CN101310362B - 荧光灯和背光单元 - Google Patents

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Abstract

荧光灯(20)包括其中封闭汞的玻璃灯泡(30)和形成在玻璃灯泡(30)内侧上的磷光体层(32)。磷光体层(32)包括三种磷光体颗粒，三种磷光体颗粒为通过紫外辐射被激发分别能发射红光、绿光和蓝光的红色磷光体颗粒(32R)、绿色磷光体颗粒(32G)和蓝色磷光体颗粒(32B)。蓝色磷光体颗粒(32B)和绿色磷光体颗粒(32G)具有吸收波长为313nm的紫外辐射的性质。

Description

荧光灯和背光单元
技术领域
本发明涉及荧光灯和背光单元(backlight unit)，尤其是防止紫外辐射泄漏出荧光灯的技术。
背景技术
(1)背光单元被安装在液晶面板的背表面上，并用作液晶显示装置的光源。背光单元通常可被分成边缘光单元(edge-light unit)和正下型单元(direct-type unit)。
正下型背光单元包括在液晶面板侧上敞开用于引出光的壳和设置在壳中的大量冷阴极荧光灯。开口被塑料扩散板、扩散片、透镜片等盖住。
由于使用小直径玻璃灯泡的能力，冷阴极荧光灯经常用在要求薄和亮度的背光单元中。另外，在玻璃灯泡中封闭汞作为发光材料。
当灯中发生放电时，从汞中发射出发射光谱在254nm、313nm、365nm等处有峰值的紫外辐射。这种紫外辐射的一部分穿过玻璃灯泡并到达背光单元的部件。这导致背光单元的树脂部件如壳降解和变色，从而降低透明度和半透性。结果，背光单元的表面亮度下降，背光单元将达到其装置寿命的末端。
注意254nm和313nm的紫外辐射具有特别大的影响。365nm紫外辐射被认为不具有太多的影响。
为此，日本专利申请公开No.2003-7252公开了通过在玻璃灯泡的内壁表面上形成由金属氧化物如氧化钛组成的涂层能抑制紫外辐射泄漏出灯的冷阴极荧光灯。
(2)通常，在冷阴极荧光灯的荧光灯中，在由玻璃灯泡等组成的半透明容器的内侧上形成包含磷光体的磷光体层。
在玻璃灯泡中封闭汞和包括一种以上稀有气体的电离气体。电极靠近玻璃灯泡的末端设置。
当在电极之间引发阳极区放电时，玻璃灯泡中的汞被激发和电离，汞的激发伴随共振线(波长为185nm、254nm、313nm和365nm)的产生。
这些共振线通过形成在玻璃灯泡内侧上的磷光体层被转变成可见光。
近年来，从环境保护的角度出发，日益要求减少荧光灯中汞的使用数量。因此需要开发能抑制玻璃灯泡中消耗的汞数量的技术。但是，已知当使用时间流逝时，荧光灯中的汞由于以下现象被消耗。当荧光灯工作时，汞扩散到玻璃灯泡内，并与从玻璃灯泡扩散到磷光体材料内的钠(Na)反应，形成汞齐。汞因此由于吸收到磷光体材料内被消耗。消耗的汞容易吸收可见光，这是亮度下降的一个原因。
图21为具有试图解决汞消耗问题的结构的常规荧光灯(例如，见国际公布WO 2002/047112小册子，和日本专利申请公布No.2004-6399)的磷光体层的部分横截面图。如图21中所示，通过在玻璃灯泡530上沉积磷光体颗粒520形成磷光体层500，而且磷光体颗粒520的表面部分被金属氧化物体510覆盖。金属氧化物体510被设置在邻近的磷光体颗粒之间在其间形成类似物，磷光体颗粒之间的间隙变窄。由于金属氧化物体510的存在，减少了渗透到磷光体层500内的汞数量，从而抑制了由于到磷光体材料的吸收等引起的汞消耗。
但是，如上所述，包括金属氧化物涂层的灯需要形成这种涂层的额外步骤，这必需额外的时间。
鉴于上述问题，本发明的第一个目的是提供具有简单结构并能抑制紫外辐射从灯中泄漏的荧光灯，和包括这种荧光灯的背光单元。
另外，在如背景技术(2)中的灯中，考虑到金属氧化物体510具有成群形状，被磷光体层转换的光受到成群形状金属氧化物体510阻挡，从而使光难以从玻璃灯泡530选出。因此，尽管常规灯可抑制汞的消耗，但它们的初始亮度低。
本发明的第二个目的是提供一种既能获得高亮度又能实现汞消耗得到抑制的荧光灯等。
发明内容
为了达到第一个目的，本发明为一种荧光灯，其包括：其中封闭有汞的玻璃灯泡；形成在玻璃灯泡内侧上并包括三种磷光体颗粒的磷光体层，三种磷光体颗粒为通过紫外辐射被激发分别能发射红光、绿光和蓝光的红色磷光体颗粒、绿色磷光体颗粒和蓝色磷光体颗粒，并且三种磷光体颗粒中的至少两种磷光体颗粒具有吸收波长为313nm的紫外辐射的性质。
根据这种结构，放电过程中产生的313-nm紫外辐射被吸收在磷光体层中，可以防止313-nm紫外辐射从灯中泄漏，而不用同常规一样形成阻挡紫外辐射的单独涂层。由于这个原因，如果在例如背光单元中使用本发明的荧光灯，则可抑制由于313-nm紫外辐射引起的背光单元组成元件的降解。
另外，吸收波长为313nm的紫外辐射的至少两种磷光体颗粒的一种可为蓝色磷光体颗粒，蓝色磷光体颗粒可为Eu-激活的铝酸钡镁磷光体颗粒。
另外，吸收波长为313nm的紫外辐射的至少两种磷光体颗粒的一种可为绿色磷光体颗粒，绿色磷光体颗粒可为Eu/Mn-激活的铝酸钡镁磷光体颗粒。
另外，上述至少两种磷光体颗粒可占三种磷光体颗粒总重量组成的50wt％或以上。
根据这种结构，能可靠地防止313-nm紫外辐射从灯中的泄漏。
另外，磷光体层的厚度可在14μm-25μm的范围，包括两个端值。
另外，玻璃灯泡可为具有吸收波长为254nm的紫外辐射的性质的硼硅酸盐玻璃。
另外，可在磷光体颗粒之间和其表面上形成氧化钇保护薄膜。
另外，本发明的背光单元可包括上述荧光灯。
另外，本发明的液晶显示装置可包括液晶显示面板；和上述背光单元。
另外，本发明的正下型背光单元包括大量上述荧光灯；和设置在光引出侧(light extracting side)上并且为聚碳酸酯树脂的扩散板。
另外，为了达到第二个目的，在本发明的荧光灯中，磷光体层可具有包括金属氧化物材料的棒状体和三种磷光体颗粒的磷光体颗粒之间的跨度(span)。
根据这种结构，磷光体层转换的光可容易地被传输到玻璃灯泡外面，因为磷光体层中包括的磷光体颗粒被包括金属氧化物的棒状体跨越(spanned)。金属氧化物棒状体防止了汞渗透到磷光体层内，抑制了由于吸收到磷光体中等引起的汞消耗。根据这种结构，因此可以提供既能实现高亮度又能实现汞消耗得到抑制的荧光灯。
另外，在磷光体颗粒中，至少一对相邻的磷光体颗粒可被多个棒状体跨越。
另外，每个棒状体的厚度可不超过1.5μm。
另外，金属氧化物可包括选自Y、La、Hf、Mg、Si、Al、P、B、V和Zr中的至少一种。
另外，金属氧化物可包括Y2O3。
另外，玻璃灯泡的内径可在1.2mm-13.4mm的范围，包括两个端值。
另外，本发明的荧光灯的制造方法包括：涂布涂层材料到半透明容器内侧上的磷光体层形成步骤，涂层材料包括包含分散的磷光体颗粒和溶解的金属化合物的溶剂，蒸发所涂布的涂层材料中包括的溶剂，并加热涂层材料使得化合物金属变成金属氧化物，形成其中磷光体颗粒被包括金属氧化物的棒状体跨越的磷光体层；和在形成磷光体层后在半透明容器中封闭汞的汞封闭步骤，溶剂包括各自具有不同沸点的两种或多种溶剂。
另外，金属化合物可为有机金属化合物。
另外，有机金属化合物可包括羧酸钇。
另外，在磷光体层形成步骤中，在蒸发溶剂的同时可向半透明容器内供给25℃下湿度在10％-40％范围的气体。
附图简述
图1为显示冷阴极荧光灯20的示意结构的部分断面图和磷光体层的部分放大图；
图2A和2B为显示三种磷光体名称、它们是否吸收波长为313nm的紫外辐射以及总重量的表，图2A显示常规技术的磷光体的例子，图2B显示实施方案1的磷光体的例子；
图3为显示检查吸收313nm紫外辐射的磷光体相对于磷光体总重量的比例如何影响紫外辐射阻挡效果的试验结果的图；
