JP2009252366A

JP2009252366A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2009252366A
Application number: JP2008095112A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Tanaka; 規之田中
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】ガラス管に含まれるナトリウムと水銀との反応を抑制することができ、ナトリウムによる水銀の消費を抑制し、蛍光ランプの寿命を延長することができ、また、ガラス管に含まれるナトリウムと蛍光体との反応を抑制することができ、蛍光体の劣化による蛍光の発光量が低減するのを抑制し、また、黒褐色の反応生成物がガラス管に付着することによる蛍光の透過率が低下するのを抑制し、輝度が低下するのを抑制できる蛍光ランプを提供する。
【解決手段】水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管内壁に設けられた蛍光体層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、蛍光体層が、蛍光体物質と、酸とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプに関し、より詳しくは、耐久性を向上させ、長寿命の蛍光ランプに関する。

蛍光ランプは、内部に希ガスと水銀とを気密に保持したガラス管の両端部付近に設けられる電極に電圧を印加して、希ガスを電離させ、電離した希ガスを電極に衝突させて二次電子を放出させグロー放電を生起させ、これにより励起された水銀が、２５３．７ｎｍの紫外線を放射する。この紫外線を受けたガラス管の内壁面に設けられる蛍光体が可視光を発光する。この種の蛍光ランプのガラス管として、ソータガラスは、環境負荷が低く、安価であり、多用されている。しかしながら、蛍光ランプの点灯時に、ソーダガラス管中でナトリウムが移動し表面に析出し、水銀蒸気と反応して水銀を消費し、蛍光ランプの寿命を短縮させる。また、ナトリウムが蛍光体を劣化させ蛍光の発光量を低減させ、また、ナトリウムと蛍光体との反応生成物がガラスバルブを黒褐色に着色させて可視光の透過率を低下させることにより、蛍光ランプの輝度が低下する等の問題がある。

このような問題点を解消するため、水銀原子とガラスエンベロープ中のナトリウム原子とのアマルガム化を阻止するために、カリウム塩等を含有する水銀障壁を有するランプ（特許文献１）や、金属酸化物前駆体を分散した分散液に加水分解を促進するために酢酸等を加えた分散液と、蛍光体スラリーとを、それぞれガラス基材にコーティングした後、一度に焼成して保護膜及び蛍光層を形成する蛍光ランプの製造方法（特許文献２）等が報告されている。
特開２００３−３３１７８６特開２００７−１８００１９

本発明の課題は、ガラス管に含まれるナトリウムと水銀との反応を抑制することができ、ナトリウムによる水銀の消費を抑制し、蛍光ランプの寿命を延長することができ、また、ガラス管に含まれるナトリウムと蛍光体との反応を抑制することができ、蛍光体の劣化による蛍光の発光量が低減するのを抑制し、また、黒褐色の反応生成物がガラス管に付着することによる蛍光の透過率が低下するのを抑制し、輝度が低下するのを抑制できる蛍光ランプを提供することにある。

本発明者らは、ガラス管に含まれるナトリウムが蛍光ランプの使用時に表面に移動し、蛍光体や水銀と反応するのを抑制できる種々の物質について検討を行った。その結果、蛍光体層や保護層に酸を含有させることにより、ガラス管に含まれるナトリウムが水銀や蛍光体との反応より速く、酸と反応し、これにより、ガラス管に含まれるナトリウムと水銀や蛍光体との反応を抑制することができることの知見を得た。かかる知見に基づき本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管内壁に設けられた蛍光体層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、蛍光体層が、蛍光体物質と、酸とを含むことを特徴とする蛍光ランプに関する。

また、水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管の内面に設けられた蛍光体層と、ガラス管内壁と蛍光体層間に設けられた保護層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、保護層が、金属酸化物と、酸とを含むことを特徴とする蛍光ランプに関する。

本発明の蛍光ランプは、ガラス管に含まれるナトリウムと水銀との反応を抑制することができ、ナトリウムによる水銀の消費を抑制し、蛍光ランプの寿命を延長することができる。また、ガラス管に含まれるナトリウムと蛍光体との反応を抑制することができ、蛍光体の劣化による蛍光の発光量が低減するのを抑制し、また、黒褐色の反応生成物がガラス管に付着することによる蛍光の透過率が低下するのを抑制し、輝度が低下するのを抑制できる。

本発明の蛍光ランプは、水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管内壁に設けられた蛍光体層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、蛍光体層が、蛍光体物質と、酸とを含むことを特徴とする。

本発明の蛍光ランプに用いるガラス管としては、可視光を透過する材質のものであればいずれのものであってもよい。ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、その他、アルミノケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等を挙げることができる。これらのうち、特に、ソーダガラスはナトリウムの含有量が多く、本発明の効果を顕著に得ることができる。

