JP2007227144A

JP2007227144A - 放電ランプおよびその製造方法

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Publication number: JP2007227144A
Application number: JP2006046661A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Kashima; 敏信鹿島
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP4922624B2

Abstract

【課題】本発明は、放電ランプのガラス管の内壁面に蛍光体層を形成するにあたって、ガラス管の内壁面と蛍光体層との良好な接着強度を確保することにある。
【解決手段】放電ランプのガラス管２の内壁面３に凸状ガラス構造物５を形成することによって、ガラス管２の実質上の内壁面を、夫々の凸状ガラス構造物５の表面と該凸状ガラス構造物５が形成された部分以外の面とで構成する面とした。その結果、ガラス管の内壁面と該内壁面に形成される蛍光体層との接触面積が増大して両者間の接着強度が強化された。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電ランプおよびその製造方法に関するものであり、詳しくはガラス管内壁面に蛍光体層を具備した放電ランプおよびその製造方法に関する。

熱陰極管や冷陰極管等の放電ランプは、両端に電極が設けられたガラス管の内壁に一様に蛍光体が塗布されており、ガラス管内に適量の水銀（Ｈｇ）とアルゴン（Ａｒ）あるいはネオン（Ｎｅ）等の不活性ガスが数十Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。

上記放電ランプの発光原理は、外部から両端間に電界を印加すると気体中に存する初期電子が加速され、ガラス管内に封入された水銀の気体原子および不活性ガスに衝突して励起し電離させて電子を発生させるといった連鎖反応を起こしてグロー放電が開始される。また、電子が衝突した水銀原子は励起されて紫外線（λｐ＝２５３．７ｎｍ）を放出し、この紫外線がガラス管の内壁に一様に塗布された蛍光体を励起して可視光に変換され、外部に放出される。というものである。

ところで、上述のようにガラス管の内壁に形成される蛍光体層は、蛍光体に該蛍光体をガラス管に接着するための結着剤を混入させた蛍光体スラリーをガラス管の内壁に塗布し、乾燥させることによって実現される。

その場合、結着剤には一般的に、粒径約１．０μｍ以下のピロリン酸カルシウム（Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７）等を用いた微粒子型と、粒径約２．０μｍ以下のホウ酸（Ｂ_２Ｏ_３）を主成分とした低融点型があり、夫々単独にあるいは両者を混合して用いられる。

前者の微粒子型は蛍光体の粒子の隙間を埋めた結着剤により、後者の低融点型は乾燥時の熱処理で軟化した結着剤の表面により、夫々蛍光体同士あるいは蛍光体とガラスを接着するものである。

特に、前者の微粒子型については、図３に示すような方法が提案されている。それは、平均粒径が３〜１０μｍの蛍光体粉体３０と、平均粒径が蛍光体粉体３０の平均粒径の１／３以下の無機粉体（例えば、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７）粉体）３１を混合した蛍光体ペーストを隔壁３２表面に塗布し、焼成処理を施して蛍光体層３３を得るものである。

すると、蛍光体層３３の蛍光体粉体３０の相互間の比較的大きな隙間に、付着力が重力に比較して極めて大きい無機粉体３１が入り込んで埋め尽くし、蛍光体粉体３０と無機粉体３１の相互間、および蛍光体粉体３０と無機粉体３１からなる面と隔壁３２面との間、の夫々に作用する分子間力によって接着強度が強い蛍光体層３３を隔壁３２面に形成することができる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−８７０２５号公報

ところで、上記微粒子型の発光装置は、蛍光体粉体３０と無機粉体３１からなる面と隔壁３２面との間に作用する分子間力によって接着強度が強められるものであるが、蛍光体粉体３０と無機粉体３１からなる面と接触する隔壁３２面の表面積は隔壁３２面の大きさによって規定されるものであり、それ以上の接着強度を得ることは困難である。また、蛍光体粉体３０の粒径が大きくなるにつれて接着強度が極端に低下するという問題を有している。

