JP4249194B2 - 塗料とそれを用いた塗膜及び塗膜の製造方法並びに蛍光ランプ - Google Patents

Description

本発明は、塗料とそれを用いた塗膜及び塗膜の製造方法並びに蛍光ランプに関し、更に詳しくは、電子放射性物質による電子放射が安定化した塗膜を形成することが可能な塗料とそれを用いた塗膜、製造工程の短縮及び製造コストの削減が可能な塗膜の製造方法、この塗膜を透光性封止管の内部に形成することにより製造ロットによる点灯時間のバラツキを低減することが可能な蛍光ランプに関するものである。

従来、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やワードプロセッサ（ＷＰ）等のＯＡ機器に用いられている液晶表示装置（ＬＣＤ）は、自発発光型ではないために外部にバックライトユニットを設ける必要があり、このバックライトユニットには冷陰極型の蛍光ランプが取り付けられている（特許文献１〜６参照）。
この蛍光ランプは、例えば、ガラス管の両端が封止された透光性封止管の内面に蛍光体からなる発光層を形成し、この透光性封止管内の両端部側にそれぞれ電極を設け、この透光性封止管内の任意の部分、例えば電極等に酸化セシウム等の電子放射性物質を付着させ、さらに、この透光性封止管内に水銀及びアルゴン等の希ガスを封入したものである。

電子放射性物質は、発光層を構成する蛍光体に付着させたり、あるいはガラス管と発光層との間に形成している。また、ガラス管のナトリウムと水銀とが反応してアマルガムを生成するのを防止するために、ガラス管と発光層との間にイットリア等からなる保護膜を形成している。
この蛍光ランプは、液晶表示装置の厚み以下の外径を有する極細のランプであるにもかかわらず、ランプ輝度が高いという優れた特徴を有する。
特開２００１−１５０６５号公報 特開２００２−２２２６３７号公報 特開２００３−１６９９４号公報 特開２００５−１１６６５号公報 特開２００３−１２３６９１号公報 特開２００１−７６６７２号公報

ところで、従来の蛍光ランプは、蛍光体からなる発光層を透光性封止管の内面に形成する一方、酸化セシウム等の電子放射性物質を電極等の透光性封止管内の一部に付着させたものであるから、電子放射性物質から放射される電子が発光層に到達して蛍光を発するまでに僅かながらタイムラグがあるために、スイッチを入れてから点灯するまでの時間にばらつきが生じるという問題点があった。
このばらつきは、電子放射性物質が透光性封止管内の一部にのみ存在していたり、透光性封止管の内面に電子放射性物質を均一に塗布することが難しいために電子放射性物質による電子放射が安定化し難い等の各種要因によって生じるものであるから、点灯時間のばらつきをさらに小さくすることは非常に難しい。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電子放射性物質による電子放射を安定化することができ、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができる塗膜を形成することが可能な塗料とそれを用いた塗膜、製造工程の短縮及び製造コストの削減が可能な塗膜の製造方法、この塗膜を透光性封止管の内部に形成することにより点灯時間のバラツキを低減することが可能な蛍光ランプを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、電子放射性物質と保護膜形成用物質とを含有した塗料を用いて透光性封止管の内面に塗膜を形成すれば、電子放射性物質と保護膜形成用物質とが均一に混ざった塗膜を容易に得ることができ、この塗膜からの電子放射を安定化することができ、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の塗料は、亜鉛を含む無機化合物からなる電子放射性物質の粉末と、イットリウムを含む無機化合物からなる保護膜形成用物質の粉末とを、溶媒に均一に分散させて含有してなることを特徴とする。
前記亜鉛を含む無機化合物は酸化亜鉛であり、前記イットリウムを含む無機化合物は酸化イットリウムであることが好ましい。

本発明の塗膜は、本発明の塗料を用いて形成してなることを特徴とする。
本発明の塗膜の製造方法は、基材上に、本発明の塗料を塗布して塗布膜を形成し、次いで、この塗布膜を乾燥または乾燥・熱処理することを特徴とする。
本発明の蛍光ランプは、本発明の塗膜を透光性封止管の内部に形成してなることを特徴とする。

本発明の塗料によれば、亜鉛を含む無機化合物からなる電子放射性物質と、イットリウムを含む無機化合物からなる保護膜形成用物質とを含有したので、電子放射性物質と保護膜形成用物質とが均一に混ざった塗膜を容易に得ることができる。したがって、電子放射性物質による電子放射を安定化することができ、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができる塗膜を容易に得ることができる。