上記ガラス管の形状としては直管型、湾曲型、環形、バルブ型等いずれであってもよく、また、その口径もいずれであってもよい。ガラス管の肉厚としては、蛍光ランプの種類に応じて選択すればよく、具体的には、熱電極蛍光ランプであれば、例えば、１．０±０．１ｍｍを挙げることができ、液晶表示装置用の冷陰極蛍光ランプであれば、例えば、０．２〜０．５ｍｍ等を挙げることができる。

上記ガラス管内に封入される希ガスは、電極に始動電圧が印加されるとガラス管内に存在する電子、あるいは、エミッタから放出される電子により電離され、これらが電極に衝突し、２次電子を放出させる機能を有する。希ガスとしては、アルゴンやネオン等を用いることができる。ガラス管に封入する希ガスの量としては、例えば、蛍光ランプの点灯時のガラス管内における圧力が、熱電極蛍光ランプであれば、２ｔｏｒｒ付近、冷陰極蛍光ランプであれば、３０〜１００ｔｏｒｒ等となるような量を挙げることができる。

上記ガラス管内に封入される水銀は、上記電離した希ガスにより生成される２次電子により生じるグロー放電により励起され、２５３．７ｎｍを含む紫外線を発生する。ガラス管に封入する水銀の量としては、例えば、蛍光ランプの点灯時のガラス管内における水銀の蒸気圧が例えば、１〜１０Ｐａ等となるような量を挙げることができる。

上記ガラス管内壁には蛍光体層が設けられる。蛍光体層は、水銀原子から放射される２５３．７ｎｍ等の紫外線により可視光を発光する蛍光体を含有する。蛍光体としては、熱に対して劣化が少なく、また、水銀の吸着が少なく、蛍光ランプの始動時において水銀蒸気圧が高い状況が継続する場合があるが、そのような場合においても、蛍光体が吸着する水銀によるガラス管の劣化を抑制することができるものが好ましい。このような蛍光体として、例えば、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇、Ｓｒ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ等を挙げることができる。また、蛍光体層は、このような蛍光体を適宜組み合わせて含有することにより、水銀から放射される２５３．７ｎｍの紫外線により励起され、各蛍光体から緑色、赤色、青色領域の可視光を発光させ、演色に優れた白色光を得るようにしてもよい。蛍光体層の厚さとしては、１５〜３０μｍ等を挙げることができる。

上記蛍光体層は、更に酸を含有する。かかる酸としては、具体的には、リン酸、塩酸、ホウ酸、硫酸、硝酸等、また、リン酸、ホウ酸、硫酸、硝酸等が加熱により変化した脱水物や脱水縮合物等も含まれる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの酸は蛍光体層中に、０．０１〜５質量％の範囲で含有されることが好ましい。蛍光体層が酸を含有することにより、ガラス管に含まれるナトリウムは、水銀や蛍光体と反応する前に酸と反応し、アマルガムの形成や蛍光体の劣化を抑制することができる。

上記透光管内には上記水銀原子から紫外線を放射させるための放電を発生させる手段として１対の電極が設けられる。かかる電極としては、熱電極、冷陰極、外部電極等いずれであってもよい。熱電極としては、例えば、バリウム、カルシウム、ストロンチウム等の酸化物等のエミッタ物質を塗布したタングステンコイル等からなる熱電極を挙げることができる。熱電極間に電圧が印加されると、エミッタから放出される電子により希ガスを電離させ、この希ガスのイオンが電極に衝突してグロー放電を生起させ、水銀を励起して紫外線を放出させる。冷陰極としては、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステン等により成形されたカップ状の電極を開口を対向させて、透光管両端部に配置させたものを挙げることができる。また、外部電極としては、アルミニウム、鉄、ニッケルやその合金等の箔を用い、透光管の両末端部近傍の外周面に、金属粒子等を混合したシリコン樹脂等の導電性粘着剤や半田等を介して設けることができる。これらの電極の近傍には、冷陰極や外部電極の場合、放電を促進させるための電子放出物質として酸化セシウム等のセシウム含有物質を設けることもできる。

また、本発明の蛍光ランプは、上記ガラス管内壁と蛍光体層間に保護層を有していてもよい。保護層は、水銀から放出される紫外線のうち、蛍光体の励起に使用されない余剰の紫外線がガラス管外へ透過するのを抑制することができる物質や、また、ガラス管に含有されるナトリウムと水銀又は蛍光体との反応を抑制することができる物質を含有するものが好ましい。ナトリウムと水銀又は蛍光体との反応を抑制することができる物質としては、具体的には、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化ランタン、酸化マグネシウム等の金属酸化物を挙げることができる。また、紫外線透過抑制物質としては、紫外線を吸収する物質であることが好ましく、具体的には、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化チタン等の金属酸化物を挙げることができる。