图4A和4B显示实施方案1的外部电极荧光灯50的结构，图4A示意地显示外部电极荧光灯50，图4B为沿管轴的外部电极荧光灯50末端的放大横截面图；
图5为显示实施方案1的正下型背光单元1的结构的示意透视图；
图6为显示边缘光背光单元80的示意结构的横截面图；
图7为显示烧结(scintering)步骤中水分残余量随时间变化的图；
图8显示磷光体层的横截面；
图9为实施方案2的示例性荧光灯的横截面图；
图10为示例性磷光体层的放大概览图；
图11为另一示例性磷光体层的放大概览图；
图12为描述荧光灯示例性制造方法的流程图；
图13描述了使用辛酸钇时的化学反应；
图14为显示示例性发光器件的平面图；
图15为沿图14的A-A截取的横截面图；
图16为示例性发光器件的透视图；
图17为示例性显示装置的透视概览图；
图18为显示亮度维持率随耗用工作时间变化的图；
图19为显示使用具有不同磷光体的灯时灯电流(mA)和峰值波长强度之间关系的图；
图20为显示杂质浓度(ppm)和相对亮度(％)之间关系的图；
图21为常规荧光灯中包括的示例性磷光体层的放大概览图。
符号说明
1                        正下型背光单元
13                       扩散板
20，100                  冷阴极荧光灯
30，60                   玻璃灯泡(半透明容器)
32，64，73，102          磷光体层
32B，64B                 蓝色磷光体颗粒
32G，64G                 绿色磷光体颗粒
32R，64R                 红色磷光体颗粒
50                       外部电极荧光灯
76                       氧化钇涂层(保护涂层)
80                       边缘光背光单元
102a                     磷光体颗粒
102b       棒状体
104，134   玻璃灯泡
105        金属氧化物层
110        背光单元
270        液晶电视
272        液晶显示面板
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施方案。
实施方案1
1.1冷阴极荧光灯的结构
下面参考附图描述本实施方案的冷阴极荧光灯20的结构。图1为显示冷阴极荧光灯20的示意结构的部分断面图和磷光体层的部分放大图。
冷阴极荧光灯20具有相对于大体圆形横截面为直管的玻璃灯泡30。玻璃灯泡30由例如硼硅酸盐玻璃组成。注意玻璃灯泡30具有720mm的长度，4.0mm的外径，和3.0mm的内径。
注意玻璃灯泡30不限于硼硅酸盐玻璃。可使用铅玻璃、无铅玻璃、钠玻璃等。在这种情况下，可改善灯的黑暗中起动特性。具体地说，玻璃如上述玻璃包含大量碱金属氧化物如氧化钠(Na2O)，在氧化钠的示例性情况下，钠(Na)成分随着时间流逝析出到玻璃灯泡的内侧上。析出到玻璃灯泡内端(没有保护薄膜)上的钠被认为有助于改善黑暗中起动特性，因为钠具有低负电性。
另外，如果考虑环境保护，优选使用无铅玻璃。但是，无铅玻璃可能在生产过程中获取作为杂质的铅。无铅玻璃因此被定义为以0.1wt％或以下的杂质水平包含铅的玻璃。
注意优选内径为1.2mm-5.5mm，外径为1.6mm-6.5mm。
引线(lead wire)21通过凸缘玻璃(bead glass)23密封到玻璃灯泡30的末端中。引线2 1为由例如钨(W)形成的内引线和镍(Ni)形成的外引线组成的连续线。每个内引线21的末端被固定到冷阴极电极22上。
注意玻璃灯泡30的内部由于凸缘玻璃23和玻璃灯泡30被熔合到一起而被密封，并且凸缘玻璃23和引线21通过烧结玻璃(frit glass)被固定。另外，使用激光焊接等固定电极22和引线21。
电极22为通常所说的中空电极，其为圆柱形并具有底。这里，使用中空电极的原因在于它在抑制电极处溅射方面的有效性，溅射由于工作过程中的放电而发生。
以玻璃灯泡30每体积预定数量如0.6mg/cc在玻璃灯泡30内部封闭汞。在预定压力如60Torr下在玻璃灯泡30内部封闭稀有气体如氩气(Ar)、氖气(Ne)等。
注意，这里稀有气体为以5％Ar对95％Ne的比例包含氩气(Ar)和氖气(Ne)的混合气体。
磷光体层32被汞发射的紫外辐射激发，并包括分别将紫外辐射转变成红光、绿光和蓝光的三种磷光体32R、32G和32B。
图2A和2B为显示三种磷光体名称、它们是否吸收波长为313nm的紫外辐射以及总重量的表，图2A显示常规技术的磷光体的例子，图2B显示实施方案1的磷光体的例子。
如图2A中所示，使用BaMg2Al16O27:Eu2+(BAM，Eu-激活的铝酸钡镁磷光体)作为常规蓝色磷光体；使用LaPO4:Tb3+(LAP)作为常规绿色磷光体；使用Y2O3:Eu3+(YOX)作为常规红色磷光体。在这三种磷光体中，只有蓝色磷光体BAM具有吸收313-nm紫外辐射的性质(被313-nm紫外辐射所激发)。
根据要求的色温确定三种磷光体的总重量比例，BAM的总重量比例最多为大约40％。正是由于这个原因，在常规冷阴极荧光灯中，313-nm紫外辐射从玻璃灯泡泄漏出。
相反，如图2B中所示，在本实施方案中使用BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+(BAM:Mn2+，Eu/Mn-激活的铝酸钡镁磷光体)作为绿色磷光体颗粒。类似于蓝色磷光体BAM，这种绿色磷光体具有吸收313-nm紫外辐射的性质。按照这种方式，两种磷光体颗粒都具有吸收313-nm紫外辐射的性质，313-nm紫外辐射被吸收在磷光体层32中(防止紫外辐射到达玻璃灯泡30)，并防止313-nm紫外辐射从玻璃灯泡30泄漏出(泄漏到冷阴极荧光灯20外)。
在图1底部处的放大图中，313-nm紫外辐射被显示为黑箭头。313-nm紫外辐射基本被磷光体层32阻挡，并且不能到达玻璃灯泡30。因此还可以抑制玻璃灯泡30的曝晒。
1.2吸收313-nm紫外辐射的磷光体的优选比例
下面描述检查吸收313-nm紫外辐射的磷光体相对于磷光体总重量的比例如何影响阻挡紫外辐射效果的试验。
图3为显示试验结果的图。在图中，横轴代表吸收313-nm紫外辐射的磷光体相对于磷光体颗粒总重量的重量百分比(％)，而纵轴代表313-nm紫外辐射的辐射强度(任意单位)。
通过如下进行试验：施加6mA的恒定电流使具有与图1中所述冷阴极荧光灯20相同结构的灯(外径为3mm，内径为2mm)工作，并在纵向上的灯中心处测量发射到灯外的313-nm紫外辐射的强度。
测量中所用灯的磷光体层的厚度为14μm-25μm。后文提到测量厚度的方法。
如图3中的图所示，可认识到，当吸收313-nm紫外辐射的磷光体的总重量百分比增加时，阻挡效应变大，特别地，当比例为50％或以上时，明显防止了313-nm紫外辐射泄漏到灯外。
注意当上述比例为50％或以上时，尽管图中看上去313-nm紫外辐射的强度为0，但辐射强度实际上不为0，而是测量到微量的辐射强度。
另外，本实施方案中吸收313-nm紫外辐射的磷光体被定义为这样一种磷光体，其中当254nm左右的激发波长光谱的强度为100％时，313nm的激发波长光谱的强度为80％或以上(激发波长光谱为当在一波长范围激发磷光体时用激发波长和光强度作图的一类光谱，相对于最大峰值100处的激发波长)。换句话说，吸收313-nm紫外辐射的磷光体为能吸收313-nm紫外辐射并将它转化成可见光的磷光体。
注意，在使用如图2B所示的吸收313-nm紫外辐射的蓝色和绿色磷光体时，90％为这些磷光体的总重量百分比的上限。但是，当混合三种颜色的磷光体时，这种上限值可根据要设定的颜色范围变化。
1.3外部电极荧光灯的结构
