JP2009125769A - ハンダ、外部電極型蛍光ランプ及び液晶表示装置 - Google Patents

ハンダ、外部電極型蛍光ランプ及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電極部を固着するハンダ層の溶解が起こりにくい外部電極型蛍光ランプを提供する。
【解決手段】本発明に係る外部電極型蛍光ランプ111は、ガラス管バルブ101と、ガラス管バルブ101の内面に形成された蛍光体層107と、ガラス管バルブ101の内部に封入された放電媒体140と、ガラス管バルブ101の外側に形成された外部電極130と、外部電極130をガラス管バルブ101に固定させるため、外部電極130とガラス管バルブ101との間に設けられたハンダ層120と、を有する。ハンダ層120は、銅を含有する。具体的には、スズを75重量%以上95重量%以下、ビスマスを3.99重量%以上23.99重量%以下含有し、さらに、銅を0.1重量%以上5重量%以下含有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ハンダ、そのハンダで外部電極をガラス管バルブに固定した外部電極型蛍光ランプ、及び、その外部電極型蛍光ランプをバックライトに使用した液晶表示装置に関する。
液晶テレビジョン用等の大画面を要求される液晶表示パネルには、直下型方式の光源として、特許文献1や特許文献2に示されるような外部電極型蛍光ランプが配置されることがある。
近年、液晶テレビジョンは高輝度化及び薄型化が要求される傾向があり、それに伴い光源としての外部電極型蛍光ランプのガラス管バルブの管径も縮小化が要求される。
特開2006−164944号公報 特開2006−040857号公報
しかし、ガラス管バルブの管径を縮小した場合、電極部間の抵抗が増大するので、電極部がより高温になることがある。そのため、上述の特許文献に記載される外部電極型蛍光ランプでは、電極部の固定に用いたハンダが溶解することがある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、ガラス管バルブの管径を小さくすることで電極部がより高温になっても、電極部の固定に用いるハンダの溶解が起こりにくい外部電極型蛍光ランプ、及び、そのようなハンダ、さらに、そのような外部電極型蛍光ランプを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
また、電極部が強固に固定された外部電極型蛍光ランプ、及び、そのようなハンダ、さらに、そのような外部電極型蛍光ランプを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明の第1の観点に係るハンダは、
外部電極型蛍光ランプの外部電極をガラス管バルブに固定するために使用するハンダであって、
銅を含有することを特徴とする。
また、前記ハンダは、さらにスズ及びビスマスを含有する、ことも可能である。
また、前記銅の含有量は、0.1重量%以上5重量%以下、である、ことも可能である。
また、前記スズの含有量は、75重量%以上95重量%以下であり、
前記ビスマスの含有量は、3.99重量%以上23.99重量%以下である、ことも可能である。
また、さらにリンを含有する、ことも可能である。
また、前記リンの含有量は、0.01重量%以上0.1重量%以下である、ことも可能である。
また、上記目的を達成するため、この発明の第2の観点に係る外部電極型蛍光ランプは、
ガラス管バルブと、
前記ガラス管バルブの内面に形成された蛍光体層と、
前記ガラス管バルブの内部に封入された放電媒体と、
前記ガラス管バルブの外側に形成された、前記放電媒体を放電させる電極部と、
前記電極部を前記ガラス管バルブに固定させるため、前記電極部と前記ガラス管バルブとの間に設けられたハンダ層と、を有し、
前記ハンダ層は銅を含有する、ことを特徴とする。
また、前記ハンダ層は、さらにスズ及びビスマスを含有する、ことも可能である。
また、前記銅の含有量は、0.1重量%以上5重量%以下、であることも可能である。
また、前記スズの含有量は、75重量%以上95重量%以下であり、
前記ビスマスの含有量は、3.99重量%以上23.99重量%以下である、ことも可能である。
