JP2009146892A - 外部電極型蛍光ランプ及び液晶表示装置 - Google Patents

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】ガラス管バルブの割れ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の外面両端部に形成された、放電媒体140を放電させる外部電極部130と、を有する。外部電極部130は、導電性材料の板からなり、ガラス管バルブ101の外面の集周りにわたって設けられる。導電性材料の板は、ガラス管バルブ101を形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成される。
【選択図】図2

Description

本発明は、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。
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。
そして、ガラス管バルブの管径が小さくなると、外部電極間の絶縁性を確保するために、ガラス管バルブの材質として軟質高誘電率ガラスが使用されることがある。
特開2006−164944号公報 特開2006−040857号公報
しかし、ガラス管バルブの材質として軟質高誘電ガラスを使用すると、ガラス管バルブと電極部との熱膨張率の差が大きく、ガラス管バルブが割れることがある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、管径の小さい軟質高誘電ガラスで形成されたガラス管バルブの割れが生じにくい電極部を有する外部電極型蛍光ランプ及び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、ガラス管バルブの割れが起こりにくい、外部電極型蛍光ランプ及び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面両端部に形成された、前記放電媒体を放電させる電極部と、を有し、
前記電極部は、前記ガラス管バルブを形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成される導電性材料の板からなり、前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって設けられる、導電層を有する、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、この発明の第2の観点に係る液晶表示装置は、
第1の観点に係る外部電極型蛍光ランプをバックライトに使用したことを特徴とする。
本発明に係る外部電極型蛍光ランプは、ガラス管バルブの割れが生じにくい。
(実施形態1)
本実施形態に係る外部電極型蛍光ランプ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の外側面に外部電極130を有する。
外部電極130は、ガラス管バルブ101を形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成される層である。そのため、外部電極型蛍光ランプ111を使用して外部電極130が発熱したとしても、ガラス管バルブ101とスリーブ状の外部電極130との膨張率の差に起因するガラス管バルブ101の割れが生じにくい。
(実施形態2)
〔外部電極型蛍光ランプ〕
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、ガラス管バルブ101の左右の外面に形成された外部電極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。
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よりも管径が小さいと、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よりも管径が大きいと、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。
図3(a)に示すように、外部電極130は、導電性材料の板からなる導電層132と、導電層132の上に形成された酸化防止層133と、を有する。また、導電層132の下には親和層131が形成され、外部電極130は三層構造である。親和層131は、後述するようにハンダ層120との親和のための層である。ここで、ハンダ層120と親和するとは、ハンダの濡れ性をよくすることである。
導電層132は、ガラス管バルブ101を形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成される。
具体的には、導電層132の熱膨張係数は、70×10−7/℃以上120×10−7/℃以下とすることが好ましく、より好ましくは、導電層132の熱膨張係数は、80×10−7/℃以上110×10−7/℃以下である。なお、ここでの熱膨張係数は、0℃〜300℃における熱膨張係数である。軟質高誘電率ガラスの熱膨張係数は約79×10−7/℃もしくは93×10−7/℃であるので、導電層132の熱膨張係数が70×10−7/℃よりも小さいとガラス管バルブ101を形成するガラスの熱膨張係数の差が大きくなり、ガラス管バルブ101に割れが生じるおそれがあるからである。また、導電層132の熱膨張係数が120×10−7/℃よりも大きくても、ガラス管バルブ101を形成するガラスの熱膨張係数の差が大きくなり、ガラス管バルブ101に割れが生じるおそれがある。
導電層132は、鉄を含有する材質で形成されている。好ましくは、導電層132は、鉄を主成分として、20%以下の割合でクロムを含有する材質で形成されている。クロムを含有させることにより、膨張率を上げることなく、耐酸化性及び耐腐食性を持たせることができる。具体的には、鉄を主成分として、炭素及びマンガンを含有するFe鋼板に、20%以下の割合でクロムを含有させた材質で形成されている。
また、耐酸化性を向上させるために、導電層132は、鉄を主成分として、20%以下の割合でニッケルを含有させた材質で形成されてもよい。ニッケルを含有させることにより、耐熱性を向上させることができる。さらに、導電層132は、鉄を主成分として、20%以下のクロムと、20%以下のニッケルとを含有し、クロムとニッケルの含有率の合計が40%以下の材質で形成されてもよい。クロムとニッケルを含有させることにより、耐腐食性を向上させることができる。具体的には、鉄を主成分として、炭素及びマンガンを含有するFe鋼板に、20%以下の割合でクロムと、20%以下のニッケルとを含有させた材質で形成されている。
なお、導電層132は、SUS403ステンレスを用いて形成することも可能である。SUS403ステンレスは、0〜300℃における熱膨張係数は110×10−7/℃である。また、導電層132は、SUS410ステンレスを用いて形成することも可能である。SUS410ステンレスは、0〜300℃における熱膨張係数は101×10−7/℃である。
導電層132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。
酸化防止層133は、導電層の酸化を防止する役割を有する金属メッキ層である。酸化防止層133の厚みは0.2μm〜0.4μmとすることが好ましい。厚みが0.2μmよりも小さいと酸化防止の機能が不十分となるおそれがあるからであり、一方、厚みが0.4μmよりも大きいと膜割れ等が生じるおそれがありうるからである。
酸化防止層133は、ニッケルを含有する材質で形成される。具体的には純度99%以上のニッケルメッキ膜で形成される。その他にも銅、スズ、亜鉛等でメッキすることも可能である。
親和層131は、銀を含有する材質で形成される。具体的には純度99%以上の銀メッキ膜で形成される。親和層133の厚みは0.2μm〜0.4μmとすることが好ましい。
なお、図3(b)に示すように、内側から外側に向けて、親和層131、酸化防止層133、導電層132、酸化防止層133、親和層131からなる五層構造で、外部電極部130を形成することも可能である。
外部電極130は円筒形状である。ガラス管バルブ101の両端部の外面に外部電極130は一つずつ設けられている。それぞれの外部電極130同士は互いに電気的に絶縁状態にある。
図2に示すように、ガラス管バルブ101の内面で外部電極130の内側にあたる部分には、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、外部電極130をガラス管バルブ101に固着させる役割を有する。
[実施形態に係る外部電極型蛍光ランプの製造方法]
次に、上記構成を有する外部電極型蛍光ランプ111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を形成するための分散液(蛍光体層分散液)を調整する。この分散液は、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液体であり、分散媒はエチルアルコールである。なお、分散液には、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の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、外部電極型蛍光ランプ111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があるので、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、ハンダペースト(ハンダ層120となる)を導電性材料の板の上に塗布して、ハンダペースト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(導電層132となる)の一方の面には銀メッキ層(親和層131)が形成されており、他方の面にはニッケルメッキ層(酸化防止層133)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。このようにして図2に示したような実施形態に係る外部電極型蛍光ランプ111を得ることができる。
なお、図3(b)に示した五層構造の板状体を用いる場合は、表面及び裏面のどちらも銀メッキ層(親和層131)となっているので、表面及び裏面のどちかを判別することなく、ハンダペーストを塗布することができ、作業工程の速度を上昇させ、歩留まりを向上させることができる。
〔液晶表示装置〕
液晶表示装置600は、図4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によって支えられている。
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。「深巻き」構造であるから、バネ性をもたすことができ、取り付け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。外部電極130は、ガラス管バルブ101を形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成されているので、ガラス管バルブ101の割れが生じにくい。
(実施形態4)
また、図6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。「C」字状構造であるから、バネ性をもたすことができ、取り付け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。外部電極130は、ガラス管バルブ101を形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成されているので、ガラス管バルブ101の割れが生じにくい。
(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。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が、これに限定されず、例えば、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が、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もできる。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。
その他、本発明の好適な変形として、以下の構成が含まれる。
本発明の第1の観点に係る外部電極型蛍光ランプについて、
好ましくは、前記導電性材料の板は、鉄を含有する材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、 また、前記導電性材料の板は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のクロムを含有する材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、また、前記導電性材料の板は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のニッケルを含有する材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、前記導電性材料の板は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のクロムと、20%以下のニッケルとを含有し、前記クロムとニッケルの含有率の合計が40%以下である材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、また、前記導電性材料の板は、さらに炭素及びマンガンを含有する材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、前記導電性材料の板の熱膨張係数が、70×10−7/℃以上120×10−7/℃以下である、ことを特徴とする。
好ましくは、前記電極部の上に、酸化防止のための酸化防止層を有する、ことを特徴とする。
好ましくは、前記酸化防止層は、ニッケルを含有する材質で形成されている、ことを特徴とする。
好ましくは、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。
好ましくは、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。
好ましくは、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。
好ましくは、前記電極部と前記ガラス管バルブとの間に、前記電極部を前記ガラス管バルブに固定させるためのハンダ層を有する、ことを特徴とする。
好ましくは、前記導電層の下に、前記ハンダ層との親和のための親和層を有する、ことを特徴とする。
好ましくは、前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付けた円筒形状である、ことを特徴とする。
好ましくは、前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付け、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、ことを特徴とする。
好ましくは、前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付け、円周方向の一箇所が幅方向に一部重なっている、ことを特徴とする。
実施形態1に係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。 外部電極を拡大して説明する図であり、そのうち(a)は三層構造であり、(b)は五層構造である。 本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 外部電極型蛍光ランプ
120 ハンダ層
130 外部電極
131 親和層
132 導電層
133 酸化防止層
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 (18)

  1. 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面両端部に形成された、前記放電媒体を放電させる電極部と、を有し、
    前記電極部は、前記ガラス管バルブを形成するガラスと同程度の熱膨張係数を有する材料で形成される導電性材料の板からなり、前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって設けられる、導電層を有する、
    ことを特徴とする外部電極型蛍光ランプ。
  2. 前記導電層は、鉄を含有する材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  3. 前記導電層は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のクロムを含有する材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項2に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  4. 前記導電層は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のニッケルを含有する材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項2に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  5. 前記導電層は、鉄を主成分として、質量百分率で、20%以下のクロムと、20%以下のニッケルとを含有し、前記クロムとニッケルの含有率の合計が40%以下である材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項2に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  6. 前記導電層は、さらに炭素及びマンガンを含有する材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  7. 前記導電層の熱膨張係数が、70×10−7/℃以上120×10−7/℃以下である、
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  8. 前記電極層の上に、酸化防止のための酸化防止層を有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  9. 前記酸化防止層は、ニッケルを含有する材質で形成されている、
    ことを特徴とする請求項8項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  10. 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1乃至9のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  11. 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1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1乃至11のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  13. 前記電極部と前記ガラス管バルブとの間に、前記電極部を前記ガラス管バルブに固定させるためのハンダ層を有する、
    ことを特徴とする請求項1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. 前記導電層の下に、前記ハンダ層との親和のための親和層を有する、
    ことを特徴とする請求項13に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  15. 前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付けた円筒形状である、
    ことを特徴とする請求項1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. 前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付け、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、
    ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  17. 前記電極部は、導電性材料の板を前記ガラス管バルブの外面の集周りにわたって巻き付け、円周方向の一箇所が幅方向に一部重なっている、
    ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の外部電極型蛍光ランプ。
  18. 請求項1乃至17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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