本发明不仅可应用于冷阴极荧光灯，而且可应用于外部电极荧光灯。
图4A和4B显示了本实施方案的外部电极荧光灯50的结构。图4A示意地显示了外部电极荧光灯50，图4B为沿管轴的外部电极荧光灯50末端的放大横截面图。
如图4A中所示，外部电极荧光灯50包括由两端被密封的直管圆柱形玻璃管组成的玻璃灯泡60和环绕玻璃灯泡60末端外圆周形成的外部电极51和52。
玻璃灯泡60由例如硼硅酸盐玻璃组成，其横截面基本为圆形。外部电极51和52由铝金属箔组成，并使用包含硅酮树脂和金属粉末的导电粘合剂固定到玻璃灯泡60上，以便覆盖玻璃灯泡60末端的外圆周。
注意玻璃灯泡60不限于硼硅酸盐玻璃。可使用铅玻璃、无铅玻璃、钠玻璃等。在这种情况下，可改善灯的黑暗中起动特性(in-dark startingcharacteristic)。具体地说，玻璃如上述玻璃包含大量碱金属氧化物如氧化钠(Na2O)，在氧化钠的示例性情况下，钠(Na)成分随着时间流逝析出(elute)到玻璃灯泡的内侧上。析出到玻璃灯泡内端(没有保护薄膜)上的钠被认为有助于改善黑暗中起动特性，因为钠具有低负电性。
尤其在形成外部电极以便覆盖玻璃灯泡末端外圆周的外部电极荧光灯中，优选在玻璃灯泡材料中包含3mol％-20mol％的碱金属氧化物。
例如，如果碱金属氧化物为氧化钇，则优选在玻璃灯泡材料中包含5mol％-20mol％的氧化钇。如果氧化钇含量小于5mol％，则存在黑暗中起动时间将超过1秒的较高可能性(换句话说，如果氧化钇含量为5mol％或以上，则存在黑暗中起动时间将少于1秒的较高可能性)。如果氧化钇含量超过20mol％，则可能存在诸如玻璃灯泡由于长期使用而变白造成的亮度下降和玻璃灯泡强度降低的问题。
另外，如果考虑环境保护，优选使用无铅玻璃。但是，无铅玻璃可能在生产过程中获取作为杂质的铅。无铅玻璃因此被定义为以0.1wt％或以下的杂质水平包含铅的玻璃。
注意可使用氟树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂等代替硅酮树脂作为导电粘合剂。另外，代替使用导电粘合剂将金属箔固定到玻璃灯泡60上，可通过在玻璃灯泡60的电极形成部分整个圆周周围涂布银糊料形成外部电极51和52。此外，可赋予外部电极51和52圆柱形状，或可制成覆盖玻璃灯泡60末端的盖。
如图4B中所示，在玻璃灯泡60的内侧上形成由例如氧化钇(Y2O3)组成的保护层62。保护层62用于抑制玻璃灯泡60和其中封闭的汞之间的反应。
磷光体层64被沉积在保护层62上。如图4A中所示，假定外部电极51和52的内端位置为B，则在对应于玻璃灯泡60的B-B的区域中形成磷光体层64。
在磷光体层64中，使用BaMg2Al16O27:Eu2+(BAM)作为蓝色磷光体颗粒64B，使用BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+(BAM:Mn2+)作为绿色磷光体颗粒64G，使用Y2O3:Eu3+(YOX)作为红色磷光体颗粒64R。
1.4背光单元的结构
本发明的冷阴极荧光灯20可用在正下型或边缘光(光导板)背光单元中。下面首先描述正下型背光单元，其次是边缘光背光单元。
1.4.1正下型背光单元
图5为显示本实施方案的正下型背光单元1的结构的透视示意图。在图5中，前面板16的一部分已被切去以显示背光单元1的内部构造。
正下型背光单元1包括大量冷阴极荧光灯20、用于存放荧光灯20并在液晶面板侧上敞开以引出光的壳10和覆盖壳10的开口的前面板16。
冷阴极荧光灯20为直管，在本实施方案中，14个冷阴极荧光灯20在壳10的横向上被平行设置，使得它们的轴水平延伸。注意，使用在图中未示出的电子镇流器使这些冷阴极荧光灯20工作。
壳10由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)树脂制成，在壳10的内侧11上气相沉积金属例如银来形成反射表面。注意，可用金属材料例如铝代替树脂来构成壳10。
壳10的开口被半透明前面板16覆盖，并被密封使得外部物质如灰尘和污物不能进入壳10。通过层压扩散板13、扩散片14和透镜片15形成前面板16。
扩散板(diffusion plate)13和扩散片14散射和漫射(diffuse)冷阴极荧光灯20发射的光，透镜片15在片15的法线方向上校直光。因此，冷阴极荧光灯20发射的光均匀地照射在前面板16的整个表面(发光表面)上。
注意，扩散板13由PC(聚碳酸酯)树脂材料制成。PC树脂具有极佳的防潮性、机械强度、耐热性和光学透明性，并且由于水分吸收导致PC树脂板翘曲非常小的事实，经常用在大屏幕(例如17英寸或以上)液晶显示电视机用扩散板中。
另一方面，与用在小型液晶显示电视机中的丙烯酸类树脂扩散板相比，PC树脂由于紫外辐射影响而容易降解和变色。
本发明的发明人证实，尽管313-nm紫外辐射对丙烯酸类树脂扩散板的影响几乎不存在问题，但仍存在PC树脂扩散板由于313-nm紫外辐射而明显降解和变色的情况。
本实施方案的冷阴极荧光灯20因包含能吸收313-nm紫外辐射的磷光体而能防止313-nm紫外辐射的泄漏，甚至在使用由于313-nm紫外辐射而容易降解的PC树脂扩散板时，也可以长时间保持扩散层的性能。
1.4.2边缘光背光单元
图6为显示边缘光背光单元80的示意结构的横截面图。
背光单元80包括由半透明丙烯酸类树脂制成的光导板82、位于光导板82端面处的两个冷阴极荧光灯20、将冷阴极荧光灯20发射的光反射到光导板82的反射板84、和位于光导板82主面(光引出侧上的表面)上的片层86。
液晶面板90被设置在背光单元80的正面上。
通过层压多个片如用于提高亮度的棱镜片(例如，BEF(亮度增强薄膜)，3M公司制造)和用于扩大视角的光扩散片形成片层86。
有时在构成片层86的片中包含因313-nm紫外辐射而容易降解的材料。使用本实施方案的冷阴极荧光灯20能抑制这种降解。
1.5其它
1.5.1吸收313-nm紫外辐射的磷光体的例子
尽管在本实施方案中蓝色和绿色磷光体具有吸收313-nm紫外辐射的性质，但也可使用具有相同性质的红色磷光体。具体地说，Y(P，V)O4:Eu3+或3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+(MFG)可用作这类红色磷光体。如果三种磷光体都具有吸收313-nm紫外辐射的性质，则能更有效地防止313-nm紫外辐射从灯中的泄漏。
下面为具有吸收313-nm紫外辐射的性质的适用磷光体的例子。对磷光体的组合没有限制。
蓝色磷光体：BaMg2Al16O27:Eu2+，Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+，(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+，Ba1-x-ySrxEuyMg1-zMnzAl10O17(条件是x、y和z为满足条件0≤x≤0.4、0.07≤y≤0.25和0.1≤z≤0.6的数，尤其优选z满足条件0.4≤z≤0.5)
绿色磷光体：BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+，MgGa2O4:Mn2+，CeMgAl11O19:Tb3+
红色磷光体：YVO4:Eu3+，
YVO4:Dy3+(发绿光和红光)
注意，不同化合物的磷光体的混合物可用于一种颜色。一个例子是使用BAM用于蓝色，LAP(不吸收313-nm紫外辐射)和BAM:Mn2+用于绿色，YOX(不吸收313-nm紫外辐射)和YVO4:Eu3+用于红色。在这种情况下，通过调整磷光体使得吸收313-nm紫外辐射的磷光体占总重量比例的50％或以上能可靠地防止紫外辐射从玻璃灯泡中泄漏。