上記保護層は、更に酸を含有することが好ましい。かかる酸としては、具体的には、上記蛍光体層に含有される酸と同様の酸を挙げることができる。これらの酸は保護層中に、０．０１〜５質量％の範囲で含有されることが好ましい。

上記保護層の厚さとしては、０．０１〜１μｍ等を挙げることができる。

上記保護層を有する場合、保護層も酸を含有する場合を述べたが、本発明の蛍光ランプにおいては、蛍光体層又は保護層のいずれか一方が酸を有するものであってもよい。

このような蛍光ランプを製造する方法としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。ガラス管内に保護層を形成する。保護層は上記金属酸化物と酸を分散した分散液を調製する。分散媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、キシレン、トルエン等を、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。分散液中に含有される金属酸化物は分散液全体に対し、０．１〜１０質量％の範囲が好ましい。また、分散液中に含有される酸は、金属酸化物に対し０．０１〜５質量％の範囲が好ましく、より好ましくは０．０５〜１質量％の範囲である。分散液にはその他、上記の物質の機能を阻害しない範囲において、分散剤、エチルセルロースや硝化綿等の粘度調整剤、結着剤等の添加剤を含有させることができる。

上記分散液を塗布、浸漬、噴射等の方法によりガラス管内壁に塗工し、乾燥して保護層を設ける。乾燥は、自然乾燥であってもよいが、２５〜９０℃、１〜１０分で加熱して行うことができる。

その後、保護層上に蛍光体層を形成する。蛍光体層は上記蛍光体と酸を分散した分散液を調製し、これを、保護層上に塗布、浸漬、噴射等の方法により塗工し、乾燥して形成することができる。蛍光体層を形成する分散液に用いる分散媒としては、具体的には、上記保護層を形成するために例示した分散液と同様の分散媒を用いることができる。分散媒中に含有される蛍光体量は分散液の比重が１．０５〜１．８となるような範囲が好ましい。また、酸の含有量は０．５〜１質量％の範囲が好ましい。更に、この分散液には、その他、上記の物質の機能を阻害しない範囲において、分散剤、エチルセルロースや硝化綿等の粘度調整剤、結着剤等の添加剤を含有させることができる。

この分散液を塗布、浸漬、噴射等の方法により保護層上に塗工し、乾燥して蛍光体層を設ける。乾燥は、自然乾燥であってもよいが、２５〜９０℃、１〜１０分で加熱して行うことができる。

その後、ガラス管の両端を、リード線を接続した電極を配置してステムや、ガラスビーズ等で封止した後、希ガス及び水銀を封入する。外部電極を有する蛍光ランプの場合は、ガラス管を封止した後、ガラス管外部に導電性接着剤等で電極を接着し、希ガス及び水銀を封入する。

上記方法は、保護層及び蛍光体層双方に酸を含有する蛍光ランプの製造方法であるが、酸を含有させない保護層、蛍光体層を作成する場合は、酸を含有しない分散液を用いて、同様に製造することができる。

また、酸を含有しない保護層を形成した後、酸を含有する液を保護層上に塗工、乾燥して、酸を含有する保護層を形成し、その上に蛍光体層を形成することもできる。

本発明の蛍光ランプにおいては、蛍光体層若しくは保護層、又はこれらの双方が酸を含有することにより、ガラス管に含有されるナトリウムと、水銀や蛍光体との反応を抑制することができ、長寿命であり、輝度の低下を抑制することができる。

本発明の蛍光ランプを熱電極蛍光ランプに適用した一例を、図１に示す。図１（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）中に図示するＢの部分断面図である。図１に示す熱電極蛍光ランプ１０は、ソーダガラスによって形成されたガラス管１を有する。ガラス管１は、例えば、１５．５〜３８ｍｍの外径を有するものを使用することができる。ガラス管１の内壁面に、そのほぼ全長に亘って、金属酸化物と酸を含有する保護層２を有する。保護層２は、例えば、酸化イットリウム等の金属酸化物を含む分散水に、リン酸が金属酸化物に対して０．５質量％になるように含有させ、粘度を調整した分散水を、ガラス管１内に吸い上げることにより塗布し、６０〜８０℃、１〜５分で乾燥して、厚さ１μｍ以下に形成することができる。保護層２上には、蛍光体と酸を含有する蛍光体層３が積層されている。蛍光体層３は、例えば、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ等の蛍光体を含む分散水に、リン酸が蛍光体に対して０．１質量％になるように含有させ、粘度を調整した分散水を、ガラス管１内に吸い上げることにより塗布し、６０〜８０℃、１〜１０分で乾燥して、厚さ２０〜３０μｍに形成することができる。

ガラス管１の両端部は、電極６が設けられたステム５により閉塞され、ガラス管の内部空間には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。また、ガラス管１の両端部外側には、ステム５に接続された口金７が設けられている。

本発明の蛍光ランプを冷極蛍光ランプに適用した一例を、図２に示す。図２の概略断面図に示す冷陰極蛍光ランプ２１は、ソーダガラスによって形成されたガラス管２２の両端はビードガラス２３で気密に封止されている。ガラス管２２は、例えば、１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５〜５．０ｍｍの外径を有するものを使用することができる。ガラス管２２の内壁面には、そのほぼ全長に亘って、酸を含有する保護層２４ａが設けられ、更に、保護層上に、酸を含有する蛍光体層２４ｂが設けられる。保護層２４ａ、蛍光体層２４ｂは上記熱電極型蛍光ランプと同様の方法により形成することができる。ガラス管２２の内部空間２５には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。ガラス管２２の両端部近傍には、それぞれ、例えば、外径０．７〜３．５ｍｍ、厚さ０．０５〜１．０ｍｍのカップ状電極２７が、開口部２０が相互に対向するように配置されている。各リード線２９が、その一端が電極２７の底面部に溶接され、他端がビードガラス２３を貫通してガラス管２２の外部に引き出されて、設けられる。

また、本発明の蛍光ランプを外部電極蛍光ランプに適用した一例を、図３に示す。図３（ａ）の側面図、（ｂ）の概略断面図に示す外部電極蛍光ランプ３１は、両端が封止されたソーダガラス製のガラス管３２を有する。ガラス管３２の外径は、１．５〜６．０ｍｍの範囲内、好ましくは１．５〜５．０ｍｍの範囲内を挙げることができる。ガラス管３２の内壁面には、そのほぼ全長に亘って、酸を含有する保護層３３ａが設けられ、更に、保護層上に、酸を含有する蛍光体層３３ｂが設けられている。保護層３３ａ、蛍光体層３３ｂは上記熱電極型蛍光ランプと同様の方法により形成することができる。ガラス管３２の内部空間には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。ガラス管３２の両末端部の外周面には、外部電極３４が設けられる。外部電極３４はアルミニウム、ニッケル等の金属箔を、シリコン樹脂に金属粉体を混合した導電性粘着剤等によりガラス管３２外面に接着して設けることができ、ガラス管３２の末端全体を被覆して設けることもできる。外部電極の長手方向の長さＬ１としては、例えば、１０〜３５ｍｍを挙げることができる。外部電極には図示しないリード線が接続され、リード線を介して電極に電圧が印加可能となっている。

上記蛍光ランプにおいては、具体的には、酸を含有しない蛍光体層及び保護層を有する蛍光ランプと比較して、輝度の低下を、２〜５％の範囲にすることができ、寿命を延長することができる。

上記実施例においては、保護層と、蛍光体層、双方に酸を含有したものを挙げたが、本発明はこれに限定されず、保護層又は蛍光体層のいずれか一方に酸を含有するものであってもよい。

本発明の蛍光ランプを適用した一例の熱電極蛍光ランプを示す概略構成図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。本発明の蛍光ランプを適用した他の例の冷陰極蛍光ランプを示す概略断面図を示す図である。本発明の蛍光ランプを適用した他の例の外部電極型蛍光ランプの側面図（ａ）及び概略断面図（ｂ）を示す図である。

符号の説明

１、２２、３２ガラス管
２、２４ａ、３３ａ保護層
３、２４ｂ、３３ｂ蛍光体層
６電極
１０熱電極蛍光ランプ
２１冷陰極蛍光ランプ
２７カップ状電極（電極）
３１外部電極蛍光ランプ
３４外部電極（電極）

Claims

水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管内壁に設けられた蛍光体層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、蛍光体層が、蛍光体物質と、酸とを含むことを特徴とする蛍光ランプ。
ガラス管内壁と蛍光体層間に保護層を有し、該保護層が金属酸化物と、酸とを含むことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
水銀及び希ガスを封入したガラス管と、該ガラス管の内面に設けられた蛍光体層と、ガラス管内壁と蛍光体層間に設けられた保護層と、１対の電極とを有する蛍光ランプにおいて、保護層が、金属酸化物と、酸とを含むことを特徴とする蛍光ランプ。
酸が、リン酸、塩酸、ホウ酸、硫酸、硝酸のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の蛍光ランプ。