JP4119924B2 - 蛍光ランプ及びバックライトユニット - Google Patents
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本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、煩わしい作業をおこなうことなく、簡単に暗黒始動特性を改善できる蛍光ランプ及びバックライトユニットを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る蛍光ランプは、内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、前記ガラスバルブは、Naの含有率が5wt%以上20wt%以下のガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に1つ以上の領域を残して蛍光体層が形成されており、前記領域は、前記放電空間に露わになっていることを特徴としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る蛍光ランプは、内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、前記ガラスバルブは、Naの含有率が5wt%以上20wt%以下のガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に1つ以上の領域を残して保護層と蛍光体層とが内面側からこの順で形成されており、前記領域は、前記放電空間に露わになっていることを特徴としている。
前記領域は、ガラスバルブの内面にあればよく、その領域の形状、大きさ、数等特に限定するものでないが、暗黒始動特性を改善の観点から前記領域が電極に近い位置にある方が良い。
また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なく一方の形態は特に限定するものでなく、ガラスから析出して膜の形態で存在しても良いし、さらに、粒子の形態で存在しても良い。当然、両者が混在する形態で存在しても良い。
前記ガラスバルブは、その横断面形状が扁平形状であり、短軸方向の内径が1.6mm以上4.0mm以下であることを特徴としている。なお、ここいう「短軸方向の内径」とは、ガラスバルブの横断面において、その中心を通る短軸方向の仮想線分と、ガラスバルブの内面とが交差する2点間の寸法(或いは、短軸方向と平行な方向での寸法の最大値)を言い、ガラスバルブの横断面形状が円形状以外でも内径としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係るバックライトユニットは、上記記載の蛍光ランプを光源として備えることを特徴としている。
しかも、ソーダガラスは、ホウケイ酸ガラスよりもアルカリ系金属を多く含むため析出する量も、ホウケイ酸ガラスよりも多くなり、ホウケイ酸ガラスを用いたランプよりも暗黒始動特性を効果的に改善できる。
また、上記アルカリ系金属は、例えば、加熱によってソーダガラス中から析出するので、例えば、蛍光体層の焼成時やガラスバルブ端部の封止時の熱を利用すれば、アルカリ系金属を析出させるための特別な加熱工程を設ける必要はない。
また、前記電極は、前記ガラスバルブの両端部の外周に設けられている。一般に、電極を外部に備えるランプは、電子放射物質等を有する電極(熱陰極、冷陰極型の電極)をガラスバルブ内に有したランプに比べて、暗黒始動特性が劣る傾向にある。しかしながら、この構成によると、ガラスバルブ内にアルカリ系金属を有することになり、暗黒始動特性を改善できる。
前記ガラスバルブは、その横断面形状が扁平形状であり、短軸方向の内径が1.6mm以上4.0mm以下である。このため、ランプ効率を高めることができる。
また、前記蛍光体層は両電極の内方端間にわたって形成され、前記保護層は両電極の外方端間にわたって形成されている。このため、ガラスから析出したアルカリ系金属と蛍光体層との直接的な接触を防ぐことができる。これによって、両者の化学反応を防ぐことができ、蛍光体層の劣化を抑制できる。
<バックライトユニットの構成>
はじめに、バックライトユニットの構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る液晶テレビ用のバックライトユニット1の構成を示す概略斜視図である。同図において内部の構造を示すために、前面パネル16の一部を切り欠いて示している。なお、ホン発明を説明する図1、2、4〜6は、バックライトユニット及びランプの構成の把握を容易にするための模式図であって、その寸法及び比率は実際のものと相違する。
筐体10は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂製であって、その内面に銀などの金属が蒸着されて反射面が形成されている。
前面パネル16における拡散板13、拡散シート14は、ランプ20から放射された光を散乱・拡散させるものであり、レンズシート15は、当該シート15の法線方向へ光をそろえるものであって、これらによりランプ20から発せられた光が前面パネル16の表面(発光面)の全体に亘り均一に前方を照射するように構成されている。
<ランプの構成>
つぎに、ランプ20の構成について説明する。図2は、本実施の形態に係るランプ20の構成を示す図であって、(a)はランプ20の平面図であり、(b)は、ランプ20の端部を、ランプ20の軸心を含む平面で切断したときの縦断面拡大図であり、(c)は、横断面拡大図である。
ガラスバルブ21は、例えば、Naの含有率が約16(wt%)のソーダガラスからなり、軸心に垂直な平面で切断したときの断面(横断面)は、図2(c)に示すように、略楕円形状をしている。なお、ランプ20は、その横断面形状である楕円の長軸の延伸方向が前面パネル16の主面と平行になる状態で、筐体10の内部に格納されている。
図2(b)に示すように、ガラスバルブ21内面には、ガラスバルブ21の1つ(1箇所)以上の領域(本発明に係る領域であり、ここではガラスバルブ21の両端側の2領域である。)を残してガラスバルブ21側から、保護層22及び蛍光体層23がこの順で形成されている。
なお、上記の赤色・緑色・青色の蛍光体粒子以外に、高色再現性の蛍光体粒子を利用しても良い。具体的には、赤色としてYVO4:Eu3+、緑色としてBaMg2Al16O27:Eu2+,Mn2+、青色として、(Sr,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+や、Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+の蛍光体粒子を用いても良い。
この保護層22が形成されていない部分に、ガラスバルブを構成しているソーダガラスから析出した酸化ナトリウム(Na2O)24が存在している。この酸化ナトリウム24は、2次電子放出係数が高いので、ガラスバルブ21内の電極31、32の近傍に形成されると、この酸化ナトリウム24から放出される2次電子により放電が起こりやすくなるので、暗黒始動特性を改善することができる。
酸化ナトリウム24は、蛍光体層23を焼成するときの熱又はガラスバルブの端部を封止するときの熱によりNaが析出して形成される。
上記構成のランプの暗黒始動特性について調査した。
まず、暗黒始動特性の測定に供したランプは、以下の2タイプである。
従来品
・断面形状:円
・寸法:外径4(mm)、内径3(mm)、全長300(mm)
・材質:ホウケイ酸ガラス(Naの含有率:1.4wt%)
・その他:エミッタ(電子放射物質)なし
発明品
・断面形状:楕円
・寸法:長軸の外径10.3(mm)、内径9.1(mm)
短軸の外径4.0(mm)、内径2.8(mm)
全長300(mm)
・材質:ソーダガラス(Naの含有率:16wt%)
・その他:析出物である酸化ナトリウムあり、エミッタなし
上記2種類のランプを用いて暗黒条件下で始動点灯させることにより暗黒始動特性を測定した。ランプを始動させるときの条件は、24時間常温で暗黒放置後、0.1(Lux)下での暗黒状態で点灯させた。そして、ランプに電圧を印加し始めてから、ランプに電流が流れるまでの時間(暗黒始動時間)をオシロスコープにより測定した。
図3中の「暗黒始動時間」の欄で「不点」は、始動時間が30秒経過しても点灯しなかった場合である。また、「評価」の欄で、「×」は暗黒始動時間が1秒以上であった場合を、「○」は暗黒始動時間が1秒以内であった場合をそれぞれ表している。最後に、「結果」の欄は、試験本数に対する「○」の評価の数を示している。なお、暗黒条件下での暗黒始動時間は、ランプの用途に関係なく短い方が好ましく、例えば、TV用のバックライトユニットとして使用される場合には、上記の「1秒以内」の性能が要求される。
これは、従来品は、ガラスバルブ内にエミッタを設けず、ガラスバルブをホウケイ酸ガラスで構成しているため、蛍光体層の焼成時にアルカリ系金属が析出せず、ガラスバルブ内に、例えば、エミッタになるようなものが存在しないためと考えられる。
以上の結果から、ガラスバルブにソーダガラスを用い、蛍光体層の焼成工程及びガラス端部の封止工程を行うことにより、アルカリ系金属が析出して、暗黒始動特性を改善できることが分かった。
1.Naの含有率について
上記実施の形態では、ガラスバルブとして、Naを約16(wt%)含有したソーダガラスを使用したが、本発明のガラスバルブは、Naを約16(wt%)含有したものに限定されない。
なお、環境対策を考慮した場合、アルカリ系金属の含有率が前記範囲内のソーダガラスであって、かつ、鉛の含有率が0.1(wt%)以下のガラスが好ましく(所謂、「鉛フリーガラス」である。)、さらには、鉛の含有率が0.01(wt%)以下のガラスがより好ましい。
実施の形態では、Na(正確には酸化ナトリウム)を析出させていたが、例えば、Na、K等の第1族の金属、さらには、Ba、Ca等の第2族の金属であっても良い。つまり、アルカリ系金属であれば良い。
この理由は、アルカリ系金属は、通常ガラス材料に比べて電気陰性度が低く、しかも、ガラス材料に比べて電子放出係数が高いためである。これによって、容易にアルカリ系金属を析出させることができると共に、内部に電極を有しない外部電極型のランプにおいて、暗黒始動特性を効果的に改善できるのである。
3.蛍光体層の形成領域
実施の形態では、両電極31,32の内方端の間に亘った領域(図2におけるB−B間)に形成されている。これは、光の取り出し領域を最大限広げるためであり、また、蛍光体層によって可視光に変換されなかった紫外線がランプ20の外部に放出されると、筐体10等の劣化を招くからである。なお、ランプの端部(酸化ナトリウムが存在する部分)には、蛍光体層が形成されていないが、基本的に、放電は一対の電極31,32の間で発生するので、この部分からの紫外線の放出は、電極間31,32に比べて少なく、無視できる。
上記実施の形態では、蛍光体層は両電極の内方端間にわたって形成され、また、保護層は、電極の外方端間にわたって形成されている。しかしながら、保護層は、蛍光体層が形成されている領域より広ければ、ソーダガラスから析出したアルカリ系金属と蛍光体層とが反応するのを防止できる。
図4は、実施の形態における保護層の形成領域に係る変形例を示す図である。
保護層122aの形成領域は、図4の(a)に示すように、その形成領域における端は、電極31の外方端(位置Aである)よりも外方(ガラスバルブ21の軸心方向の端)側にあっても良い。つまり、保護層の122aの形成領域は、電極31(,32)の外方端間(A−A間)よりも広くても良い。
このような領域で、保護層122a,122bを形成しても、ソーダガラスから析出したアルカリ系金属と蛍光体層23との直接的な接触を防ぐことができる。これによって、両者の化学反応を防ぐことができ、蛍光体層23の劣化を抑制できる。
(1)保護層の形成箇所について
上記実施の形態における保護層は、ガラスバルブと蛍光体層との間に形成されていたが、例えば、少なくとも1種類の蛍光体粒子を被覆するように形成されていても良い。つまり、蛍光体粒子に、例えば、金属酸化物である酸化イットリウムを被覆させ、被覆された蛍光体粒子を用いてガラスバルブの内面に蛍光体層を形成しても良い。
材料として、青色の蛍光体粒子(BaMg2Al16O27:Eu2+)の粉体とカプリル酸イットリウム[Y(C7H15COO)3]と、酢酸ブチルとを用意する。
つぎにビーカーに残留している粉体を600℃で5分間焼成する。焼成して得られた粉体は凝集しており粒径が不均一なので、ボールミルによって粉砕して粒径を整える。以上の工程によって、表面が保護層により被膜された青色の蛍光体粒子を得ることができる。
つぎに、蛍光体層形成用の懸濁液を作成する工程について説明する。
そして、公知の技術を用いて、この懸濁液をガラスバルブ内側に塗布して、蛍光体層を形成することにより、青色の蛍光体粒子(アルミナ含有蛍光体粒子)のみが酸化イットリウムによって被覆されている蛍光体層を得ることができる。
(2)保護層の材料について
実施の形態では、保護層を酸化イットリウム等の金属酸化化合物により構成していたが、保護層は、酸化イットリウムのほかに、暗黒始動特性を改善することができるセシウムを含んでいても良い。この場合、ガラスバルブの端部を含めた内面に保護層を形成し、形成した保護層が放電空間に面するように保護層上に蛍光体層を形成するのが好ましい。
6.ガラスバルブ端部について
(1)端部形状
実施の形態では、ガラスバルブ21の端部21aの内面(放電空間に対向する面)の形状は、ガラスバルブ221の軸心と略直交するような平坦状であった(図2参照)が、他の形状でも良い。
ガラスバルブ221、226の端部221a、226aの内面形状は、図5の(a)、(b)に示すように、ガラスバルブ221,226の端部221a、226aの内面が、放電空間228側に膨出するような形状であっても良い。
実施の形態では、ガラスバルブの端部の封止は、ピンチシール方法を用いている。この方法で封止すると、図2の(b)及び図4で示すように、ガラスバルブ21の端部21aの内面が平坦となる。なお、図では、紙面に対して直交する方向からピンチしている。
しかしながら、端部の封止方法は、上記のピンチシール方法以外の他の方法で行っても良い。他の方法としては、チップオフ方法があり、この方法で封止すると、図5のように、ガラスバルブ226の端部226aの形状が、放電空間228側へと膨出する。
図6は、ガラスバルブの端部をビードで封止した変形例の概略図を示す。
この封止方法は、ガラスバルブ321(ガラス管321a)の内径に近い寸法の外径のビード330をガラス管321aの端部に挿入した後、ガラス管321aにおけるビード330が挿入されている部分(321b)を加熱して、ガラス管321aとビード330とを融着する。この方法で封止すると、ガラスバルブ321における放電空間325と面する端部(ビードを含めている)の形状を所望形状にできる。つまり、球状のビードを使うと放電空間325側に半球状に膨出するし、端面が平坦なビードを使うと図5の(a)に示すように、平坦状にできる。
実施の形態では、ガラスバルブの横断面形状が楕円形状で、その内径(短径)が2.8(mm)であった。しかしながら、ガラスバルブの内径は8(mm)以下が好ましい。これは、内径が8(mm)より大きい場合には、ガラスバルブの表面積による放熱効果が大きすぎ、輝度立ち上がりが遅くなってしまうためである。
(4)横断面形状について
実施の形態におけるガラスバルブの横断面形状は、上述したように、楕円形状であったが、他の形状、例えば、円形状であっても良い。
また、ここでいう「扁平形状」には、実施の形態での「楕円形状」のほか、長円形状、多角形状(例えば、矩形状)であってその角部を丸めたような形状等が含まれる。
(1)位置について
実施の形態、つまり、図2に示す例では、電極31,32の外方端(位置A)が、ガラスバルブ21の内面端より、ガラスバルブ21の中央側に位置しているが、電極31の外方端が、図5の(a)に示すように、ガラスバルブ221の内面端より、ガラスバルブ221の端側(外方側)に位置しても良いし、さらには、電極の外方端が、ガラスバルブの内面端と略一致するように位置しても良い。
実施の形態での電極31,32は、ガラスバルブ21の外周に帯状に設けられているが、他の形状の電極を用いても良い。他の形状としては、例えば、ガラスバルブの端部を全体的に被覆するようなキャップ状であっても良い。
8.蛍光体層及び保護層について
保護層22を酸化イットリウムで構成していたが、他の材料で構成しても良い。他の材料としては、例えば、金属酸化物、具体的には、電極と接する部材の誘電率を高めるために、比誘電率の高いチタニアが、酸化マグネシウム等がある。
9.ランプの種類
実施の形態では、蛍光ランプとして、ガラスバルブの外部に電極を備える外部電極型について説明したが、ガラスバルブの内部に(冷陰極)電極がある冷陰極型についても、本発明は適用できる。
実施の形態では、図1に示すようにバックライトユニットは直下型のものについて説明したが、エッジ型のバックライトユニットの光源として本発明に係るランプを用いても良い。なお、エッジ型の場合は、ランプが、直管状、L字状、U字状をしたものとなる。
12.その他
実施の形態では、ランプをバックライトユニットの光源に用いる場合について説明したが、ランプを一般照明等、バックライトユニット以外の光源として用いることもできる。
10 筐体
16 前面パネル
20 蛍光ランプ
21 ガラスバルブ
23 蛍光体層
24 酸化ナトリウム
26 保護層
31、32 外部電極
Claims (10)
- 内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、
前記ガラスバルブは、ソーダガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に1つ以上の領域を残して蛍光体層が形成されており、
前記領域は、前記放電空間に露わになっている
ことを特徴とする蛍光ランプ。 - 内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、
前記ガラスバルブは、Naの含有率が5wt%以上20wt%以下のガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に1つ以上の領域を残して蛍光体層が形成されており、
前記領域は、前記放電空間に露わになっている
ことを特徴とする蛍光ランプ。 - 内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、
前記ガラスバルブは、ソーダガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に、保護層および蛍光体層が形成されていない1つ以上の領域を残して保護層と蛍光体層とが内面側からこの順で形成されており、
前記領域は、前記放電空間に露わになっている
ことを特徴とする蛍光ランプ。 - 内部に放電空間を有するガラスバルブの両端部の外周に電極を備える蛍光ランプであって、
前記ガラスバルブは、Naの含有率が5wt%以上20wt%以下のガラスから構成され、当該ガラスバルブの内面に、保護層および蛍光体層が形成されていない1つ以上の領域を残して保護層と蛍光体層とが内面側からこの順で形成されており、
前記領域は、前記放電空間に露わになっている
ことを特徴とする蛍光ランプ。 - 前記保護層は、セシウム化合物を含む
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の蛍光ランプ。 - 前記蛍光体層は両電極の内方端間にわたって形成され、前記保護層は両電極の外方端間にわたって形成されている
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の蛍光ランプ。 - 前記領域に、ガラスから析出したアルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも一方が存在している
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蛍光ランプ。 - 前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子のうち少なくとも1種類の蛍光体粒子が金属酸化物により被覆されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蛍光ランプ。 - 前記ガラスバルブは、その横断面形状が扁平形状であり、短軸方向の内径が1.6mm以上4.0mm以下である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の蛍光ランプ。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の蛍光ランプを光源として備えることを特徴とするバックライトユニット。
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