maintained for a long time.
  • the arcbot moves frequently and the discharge is unstable.
  • the average particle size is larger than 300 ⁇ , sufficient heat to emit thermoelectrons is obtained. It is easy to shift to glow discharge.
  • unstable discharge means that the arc spot has moved within 5 minutes
  • stable means that the arc spot has not moved for more than 10 hours, and Indicates that the arc cathode is not formed and the entire cathode is discharged.
  • Unstable discharge is when the arc spot moves within 5 minutes.
  • Stable is when the arcbot has not moved for more than 10 hours.
  • Glow discharge is when the entire electrode is discharged without forming an arc spot.
  • Figure 19 shows the relationship between the average particle size and t, when a fluorescent lamp was constructed using the ceramic cathode of sample 18 in Table 14.
  • the lamp conditions for the continuous lighting test are the same as above. From Fig. 19, at a tube current of 15 mA, t, has a maximum point for a ceramic cathode made of a cathode material with an average granule diameter of about 70 // m. Also, as can be seen from the results of observation of the ceramic cathode during discharge in Table 18, at a tube current of 15 mA, the arc spot is most stable when the average particle diameter is about 70 m. Thus, if the arc spot is stable, it is possible to suppress an increase in the tube wall temperature and maintain a stable arc discharge for a long time.
  • the gas pressure of the fluorescent lamp using the ceramic cathode is 10 Torr to 170 Torr, a thin tube and high brightness can be obtained.
  • a long-life ceramic cathode fluorescent lamp can be provided.
  • the ceramic cathode of the present invention as a cathode of a fluorescent lamp, it is possible to suppress blackening, suppress a rise in the temperature of the lamp tube wall, and maintain a stable arc discharge for a long period of time.
  • thermoelectrons can be efficiently extracted, so that stable arc discharge with little movement of the arc spot can be realized.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

明 細 書
セラミツク陰極放電ランプ 技術分野
本発明は、 液晶ディスプレイ装置のバックライ ト、 ファクシミリやスキャナ等 の読み取り用光源に用いられる小型の蛍光放電ランプに関するものである。 背景技術
最近、 低消費電力で軽薄化が可能な液晶ディスブレイが急速に広まりつつある 。 これに伴い、 液晶ディスプレイの光源として小型蛍光放電ランプの開発が盛ん に行われている。 同様に、 電球型蛍光ランプは、 白熱電球に比べて消費電力が少 なく寿命が長いことから広まりつつある。
一般に蛍光放電ランブは、 熱電子放出によるアーク放電を利用した熱陰極蛍光 放電ランブと、 二次電子放出によるグロ一放電を利用した冷陰極蛍光放電ランブ に分けることができる。 熱陰極蛍光放電ランプは冷陰極蛍光放電ランプに比べ陰 極降下電圧が小さく、 電力に対する発光効率が高い。 また熱電子放出によるため 電流密度を大きく とることができ、 冷陰極に比べて高輝度化が容易である。 その ため、 大画面の液晶ディスプレイ用バックライ 卜、 電球型蛍光ランプ、 ファクシ ミリゃスキャナ等の読み取り用光源など、 多量の光束が必要となる場合の光源に 適している。
従来の熱陰極ランプ用の陰極として、 タングステン （W ) コイルに遷移金属の 一部とバリゥムを含むアル力リ土類金属を塗布した蛍光放電ランプ陰極 （特開昭
5 9— 7 5 5 5 3号公報に記載） 、 アルミン酸バリウムを含む易電子放射物質を 多孔質タングステンに含浸した陰極 （特開昭 6 3 - 2 4 5 3 9号公報に記載） が 知られている。
しかし、 液晶表示装置の薄型化に伴い、 光源としての蛍光放電ランプも細管化 の要求が強まっているが、 従来の熱陰極ランプでは、 熱電子放出を開始するため に予熱が必要なため、 冷陰極蛍光放電ランプなみの細管化は難しかった。 一方、 特開平 4 - 7 3 8 5 8号公報に示されるように予熱なし構造で細管化した場合は 、 長寿命化が難しかった。
