JP2009037942A - 外部電極型希ガス蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
電極が導電性銀ペーストを印刷してなる外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、露出した給電部に生じる銀イオンマイグレーションの成長を抑制する構成を備えた外部電極型希ガス蛍光ランプを提供すること。
【解決手段】 内面に蛍光物質を塗布したガラスバルブの内部に希ガスを所定量封入し、ガラスバルブの外表面のバルブ軸方向に伸びる、導電性銀ペーストを焼成してなる一対の電極を配設した外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、一対の電極はそれぞれの端部の給電部を除いて、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層で被覆されてなり、各電極の給電部間のガラスバルブ外表面上に、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる、少なくとも１つの帯状部を形成した外部電極型蛍光ランプとする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一般照明および液晶用バックライトに使用される外部電極型希ガス蛍光ランプに関する。

近年では、特許文献1にあるように、直管状のガラスバルブ内に希ガスのみを封入し、ガラスバルブの外面に一対の導電性材料からなるガラスバルブの略全長に亘り配設された電極を備えた外部電極型希ガス蛍光ランプが、スキャナーや複写機やファクシミリなどのＯＡ原稿読取用光源として使用されている。

この外部電極型希ガス蛍光ランプは、電極をガラスバルブ内部に具えないことで電極劣化に起因した故障が少なく、ランプが長寿命であり、また、発光種として水銀を使用せず、希ガスのみを使用するため低温の条件下でも点灯開始時の光の立ち上がりと安定化が速いため、その目的に適しているからである。

ところで、液晶用のバックライトや看板の照明には従来から水銀の発光を使用した蛍光ランプが使用されている。

近時、液晶テレビやパ−ソナルコンピュータなど家庭用製品において、特に、発光種として水銀を使用することが環境上問題視され始めてきている。一方で、外部電極型希ガス蛍光ランプは発光種として水銀を使用しないため、無公害光源として注目されてきている。

先述のＯＡ原稿読取り用光源としての外部電極型希ガス蛍光ランプ１００を図６に示す。図６（ａ）は希ガス蛍光ランプ全体の斜視図であり、図６（ｂ）は、希ガス蛍光ランプの管軸に垂直な断面図である。ガラスバルブ１１０の内面の蛍光体層１３０をガラスバルブの軸方向に沿って一方向で所定幅だけ除去してアパーチャ部１１５を形成し、ガラスバルブ内からの光を限られた一方向に放出する構造となっている。また、ガラスバルブの全長は原稿幅に合せて３６ｃｍ程度となっている。光取り出し方向が決まっており、電極１２０、１２０´は比較的幅の広い、例えば８ｍｍの幅のアルミニウム（Ａｌ）金属電極がガラスバルブ軸方向に一対でガラスバルブ外面に形成されているのが一般的である。４０は給電端子である。

この外部電極型希ガス蛍光ランプ１００を液晶のバックライトや看板のバックライトに使用する場合、最近の液晶サイズの大型化の進展により、例えば５０インチの液晶画面に対して、そのバックライトとしてのランプの全長は例えば１ｍを超えるものが必要となってきている。

液晶バックライト用途ではＯＡ用とは異なり、光の取り出しは蛍光ランプのガラスバルブの全周から必要とされる。よって、ガラスバルブにはアパーチャ部は具えず、電極も光を遮蔽する部材となることから、出来るだけ細く、例えば０．５ｍｍ幅が要求される。

すると、０．５ｍｍ幅でありながら、１ｍもの長さのＡｌ電極を１ｍ超のガラスバルブに貼着するのは極めて技術的に困難となり、生産効率も甚だ悪いものとなる。そこで、電極には導電性の印刷電極を使用することが考えられる。汎用性のある印刷電極としては導電性銀ペーストがある。
特開２００１−１３５２７７号公報

外部電極型希ガス蛍光ランプでは、電極端部域に設けた給電部から給電する。同種ランプは外部電極間に高電圧を印加するため、図7に示すように、安全のために給電部を除いた発光部の電極部位は樹脂製被覆膜６０で絶縁被覆されていた。給電部は電気的導通のため露出せざるを得ず、例えば、図７に示すように給電端子４０は絶縁性樹脂からなるホルダー５０で覆われた形となっていた。４５は給電線である。

ＯＡ用途においては、ランプはたとえば複写機の読み取り動作毎の点灯を行うだけであり、連続点灯に換算しても凡そ１０００時間程度が使用寿命となる。

ところが、液晶のバックライト用途、例えば液晶ＴＶのバックライトを例にとると数万時間という長いランプ寿命が要求される。

そこで、導電性銀ペーストの電極を備えた外部電極型希ガス蛍光ランプを高温高湿（８５℃、９５％）の環境下で４千時間を超えて使用したところ、主にホルダー内の電極給電部の周縁が滲み出してガラスバルブ周方向に舌が延びるように広がり、離間した電極間の距離が給電部の位置において実質上接近した状態になっていた。そして、このまま放置すると電極間で沿面放電が生じたり、短絡したりするという重大な故障が生じる恐れがあった。鋭意、調べてみると、導電性銀ペーストの主成分である銀のイオンマイグレーションが起きていることがわかった。

イオンマイグレーションとは配線や電極に使用した金属が、水分が付着した状態で導体金属に電圧が印加されることにより、溶解、移行、析出を繰り返し、ガラス等の絶縁物の上を移動して、回路間が短絡する現象である。

そこで、本発明の目的は、電極が導電性銀ペーストを印刷してなる外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、露出した電極の給電部に生じる銀のイオンマイグレーションの成長を抑制する構成を備えた外部電極型希ガス蛍光ランプを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、内面に蛍光物質を塗布したガラスバルブの内部に希ガスを所定量封入し、該ガラスバルブの外表面のバルブ軸方向に伸びる、導電性銀ペーストを焼成してなる一対の電極を配設した外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、該一対の電極はそれぞれの端部の給電部を除いて、該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層で被覆されてなり、各電極の給電部間のガラスバルブ外表面上に、該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる、少なくとも１つの帯状部を形成した外部電極型希ガス蛍光ランプとするものである。

請求項２に記載の発明は、内面に蛍光物質を塗布したガラスバルブ内部に希ガスを所定量封入し、該ガラスバルブ外表面のバルブ軸方向に伸びる、導電性銀ペーストを焼成してなる一対の電極を配設した外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、該一対の電極はその周囲を含め該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層で被覆されてなり、該被覆層は各電極のそれぞれの端部より内側に位置する給電部を露出させる開口部を具えてなることを特徴とする外部電極型希ガス蛍光ランプとするものである。

本発明において、給電部とは、ガラスバルブ外表面のバルブ軸方向に伸びる電極の一部であって、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層から露出した部位のことをいう。

本発明によれば、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層を電極部分に設け、帯状部を給電部のバルブ周方向の両側に設けたことにより、電極からのマイグレーションを完全に防止でき、露出した給電部においては銀のイオンマイグレーションが生じても、イオンマイグレーションの延伸は帯状部によって阻止され、電極間のバルブ外面上で沿面放電が生じたり、短絡したりするという重大な故障が生じる恐れがない、安全な外部電極型希ガス蛍光ランプと提供することができる。

また、電極の給電部を露出させる開口部を具えた被覆層を有する場合は、露出した給電部において銀のイオンマイグレーションが生じても、イオンマイグレーションの延伸は開口部周縁である被覆層によって阻止され、電極間のバルブ外面上で沿面放電が生じたり、短絡したりするという重大な故障が生じる恐れがない、安全な外部電極型希ガス蛍光ランプと提供することができる。とくに、帯状部が導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなっているので、導電性銀ペーストの焼成温度まで温度を上げなくてもガラスバルブと十分に密着性の強い、被覆層と帯状部とすることができる。また、被覆層は導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなるので、電極である導電性銀ペーストの形状も変化させず、また、大気中の水分の浸入も防ぐことができる。

図１は、本発明の第一の実施形態としての外部電極型希ガス蛍光ランプ１の全体図を斜視図で示す。図２は、給電部を含む面で切った管軸方向に垂直な断面図を示す。発明の説明に不必要な部材、例えば、給電部に後で取り付けられる板状の給電端子や、給電線、給電端子を被覆して補強固定する熱収縮チューブなどは図示を省略してある。内面一面に蛍光物質を塗布し、蛍光体層１３を形成したガラスバルブ１０内部に希ガスを所定量封入し、ガラスバルブ外表面のバルブ軸方向に沿って一対の導電性銀ペーストを焼成してなる電極２、２を配設している。図１および後述する図３、図４、図５において、一対の電極２、２のうち、紙面裏側に位置する電極は図示を省略しているが、図２においては、その一対の電極２、２の端部にある給電部２ａ、２ａ´が示されている。

電極の導電性銀ペーストはスクリーン印刷法にてガラスバルブ１０に塗布された後、約５００℃にて焼成される。一対の各々の電極２、２はそれぞれの端部にある給電部２ａ、２ａ´を除いて、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点の材料からなる透光性の被覆層１１で被覆されている。

各電極２、２の給電部２ａ、２ａ´間のガラスバルブ１０の外表面上に、導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点からなる材料からなる帯状部１２を、被覆層１１から露出した給電部２ａ、２ａ´のランプバルブ軸方向長さ以上の長さにて形成してある。

帯状部１２は、図１では被覆層１１と一体で示してあるが、被覆層１１と別個に形成されていてもよい。また、帯状部１２は、各電極２、２の給電部２ａ、２ａ´のガラスバルブ周方向であって、各電極２、２の給電部２ａ、２ａ´同士の間のガラスバルブ外表面上に、複数本形成してもよい。
なお、帯状部はその周縁が直線状のものに限らず、例えば、波状のものであっても鋸歯状のものであってもよい。

図３は本発明の第二の実施形態としての外部電極型希ガス蛍光ランプ１の全体図を示す。一対の各々の電極２、２はその周囲を含め導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点からなる材料からなる被覆層１１で被覆されてなり、被覆層１１は各電極のそれぞれの端部より内側に位置する給電部２ａ、２ａ´を露出させる開口部１１ａを具え、開口部１１ａより給電する構成となっている。この実施形態では、給電部２ａ、２ａ´の部分だけ開口した形態である。

図１の実施形態において、具体的な材料、数値を挙げれば、ガラスバルブ１０は軟質ガラスであり、その全長は１２５０ｍｍ、バルブ内にはキセノンからなる希ガスが封入され、封入ガス圧は１６ｋＰａ〜２４ｋＰａであり、一例をあげれば２１．６Ｐａである。 蛍光体層は一例をあげれば、（R；（Y,Gd）BO₃:Eu、G；LaPO4:Ce,Tb、B;BaMgAl₁₄O₂₃:Eu）からなり、その厚みは１２μｍ〜１７μｍであり、一例をあげれば１５μｍである。

電極材料は導電性銀ペーストであり、スクリーン印刷によりガラスバルブ上に塗布される。導電性銀ペーストの焼成温度は４８０〜500℃の間である。本発明においては５００℃で焼成した。帯状部や被覆層を構成する、電極を構成する導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点からなる材料としては、低融点ガラスが適しており、例えば、ビスマス（Ｂｉ）を含有したビスマス系無鉛ガラスであり、一例を挙げればSiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、BaOからなる。

当該ビスマス系無鉛ガラスは、温度範囲５０〜３５０℃での熱膨張係数が本発明に使用されるガラスバルブ材の軟質ガラスが９.４×１０^−６／Ｋに対して、例えば９.７×１０⁻⁶／Ｋと近く、ビスマス系無鉛ガラスは蛍光ランプにおいてガラスバルブ材に使用される軟質ガラスと比べて、軟化点が４０deg低いため、ガラス同士の密着力が強い。ガラスバルブ材に使用されるガラスは無鉛ガラスである場合が多く、ビスマス系無鉛ガラスの熱膨張係数は８.４×１０^−６／Ｋ〜×１０．４×１０^−６／Ｋであることが好ましい。

図４は給電部２ａ、２ａ´に例えば銅（Ｃｕ）製の給電端子を取り付けるための導電性エポキシ接着剤５を塗布した状態を示す。この導電性エポキシ接着剤５の固化する焼成温度は１００〜１５０℃である。