また、前記ハンダ層は、さらにリンを含有する、ことも可能である。
また、前記リンの含有量は、0.01重量%以上0.1重量%以下である、ことも可能である。
また、前記ガラス管バルブの管径は、2.0mm以上5.0mm以下の内径である、ことも可能である。
また、前記ガラス管バルブの肉厚は、0.3mm以上1.0mm以下である、ことも可能である。
また、前記ガラス管バルブを形成するガラスは、軟質高誘電率ガラスである、ことも可能である。
また、上記目的を達成するため、この発明の第3の観点に係る液晶表示装置は、
請求項7乃至15のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプをバックライトに使用した液晶表示装置である。
本発明に係る外部電極型蛍光ランプは、電極部が強固に固定されている。
(実施形態1)
本実施形態に係る外部型蛍光ランプ111は、図1に示すように、ガラス管バルブ101の内面に蛍光体層107を有し、ガラス管バルブ101の外面に外部電極130を有する。ガラス管バルブ101の内部には放電ガス140が封入されている。
外部電極130とガラス管バルブ101との間にはハンダ層120が形成されている。ハンダ層120は、外部電極130をガラス管バルブ101に固定する。
ハンダ層120は、銅を含有するハンダを固化させたものである。ハンダ層120には銅が含有されているから、ハンダ層120を軟質にすることができる。ハンダ層120を軟質にできるから、ガラス管バルブ101の割れが起こりにくくでき、さらにガラス管バルブ101の表面に外部電極130の固定を強固にできる。
(実施形態2)
〔蛍光ランプ〕
図2に示すように、本実施形態に係る外部電極型蛍光ランプ111はガラス管バルブ101内部に電極を持たず、外部電極130を設けてガラス管バルブ101の内部のガスを放電させる。
外部電極型蛍光ランプ111は、ガラス管バルブ101と、外部電極130と、蛍光体層107と、を備える。ガラス管バルブ101内には放電ガス140が封入されている。外部電極130とガラス管バルブ101との間にはハンダ層120が形成されている。
蛍光体層107は、ガラス管バルブ101の内面に同心円状に形成されている。蛍光体層107は、放電ガス140内の水銀から照射される紫外線を可視光に変換する。蛍光体層107は、白色光を発することできるように、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体を含有する。赤色発光蛍光体はY:Eu、緑色発光蛍光体はLaPO:Ce,Tb、青色発光蛍光体はBaMgAl1627:Euから、それぞれ形成される。
蛍光体層107の厚みは、3μm以上50μm以下、好ましくは5μm以上30μm以下とするのが望ましい。蛍光体層107の厚みが50μmよりも厚い場合には蛍光体層107の膜剥がれの問題が起こりやすくなるからであり、一方、蛍光体層107の厚みが3μmよりも薄い場合には、蛍光体層107が透けてしまい、十分な発光を得ることが困難となるからである。
放電ガス140は、ガラス管バルブ101の中空部に充填され、所定量の水銀蒸気と希ガスから構成される。希ガスはガラス管バルブ101の内部の圧力を所定の減圧雰囲気に調整するためのものであり、アルゴンとネオンとの混合ガスである。アルゴンとネオンの比率は、例えば、Arが5重量%、Neが95重量%である。水銀蒸気は、蛍光体層107を励起する紫外線を得るためのものである。封入圧力は、1.3×103〜40×103Pa(10〜300Torr)である。
ガラス管バルブ101のそれぞれの外面両端には外部電極130が設けられている。外部電極130は、導電性の板状体をガラス管バルブ101に巻き付けたものであり、円筒形状のスリーブである。外部電極130は、アロイ合金(Fe−Ni合金)で形成される。それぞれの外部電極130どうしは互いに電気的に絶縁状態にある。
外部電極130の厚みは0.05mm〜0.2mmとすることが好ましい。厚みが0.05mmよりも小さいと外部電極130の剛性が乏しくなるおそれがあるからであり、一方、厚みが0.2mmよりも大きいと外部電極型蛍光ランプ111の微細化の要請に反するおそれがありうる。なお、実施形態における導電層132の厚みは0.1mmである。また、導電層132の長さは10mm〜35mmとすることが好ましい。
ガラス管バルブ101は直管形であり、全長は960mmである。ガラス管バルブ101の管径は、2.0mm以上5.0mm以下の内径とすることが好ましい。2.0mmよりも内径が小さいと、外部電極130間の抵抗が大きくなることで外部電極130が高熱になるおそれがあるからである。一方、5.0mmよりも内径が大きいと、輝度が不十分となる可能性があり、さらに薄型化の要求される表示装置のバックライトとして不適切なことがあるからである。本実施形態ではガラス管バルブ101の管径は内径で3.0mmである。
ガラス管バルブ101の肉厚は、0.3mm以上1.0mm以下とすることが好ましい。肉厚が0.3mmよりも小さくなるとガラス管バルブ101にピンホールが発生するおそれがある。一方、肉厚が1.0mmよりも大きくなると外部電極130間の電気抵抗が大きくなるおそれがあるからである。
ガラス管バルブ101を形成するガラスは、軟質高誘電率ガラスである。この軟質高誘電ガラスは1〜5GHzでの誘電率が18以上である。軟質高誘電率ガラスは、SiO、NaO、BaO、ZnO、MoO、Al、Nb、Sb、Biを含有する。
ガラス管バルブ101の内面の外部電極130の下になる部分には、保護層103が形成されている。保護層103は、ガラス管バルブ101内に封入した水銀とガラス管バルブを構成するガラス材料とが化学反応して、透明なガラス管バルブが着色することを防止する役割を有する。保護層103は、酸化イットリウム等のような金属酸化物から形成される。
外部電極130とガラス管バルブ101との間にはハンダ層120が形成されている。ハンダ層120は、スズの含有量が多く、ビスマスの含有量が低く形成されている。そのため、ハンダは固層線を155℃以上190℃以下の範囲で設定することができ、より具体的には165℃以上180℃以下の範囲で設定することができる。本実施形態に係るハンダでは固層線は171℃である。したがって、外部電極130が高温になったとしても、外部電極130を形成するハンダの溶解が起こりにくい。ガラス管バルブ101の内径が3mmの場合は外部電極130は約150℃程度まで発熱するものの、本実施形態に係るハンダ層120は溶解が起こりにくい。さらに、銅を含有しているから、ハンダ層120を軟質に形成でき、ガラス管バルブ101の割れが生じにくい。
[実施形態に係る蛍光ランプの製造方法]
次に、上記構成を有する蛍光ランプの製造方法を説明する。
まず、市販の中空のガラス管を所定の長さに切断し、切断したガラス管の内面を純水等で洗浄し、更に500〜600℃程度の温度で焼成して残存有機物などを分解することにより、ガラス管の内面を清浄する。
蛍光体層107を形成することになる赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体の粒子が分散媒に分散された分散液(蛍光体層分散液)を調整する。分散媒はエチルアルコールを用いる。なお、分散液にはバインダー成分が含有されていてもよい。バインダー成分は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを挙げることができる。バインダー成分は、蛍光ランプの製品中に残存すると不純物となり、製品としての寿命(耐久性)や輝度(明るさ)などに不具合をもたらす可能性もあるので、次に説明する焼成段階で揮散させ実質的に残らないようにする。
また、保護層103を形成することになる酸化イットリウム(Y)の粒子が分散媒に分散された分散液(保護層分散液)を調整する。
そして、ガラス管バルブ101の内面に、蛍光体層分散液を塗布する。また、保護層分散液も塗布する。そして焼成する。塗布方法としては噴霧法、ディップ法等を使用することができる。
続いて、ガラス管内部に水銀及び希ガスを封入し、ガラス管の端部を封止する。そして、ガラス管の端部に外部電極130を設ける。
外部電極130は、後述するハンダのペーストを導電性材料の板の上に塗布して、ハンダペースとした面が内側になるように導電性材料の板をガラス管バルブ101に巻き付けることで形成する。このとき、導電性材料の板の一方の面には銀メッキ層が形成されており、他方の面にはニッケルメッキ層が形成されている。銀メッキ層の上にハンダペーストを塗布するので濡れ性よくハンダペーストを塗布することができる。後述するように、ハンダにはビスマスが含有されているから、ハンダの融点を下げることができる。そのためハンダを塗布する際の作業温度を下げることができ、歩留まりを向上させることができる。
なお、外部電極130は、後述するハンダのペーストをガラス管バルブ101の上の電極形成部分の全周に塗布して、そのハンダペーストの上に円筒形状の外部電極130を嵌めることにより形成することも可能である。
外部電極130をガラス管バルブ101に形成した後は、乾燥させることで、図2に示したような実施形態に係る蛍光ランプ111を得ることができる。
[ハンダ]
本実施形態に係るハンダは、外部電極型蛍光ランプの外部電極をガラス管バルブに固定するために使用するハンダであり、銅を含有する。
ハンダには、さらにスズ及びビスマスが含有される。スズは75重量%以上95重量%以下含有し、ビスマスは3.99重量%以上23.99重量%以下含有する。より好ましくは、スズは78重量%以上92重量%以下含有し、ビスマスは6.99重量%以上20.99重量%以下含有する。さらに好ましくは、スズは82重量%以上88重量%以下含有し、ビスマスは10.99重量%以上16.99重量%以下含有する。
ハンダ合金のうち主成分はスズである。スズの含有量を75重量%以上95重量%以下とするとともに、ビスマスの含有量を3.99重量%以上23.99重量%以下とするように、スズの含有量を増加させ、ビスマスの含有量を減少させるから、ハンダの固層線を上昇させることができる。そのため、外部電極130が発熱したとしても外部電極130を固定するハンダが溶けにくい。
ビスマスの含有量は3.99重量%よりも小さくなると、ハンダの濡れ性が悪化するおそれがありうる。一方、ビスマスの含有量が23.99重量%よりも多くなると、ハンダの延性や加工性が悪くなるおそれがありうる。さらには、ビスマスの含有量が23.99重量%よりも多くなると、ハンダ層120の機械的強度がもろくなるおそれがある。
また、ハンダに銅が含有されているから、ハンダ合金自体を軟質にすることができる。そのため、ガラス管バルブ101の割れが生じにくくでき、さらにガラス管バルブ101の表面に外部電極130の固定を強固にできる。
銅の含有量は、0.1重量%以上5重量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.3重量%以上3.2重量%以下である。さらに好ましくは、0.5重量%以上1.4重量%以下である。銅の含有量が0.1重量%よりも小さいと、ハンダ合金の軟質化の程度が低い。一方、銅の含有量が5重量%よりも多いと、ハンダ合金の軟質化により、形成されたハンダ層120の物理的耐久性が不足するおそれがありうる。
また、ハンダにはリンが含有されていることが好ましい。リンの含有量は、0.01重量%以上0.1重量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.01重量%以上0.05重量%以下である。リンの含有量が0.01重量%よりも少ないとハンダ合金の濡れ性がよくならないおそれがある。一方リンの含有量が0.1重量%よりも多いとハンダ合金の粘性が増加してハンダ合金の流動性を阻害し、作業時に困難をきたすおそれがありうる。
表1に、スズ、ビスマス、リン、銅の含有割合を種々変更させた場合におけるハンダの溶解の程度についての結果を示す。使用したガラス管バルブ101の内径は3mmである。ガラスは軟質高誘電率ガラスである。ハンダを用いてガラス管バルブ101に固定した外部電極130は、42アロイ合金を材料とする板状体を巻き付けたものである。外部電極型蛍光ランプ111の点灯時間を50時間として、外部電極130を固着するハンダを用いたハンダ層120の溶解の程度を調べた。二重丸は全く溶解しないである。丸は溶解の程度がほとんどないである。△は溶解の程度はややあるものの、問題はないである。バツは溶解が見られ、製品として使用することは難しい場合である。
Figure 2009125769
実施例2が示すように、スズの含有量の下限は75重量%であり、ビスマスの含有量の上限は23.99重量%である。また、実施例13が示すように、スズの含有量の上限は95重量%であり、ビスマスの含有量の下限は3.99重量%である。
好ましくは、実施例4が示すように、スズの含有量の下限は78重量%であり、ビスマスの含有量の上限は20.99重量%である。また、実施例11が示すように、スズの含有量の上限は92重量%であり、ビスマスの含有量の下限は6.99重量%である。
さらに好ましくは、実施例6が示すように、スズの含有量の下限は82重量%であり、ビスマスの含有量の上限は16.99重量%である。また、実施例9が示すように、スズの含有量の上限は88重量%であり、ビスマスの含有量の下限は10.99重量%である。
また、実施例19及び実施例35が示すように、銅の含有量の下限は0.1重量%であり、上限は5.00重量%である。より好ましくは、実施例19及び実施例30が示すように、下限は0.3重量%であり、上限は3.20重量%である。さらに好ましくは、実施例20及び実施例25が示すように、下限は0.50重量%であり、上限は1.40重量%である。
〔液晶表示装置〕
液晶表示装置600は、図3に示すように、例えば32インチテレビである。液晶表示装置600は、液晶パネル等を含む液晶画面ユニット310と、実施形態に係る外部電極型蛍光ランプ111をバックライトに使用したバックライトユニットと、高周波安定器320と、を有する。
液晶画面ユニット310は、液晶パネル、駆動モジュールを備え、外部からの画像信号に基づいてカラー画像を形成する。液晶画面ユニット310は直方体形状の筐体330に嵌め込まれている。筐体330は脚立340にて支えられている。
高周波安定器320は、バックライトユニット内部の外部電極型蛍光ランプ111の全てを点灯させる点灯回路である。そして、外部電極型蛍光ランプ111は、点灯周波数40kHz〜100kHz、ランプ電流3.0mA〜8.0mAで動作される。
(実施形態3)
上述の実施形態では、外部電極130は円筒形状であった。もっともこのような実施形態に限定されない。
図4に示すように、外部電極130はガラス管バルブ101をその円周方向に取り巻く金属板から形成することも可能である。外部電極130は、円周方向の一箇所が幅方向に一部重なっており、いわゆる「深巻き」構造である。いわゆる「深巻き」構造であるから、バネ性をもたすことができ、取付が容易であるとともに、ガラス管バルブ101の割れを防止することができる。このような構造の外部電極130も、ハンダ層120にてガラス管バルブ101に固着され、外部電極130が高熱になったとしてもハンダ層120は溶解しにくい。
(実施形態4)
また、図5に示すように、外部電極130はガラス管バルブ101をその円周方向に取り巻く金属板から形成し、円周方向の一箇所が幅方向にわたって切れていて、切れ目の両端が離れている、いわゆる「C」字状の構造である。いわゆる「C」字状構造であるから、バネ性をもたすことができ、取付が容易であるとともに、ガラス管バルブ101の割れを防止することができる。このような構造の外部電極130も、ハンダ層120にてガラス管バルブ101に固着され、外部電極130が高熱になったとしてもハンダ層120は溶解しにくい。
(その他の実施形態)
上記実施形態で示した、形状、サイズ、材質は、例示であり、上述したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、ガラス管バルブ101は直管形状であった。もっともこれに限定されない。U字形状、W字形状、L字形状、コの字形状、環形状等に屈曲してあってもよい。
上述の実施形態では、放電ガス140に含有される希ガスは、アルゴンとネオンとの混合ガスを用いた。もっともこれに限定されない。希ガスとしては、クリプトンを単独で若しくはアルゴン及びネオンに混合させて用いることができる。さらにはその他の不活性ガスを混合して用いることも可能である。
実施形態に係るハンダ合金にゲルマニウムを添加することも可能である。ゲルマニウムを添加することによりハンダ合金の濡れ性をさらに向上させることができる。ゲルマニウムは、0.001重量%以上0.1重量%以下添加することが可能である。
実施形態1にかかる外部電極型蛍光ランプを説明する図である。 実施形態2に係る外部電極型蛍光ランプを説明する図であり、外部電極は円筒形状であることを示す図である。 実施形態に係る液晶表示装置を説明する図である。 実施形態3に係る外部電極型蛍光ランプを説明する図であり、外部電極はいわゆる深巻き構造であることを示す図である。 実施形態4に係る外部電極型蛍光ランプを説明する図であり、外部電極はいわゆるC字形状の構造であることを示す図である。
符号の説明
101 ガラス管バルブ
103 保護層
107 蛍光体層
111 蛍光ランプ
120 ハンダ層
130 外部電極
140 放電ガス
310 液晶画面ユニット
320 高周波安定器
330 筐体
600 液晶表示装置

Claims (16)

  1. 外部電極型蛍光ランプの外部電極をガラス管バルブに固定するために使用するハンダであって、
    銅を含有することを特徴とするハンダ。
  2. 前記ハンダは、さらにスズ及びビスマスを含有する、
    ことを特徴とする請求項1記載のハンダ。
  3. 前記銅の含有量は、0.1重量%以上5重量%以下、である、
    ことを特徴とする請求項1又は2記載のハンダ。
  4. 前記スズの含有量は、75重量%以上95重量%以下であり、
    前記ビスマスの含有量は、3.99重量%以上23.99重量%以下である、
    ことを特徴とする請求項2記載のハンダ。
  5. さらにリンを含有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のハンダ。
  6. 前記リンの含有量は、0.01重量%以上0.1重量%以下である、
    ことを特徴とする請求項5記載のハンダ。
  7. ガラス管バルブと、
    前記ガラス管バルブの内面に形成された蛍光体層と、
    前記ガラス管バルブの内部に封入された放電媒体と、
    前記ガラス管バルブの外側に形成された、前記放電媒体を放電させる電極部と、
    前記電極部を前記ガラス管バルブに固定させるため、前記電極部と前記ガラス管バルブとの間に設けられたハンダ層と、を有し、
    前記ハンダ層は銅を含有する、
    ことを特徴とする外部電極型蛍光ランプ。
  8. 前記ハンダ層は、さらにスズ及びビスマスを含有する、
    ことを特徴とする請求項7記載の外部電極型蛍光ランプ。
  9. 前記銅の含有量は、0.1重量%以上5重量%以下、である、
    ことを特徴とする請求項7又は8記載の外部電極型蛍光ランプ。
  10. 前記スズの含有量は、75重量%以上95重量%以下であり、
    前記ビスマスの含有量は、3.99重量%以上23.99重量%以下である、
    ことを特徴とする請求項8記載の外部電極型蛍光ランプ。
  11. 前記ハンダ層は、さらにリンを含有する、
    ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  12. 前記リンの含有量は、0.01重量%以上0.1重量%以下である、
    ことを特徴とする請求項11記載の外部電極型蛍光ランプ。
  13. 前記ガラス管バルブの管径は、2.0mm以上5.0mm以下の内径である、
    ことを特徴とする請求項7乃至12のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  14. 前記ガラス管バルブの肉厚は、0.3mm以上1.0mm以下である、
    ことを特徴とする請求項7乃至13のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  15. 前記ガラス管バルブを形成するガラスは、軟質高誘電率ガラスである、
    ことを特徴とする請求項7乃至14のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  16. 請求項7乃至15のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプをバックライトに使用した液晶表示装置。
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