JP2006107852A - 蛍光灯用ガラス容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ソーダライム系ガラスを使用して優れた熱加工性を保ちながら、ナトリウムと蛍光体の反応、水銀アマルガムの形成を防止し、長寿命な蛍光灯を提供する。
【解決手段】 水銀または水銀の合金の蒸気を含有する気体を封入するためのソーダライムシリカガラスで構成される蛍光灯用ガラス容器において、容器を所定の形状に成形したのち、カリウムを含む溶融塩に接触させることにより、容器内表面の少なくとも一部においてガラス表面近傍のナトリウムをカリウムに置換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は蛍光灯に関し、とくに蛍光灯用ガラス容器およびその製造方法に関する。

蛍光灯は一般照明用光源として広く使用されているが、近年、液晶表示装置の普及に伴い、そのバックライトとして広く使用されるようになってきた。この場合、平面光源が必要であり、蛍光灯のガラス容器自体を発光面が平板である箱型に加工することも行われている。

このような蛍光灯のガラス容器には軟質で成形が容易であり、耐候性についても実績があるソーダライム系ガラスが一般に使用されている。しかしソーダライム系のガラスにおいては、近年ガラス中に含有されるナトリウムが照明光源ヘ悪影響を及ぼすことが明らかになってきた。

第一にはナトリウムと蛍光体が反応することにより、蛍光体が劣化することが挙げられる。蛍光体の劣化は外観的欠点をもたらすだけでなく、時間経過に伴う蛍光灯の光出力の低下および寿命の短縮につながる。

第二には、ガラス中に含まれるナトリウムとランプ中の水銀蒸気が反応し、アマルガムを形成することが挙げられる。アマルガムはガラス管内壁に黒色の付着物として生じるため、外観欠点となるだけでなく、光出力の低下も引き起こす。また現在、蛍光灯の製造時には、アマルガム形成による水銀量の減少を見込んで、予め点灯に必要な量以上に水銀を封入している。これは近年高まっている環境負荷物質の使用量低減の流れに反し好ましくない。

このような問題点を解決するため、ナトリウム成分を含有しないガラスを用いることによって、蛍光体及び水銀との反応を根本的になくそうとする考え方がある。ナトリウム成分をほとんど含有しない蛍光灯用ガラスとして、たとえば特許文献１に記載されたものがある。このガラスは、Ｎａ₂Ｏの代わりにＬｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏやアルカリ土類金属酸化物を含有させて、従来のソーダライム系ガラスと同等の特性を実現させることをねらったものである。
特開２００３−７３１４２号公報

しかし上記特許文献１に開示されたガラスは、高価な原料であるＬｉ₂Ｏ及びＫ₂Ｏを多量に使用する必要があることから、必然的に製品価格が高額化するという問題点がある。また、Ｎａ濃度が低い珪酸ガラスは一般に軟化点が上昇し加工が困難になる場合が多い。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ソーダライム系ガラスを使用して優れた熱加工性を保ちながら、ナトリウムと蛍光体の反応、水銀アマルガムの形成を防止した蛍光灯を提供することを目的とする。

本発明の水銀または水銀の合金の蒸気を含有する気体を封入するためのソーダライムシリカガラスで構成される蛍光灯用ガラス容器においては、容器の内表面の少なくとも一部においてガラス表面近傍のナトリウム濃度がガラス内部の濃度に比して小さくなるようにする。

上記手段によれば、低価格で熱加工が容易なソーダライムシリカガラスを使用しながら容器内表面付近のナトリウム濃度を低くできるため、水銀アマルガムの形成が抑えられ、容器内が黒化して発光光量が減少するのを防ぐことができるとともに、容器内に封入する水銀量を減少させることができる。また蛍光体とナトリウムの反応が防止できるので、蛍光灯を長寿命化することができる。

上記のガラス表面近傍はカリウムの濃度をガラス内部に比して大きくすることが望ましい。同じアルカリ金属であるカリウムはナトリウムとの置換が容易にできる。

本発明のガラス容器の光取り出し面は平坦面とすることができる。これにより長寿命な液晶ディスプレイ用バックライトを提供することができる。

また上記の蛍光灯用ガラス容器の少なくとも一部に蛍光膜を設け、容器内に電極を導入し、水銀または水銀の合金の蒸気を含有する気体を封入することにより、蛍光灯を構成することができる。

