JP2005285339A - 冷陰極蛍光ランプ、及びこれを用いた液晶用バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】 製造中にも長期使用中にも紫外線遮蔽層の層間剥離が抑制され、優れた紫外線遮蔽性と輝度が長期間維持される冷陰極蛍光ランプを提供する。
【解決手段】 ガラス管１の内壁に、酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムのうち少なくとも１種の紫外線遮蔽材を含む紫外線遮蔽層２が形成され、更にその内側に蛍光体層３が形成された冷陰極蛍光ランプであって、前記紫外線遮蔽材が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素のうちの少なくとも１種からなる被覆材で表面処理されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶モニター、液晶ＴＶ等の液晶表示装置のバックライトに適した冷陰極蛍光ランプ、及び本発明の冷陰極蛍光ランプを用いた液晶用バックライトに関するものである。

冷陰極蛍光ランプは、高輝度、省電力、小型化可能などの特性から液晶表示装置のバックライトとして多用されている。近年、薄型ＴＶやノート型ＰＣ等に用いられる液晶表示装置は、より薄く、より軽くするため、この冷陰極蛍光ランプに近接した部位にプラスチック等の材料が多く使用され、それらが冷陰極蛍光ランプから放射される紫外線により劣化することが問題となってきている。また、液晶バックライトユニットには、ランプの光を拡散し、モニタ一面を均一に照射するための光学部材が用いられているが、これらも長時間強い光に照射されるため、紫外線による劣化が激しい。
また、近年需要の増加してきたＴＶ用途では、使用者とモニターとの距離がノート型ＰＣ等に比べ離れているため、より輝度を高める必要があり、ランプ本数も多くなり、従って周辺部材の紫外線による劣化がより激しくなっている。

一般に、蛍光ランプから放射される紫外線を抑制するためにランプのガラス管の内壁に紫外線遮蔽層を設けることは従来から行われている。そしてこの紫外線遮蔽層を形成する紫外線遮蔽材としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セリウム等が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの材料を蛍光ランプのガラス管内壁に施した場合、ガラス内壁と紫外線遮蔽層、また紫外線遮蔽層と蛍光体層との間の密着が悪く、層間剥離が起こりやすいという問題があった。特に冷陰極蛍光ランプの場合、冷陰極蛍光ランプは一般の照明用蛍光管に比べ管の径が小さいため、より剥離が起こりやすく、ガラス内壁、また蛍光体層との密着が悪い酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化セリウムを紫外線遮蔽材として用いると、剥がれが発生し、輝度が低下する等の問題が発生していた。特に、液晶のバックライトとして用いる冷陰極蛍光ランプの場合は、省スペース、省電力等の目的からガラス管の形状をＬ字型、Ｕ字型又はコの字型等に屈曲させることが多い。すなわち例えばＵ字型又はコの字型の場合、電極数が直管式の半分になり、インバーター数も半分となるため省スペース、省電力、経費節減の効果が大きい。しかし、特に屈曲型の冷陰極蛍光ランプを製造する場合、ランプの管体をＬ字型、Ｕ字型又はコの字型等に加工する曲げ工程の段階で剥がれが発生し、蛍光面積の減少により輝度が低下する等の問題が発生していた。
特開平２−２１６７５１号公報

本発明は、製造中にも長期使用期間中にも紫外線遮蔽層のガラス管壁面又は蛍光体層との層間剥離が抑制され、優れた紫外線遮蔽性能と輝度が維持される冷陰極蛍光ランプ、及びこれを用いた紫外線劣化の少ない液晶用バックライトの提供を課題とする。

本発明の冷陰極蛍光ランプは、ガラス管の内壁に、酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムのうち少なくとも１種の紫外線遮蔽材を含む紫外線遮蔽層が形成され、更にその内側に蛍光体層が形成されてなる冷陰極蛍光ランプであって、前記紫外線遮蔽材が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素のうちの少なくとも１種からなる被覆材で表面処理されていることを特徴としている。