図５は給電部に塗布した導電性エポキシ接着剤５を介して給電端子６、６´を貼付固定した状態を示す。実使用においては、不図示であるが、この給電端子６、６´に給電線が接続され、給電部分には熱収縮樹脂チューブが被覆され、ガラスバルブ側に押し付け固定補強される。

そして、ランプの給電部分側は絶縁性樹脂からなるホルダーに収納される。
図５の形態の実施例のランプにて本発明の効果を検証した。具体的な点灯条件はランプ電圧は３．５ｋＶｐ−ｐ、ランプ電流１０ｍＡ、点灯周波数５０ｋＨｚである。 その結果、２千時間経過後に帯状部１２に電極端から銀のイオンマイグレーションの先端が到達した。しかし、その後、６万時間経過しても銀のイオンマイグレーションに進展はないことが確認された。

すなわち、本発明によれば、電極を構成する導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点からなる材料からなる被覆層と帯状部をそれぞれ、電極部分と給電部のバルブ周方向の両側に設けたことにより、露出した給電部において銀のイオンマイグレーションが生じても、イオンマイグレーションの延伸は抑制され、電極間で沿面放電が生じたり、短絡したりするという重大な故障が生じる恐れがない、安全な外部電極型希ガス蛍光ランプとすることができる。

なお、本発明が適用される蛍光ランプはガラスバルブに部分的に光を強めるアパーチャ部を備えたものであってもよく、そのような蛍光ランプの場合は、電極を覆う被覆層としては、低融点ガラスに反射材としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やチタニア（ＴｉＯ_２）等を混在させたものであってもよい。

本発明の第一の実施形態としての外部電極型希ガス蛍光ランプの全体図を示す。 給電部を含む管軸方向に垂直な断面図を示す。 本発明の第二の実施形態としての外部電極型希ガス蛍光ランプの全体図を示す。 給電部に給電板取り付けるために導電性銀ペーストを塗布した状態を示す。 給電部に塗布した導電性エポキシ接着剤を介して給電板を貼付固定した状態を示す。 従来のＯＡ原稿読取り用光源としての外部電極型希ガス蛍光ランプの全体図を示す。 従来の外部電極型希ガス蛍光ランプの端部にホルダーを備えた状態を示す。

符号の説明

１ 外部電極型希ガス蛍光ランプ
２ 電極
２ａ、２ａ´ 給電部
５ 導電性エポキシ接着剤
６、６´ 給電端子
１０ ガラスバルブ
１１ 被覆層
１１ａ 開口部
１２ 帯状部
１３ 蛍光体層
１００ 外部電極希ガス蛍光ランプ
１１０ ガラスバルブ
１１５ アパーチャ部
１２０、１２０´ 電極
１３０ 蛍光体層
４０ 給電端子
４５ 給電線
５０ ホルダー
６０ 樹脂製被覆膜

Claims (2)

1. 内面に蛍光物質を塗布したガラスバルブの内部に希ガスを所定量封入し、
   該ガラスバルブの外表面のバルブ軸方向に伸びる、導電性銀ペーストを焼成してなる一対の電極を配設した外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、
   該一対の電極はそれぞれの端部の給電部を除いて、該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層で被覆されてなり、
   各電極の給電部間のガラスバルブ外表面上に、該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる、少なくとも１つの帯状部を形成したことを特徴とする外部電極型希ガス蛍光ランプ。
2. 内面に蛍光物質を塗布したガラスバルブ内部に希ガスを所定量封入し、
   該ガラスバルブ外表面のバルブ軸方向に伸びる、導電性銀ペーストを焼成してなる一対の電極を配設した外部電極型希ガス蛍光ランプにおいて、
   該一対の電極はその周囲を含め該導電性銀ペーストの焼成温度よりも低い融点をもつ材料からなる被覆層で被覆されてなり、該被覆層は各電極のそれぞれの端部より内側に位置する給電部を露出させる開口部を具えてなることを特徴とする外部電極型希ガス蛍光ランプ。

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