JP2012221622A - 蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷に対応して、発光効率が高く、外部に漏洩する紫外線の遮蔽効果が高く、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性に優れた蛍光ランプを提供する。
【解決手段】内部に放電により紫外線を発生する透光管と、該透光管の両端部近傍に設けられる電極と、該透光管の内壁に設けられ蛍光を発光する蛍光体を含む発光層とを有する蛍光ランプにおいて、発光層が、平均粒子径４μｍ以上、６μｍ以下の蛍光体と、平均粒子径０．０５μｍ以上、２μｍ以下のαアルミナを含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率のよい発光を行い、外部に漏洩する紫外線の遮蔽効果が高く、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性に優れた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保持した気密の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。

このような蛍光ランプとして、冷陰極蛍光ランプは、ノートパソコン、液晶モニタ、液晶テレビ等のバックライトとして、高負荷、高輝度、発光効率の高いものが要請され、特に、外部から供給される電子が限られる空間に配置される冷陰極蛍光ランプにおいては、始動までに要する時間を短縮させ、始動特性の向上を図ることが要請されている。更に、蛍光ランプには、環境保護の点から、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性の向上も、要請されている。

このような蛍光ランプとして、平均粒子径を６μｍ〜７μｍの青色発光体を用いることにより、光束を上げるために発光層を厚くしても、発光効率を低下させることなく、剥離が生じない蛍光層を有するもの（特許文献１）が報告されている。また、蛍光体粉末と、結着剤としてｐＨ７〜１０の範囲に等電点が存在しないように表面処理されたアルミナ粒子と、バインダとを含む蛍光体スラリーを用いることにより、アルミナ粒子の凝集を抑制し、塗工不良や輝度特性の低下を抑制した蛍光ランプ（特許文献２）が報告されている。

特開２００４−２４７０７４ 特開２００４−２５６９

本発明の課題は、高負荷に対応して、発光効率が高く、外部に漏洩する紫外線の遮蔽効果が高く、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性に優れた蛍光ランプを提供することにある。

本発明は、内部に放電により紫外線を発生する透光管と、該透光管の両端部近傍に設けられる電極と、該透光管の内壁に設けられ蛍光を発光する蛍光体を含む発光層とを有する蛍光ランプにおいて、発光層が、平均粒子径４μｍ以上、６μｍ以下の蛍光体と、平均粒子径０．０５μｍ以上、２μｍ以下のαアルミナを含有する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、高負荷に対応して、発光効率が高く、外部に漏洩する紫外線の遮蔽効果が高く、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性に優れる。

本発明の蛍光ランプの一例を示す構成図である。 本発明の蛍光ランプの一例を示す断面図である。 本発明の蛍光ランプの一例の蛍光の光束量を示す図である。

本発明の蛍光ランプは、内部に放電により紫外線を発生する透光管と、該透光管の両端部近傍に設けられる電極と、該透光管の内壁に設けられ蛍光を発光する蛍光体を含む発光層とを有する蛍光ランプにおいて、発光層が、平均粒子径４μｍ以上、６μｍ以下の蛍光体と、平均粒子径０．０５μｍ以上、２μｍ以下のαアルミナを含有することを特徴とする。

上記透光管としては、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。石英ガラス、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。

上記透光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、その管径もいずれであってもよく、熱陰極蛍光ランプであれば、例えば、１０〜４０ｍｍ等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、１．０〜１０．０ｍｍ等を挙げることができる。透光管の肉厚としては、蛍光ランプの種類に応じて選択すればよく、具体的には、熱陰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。

上記透光管内には、放電を発生させるための水銀、希ガス等が封入される。希ガスは、電極に始動電圧が印加されると透光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、キセノン、アルゴンやネオン等を用いることができる。透光管に封入する希ガスの量としては、例えば、蛍光ランプの通電時の透光管内における圧力が、熱陰極蛍光ランプであれば、１．５〜３．０ｔｏｒｒ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。

上記透光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。透光管に封入する水銀の量としては、例えば、蛍光ランプの通電時の透光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。

上記透光管内壁には蛍光体層が設けられる。蛍光体層は、紫外線照射により蛍光を発光する蛍光体と、αアルミナとを含む。

上記蛍光体としては、赤色領域の蛍光を発光する赤色領域蛍光体、緑色領域の蛍光を発光する緑色領域蛍光体、青色領域の蛍光を発光する青色領域蛍光体等を適宜組み合わせた３波長型蛍光体を挙げることができる。これらの蛍光体は、水銀からの紫外線によって励起され蛍光を発光する蛍光体や、更に、他の蛍光体から発光される蛍光により励起されて蛍光を発光する蛍光体を使用することができる。

上記蛍光体としては、例えば、赤色蛍光体として、ユーロピウム付活酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ等）、緑色蛍光体として、テルビウムセリウム付活リン酸ランタン（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ等）、青色蛍光体として、ユーロピウム付活アルミン酸バリウムマグネシウム（（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ等）や、ユーロピウム付活クロロリン酸ストロンチウムカルシウムバリウム（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ等）を挙げることができる。

これらの蛍光体は、平均粒子径が４μｍ以上、６μｍ以下の粒子を用いる。蛍光体粒子がこのような平均粒子径を有することにより、発光層中の蛍光体密度を上昇させ、蛍光ランプにおいて、蛍光の発光量を上昇させ、充分な輝度を得ることができる。蛍光体の平均粒子径は、５μｍ以上、６μｍ以下であることが好ましい。

蛍光体の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置による測定値を採用することができる。

上記発光層はこのような蛍光体と共に、αアルミナを含有する。αアルミナは、三方晶系のコランダム型結晶構造を有する酸化アルミニウムである。

αアルミナは、平均粒子径が０．０５μｍ以上、２μｍ以下のものを用いる。αアルミナがこの範囲の平均粒子径を有することにより、各蛍光体粒子間に適切な距離を配置することができ、発光層中の蛍光体密度が高く、層厚が厚い場合でも、紫外線を発光層の内部まで侵入させ、蛍光体を効率よく発光させることができる。αアルミナを含有することにより、スピネル型結晶構造を有するγアルミナや、結晶構造にアルカリ金属を含み、空気中で１６００℃以上に加熱されアルカリを失ってαアルミナに変換されるβアルミナを用いた場合には得られない、蛍光体の発光効率を上昇させるという効果を得ることができる。αアルミナの平均粒子径は、０．０５μｍ以上、０．１μｍ以下であることが好ましい。

このような結晶構造を有するαアルミナは、天然鉱物の鋼玉を用いてもよいが、ボーキサイトを原料とするバイヤー法や、バイヤー法により得られるアルミナを、３本の黒鉛電極を有するアーク炉を用い、電極間に電圧を印加して発生するアークにより溶融し、冷却して得られる電融法等により製造することができる。その粉砕方法としては、超微粒子用粉砕機を用いて粉砕する方法によることができる。

発光層中のαアルミナの含有量は、蛍光体に対して、２質量％以上、１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、２質量％以上、５質量％以下である。発光層中のαアルミナの含有量がこの範囲であれば、各蛍光体粒子間に、紫外線を行き亘らせることが可能な適切な距離を保持し、蛍光ランプにおいて効率のよい発光を得ることができる。

蛍光体層の厚さは、蛍光体及びαアルミナの含有量が、１ｃｍ²当たり４ｍｇ以上、８ｍｇ以下の範囲に相当する厚さであることが好ましい。より好ましくは、１ｃｍ²当たり４．５ｍｇ以上、６．０ｍｇ以下の範囲に相当する厚さを挙げることができる。蛍光体層の厚さが上記範囲であれば、蛍光ランプにおいて充分な輝度を得ることができる。

上記蛍光体層は、これらの機能を阻害しない範囲において、例えば、γアルミナ等の金属酸化物の粒子等を含有していてもよい。

上記蛍光ランプは、透光管の内壁と発光層間に、γアルミナ又はイットリアから選ばれる１種以上を含有する金属酸化物層を有することが好ましい。γアルミナやイットリアを含有する金属酸化物層は、発光層を透過した紫外線を反射して発光層へ戻すことにより、紫外線の透光管外への漏洩を抑制すると共に、金属酸化物層で反射され、再度、発光層に入射した紫外線により、蛍光体を励起し、蛍光ランプの輝度を上昇させる機能を有する。更に、ガラス等の透光管に含まれるアルカリ金属と水銀との反応を抑制し、アマルガムの生成を抑制することができる。これらのうち、γアルミナは、発光層に含まれるαアルミナとの組み合わせにおいて、密着性がよく紫外線を発光層中を進行させることができ、蛍光ランプの輝度の上昇を図ることができることから、好ましい。

金属酸化物層に含まれるγアルミナは、等軸晶系八面体のスピネル型結晶構造を有するマグネシウムとアルミニウムの酸化物であり、紫外線に対して、透過率が低く、反射率が高い。γアルミナとしては、天然に存在する尖晶石を用いることもできるが、硝酸アルミニウムや硫酸アルミニウム等を１２００〜１３００℃で熱分解したり、塩化アルミニウムの蒸気に対して酸素又は水を１０００℃以上で反応させた生成物を用いることもできる。

イットリアも、紫外線に対して、低透過率、高反射率を有する。イットリアは、天然に産する長石等から得られるものを用いることもできるが、合成されたものであってもよい。

γアルミナやイットリアの平均粒子径は０．１〜０．４μｍであることが好ましい。これらの粒子が上記範囲の平均粒子径を有することにより、紫外線が透光管外へ漏洩するのを、高度に抑制することができる。

金属酸化物層の厚さは、金属酸化物の含有量が、１ｃｍ²当たり０．０１ｍｇ以上、０．０５ｍｇ以下の範囲に相当する厚さであることが好ましい。金属酸化物層の厚さが上記範囲であれば、透光管外への紫外線の漏洩を抑制することができる。

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。透光管内壁面上又は後述する金属酸化物層上に、発光層を形成する。発光層は、上記蛍光体粒子と、αアルミナとを、上記含有割合で、分散媒に分散させ、混合液を調製し、これを用いて、透光管内壁面に、漬浸、塗布、スプレー等により塗工し、塗工膜を乾燥して形成することができる。

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。分散媒の使用量は、上記蛍光体粒子及びαアルミナの合計の質量に対し、３０〜５０質量％とすることができる。この混合液には、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、また必要に応じて、ｐＨ調整剤を添加することもできる。

塗工膜の乾燥は、自然乾燥であってもよいが、２５〜９０℃、１〜３０分で加熱して行うことができる。

また、金属酸化物層を設ける場合は、γアルミナ又はイットリアを、分散媒に分散させた金属酸化物層用混合液を調製し、これを用いて、透光管内壁面に、漬浸、塗布、スプレー等により塗工し、塗工膜を乾燥して形成することができる。金属酸化物層用混合液中の分散媒は、金属酸化物に対して、７０〜９０質量％とすることができる。また、使用する分散媒、塗工方法、乾燥等は、上記発光層の調製方法と同様の方法によることができる。

その後、電極を配置し密封した後、希ガス及び水銀を封入する。

本発明の蛍光ランプを熱陰極蛍光ランプに適用した一例を、図１の一部断面を示す構成図に示す。図１に示す熱陰極蛍光ランプは、透光管１を有する。透光管１はガラス製であり、例えば、１０〜３８ｍｍの外径を有するものを使用することができる。透光管１の内壁面に、そのほぼ全長に亘って、γアルミナ及びイットリアから選ばれる１種以上を含有する金属酸化物層２、３波長型蛍光体を含有する上記蛍光体及びαアルミナを含有する発光層２が順次積層されている。

透光管１の両端部は、電極４が設けられたステム（図示せず）等により閉塞され、透光管の内部空間には、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、透光管１の両端部外側には、ステムに接続された口金５が電極４に接続された端子を突出させて設けられる。更に、熱陰極蛍光ランプには、点灯装置（図示せず）が組み込まれている。

点灯装置としては、いずれのものであってもよいが、その一つとして、インバータ回路を用いた高周波点灯装置を挙げることができる。高周波点灯装置としては、例えば、商用交流電源を整流する整流器、整流器の出力側に、コンデンサを介して接続されるインバータ回路にＬＣ共振回路を設けたものを挙げることができ、ＬＣ共振回路を介して電極４に高周波電圧を印加して、熱陰極蛍光ランプを高周波点灯させる。

本発明の蛍光ランプを冷陰極蛍光ランプに適用した一例を、図２の断面図に示す。図２に示す冷陰極蛍光ランプは、透光管２１内壁面上に、上記熱陰極蛍光ランプの金属酸化物層２や発光層３と同様の構成の、金属酸化物層２２、発光層２３が順次設けられている。透光管２１の両端部付近にカップ形状の開口２６ａを相互に対向させた電極２６が設けられ、ガラスビード等の封止部材２７を貫通して設けられるコバール等のリード線２４により外部電源に接続されるようになっている。両端が封止部材により気密に密閉される透光管内部２５には希ガス及び水銀が封入されている。

更に、冷陰極蛍光ランプには、点灯装置（図示せず）が組み込まれている。点灯装置としては、いずれのものであってもよいが、その一つとして、インバータ回路を用いた高周波点灯装置を挙げることができる。高周波点灯装置としては、例えば、商用交流電源を整流する整流器、整流器の出力側に、コンデンサを介して接続されるインバータ回路に、２つの電界効果トランジスタを設け、これを共振回路を有する負荷回路を介して電極に接続したものを挙げることができ、２つの電界効果トランジスタのオン、オフのスイッチング信号により共振回路の出力としての高周波電圧を、電極２６に印加して、高周波点灯させる。

本発明の蛍光ランプは、熱電極蛍光ランプ、冷陰極蛍光ランプ等何れにも適用することができ、平均粒子径４〜６μｍの蛍光体の各粒子間に、これより小径の平均粒子径０．０５〜２μｍのαアルミナ粒子を配置させたことにより、発光層に含まれる蛍光体全体に亘って紫外線を照射させて、これらを励起させることにより、高負荷に対して、発光効率が高く、外部に漏洩する紫外線の遮蔽効果が高く、明るさの維持や、長寿命化等の耐久性に優れる。

以下に、本発明の残光蛍光体、これを用いた蛍光ランプを詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されない。
［実施例１］
平均粒子径０．１５μｍのγアルミナ３．５ｇと、水２００ｇとを混合し、金属酸化物層用混合液を調製した。管口径１０ｍｍ〜３８ｍｍのガラス管の内面を得られた金属酸化物層用混合液に漬浸した後、８０℃で乾燥し、内面に１ｃｍ²当り０．０１〜０．０５ｍｇの金属酸化物層を形成した。

また、赤色蛍光体として、平均粒子径４〜６μｍのユーロピウム付活酸化イットリウム１１４ｇ、緑色蛍光体として、平均粒子径４〜６μｍのテルビウムセリウム付活リン酸ランタン１３５ｇ、青色蛍光体として、平均粒子径４〜６μｍのユーロピウム付活アルミン酸バリウムマグネシウム５１ｇと、平均粒子径０．０５〜２μｍのαアルミナ１５ｇと、分散媒として、水を３５０ｇとを混合して、塗布液を調製した。内面に金属酸化物層を形成したガラス管内に、得られた塗布液を吸引して塗工し、５５℃で乾燥し、金属酸化物層上に、１ｃｍ²当り４〜８ｍｇの発光層を形成した。

ガラス管の両端部を電極が設けられたステムにより閉塞し、ガラス管の内部空間に、希ガスを２８０Ｐａ水銀を５ｍｇ導入した。また、ガラス管の両端部のステムに口金を設け、高周波点灯装置を接続し、図１に示す熱陰極蛍光ランプを作製した。

得られた熱陰極蛍光ランプに、電圧を印加し、通電後、３０分以上経過後の蛍光の光束を球面光束計により測定した。比較例を基準に光束比を算出した。結果を図３に示す。

［実施例２］
発光層を形成する塗布液の調製において、αアルミナを６ｇ使用した他は実施例１と同様に熱陰極蛍光ランプを作製し、通電時の蛍光の光束を測定した。結果を図３に示す。

［比較例］
発光層用の混合液として、αアルミナを含有しないものを用いた他は、実施例１と同様に熱陰極蛍光ランプを作製し、通電時の蛍光の光束を測定した。結果を図３に示す。

１、２１ 透光管
２、２２ 金属酸化物層
３、２３ 発光層
６、２６ 電極

Claims (3)

1. 内部に放電により紫外線を発生する透光管と、該透光管の両端部近傍に設けられる電極と、該透光管の内壁に設けられ蛍光を発光する蛍光体を含む発光層とを有する蛍光ランプにおいて、
   発光層が、平均粒子径４μｍ以上、６μｍ以下の蛍光体と、平均粒子径０．０５μｍ以上、２μｍ以下のαアルミナを含有することを特徴とする蛍光ランプ。
2. 発光層が、αアルミナを、蛍光体に対して、２質量％以上、１０質量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 透光管の内壁と発光層間に、γアルミナ及びイットリアから選ばれる１種以上を含有する金属酸化物層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光ランプ。

Images