本発明に用いられる酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素は、紫外線遮蔽材の表面に被覆材として存在するとき、いずれも紫外線遮蔽材の性能及び光透過性を損なうことなくガラス管との密着性及び蛍光体との密着性を改善する効果があることがわかった。紫外線遮蔽層にこれらの被覆材成分を単に混合しただけでは、輝度の低下がおこり、添加量が少ない場合には十分な密着性が得ることができない。これら被覆材の少なくとも１種で前記の紫外線遮蔽材の表面を被覆すると、紫外線遮蔽能及び輝度を維持したまま、ガラス管と紫外線遮蔽層との間の密着性、及び紫外線遮蔽層と蛍光体層との間の密着性を共に改善することができ、例えば製造時の曲げ化工に際しても層間剥離が起こり難くすることができる。ここで、被覆材による紫外線遮蔽材の表面処理とは、紫外線遮蔽材の固相又は紫外線遮蔽層の表面に前記被覆材が付着、吸着等により皮膜を形成する処理を意味するものであり、その皮膜は、要はガラス管又は蛍光体層との密着性が改善されればよいので、紫外線遮蔽材の表面を完全に被覆していなくてもよい。本発明において紫外線遮蔽層は前記の被覆材以外の成分を含んでいてもよいが、紫外線遮蔽性能および輝度向上の観点から、できるだけ他の成分は含まないことが好ましい。

前記被覆材の配合割合は、紫外線遮蔽材の０．１重量％〜５０重量％の範囲内であることが好ましい。
被覆材の配合割合が紫外線遮蔽材の０．１重量％未満では、皮膜が十分に形成されないため密着性が不十分であり、特に曲げ加工時に層間の剥離を防ぐことができない。また被覆材の配合割合が紫外線遮蔽材の５０重量％を越えると、それ以上の密着性は期待できず、かえって可視光の透過が妨げられ輝度が低下することになるとともに、紫外線遮蔽性能も低下してしまう。この観点から、被覆材の配合割合は紫外線遮蔽材の１．０重量％〜３０重量％の範囲内、特に２．０重量％〜２０重量％の範囲内が好ましい。

本発明において、紫外線遮蔽材としては酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムのうち少なくとも１種が用いられる。これらはいずれか１種を単独で用いてもよく、２種又は３種を任意の割合で混合して用いてもよい。用いられる酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムのうち、酸化亜鉛は紫外線帯域のうち３６５ｎｍの比較的長波長域まで遮蔽可能であり紫外線遮蔽能力としては最も高いが、導電性があるので特に一般照明用に比べ、管の径が小さい冷陰極蛍光ランプにおいては、冷陰極蛍光ランプの内面で短絡が生じないよう注意する必要がある。酸化チタンは酸化亜鉛ほど広範囲ではないが、ランプの発光を妨げる要素を有しない点は酸化亜鉛に比べて優れている。また、酸化セリウムは、紫外線遮蔽能力は酸化チタンとほぼ同等であるが、密着性が酸化チタンより優れている。ただし、材料が黄色のため配合割合によっては外観上黄色に見えることがある。このように酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムはそれぞれ特性が異なるため、使用に際しては用途に適合する材料を単独で、又は複合して選ぶことが望ましい。

本発明において蛍光体層を形成する蛍光体としては、主に希土類蛍光体からなる三波長発光蛍光体が使用されるが、アンチモン・マンガン賦活ハロりん酸塩蛍光体であってもよい。
三波長発光蛍光体は、赤・緑・青の各波長域を発光する３種類の蛍光体を混合することで、白色光を発光させるものである。例えば、赤色系発光蛍光体としては酸化イットリウム［Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ］、緑色系発光蛍光体としてはセリウムを含有するテリビウム賦活りん酸塩蛍光体［（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）・（Ｐ，Ｓｉ）Ｏ_４ ］、青色系発光蛍光体としては２価のユーロピウム賦活アルカリ土類ハロりん酸塩蛍光体［（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ］などが用いられる。

本発明の冷陰極蛍光ランプは、前記蛍光体層が、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化ランタンのうち少なくとも１種を含んでいることが好ましい。
これらは、紫外線遮蔽層中の酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素との密着性がよいため、蛍光体層中に含有させると蛍光体層と紫外線遮蔽層との密着性がさらに向上する。これらの成分は蛍光体の輝度等にはあまり影響を与えない。蛍光体層中における酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ランタンの配合割合は蛍光体の総量に対して０．１重量％〜１０重量％の範囲内、特に０．５重量％〜５重量％の範囲内とすることが好ましい。配合割合が０．１重量％未満では密着性改善効果が不十分であり、１０重量％を越えると、それ以上の密着性は期待できないばかりか蛍光体の輝度を低下させる可能性が生じる。
また本発明の冷陰極蛍光ランプには、中空部に所定量のＨｇと希ガスが封入されている。

次に、本発明の冷陰極蛍光ランプの製造方法の一例を述べる。ただし製造方法は本例に限定されるものではない。
まず、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セリウムのうちの少なくとも１種からなる紫外線遮蔽材の粉末粒子を用意し、この粉末粒子を、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素のうちの少なくとも１種の被覆材で表面処理する。表面処理方法としては、特に限定されるものではないが例えば、これらの粒子を分散させた液中に、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、珪素化合物を溶解し、中和、加水分解反応等により、これらの粒子の表面にこれらの金属の酸化物を析出させる方法が挙げられる。

次に、表面処理された紫外線遮蔽材の粒子を分散媒に分散させて分散液を調製する。
分散液中における粒子径は、紫外線遮蔽層が良好な紫外線遮蔽能と共にランプの輝度（明るさ）を低下させないよう高い透明性を確保する観点から、一次粒子径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、特に１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内となるように調整することが好ましい。分散媒としては、例えば、水や、メチルアルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール等の低級アルコール類、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ｓｅｃ−ブチル等のギ酸エステル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル等の酢酸エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、等が用いられる。中でも、水、アルコール類、酢酸エステル類が好ましい。

前記の分散液はバインダー成分を含んでもよく、含まなくてもよい。バインダーを用いる場合、その例としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂（ニトロセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースなど）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）、ポリビニルアセタール、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、などを挙げることができる。バインダーは、冷陰極蛍光ランプの製品中に残存すると不純物となり、製品としての寿命（耐久性）や輝度（明るさ）などに不具合をおこす可能性もあるので、次に説明する焼成工程で揮散させ実質的に残存しないようにする。ただし製品として不具合が生じない程度の量であれば残存してもかまわない。

次に前記の分散液を冷陰極蛍光ランプ用のガラス管内壁に塗布する。塗布方法としては、例えばガラス管を立てて下部から分散液を吸い上げて落とす吸い上げ塗工、ガラス管上部から分散液をガラス管内壁に沿ってフローさせるフローコート等が用いられる。

冷陰極蛍光ランプ用のガラス管内壁に、順次紫外線遮蔽層及び蛍光体層を形成する。ここで、形成方法は特に制限されるものではないが、例えば次の通りである。
分散液がバインダー成分を含まない場合は概略、
〔紫外線遮蔽層塗布〕→〔焼成１〕→〔蛍光体層塗布〕→〔焼成２〕
のように、焼成工程が２回必要になる。〔焼成１〕を省略すると、紫外線遮蔽層中の紫外線遮蔽材（ＺｎＯ、ＴｉＯ_２又はＣｅＯ_２）が蛍光体層塗布時に紫外線遮蔽層の表面から溶け出して蛍光体層に混入し、輝度低下等の不具合を生じる可能性がある。
一方、分散液がバインダー成分を含む場合は、
〔紫外線遮蔽層塗布〕→〔乾燥〕→〔蛍光体層塗布〕→〔焼成〕
となり、〔焼成１〕を省略し〔乾燥〕だけで、蛍光体層への紫外線遮蔽材の混入を防ぐことが可能となる。焼成は、例えばガラス管内部に熱風又は常温の風を送り込み乾燥させ、その後所定の温度で所定時間加熱して行う。

本発明はまた、前記本発明の冷陰極蛍光ランプを用いた液晶用バックライトを提供する。
本発明の液晶用バックライトは、前記本発明の冷陰極蛍光ランプと導光部材等から構成される。本発明の冷陰極蛍光ランプは紫外線遮蔽層の密着性が改善されているので、これを用いた液晶用バックライトは紫外線遮蔽層の剥離が少なく、紫外線が長期間に亘って遮蔽されているので、隣接する導光部材等にプラスチックを用いても紫外線による劣化が抑制され、液晶用バックライトとして輝度やホワイトバランスが長期間維持される。

本発明の冷陰極蛍光ランプはガラス管の内壁に紫外線遮蔽層と蛍光体層とが形成され、この紫外線遮蔽層を形成する酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化セリウムからなる紫外線遮蔽材が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素からなる被覆材で表面処理されているので、紫外線遮蔽能及び輝度を維持したまま、ガラス管と紫外線遮蔽層との間の密着性、及び紫外線遮蔽層と蛍光体層との間の密着性が共に改善されている。このため、例えば製造時の曲げ化工に際しても層間剥離が抑制され、製造歩留り及び製品品質が向上する。また実使用中の層間剥離も長期に亘って抑制され紫外線遮蔽能が維持されるので、周辺部材に及ぼす紫外線傷害も防止され、例えばプラスチック製の導光部材が長時間使用中に黄ばみなどの着色を起こし、輝度の低下やホワイトバランスの劣化が生じるのを防止し、長期間当初の光品質を維持し続けることができる。

本発明の冷陰極蛍光ランプは、紫外線遮蔽層とガラス管内壁、紫外線遮蔽層と蛍光体層の密着性に優れるため、冷陰極蛍光ランプをＬ字型、Ｕ字型、又はコの字型等に屈曲するための曲げ工程における剥がれを防止することができ、屈曲型の冷陰極蛍光ランプにも優れた紫外線遮蔽性能を与えることができる。本発明の屈曲型の冷陰極蛍光ランプを用いれば、液晶用バックライトに必要なランプ本数を半分に減少することができ、更に、ランプ１本につき１個必要でしかも高価なインバーターも半減することができる。このため、省スペース化と大幅なコストダウンが可能となる。

本発明の冷陰極蛍光ランプにおいて、蛍光体層が酸化アルミニウム又は酸化イットリウムを含んでいれば、これによって蛍光体層と紫外線遮蔽層との密着性をさらに向上させることができ、より高品質、高信頼性の冷陰極蛍光ランプを得ることができる。

本発明の液晶用バックライトは、前記本発明の冷陰極蛍光ランプが用いられているので製造歩留り及び製品品質が良好であるばかりでなく、長期に亘って輝度やホワイトバランスが高水準に維持され信頼性の高い製品となる。

次に本発明の実施の形態を具体例によって説明するがこれらの具体例は本発明を何ら制限するものではない。
（実施例１）

図１は、本発明の冷陰極蛍光ランプの一実施形態を示す断面図である。
この冷陰極蛍光ランプは、両端を電極（図示せず）によって閉鎖されたガラス管１からなり、ガラス管１の内壁に、まず紫外線遮蔽層２、次いで蛍光体層３の各層が形成されている。ガラス管の中空部４には所定量のＨｇと希ガスが封入されている。
紫外線遮蔽層２を形成する紫外線遮蔽材としては、酸化アルミニウムで表面処理された酸化チタンを用いた。酸化アルミニウムの配合割合は、酸化チタンの１０重量％とした。
蛍光体層は赤色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体及び青色系発光蛍光体の混合物（蛍光体混合物）を用いた。
（実施例２）

この冷陰極蛍光ランプは、図１における紫外線遮蔽層２を形成する材料として、酸化アルミニウムの代わりに酸化珪素を用いて表面処理した以外は、実質的に実施例１と同様である。酸化珪素の配合割合は、酸化チタンの７重量％とした。
（実施例３）

この冷陰極蛍光ランプは、図１における紫外線遮蔽層２を形成する材料として、酸化アルミニウムの代わりに酸化ジルコニウムを用いて表面処理した以外は、実質的に実施例１と同様である。酸化ジルコニウムの配合割合は、酸化チタンの１５重量％とした。
（実施例４）

この冷陰極蛍光ランプは、図１における蛍光体層３を形成する材料として、実施例１で用いた蛍光体混合物に酸化アルミニウムを添加したものを用いた以外は、実質的に実施例１と同様である。酸化アルミニウムの配合割合は、蛍光体混合物の３重量％とした。

比較例として下記の冷陰極蛍光ランプを作成した。
（比較例１）
紫外線遮蔽層２を設けないほかは実質的に実施例１と同様とした。
（比較例２）
紫外線遮蔽層２として表面処理されていない酸化チタンを用いたほかは実質的に実施例１と同様とした。

次に、前記各実施例及び比較例の試料について評価試験を行った。
（紫外線遮蔽性能）
各試料の光波長３１３ｎｍにおける分光発光エネルギーを測定し、紫外線遮蔽層を設けていない（比較例１）の紫外線放射値を１００としたときの各試料の紫外線強度を求め、下記の５段階で評価した。
評点
５：（比較例１）を１００としたとき、５未満である。
４：（比較例１）を１００としたとき、５〜１０である。
３：（比較例１）を１００としたとき、１０〜２０である。
２：（比較例１）を１００としたとき、２０〜４０である。
１：（比較例１）を１００としたとき、４０以上である。
得られた結果を表１に示す。

（曲げ加工時の密着性試験）
各実施例及び比較例の試料について、曲げ加工を行い、ガラス管と紫外線遮蔽層の密着性、紫外線遮蔽層と蛍光体層の密着性を、それぞれ下記の５段階で評価した。また、紫外線遮蔽層と蛍光体層の密着性は、ハガレの無かった紫外線遮蔽層の面積を基準に判定した。比較例１については、ガラス管と蛍光体層の密着性についてのみ下記の５段階で評価した。
評点
５：８０％以上はハガレなし
４：６０〜８０％はハガレなし
３：４０〜６０％はハガレなし
２：２０〜４０％はハガレなし
１：ハガレなし部が２０％未満
得られた結果を表１に示す。

（長時間点灯時の密着性試験）
各実施例及び比較例の試料について、それぞれ５０００時間点灯した後、ガラス管（GT）と紫外線遮蔽層（UV）との密着性、及び紫外線遮蔽層（UV）と蛍光体層（FL）との密着性を観察し、ハガレ面積からそれぞれ下記の５段階で評価した。また、紫外線遮蔽層と蛍光体層の密着性は、ハガレの無かった紫外線遮蔽層の面積を基準に判定した。比較例１については、ガラス管と蛍光体層の密着性についてのみ下記の５段階で評価した。
評点
５：８０％以上はハガレなし
４：６０〜８０％はハガレなし
３：４０〜６０％はハガレなし
２：２０〜４０％はハガレなし
１：ハガレなし部が２０％未満
得られた結果を表１に示す。

表１の結果から、各実施例の試料は、何れも勝れた紫外線遮蔽性能を有し、しかも曲げ加工時も長時間点灯時も層間の密着性が良好に維持されていることがわかる。なお前記の評価では明確でないが、実施例４の試料は実施例１の試料に比べ、曲げ加工時の密着性及び長時間点灯時の密着性が共に更に改善されていることが認められた。

本発明の冷陰極蛍光ランプは勝れた紫外線遮蔽性能を有し、しかも曲げ加工しても性能が劣化しないので、導光部材と組合わせて液晶パネルの照明に使用できるほかに、それ自体で文字図形を表示する蛍光表示装置のセグメントとしても利用可能である。
本発明の液晶用バックライトは、薄型ＴＶやノート型ＰＣ等に用いられる液晶表示装置における液晶パネルの照明に使用できるほか、反射型や透過型の広告板等各種掲示板の均一な面照明にも広く利用可能である。

本発明の冷陰極蛍光ランプの一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…ガラス管、２…紫外線遮蔽層、３…蛍光体層。

Claims (4)

1. ガラス管の内壁に、酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化セリウムのうち少なくとも１種の紫外線遮蔽材を含む紫外線遮蔽層が形成され、更にその内側に蛍光体層が形成されてなる冷陰極蛍光ランプであって、
   前記紫外線遮蔽材が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素のうちの少なくとも１種からなる被覆材で表面処理されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 前記被覆材の配合割合が、前記紫外線遮蔽材の０．１重量％〜５０重量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 前記蛍光体層が、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化ランタンのうち少なくとも１種を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ。
4. 請求項１記載の冷陰極蛍光ランプを用いたことを特徴とする液晶用バックライト。
   

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