本発明の塗膜によれば、本発明の塗料を用いて形成したので、電子放射性物質による電子放射を安定化することができ、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができる。

本発明の塗膜の製造方法によれば、基材上に、本発明の塗料を塗布して塗布膜を形成し、次いで、この塗布膜を乾燥または乾燥・熱処理するので、電子放射性物質と保護膜とを一つの工程で同時に形成することができる。したがって、塗膜の製造工程を短縮することができ、製造コストを削減することができる。

本発明の蛍光ランプによれば、本発明の塗膜を透光性封止管の内部に形成したので、電子放射性物質による電子放射を安定化することができ、ランプ点灯までにかかる時間を短縮することができ、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができる。
したがって、点灯時の電気的特性に優れ、製造コストの低減を図ることができる蛍光ランプを提供することができる。

本発明の塗料とそれを用いた塗膜及び塗膜の製造方法並びに蛍光ランプを実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

「塗料」
本発明の塗料は、電子放射性物質と保護膜形成用物質とを含有してなる塗料である。
この電子放射性物質としては、セシウム、亜鉛、インジウム、ガリウム、スズの群から選択される１種または２種以上の元素を含む無機化合物であることが好ましい。

この無機化合物としては、酸化セシウム、塩化セシウム、硫酸セシウム、硝酸セシウム、炭酸セシウム、クロム酸セシウム等のセシウム塩、酸化亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、炭酸亜鉛等の亜鉛塩、酸化インジウム、塩化インジウム、硝酸インジウム、硫酸インジウム等のインジウム塩、酸化ガリウム、酸化スズ、フッ化スズ、塩化スズ、臭化スズ等のスズ塩、スズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、アンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ：Antimony Tin Oxide）等が挙げられる。

保護膜形成用物質としては、イットリウム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、ケイ素、バナジウムの群から選択される１種または２種以上の元素を含む無機化合物であることが好ましい。
この無機化合物としては、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、二酸化ケイ素、酸化バナジウム等が挙げられる。

この塗料に用いられる溶媒は、基本的には、水および／または有機溶媒であるが、その他、高分子モノマーやオリゴマーの単体、もしくはこれらの混合物等の有機高分子も好適に用いられる。
上記の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、２−プロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−ｎ−ブチル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステル等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等のうち１種または２種以上を用いることができ、例えば、水、アルコール類、エステル類等、特に、水、２−プロパノール、酢酸−ｎ−ブチル等が好適である。

この塗料には、用途や仕様に応じて上記の他、樹脂等の有機高分子、硼珪酸亜鉛ガラス等の低融点ガラス、分散剤等を含有していてもよい。

「塗膜の製造方法」
本発明の塗膜の製造方法は、基材上に、本発明の塗料を塗布して塗布膜を形成し、次いで、この塗布膜を、大気中にて乾燥または乾燥・熱処理する方法である。
基材としては、熱処理温度に耐える基材であればよく、ガラス基材、透光性のセラミックス基材等が好適に用いられる。
特に、この塗膜を蛍光ランプに適用する場合には、蛍光ランプの仕様に適合可能なガラス管が好適に用いられる。

塗布に際しては、形成された後の塗膜の膜厚が０．１μｍ〜１０μｍ、特に好ましくは０．３μｍ〜３μｍとなるような塗布量とすることが好ましい。
塗布方法としては、平面バックライトでも使用できることから、スピンコート法、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、ディップコート法、メニスカスコート法、吸上げ塗工法、フローコート法等、通常のウエットコート法を用いることができる。特に、蛍光ランプのようにガラス管の内面に塗膜を形成する場合、吸上げ塗工法、フローコート法等が好適に用いられる。

次いで、この塗布膜を、大気中にて乾燥または乾燥・熱処理する。
乾燥温度は、塗料に含まれる溶媒が充分に散逸する温度であればよく、例えば、常温〜１５０℃である。
この乾燥工程では、塗布膜が充分乾燥すればよく、加熱だけの乾燥でもよく、空気を吹き付けてもよい。具体的には、常温のエアブローでも、熱風を吹き付けてもよい。
熱処理は、３００℃〜１０００℃の範囲の温度にて、蛍光ランプに不具合が生じない範囲で所定時間行う。
また、この熱処理工程は、基材上に蛍光体層及び本発明の塗布膜を順次形成した場合には、蛍光体層と同時に熱処理してもよい。
このようにして本発明の塗膜を得ることができる。

