JP2006140083A

JP2006140083A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2006140083A
Application number: JP2004330262A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Yasuyuki Shirai; 泰雪白井
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01
Also published as: WO2006051979A1; US8294352B2; US20080197762A1

Abstract

【課題】液晶デイスプレイのバックライトとして使用される冷陰極蛍光ランプの消費電力は、大型液晶テレビにおいてはその消費電力の４割を占めており、低消費家電として更なる消費電力の低減を要求されている。低電力化のためには、紫外光を効率よく可視光に変換する効率の向上と、変換した光が効率よく外部に放出させることが課題となっている。
【解決手段】本発明の蛍光ランプの蛍光体は粒子径を１ミクロン以下と小さく、その層厚を５ミクロン以下とすることで、２５４ｎｍの紫外光を効率よく可視光に変換させ、変換した光が効率よく外部に放出させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプに係り、特に液晶デイスプレイバックライト等に使用される蛍光ランプに関する。

蛍光ランプは、室内灯、街灯、各種家電製品の光源等に多く使用されている。これらの蛍光ランプは一般にガラス内壁に蛍光体が塗布され、その内部にはネオンガスやアルゴンガス等の希ガスと少量の水銀を封入した減圧管が用いられる。放電電極に電圧を印加することで放電させ、水銀を励起し、２５４ｎｍの波長の紫外線を放出させる。この紫外線を蛍光体に照射し、蛍光体が励起されて可視光を放出することでランプとなる。

蛍光ランプには、熱電子を放出し水銀を励起する熱陰極蛍光ランプと、電極に電圧を印加することによって電子を放出し水銀を励起する冷陰極蛍光ランプがある。しかし、熱陰極蛍光ランプ及び冷陰極蛍光ランプとも励起水銀が放出する２５４ｎｍの紫外光が蛍光体を励起し、可視光を放出することで発光する。

通常放電管にはガラス管が使用される。蛍光体には通常、長波長励起タイプ（赤色）、中波長励起タイプ（緑色）、短波長励起タイプ（青色）があり、例えば白色ランプは、それぞれを任意の割合で配合することにより、白色の光を発光させる。蛍光体はその表面にあるユーロピウムなどのドーピング剤が励起され、可視光を作り出す。

通常の螢光体の粒子径は２ミクロン以上であり、これらの蛍光体をランプ内部に塗布することで、ランプ内部で放出された紫外光を蛍光体にあて、可視光をランプ外側に放出させる必要があるため、蛍光体は１０ミクロン程度の厚さの層として形成される。

また、特許文献２には、小さな粒子径の蛍光体を、大きな粒子径の無機化合物に付着させた複合蛍光体を用いた技術が開示されている。

特開２００４−２０７０７３特開２００３−０２７０５１

従来、低消費型ランプとして知られている蛍光ランプも、エネルギー消費量の観点から、さらにその効率が追求され、さらなる低消費電力化が要求されるようになった。特に家電製品、例えばパソコンやテレビに用いられる液晶デイスプレイのバックライトとして使用される冷陰極ランプの消費電力は、３２インチ以上の大型液晶テレビにおいてはその消費電力の４割を占めており、低消費家電として更なる消費電力の低減を要求されている。

冷陰極ランプの低消費電力化を実現するためには、その発光効率を高める必要がある。しかしながら、従来の蛍光体は粒子径が大きいため、実効表面積が小さくなり、２５４ｎｍの紫外光を効率よく可視光に変換させることができず、また蛍光体の層厚が厚いため変換した光が効率よく外部に放出されない。

さらに、液晶デイスプレイ用冷陰極ランプにおいては、ランプ内の輝度均一性が問題になっている。これは、蛍光体層にムラがあるため生じる現象であり、デイスプレイの品質を大きく損なう原因となる。蛍光体層のムラの原因は、蛍光ランプ製造プロセスにおいて、大きな粒子径の蛍光体を分散した溶剤を、ランプ内部に塗布し、乾燥する工程があり、その際の重力により大きな蛍光体が下部、すなわち重力方向に沈降するために生じる現象である。そのため、塗布方法を工夫する必要があるが、根本的な解決には至っていないのが現状である。

本発明の目的は、蛍光ランプの低消費電力化であり、発光効率を向上させ、輝度ムラを解消した蛍光ランプを提供することである。

本願の蛍光ランプは、ランプ管内壁に形成された蛍光体層に使用される蛍光体の平均粒子径は１ミクロン以下、０．０１ミクロン以上であることを特徴とする。

本願の蛍光ランプにおいては、前記蛍光体層の層厚は５ミクロン以下、０．１ミクロン以上であることを特徴とする。

本願の蛍光ランプにおいては、前記蛍光体は長波長励起タイプ（赤色）、中波長励起タイプ（緑色）、短波長励起タイプ（青色）を混合されたことを特徴とする。

本発明では、粒子径の小さい蛍光体を用いることで、その表面積を大きくし、変換効率を高くすることができる。また、蛍光体層を薄くすることにより、蛍光体によって変換された可視光を効率よくランプ外部に放出することが可能となる。また、粒子径の小さな蛍光体は、製造プロセスにおいて、溶剤に分散された際に、ブラウン運動領域の分散が可能で、沈降することがないため、塗布する際のムラを解消することができ、結果としてランプ内の輝度ムラを制御することが可能になる。

本発明の粒子径が小さい蛍光体を最適な層厚で蛍光体層を形成させることで、発光効率がよく、かつ輝度ムラが生じない蛍光ランプを作製可能である。

本発明の蛍光体は例えばユーロピウムをドープしたバリウム／マグネシウム／アルミニウム塩等の通常の蛍光体を使用することができる。蛍光体の大きさは、１ミクロン以下であることが好ましく、０．７ミクロン以下であることがより好ましく、０．５ミクロン以下であることが更に好ましい。

蛍光体の大きさが１ミクロン以上になると、発光効率が低下するだけでなく、塗布の際に蛍光体粒子が沈降し、ムラを発生させるために好ましくない。また、０．０１ミクロン以下になると、蛍光体製造効率が悪くなるため好ましくない。ここでの粒子径は平均粒子径であり、以下単に粒子径と称する。

蛍光体の作製方法としては、特に方法は限定されない。蛍光体の塊を粉砕する方法が一般的であるが、蒸着あるいはスパッタにより製造した膜を細かくする方法や、微小の結晶核を成長させる方法でもよい。粒子径を揃えるため、ふるいにかける方法や、液中で沈降させて分別させる方法も有効である。

粒子径の小さい蛍光体を用いた蛍光体層の層厚は、５ミクロン以下であることが好ましく、３ミクロン以下であることがより好ましく、１ミクロン以下であることが更に好ましい。５ミクロン以上であると、蛍光体層が緻密になり、ランプ外部への可視光の放出効率が低下するため好ましくない。また、０．１ミクロン以下の蛍光体層は、製造上困難のため好ましくない。蛍光体塗布方法は特に限定されないが、通常、ニトロセルロース等のポリマーを溶解させ粘度調整された溶剤中に分散し、塗布する方法があり、例えばガラス管の片方を溶液にいれ、吸い上げて吐き出すことによって塗布する方法が一般的である。平面ランプの場合は、スピンコートや、滴下してドクターブレードのような平坦な棒で引き伸ばす方法で塗布しても良い。

粉砕法によって作製した粒子径１ミクロンの蛍光体を、ニトロセルロースを溶解し、増粘した酢酸ブチル溶剤中に投入し、攪拌することで分散させ、１０分間放置したところ、溶剤の底部に蛍光体が沈降することがないことを確認した。比較として、通常の蛍光体を同様の溶剤に分散させたところ、１分後には蛍光体が沈降していることを確認した。

蛍光体としては、例えばユーロピウムをドープしたバリウム／マグネシウム／アルミニウム塩等の通常の蛍光体を使用することができる。蛍光体には通常、長波長励起タイプ（赤色）、中波長励起タイプ（緑色）、短波長励起タイプ（青色）があり、例えば白色ランプは、それぞれを任意の割合で配合することにより、白色の光を発光させる。蛍光体はその表面にあるユーロピウムなどのドーピング剤が励起され、可視光を作り出すことにより得られる。

本発明の蛍光体は溶剤中において沈降しないことから、蛍光ランプに塗布し、乾燥させる工程においても沈降しない。したがって蛍光塗布中の全体において均等に蛍光体が存在することで、その塗布表面の表面積が大きく発光効率を高くすることができ、膜中に均等に蛍光体が存在するためムラがなく、結果として輝度ムラを抑制することができる。さらに発光効率を向上できることから低電力化が図れる。

実施例１で作製した分散液を、一辺４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのほうけい酸ガラス製板上に、片面をマスクした状態でディップコートし、マスクをはずした後、４００℃で焼結することで、層厚２ミクロンの蛍光体層を形成した（蛍光体塗布ガラスＡ）。この板の蛍光体層を塗布した側に２５４ｎｍの紫外光を当てて、塗布していない側の輝度を測定した。

同様に同じ分散液を用いて層厚１０ミクロンの蛍光体層を形成したもの（蛍光体塗布ガラスＢ）と、層厚１０ミクロン、粒子径３ミクロンの蛍光体層を形成したもの（蛍光体塗布ガラスＣ）とを準備し、輝度を比較測定した。

その測定結果、蛍光体塗布ガラスＡは、蛍光体塗布ガラスＢに対して７倍、蛍光体塗布ガラスＣに対して３倍の輝度になることを確認した。また、蛍光体塗布ガラスＣは輝度ムラが確認されたが、蛍光体塗布ガラスＡには輝度ムラが確認されなかった。

本発明の実施例による蛍光ランプにおいては、輝度ムラがなく、さらに高い輝度を有する低電力化された蛍光ランプが得られる。

さらに実施例３として実施例２と同様の手法で、異なる粒子径の蛍光体を一辺４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのほうけい酸ガラス製板上に、片面をマスクした状態で異なる厚さにディップコートし、マスクをはずした後、４００℃で焼結することで、異なる粒子径をもつ異なる層厚の蛍光体層を各種形成した。この各種の蛍光体層を塗布した側に２５４ｎｍの紫外光を当てて、塗布していない側の輝度を測定した。これらの水準と測定結果を表１及び図１に示す。

蛍光体の粒子径０．５μｍの輝度を図１の線（Ａ）、粒子径４μｍの輝度を図１の線（Ｂ）で示す。蛍光体の粒子径０．５μｍにおける輝度は、層厚０．８μｍでは４０００（ｃｄ／ｍ２）、層厚１０μｍでは５００（ｃｄ／ｍ２）であり、蛍光体層の層厚が薄いほど、中心部分の輝度が高く、厚くなると輝度は低くなる。また輝度差（ムラ）も蛍光体層の層厚が薄いほど少ない。蛍光体層の層厚が薄いほど発光効率がよく、輝度ムラが生じない蛍光ランプが得られる。

蛍光体の粒子径４μｍの場合には蛍光体層の層厚を薄くコートできないため層厚４μｍの場合は均一な層厚が得られない。また層厚１０μｍの場合では、蛍光体の粒子径０．５μｍと比較すると、輝度は３００（ｃｄ／ｍ２）と低く、かつ輝度ムラも１５０以上と大きくなっており、蛍光体の粒子径は小さいほど発光効率が高く、輝度ムラが少なくなっている。

これらの測定結果から蛍光体の大きさは、１ミクロン以下であることが好ましく、０．７ミクロン以下であることがより好ましく、０．５ミクロン以下であることが更に好ましい。蛍光体の大きさが１ミクロン以上になると、発光効率が低下するだけでなく、塗布の際に蛍光体粒子が沈降し、ムラを発生させるために好ましくない。また、０．０１ミクロン以下になると、蛍光体製造効率が悪くなるため好ましくない。

粒子径の小さい蛍光体を用いた蛍光体層の層厚は、５ミクロン以下であることが好ましく、３ミクロン以下であることがより好ましく、１ミクロン以下であることが更に好ましい。５ミクロン以上であると、蛍光体層が緻密になり、ランプ外部への可視光の放出効率が低下するため好ましくない。また、０．１ミクロン以下の蛍光体層は、製造上困難のため好ましくない。

本発明の粒子径が小さい蛍光体により薄い層厚の蛍光体層を形成させることで、発光効率がよく、かつ輝度ムラが生じない蛍光ランプを作製可能である。

以上本願発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

蛍光体層厚と輝度の相関関係を示す図である。

Claims

蛍光ランプにおいて、ランプ管内壁に形成された蛍光体層に使用される蛍光体の平均粒子径は１ミクロン以下、０．０１ミクロン以上であることを特徴とする蛍光ランプ。
請求項１記載の蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層の層厚は５ミクロン以下、０．１ミクロン以上であることを特徴とする蛍光ランプ。
請求項１又は請求項２に記載の蛍光ランプにおいて、前記蛍光体は長波長励起タイプ（赤色）、中波長励起タイプ（緑色）、短波長励起タイプ（青色）を混合されていることを特徴とする蛍光ランプ。