JP2010205635A

JP2010205635A - 希ガス蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2010205635A
Application number: JP2009051624A
Authority: JP
Inventors: Koji Tagawa; 幸治田川; Nobuyoshi Hishinuma; 宣是菱沼
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-16
Also published as: KR20100100606A; CN101826442A; TW201034047A

Abstract

【課題】３００ｎｍ〜３５０ｎｍ程度の波長領域で、ブロードなピークを持つ紫外線を出射する、液晶とともに充填された、モノマーを重合する光源に適した希ガス蛍光ランプを提供すること。
【解決手段】発光管の外部に設けられた一対の電極と、発光管の内部に設けられた蛍光体層とを備え、発光管の内部に希ガスが封入された希ガス蛍光ランプにおいて、
前記発光管は、ホウケイ酸ガラス、及び／又は、アルミノケイ酸ガラスを主成分とし、遷移金属酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であり、アルカリ酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であるガラスよりなることを特徴とする希ガス蛍光ランプ。
【選択図】図１

Description

本発明は発光管の内部に希ガスを封入した希ガス蛍光ランプに関する。特に、液晶パネルの製造工程において用いられる照射装置の光源である希ガス蛍光ランプに関する。

従来、マルチドメイン垂直配向型(Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔｍｏｄｅ)液晶パネルにおいては、液晶分子の配向規制(プレチルト)用構造物として基板上に土手(線状突起)が設けられている。しかし、土手は光を遮りバックライトの光を減じる為、表示画面の明るさを減じてしまうという問題があった。

近年、液晶分子を配向規制(プレチルト)させる方法として、液晶パネルを構成する２枚のガラス基板間に重合性成分(モノマー、またはオリゴマー等、以下モノマーと記述する)を含有した液晶を充填して、電圧を印加しながら紫外線を照射することにより、モノマーを重合して液晶分子の傾斜方向(プレチルト角)を規制する液晶パネルの製造方法が提案されている（特許文献１）。

また、従来から上記の紫外線照射用途に用いられるランプとして、例えば低圧水銀ランプが知られている（特許文献２）。図４は、従来の低圧水銀ランプを示す断面図である。
低圧水銀ランプ９の発光管９０は合成石英ガラスや溶融石英ガラス、ホウケイ酸ガラスなどよりなり、内部にフィラメントマウントからなる電極９３、９４を備えている。発光管９０内部には例えばアルゴン等の希ガスと水銀が封入され、両端が箔シールによって封止されている。
このような低圧水銀ランプ９は、放電により発光管９０内の水銀原子が電離および励起され、１８５ｎｍ、２５４ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍ等の波長帯の紫外線が得られる。

特開２００８−１２３００８号特開２００１−２２２９７３号

上記の液晶パネルの製造方法においては、紫外線の照射によってモノマーが重合されるが、同時に液晶にも紫外線が照射されるため、液晶の劣化が問題となる。
液晶は有機物であり、紫外線によって分子結合が分解される可能性がある。紫外線は波長が短くなるほど光子エネルギーが大きくなり、分子結合を分解する能力が高くなる。また、液晶材料は波長が短くなるにつれて吸収しやすくなる光吸収特性を持っている。したがって、３００ｎｍ程度より短い波長の紫外線は液晶を分解しやすいため、液晶材料に照射することは好ましくないと考えられる。
また、この方法においては、一般的に２枚のガラス基板は紫外線で硬化する封着剤で接着される。この硬化に用いる紫外線は３６５ｎｍ付近にピーク波長を持つ紫外線であるため、モノマーはこの紫外線によって重合しないよう、３６５ｎｍ付近の紫外線より短波長で感光するように設計されている。したがって、３００〜３５０ｎｍの波長領域の紫外線が必要となる。