1.5.2磷光体层的厚度
如本实施方案中所述，磷光体层32(见图1)的厚度优选为14μm-25μm(更优选16μm-22μm)。
本文提到的厚度为磷光体层32在四个任意位置如离玻璃灯泡30横截面中心0、90、180和270度处使用SEM(扫描电镜)观察的平均厚度。这里，如果四个位置中任何一个处的磷光体层101的表面不是平的，则测量最厚部分的厚度。
如果磷光体层32的厚度小于14μm，则玻璃灯泡30中产生的紫外辐射更可能穿过玻璃灯泡30而不被转化成可见光，因而不能得到足够的可见光转换效率。如果磷光体层32的厚度超过25μm，则光更可能被磷光体层32阻挡，因而不能得到足够的可见光转换效率。
1.5.3 254-nm紫外辐射
尽管在本实施方案中没有详细提及，但254-nm紫外辐射也可降解背光单元的构成元件。为了避免这种情况，在本实施方案的玻璃灯泡30(见图1)中使用具有吸收254-nm紫外辐射的性质的硼硅酸盐玻璃。
这种性质可通过往玻璃中掺杂预定量的过渡金属氧化物来实现，预定量取决于过渡金属氧化物的类型。例如，可通过往玻璃中掺杂约0.05mol％或更多的氧化钛(TiO2)实现上述性质。但是，考虑到氧化钛的组成比例大于5.0mol％时玻璃失透，希望组成比例为0.05mol％到5.0mol％，包括两个端值。
还可通过往玻璃中掺杂0.05mol％或更多的氧化铈(CeO2)实现上述性质。但是，考虑到氧化铈组成比例大于0.5mol％时玻璃脱色，希望氧化铈的组成比例为0.05mol％到0.5mol％，包括两个端值。注意，可往玻璃中掺杂最高约5.0mol％的氧化铈，因为玻璃的脱色可通过另外掺杂氧化锡(SnO)来抑制。但是，在这种情况下，如果掺杂超过5.0mol％的氧化铈，则玻璃也会失透。
还可通过往玻璃中掺杂2.0mol％或更多的氧化锌来实现上述性质。但是，希望往玻璃中掺杂2.0-10mol％的氧化锌，包括两个端值，因为如果氧化锌的组成比例超过10mol％，则玻璃的热膨胀系数增加。如果在这种情况下在引线中使用钨(W)，则存在玻璃和引线(钨具有44×10-7K-1的热膨胀系数)热膨胀系数的差异，使密封困难。
还可通过往玻璃中掺杂0.01mol％或更多的氧化铁(Fe2O3)来实现上述性质。但是，考虑到氧化铁的组成比例大于2.0mol％时玻璃会脱色，希望氧化铁的组成比例为0.01mol％到2.0mol％，包括两个端值。
1.5.4磷光体层形成方法
在本实施方案中，使用BAM磷光体作为蓝色磷光体。通常已知这些BAM磷光体在烧结步骤中容易降解。
鉴于此，下面描述可抑制烧结步骤中BAM磷光体降解的磷光体层形成方法。
通常，通过四个步骤形成磷光体层：(A)调整磷光体层悬浮液；(B)涂布磷光体层悬浮液到玻璃灯泡上；(C)干燥；和(D)烧结(烘烤)。
本发明的发明人了解到，烧结步骤中BAM磷光体的降解因以下原因而发生。当在300℃-500℃的温度下进行烧结时，水分吸收到磷光体上，因此磷光体降解。
在此，可通过在约200℃-300℃下再加热一定程度上除去附着到磷光体上的水分。但是，一旦温度在再加热后下降到室温等，水分可再次吸收到磷光体上。因此，这种方法不能产生足够的效果。
本发明的发明人发现，这个问题可通过往磷光体层悬浮液中加入金属羧酸盐来解决，从而金属羧酸盐在调整步骤(A)中附着到磷光体上，并导致分解温度在300℃-600℃范围的金属羧酸盐与水分反应，从而在烘烤步骤(D)中形成金属氧化物。
优选使用辛酸钇(yttrium caprylate)、2-乙基己酸钇或辛酸钇(yttriumoctylate)作为金属羧酸盐。
例如，当使用辛酸钇时，显示上述烘烤步骤中辛酸钇反应转换的反应式为：
Y(C7H15COO)3+H2O
→y-(OH)3+3C7H15COOH
→Y2O3+H2O+CO2
在烧结步骤中，在发生磷光体吸收水分的温度范围，辛酸钇吸收水分并因此形成氧化钇。按照这种方式，可避免烘烤步骤中磷光体吸收水分。辛酸钇还与容易附着水分的磷光体表面的一部分反应，从而在该部分上形成氧化钇涂层(下文中将参考图8描述这种涂层)。
因此，可以显著减少水分再附着到磷光体表面(例如，即使在烧结后在室温下放置磷光体时，也很难发生水分吸收)。
下面描述当使用辛酸钇时测量磷光体层上水分残余量的例子。
图7为显示烧结步骤中OH基数量(水分残余量)随时间变化的图。实线代表辛酸钇，而虚线代表钇醇盐。使用FT-IR分光计根据OH基吸收带(4300l/cm)中的光吸收估计水分残余量。将每种化合物溶解在乙酸丁酯中，旋涂到硅晶片上使得具有0.1μm的厚度，并在100℃下干燥30分钟。然后，在550℃下观察水分残余量变化，550℃为烧结步骤中采用的温度。
如图7所示，当使用辛酸钇时，在几分钟的非常短时间内除去水分。这说明实施方案1的磷光体层形成方法可有效地用在灯大量生产中的磷光体烘烤步骤中。
另一方面，当使用钇醇盐时，不能大量除去水分。这归因于以下事实，即作为金属原子的钇(Y)在水解反应中受到OH基攻击。
相比而言，当使用辛酸钇时，与钇(Y)结合的有机官能团能有效用作对OH基的位阻，从而抑制钇和OH基之间的反应。
根据上述磷光体层形成方法，包含较大量BAM磷光体的灯能表现出长寿命和高的亮度维持率，BAM磷光体通常被认为由于Hg吸收等而造成亮度维持率明显下降。
本发明的发明人证实，亮度维持率在3000小时时可提高5％-10％。
另外，3000小时时的色移(色度x和y的变化量)可被降低到1/2。因此，即使在长期使用后也可防止色泽再现性的降低。
这里应注意，上述磷光体层形成方法不仅可用于BAM磷光体，而且可用于其它类型的磷光体，并能产生类似效果。
下面描述根据上述磷光体层形成方法的烘烤步骤后得到的磷光体层的状况。
图8显示了形成的磷光体层的横截面。图8与图1有关联，并显示了冷阴极荧光灯20的磷光体层。
玻璃灯泡72内侧上的磷光体层73由磷光体颗粒74和在磷光体颗粒74之间跨越并覆盖其表面的氧化钇涂层(保护薄膜)76组成。
氧化钇涂层76覆盖磷光体层73的表面和磷光体颗粒74的表面，并在磷光体颗粒74之间跨越。
这些氧化钇涂层76具有将封闭在灯中的汞与磷光体颗粒74和玻璃灯泡72隔开的作用。
这使得可以防止由与汞的化学反应引起的磷光体颗粒74的降解和由于吸附到玻璃灯泡72上引起的放电空间中汞的消耗。
实施方案2
下面描述实施方案2。
2.1荧光灯结构和制造方法概述
在本发明的示例性荧光灯中，棒状体具有比其直径方向上宽度长的内-磷光体颗粒长度，并具有1.5μm或以下的厚度。另外，一对邻近的磷光体颗粒可被多个棒状体跨越。这里，当使用高分辨率扫描电镜(HRSEM)观察时可看到棒状体的“厚度”，并指棒状体纵向长度1/2处的厚度(内-磷光体颗粒方向上的长度)。
优选金属氧化物为选自具体是Y、La、Hf、Mg、Si、Al、P、B、V和Zr中的至少一种。尤其优选金属为Y。如果金属氧化物包含氧化钇如Y2O3，则能进一步减少汞的消耗。
在本发明的示例性荧光灯中，半透明容器为具有1.2mm-13.4mm的小内径的管状玻璃。向小直径荧光灯上涂布包含被金属氧化物组成的棒状体跨越的磷光体颗粒的磷光体层非常有益。
在本发明的荧光灯的示例性制造方法中，优选使用有机金属化合物如羧酸钇作为金属化合物。在这种情况下，优选在磷光层形成步骤中进行溶剂蒸发的同时向半透明容器内供给25℃下湿度(相对湿度)为10％-40％的气体。不清楚原因，但如果半透明容器中的湿度太低，则磷光体层的厚度均匀性等下降，如果湿度太高，则溶剂蒸发需要太长时间，从而降低了生产效率。通过供给25℃下湿度为10％-40％的气体到半透明容器内进行溶剂蒸发能有效形成具有极好均匀性的磷光体层。尽管根据涂层材料中包含的溶剂类型而有所差异，但溶剂蒸发期间的大气温度为25℃到50℃通常是合适的。
本发明的示例性荧光灯优选用作例如发光设备中包括的光源。发光设备的一个例子包括例如多个本发明的示例性荧光灯，它们被存放在包括能传递荧光灯发射的光的窗口的壳中。
示例性发光设备优选用作例如液晶显示装置等的显示装置中包括的背光单元。在液晶显示装置的一个例子中，发光设备例如被设置在显示面板的背面上。
2.2冷阴极荧光灯的结构
下面参考附图具体描述冷阴极荧光灯的结构。
图9为本实施方案的示例性荧光灯的横截面图，图10为图9中所示荧光灯中包括的磷光体层的放大视图。
如图9中所示，在冷阴极荧光灯100中，具有圆形横截面的玻璃灯泡(半透明容器)104的端各自用引线103密封，在玻璃灯泡104内部的引线103的内端各自连接到电极106上。在玻璃灯泡104内侧预定区域上形成磷光体层102。
如图10中所示，磷光体层102包含磷光体颗粒102a，磷光体102a被包含金属氧化物的棒状体102b跨越。棒状体102b具有例如1.5μm或以下的厚度。存在一对相邻磷光体颗粒102a被多个棒状体102b跨越的情况。棒状体102b的存在使磷光体颗粒102a之间的间隙变窄，并抑制了汞渗透到磷光体层102内。
因此这抑制了汞由于吸收到磷光体颗粒102a上的消耗。
另外，设置在磷光体颗粒102a之间并跨越其间的金属氧化物体为棒状的，由磷光体层102转换的光容易被传输到玻璃灯泡104外面。
根据这种结构，本实施方案的荧光灯100既能获得高亮度又能实现汞消耗的抑制，如在下文中提到的工作实施例中所示。
优选金属氧化物为选自例如Y、La、Hf、Mg、Si、Al、P、B、V和Zr中的至少一种。在这些中，Zr、Y、Hf等是优选的，因为它们与氧原子的结合能超过10.7×10-9J。10.7×10-9J对应于185-nm紫外辐射的光子能，185-nm紫外辐射为与汞激发一起产生的共振线之一。使用例如ZrO2、Y2O3或HfO2作为包括与氧原子的结合能超过10.7×10-9J的金属的金属氧化物提高了金属氧化物对暴露于185-nm紫外辐射的抵抗力。另外使用包括Y2O3的金属氧化物进一步降低了汞消耗，这是优选的。
可使用SiO2、Al2O3、HfO2等作为金属氧化物。这些金属氧化物对波长为254nm的光具有高(实质上为100％)的透射率。磷光体通过接受254-nm光发射可见光。因此，使用对254-nm光具有高透光率的金属氧化物提高了发光效率，这是优选的。
注意，棒状体102b可被称为针状体。
注意，ZrO2对254-nm光具有大约95％的透射率，V2O5、Y2O3和NbO5对254-nm光具有大约85％的透射率。Y2O3和ZrO2对波长为200nm或以下的光具有低透射率，具体地分别小于30％和20％。由于这个原因，Y2O3和ZrO2具有阻挡能降解磷光体的185-nm光的巨大作用，这是优选的。
在玻璃灯泡104的内侧上形成磷光体层102，除了例如其两端。尽管没有特别限制，但从玻璃灯泡104的端面到磷光体层102的距离为例如4mm-7mm是合适的。
磷光体层102中磷光体的示例性组成如下：使用BaMg2Al16O27:Eu2+(BAM)作为蓝色磷光体颗粒；使用BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+(BAM:Mn2+)作为绿色磷光体颗粒，并使用YVO4:Eu3+(YVO4)作为红色磷光体颗粒。对组成没有特殊限制，只要包括至少两种吸收313-nm辐射的磷光体即可。下面为具有吸收313-nm紫外辐射的性质的适用磷光体的例子。对磷光体的组合没有限制。
蓝色磷光体：BaMg2Al16O27:Eu2+，Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+，(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+，Ba1-x-ySrxEuyMg1-zMnzAl10O17(条件是x、y和z为满足条件0≤x≤0.4、0.07≤y≤0.25和0.1≤z≤0.6的数，尤其优选z满足条件0.4≤z≤0.5)
绿色磷光体：BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+，MgGa2O4:Mn2+，CeMgAl11O19:Tb3+
红色磷光体：YVO4:Eu3+，
YVO4:Dy3+(发绿光和红光)
注意，不同化合物的磷光体的混合物可用于一种颜色。一个例子是使用BAM用于蓝色，LAP(不吸收313-nm紫外辐射)和BAM:Mn2+用于绿色，YOX(不吸收313-nm紫外辐射)和YVO4:Eu3+用于红色。在这种情况下，通过调整磷光体使得吸收313-nm紫外辐射的磷光体占总重量比例的50％或以上能可靠地防止紫外辐射从玻璃灯泡中泄漏。
除了磷光体颗粒和金属氧化物外，磷光体层102可根据需要包含增稠剂、粘合剂等。
除了钠玻璃外，玻璃灯泡104的材料可为具有以下组成的硬硼硅酸盐玻璃。
SiO2：68-77％
Al2O3：1-6％
B2O3：14-18％
Li2O：0-0.6％
Na2O：1-5％
K2O：1-6％
MgO：0.3-0.6％
CaO：0.6-1％
SrO：0-0.5％
BaO：0-1.3％
Sb2O3：0-0.7％
As2O3：0-0.2％
TiO2：0.4-6％
ZrO2：0-0.2％
注意，玻璃灯泡104不限于硼硅酸盐玻璃。可使用铅玻璃、无铅玻璃、钠玻璃等。在这种情况下，可改善灯的黑暗中起动特性。具体地说，玻璃如上述玻璃包含大量碱金属氧化物如氧化钠(Na2O)，在氧化钠的示例性情况下，钠(Na)成分随着时间流逝析出到玻璃灯泡的内侧上。析出到玻璃灯泡内端(没有保护薄膜)上的钠被认为有助于改善黑暗中起动特性，因为钠具有低负电性。
尤其在形成外部电极以便覆盖玻璃灯泡末端外圆周的外部电极荧光灯中，优选在玻璃灯泡材料中包含3mol％-20mol％的碱金属氧化物。
例如，如果碱金属氧化物为氧化钇，则优选在玻璃灯泡材料中包含5mol％-20mol％的氧化钇。如果氧化钇含量小于5mol％，则存在黑暗中起动时间将超过1秒的较高可能性(换句话说，如果氧化钇含量为5mol％或以上，则存在黑暗中起动时间将少于1秒的较高可能性)。如果氧化钇含量超过20mol％，则可能存在诸如玻璃灯泡由于长期使用而变白造成的亮度下降和玻璃灯泡强度降低的问题。
另外，如果考虑环境保护，优选使用无铅玻璃。但是，无铅玻璃可能在生产过程中获取作为杂质的铅。无铅玻璃因此被定义为以0.1wt％或以下的杂质水平包含铅的玻璃。
尽管对玻璃灯泡104的尺寸没有特殊限制，但灯泡长度L适合为例如39mm-1300mm。如果玻璃灯泡104由硼硅酸盐玻璃组成，则考虑成本等，1.2mm-3.8mm的内径和1.8mm-4.8mm的外径是优选的。如果玻璃灯泡104由钠玻璃组成，则考虑机械强度，3.0mm-13.4mm的内径和4.0mm-15.0mm的外径是优选的。
与使用较大内径的玻璃灯泡的荧光灯相比，使用小内径的玻璃灯泡104的荧光灯100中电流密度较大。这种直径缩小和电流密度增加导致发射的185-nm紫外辐射的比例增加，185-nm紫外辐射为与汞激发一起产生的共振线之一。已知较短波长共振线尤其降解磷光体，发射的较短波长共振线的比例增加导致荧光灯100工作期间亮度减小率增加。消耗的汞的百分比也增加，从而进一步增加了亮度减少率。
因此，使用其中磷光体颗粒被由金属氧化物组成的棒状体跨越的磷光体层对于玻璃灯泡104具有小内径例如1.2mm-13.4mm的荧光灯100是非常有益的。
在玻璃灯泡104中封闭合适量的例如汞(未示出)和一种或多种稀有气体。例如，在玻璃灯泡104中封闭1mg-4.8mg汞是合适的。稀有气体可为例如氩(Ar)气、氖(Ne)气等。这些气体的混合物比例为例如90-95vol％的Ne气和50-10vol％的Ar气是合适的。荧光灯100不工作时的气体压力为例如6.3kPa-20kPa是合适的。
引线103由例如设置在玻璃灯泡104中的内引线103a和连接到引线103a上并设置在玻璃灯泡104外面的外引线103b组成。内引线103a由例如钨(W)组成，外引线103b由例如镍(Ni)组成。
电极106为带底圆柱，也称为中空电极。通过激光焊接方法等将电极106连接到引线103上。电极106包括保持在带底圆柱内侧上的发射器(未示出)。带底圆柱由例如铌(Nb)、镍(Ni)等组成，在发射器中使用Cs2AlO3等。
设置电极106的尺寸使得它们有助于放电的有效表面面积为所需尺寸。例如，电极106在轴向上可具有3.1mm-5.6mm的长度N，和1mm-2.8mm的内径。从玻璃灯泡104的端表面到相应电极106的距离R为5mm-8.3mm是合适的。
优选放电空间侧上磷光体层102的面上的磷光体颗粒102a不被暴露，如图10中所示。换句话说，优选磷光体颗粒102a被包埋在磷光体层102中使得它们的表面不形成放电空间侧上的面的一部分，并优选这类表面由金属氧化物等形成。在这种情况下，磷光体颗粒102a与汞隔离，能更有效地抑制汞吸收到磷光体颗粒102a上。
使用254-nm光透射率高(例如85％或以上)的金属氧化物作为形成放电空间侧上的面的金属氧化物能使254-nm光到达磷光体颗粒102a来使它们发光。在这种情况下，优选金属氧化物为例如SiO2、Al2O3、HfO2、ZrO2、V2O5、Y2O3、NbO5等。
可在玻璃灯泡104和磷光体层102之间形成连续金属氧化物层105，如图11中所示。在这种情况下，玻璃灯泡104也与汞隔离，从而抑制了因为在玻璃灯泡104中扩散引起的汞消耗。如果玻璃灯泡104由例如包含大比例Na的钠玻璃组成，则由于Na和汞之间的反应可以抑制汞齐的产生。构成金属氧化物层105的金属氧化物可为选自例如Y、La、Hf、Mg、Si、Al、P、B、V和Zr中的至少一种。构成金属氧化物层105的金属氧化物可为与磷光体层102中所包含金属氧化物相同的金属氧化物，或不同的金属氧化物，但尤其优选使用SiO2、Al2O3等。
尽管使用冷阴极荧光灯的例子描述，但本发明的荧光灯不限于此。例如，本发明同样适用于外部电极荧光灯、热阴极荧光灯、小型荧光灯(compact fluorescent lamp)、使用外部电介质线圈的无电极荧光灯等。
2.3冷阴极荧光灯的制造方法
下面描述上面所述荧光灯的示例性制造方法。
如图12中所示，首先调整用于形成磷光体层12的涂层材料。调整涂层材料包括在溶剂中分散预定量的磷光体颗粒，和添加并溶解预定量的金属化合物到得到的悬浮液中。这里使用的溶剂包括具有不同沸点的两种或多种有机溶剂。更具体地，具有不同沸点的两种或多种溶剂只需要适当地选自乙酸丁酯(沸点为120-126.5℃)、乙醇(沸点为78.3℃)、甲醇(沸点为64.6℃)、松节油(沸点为150-200℃)等。
关于两种或多种溶剂的掺和比例，以低沸点溶剂为100wt％计，高沸点溶剂为0.1wt％-10wt％是合适的。高沸点溶剂为2wt％-6wt％是更合适的。通过调整低沸点溶剂和高沸点溶剂的掺和比例可以调节棒状体的平均厚度至所需值。
尽管对要添加的金属化合物的量没有特殊限制，但对于添加的金属化合物来说，对于100重量份磷光体颗粒，优选使得例如通过与金属化合物的反应得到的金属氧化物构成大约0.1-0.6重量份磷光体层。如果从与金属化合物的反应中得到太少的金属氧化物，则磷光体层具有不充分的强度，如果存在太多的金属氧化物，则亮度将不够。对于100重量份磷光体颗粒，添加一定数量的金属化合物使得金属氧化物构成大约0.1-0.6重量份可以得到既获得强度又获得亮度的磷光体层。尽管没有特殊限制，但对于100重量份磷光体颗粒，溶剂量为例如大约45-120重量份是合适的。
涂层材料可根据需要包含粘合剂、增稠剂等。粘合剂为例如磷或硼粘合剂，增稠剂为硝基纤维素等。在这种情况下，基于100重量份磷光体颗粒，加入的粘合剂的量为大约0.1-2重量份是合适的，对于100重量份磷光体颗粒，加入的增稠剂的量为大约0.3-2.5重量份是合适的。
然后，将涂层材料涂布到玻璃灯泡的内侧上。使用例如吸取液体到直立的玻璃管内的方法进行涂层材料到玻璃管的涂布。尽管没有特殊限制，但调整涂布的涂层材料的量使得磷光体层包含例如2-5mg/cm2磷光体。
然后，蒸发所涂布的涂层材料中包含的有机溶剂，并干燥涂层。此时，当涂层材料中的溶剂蒸发时，涂层材料中金属化合物的浓度增加(金属化合物溶液变浓)，不久，金属化合物被沉积在磷光体颗粒之间。随着蒸发的进行，溶液移动使磷光体颗粒之间的间隙由于表面张力变窄。这导致金属化合物不成比例地沉积在内部-磷光体颗粒距离窄的位置中。
进行涂层材料的干燥，例如，在玻璃管直立的同时，也就是说，在涂布涂层材料后不改变玻璃管的位置。还可在旋转直立玻璃管的同时进行干燥。
可通过在玻璃管中保持溶剂容易蒸发的气氛进行涂层材料的干燥。例如，气体只需要被连续供给到玻璃管内。尽管对供给的气体量没有特殊限制，但如果供给太少的气体，则生产率下降，而供给太多的气体则抑制高度均匀的磷光体层的形成。因此气体供给速度为0ml/min/cm2以上且不超过64ml/min/cm2是合适的，更优选16-48ml/min/cm2。注意没有必要完全除去溶剂。可保留少量溶剂。
如下面提到的工作实施例2中所示，在干燥涂层材料时优选供给25℃下湿度为10％-40％的气体到玻璃管内。不清楚原因，但如果玻璃管中的湿度太低，则磷光体层102的厚度均匀性等下降。具体地说，在磷光体层102中形成间隙，就象在涂层材料干燥过程中发生滑动一样，这导致磷光体层102的不均匀性。另一方面，如果湿度太高，则溶剂蒸发需要太长时间，从而降低了生产效率。在蒸发溶剂的同时往玻璃管中供给上述气体能有效形成具有极好厚度均匀性等的磷光体层102。还可以通过提高磷光体层102的均匀性来提供具有很小亮度变化的荧光灯100。
然后，烘烤干燥的涂层材料。可使用烧结炉、电炉等升高玻璃管的内部温度到大约600℃-700℃。
然后，抽空玻璃管的内部，向其中填充汞和稀有气体，密封玻璃管的两端，如常规一样进行，从而得到玻璃灯泡104。
涂层材料中包含的金属化合物可为例如有机金属化合物如羧酸钇(Y(CnH2n+1COO)3，5≤n≤8)、异丙醇钇(Y(OC3H7)3)、四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)等，或金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属羧酸盐、金属β-二酮酸盐络合物等。
下面描述金属化合物变成金属氧化物的反应，取使用辛酸钇(Y(C7H15COO)3)作为金属化合物的例子。
如图13中所示，在辛酸钇中，辛酸基(-OOCC7H15)由于水解被羟基(-OH)取代，同时产生C7H15COOH。使得到的钇化合物脱水引起聚合。在重复这种反应后，烘烤聚合物并退火。这就是辛酸钇如何变成氧化钇(Y2O3)。
注意，例如，只需要调整用于形成磷光体层的涂层材料中包含的金属化合物的比例等以防止磷光体颗粒102a暴露在放电空间侧上的磷光体层102的面上。或者，除了用于形成磷光体层的涂层材料外，可提供包含上述金属化合物但不包含磷光体颗粒的另一涂层材料，可在干燥前面的涂层材料后但在烘烤前涂布后面的涂层材料来形成磷光体层。金属氧化物层105的形成方法相同。后面的含金属化合物的涂层材料包含例如用于形成磷光体层的涂层材料成分，除磷光体颗粒以外。
2.4背光单元的结构
下面描述包括外部电极荧光灯的示例性发光器件。下面描述了液晶显示(LCD)装置中的背光单元的例子作为示例性发光器件。但是，本发明不限于此，而是可用在需要发光器件的任何已知显示装置中。另外，尽管下面描述了其中多个荧光灯平行设置在LCD面板背面上的正下型背光单元，但本实施方案的发光器件可为其中荧光灯被设置在安装到LCD面板背面上的光导板边缘表面上的边缘光背光单元。
图14为显示本实施方案的背光单元110的示意结构的平面图，图15为沿图14的A-A截取的放大横截面图，图16为本实施方案的背光单元110的透视图。注意，图14和16显示处于不包括图15中所示透光板122、用于安装透光板122的安装框124等的状态下的背光单元110。另外，组成元件之间的比例在图14、15和16中不相同。
如图14和1 5所示，背光单元110包括存放多个本发明的示例性荧光灯11 4的壳112。荧光灯114为U形弯曲外部电极荧光灯(EEFL)。
壳112包括例如反射板118、垂直设置在反射板118周边上的侧壁120、与反射板118对置安装到侧壁120上的安装框124、和透光板122。透光板122被安装在安装框124中，并平行于反射板118设置。透光板122包括光扩散板126、光扩散片128和透镜片130，它们从反射板118一侧(荧光灯114一侧)按顺序被层压。安装框124由不透光材料形成，从透光板122位于的图14中双点虚线封闭的区域发射荧光灯114产生的光。换句话说，透光板122用作能透射荧光灯114发射的光的窗口。
荧光灯114为电介质阻挡放电荧光灯，它们围绕玻璃灯泡134端部分的外圆周设有外部电极136和138，并使用玻璃灯泡壁作为电容器。通过例如环绕玻璃灯泡134的外圆周缠绕金属箔如铝箔或铜箔、在玻璃灯泡134的表面上气相沉积金属或涂布导电糊并烘烤来形成外部电极136和138。
在每个玻璃灯泡134的内侧上形成磷光体层140。但是，磷光体层140不形成在玻璃灯泡134接触外部电极136和138的内侧部分上，以便抑制玻璃灯泡134中封闭的汞的明显耗损。磷光体层140的材料和其形成方法与前面提到的冷阴极荧光灯100的情况相同。汞(未示出)被加入到玻璃灯泡134中，并封闭包含氖和氩的混合气体(未示出)作为放电物质(放电气体)。
每个玻璃灯泡134都具有U形弯曲部分142、从弯曲部分142平行延伸出设置的第一直部分144和第二直部分146。使第二直部分146比第一直部分144长，以便达到设置下文提到的第二连接器158的位置。
如图16中所示，两个狭长绝缘板(第一绝缘板148和第二绝缘板150)被基本平行地搁置在反射板118的顶表面上。第一和第二绝缘板148和150由例如聚碳酸酯组成。注意，或者，在本实施例中，可使用面积与第一和第二绝缘板148和150的总面积大约相同的单个绝缘板。第一绝缘板148的顶表面设有用于供给电力到第一外部电极136的第一馈电线(feeder)152，第二绝缘板150的顶表面设有用于供给电力到第二外部电极138的第一馈电线154。
第一馈电线152由多个第一连接器156和物理连接并电连接第一连接器156的第一板157组成。第一连接器156的数目对应于荧光灯114的数目。第一板157贴到第一绝缘板148的顶表面上。将外部电极136(下文中，可称为“第一外部电极136”以与外部电极138区分)装配到第一连接器156的每个中。第一连接器156包括夹块156a和156b，和连接夹块156a和156b的板状部分(连接156c)。未包括在第一连接器156中的板状部分的剩余部分构成第一板157。夹块156a和156b可通过例如在导电材料如磷青铜等构成的狭长板材上进行下列过程来形成。刻划板材以便在纵向上留出两个连续矩形的一个邻接侧。折叠按这种方式形成的一对悬臂块以基本垂直于板材，并使每个悬臂块的端部具有与荧光灯外圆周相符的形状。当第一电极136被装配到第一连接器156内时，夹块156a和156b向外弯曲，并且由于夹块156a和156b的恢复力将第一电极136保持在第一连接器156中。
类似地，第二馈电线154由多个第二连接器158和物理连接并电连接第二连接器158的第二板160组成。
在玻璃灯泡134的第二直部分146下方通过的第一板157的区域被绝缘片182覆盖。绝缘片182由绝缘材料如聚碳酸酯等组成。
在图16中所示的实施例中，更靠近第二外部电极138的第二直部分146的部分越过电连接到第一外部电极136的第一板157。因此，在第二直部分146和第一板157相交处存在大的电势差异。因此，如果不设置绝缘片182的话，泄漏电流将从较高电势区域流到第二直部分146和第一板157相交的较低电势区域，这成为荧光灯11发光亮度下降的原因。因此优选在相交点处设置绝缘片182以尽可能地抑制电流泄漏。
背光单元110包括经引线168和170电连接到第一板157和第二板160的换流器162。换流器162为电源电路单元，将来自商业电源(未示出)的50/60Hz AC电转换成高频功率电，并供给高频功率电到荧光灯114。因此，经由第一板157和第二板160在2个导线上将电力供给到荧光灯114上，并可以使用一个换流器162并联操作多个荧光灯114。
具有“C”形状部分的弯曲支撑构件180被安装到与荧光灯114一致的一个侧壁120上。弯曲支撑构件180由例如树脂如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等组成。安装荧光灯114到壳112内是简单的，因为仅仅需要装配玻璃灯泡134的弯曲部分142到“C”状部分内，然后装配环绕玻璃灯泡134末端外圆周形成的第一和第二外部电极136和138分别到第一和第二连接器156和158内。
图17显示了作为使用本实施方案的背光单元110的显示装置例子的示例性液晶电视。在图17中，为了描述方便，液晶电视机270的正面部分已被切去。液晶电视机270为例如32英寸液晶电视机，除了背光单元110外，包括液晶显示面板(LCD)272等。LCD面板272由滤色器衬底、液晶、TFT衬底等组成，并通过驱动模块(未示出)驱动以根据外部图象信号形成彩色图象。
背光单元110的壳112设置在LCD面板272的背面侧上，背光单元110从背面照射光到LDC面板272上。换流器162设置在壳112外面，如例如在液晶电视机270的壳274中。
2.5冷阴极荧光灯制造方法的工作实施例
下面使用工作实施例更具体地描述本发明的实施例。注意，本发明不限于下面的工作实施例。
第一工作实施例
在第一工作实施例中，按下面的方式制作具有图9中所示结构的冷阴极荧光灯。首先，提供YVO4:Eu3+、BaMg2Al16O27:Mn2+，Eu2+和BaMg2Al16O27:Eu2+作为三波长磷光体。调整这三种磷光体的混合比使得其色度为x＝0.220，y＝0.205。将1kg三波长磷光体分散在由乙酸丁酯和松节油的混合溶剂中得到悬浮液。在磷光体分散前，在混合溶剂中溶解15g NC(硝基纤维素)和1.5g硼酸粘合剂。混合溶剂中乙酸丁酯和松节油组成的混合比为900g乙酸丁酯对4g松节油。向悬浮液中加入辛酸钇并通过搅拌溶解，从而得到用于形成磷光体层的涂层材料。每1kg磷光体颗粒加入15g辛酸钇。
然后，将涂层材料涂布到内径为2.4mm、长度为400mm和壁厚度为0.2mm的玻璃管内侧上。使用例如吸取液体到直立管内的方法进行涂层材料到玻璃管的涂布。玻璃管的组成如下。
SiO2：69.3％
Al2O3：5.1％
B2O3：15.5％
Li2O：0.48％
Na2O：1.4％
K2O：4.8％
MgO：0.5％
CaO：0.9％
SrO：0.04％
BaO：1.2％
Sb2O3：0.1％
As2O3：0％
TiO2：0.6％
ZrO2：0.1％
然后，将25℃下相对湿度为12％的空气供给到玻璃管内持续大约8分钟以干燥由涂布的涂层材料组成的层。在旋转直立玻璃管的同时进行这种层干燥。以30ml/min/cm2速度供给热空气。然后使用设定到670℃的电炉进行烘烤。烘烤时间为10分钟。此时，当使用热电偶测量时，玻璃管内部的温度达到650℃。
然后，抽空玻璃管的内部，在其中封闭气体(Ne∶Ar＝95∶5，大约8kPa)和3mg汞，并密封玻璃管，从而得到荧光灯(a)。
