JP2009117312A - 冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】光束維持率を低下させることなく、効果を得るための専用工程が不要で、且つ透光性ガラス管の曲げ工程において、蛍光体層の剥離が生じない冷陰極蛍光ランプを提供する。
【解決手段】透光性ガラス管２と、この透光性ガラス管２の内面に形成された蛍光体層３と、内部に封入された水銀及び不活性ガスと、透光性ガラス管２の両端部に対向して封入配置された冷陰極４とを有し、蛍光体層３が複数の蛍光体粒子３ａと結着剤３ｂとにより形成される冷陰極蛍光ランプ１において、結着剤３ｂが酸化アルミニウムと酸化硼素とからなり、この結着剤３ｂが蛍光体粒子３ａを覆うように形成され、蛍光体粒子３ａ及び結着剤３ｂを透光性ガラス管２の内面に結着させることにより、蛍光体粒子３ａの表面が酸化アルミニウムにより保護される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶モニタ及び液晶テレビ等の液晶ディスプレイ用バックライト装置の光源として適用される冷陰極蛍光ランプに係わり、特に透光性ガラス管の内面に形成される蛍光体層の結着構造に関するものである。

一般に冷陰極蛍光ランプは、透光性ガラス管の内面に蛍光体層が形成され、このガラス管の内部に電極として冷陰極が用いられ、管内部に希ガス（不活性ガスとも称される）と微量の水銀とが封入されており、管両端の電極間に高電圧を印加することにより発光する。

非発光型である液晶表示パネルを用いた画像表示装置では、当該液晶表示パネルに形成された電子潜像を外部照明手段を設けることにより、可視化させている。外部照明手段には自然光を利用する構造を除いて液晶表示パネルの背面または前面に照明装置を設置している。特に高輝度を要する表示デバイスには、液晶表示パネルの背面に照明装置を設けた構造が主流となっている。これをバックライトと称している。

バックライトには、大別してサイドエッジ型と直下型とがある。サイドエッジ型は、透明板からなる導光板の側縁部に沿って冷陰極蛍光ランプに代表される線状光源を設置した構造であり、パソコン用等の薄型化が要求される表示デバイスに多く用いられている。一方、ディスプレーモニタまたはテレビ受像機に用いられる表示デバイス等の大型サイズの液晶表示装置では、直下型が多く用いられる。直下型バックライトは、液晶表示パネルの背面側の直下に照明装置を設置する構造である。

この種の照明装置に用いられる一般的な冷陰極蛍光ランプは、透光性のガラス管の両端部には一対の陰極が設置され、その内周面には蛍光体膜が被着形成され、そのガラス管内に水銀及び希ガスが封入されて構成されている。そして、ガラス管両端部の陰極間に高電圧を印加し、このガラス管内で放電させることによって水銀の励起放射による約２５４ｎｍを主体とする紫外線を発生させ、その紫外線により蛍光体を励起して可視光を放射することによって発光光束を得ている。

一般的に冷陰極蛍光ランプは、長時間の点灯により光束維持率が徐々に低下していくことが知られており、輝度向上のために冷陰極蛍光ランプに流れる電流の増加によりこの傾向が更に大きくなる。

光束維持率の低下の原因としては、以下に説明する理由が考えられている。その一つ目としては、透光性ガラス管自体が紫外線による着色や水銀の吸着により可視光線の透過率が低下していく点である。また、二つ目としては、点灯時に蛍光体が水銀イオンの衝撃を受け、蛍光体の表面が変質することや、水銀が蛍光体の表面に吸着して溜まってしまうため、発光光量が低下していくという点である。

このため、透光性ガラス管の劣化に対しては、劣化のし難いガラス管を用いることや、ガラス管の内面に金属酸化物などの材料による保護膜を形成することなどが一般的に行われている。

一方、蛍光体の劣化に関しては、蛍光体粉末に金属酸化物の連続被膜を形成した後に蛍光体層を形成することにより、蛍光体の劣化を抑制する技術が下記特許文献１に開示されている。また、結着剤として金属硼酸塩と、水銀に対して吸着・結合に起こり難い酸化アルミニウム粒子とを混合した結着剤を用いることにより、蛍光体の劣化を抑制し、光束維持率の向上を図る技術が下記特許文献２に開示されている。

特開平７−３１６５５１号公報 特開平１−２１８５６号公報

しかしながら、上述した現行技術では、透光性ガラス管の劣化に対しては効果が得られるものの、蛍光体の劣化に対しては効果が得られず、保護膜形成のための工程が必要となるという課題があった。また、上記特許文献１では、蛍光体の劣化には効果が得られるものの、透光性ガラス管の劣化に対しては効果が得られず、蛍光体に対する前処理が必要となるという課題があった。

また、上記特許文献２では、結着剤に蛍光体及び透光性ガラス管の保護効果をもたせたものであり、他の特殊な工程が不要となるので、有利であるが、用いている金属硼酸塩は水銀と吸着・結合し易く、紫外線発光に必要な水銀の消耗が大であることや、蛍光体層自体を着色し、可視光線及び蛍光体の励起に必要な紫外線を遮断してしまう等、同手段を用いない場合と比べると、ある程度の効果はあるものの、十分な効果が得られないという課題があった。

なお、上記特許文献２に類似な技術として、酸化アルミニウムのみを用いた結着剤がある。酸化アルミニウムは、無機の結着剤として他分野においても各種用途に利用される一般的な材料であり、これを結着剤として用いた場合は、特許文献２に比して金属硼酸を含まないので、更なる効果が期待できる。しかし、結着作用がファンデルワールス力のみによるため、一定以上の応力に対して脆く、特にＵ字型、Ｌ字型蛍光ランプでは透光性ガラス管を曲げる工程において、酸化アルミニウムの伸縮により内面の蛍光体層が剥離してしまう。

したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光束維持率を低下させることなく、効果を得るための専用工程が不要で、且つ透光性ガラスの曲げ工程において、蛍光体層の剥離が生じない冷陰極蛍光ランプを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明による冷陰極蛍光ランプは、内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、このガラス管の両端部に対向して封入配置された一対の冷陰極と、この冷陰極に一端が接続され他端がガラス管外に気密封止してガラス管外に導出された一対の電力導入線と、ガラス管の内面に形成された蛍光体層とを備え、蛍光体層は、複数の蛍光体粒子と結着剤とにより形成され、結着剤は酸化アルミニウムと酸化硼素とにより形成され、複数の蛍光体粒子が結着剤に被覆されてガラス管の内面に結着されることにより、蛍光体粒子の表面が酸化アルミニウムにより被覆されて保護されるので、背景技術の課題を解決することができる。

また、本発明による他の冷陰極蛍光ランプは、好ましくは、上記構成において、蛍光体層中の結着剤量が蛍光体の全量に対して２ｗｔ％乃至１０ｗｔ％の範囲にあることを特徴としている。

また、本発明による他の冷陰極蛍光ランプは、好ましくは、上記構成において、結着剤における酸化硼素の割合は、酸化アルミニウムと酸化硼素との合計の６ｗｔ％乃至１０ｗｔ％の範囲にあることを特徴としている。

また、本発明による他の冷陰極蛍光ランプは、好ましくは、上記構成において、酸化アルミニウムの一次粒径（単体粒子径）が２００ｎｍ以下であることを特徴としている。

なお、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

本発明による冷陰極蛍光ランプによれば、酸化アルミニウムと酸化硼素とからなる結着剤における総量及び混合比、酸化アルミニウムの粒径を所望の範囲内に設定することによって、酸化アルミニウムによる保護効果により、高い光束維持率が得られ、従来と同様の工程で作製でき、且つ酸化硼素の低温融解性により曲げ工程に耐える効果が得られる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による冷陰極蛍光ランプの実施例による構成を示す要部拡大断面図であり、図２は図１の蛍光体層の拡大断面図である。図１及び図２において、冷陰極蛍光ランプ１は、例えば硼珪酸ガラスからなる透光性ガラス管（以後ガラス管と称する）２の内面には複数個の蛍光体粒子３ａの表面に酸化アルミニウムと酸化硼素との混合分散液からなる結着剤３ｂを被覆させた蛍光体層３がガラス面に対して結着されて成膜されている。

ここで、蛍光体層３は、蛍光体粒子３ａの表面に結着剤３ｂが被覆される際、蛍光体粒子３ａの一部分に結着剤３ｂが被覆されない部分も生じるものの、その大部分の蛍光体粒子３ａの表面が結着剤３ｂにより被覆されるので、蛍光体層３のベーキング工程により、混合分散液内の分散媒が飛散し、低融点ガラスを含有している酸化硼素が溶融してガラス面に対して強固に固着されるので、結着剤３ｂ内の酸化アルミニウムが蛍光体粒子３ａの表面に付着されて保護されることになる。

また、このガラス管２の両端側の内部には、一対の冷陰極４が対向して配置され、さらにガラス管２の内部の放電空間５には真空引きした後に不活性ガスとしてネオン（Ｎｅ）−アルゴン（Ａｒ）ガス及び水銀が封入されて構成されている。

また、一対の冷電極４は、例えばニッケル材またはモリブデン材等を例えばプレス成形法によりカップ状に成形された内部電極６がその開口端を主放電領域に向き、その後端底部にはガラス管２の熱膨張率に近似する例えばニッケル−コバルト−鉄合金からなる電力導入線７を突き合わせ、例えば抵抗溶接法またはレーザ溶接法により接合されて電気的に接続されて形成されている。

この電力導入線７は、ガラス管２の両端部にガラスビーズ８に支持されて気密封着され、一対の冷電極４が主放電領域にその開口端を対向させてガラス管２の両端部に気密封止される。なお、このガラス管２は、その肉厚が約１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の厚さで形成されている。

また、この冷陰極蛍光ランプ１は、そのガラス管２本体の肉厚が例えば数１００μｍ程度に対してガラス管２の両端部の肉厚が約２００μｍ〜３００μｍ程度で形成されている。また、ガラス管２の外径は、約２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、内径は、約２．０〜２．４ｍｍ程度であり、その全長（管長）は表示パネルの大きさに対応して約３００ｍｍ〜８００ｍｍ程度の大きさで形成される。

このように構成された冷陰極蛍光ランプ１は、例えば外径約２ｍｍ〜３ｍｍ、内径約２ｍｍ〜２．４ｍｍ、全長（管長）約３００ｍｍ〜８００ｍｍのガラス管２の内面に蛍光体層３を形成した後、ベーキング，陰電極４の形成，排気，不活性ガス及び水銀の封入等の工程を経て形成される。

また、蛍光体層３の形成においては、透光性ガラス管２の内面に、ｎ−ブチルアセテートと、ニトロセルロースと、結着剤と、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色発光蛍光体とを混合して形成された蛍光体サスペンジョンを塗布し、乾燥させることにより、蛍光体層３を形成する。

ここで、蛍光体層３内に混合される結着剤３ｂの組成物は、酸化アルミニウムと酸化硼素とからなり、酸化硼素の割合は、酸化アルミニウムと酸化硼素との合計の約６ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲が好ましい。

図３は、結着剤３ｂ中の酸化硼素の割合と、光束維持率及び曲げ加工時の蛍光体層剥離頻度との関係を示したものである。この図３によると、酸化硼素の割合が約６ｗｔ％未満の場合、冷陰極蛍光ランプ１の曲げ加工時における蛍光体層３の剥離頻度が増加するために好ましくない。また、酸化硼素量が約１０ｗｔ％を超えると、全光束維持率が徐々に低下していく傾向にあるため、好ましくない。したがって、酸化硼素の割合は、酸化アルミニウムと酸化硼素との合計の約６ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲が望ましいことが分かる。また、結着剤３ｂの全量は、蛍光体粒子３ａの全量に対して約２ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲であることが望ましい。

図４は、蛍光体粒子３ａの全量に対する結着剤３ｂの割合と、約１０００ｈ（時間）点灯後の全光束維持率及び初期輝度（結着剤約２ｗｔ％時の初期輝度を１００とした時の相対値）の関係を示したものである。この図４によると、結着剤３ｂの割合が２ｗｔ％未満の場合、蛍光体粒子３ａの保護に必要な酸化アルミニウムに量が不足し、蛍光体粒子３ａの劣化が大きくなるため、光束維持率が大きく低下するため、望ましくない。

また、結着剤３ｂの割合が増えるに従って徐々初期輝度が低下する傾向にある。これは、酸化アルミニウムの量が増加することにより、拡散反射成分が徐々の大きくなり、蛍光体粒子３ａに到達する紫外線量が徐々に減少することによるものである。また、結着剤３ｂの割合が約１０ｗｔ％を超えると、初期輝度の低下が約９５％より小さくなるなど、低下量が大きいため、望ましくない。したがって、蛍光体粒子３ａの全量に対する結着剤３ｂの割合は、約２ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲が望ましいことが分かる。

さらに、酸化アルミニウムの一次粒径（単体粒子径）が大きくなると、粒子同士の隙間が大きくなり、実質的に蛍光体粒子３ａを覆う面積が減少してしまう。酸化アルミニウムの粒径を数種類変えて調査した結果、約２００ｎｍを超えると、保護効果が減少し、光束維持率の低下が大きくなることが分かった。したがって、酸化アルミニウムの一次粒径は、約２００ｎｍ以下であることが望ましい。

結着剤３ｂの分散液として、ｎ−ブチルアセテートに一次粒径が約２０ｎｍの酸化アルミニウムを約９ｗｔ％、酸化硼酸を約１ｗｔ％分散させたものを用意し、蛍光体粒子３ａの全量に対して結着剤３ｂが約２ｗｔ％となるように添加し、ｎ−ブチルアセテート及びニトロセルロースとともに混合して蛍光体サスペンジョンを作製し、先に説明した現行の工程により冷陰極蛍光ランプを製作した。

結着剤３ｂの分散液として、ｎ−ブチルアセテートに一次粒径が約２０ｎｍの酸化アルミニウムを約１４ｗｔ％と酸化硼素を約１ｗｔ％とを分散させたものを用意し、蛍光体粒子３の全量に対して結着剤３ｂが約６ｗｔ％となるように添加し、ｎ−ブチルアセテート及びニトロセルロースとともに混合して蛍光体サスペンジョンを作製し、先に説明した現行の工程により冷陰極蛍光ランプを製作した。

比較例１

結着剤として、冷陰極蛍光ランプの製作に一般的に使用されているピロリン酸カルシウム（Ｃａ₂Ｐ₂Ｏ₇）とＣＢＢ（ＣａＯ・ＢａＯ・Ｂ₂Ｏ₃）との混合分散液を用意し、蛍光体粒子３ａの全量に対して結着剤３ｂが約２ｗｔ％となるように添加し、ｎ−ブチルアセテート及びニトロセルロースとともに混合して蛍光体サスペンジョンを作製し、先に説明した現行の工程により冷陰極蛍光ランプを製作した。

比較例２

結着剤３ｂの分散液として、一次粒径が約２０ｎｍの酸化アルミニウムのみのｎ−ブチルアセテート分散液を用意し、蛍光体粒子３ａに対して結着剤３ｂが約２ｗｔ％となるように添加し、ｎ−ブチルアセテート及びニトロセルロースとともに混合して蛍光体サスペンジョンを作製し、先に説明した現行の工程により冷陰極蛍光ランプを製作した。

下記表１は、これらの実施例及び比較例で製作した冷陰極蛍光ランプの約１０００ｈ点灯後の光束維持率及び曲げ加工時の蛍光体層の剥離頻度を示したものである。

この表１から明らかなように本発明に係わる蛍光体層３は、結着剤３ｂを用いたことにより、光束維持率が高く、ガラス管２のＵ字型またはＬ字型の曲げ加工時の蛍光体剥離が起こらない冷陰極蛍光ランプ１が実現可能となることが分かる。

なお、蛍光体粒子３ａを被覆する結着剤３ｂ内の酸化硼素は、低融点ガラスを含有しているので、ガラスに対して結着性が極めて高く、また、軟化温度が低いと硬化し、その温度が高くなると、軟化する機能を有しているので、Ｕ字型またはＬ字型の曲げ加工に対して蛍光体層３の剥離が生じなくなる。

なお、前述した実施例において、蛍光体粒子３ａを被覆する結着剤３ｂは酸化アルミニウムと酸化硼素とにより形成された場合について説明したが、酸化硼素に代えて硼酸塩を用いても良く、また、酸化硼素と硼酸塩との混合体を用いても前述と略同等の効果が得られることは勿論である。

近年の液晶テレビジョンに大型化に伴い、バックライトとしての高輝度化，省電力化の要求が高くなりつつあり、これらに対応するため、冷陰極蛍光ランプにおける要求としては、単管での輝度向上及び使用本数の低減がある。これには蛍光ランプの高印加電圧・大電流化と長尺管に曲げによる対応が必須である。このため、長時間点灯時の輝度低下抑制（光束維持率の低下抑制）及び曲げ加工時の蛍光体層の剥離防止は、極めて重要となる。本発明は、これらの要求に対して十分に対応できる効果が期待できる。

本発明による冷陰極蛍光ランプの一実施例の構成を示す要部断面図である。 図１に示す蛍光体層の要部拡大断面図である。 図２に示す結着剤中の酸化硼素の割合と当該冷陰極蛍光ランプの１０００ｈ点灯後の光束維持率及び曲げ加工時の蛍光体層剥離頻度を示す図である。 蛍光体に対する結着剤の割合と、冷陰極蛍光ランプの約１０００ｈ点灯後の全光束維持率及び初期輝度（結着剤約２ｗｔ％時の初期輝度を１００とした時の相対値）の関係を示す図である。

符号の説明

１・・・冷陰極蛍光ランプ、２・・・透光性ガラス管、３・・・蛍光体層、３ａ・・・蛍光体粒子、３ｂ・・・結着剤、４・・・冷電極、５・・・放電空間、６・・・内部電極、７・・・電力導入線、８・・・ガラスビーズ。

Claims (4)

1. 内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、
   前記ガラス管の両端部に対向して封入配置された一対の冷陰極と、
   前記冷陰極に一端が接続され他端が前記ガラス管外に気密封止して前記ガラス管外に導出された一対の電力導入線と、
   前記ガラス管の内面に形成された蛍光体層と、
   を備えた冷陰極蛍光ランプにおいて、
   前記蛍光体層は、複数の蛍光体粒子と結着剤とにより形成され、前記結着剤は酸化アルミニウムと酸化硼素とにより形成され、
   前記複数の蛍光体粒子が前記結着剤に被覆されて前記ガラス管の内面に結着されていることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 前記蛍光体層中の前記結着剤の量が前記蛍光体粒子の全量に対して２ｗｔ％乃至１０ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 前記結着剤における前記酸化硼素の割合は、前記酸化アルミニウムと前記酸化硼素との合計の６ｗｔ％乃至１０ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極蛍光ランプ。
4. 前記酸化アルミニウムの一次粒径は、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷陰極蛍光ランプ。

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