また、 放電中に生じた H gイオンや A rイオンが陰極に衝突し電子放出物質を 飛散させる、 いわゆるイオンスパッタリングによる陰極の劣化が顕著であった。 このため放電中に電子放出物質が枯渴し、 安定したアーク放電を長時間にわたつ て維持することができない。 さらに飛散した電子放出物質によりランプのガラス 管内壁が黒化する、 いわゆる管壁黒化により光束維持率が早期に低下する。
本発明者等は、 特公平 6 - 1 0 3 6 2 7号公報においてセラミック陰極を用い た蛍光放電ランプを提案した。 また、 特開平 2— 1 8 6 5 5 0号公報においてセ ラミツク陰極のスパッタリング及び蒸発を防止して寿命を改善した細管で高輝度 の熱陰極蛍光放電ランプを、 特開平 4 - 4 3 5 4 6号公報及び特開平 6 - 2 6 7 4 0 4号公報において始動時のグロ一放電からアーク放電への移行を容易にした セラミツク陰極を提案した。
これらの熱陰極蛍光放電ランブは、 グロ一放電からアーク放電への移行が容易 になるとともに寿命が長くなるが、 数千時間以上の寿命の要求に対しては必ずし も十分ではない。
これらのセラミック陰極を用いた蛍光放電ランプにおいて、 内径が 2 . O m m のバルブに封入圧 5 T o r rのアルゴンガスを封入した場合、 ランプ電流 1 5 m Aで点灯すると平均寿命は 1 0 0 0時間程度の短いものであった。 発明の開示
本願においては、 セラミック陰極を使用した蛍光放電ランプにおいて、 点灯初 期から寿命末期まで長期にわたり始動性が良好で、 細管、 高輝度、 長寿命のラン プを提供することを発明の目的とする。
本出願においては、 上記目的を解決するために、 セラミック陰極を有する蛍光 放電ランプの A r , Ν e , Κ r , X eあるいはこれらの混合ガスから成る希ガス の封入圧の範囲を 1 0〜 1 7 0 T o r rの範囲に限定した発明を提供する。 好ましくは、 上記セラミック陰極は、 B a， S r , C aの少なく とも一種をそ れぞれ B a O , S r 0 , C a 0に換算してモル比で X含む第 1成分と、 Z r , T iの少なく とも一種をそれぞれ Z r 0 2 ， T i 0 2 に換算してモル比で y含む第 2成分と、 T a , Ν bの少なく とも一種をそれぞれ l /2 (T a2 05 ) , 1 / 2 (N b 2 05 ) に換算してモル比で z含む第 3成分が、 0. 8≤xZ (y + z ) ≤2. 0で表記される範囲にあり、 かつ第 2成分が 0. 05≤y≤0. 6、 第 3成分が 0. 4≤z 0. 95の範囲にあり、 表面に T aまたは N bの炭化物ま たは窒化物の少なく とも一種が形成された 20 μπ！〜 300 μπιの径を有する顆 粒からなる陰極材料を導電性容器に収容して構成される。
このように構成された本発明の蛍光放電ランプは、 ランプ内径を小さくして動 作温度が高くなつても電子放出物質が蒸発 ·飛散することがなく、 点灯初期から 寿命末期まで長期にわたり始動性が良好で、 高輝度、 長寿命である。 図面の簡単な説明
図 1 Aは本発明が適用される放電ランプの構成例、
図 1 Bは本発明が適用される放電ランプを液晶のバックライ トとして使用する 装置の構成例、
図 1 Cと図 1 Dは本発明が適用される放電ランプの管端部の拡大図、 図 1 Eはァグリゲート型多孔体構造の電子放出材料を収容したセラミック陰極 の構造図、
図 2—図 1 4は本発明による放電ランプの各実験例において封入気圧に対する ランプの寿命と輝度を示す図、
図 1 5は本発明による放電ランプにおいて、 アルゴンガス封入圧とアーク放電 寿命の関係を示す図、
図 1 6は本発明による放電ランプにおいて、 アルゴンガス封入圧とランプ表面 輝度の関係を示す図、
図 1 7は本発明による放電ランプにおいて、 ランプ電流とアーク放電寿命の関 係を示す図、
図 1 8は電子放出材料及びセラミック陰極の製造工程を示す図、
図 1 9は本発明によるセラミック陰極の平均顆粒径とランプの寿命 t , との関 係を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 1 . 放電ランプの一般的説明
図 1 A〜図 1 Eは本発明が適用される放電ランプを示す。
図 1 Aは放電ランプ 3 0の概略を示し、 細長いバルブ 4の両端に 1対のセラミ ック陰極 1がもうけられ、 該陰極 1はリード線 9により外部から交流電圧 （例え ば 3 0 k H zの周波数） を印加されて、 バルブ内部の希ガスイオンがセラミック 陰極 （顆粒） に衝突して陰極を熱し、 熱電子を放出して、 放電空間 5 0で放電し 、 バルブ 4の内側に塗布される蛍光体により発光する。 発光した光はバルブ 4の 壁を通って光 1 0 7として外部に取り出される。
図 1 Bは図 1 Aの放電ランプを液晶バックライ ト として使う場合を示す。 ランプ 3 0には、 リフレクタ 1 0 4がもうけられている。 ランプ 3 0からの光 1 0 7は導光板 1 0 5に入り、 導光板裏面の反射板 1 0 6で上方に反射され、 拡 散板 1 0 8を通して出射光 1 1 0となる。 出射光 1 1 0は液晶の裏面を照射する 図 1 Bは導光板の片側に 1本のランプをもうける例を示すが、 2本のランプを 導光板の両側にもうけるようにしてもよい。
図 1 Cと図 1 Dは蛍光放電ランブの一方の管端部の断面図を拡大して示す。 ま た図 1 Eはセラミック陰極 1を拡大して示し、 有底円筒状の電極容器 2の中にァ グリゲ一卜型多孔体 3が収容されている。 この図において 4はバルブであり、 細 長いガラス管で形成されている。 バルブ 4の内壁には蛍光体 5が塗布されている 。 バルブ 4の両端部には導体であるリード線 9が取り付けられている。
リード線 9の放電空間側には拡大部 1 0が形成されており導電性パイブ 6の管 端部側に挿入されている。 導電性パイプ 6の放電空間側にはセラミック陰極 1が 開口部が放電空間に対向するようにして挿入され、 このようにしてセラミック陰 極 1が導電性パイプ 6を介してリード線 9に固着されている。 また、 導電性パイ プ 6の拡大部 1 0が挿入された部分とセラミック陰極 1が挿入された部分との間 にはニッケル等の金属製パイプ 7に充填された水銀ディスペンザ 8が配置されて いる。