注意，在电极材料中使用Nb。电极具有5.5mm的轴向长度N、1.7mm的内径和0.1mm的壁厚度。从玻璃灯泡端表面到电极的距离M为8.2mm。在发射器中使用Cs2AlO3。
当使用HRSEM观察磷光体层的300μm平方面积时，磷光体颗粒被厚度为0.2μm-1.5μm的棒状金属氧化物体(棒状体)跨越是明显的。在一些部分中，成对磷光体颗粒被多个棒状体跨越。棒状体具有0.5μm的平均厚度。
注意，棒状体的“平均厚度”为在使用HRSEM观察的磷光体层300μm平方面积中多个棒状体纵向长度1/2处测量厚度的算术平均值。
当使用分光辐射谱仪(TOPCON制造，型号SR-3)测量灯亮度时，初始亮度为22950cd/m2。在图18中，初始亮度为100％，相对于工作时间的亮度维持率用黑圆圈(●)表示。注意，为了比较，提供具有相同规格的另一个灯，但没有跨越的金属氧化物体。这种灯具有22480cd/m2的初始亮度，这种灯相对于工作时间的维持率在图1 8中以白方形(口)表示。如图18中所示，没有跨越的金属氧化物体的灯在工作2400小时时具有约80％的亮度维持率，而本工作实施例的灯具有约85％的亮度维持率。显然，亮度维持率得到提高。
第二工作实施例
在第二工作实施例中，除了改变干燥涂层时供给到玻璃管内的气体的温度之外，按与第一工作实施例相同的方式制造荧光灯(c)至(g)。
25℃下湿度为40％、15％、10％、8％和5％的气体分别用于荧光灯(c)至(g)。在本发明中，因此在供给气体的同时保持玻璃管中的湿度在40％、15％、10％、8％和5％下。
检查荧光灯(c)至(g)的磷光体层的厚度均匀性。首先，使用HRSEM观察每个荧光灯纵向上整个长度上的磷光体层。在荧光灯(g)和(f)中观察到磷光体层厚度的较大变化，与使用25℃下湿度为10％-40％的气体干燥涂层材料的荧光灯(c)-(e)相比，在荧光灯(g)和(f)中，使用25℃下湿度小于10％的气体干燥涂层材料。具体地说，由于磷光体层中出现的间隙，在荧光灯(g)和(f)的磷光体层中观察到不均匀性，如同涂层材料在干燥过程中滑动一样。另一方面，荧光灯(c)-(e)的磷光体层的厚度在整个纵向长度上基本不变(18μm±2μm)。
补充说明
红色磷光体YVO4:Eu3+
尽管在实施方案1或2中没有详细特别提到，但当使用YVO4:Eu3+(YVO)作为红色磷光体时，优选杂质如主要是铁(Fe)、硅(Si)和钙(Ca)的浓度为预定值或以下。
红色磷光体YVO具有x＝0.661、y＝0.328的色度，用于提高色彩再现性。
但是，本发明的发明人发现，利用常规YVO时，与绿色和蓝色辐射强度相比，红色辐射强度往往不能充分升高，与灯电流增加无关。
出于这个原因，显然不能得到随电流增加的亮度匹配，此外，当灯电流增加时，只有3-色光的红色分量减弱，从而导致灯发射的光中存在色移。
图19为显示灯电流(mA)和峰值波长强度之间关系的图，是在制造和操作与冷阴极荧光灯100具有相同结构但具有单色磷光体形成的磷光体层的灯的情况下。
在图19的图中，“减少的亮度YVO”是杂质浓度为33ppm的YVO，单纯“YVO”是杂质浓度为9ppm的YVO。
注意，使用Shimadzu公司生产的ICP分光计(ICPS-8000)测量图19中和后面提到的图20中的杂质浓度。
如图19的图中所示，与电流增加无关，“减少的亮度YVO”的峰值波长强度没有太大的增加，因此背离蓝色磷光体(BAM)、绿色磷光体(BAM:Mn2+)和绿色磷光体(LAP)的增加速度。因此在使用这三种颜色磷光体的灯中容易出现色移。
相反，“YVO”的峰值波长强度随电流值增加而增加，因此可以抑制色移。
注意，冷阴极荧光灯中的电流值在4.0mA-8.0mA的实用范围。出于这个原因，为了防止色移，需要这个范围红色磷光体的增加速度不背离其它磷光体的增加速度。
图20为显示相对亮度(％)和红色磷光体YVO4:Eu3+中Fe、Si和Ca杂质浓度(ppm)之间关系的图，是在制造具有与冷阴极荧光灯100相同结构但具有由包括红色磷光体YVO4:Eu3+的三色磷光体形成的磷光体层的灯且在6mA电流下操作灯的情况下。使用杂质浓度为10ppm的亮度作为相对亮度的基准(％)。
如图20中所示，当杂质浓度为20ppm时，相对亮度为90％，但当杂质浓度为30ppm时，急剧下降到50％。
考虑到电流值的实用范围和上述色移问题，优选杂质浓度为20ppm或以下。杂质浓度越低越好，但考虑除去杂质的纯化工艺和制造过程中的问题，最小值为例如3ppm。
因此，优选YVO中Fe、Si和Ca的杂质浓度为3ppm-20ppm，包括两个端值。
当使用具有减小的尤其是Fe、Si和Ca浓度的YVO时，认为以下是结果改善的原因。
具体地说，当红色磷光体YVO被大量Fe、Si和Ca污染时，YVO红色磷光体颗粒表面上的Fe、Si和Ca容易变得带负电，因为它们具有相对高的电负性(分别为1.8、1.8和1.0)。
Hg+因此被捕获在红色磷光体颗粒的表面上，放电空间中的汞量减少，并发生上述色移。
工业实用性
本发明的荧光灯可以防止波长为313nm的紫外辐射泄漏出灯外，并可用在背光单元等中。

Claims (4)

1.一种荧光灯，包括：
其中封闭有汞的玻璃灯泡；和
形成在玻璃灯泡内侧上并包含三种磷光体颗粒的磷光体层，所述三种磷光体颗粒是被紫外辐射激发而分别发射红光、绿光和蓝光的红色磷光体颗粒、绿色磷光体颗粒和蓝色磷光体颗粒，其中
上述三种磷光体颗粒中的至少两种磷光体颗粒具有吸收波长为313nm的紫外辐射的性质，
所述至少两种磷光体颗粒占三种磷光体颗粒总重量组成的50wt％或以上，
蓝色磷光体颗粒包括选自BaMg2Al16O27:Eu2+，Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+，(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+和Ba1-x-ySrxEuyMg1-zMnzAl10O17中的至少一种，其中x、y和z为满足条件0≤x≤0.4、0.07≤y≤0.25和0.1≤z≤0.6的数，
绿色磷光体颗粒包括选自BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+，MgGa2O4:Mn2+和CeMgAl11O19:Tb3+中的至少一种，和
红色磷光体颗粒包括选自YVO4:Eu3+，YVO4:Dy3+和3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+的至少一种。
2.一种荧光灯，包括：
其中封闭有汞的玻璃灯泡；和
形成在玻璃灯泡内侧上并包含三种磷光体颗粒的磷光体层，所述三种磷光体颗粒是被紫外辐射激发而分别发射红光、绿光和蓝光的红色磷光体颗粒、绿色磷光体颗粒和蓝色磷光体颗粒，其中
上述三种磷光体颗粒中的至少两种磷光体颗粒具有吸收波长为313nm的紫外辐射的性质，并且
所述至少两种磷光体颗粒占三种磷光体颗粒总重量组成的50wt％或以上，
蓝色磷光体颗粒是Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+和(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+中的至少一种，
绿色磷光体颗粒包括选自BaMg2Al16O27:Eu2+，Mn2+，MgGa2O4:Mn2+和CeMgAl11O19:Tb3+中的至少一种，和
红色磷光体颗粒为Y2O3:Eu3+。
3.一种背光单元，其包含权利要求1或2的荧光灯。
4.一种液晶显示装置，包括：
液晶显示面板；和
权利要求3的背光单元。
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