本発明の蛍光灯用ガラス容器の製造方法は、平板状ソーダライムシリカガラスを加熱する工程、このガラスを成形型に押し当てて所定の容器形状に成形する工程、成形したガラスをカリウムを含む溶融塩に接触させガラス表面近傍のナトリウムイオンと溶融塩中のカリウムイオンを交換する工程、を含むようにする。

この方法により、ソーダライムシリカガラスを用いて容易に成形を行った後、イオン交換処理によってナトリウムイオンをカリウムイオンに置き換えることができ、蛍光灯を長寿命化することのできるガラス容器を提供することが可能となる。

本発明によれば、ソーダライムシリカガラスを用いるために低価格で、かつ成形が容易であるという特徴を保ちつつ、容器内表面付近のナトリウム濃度を低くできるため、水銀アマルガムの形成が抑えられ、したがって容器内に封入する水銀量を減少させることができる。また蛍光体とナトリウムの反応が防止できるので、蛍光灯を長寿命化することができる。

本発明の実施の形態を以下に説明する。
本実施形態は発光面が平面である平面蛍光灯で、液晶表示装置のバックライトとして使用することを目的としたものである。

容器には厚さ１．１ｍｍのソーダライムシリカガラスを用いた。ガラスの厚さとしては０．４ｍｍから２．０ｍｍ程度が適当である。厚さが０．４ｍｍより薄いと真空容器としては強度が不十分となる。また２ｍｍより厚いと細かい部分の成形が難しくなる。

使用したガラス組成はＳｉＯ₂が約７２％、Ｎａ₂Ｏが約１３％、ＣａＯが約８％、ＭｇＯが約４％であり、その他Ａｌ₂Ｏ₃などが微量添加されている。このガラスの軟化点は約７００℃である。組成はこれに限られず、ＳｉＯ₂が６０〜７５％、Ｎａ₂Ｏが１０〜２０％、ＣａＯが４〜１０％の範囲で含まれるような通常のソーダライム系ガラスであれば以下の成形に好適である。

本実施形態においては、図１に示すような断面形状を有するガラス容器１００を作製した。ガラス容器は箱状の容器本体１０と平板状の蓋部２０の２部材からなる。容器本体１０は周辺部２２だけでなく容器内部にも凸部２４を形成する。この凸部１４は容器内で支柱（スペーサ）として機能する。容器本体１０は蓋部３０によって密封されるが、容器内を減圧した際、この支柱によって大気圧により蓋部が撓むのを防止することができる。凸部間の距離Ｄと凸部の高さＨの比Ｄ／Ｈは０．２〜０．５の範囲で作製が可能である。この範囲はＮａの含有量が少ない硬質のガラスではより狭くなる。

本発明の容器本体の製造工程を図２に示す。
図２（ａ）に示すように、あらかじめ設計された容器本体の形状に従ったステンレス製の成形型５０、５２を作製し、上記のガラス板４０を成形した。ガラス板４０の予熱を行った後、１ｋｇ／ｃｍ²の圧力をかけ、７５０℃で成形を行った（図２（ｂ））。その後、徐冷し離型した（図２（ｃ））。成形温度は６５０〜１０００℃の範囲で選ぶことができる。圧力を１ｋｇ／ｃｍ²以上と高くすれば成形温度は６５０〜７５０℃と低くすることができ、成形温度を８５０〜１０００℃程度と高くすれば、圧力を数１００ｇ／ｃｍ²以下と小さくできる。

つぎに成形を終了したガラス板４２内のＮａをＫに置換する処理を行う。ＫＮＯ₃を溶融バス７０に入れ、加熱手段７２により加熱して溶融する。これに成形したガラス容器４２を浸漬し、温度４６０℃で２０分間、溶融塩６０と接触させた（図２（ｄ））。この結果、Ｋイオンはガラス表面から１０〜２０μｍの深さまで浸入し、ガラス中のＮａイオンと交換する。すなわちガラス表面から１０〜２０μｍの範囲では、それより深い位置に比べてＮａの濃度を低下させることができる。

ガラス表面から５μｍ程度以上の深さにわたってＮａ濃度の低い層が存在すれば、それより深い位置にＮａが存在してもガラス表面の原子との反応はほとんど生じない。

平板状の蓋部３０も同様にＮａイオンをＫイオンに交換する処理を行った。容器本体、蓋部ともＮａをＫに置換する処理が必要な部分は容器内表面であり、しかも容器を密封した際、容器の内部の空間に露出する表面に限られる。したがってイオン交換処理が不必要な部分にはマスクを施してもよい。マスクにはＣｒなどの金属膜を形成する。

イオン交換処理を行ったガラス容器を用いて構成した平板型蛍光灯２００の断面模式図を図３に示す。蓋部３０の内表面には蛍光塗料により蛍光体膜９０を形成する。容器本体１０にあらかじめ設けた貫通孔（図示しない）を通して、容器内部に電極８０、８２を導入する。電極導入部は低融点ガラスを用いて気密封止する。容器本体１０と蓋部３０も低融点ガラスを用いて気密封止する。容器内には所定量の水銀と所定の圧力の不活性ガスを封入する。電極間に通電することにより、平面状の蓋部２０を通して照明光が得られる。

上記の実施形態はつぎのような作用効果を有する。
（１）ガラス容器内表面のＮａ濃度が低いので、水銀アマルガムの形成が抑えられるため、容器の黒化が防止でき蛍光灯を長寿命化できる。また水銀の消費が抑えられるので、予め封入する水銀量を減らすことができ、環境負荷の小さい蛍光灯を提供できる。

（２）ガラス容器内表面のＮａ濃度が低いので、Ｎａと蛍光体との反応を防止でき、蛍光灯を長寿命化できる。

（３）Ｎａをよりイオン半径の大きいＫで置換するためガラス表面に圧縮応力がはたらき、ガラスの強度が向上する。このためガラス容器の強度が向上し、信頼性、安全性が向上する。

（４）上記の効果を有しつつ、ガラス容器の素材として入手が容易なソーダライムシリカガラスが使用できるので、低価格で蛍光灯を提供できる。

（５）上記の効果を有しつつ、ガラス容器の素材として軟化点の低いソーダライムシリカガラスを使用できるので、複雑な形態であっても成形が容易である。

本発明は上記のような構造の容器に限られることなく、他の構造の容器にも適用できる。例えば、図４に示すようにスペーサとなる凸部は先端に平坦部がないもの（ａ）、あるいは曲面形状のもの（ｂ）であってもよい。また図５（ａ）に示すガラス容器１２０のように容器本体１６は単純な箱型に成形し、スペーサ（支柱）２１は別部材としてもよい。この場合、スペーサ２１もソーダライムシリカガラスで作製し、イオン交換処理を行う。

または図５（ｂ）に示す容器１４０のように成形を行わず、平板状ガラスからなる底板１８とスペーサ２３により容器本体を組み立ててもよい。容器内にもスペーサ２５を設ける。この場合も各部材をイオン交換処理する。

なお、容器内のスペーサ２１は容器の撓みが問題にならない場合には省くことができる。さらに本発明は円筒状の蛍光管等についても適用することにより、上記の効果を得ることができる。

図１は本発明の平板型蛍光灯用ガラス容器の断面模式図である。 図２は本発明の平板型蛍光灯用ガラス容器の製造工程を示す流れ図である。 図３は本発明のガラス容器を用いて構成した平板型蛍光灯の断面模式図である。 図４は本発明の成形したガラス容器本体の他の実施形態を示す断面模式図である。 図５は本発明の平板型蛍光灯用ガラス容器の他の実施形態を示す断面模式図である。

符号の説明

１０、１２、１４ ガラス容器本体
２１、２３ スペーサ
２４、２５、２８ 凸部
３０ 蓋部
５０、５２ 成形型
６０ 溶融塩
７０ 溶融バス
８０、８２ 電極
９０ 蛍光膜
１００、１２０、１４０ ガラス容器
２００ 平板型蛍光灯

Claims (5)

1. 水銀または水銀の合金の蒸気を含有する気体を封入するためのソーダライムシリカガラスで構成される蛍光灯用ガラス容器において、前記容器の内表面の少なくとも一部においてガラス表面近傍のナトリウム濃度がガラス内部の濃度に比して小さいことを特徴とする蛍光灯用ガラス容器。
2. 前記ガラス表面近傍はカリウムの濃度がガラス内部に比して大きいことを特徴とする蛍光灯用ガラス容器。
3. 前記ガラス容器の光取り出し面が平坦面であることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光灯用ガラス容器。
4. 請求項１、２または３に記載の蛍光灯用ガラス容器の少なくとも一部に蛍光体膜を設け、該容器内に電極を導入し、水銀または水銀の合金の蒸気を含有する気体を封入した蛍光灯。
5. 平板状ソーダライムシリカガラスを加熱し、成形型に押し当てて所定の容器形状に成形し、成形したガラスをカリウムを含む溶融塩に接触させガラス表面近傍のナトリウムイオンと溶融塩中のカリウムイオンを交換することを特徴とする蛍光灯用ガラス容器の製造方法。
   

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