「蛍光ランプ」
本発明の塗膜を透光性封止管の内部に形成することで、電子放射性物質による電子放射が安定化し、ランプ点灯までにかかる時間が短縮し、しかも、製造ロット毎の点灯時間のばらつきの小さい蛍光ランプを得ることが可能である。
図１は、本発明の一実施形態の蛍光ランプを示す縦断面図、図２は同横断面図であり、図において、１は両端が封止されたガラス管からなる透光性封止管、２は本発明の塗膜であり透光性封止管１の内壁全体（内面）に形成された電子放射機能を有する保護膜、３は赤色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体及び青色系発光蛍光体の混合物からなる蛍光体層、４は透光性封止管１内の両端部側にそれぞれ設けられた電極、５は電極４に電気的に接続されたリード線である。

また、Ｇは透光性封止管１内に封入された封入ガスであり、この封入ガスＧは、水銀、及びアルゴン等の希ガスや窒素等の不活性ガスにより構成されている。
また、保護膜２は、電極４、４間に高周波高電圧を印加することにより電子放射性物質から電子を放出する機能と、透光性封止管１に含まれている物質とガスＧに含まれる水銀とが反応してアマルガムを生成するのを防止する機能とを兼ね備えている膜である。

この蛍光ランプでは、透光性封止管１の内壁全体に電子放射機能を有する保護膜２を形成し、この保護膜２を電子放射性物質及び保護膜形成用物質が共に均一に分散した混合物により構成したものであるから、保護膜２からは電子が均一に放射されることとなり、電子放射の偏りが無くなる。よって、電子放射性物質による電子放射を安定化することができる。

また、保護膜２から透光性封止管１の軸心に向けて電子が均一に放射されるので、ランプ点灯までにかかる時間を短縮することができる。
また、保護膜２の厚みを均一化することができるので、点灯時間のばらつき、特に製造ロット毎の点灯時間のばらつきを小さくすることができる。
以上により、点灯時の電気的特性に優れ、製造コストの低減を図ることができる蛍光ランプを提供することができる。

なお、本実施形態の蛍光ランプでは、透光性封止管１の内壁全体に電子放射機能を有する保護膜２を成膜し、この電子放射機能を有する保護膜２上に蛍光体層３を成膜した構成としたが、この蛍光体層３上にさらに電子放射機能を有する保護膜２を成膜した３層構造としてもよく、また、透光性封止管１の内壁全体に蛍光体層３を成膜し、この蛍光体層３上に電子放射機能を有する保護膜２を成膜した構成としてもよい。

以下、実施例、参考例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

「実施例１」
（電子放射性材料分散液の調整）
酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を分散剤を含む２−プロパノール中にビーズミルを用いて分散させ、その後ビーズを分離し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を１０重量％含む酸化亜鉛分散液を作製した。

（保護膜形成用材料分散液の調整）
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を分散剤を含む２−プロパノール中にビーズミルを用いて分散させ、その後ビーズを分離し、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を１０重量％含むイットリア分散液を作製した。

（塗料の調整）
これらイットリア分散液及び酸化亜鉛分散液を、混合比が重量比で２：１となるように混合し、実施例１の塗料とした。
この塗料中のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有率は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が８重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２重量％であった。

（蛍光ランプの作製）
まず、蛍光ランプ用のガラス管を用意し、このガラス管の内面に吹上げ塗工法を用いて実施例１の塗料を膜厚が０．８μｍとなるように塗布した。
次いで、この塗布膜を大気中、９０℃にて１０分、エアブローしながら乾燥を行った。
次いで、この塗膜上に蛍光体層を形成し、８００℃にて３０分間、熱処理を行った。その後、このガラス管に電極やリード線を取り付けて封止し、実施例１の蛍光ランプを作製した。蛍光体層としては、赤色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体及び青色系発光蛍光体の混合物を用いた。

「参考例１」（塗料の調整）
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粉末と、硫酸セシウム（Ｃｓ_２ＳＯ_４）粉末と、分散剤を含む２−プロパノールとを混合し、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を８重量％及び硫酸セシウム（Ｃｓ_２ＳＯ_４）を０．５重量％含む参考例１の塗料を作製した。
（蛍光ランプの作製）
参考例１の塗料を用いた以外は、実施例１に準じて参考例１の蛍光ランプを作製した。

「比較例１」
（電子放射膜形成用塗料の調整）
酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末と、分散剤を含む２−プロパノールとを混合し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を３重量％含む比較例１の電子放射膜形成用塗料を作製した。
（保護膜形成用塗料の調整）
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粉末と、分散剤を含む２−プロパノールとを混合し、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を１０重量％含む比較例１の保護膜形成用塗料を作製した。

（蛍光ランプの作製）
まず、蛍光ランプ用のガラス管を用意し、このガラス管の内面に吹上げ塗工法を用いて上記の保護膜形成用塗料を膜厚が０．８μｍとなるように塗布した。
次いで、この塗布膜を大気中、９０℃にて１０分、エアブローしながら乾燥を行った。

次いで、この乾燥した塗布膜上に上記の電子放射膜形成用塗料を膜厚が０．１μｍとなるように塗布した。
次いで、この塗布膜を大気中、９０℃にて１０分、エアブローしながら乾燥を行い、次いで、大気中、８００℃にて３０分熱処理を行い、保護膜及び電子放射膜を形成した。
その後、実施例１に準じて比較例１の蛍光ランプを作製した。

「比較例２」
（電子放射膜形成用塗料の調整）
硫酸セシウム（Ｃｓ_２ＳＯ_４）粉末と、分散剤を含む２−プロパノールとを混合し、硫酸セシウム（Ｃｓ_２ＳＯ_４）を２０重量％含む比較例２の電子放射膜形成用塗料を作製した。

（蛍光ランプの作製）
電子放射膜形成用塗料として比較例２の電子放射膜形成用塗料を用いた以外は、比較例１に準じて比較例２の蛍光ランプを作製した。

「蛍光ランプの評価」
実施例１、参考例１及び比較例１、２それぞれの蛍光ランプについて、保護作用、暗黒始動の２点の評価を下記の方法により行った。測定装置は、全光束測定装置 ＯＳＰ−１５０（オプトシリウス社製）を用いた。

（１）保護作用
蛍光ランプを２０本作製し、これらの蛍光ランプを２０００時間連続点灯した後のランプの明るさ（光束）を測定し、基準値として比較例１の蛍光ランプ２０本の明るさの平均値を１００としたときの数値を下記の３段階で評価した。
○：１０３〜１１０
△：９７〜１０３
×：９７以下
表１にその分布を示す。

（２）暗黒始動
蛍光ランプを２０本作製し、これらの蛍光ランプを暗黒状態にて１００時間保管し、次いで、同一条件にて電圧をかけてからランプが点灯するまでの時間を測定し、下記の４段階にて評価した。
◎：０〜０．５秒
○：０．５〜１．０秒
△：１．０〜３．０秒
×：３．０秒以上
表１にその分布を示す。

これらの評価結果によれば、実施例１では、保護作用を参考例１及び比較例１、２と同等のレベルに維持しながら、暗黒始動に優れていることが分かった。
一方、参考例１及び比較例１、２は、暗黒始動のばらつきが大きく、実施例１に比べて劣ったものであった。

本発明の一実施形態の蛍光ランプを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の蛍光ランプを示す横断面図である。

符号の説明

１ 透光性封止管
２ 電子放射機能を有する保護膜
３ 蛍光体層
４ 電極
５ リード線
Ｇ 封入ガス

Claims (5)

1. 亜鉛を含む無機化合物からなる電子放射性物質の粉末と、イットリウムを含む無機化合物からなる保護膜形成用物質の粉末とを、溶媒に均一に分散させて含有してなることを特徴とする塗料。
2. 前記亜鉛を含む無機化合物は酸化亜鉛であり、前記イットリウムを含む無機化合物は酸化イットリウムであることを特徴とする請求項１記載の塗料。
3. 請求項１または２記載の塗料を用いて形成してなることを特徴とする塗膜。
4. 基材上に、請求項１または２記載の塗料を塗布して塗布膜を形成し、次いで、この塗布膜を乾燥または乾燥・熱処理することを特徴とする塗膜の製造方法。
5. 請求項３記載の塗膜を透光性封止管の内部に形成してなることを特徴とする蛍光ランプ。

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