しかし、従来の低圧水銀ランプにおいて、出射される光に含まれる波長３１３ｎｍのピークは、相対強度が非常に大きい。このように３００ｎｍ以上の長波長であっても、相対強度が大きすぎる場合には、液晶材料を分解してしまうおそれがあるため、このピーク波長を含む領域の紫外線はフィルタなど種々の手段によって抑制するという方策がとられる。したがって、発光物質として水銀を封入したランプにおいては、この発光ピークを含む３００〜３２０ｎｍ光を有効に利用できないという課題があった。
すなわち、液晶とともに充填されたモノマーを重合させるための紫外線としては３００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長領域において、相対強度が大きすぎる発光ピークがなく、比較的ブロードなピークをもつ波長を持つ光であることが好ましい。

以上により、本発明は３００ｎｍ〜３５０ｎｍ程度の波長領域で、ブロードなピークを持つ紫外線を出射する、液晶とともに充填された、モノマーを重合する光源に適した希ガス蛍光ランプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は発光管の外部に設けられた一対の電極と、発光管の内部に設けられた蛍光体層とを備え、発光管の内部に希ガスが封入された希ガス蛍光ランプにおいて、前記発光管は、ホウケイ酸ガラス、及び／又は、アルミノケイ酸ガラスを主成分とし、遷移金属酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であり、アルカリ酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であるガラスよりなることを特徴とする。

前記発光管の内面には、該発光管と同じガラス材料の粉末が堆積した反射層が、周方向の略半周にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ。

本発明によれば、発光管を構成するガラスがホウケイ酸ガラス、及び／又は、アルミノケイ酸ガラスを主成分とし、遷移金属酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であり、アルカリ酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であることにより、モノマーを重合するために適した光を取り出すことができ、紫外線による液晶の劣化を生じにくい希ガス蛍光ランプを提供することができる。

また、本発明によれば、発光管の内面には、発光管と同じ材料の粉末が堆積した反射層が設けられていることにより、被照射面でのランプからの紫外線照射強度が向上する。

本発明の第１の実施形態にかかる希ガス蛍光ランプを示す図であり、（ａ）希ガス蛍光ランプを長手方向に沿って切断した断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図である。本発明の希ガス蛍光ランプの発光スペクトルを示す図である。本発明の第２の実施形態にかかる希ガス蛍光ランプを示す図であり、（ａ）希ガス蛍光ランプを長手方向に沿って切断した断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図である。従来の低圧水銀ランプを示す断面図である。

以下に図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態にかかる希ガス蛍光ランプの断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図である。
図１において、希ガス蛍光ランプ１は、後述する所定のガラスよりなる、内部に放電空間Ｓを有する発光管１０を備え、発光管１０の外表面上に、発光管１０を挟んで一対の帯状の外部電極１３、１４が発光管１０の管軸方向に沿って配設されている。発光管１０の内面には主に紫外光を発光する蛍光体が全域にわたって塗布された蛍光体層１２が形成されている。
なお、発光管１０の形状については、断面が円形であるものに限られず、矩形、その他であってもよい。

これらの外部電極は、導電性のものであれば特に制限されるものではなく、例えば、金、銀、ニッケル、カーボン、金パラジウム、銀パラジウム、白金、アルミニウムなどを好適に用いることができ、発光管１０の外表面にテープ状金属を貼付したり、導電性ペーストをスクリーン印刷して焼成したりすることにより、実現できる。外部電極の給電部以外は、ガラスペーストを焼成した保護膜により被覆されている。
発光管１０の内部に封入される希ガスは、例えばキセノン、クリプトン、アルゴン、ネオンまたはそれらの混合ガスなどであり、１０〜３００Ｔｏｒｒ程度封入される。

本発明にかかる希ガス蛍光ランプにおいて好適に用いることができる蛍光体は、例えば、ユーロピウム付活ホウ酸ストロンチウム（Ｓｒ−Ｂ−Ｏ：Ｅｕ（以下単にＳＢＥと呼ぶ）、中心波長３６８ｎｍ）蛍光体、セリウム付活アルミン酸マグネシウムランタン（Ｌａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ：Ｃｅ（以下、単にＬＡＭと呼ぶ）、中心波長３３８ｎｍ（ただしｂｒｏａｄ））蛍光体、ガドリニウム、プラセオジム付活リン酸ランタン（Ｌａ−Ｐ−Ｏ：Ｇｄ、Ｐｒ（以下単にＬＡＰ：Ｐｒ，Ｇｄと呼ぶ）蛍光体、セリウム付活リン酸ランタン（ＬＡ−Ｐ−Ｏ：Ｃｅ（以下単にＬＡＰ：Ｃｅと呼ぶ））蛍光体などである。これらの蛍光体はいずれも波長２５０ｎｍ未満の領域の紫外線を吸収して、各々有する中心波長帯の紫外線に変換して放射する。