導電性パイプ 6の水銀ディスペンザ 8が配置された部分にはスリッ 卜状の開口 1 1が形成されており、 水銀ディスペンザ 8中の水銀蒸気がこの開□ 1 1から放 電空間に放出されるようになっている。
有底円筒状の電極容器 2に用いる材料はセラミック陰極中の電子放出材料の成 分に近いものを用いれば、 電極容器 2と電子放出材料の接触が強固となるのでよ り好ましい。
電極容器 2の大きさとしては、 内径 0. 9 mm、 外径 1. 4mm、 長さ 2. 0 mmのもの及び内径 1. 5 mm、 外径 2. 3 mm、 長さ 2. Ommのものがある また、 バルブ 4内には放電開始用に封入圧 70 T o r r程度のアルゴンガスが 封入されている。
2. 放電ガスとガズ封入圧
表 1〜表 1 3に示されたのは、 本発明による蛍光放電ランプにおいて通常用い られるアルゴン （A r ) 、 ネオン （N e) 、 クリプトン （K r) 、 キセノン （X e ) の希ガス単体及びこれらの混合ガスを放電開始用ガスとして用いた場合にガ ス封入圧を変化させた場合のアーク放電寿命とランプ表面輝度を測定した結果で ある。
使用した蛍光放電ランプは、 外径 4mm、 内径 3 mm、 長さ 1 0 Ommのバル ブ内壁に色度が x = 0. 3、 y = 0. 3の 3波長タイプの蛍光体を塗布し、 内径 1. 5 mm, 外径 2. 3 mm, 長さ 2. 0 m mの導電性容器に電子放出セラミツ クを充填したセラミック陰極を封入したものを用いた。
なお、 電子放出セラミックとしては後述の表 1 4の試料 1 8の組成のものを用 いた。
また、 放電用の印加電源として 30 k H zの電圧 80 Vの交流を使用し、 その ときのランプ電流は 30 m Aである。
使用ガスは各々 1 00 %の A r， N e , r , X eガス （表 1〜表 4、 図 2〜 図 5 ) 、 A r 50 % + N e 50 %混合ガス、 A r 50 % + K r 50 %混合ガス、 A r 50 % + X e 50 %混合ガス、 N e 50 % + K r 50 %混合ガス、 N e 50 % + X e 50 %混合ガス、 K r 50% + X e 50 %混合ガス （表 5〜表 1 0、 図 6〜図 1 1 ) 、 A r 90% + N e l 0%混合ガス、 A r 1 0 %+ N e 90%混合 ガス及び A r 40 % + N e 20 %+ K r 20 % + X e 20 %混合ガス （表 1 1〜 表 1 3、 図 1 2〜図 1 4 ) であり、 封入圧は、 5， 1 0 , 2 0， 3 0 , 50 , 7 0， 9 0 , 1 1 0 , 1 3 0 , 1 50 , 1 70， 2 00 T o r rである。
表 1〜表 1 3の内容を寿命と輝度に関し各々図 2〜図 1 4に示す。 これらの図 において、 横軸は封入圧 （T o r r) であり、 縦軸は寿命 （h r ) または輝度 （ c dZm2 ) を示す。
表 1
A r 1 00 %
資料 N o ガス圧 （Torr) 寿命 (hr) 輝度（cd/m2)
* 1 5 * 1 500 38000
2 1 0 42 00 39 000
3 2 0 6 2 00 40000
4 3 0 7000 4 1 500
5 50 7700 43000
6 70 8500 45000
7 9 0 82 00 46000
8 1 1 0 8 1 00 45 500
9 1 3 0 7800 43500
1 0 1 50 7500 4 1 800
1 1 1 70 7400 409 00
1 2 2 00 6600 * 3 69 00 表 2
N e 1 00 %
資料 N o ガス圧 （Torr) ；命 (hr) 輝度（cd/m2)
木 1 3 5 * 800 * 3 5 500
1 4 1 0 3 500 38 000
1 5 20 4 2 00 38 500
1 6 30 5 2 00 3 9 2 00
7 50 5 700 39 900
1 8 70 6 500 4 1 1 00
1 9 90 6600 42000
2 0 1 1 0 6400 39 500
2 1 1 30 6 200 38700
2 2 1 50 6000 38500
2 3 1 70 5700 38 1 00
氺 24 2 00 42 00 * 34500 表 3
K r 1 00 %
資料 N o . ガス圧 (Torr) 寿命 (hr) 輝度（cd/m2
* 2 5 * 1 000 38200
26 1 0 4000 39000
2 7 20 n 0 4070007
28 30 6200 4 1 800
29 50 7000 44000
30 70 8 1 00 45000
3 1 90 8000 43500
32 1 1 0 7700 42500
33 1 30 7500 42000
1
丄 Π v / q u n u ^ A λ Δ ΓJ\ ΓJϊ
35 1 70 7000 40000
* 36 2 00 5 1 00 * 36000 表 4
Figure imgf000009_0001
資料 N o . ガス圧 (Torr) 寿命 (hr) 輝度（cd/m2:
* 3 7 5 氺 1 fi 00 38500
38 1 0 3800 39300
39 20 5800 40800
Figure imgf000009_0002
4 1 50 7500 44500
42 70 7700 44500
43 90 7400 43000
44 1 1 0 7 1 00 42500
45 1 30 7000 42000
46 1 50 6700 4 1 200
47 1 70 6600 40500 氺 48 200 4900 氺 37 1 00 表 5
A r 50 % , Ν e 50 %
咨 i'- M
Λ ·-Γ I Ο . 刀ス tt (. l orr 寿口 n inrj vcd/m 氺 49 5 * 1 2 00 * 3 600 0
50 1 0 39 00 3 900 0
5 1 20 5700 39500
5 2 30 6500 402 00
53 50 7500 4 1 000
54 70 8300 4 2 00 0
5 5 Q 0 R 000 4 1 500
5 6 1 1 0 7800 40500
5 7 1 30 7600 40000 ο a 1 5 U 7400 38800
5 9 1 70 72 00 38300
* 6 0 2 00 6700 * 3 6300 表 6
A r 50 %, K r 50 %
お
貧 ヰ 1 Ο . カス tt lorr) 寿ロロ （hr) 輝度 icd/m
* 6 1 5 * 1 300 38500
62 1 0 4 1 00 393 00
63 20 5900 4 1 2 00
64 30 6800 4 2 1 00
6 5 50 7500 43 500
6 6 70 7600 4 1 800
67 90 7500 4 1 2 00
68 1 1 0 7300 39800
69 1 30 72 00 3 95 00
70 1 50 7 1 00 3 9300
7 1 1 70 6900 3870 0
* 72 2 00 6000 * 3 7400 表 7
A r 5 0 %, X e 50 %
資ネ斗 Ν ο . 刀ス)土 (Torr) 寿命 (hr) 輝度（cd/m
* 73 5 * 1 800 38500
74 1 0 4300 39000
75 20 6500 40500
7 6 3 0 72 00 4 1 800
77 50 7800 43000
78 70 7400 42 500
79 90 7500 4 2 000
80 1 1 0 72 00 4 1 700
8 1 1 30 72 00 4 1 500
8 2 1 50 7 1 00 408 00
83 1 70 70 00 40000
* 84 2 00 63 00 * 3 7500 表 8
N e 50 %, K r 50 %
資料 N o ガス圧 （Torr) 命 (hr) 輝度（cd/m:
氺 85 5 * 1 300 * 3 6900
8 6 1 0 3 2 00 3 9 500
87 2 0 42 00 4 1 0 00
88 30 4800 42 000
89 50 5700 43 2 00
9 0 70 69 00 433 00 9 1 90 78ひ 0 43000 9 2 1 1 0 7700 42 2 00 9 3 1 3 0 72 00 4 1 1 00 94 1 50 69 00 39800 9 5 1 70 6600 38800
* 9 6 2 00 62 00 * 3 6900 表 9
N e 5 0 %, X e 5 0 %
S/ 11 ΟΓΓ ) 口口 \ nr; IS. vca/m
* 9 7 5 * 1 7 0 0 * 3 7 2 0 0
9 8 1 0 3 7 0 0 3 9 0 0 0
9 9 2 0 4 8 0 0 4 1 5 0 0
1 0 0 3 0 54 5 0 4 2 0 0 0
1 0 1 5 0 6 2 0 0 4 2 8 0 0
1 0 2 7 0 7 6 0 0 4 2 9 0 0
1 0 3 9 0 7 5 0 0 4 2 6 0 0
1 0 4 1 1 0 7 2 0 0 4 2 0 0 0
1 0 5 1 3 0 6 9 0 0 4 1 4 0 0
1 0 6 1 5 0 6 8 0 0 4 0 3 0 0
1 0 7 1 7 0 64 0 0 3 8 9 0 0 氺 1 0 8 2 0 0 5 9 0 0 * 3 6 80 0 表 1 o
K r 5 0 %, X e 5 0 %
資料 N o ガス圧 （Torr) 寿命 （hr) 輝度（cd/m2)
* 1 0 9 5 * 1 4 0 0 * 3 7 2 0 0 1 1 0 1 0 3 6 0 0 3 8 2 0 0 1 1 1 2 0 4 9 0 0 4 0 8 0 0 1 1 2 3 0 5 7 0 0 4 2 1 0 0 1 1 3 5 0 6 9 0 0 4 3 5 0 0 1 1 4 7 0 7 8 0 0 4 3 4 0 0 1 1 5 9 0 7 7 0 0 4 2 3 0 0 1 1 6 1 1 0 7 5 0 0 4 1 5 0 0 1 1 7 1 3 0 7 1 0 0 4 0 7 0 0 1 1 8 1 5 0 6 6 0 0 3 9 8 0 0 1 1 9 1 7 0 6 2 0 0 3 9 0 0 0
* 1 2 0 2 0 0 5 2 0 0 * 3 7 2 0 0 A r 9 0 %, N e 1 0 %
資料 N o ガス圧 （Torr) 命 (hr) 輝度（cd/mz) 氺 1 2 1 5 * 1 3 0 0 * 3 7 5 0 0
1 2 2 1 0 40 00 3 8 6 0 0
1 2 3 2 0 5 0 0 0 4 0 7 0 0
1 2 4 3 0 6 1 0 0 4 2 2 0 0
1 2 5 5 0 7 5 0 0 4 3 5 0 0
1 2 6 7 0 84 0 0 4 5 0 0 0
1 2 7 9 0 8 2 0 0 4 4 5 0 0
1 2 8 1 1 0 80 0 0 4 4 0 0 0
1 2 9 1 3 0 7 7 0 0 4 3 5 0 0
1 3 0 1 5 0 74 0 0 4 2 0 0 0 1 3 1 1 7 0 7 2 0 0 4 1 0 0 0
* 1 3 2 2 0 0 6 0 0 0 * 3 7 5 0 0 表 1 2
A r 1 0 %, N e 9 0 %
資料 N o ガス圧 （Torr) 命 (hr) 輝度（cd/ni2)
* 1 3 3 5 * 9 0 0 * 3 5 5 0 0 1 3 4 1 0 3 2 0 0 3 8 1 0 0 1 3 5 2 0 4 2 0 0 3 8 4 0 0 1 3 6 3 0 5 2 5 0 3 9 5 0 0 1 3 7 5 0 58 5 0 4 0 9 0 0 1 3 8 7 0 6 7 0 0 4 2 2 0 0
1 3 9 9 0 69 0 0 4 2 0 0 0
1 4 0 1 0 6 5 0 0 4 1 0 0 0 1 4 1 1 3 0 64 0 0 4 0 0 0 0 1 4 2 1 5 0 6 2 0 0 3 8 7 0 0 1 4 3 1 7 0 5 9 0 0 3 8 0 0 0
* 1 44 2 0 0 4 2 0 0 * 3 6 9 0 0
1 1 A r 40 % , N e 20 %, K r 20 %, X e 20 %
資料 N o ガス圧 （Torr) ;命 (hr) 輝度（cd/ms
1 45 5 * 1 600 38500
1 46 1 0 3900 39 1 00
1 47 20 5200 40300
1 48 30 6500 4 1 500
149 50 8000 43200
1 50 70 7900 43000
1 5 1 90 7500 42500
1 52 1 1 0 7500 42000
1 53 1 30 7300 4 1 700
1 54 1 50 7000 4 1 300
1 55 1 70 6900 40800
1 56 200 6300 * 37800 これらの表において、 「*」 が付された番号の試料は本発明の範囲外とするも のであり、 「*」 が付されたデータは本発明の範囲外とするデータである。
ここでアーク放電寿命は、 前記の条件で連続放電をさせた場合に必要なアーク 放電が持続できなくなりグロ一放電に移行するまでに要する時間であり、 ランプ 表面輝度は輝度の単位である c dZm2 で表されている。
データの判定は実用上の観点から、 アーク放電寿命が 2000時間を越えるも のを本発明の範囲内と、 2000時間以下のものは範囲外と判定した。 また、 ラ ンプ表面輝度が 38000 c d/m2 以上のものを本発明の範囲内と、 3800 0 c d/m2 未満のものは範囲外と判定した。
その結果、 A r 1 00%の場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧が 5 T o r r の試料 1を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 200 T o r rの試料 1 2を、 N e 1 00 %の場合は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 1 3を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 200 T o r rの試料 24を、 K r 1 00%の場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧が 5 T o r rの試料 25を 、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 200 T o r rの試料 36を、 X e l 00%の 場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧が 5 T o r rの試料 37を、 ランプ表面輝 度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 4 8を、 A r 5 0 % + N e 5 0 %の場合 は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 4 9を 、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 6 0を、 A r 5 0 % + K Γ 5 0 %の場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧が 5 T o r rの試料 6 1を、 ラ ンプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 7 2を、 A r 5 0 % + X e 5 0 %の場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧が 5 T o r rの試料 73を、 ランプ 表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 84を、 N e 5 0 %+ K r 5 0 % の場合は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 8 5を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 9 6を、 N e 5 0 % + X e 5 0 %の場合は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 9 7を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 1 0 8を、 K r 5 0 % + X e 5 0 %の場合は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度 の点で封入圧が 5 T o r rの試料 1 0 9を、 ランブ表面輝度の点で封入圧が 2 0
0 T o r rの試料 1 2 0を、 A r 9 0 % + N e 1 0 %の場合は、 アーク放電寿命 及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 1 2 1を、 ランプ表面輝度 の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 1 3 2を、 A r l 0 % + N e 9 0 %の場合 は、 アーク放電寿命及びランプ表面輝度の点で封入圧が 5 T o r rの試料 1 3 3 を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの試料 1 44を、 A r 4 0 % + N e 2 0 % + K r 2 0 % + X e 2 0 %の場合は、 アーク放電寿命の点で封入圧 が 5 T o r rの試料 1 4 5を、 ランプ表面輝度の点で封入圧が 2 0 0 T o r rの 試料 1 5 6を、 各々本発明の範囲外と判定し、 その他の場合すなわち各放電開始 用ガスの封入圧を 1 0〜 1 7 0 T o r rとした試料は本発明の範囲内であると判 定した。
本発明の効果を、 放電開始用ガスとしてアルゴン （A r ) を用いた蛍光放電ラ ンブを例にとって、 図 1 5〜図 1 7に示す。
図 1 5に、 セラミツク陰極蛍光放電ランブのアルゴンガスの封入圧を 5 T o r rから 2 0 0 T o r rまで変化させた場合のアーク放電寿命との関係を示した。 なお、 図中に点線で示したのはタングステン （W) フィラメントを陰極として 用いた蛍光放電ランプのアーク放電寿命の参考例である。 図 1 6に、 アルゴンガスの封入圧が異なる蛍光ランプを点灯した場合の、 アル ゴンガス封入圧とランブ表面輝度の関係を示す。
図 1 7に、 アルゴンガス封入セラミック陰極茧光放電ランプのアルゴンガスの 封入圧を 90 T o r rに固定し、 放電ランプ電流を 1 0， 20 , 30， 50mA とした場合のアーク放電寿命を示す。
この図から明らかなように放電ランプ電流が 1 OmAから 5 OmAの範囲で 7 000時間以上のアーク放電寿命を得ることができる。
一方、 参考例として点線で示すタングステン （W) フィラメント陰極蛍光ラン プの場合には、 ランプ電流が 1 0 m Aの場合は、 セラミック陰極と同等のアーク 放電寿命であるが、 20 m Aでは 6000時間弱、 30 m Aでは 4000時間弱 とアーク放電寿命が短くなる。
3. セラミック陰極の構成
次に図 1 8により、 セラミック陰極の製造工程を説明する。
図 1 8に示すのは、 本発明のセラミック陰極の製造工程である。
全体の製造工程は通常のセラミックの製造方法と同様である。
出発原料として
( 1 ) 第 1成分として B a , S r , C aの炭酸塩 B a C 03 , S r C 03 , C a C 03 、
( 2 ) 第 2成分として Z r , T iの酸化物 Z r 02 , T i 02 及び
(3 ) 第 3成分として T a， N bの酸化物である T a 2 05 ， N b2 0ε を用意する。
なお、 他にこれらの酸化物、 炭酸塩、 蓚酸塩などを用いることも可能である。
(4) これらを所定比となるように秤量する。
( 5 ) 秤量された出発材料を、 ボールミル法、 凍結乾燥法、 摩擦ミル法、 共沈法 などの方法で混合する。
( 6 ) 混合された粉末を 800- 1 30 CTCの焼成温度で仮焼きする。 この仮焼 きは粉末の状態で行つてもまた粉末を成形した状態で行つてもよい。
( 7 ) 焼成された粉末をボールミル法などにより微粉砕する。
( 8) 微粉砕により得られた粉末をポリビニルアルコール （PVA) 、 ポリェチ レングリコール （ P E G) 、 ボリエチレンォキサイ ド （P EO) などの有機系バ インダを含む水溶液を用いて造粒し顆粒粉を得る。 この際、 噴霧乾燥法、 押出造 粒法、 転動造粒法あるいは乳鉢、 乳棒を用いて造粒したが、 造粒法には特に限定 されない。
(9 ) 得られた顆粒を髙融点且つ耐スパッタリング性の良好な半導体磁器、 例え ば B a (Z r , T a) 03 系の半導体磁器から成る有底円筒状の電極容器に加圧 せずに充填する。
( 1 0 ) 顆粒が充填された電極容器を 1 400〜2000eCの焼成温度で焼成す る。 焼成雰囲気としては、 水素や一酸化炭素などの還元性ガス、 アルゴンや窒素 などの不活性ガスあるいは還元性ガスを含む不活性ガスを用いることができる。 例えば主に炭化物を電子放出材料表面に形成する場合は、 水素や一酸化炭素など の還元性ガスを含む窒素ガスを用いる。
( 1 1 ) 焼成の結果、 図 1 Eに示す、 有底円筒状の電極容器 2内に B a (Z r , T a) 03 系のァグリゲート型多孔体構造 3を有するセラミック陰極 1が得られ る。
焼成温度が 1 400eC未満であると、 電子放出材料表面に T a, N bの炭化物 、 窒化物、 酸化物の少なく とも一種からなる導体層または半導体層のいずれかが 形成されない。 また 2000 を越えると、 塊状または粒状の顆粒粉が焼結して できた図 1 Eに 3で示すァグリゲート型多孔体構造を有する電子放出材料を保持 することができない。
したがって、 焼成温度は 1 400〜2000eCが好ましい。
なお、 ァグリゲート型多孔体構造とは、 たとえば焼結金属や耐火断熱レンガの ように、 固体粒子があって、 その粒子が相互に接点で焼結固化してできた多孔体 構造である。
また、 導体層及び半導体層の形成は、 真空蒸着などにより焼結してできたァグ リゲート型多孔体構造表面にコーティングしてもよい。
このように還元性雰囲気中での焼成あるいは真空蒸着等により、 T a, N bの 炭化物、 窒化物、 酸化物の少なく とも一種からなる導体層または半導体層が図 1 Eに示すァグリゲート型多孔体構造の電子放出材料表面に形成される。 電子放出材料表面に形成される相は、 T a, N bの炭化物、 窒化物、 酸化物の 少なく とも一種からなり、 それらの固溶体であってもよい。
本発明によると、 B a, S r , C aの少なくとも一種をそれぞれ B a 0 , S r 0 , C a Oに換算してモル比で X含む第 1成分と、 Z r , T iの少なく とも一種 をそれぞれ Z r 02 , T i 02 に換算してモル比で Y含む第 2成分と、 T a, N bの少なく とも一種をそれぞれ 1 Z2 (T a2 0 B ) , 1 /2 ( N b 2 0 ε ) に 換算してモル比で Ζ含む第 3成分が、 0. 8≤Χノ （Υ + Ζ) ≤ 2. 0で表記さ れる範囲にあり、 かつ第 2成分が 0. 05≤Υ≤0. 6、 第 3成分が 0. 4≤Ζ ≤ 0. 9 5の範囲にある 2 0 μ π！〜 300 μ mの顆粒からなり、 表面に T aまた は N bの炭化物、 窒化物の少なくとも一種が形成されている電子放出材料が提供 される。
(セラミック陰極の組成に関する実験）
B a C 03 , S r C 0 a , C a C 03 , Z r 02 , T i 02 , T a 2 0 ε , N b2 O B を出発原料として、 これらを所定比となるように秤量した後、 ボール ミル法により 2 0時間程度湿式混合し、 80〜 1 30°Cの乾燥器にて乾燥した後 、 成形圧 1 0 OMP a程度で成形した。 これを大気中で 800〜 1 300°Cにて 2時間仮焼きした。 得られた粉末をボールミル法により 2 0時間微粉砕し、 80 〜 1 30°Cの乾燥器にて乾燥後ポリビニルアルコールを含む水溶液を加え、 乳鉢 、 乳棒を用いて造粒を行った。 得られた造粒粉をふるいにより平均顆粒径約 90 μ mに整粒し、 B a— T a— Z r - 0系の有底円筒状磁器に加圧せずに充填した 後、 これをカーボン粉末に埋設させ、 窒素を流しながら焼成することにより、 表 1 4〜表 1 7に示す組成の陰極材料を有するセラミック陰極を作製した。
次に上記方法により得られたセラミック陰極を用いて蛍光ランブを作製し、 そ の連続点灯試験を行った。
ここで、 蛍光ランプの連続点灯試験における評価方法を説明する。 液晶表示用 のバックライ 卜の光源として蛍光ランプを用いる場合、 直下型方式でもエッジラ ィ ト方式でもランプの管壁温度は 9 CTC以下が望ましい。 90°Cを越えるとバッ クライ トの構成部品である反射板、 拡散板、 導光板の劣化が激しく、 実用的でな い。 しかしながら、 蛍光ランプの管壁温度は点灯時間の経過とともに上昇する。 こ れは点灯時間が長くなるにしたがい、 管電圧が上昇し、 ランプ電力が大きくなる ためである。 ランプ寿命の目安として管壁温度が 90°Cとなる時間 t , を測定し 、 連続寿命試験の評価とした。 ランプ管壁の温度は以下に記す方法で測定した。 まずバルブ上の温度分布を赤外線放射型のサーモグラフティ装置により測定した 。 その結果、 ランプ管端部付近のバルブ上の位置が最も高かった。 そこで 25°C 一定に保った空間において、 貼り付け型の K熱電対をランプ管端部付近のバルブ 上の位置、 すなわち熱電対貼付け部 1 2 (図 1 C) に、 直接取り付け管壁温度を 測定した。
ランブ形状および連続点灯試験の条件は以下の通りである。
ランブ長： 1 00mm
ランブタ 径： 3 m m Φ
管電流： 1 5 mA
インバーター： 30 k H z (予熱回路なし）
(以下余白）
4
Figure imgf000020_0001
« t >：連続 J01 ^においてランプの管壁: が 9 0 °Cとなる時間。
«管壁の黒ィ匕が激しいと管面輝度が低下し 用的でない。 1 5
Figure imgf000021_0001
※ t】：連続 J¾w においてランプの管壁 ϋ fが 9 0°Cとなる時間。 ※管壁の黒化が激し 、と管面輝度力 ί低下し、 ξ用的でない。 6 試料組成（モル比）
BaO Zr02 Ti02 丄 Ζ lよ d2U5 f) , ( uhiir) ) 備湖 j
OD 、 ¥¾1 』ノ 0 .7 0.05 0.05 n q 雷 ;/ ¾rfl琳物霄不 σ ΰ / 0 .8 0.025 0.025 n
88 0 8 0.3 0.3 0.4 2300
89 0 9 0.05 0.05 0.9 3700
90 0 9 0.2 0.2 0.6 3800
91 1 0.1 0.1 0.8 5000
92 (比較例） 1 0.475 0.475 0.05 50 炭化物、 窒化物なし
93 1 5 0.05 0.05 0.9 4000
94 1 5 0.2 0.2 0.6 4200
95 (比較例） 1 6 0.013 0.013 0.974 120 顆粒の状態が崩れる
96 1 6 0.025 0.025 0.95 2200
97 1 6 0.3 0.3 0.4 2200
98 (比翻） 2 5 0.05 0.05 0.9 1糊 管壁の黒化が激しい
7
試 料 試料誠（モル比)
No. BaO Zr02 1/2 (Ta205) 1/2 (Nb205) t】 (hr) 備 考
99 (比較例） 0. 7 0.1 0 0.9 】300 電子放射性物質不足
100 (比較例） 0. 7 0.1 0.45 0.45 1200 電子放射性物質不足
101 0. 8 0.05 0 0.95 2300
102 0. 8 0.6 0 0.4 2400
103 0. δ 0.05 0.425 0.425 2700
104 0. 8 0.6 0.2 0.2 2500
105 0. 9 0.1 0 0.9 3700
106 0. 9 0.4 0 0.6 3500
107 0. 9 0.1 0.45 0.45 4000
108 0. 9 0.4 0.3 0.3 4200
109 1 0.2 0 0.8 4900
110 1 0.2 0.4 0.4 5000
111 (比較例） 1 0.95 0 0.05 120 炭化物、 窒化物なし
112 (比較例） 1 0.95 0.025 0.025 100 炭化物、 窒化物なし
113 1. 5 0.1 0 0.9 3500
114 1. 5 0.1 0.45 0.45 4300
115 1. 5 0.4 0 0.6 3600
116 1. 5 0.4 0.3 0.3 4000
117 (比議 1. 6 0.025 0 0.975 400 顆粒の状態が崩れる
118 (比較例） 1. 6 0.025 0.4875 0.4875 700 顆粒の状態が崩れる
119 1. 6 0.05 0 0.95 2300
120 1. 6 0.05 0.425 0.425 2900
121 1. 6 0.6 0 0.4 2400
122 1. 6 0.6 0.2 0.2 2800
123 (比麵 2. 5 0.1 0 0.9 2000 管壁の黒化が激しい
124 隱例） 2. 5 0.1 0.45 0.45 」 2000 管壁の黒化が激しい
« t ,：連続 試験においてランプの管壁 が 90°Cとなる時間。
※管壁の黒ィ匕が激しいと管面輝度が低下し、 用的でない。 試料 1 2， 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 6， 39 , 63 , 65 , 6 7 , 9 2 , 1 1 1 , 1 1 2はいずれも t , ≤ 1 500 h rである。 これらのセラミツク陰極表面を 微小領域 X線解析装置および S EM観察により分析した結果、 T aまたは N の 炭化物または窒化物の相は確認できなかった。 この結果、 イオンスパッタリング によりセラミツク陰極材料が早期に劣化し t , は短くて実用的でないことが判明 した。
試料 7 , 1 5 , 2 7 , 3 3 , 40， 74, 77， 80 , 9 5 , 1 1 7 , 1 1 8 はいずれも t i ≤800 h rである。 試料 7, 1 5， 2 7 , 3 3 , 40， 74， 77， 80， 9 5， 1 1 7 , 1 1 8では還元性雰囲気中での焼成により顆粒の状 態を保持できず、 このためアークスボッ 卜を形成するための充分な熱が蓄えられ ない。 その結果、 放電が不安定になり が短くて実用的でない。
また、 試料 1 , 2， 3， 4 , 5， 6， 47， 48， 49， 86， 9 9， 1 00 では電子放射性物質である B a 0 , S r O, C a Oの不足により t > が短く、 実 用的でない。 さらに試料 4 5 , 46, 83 , 84 , 85 , 9 8， 1 23， 1 24 はランプ管壁の黒化が激しく管面輝度が低下し、 光束維持率の低下が顕著なため 実用上好ましくない。
試料 8〜 1 1， 1 3， 1 4 , 1 6〜20, 24， 25， 28〜3 2， 34〜 3 8， 4 1〜44， 50〜6 2 , 64， 66 , 68〜73， 75 , 76 , 78, 7 9 , 8 1 , 8 2 , 87〜9 1， 93， 94 , 9 6 , 97, 1 0 1〜 1 1 0 , 1 1 3〜 1 1 6， 1 1 9〜 1 2 2のセラミック陰極表面を微小 X線解析装置および S E M観察により分析した結果、 T aまたは N bの炭化物または窒化物の少なく と も 1種が確認できた。 また、 陰極材料が顆粒状を保持しており、 試料 8〜 1 1， 1 3 , 1 4 , 1 6〜2 0 , 24， 2 5 , 28〜3 2， 34〜38 , 4 1〜44 , 5 0〜6 2 , 64 , 6 6 , 68〜73 , 75， 76 , 78， 79 , 8 1， 82， 8 7〜9 1 , 9 3， 94， 9 6 , 97 , 1 0 1〜 1 1 0， 1 1 3〜 1 1 6 , 1 1 9〜 1 2 2においてはいずれも顆粒状の陰極材料を形成していることが認められ た。
以上のことから、 試料 8〜 1 1 , 1 3 , 1 4 , 1 6〜2 0 , 24 , 2 5 , 2 8 〜3 2， 34〜3 8， 4 1〜44， 50〜62 , 64 , 66 , 6 8〜73， 75 ， 76 , 78 , 79， 8 1， 82 , 87〜9 1， 93， 94， 96， 97, 1 0 1〜 1 1 0， 1 1 3〜 1 1 6， 1 1 9〜 1 2 2では還元性雰囲気中の焼成により 、 顆粒の状態を保ちながら陰極材料表面に T aまたは N bの炭化物または窒化物 が形成される。 その結果、 はいずれも 2 1 00 h r以上であり管壁黒化も少 ないという利点が得られる。
(管電流と平均顆粒径の関係）
本発明の陰極を用いて蛍光ランプを構成した場合について、 管電流と平均顆粒 径の組み合わせで、 アークスポッ トを形成する顆粒数を観察した結果を表 1 8に 示す。 ここで、 試験に用いたセラミック陰極は、 表 1 4の試料 1 8である。 なお 、 顆粒数の観察はキーエンス社製ハイパーマイクロスコープを用いた。 アークス ポッ トを形成する顆粒数が 1個のとき、 すなわちアークスポッ 卜と平均顆粒径の 大きさがほぼ一致するとき、 アークスポッ トの移動が少なく最も安定である。 ま た、 安定なアーク放電を維持できる管電流領域は 5mA〜50 OmAであり、 表
1 8より平均顆粒径が 20 m~300 mの範囲にあるとき、 安定したアーク スボッ トを形成し、 放電を長期にわたり維持できる。 使用管電流領域では、 平均 顆粒径 20 iLt m未満のときアークスボッ 卜が頻繁に移動するため放電が不安定で あり、 平均顆粒径 300 μπιより大きいとき熱電子放出するための充分な熱が得 られず、 グロ一放電に移行し易い。 なお、 表 1 8において、 放電不安定とはァー クスポッ 卜が 5分以内に移動した場合をいい、 安定とはアークスポッ 卜が 1 0時 間以上移動しなかった場合をいい、 グロ一放電とはアークスボッ 卜を形成せず、 陰極全体が放電する場合をいう。
(以下余白） 表 1 8
Figure imgf000025_0001
放電不安定とはアークスポットが 5分以内に移動した場合。
※安定と記載したものはアークスボッ卜が 1 0時間以上移動しなかった場合。
※グロ一放電とはアークスポットを形成せず、 電極全体が放電する場合。
(平均顆粒径とランブの寿命の関係）
表 1 4の試料 1 8のセラミック陰極を用いて蛍光ランプを構成した場合の平均 顆粒径と t , の関係を図 1 9に示す。 ただし、 連続点灯試験のランプ条件は上記 と同じである。 図 1 9より管電流 1 5 m Aでは、 平均顆粒径が約 7 0 // mの陰極 材料からなるセラミック陰極のとき t , は極大点をもつ。 また、 表 1 8の放電中 のセラミツク陰極の観察の結果からわかるように、 管電流 1 5 m Aでは約 7 0 mの平均顆粒径であるときアークスポッ トは最も安定する。 このように、 アーク スポッ トが安定であると、 管壁温度の上昇を抑制し、 安定したアーク放電を長期 にわたり維持することができる。
以上の結果から、 ランプの使用管電流値に応じた顆粒径を選択し、 蛍光ランプ 用の陰極材料として用いることにより、 黒化が少なく、 管壁の温度上昇の少ない 安定したアーク放電を長期にわたって維持できることが認められた。 発明の効果
以上説明したことから明らかなように、 セラミツク陰極を用いた蛍光ランブの 封入ガス圧を 1 0 T o r r〜l 7 0 T o r rとすることにより、 細管、 高輝度で 長寿命のセラミック陰極蛍光ランプを提供することができる。
また、 蛍光ランプの陰極として本発明のセラミック陰極を用いることにより、 黒化が少なく、 ランプ管壁の温度上昇を抑制し、 安定したアーク放電を長期にわ たり維持することが可能になる。 また、 蛍光ランプの電流値に応じた顆粒径を選 択することで、 効率的に熱電子を取り出すことができるため、 アークスポッ トの 移動の少ない安定したアーク放電の実現が可能になる。

Claims

請求の範囲
( 1 ) バルブ内面に蛍光体が塗布され、 B a, S r , C aの少なく とも一種から なる第 1成分と、 Z r， T iの少なく とも一種からなる第 2成分と、 T a， N b の少なく とも一種からなる第 3成分を含む導電性酸化物でァグリゲート型多孔体 構造からなり、 その表面に T aまたは N bの炭化物、 窒化物、 酸化物の少なく と も一種からなる導体層または半導体層を形成した電子放出材料を有底円筒状の容 器に収容したセラミック陰極を有し、 前記バルブ内に希ガスが封入され、 前記希 ガスの封入圧が 1 0 T o r r〜 1 70 T o r rであるセラミック陰極茧光放電ラ ンプ。
( 2 ) 前記希ガスが純ネオンガス、 純アルゴンガス、 純クリプトンガス、 純キセ ノンガスあるいはこれらの混合ガスである請求項 1のセラミック陰極蛍光放電ラ ンプ。
( 3 ) バルブ内に微量の水銀が封入される請求項 1記載のセラミック陰極蛍光放 電ランプ。
( 4 ) 前記セラミック陰極は、 B a， S r , C aの少なくとも一種をそれぞれ B a 0 , S r 0 , C a 0に換算してモル比で χ含む第 1成分と、 Z r， T iの少な く とも一種をそれぞれ Z r 02 , T i 02 に換算してモル比で y含む第 2成分と 、 丁 a, N bの少なく とも一種をそれぞれ 1ノ2 (T a2 05 ) , 1 / 2 (N b 2 05 ) に換算してモル比で z含む第 3成分が、 0. 8≤x/ (y + z) ≤ 2. 0で表記される範囲にあり、 かつ第 2成分が 0. 05≤y≤0. 6、 第 3成分が 0. 4≤ z≤ 0. 95の範囲にあり、 表面に T aまたは N bの炭化物または窒化 物の少なく とも一種が形成された 20 μ π！〜 300 mの径を有する顆粒からな る陰極材料を導電性容器に収容していることを特徴とする請求項 1記載のセラミ ック陰極蛍光放電ランプ。
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