その場合、隔壁３２面に対して蛍光体層３３の接着強度が不十分であると、製造工程において蛍光体層３３が隔壁３２面から剥離する等の問題が生じることになる。

その対策として、蛍光体粉体３０に対する無機粉体３１の混合比を高めて接着力を強化することが考えられるが、結着剤となる無機粉体３１の量が増加すると接着強度は向上するものの、結着剤が光学特性に影響を与えるために光学特性の劣化を招くことになる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、放電ランプのガラス管の内壁面に蛍光体層を形成するにあたって、ガラス管の内壁面と蛍光体層との良好な接着強度を確保することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ガラス管の少なくとも両端に電極を配設し、前記ガラス管の内壁面に蛍光体層を設けた放電ランプの製造方法であって、前記ガラス管の内面にガラススラリーを塗布して焼成することによって凸状ガラス構造物を形成する工程と、前記凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とで構成されるガラス管の内壁面に前記蛍光体層を形成する工程とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ガラススラリーには粉末ガラスが含まれており、該粉末ガラスは前記焼成温度よりも低い融点を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記ガラススラリーには粉末ガラスが含まれており、該粉末ガラスは前記焼成温度よりも低い融点を有する粉末ガラスと、前記焼成温度よりも高い融点を有する粉末ガラスの混合であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記凸状ガラス構造物は、大きさが５〜６０μｍであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、ガラス管の少なくとも両端に電極を配設し、前記ガラス管の内壁面に蛍光体層を設けた放電ランプであって、前記ガラス管の内面に形成された凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とで構成されるガラス管の内壁面に前記蛍光体層が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項５において、前記凸状ガラス構造物は、大きさが５〜６０μｍであることを特徴とするものである。

本発明は、放電ランプのガラス管の内面に凸状ガラス構造物を形成することによって、凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とでガラス管の内壁面を構成し、該内壁面に蛍光体層を形成した。その結果、ガラス管の内壁面と該内壁面に形成される蛍光体層との接触面積が増大して両者間の接着強度が強化された。

放電ランプのガラス管の内壁面に蛍光体層を形成するにあたって、ガラス管の内壁面と蛍光体層との良好な接着強度を確保するこという目的を、放電ランプのガラス管の内面に凸状ガラス構造物を形成することによって、凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とでガラス管の内壁面を構成し、該内壁面に蛍光体層を形成することによって実現した。

以下、この発明の好適な実施例を図１および図２を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施例に限られるものではない。

本発明の放電ランプの製造方法に係わる実施例１は、
まず、溶媒の酢酸ブチルにニトロセルロースを溶解した１．０ｗｔ％ニトロセルロースバインダーにＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を主成分とする平均粒径が５．２μｍで軟化点が６３０℃の粉末ガラスＧＰ−０１４（日本電気硝子株式会社製）を３０ｗｔ％混入し、これを回転台で４〜５日間攪拌・分散攪拌することによってガラススラリーを調整する。

次に、このガラススラリーを内径２ｍｍ、外形３ｍｍ、長さ３４０ｍｍのガラス管の内壁に塗布し、その後、約６０％酸素雰囲気下、６５０℃の温度で１分間熱処理して焼成する。

すると、熱処理前にガラス管内壁に粒子状に存在していた粉末ガラスが熱処理で焼成されて溶融し、ガラス管内壁に溶着されて粒子状あるいは凸状に変形した構造物を形成する。このときの凸状の構造物の大きさは、粉末ガラス粒子の溶融による凝集等もあるために５〜２０μｍとなった。

発明者は、粉末ガラス濃度を夫々１０ｗｔ％、２０ｗｔ％および３０ｗｔ％とした３種類のガラススラリーを調整し、夫々のガラススラリーについて上記工程によってガラス管壁面に凸状ガラス構造物を形成する実験を試みた。

その結果、粉末ガラス濃度が３０ｗｔ％のガラススラリーを使用した場合が、ガラス管内壁全面に亘って最も均一に凸状ガラス構造物を形成できることが確認できた。粉末ガラス濃度が３０ｗｔ％よりも高くなると、ガラススラリー中での粉末ガラスの分散性が悪くなり、ガラス管内壁に形成する凸状ガラス構造物の均一性が損なわれることもわかった。

次に、凸状ガラス構造物が形成されたガラス管の内壁に、紫外線で励起されて夫々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の色調の光を放出する３種類の蛍光体と結着剤とを混入したＲＧＢ蛍光体スラリーを塗布し、その後、６５０℃の温度で１分間熱処理して焼成する。

この場合、ＲＧＢ蛍光体スラリーの焼成温度はガラススラリーの焼成温度と同一であるため、ガラス管内壁に先に形成されている凸状ガラス構造物はＲＧＢ蛍光体スラリーの焼成時に再溶融して蛍光体と接着することになる。

図１は上記製造工程を経て作成された放電ランプの側面図、図２は図１のＡ部詳細図である。なお図１および図２は同時に後述の実施例２を示す図でもある。また、全ての実施例において、放電ランプは冷陰極放電ランプを示している。

図１より、放電ランプ１のガラス管２の内壁面３に蛍光体層４が形成されている。ガラス管２の内壁面３および蛍光体層４を更に詳細に示した図２より、ガラス管２の内壁面３には凸状ガラス構造物５が形成されており、厳密にいうとガラス管２の実質上の内壁面は、夫々の凸状ガラス構造物５の表面と該凸状ガラス構造物５が形成された部分以外の面とで構成された面からなっている。

従って、上記製造工程を経て作成された放電ランプのような凸状ガラス構造物５が形成された実質上のガラス管内壁面は、従来の放電ランプのような凸状ガラス構造物５が形成されていないガラス管内壁面３と比較して表面積が極めて大きくなっている。

そのような表面積が拡大された実質上のガラス管内壁面に結着剤６を混入した蛍光体７を塗布して蛍光体層４を形成すると、従来の放電ランプと比較して実質上のガラス管内壁面と蛍光体層４との接触面積が極めて大きくなり、両者の間の接着強度が著しく強化されることは明らかである。

以下、上記製造工程を経て作成された放電ランプの、凸状ガラス構造物が形成されたガラス管内壁面と蛍光体層との接着強度の評価試験方法および評価結果について説明する。

評価試験方法は、放電ランプを幅６ｍｍ、長さ３００ｍｍ、深さ１０ｍｍの箱型ケースに収容し、両端をケースの側板部に固定する。そして、放電ランプの長手方向中心上方の長手方向中心線から１００ｍｍ離れた位置にエアガンのノズル噴射口を設け、窒素ガスを３．５Ｋｇの吐出圧力で３０秒間放電ランプに吹き付ける。

すると、ケース内に収容された放電ランプが窒素ガスの風圧を受けて振動・衝突するため、試験後のガラス管内壁に対する蛍光体層の剥離の有無を観察することによって接着強度を評価することができる。

そこで、本実施例の放電ランプと、ガラス管内壁に凸状ガラス構造物を形成しない従来の放電ランプを夫々５本づつ評価試験に投入した結果、従来の放電ランプには５本全てにガラス管内壁面と蛍光体層の剥離が確認されたが、本実施例の放電ランプには全く剥離が確認されなかった。

次に、本実施例の放電ランプの光学特性を測定した。その結果、光束については従来の放電ランプと同等の１５３ｌｍ（ランプ電流６ｍＡ）が確保できることが確認できた。

以上より、上記製造工程を経て作成された放電ランプは、良好な信頼性を有すると共に、放電・発光とも良好な特性を示すことが確認できた。

本発明に係わる実施例２では、粉末ガラスとしてＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とする平均粒径が２．２μｍで軟化点が５９５℃の粉末ガラスＡＳＦ１４９５（旭硝子株式会社製）とＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を主成分とする平均粒径が２５．０μｍで軟化点が６５７℃の粉末ガラスＡＳＦ１６２０Ｍ（旭硝子株式会社製）の等重量混合物を使用した。

なお、この混合粉末ガラスは上記実施例１と同様に、溶媒の酢酸ブチルにニトロセルロースを溶解した１．０ｗｔ％ニトロセルロースバインダーに３０ｗｔ％混入し、これを回転台で４〜５日間攪拌・分散攪拌することによってガラススラリーを調整する。

すると、粉末ガラスＡＳＦ１４９５はＡＳＦ１６２０Ｍよりも粒径が小さく軟化点が焼成温度よりも低いために、熱処理前にガラス管内壁に粒子状に存在していたものが熱処理で焼成されて溶融し、一方、粉末ガラスＡＳＦ１６２０ＭはＡＳＦ１４９５よりも粒径が大きく軟化点が焼成温度よりも高いために、溶解することなく焼成前の形状を維持する。

よって、この場合、ＡＳＦ１６２０Ｍがガラス管内壁に形成される凸状ガラス構造物の支柱となり、ＡＳＦ１４９５が支柱を支える結着剤と共に凸状ガラス構造物の形状を滑らかにする平滑化剤の役目を担っている。このときの凸状の構造物の大きさは、粉末ガラス粒子の凝集等もあるために１０〜６０μｍとなった。

なお、蛍光体塗布以降の工程は上記実施例１の放電ランプを作成する工程と同一であるので説明は省略する。

本実施例の放電ランプ５本を上記実施例１と同様の手法で評価試験した結果、ガラス管内壁面と蛍光体層との剥離は全く確認されなかった。光束についても従来の放電ランプと同等の値が確保できることが確認できた。