外部電極間に高周波電圧が印加されると、誘電材料である発光管１０を介して放電空間Ｓ内にエキシマ放電が発生し、このエキシマ放電により発生した真空紫外光によって蛍光体が励起されて発光管１０の外部に紫外光等が出射される。

以下に、本発明における発光管１０の構成および製造工程について説明する。
まず、発光管１０を構成する硬質ガラスの原材料となるＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＴｉＯ_２などの酸化物粉末を混合する。これらの原材料から製造される硬質ガラスにおいて、例えば紫外線の透過という点で良好なものとしては、ホウケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラス、軟化点：約８００℃）、アルミノケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラス、軟化点：約９００℃）などがあり、このような硬質ガラスは単独で用いたり、適宜の割合で混合したりして用いることができる。

混合した酸化物粉末に遷移金属を混合する。遷移金属であれば基本的に材料が限定されるものではなく、例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅなどを好適に用いることができる。これら遷移金属は、硬質ガラスの３００ｎｍ以下の波長の透過率を下げるために混合される。ガラスとなったときの遷移金属酸化物の含有量は、他の酸化物との重量の和に対して１〜５ｗｔ（重量）％であることが好ましい。例えば、ＴｉＯ_２を３ｗｔ％含有させることで３００ｎｍより短波長の紫外線の透過率を５０％以下に下げることができる。

さらに、酸化物粉末にアルカリ酸化物を混合する。ガラスとなったときのアルカリ酸化物の含有量は、１〜５ｗｔ％であることが好ましい。アルカリ酸化物は、ガラスの軟化点を下げるために添加され、発光管に使用されるガラスを製造工程で加工しやすくなるという効果がある。具体的には、例えばＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏなどを好適に用いることができる。

混合した酸化物粉末は、炉（坩堝）に入れられて加熱され、溶融される。温度は組成によって適宜設定されるが、例えば１０００〜１７００℃である。
一旦溶融したガラスを管引きして、所定の肉厚、内径のガラス管を形成することが出来る。

上記のようにして得られたガラス管によれば、硬質ガラスに１〜５ｗｔ％の遷移金属を含有させることにより、液晶を分解する恐れのある３００ｎｍ以下の紫外線の透過を抑制することができる。

本発明にかかる希ガス蛍光ランプにおいて、蛍光体より発せられる光は、モノマーの重合に有効な３００〜３５０ｎｍのブロードな特性を持ち、３４０ｎｍのピークを含む光である。
図２に本発明の希ガス蛍光ランプと従来の低圧水銀ランプの分光測定結果である発光スペクトルを示す。図２の測定結果において、希ガス蛍光ランプは実線で、低圧水銀ランプは点線で示した。相対強度は、それぞれの発光ピークを１００％とした値である。なお、希ガス蛍光ランプの蛍光体には前述のＬＡＭを用いた。
この図において、Ｂは低圧水銀ランプの水銀による３１３ｎｍの発光ピークであり、Ａは希ガス蛍光ランプの蛍光体によって励起された３４０ｎｍ近傍のブロードな発光ピークである。
前述のように、紫外線は波長が短くなるほど、分子結合を分解する能力が高くなるため、３１３ｎｍにＢのような強いピークが存在すると、液晶が劣化するおそれがあり好ましくない。また、モノマーを重合するための３４０ｎｍ近傍の相対強度は非常に低い。
一方、Ａは波長３４０ｎｍ近傍が中心波長であるブロードなピークであり、モノマーの重合を促進するのに適している。また、３００ｎｍ以下の短波長にむかうにしたがって相対強度が低下しているので、液晶の劣化を防ぐことができる。

以上のように、本発明の希ガス蛍光ランプは、３００〜３５０ｎｍのブロードな発光ピークを持つ光を出射するため、モノマーの重合する促進することができ、かつ液晶の劣化を防ぐことができる。また、３００〜３２０ｎｍの範囲には相対強度の大きいピークなどが存在しないため、これを遮蔽する必要が無く、この領域の光についてもモノマーの重合に利用することが出来る。

図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる希ガス蛍光ランプの断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図である。希ガス蛍光ランプ１については図１に示したものと同様の構成であり、反射層１５についてのみ相違するので説明を省略する。
図３（ｂ）に示すように、発光管１０の内表面には、周方向に略半周にわたって反射層１５が設けられている。蛍光体層１２はさらにこの反射層１５の内表面に設けられている。反射層１５は、例えば発光管１０と同じガラス材料の粉末による粒子堆積層であり、以下のようにして作製される。

ガラス粉末を用いて、反射層１５を形成するためのスラリーを作製する。使用するガラス粉末の平均粒径は０．５〜１０μｍであり、好ましくは１〜５μｍである。
このガラス粉末を、ニトロセルロースと酢酸ブチルの混合液（重量比１：４の割合）と混合する。この混合液をアルミナボールとともにボールミルにかけて十分にミリングすることで、ガラス粉末が分散されたスラリー（以下、単にガラススラリーとも呼ぶ）となる。

ガラススラリーは、発光管１０の材料となるガラス管の内面に塗布され、乾燥された後に焼成される。
焼成条件は、大気中において約５００〜７００℃、最高温度での保持時間が０．２〜１時間程度である。例えばホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス粉末を用いた場合には、６００〜７００℃で行うことが好ましい。この焼成過程によってガラス粉末は表面が軟化して、粒子同士の付着を起こすとともに、発光管１０にも付着することで反射層１５となる。
反射層１５は粒子全体が溶融する溶融温度まで昇温させず、表面だけで結合することにより結着するため、粒子形状を維持している。したがってこの反射層１５は、多数のガラス粒子が堆積した粒子堆積層である。このような反射層１５によれば、入射された紫外線は、その一部がガラス粒子の表面で反射され、また一部は屈折して粒子の内部を透過して再び別の表面で反射または屈折するなどして、紫外線を効率よく散乱反射する。
図３（ｂ）に示すように、発光管１０の周方向に略半周にわたって反射層１５が設けられている場合には、散乱反射によって矢印で図示した方向に光が出射される。これにより、被照射面でのランプからの紫外線強度が向上する。

硬質ガラスの粉末によるガラス層を焼成した後は、ガラス管を常温まで冷却し、調整済みの蛍光体のスラリーを発光管内に塗布する。
ガラス管の内面に蛍光体を塗布した後は、ガラス管内に乾燥窒素ガス等を流すことで蛍光体スラリーに含まれる酢酸ブチルを蒸発させる。

蛍光体を塗布して乾燥させたガラス管８０を炉に入れて焼成する。焼成条件は例えば大気中において約５００℃〜７００℃であり、最高温度での保持時間にして０．２〜１時間程度である。
以上により発光管材料用ガラス管８０の内面に、反射層１５と蛍光体層１２とを形成することが出来る。

１希ガス蛍光ランプ
１０発光管
１１ガラス層
１２蛍光体層
１３電極
１４電極
１５反射層
９低圧水銀ランプ
９０発光管
９３電極
９４電極
Ｓ放電空間

Claims

発光管の外部に設けられた一対の電極と、発光管の内部に設けられた蛍光体層とを備え、発光管の内部に希ガスが封入された希ガス蛍光ランプにおいて、
前記発光管は、ホウケイ酸ガラス、及び／又は、アルミノケイ酸ガラスを主成分とし、遷移金属酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であり、アルカリ酸化物の含有量が１〜５ｗｔ％であるガラスよりなることを特徴とする希ガス蛍光ランプ。
前記発光管の内面には、該発光管と同じガラス材料の粉末が堆積した反射層が、周方向の略半周にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ。