JP2006216499A - 蛍光ランプの製造方法および冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体が熱劣化しない温度までベーキング温度を低下させることができる冷陰極蛍光ランプの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明では、結着剤として、ファンデルワールス力によりガラス管に付着する材料を用い、かつ、ベーキング工程では、所定の温度で、酸素濃度が大気よりも高い雰囲気をガラス管内に満たして所定の圧力まで加圧し、それよりも低い圧力まで減圧するサイクルを１回以上繰り返す。これにより、５００℃以下の温度であっても、結着剤の接着力を発揮させることができると共に、塗布膜の厚さ方向の深い部分まで酸素を到達させ、有機材料を完全に燃焼させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光ランプの製造方法に関し、特に冷陰極蛍光ランプの蛍光膜の形成方法に関するものである。

液晶表示装置のバックライト等に使用される冷陰極蛍光ランプは、従来、次のような工程により蛍光膜が形成される。まず、蛍光体、結着剤（例えばホウ酸カルシウム・バリウム等）、および粘着剤（例えばニトロセルロース等）を有機溶剤（例えば酢酸ブチル等）中に所定量づつ投入し、攪拌して有機溶剤中に均一に分散させることにより、蛍光体懸濁液を作成する。次に、垂直に保持したガラス管の下端より蛍光体懸濁液を管内に吸い上げ、所定の長さに達したところで吸引を止めて蛍光体懸濁液を滴下排出させる。これにより、ガラス管内壁に蛍光体懸濁液を塗布する。続けてガラス管上部より乾燥用大気を流入し、塗布されている蛍光体懸濁液を乾燥してガラス管内壁に固化し蛍光体塗布膜とする。このとき大気流量を調整することにより蛍光体塗布膜の厚さを制御する。

この後、蛍光体塗布膜付きガラス管を大気雰囲気中で６００℃程度の温度に加熱しベーキングする。このベーキング処理により、蛍光体塗布膜中に含まれる有機成分（粘着剤、有機溶剤）を燃焼および蒸発させるとともに、結着剤により蛍光膜をガラス管へ堅固に付着させる。ベーキング中は管の中に大気を流入させて、ガラス管内が酸素不足にならないようにする。以上の工程によりガラス管の内壁に蛍光膜が形成される。

アルミン酸塩青色蛍光体、例えばBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺は、熱劣化する性質を持っており、５００℃以上に加熱されると付活剤Eu²⁺が酸化され輝度が低下する特性があることが知られている（特許文献１、２等）。このため、青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺を冷陰極蛍光ランプに用いると、６００℃のベーキング処理時に熱劣化が生じ、青色の輝度が低下してしまうという問題があった。

特許文献１では、上記BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺の熱劣化の問題を解決するために、６００℃のベーキング処理後に、窒素雰囲気中に６００℃で１０分間放置することにより、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺を還元する方法が開示されている。

また、特許文献２では、プラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ用の蛍光膜を形成する際に蛍光体の熱劣化を防止するために、ベーキング時の雰囲気の酸素分圧を大気圧の酸素分圧よりも下げる方法が開示されている。
特開２００２−２３１１３３号公報 特開平１１−１８１４１８号公報

上記特許文献１の技術は、ベーキングで酸化された蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺を還元するための手法であり、特許文献２の技術は雰囲気の酸素濃度を下げてBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺の酸化を防止する手法であり、いずれもベーキング温度自体を低下させるものではない。しかも、特許文献２は、平面基板上の蛍光膜についての技術であるため、直径わずか数ｍｍ程度の細いガラス管の内壁に蛍光体膜を形成する冷陰極蛍光ランプにおいて特許文献２の酸素分圧を下げる技術を適用することが有効かどうか不明である。このように、ベーキング温度自体を下げることについての手法は、従来提案されていない。

ベーキング温度は、結着剤のガラス管への接着効果を発揮させるために必要な温度、粘着剤や有機溶剤の有機成分の燃焼および蒸発を十分に完了させるために必要な温度という観点で設定されており、容易に下げることはできない。というのは、結着剤として一般的に用いられるホウ酸カルシウム・バリウム等の低融点ガラス系材料は、ベーキング工程において溶融されることによりガラス管と蛍光膜とを接着する作用を発揮する。このため、ベーキング温度は低融点ガラス系材料の融点である６００℃程度に設定する必要がある。また、有機成分の燃焼および蒸発が不十分であると、蛍光体塗布膜中に燃え残りの灰成分が残留し、冷陰極蛍光ランプの輝度低下、色度の黄色側へのずれなどの不具合を招く。粘着剤としてニトロセルロースを用いた場合、単体での燃焼温度は２００℃程度であるが、蛍光体と混合されたニトロセルロースは燃焼しにくく、蛍光体塗布膜中に含まれるニトロセルロースを完全に燃焼させるためには、６００℃程度が必要であることが実験的に確かめられている。

このように接着性発揮と有機成分の完全燃焼という理由からベーキング温度を６００℃以下に設定することができず、その結果、５００℃以上で熱劣化する青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺の発光特性の低下が生じていた。

本発明は、蛍光体が熱劣化しない温度までベーキング温度を低下させることができる蛍光ランプの製造方法および冷陰極蛍光ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、蛍光体と結着剤と有機材料とを含む溶液をガラス管内壁に塗布する塗布膜形成する工程と、塗布膜付きガラス管を加熱するベーキング工程と有する蛍光ランプの製造方法であって、結着剤として、ファンデルワールス力により前記ガラス管に付着する材料を用い、しかも、ベーキング工程では、所定の温度で、酸素濃度が大気よりも高い雰囲気を前記ガラス管内に満たして所定の圧力まで加圧し、それよりも低い圧力まで減圧するサイクルを１回以上繰り返す。これにより、５００℃以下の温度であっても、結着剤の接着力を発揮させることができると共に、塗布膜の厚さ方向の深い部分まで酸素を到達させることができるため、有機材料を完全に燃焼させることができる。

結着剤として、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、および、二酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むものを用いることができる。

ベーキング工程の酸素濃度は１００％であり、所定の温度は５００℃以下にすることができる。

本発明の別の態様によれば、以下のような蛍光ランプの製造方法が提供される。すなわち、蛍光体と酸化アルミニウムと有機溶媒とを含む溶液をガラス管内壁に塗布する塗布膜形成工程と、塗布膜付きガラス管を加熱するベーキング工程とを有する蛍光ランプの製造方法である。ベーキング工程では、酸素濃度が大気よりも高い濃度雰囲気下において、大気よりも高い圧力で且つ２００〜６００℃の温度で加圧加熱する高圧ベーキング工程と、該高圧ベーキング工程よりも低い圧力とする低圧ベーキング工程の圧力サイクルを１回以上繰り返す。

本発明のさらに別の態様によれば、以下のような冷陰極蛍光ランプが提供される。すなわち、蛍光体膜を内面に有するガラス管と、ガラス管内に取り付ける電極と、ガラス管内に封入した水銀とを有する冷陰極蛍光ランプであって、蛍光体膜は、蛍光体粒と、蛍光体粒の平均粒径に対し１／２以下の平均粒径で蛍光体粒間に位置する結着剤粒を含む。このように蛍光体粒と結着剤粒の粒径を調整することにより、蛍光体膜の剥がれ等の不具合が生じず、しかも、蛍光体膜の製造工程において蛍光体塗布膜中に含まれる有機材料を完全に燃焼させることが可能になる。

本発明の一実施の形態の蛍光ランプの製造方法について説明する。
本発明は、アルミン酸塩青色蛍光体、例えばBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺等のように５００℃以上の温度で熱劣化する蛍光体を用いる冷陰極蛍光ランプの製造方法であり、以下の３つの要件を組み合わせることにより、蛍光体が熱劣化しない５００℃以下までベーキング温度を低下させことを実現する。

第１の要件として、結着剤として、ファンデルワールス力を利用する材料を用いる。ファンデルワールス力を利用する結着剤としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、および、二酸化ケイ素のうち少なくとも１つを含むものを用いることができる。なお、結着剤としてファンデルワールス力を利用する材料、例えば酸化アルミニウムを用いた場合は、結着剤の作用を単に発揮させるには室温以上の温度でベーキングすればよいが、蛍光膜に含まれる有機成分の燃焼も考慮する必要がある。従来のベーキング工程を用いて、酸化アルミニウムを結着剤として用いる場合に必要なベーキング温度を実験で確認したところ、５５０℃以上のベーキング温度であれば、従来品と同様の蛍光膜と同程度の付着力および有機成分の十分な燃焼が行えることが確認できた。しかしながら、５５０℃よりも低い温度にすると有機成分の燃焼が不十分になった。

そこで、本実施の形態では、第２の要件として、ベーキング雰囲気の酸素濃度を大気における酸素濃度より高くし、大気雰囲気よりも有機成分の燃焼を容易にする。具体的には、酸素濃度４０％以上の雰囲気とすることが望ましく、より好ましくは濃度１００％の酸素とする。

なお、結着剤の粒径は、蛍光体より小さい粒径とすることが望ましい。小さな粒径のものは蛍光体粒間の隙間に充填して結着作用が働きやすくなるためである。望ましくは蛍光体の平均粒径の１／２以下である。具体的には、蛍光体粒子として粒径３〜６μｍ程度のものを使用し、結着剤の粒径を１〜３μｍ程度とすると、冷陰極蛍光ランプの乾燥後の蛍光層の厚みを２０μｍ程度に制御でき、且つ、効率の高いものとすることができる。ただし、結着剤の平均粒径が蛍光体粒径の１／１０以下だと、結着剤が蛍光体周囲を覆うように取り囲むために良好な蛍光体膜を形成することが困難となる。よって実用的には０．５μｍ〜４μｍの範囲が結着剤を平均粒径として好適である。

さらに第３の要件として、ベーキング雰囲気を高濃度酸素にするだけではなく、酸素雰囲気を大気圧から所定の圧力まで加圧し、加圧した状態で所定時間保持し、減圧して大気圧まで戻すという圧力サイクル（以下、回分パージと称する）を所定のベーク時間が経過するまで繰り返す。これにより、塗布膜中の厚さ方向の深い部分まで酸素が供給し、蛍光体と混合されたことより燃焼しにくくなっている粘着剤の有機成分（例えばニトロセルロース）を塗布膜全体に渡って完全に燃焼させる。回分パージの圧力サイクルの最大加圧時に３００ｋPa以上に到達させることが望ましく、最小圧力は、望ましくは１００ｋPaであり、さらに望ましくは大気圧がよい。また、ベーク時間は、５分程度にすることが望ましい。

このように、上記第１の要件では結着剤の材質を変更することにより、５００℃以下のベーキング温度で結着剤の性能を発揮させることを可能にする。また、第２、第３の要件では、高濃度酸素雰囲気および回分パージにより、５００℃以下の温度であっても蛍光体塗布膜全体で有機成分の燃焼を完全に生じさせる。

これら３つの要件を同時に満たす蛍光体膜の形成方法にすることにより、青色蛍光体として５００℃以上で熱劣化する青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺を用いた場合であっても、発光特性の低下を防ぐことができ、輝度および色度に優れた冷陰極蛍光ランプの製造方法を提供する。

具体的には、次のような工程により蛍光膜を形成する。まず、青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺、結着剤（例えば酸化アルミニウム）および粘着剤（例えばニトロセルロース）を有機溶剤中に所定量ずる投入し、攪拌して有機溶剤中に均一に分散させることにより、蛍光体懸濁液を作成する

次に、垂直に保持したガラス管の下端より蛍光体懸濁液を管内に吸い上げ、所定の長さに達したところで吸引を止めて蛍光体懸濁液を滴下排出させる。これにより、ガラス管内壁に蛍光体懸濁液を塗布する。続けてガラス管上部より乾燥用大気を流入し、塗布されている蛍光体懸濁液を乾燥してガラス管内壁に固化し蛍光体塗布膜とする。このとき大気流量を調整することにより蛍光体塗布膜の厚さを制御する。

次に、蛍光体塗布膜中に含まれる有機成分を燃焼させるために、図１に示した装置を用いてベーキングを行う。図１の装置は、炉１１の内部に配置された金属製の配管１２と、配管１２の一端に取り付けられた酸素供給弁１５および不活性ガス供給弁１８と、配管１２の他端に取り付けられた排気弁１４とを有している。配管１２は、供給弁１５，１８および排気弁１４以外の部分は密閉されている。酸素供給弁１５には、１００％濃度の酸素を供給する酸素供給源１７とその流量を制御する流量制御装置１６が接続されている。不活性ガス供給弁１８には、例えばＡｒ等の不活性ガス供給源が接続されている。炉１１は、温度制御装置１０ｂによって温度制御されるヒーター１０ａが備えられている。配管１２は、例えばステンレス製のものを用いることができる。

蛍光体塗布膜付きガラス管１３は、配管１２の内部に配置される。配管１２の内部には供給弁１８から不活性ガス（アルゴン）が供給され、排気弁１４から排気される。これにより、ガラス管１３内に不活性ガスを流しながら、５００℃以下の所定の温度まで温度制御装置１０によって昇温させる。所定の温度に達したならば、酸素供給弁１５を開いて、配管１２内を所定の酸素濃度および圧力にする。この状態で排気弁１４を閉じ、所定の時間保持する。所定時間が経過したならば、排気弁１４を開放し、管内を減圧する。大気圧に戻ったならば、再び排気弁１４を閉じで、酸素を所定の圧力まで導入し加圧する。以降、このサイクル（回分パージ）を所定ベーク時間が経過するまで繰り返す。このベーキング工程により、ガラス管の内壁に蛍光体膜を形成する。

得られた蛍光体膜付きガラス管に電極を取り付け、水銀の封入および真空封止を施して冷陰極蛍光ランプを完成させる。これにより、蛍光体膜を内面に有するガラス管と、ガラス管内に取り付ける電極と、ガラス管内に封入した水銀とを有する冷陰極蛍光ランプを製造することができる。

本実施の形態のベーキング工程では、高濃度酸素雰囲気で回分パージを行って圧力を増減させることにより、蛍光体の膜厚方向の深い部分まで酸素を供給することができる。これにより、５００℃以下の温度であっても蛍光体塗布膜中を完全に燃焼させることができる。同時に、有機溶剤も蒸発させることができる。また、結着剤として、ファンデルワールス力を利用する酸化アルミニウムを用いているため、５００℃以下の温度であっても蛍光体膜をガラス管内壁に堅固に付着させることができる。したがって、蛍光体として５００℃以上で熱劣化を生じるBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺を用いた場合であっても熱劣化が生じない。

また、形成される蛍光体膜が蛍光体粒と、蛍光体粒の平均粒径に対し１／２以下の平均粒径で蛍光体粒間に位置する結着剤粒を含むように、粒径を調整することにより、蛍光体膜の剥がれ等の不具合が生じず、しかも、蛍光体膜の製造工程において蛍光体塗布膜中に含まれる有機材料を完全に燃焼させることが可能になる。

粘着剤ニトロセルロースを１．３wt％含む酢酸ブチル溶液４２．２ｇ（以下NCバインダと称する）に、青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺（化成オプトニクス社製LP-B4)４０ｇを分散させた。別途、上記NCバインダに結着剤Al₂O₃（日亜化学工業社製：α−アルミナ）１５wt％を分散させたものを用意した。これら２つの分散溶液を混合攪拌し、蛍光体懸濁液を作成した。
外形４ｍｍ、内径３ｍｍのガラス管の下端より蛍光体懸濁液を管内に吸い上げ、排出して、内壁に蛍光体懸濁液を塗布した後、大気をフローさせて乾燥し、蛍光体塗布膜を得た。乾燥後の蛍光体塗布膜厚さは２０〜４５μｍ程度とした。

次に、蛍光体塗布膜中に含まれる有機成分を燃焼させるために、図１に示した装置を用いてベーキングを行った。蛍光体塗布膜付きガラス管１３は、配管１２の内部に配置し、ガラス管１３内に不活性ガスを流しながら、５００℃以下の所定の温度まで温度制御装置１０によって昇温させた。不活性ガス供給弁１８を閉じ、酸素供給弁１５を開いて、３００ｋＰａに加圧した濃度１００％の酸素を配管１２に導入し、排気弁１４を閉じて３００ｋＰａで３０秒保持した。排気弁１４を開放し、管内が大気圧に戻ったならば、再び排気弁１４を閉じて、再び濃度１００％の酸素を導入し加圧した。以降、このサイクル（回分パージ）を所定ベーク時間が経過するまで繰り返し、蛍光体膜を形成した。

得られた蛍光体膜付きガラス管に電極を取り付け、水銀の封入および真空封止を施して冷陰極蛍光ランプを完成させた。得られた冷陰極ランプの輝度および色度を図２のグラフに示す。

図２のグラフには、上記ベーキング工程の加熱温度を５００℃、４５０℃、４００℃として製造した３種類の本実施の形態の冷陰極蛍光ランプの輝度と色度（ｙ値）を示した。なお、比較例として、蛍光懸濁液は本実施の形態と同じで、ベーキング工程のみを、大気と１００％酸素の等量混合雰囲気（およそ酸素６０％：窒素４０％）、５５０℃、ベーキング時間１分として冷陰極蛍光ランプを製造した。比較例の冷陰極蛍光ランプの輝度を測定したところ、従来品と同等の輝度が得られていたので、図２のグラフの縦軸の輝度は、比較例の輝度を１として、本実施の形態の３種類の冷陰極蛍光ランプの輝度を示している。横軸は、ベーキング時間である。

図２のグラフからわかるように、本実施の形態の製造方法で製造した冷陰極蛍光ランプは、ベーキング温度が５００℃では、ベーキング時間を適切に選択することにより比較例以上の輝度が得られていた。４５０℃では、比較例とほぼ同等の輝度が得られていた。４００℃では、全般的に比較例よりも輝度が劣るが、比較例よりも１５０℃も低い温度でありながら、ベーキング時間を選択することにより、比較例に近い輝度が得られていた。特に、ベーキング温度を５００℃、ベーキング時間を３〜１０分とした場合、輝度は比較例の製品よりも最大で４％高い値を示した。これは、ベーキング温度を５００℃以下に抑制したことにより、青色蛍光体BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺の熱劣化を抑制できたためであると思われる。また、色度のｙ値についても、ベーキング温度を５００℃、ベーキング時間３〜１０分の場合、０．０７２５以下であり、有機成分の十分な燃焼が確認できる値を示していた。

つぎに、回分パージの効果を確認した結果を図３に示す。図３には、ベーキング温度４００℃で回分パージを行った本実施の形態の冷陰極蛍光ランプと、ベーキング温度４００℃で酸素濃度１００％雰囲気を流し放しにし、加圧しなかった場合の冷陰極蛍光ランプについて、輝度と色度をそれぞれ示した。輝度は、図２の比較例の縦軸の値１と同じ輝度を１００％としている。図３からわかるように、回分パージを実施した場合の方が、輝度は高く、色度も低くなっており、有機成分の燃焼が促進されていた。

上記図２，図３では、酸素濃度１００％とした場合について示しているが、酸素濃度は、大気中の酸素濃度以上であれば、回分パージとの相互作用により、有機成分の燃焼が促進されるものと考えられる。

上述してきたように、本実施例によれば、（１）ファンデルワールス力を利用する結着剤を用い、（２）ベーキング雰囲気を大気より高い酸素濃度とし、（３）加圧した後大気圧まで減圧する回分パージを行う、という３つの要件を蛍光体膜の形成時に同時に行うことにより、５００℃以下のベーキング温度でありながら、ガラス管への十分な接着力と、有機成分の十分な燃焼とを同時に実現することできた。これにより、５００℃以下のベーキング温度でガラス管の内壁に蛍光膜を形成する技術が確立できた。よって、蛍光体としてBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺のように５００℃以上で熱劣化する材料を用いた場合であっても、熱劣化させることなく冷陰極蛍光ランプを製造することができた。

本実施の形態の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、ベーキング工程に用いる加熱装置の構成を示す説明図。 本実施の形態でベーキング温度５００℃、４５０℃、４００℃で製造した冷陰極蛍光ランプの輝度および色度と、ベーク時間との関係を示すグラフ。 本実施の形態でベーキング工程において、回分パージを行った場合と、回分パージを行わない場合において、冷陰極蛍光ランプの輝度および色度と、ベーク時間との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０ａ・・・ヒーター、１０ｂ・・・温度制御装置、１１・・・炉、１２・・・配管、１３・・・蛍光体膜付きガラス管、１４・・・排気弁、１５・・・酸素供給弁、１６・・・流量制御装置、１７・・・酸素供給源、１８・・・不活性ガス供給弁。

Claims (6)

1. 蛍光体と結着剤と有機材料とを含む溶液をガラス管内壁に塗布する塗布膜形成する工程と、
   前記塗布膜付きガラス管を加熱するベーキング工程と有する蛍光ランプの製造方法であって、
   前記結着剤として、ファンデルワールス力により前記ガラス管に付着する材料を用い、
   前記ベーキング工程では、所定の温度で、酸素濃度が大気よりも高い雰囲気を前記ガラス管内に満たして所定の圧力まで加圧し、それよりも低い圧力まで減圧するサイクルを１回以上繰り返すことを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
2. 請求項１に記載の蛍光ランプの製造方法において、前記結着剤として、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、および、二酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むものを用いることを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の蛍光ランプの製造方法において、前記ベーキング工程の前記酸素濃度は１００％であり、前記所定の温度は５００℃以下であることを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蛍光ランプの製造方法において、前記蛍光体は、アルミン酸塩蛍光体を含むことを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
5. 蛍光体と酸化アルミニウムと有機溶媒とを含む溶液をガラス管内壁に塗布する塗布膜形成工程と、
   前記塗布膜付きガラス管を加熱するベーキング工程とを有し、
   前記ベーキング工程では、酸素濃度が大気よりも高い濃度雰囲気下において、大気よりも高い圧力で且つ２００〜６００℃の温度で加圧加熱する高圧ベーキング工程と、該高圧ベーキング工程よりも低い圧力とする低圧ベーキング工程の圧力サイクルを１回以上繰り返すことを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
6. 蛍光体膜を内面に有するガラス管と、
   前記ガラス管内に取り付ける電極と、
   前記ガラス管内に封入した水銀とを有し、
   前記蛍光体膜は、蛍光体粒と、前記蛍光体粒の平均粒径に対し１／２以下の平均粒径で前記蛍光体粒間に位置する結着剤粒を含むことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
   

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