つまり、上記製造工程を経て作成された本実施例の放電ランプも、上記実施例１の放電ランプと同様な信頼性および光学特性を有することが確認できた。

本発明に係わる実施例３は、上記実施例１とほぼ同様の条件下で作成したものであり、異なるところは、結着剤を混入しないＲＧＢ蛍光体スラリーを使用したことのみである。本実施例においても５本の放電ランプを作成し、従来の放電ランプ５本と共に評価試験に投入した。

評価試験方法は、上記実施例1および実施例２とほぼ同様の手法で行なったが、異なるところは、放電ランプに対する窒素ガスの吹き付け時間を１０秒にしたことのみである。

そこで、評価試験後の結果は、従来の放電ランプの３本にガラス管内壁面と蛍光体層との剥離が確認され、本実施例の放電ランプの２本に剥離が確認された。

また、光学特性については、従来の放電ランプの光束が１５８ｌｍ（ランプ電流６ｍＡ）であるのに対し、本実施例の放電ランプの光束は１６０ｌｍ（ランプ電流６ｍＡ）であった。

以上より、ガラス管内壁面と蛍光体層の接着強度に関しては、本実施例の放電ランプは従来の放電ランプと同等の性能を有しており、光学特性に関しては、従来の放電ランプと比較して光束が約１％以上向上していることがわかる。これは、結着剤を混入しないＲＧＢ蛍光体スラリーを使用したことによって光学特性に影響を与える要因が取り除かれた結果であると考えられる。

なお、実施例１〜実施例３において、蛍光体スラリーは必ずしも（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）全ての蛍光体を含む必要はなく、所望する放電ランプの発光色を得るために単独あるいは２種類以上の組み合わせでもよい。

以上説明したように、本発明の放電ランプは、放電ランプのガラス管内壁面に凸状ガラス構造物を形成して内壁面の実質上の表面積を増やし、該内壁面上に形成された結着剤を混入した蛍光体層との接触面積を大きくするようにした。

その結果、ガラス管内壁に凸状ガラス構造物を形成しない従来の放電ランプと同等の光束を確保でき、且つ従来の放電ランプと比較してガラス内壁面と蛍光体層との接着強度を強化して信頼性を向上させた放電ランプを実現することができる。

また、放電ランプのガラス管内壁面に凸状ガラス構造物を形成して内壁面の実質上の表面積を増やし、該内壁面上に形成された結着剤を混入しない蛍光体層との接触面積を大きくするようにした。

その結果、ガラス管内壁に凸状ガラス構造物を形成しない従来の放電ランプと同等のガラス内壁面と蛍光体層との接着強度を確保でき、且つ従来の放電ランプと比較して光束を増加させて光学特性を向上させた放電ランプを実現することができる。などの優れた効果を奏するものである。

本発明に係わる実施例１および実施例２の放電ランプの側面図である。図１のＡ部詳細図である。従来の放電ランプの部分断面図である。

符号の説明

１放電ランプ
２ガラス管
３内壁面
４蛍光体層
５凸状ガラス構造物
６結着剤
７蛍光体

Claims

ガラス管の少なくとも両端に電極を配設し、前記ガラス管の内壁面に蛍光体層を設けた放電ランプの製造方法であって、前記ガラス管の内面にガラススラリーを塗布して焼成することによって凸状ガラス構造物を形成する工程と、前記凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とで構成されるガラス管の内壁面に前記蛍光体層を形成する工程とを備えたことを特徴とする放電ランプの製造方法。
前記ガラススラリーには粉末ガラスが含まれており、該粉末ガラスは前記焼成温度よりも低い融点を有することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプの製造方法。
前記ガラススラリーには粉末ガラスが含まれており、該粉末ガラスは前記焼成温度よりも低い融点を有する粉末ガラスと、前記焼成温度よりも高い融点を有する粉末ガラスの混合であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプの製造方法。
前記凸状ガラス構造物は、大きさが５〜６０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電ランプの製造方法。
ガラス管の少なくとも両端に電極を配設し、前記ガラス管の内壁面に蛍光体層を設けた放電ランプであって、前記ガラス管の内面に形成された凸状ガラス構造物の表面と該凸状ガラス構造物が形成された部分以外の前記内面とで構成されるガラス管の内壁面に前記蛍光体層が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
前記凸状ガラス構造物は、大きさが５〜６０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ。