JP4314535B2 - 蛍光ランプ用外套管 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子等の照明装置の光源となる外部電極蛍光ランプの外套管に関するものである。

液晶表示素子は自己発光しないため、透過型液晶表示素子に専用の照明装置（以下バックライトユニット）が用いられたノート型パソコン、ＴＶモニター、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）モニター、車載用計器等が一般に使用されている。

バックライトユニットの光源となる蛍光ランプは冷陰極管であるが、その発光原理は、一般の照明用蛍光ランプと同様である。即ち、電極間の放電によって封入された水銀ガス等が励起し、励起したガスから放射される紫外線によってガラス管の内壁面に塗られた蛍光体が可視光線を発光するというものである。ただし冷陰極管は初期電圧が高いため、インバーター電源により、高電圧、高周波が印加される。このような蛍光ランプには、熱的、機械的に強度が高く、電気絶縁性で有利なホウケイ酸系ガラスと導入金属の組合せとして、コバール金属封着用ガラスとコバール金属を用いた蛍光ランプや、タングステン金属封着用ガラスとタングステン金属を用いた蛍光ランプが開発され商品化されている。また、このランプの電源ユニットは電流を制御するための個別コンデンサーと個別インバーター電源からなる。このため、ランプごとにインバーター電源とコンデンサーがセットされたユニットが必要である。

液晶表示装置の裏側に蛍光ランプを約１〜５ｃｍ間隔で複数本均等に多数並べて光らせ、拡散板を通して発光させるバックライトユニットが主にＴＶモニターに使用される。

ＴＶモニターでは、ランプ本数分だけ電源をつみこむので、電源が占める容積が表示装置内で大きいだけでなく、価格も高くなる。それゆえユニットの電源を一つにまとめることが期待されているが、コンデンサーが省略できないため従来不可能であった。

また、従来の冷陰極ランプの寿命は、金属電極がランプ内でスパッタされるときにＨｇと合金を構成し、Ｈｇを消費することによって決定されていると考えられている。電子放出特性を維持するために金属電極が必要であり、寿命に限界があった。その寿命はＴＶモニター用として十分に長いとは言えない。

このため、寿命に影響しやすい内部電極がなく、ランプ外周面の両端近傍部分に電極を配置した外部電極ランプが検討されている。（特許文献１、非特許文献１）

特開２００２−８４０８ 特開２０００-３１１６５９ 特開２００２-３３８２９６ 照明学会誌 ｖｏｌ．８７ Ｎｏ．１ ２００３ ｐ１８

外部電極ランプは、電子を電極から直接的に放出させるのではなく、ガラス外套管を誘電体として機能させ、その誘電特性により管内面から電子を放出させるものである。つまり、ランプ内にコンデンサーの代わりになる機構を構築するものであり、その結果、コンデンサーが不要となり電源の統合が可能になる。

ところがこの構造では、誘電体として作用するガラスの温度が上昇するが、従来のガラス外套管材質では高温での体積抵抗が十分でなく、ガラスが抵抗体として発熱するのみならず、誘電正接が増大することによって誘電損失が増大し、エネルギーロスを生じ、エネルギー効率の観点で好ましくない。また、生じたエネルギーロスは熱エネルギーに変換されるため、電極部分の温度が異常に上昇し、周辺部材に火災を生じる危険性もある。特に液晶バックライトユニット内は、反射板や液晶パネルに囲われていて発生熱が放散しにくく、ランプ周辺温度が上昇しやすい。このため、ランプの放熱に関して考慮する必要が生じ、放熱装置が必要になったり、ランプ出力を上げることができなかったりする等様々な制約が生まれる。

このような事情から、ランプ周辺温度が上昇してもエネルギーロスを極端に増大させない、つまりランプの発熱が極端に増えない外部電極蛍光ランプ用ガラス外套管が求められているが好適なものはなかった。

本発明の目的は、ランプ周辺温度が上昇してもエネルギー効率がよい外部電極ランプを製造することが可能な外部電極蛍光ランプ用外套管を提供することである。

本発明者は種々の検討を行った結果、誘電体として機能するランプ外套管自体を、高温領域でも優れた電気特性を有するガラスで構成することにより、上記目的を達成できることを見いだし、本発明として提案するものである。

即ち本発明の蛍光ランプ用外套管は、ランプ外套管外周面の両端近傍に電極が設けられた構造を有する外部電極蛍光ランプの作製に用いられる蛍光ランプ用外套管であって、透明ガラス管からなり、該ガラス管を構成するガラスの１５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１３以上であり、且つガラス組成として、質量百分率で、ＳｉＯ_２ ２０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ２〜１５％、ＺｒＯ_２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０〜３０％、ＣｅＯ_２ ０〜１０％、ＷＯ_３ ０〜１０％、Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜６％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％含有し、且つ（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）≧２の関係を満たすガラスからなることを特徴とする。
また本発明の蛍光ランプ用外套管は、ランプ外套管外周面の両端近傍に電極が設けられた構造を有する外部電極蛍光ランプの作製に用いられる蛍光ランプ用外套管であって、透明ガラス管からなり、該ガラス管を構成するガラスの１５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１３以上であり、且つガラス組成として、質量百分率で、ＳｉＯ _２ ２０〜８０％、Ｂ _２ Ｏ _３ ０〜４０％、Ａｌ _２ Ｏ _３ ０〜５０％、Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ ０〜４．５％未満、ＺｒＯ _２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ _２ Ｏ _５ ０〜１０％、ＴｉＯ _２ ０〜３０％、ＣｅＯ _２ ０〜１０％、ＷＯ _３ ０〜１０％、Ｓｂ _２ Ｏ _３ ０〜６％、Ｃｌ _２ ０〜０．５％を含有するガラスからなることを特徴とする。

また、本発明の蛍光ランプ用外套管は、ガラス組成として、質量百分率で、Ａｌ_２Ｏ_３
の含有量が５％以上であるガラスからなることを特徴とする。また、本発明の蛍光ランプ
用外套管は、ガラス組成として、質量百分率で、Ｋ_２Ｏの含有量が３％以下であるガラス
からなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、２５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１０．３以上のガラスからなることを特徴とする。また本発明の蛍光ランプ用外套管は、３５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で８．３以上のガラスからなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ外套管は、ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ+ＢａＯが１〜５０質量％であるガラスからなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が２００ｐｐｍ以下であるガラスからなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、ＴｉＯ_２+ＣｅＯ_２+ＷＯ_３が０．０１〜２０質量％であるガラスからなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、Ｎａ_２Ｏの含有量が３質量％以下のガラスからなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、肉厚が０．１〜２ｍｍであることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、少なくとも一方の開口端に、さらに排気管が接合されてなることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、少なくとも一方の開口端に、さらに封止部材が接合され、これによって当該開口端が封止されていることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、ガラス管外周面に、さらに電極層が形成されていることを特徴とする。

また本発明の蛍光ランプ用外套管は、ガラス管内周面に、さらに蛍光体層が形成されていることを特徴とする。

本発明の外部電極蛍光ランプは、上記外套管を使用してなることを特徴とする。

また本発明の外部電極蛍光ランプは、液晶表示素子の照明装置用蛍光ランプとして用いられることを特徴とする。

本発明の蛍光ランプ用誘電部材を用いれば、エネルギー効率がよく、異常発熱のない外部電極ランプを製造することができる。

また本発明の外套管を用いて作製した蛍光ランプは、電極が外部にあるため、電極劣化が殆どなく寿命が長い。またコンデンサーを必要とすることがなく、インバーター電源の集約が可能である。しかも異常発熱が起こりにくい。それゆえ安価で信頼性の高い液晶バックライト用照明装置のランプとして好適である。

ランプ寿命に影響しやすい内部電極を使用しない構造を持つ蛍光ランプとして、本発明で対象とする上述の外部電極ランプ以外にも、ランプ外面の軸方向に電極を配した外面電極ランプが知られている（例えば特許文献２）。

このタイプのランプの外套管に用いられるガラスが、例えば特許文献３で提案されている。しかしこの外面電極ランプ構造では、外套管外面全域に電極を持つため、電極を含むランプ外周全域に透明樹脂をコートすることで絶縁を図っているが、ランプ駆動中に発生する熱により、また強い光が透明樹脂に照射されることにより、透明樹脂が劣化して着色しやすくランプの輝度が長期にわたって維持できないという問題がある。また電極の存在により、発生した光がランプ内部へ反射され、効率面で劣る。このため外面電極ランプは、強い光を瞬間的に発生させ、かつ連続点灯を必要としない用途、例えばコピー機などに好適に使用されている。

一方、本発明が対象とする外部電極蛍光ランプは、長時間の連続点灯が行われる用途、例えば液晶用バックライトに使用される。この種の用途では、長期にわたりランプ輝度を維持する必要がある。そこで外套管外周面の両端近傍に電極を設け、その部分にのみ樹脂をコートして絶縁を図っている。このような構造を採用することにより、光を取り出す部分に透明樹脂や電極を形成する必要がなく、光をランプ外套管全周方向から効率的に取り出せるという利点がある。

ところが、外部電極ランプは、外面電極ランプに比較して、電極面積が小さいために高電圧が印加される。その結果、電圧、周波数、誘電体の誘電率及び誘電正接の積の関数で表される誘電損失の影響により、ガラス外套管の温度が容易に上昇する状態にある。しかも外部電極ランプは連続点灯されるため、温度が加速度的に上昇しやすい。

このような条件を考慮した結果、本発明の蛍光ランプ用外套管を構成するガラスには、以下のような特性が必要となる。
（１）体積抵抗が１５０℃から３５０℃で高いこと。

体積抵抗が低いと電流が流れて、ジュール熱によりエネルギーが浪費され、発光効率が悪くなる。またジュール熱により、外套管の変形や周辺部材の火災が起こるおそれがある。
（２）１５０、２５０、３５０℃の誘電正接が極力小さいこと。

インバーターによって交流高電圧が印加されるとガラスの誘電損失により誘電発熱がおこる。発熱は第一にエネルギーの浪費によりランプの発光効率を悪化させる。第二に発熱すると、外套管全体の放熱によって平衡状態となるまで温度が上昇するが、その温度上昇によりガラスの誘電正接が大きくなって誘電損失が大きくなり、さらに発熱が大きくなって温度が上がることになり、最終的に外套管が変形して焼損にいたる。正常な状態で電極温度は１５０℃近辺であるが、２５０℃になることもまれにある。

誘電加熱は周波数、誘電率、誘電正接、電圧に比例するため、電源条件の周波数と電圧を一定とすると、誘電率と誘電正接を小さくすることで誘電加熱は少なくできる。誘電率はランプに送りこむ電力を確保する誘電容量の設計上に大きく影響する因子であり、設計の自由度が少ない。従ってランプ駆動温度域でのガラスの誘電正接の値を小さくすることが誘電加熱を小さくするために大切である。また、誘電正接が温度上昇によって大きく増加すると、ガラス自身の発熱によって、それ自身の誘電損失が大きくなり、更に温度上昇を招く悪循環を繰り返し、最終的に外套管の焼損に至るため、ランプ駆動温度の１５０℃から２５０℃の誘電損失は温度による変化が少ないことが重要である。さらに外套管の焼損を予防するためには３５０℃の誘電損失量も十分に小さい必要がある。
（３）アルカリ含有量が少ないこと。特にＮａ_２Ｏの含有量が極力少ないこと。

アルカリ成分は、高温領域で誘電正接や体積抵抗値に大きな影響を与えるため極力少ないことが求められる。特にＮａイオンはガラスの体積抵抗率を下げる働きが大きい。しかもＨｇとイオン交換をし易い事でも知られており極限まで使用を制限することが望まれている。なおＫイオンやＬｉイオンも誘電損失を増大させる働きがあるため、できれば含有させない方がよい。

ただしガラスを低粘性化したり、生産性を上げたりするためにやむを得ず２質量％以上のアルカリ成分を含有する場合は、同時にアルカリ土類成分を豊富に導入することで対処可能である。
（４）耐熱温度が十分に高いこと。

蛍光体の焼成は５００℃程度で行われるため、５００℃以上の耐熱温度が求められる。耐熱温度が６００℃以上であれば、金属ペーストを用いて、ガラス管外周面に電極を形成することが容易となり、密着性のよい電極を蛍光体焼成と同時に形成できるため好都合である。なお金属ペーストの焼成温度は６００℃に制限されるものではなく、材料に適した温度で焼成すればよい。

なお耐熱温度が低いと外套管に変形が生じ、蛍光ランプを製造することが困難になる。
（５）紫外線遮蔽性、ソラリゼーション性に優れること
液晶バックライトでは、反射板等の有機部材が蛍光灯の近傍に備えられているため紫外線による有機物の劣化により光量が減衰するおそれがある。このため蛍光ランプ内部で発生する紫外線を外部に漏らさないよう外套管用ガラスには紫外線遮蔽性が要求される。

また紫外線がガラスに当たるとガラス着色（ソラリゼーション）を生じるが、着色を生じるとランプの光量が減少するため好ましくない。このためガラスが着色しないよう組成面で対応する必要がある。

上記要求特性を満足する本発明の外套管について、以下に詳述する。

本発明の外套管は、体積抵抗が高いガラスからなる。体積抵抗はガラスの絶縁性を示す数値であり、抵抗が少ないと電流が流れてガラスがジュール熱によって発熱するため、できだけ高い値が必要である。

１５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍは、ｌｏｇ表示で１３．０以上、好ましくは１３．５以上、さらに好ましくは１４．０以上である。１３．０以上あれば十分な実用上の問題の無い抵抗を示し、１３．５以上あれば誘電損失に与える影響も小さくなり、１４．０以上あれば完全な絶縁体とみなすことができる。

２５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍは、ｌｏｇ表示で１０．３以上、好ましくは１０．５以上、さらに好ましくは１１以上、特に１２以上であることが望ましい。１０．３以上あれば実用上問題の無い抵抗を示し、１０．５以上あれば誘電損失に与える影響も小さくなり、１１以上であればランプ周辺温度が高くなるような厳しい使用条件下でもランプを使用できる。１２以上であればより安全である。

３５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍは、ｌｏｇ表示で８．３以上、好ましくは８．５以上、特に９以上が望ましい。体積抵抗率が８．３以上であれば実用上問題の無い抵抗を示し、８．５以上であればランプ周辺温度が高くなるような厳しい使用条件下でもランプを使用できる。９以上であればより安全である。

また本発明の外套管は、誘電正接の小さいガラスからなる。

１ＭＨｚの誘電特性は物質の性質を代表する値であり、本発明においては、１ＭＨｚにおける誘電正接が室温で０．００３、好ましくは０．００２５、さらに好ましくは０．００２以下のガラスを使用するべきである。０．００３以下であれば誘電損失が小さくなって、発熱量を実使用上問題ないレベルに抑えることが可能になり、０．０２５以下であればランプ稼動温度の高いものでも使用できる。さらに０．００２以下であれば高出力タイプや高周波数タイプのランプでも発熱が小さくなり好ましい。

ランプは４０ＫＨｚから１００ＫＨｚで使用されるが、誘電正接は周波数が高くなるほど小さくなる傾向があるため、４０ＫＨｚの誘電正接の方が１００ＫＨｚのそれよりも高くなる。よって４０ＫＨｚの値で外套管用ガラスの誘電特性を規定することができる。また１５０℃はランプの通常の作動温度であり、２５０℃はランプ内部で発生する可能性のある温度である。さらに３５０℃は安全面から考慮すべき温度である。

１５０℃、４０ｋＨｚの誘電正接は通常０．０００５よりも大きいが、０．００５以下、好ましくは０．００４以下、さらに好ましくは０．００３以下であることが望まれる。０．００５以下であれば誘電損失が小さくなって発熱量を実使用上問題ないレベルに抑えることが可能になり、０．００４以下であればランプ稼動温度の高いものでも使用できる。さらに０．００３以下であれば高出力タイプの蛍光ランプでも発熱が小さくなり好ましい。

２５０℃、４０ｋＨｚの誘電正接は０．０２以下、好ましくは０．０１５以下、さらに好ましくは０．０１以下である。０．０２以下であれば誘電損失が小さくなって発熱量を実使用上問題ないレベルに抑えることが可能になり、０．０１５以下であればランプ稼動温度の高いものでも使用できる、さらに０．０１以下であれば高出力タイプの蛍光ランプのような発熱が大きいタイプでも使用可能であり好ましい。

３５０℃、４０ｋＨｚの誘電正接は０．１以下、好ましくは０．０７以下、さらに好ましくは０．０５以下である。０．１以下であれば、誘電損失が小さくなって電極の発熱を抑制し、発熱量を実使用上問題ないレベルに抑えることが可能となる。０．０７以下であればランプ稼動温度の高いものでも使用できる、さらに０．０５以下であれば周辺温度が高温でかつ放熱しにくい環境下においても、高出力タイプのランプが使用可能となり好ましい。

また下式で表される誘電正接変化率が、１５０℃〜２５０℃間の平均値で、０．０００２以下、好ましくは０．０００１以下、さらに好ましくは０．００００８以下であることが望まれる。０．０００２以下であればランプ周辺温度が上昇しても、ランプ発熱量の変化が少なく安定した温度で使用でき、０．０００１以下であればランプ外部環境の影響が少なくなり、０．００００８以下であればランプ発熱量が減って、環境上も極めて理想的である。

また下式で表される誘電正接変化率が、２５０℃〜３５０℃間の平均値で、０．００１以下、好ましくは０．０００７以下、さらに好ましくは０．０００５以下であることが望まれる。０．００１以下であれば、温度上昇に伴う誘電損失の増大による異常発熱が抑制できるため、外套管の焼損を防止することができる。０．００７以下であればランプからの放熱が制限されるような条件でも外套管の焼損が起こりにくくなるが、より理想的には０．００５以下であればさらにランプの温度安定化が図れて好ましい。

誘電正接変化率 ＝ △誘電正接／△Ｔ
△誘電正接 ： 誘電正接の差
本発明において、外套管材質として使用するガラスとしては、例えば質量百分率で、ＳｉＯ_２ ２０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ２〜１５％、ＺｒＯ_２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０〜３０％、ＣｅＯ_２ ０〜１０％、ＷＯ_３ ０〜１０％、Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜６％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％含有し、且つ（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）≧２の関係を満たすガラスや、質量百分率で、ＳｉＯ _２ ２０〜８０％、Ｂ _２ Ｏ _３ ０〜４０％、Ａｌ _２ Ｏ _３ ０〜５０％、Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ ０〜４．５％未満、ＺｒＯ _２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ _２ Ｏ _５ ０〜１０％、ＴｉＯ _２ ０〜３０％、ＣｅＯ _２ ０〜１０％、ＷＯ _３ ０〜１０％、Ｓｂ _２ Ｏ _３ ０〜６％、Ｃｌ _２ ０〜０．５％を含有するガラスがある。各成分の範囲を限定した理由を以下に説明する。

ＳｉＯ_２は主成分であり、ガラスの骨格成分である。ＳｉＯ_２の含有量は２０〜８０％、特に２０〜６０％、さらには４０〜５５％未満であることが好ましい。ＳｉＯ_２が２０％よりも多いと上記した効果が得られ好ましい。４０％以上であれば耐候性が良くなり、ガラス表面が白くなるアルカリ吹き等を防止することができる。また８０％よりも少ないと溶融ガラスを管状に直接成形する際の成形性がよくなり、６０％以下であればガラスの粘性が低くなって生産性が向上し、大量生産に好適となる。なお、アルカリ成分の少ない組成でより精密な成形を行うことが求められる場合には、ガラス粘度を下げるためにＳｉＯ_２を５５％未満にすることが好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３は、溶融性の向上、膨張の調整、粘度の調整、及び化学的耐久性を向上させる成分であり、その含有量は０〜４０％、好ましくは０〜３０％である。Ｂ_２Ｏ_３が４０％以下であると、ガラス融液からの蒸発が少なくガラスが均一になりやすいため好ましい。３０％以下であるとランプ製造工程中の熱加工時にもガラス成分の蒸発が少なくなり好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの失透性を大きく改善する成分であり、ガラスの溶融、成形を容易にする成分である。その含有量は０〜５０％、好ましくは０．５〜５０％、より好ましくは１〜５０％、更に好ましくは５〜５０％である。Ａｌ_２Ｏ_３が０．５％以上であれば上記効果を得ることができる。また５０％以下であれば溶融、加工が工業的に容易になる。

アルカリ成分は少量でもガラスを低温化させ、大量生産に適したガラスを得る効果がある。またガラスの原料を溶け易くする融材として働く効果があるが、温度の高い状態でイオン伝導をおこして、体積抵抗の劣化や誘電正接の増大を招きやすいという欠点もある。アルカリ成分の含有量は、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが０〜１５％、好ましくは０〜１２％である。アルカリ成分の合量が１５％以下であれば、アルカリ土類成分の導入によって上記欠点を補うことが可能であるが、１２％以下で使用する方が実用上好ましい。なお、体積抵抗の劣化や誘電正接の増大による発熱が非常に起こりやすい状況でランプが使用される場合には、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの合量を４．５％未満に制限することが望ましい。

Ｎａ_２Ｏは３％以下、できれば１％以下、特に０．１％以下であれば高温域での誘電正接や体積抵抗が改善されるため好ましい。Ｌｉ_２Ｏの含有量は６％以下、特に３％以下であることが好ましい。Ｋ_２Ｏは１５％以下、特に１０％以下、さらには６％以下が望まれる。なおＮａ_２Ｏを２％以上使用する場合は、同時にＬｉ_２ＯやＫ_２Ｏを使用すると高温域での体積抵抗の悪化を抑制することができ好ましい。また、体積抵抗の劣化や誘電正接の増大による発熱が非常に起こりやすい状況でランプが使用される場合には、Ｋ_２Ｏの含有量を４．５％未満、好ましくは３％以下に制限することが望ましい。

ＺｒＯ_２はガラスの化学的安定性を増す成分であり、ガラスのアルカリ吹きやアルカリ土類吹きを防止する効果がある。その含有量は０．００１〜１０％、好ましくは０．００１〜５％である。ＺｒＯ_２が０．００１％以上であれば上記効果が得られる。また１０％以内であれば失透が生じることもなく安定したガラスが得られ、５％以下であればさらに好ましい。

アルカリ土類成分であるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯはアルカリ成分のガラス中での移動を抑制する効果と、ガラスを安定化させ失透物がガラス中に生じることを防止する効果がある。その含有量は各々０〜３０％であり、好ましくは各々０〜２０％である。各成分がそれぞれ３０％以下であればアルカリ土類系の失透が生じることなく安定したガラスが得られ、それぞれ２０％以下であればさらに好ましい。なおアルカリ土類成分を２種類以上使用すれば、上記効果がさらに得やすくなり好ましい。

複数のアルカリ土類成分を使用する場合、その含有量は合量で１〜５０％、特に２〜４０％であることが好ましい。１％以上であれば上記効果が現れ始めるが、確実に効果を得るためには２％以上含有することが望ましい。また５０％以下であればアルカリ土類系の失透が生じることなく安定したガラスが得られ、４０％以下であればより失透が生じにくくなり、失透物発生原因である溶融炉の耐火物の使用制限を緩和することができる。

ガラスの生産性向上等の理由から、やむを得ず合量で２％以上のアルカリ成分を導入する場合には、アルカリ土類成分を適当な割合で導入することで、高温域の誘電正接や体積抵抗の悪化を緩和することができる。この場合、アルカリ土類成分を２種類以上、好ましくは３種類以上導入することで緩和効果が大きくなる。

アルカリ成分を２％以上含有する場合において、アルカリ成分とアルカリ土類成分の適正な割合は、（ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ+ＢａＯ）/（Ｌｉ_２Ｏ+Ｎａ_２ Ｏ+Ｋ_２Ｏ）が０．５以上、０．９以上、さらには１．５以上、特に２以上であることが好ましい。この比が０．５以上であれば上記した効果が現れはじめ、確実に効果を得るためには０．９以上にすることが望ましい。さらに１．５以上であれば、外套管が高温に曝される環境下でも、外套管の変形が起こるような発熱が起こりにくくなる。

ＺｎＯはガラスの低温化に効果のある成分であり、その含有量は０〜３０％、好ましくは０〜１５％である。３０％よりも少なければ失透が生じることなく安定したガラスを得ることが可能になり、１５％以下であればさらに好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５はソラリゼーションを防止する効果があり、その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜５％である。１０％以下であれば失透が生じることなく安定して生産でき、５％以下であればさらに工程の安定化をはかることができる。

ＴｉＯ_２は、ソラリゼーション防止及び紫外線遮蔽効果がある。またガラスの誘電率を高める成分であり、高誘電率が必要な場合には含有することが好ましい。その含有量は０〜３０％、好ましくは０〜１０％である。３０％よりも少なければ、ガラス中に失透を生じることなく安定して生産でき、１０％よりも少ないと、さらなる工程の安定化が期待できる。

ＣｅＯ_２及びＷＯ_３は紫外線を遮蔽し、ソラリゼーションを防止する効果がある。各成分の含有量は各々０〜１０％である。１０％よりも少なければ、ガラス中に失透を生じることなく安定して生産できる。

ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２及びＷＯ_３は紫外線を遮蔽するために１種類以上含有させることが望ましく、その含有量は合量で０．０１〜２０％、特に０．１〜２０％であることが好ましい。０．０１％以上であれば上記効果を確認できるが、確実に上記効果を得るためには０．１％以上含有することが望まれる。また２０％以下であればガラス中に失透を生じることなく安定して生産できる。

その他に、誘電率を調整する成分として、Ｔａ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、希土類成分（Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等）を４０％以下で導入可能である。また清澄剤成分としてＳｎＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ａｓ_２Ｏ_３、ＳＯ_３等を含有させることも可能である。ただしＡｓ_２Ｏ_３は環境面から使用しないほうがよい。また、ＣｅＯ_２と、Ｓｂ_２Ｏ_３やＡｓ_２Ｏ_３が共存すると、耐紫外線ソラリゼーション性が悪化し易くなる。Ｆｅ_２Ｏ_３は、安価なガラス原料に含まれるだけでなく、工程からも混入するため、市販のガラスにはごく普通に含まれる成分である。しかしながらガラス着色の原因になるため、本発明ではその含有量を０．１％以下、特に０．０３％以下、さらには０．０２％以下に制限するべきである。

ガラス中に含まれる水分は、ガラスの低温粘性を低下させて加工性を向上させる働きがある。しかし一方でランプ内部にガスとして放出されるとランプの輝度を低下させるおそれがある。また、水分量は誘電正接とも関連があり、より誘電正接を小さくするためには水分量が少ない方が有利である。

このような理由から水分量を適正に管理することが好ましい。具体的には、下記式で求められる係数Ｘが１．２以下であれば、ガスの放出が起こりにくく上記問題が生じにくい。また０．１以上であれば、ランプを安定して加工することが容易になる。係数Ｘの好適な範囲は０．１〜０．８であり、さらには、０．１〜０．６が望ましい。

なお水分量は、下記の式で表される赤外線透過率係数（Ｘ）に比例する。

Ｘ＝（ｌｏｇ（ａ／ｂ））／ｔ
ａ：３８４０ｃｍ^−１付近の極小点の透過率（％）
ｂ：３５６０ｃｍ^−１付近の極小点の透過率（％）
ｔ：試料測定厚み（ｍｍ）
ガラス中の水分量の調整は、通常ガラス溶融時の燃焼ガス中の水分量や、ガラス原料（硼酸と無水硼砂の混合比）で調整する。また、これらで調整しきれない場合には、ガラス溶融時の乾燥空気バブリング等によって調整できる。

本発明の外套管の肉厚は、静電容量を確保するためには薄いほうが良いが、強度を保つためには厚いほうが好ましい。したがって、その肉厚は０．１ｍｍ以上、できれば０．２ｍｍ以上で、２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下であることが好ましい。また外套管の外径は、１〜１２ｍｍ、特に１〜６ｍｍであることが発光効率の点から好ましい。

次に本発明の蛍光ランプ用外套管の製造方法を述べる。

まず上記特性又は組成となるように原料を調合し、混合した後、溶融炉にてガラス溶融する。このとき必要に応じてガラス中の水分量を調整する。次に溶融ガラスをダンナー法、ダウンドロー法、アップドロー法等の管引き法を利用して管状に成形する。その後、管状ガラスを所定の寸法に切断し、必要に応じて後加工することにより、蛍光ランプ用外套管を得ることができる。

このようにして得られた外套管を用い、常法に従って外部電極蛍光ランプを作製することができる。なお蛍光ランプを組み立てるに先立って、外套管外表面に電極を形成したり、内表面に蛍光体や電子放射物質からなる層を形成しておくことができる。また外套管の開口端に排気管を接合したり、封止部材を設けておくことも可能である。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。表１は外套管を構成するガラス材質（試料Ａ〜Ｈ）を示している。

まず、表１の組成となるようにガラス原料を調合した後、白金坩堝を用いて１５５０〜１６５０℃で８時間溶融した。使用したガラス原料は石粉、アルミナ、硼酸、ジルコン、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、亜鉛華、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、塩化ナトリウム、酸化ニオビウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化アンチモンなどである。これは一例であり、原料の種類に限定されるものではない。また、組成に示される成分は換算値であり、表記の酸化物価数に限定されない。

次にＡ〜Ｉのガラス融液をダウンドロー法で管状に成形した後、所定の長さに切断し、透明ガラス管からなる外套管を得た。なお、その他の管引き成形法として、ダンナー法、アップドロー法等が適用できる。

このようにして得られた外套管は、線熱膨張係数が３８〜９５×１０^−７／℃、歪点４５０℃以上であった。また体積抵抗率（ｌｏｇ表示）は、１５０℃で１３以上、２５０℃で１０以上、３５０℃で８以上であった。

なお歪点はガラス外套管の耐熱性の目安であり、ＪＩＳ Ｒ３１０３によって測定される。歪点以下の温度であれば蛍光体や外部電極塗布時の焼成でガラスが変形することなく、セラミックスのように扱うことが可能であるが、歪点が工業的に十分過ぎるほど硬い粘度であるので、実際の耐熱温度は歪点よりさらに８０℃高い温度となる。体積抵抗率は次のようにして測定した。まず５ｃｍ角、厚み１ｍｍの＃１０００研磨した板状ガラス試料の上に蒸着によって金電極を形成した。続いて電極を備えた電気炉内で、電極で挟むようにして試料を保持した。その後、所定の温度での抵抗値を高抵抗測定装置を用いて測定した。

次にこれらの外套管を用いて外部電極蛍光ランプを作製した。

表２は本発明の外部電極蛍光ランプの実施例（試料Ｎｏ．１〜９）を示している。

各蛍光ランプは、表中に示すランプ種類に応じて以下のようにして作製された。なお表中に示すランプ種類は、試料Ａ〜Ｃが第一の形態の外部電極蛍光ランプ、試料Ｄ〜Ｉが第二の形態の外部電極蛍光ランプをそれぞれ意味している。

第一の形態の蛍光ランプを作製する方法について説明する。第一の形態の蛍光ランプは、予め外周面に電極を、内周面に蛍光体層をそれぞれ形成した外套管の両開口端に、封着ガラスを用いて封止部材及び排気管をそれぞれ接合する構造を有している。なお封着ガラスを使用する本形態では、封着ガラスが温度ヒューズとして機能するため安全である。つまり封着ガラスは耐熱性が高くないため、万一外套管の温度が封着ガラスの耐熱温度、即ち非晶質ガラスの場合は軟化点（例えば後述のＬＳ−１３０１では３９０℃）、結晶性ガラスの場合は析出結晶の融解温度を超えた場合に、封着ガラスが軟化してランプの気密性を破り、ランプを停止させ周辺部材の火災を防止することができる。

まず図１（ａ）に示すように、封止部材１、封着ガラスタブレット２、電極３が形成された外套管４、排気管５を、図１のようにカーボン型１０に挿入配置後、封着ガラスの封着温度で焼成し、各部材を接合一体化する。

ここで外套管４は、表１のガラスからなる外径４ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ５００ｍｍの透明ガラス管である。またガラス管の内周面には予め蛍光体６が塗布されている。なおガラス管両端付近の余分な蛍光体は、ブラシで除去されている。この塗布された蛍光体６は、後の電極焼き付けのための焼成時に、ガラス管内周面に焼き付けられ、蛍光体層を形成する。

また外套管４に予め形成される電極３は、表２に示す材料で構成される。電極形成材料には特に制限はないが、例えば京都エレックス株式会社製のＤＤ３６００Ｃｕペースト、ＤＤ３００Ａｇペースト、ＤＤ７０００Ｎｉペースト等を使用することができる。例えばＤＤ３００Ａｇペーストを使用する場合、外套管の外周面上に転写印刷して６００℃窒素中で焼結することで、外面に密着した均質な電極層が得られる。電極として、アルミニウム箔を接着剤で接着する方法があるが、密着性に劣るため誘電容量が低く好ましくない。アルミニウムを使用する場合、肉厚０．０３〜３ｍｍ好ましくは０．１〜１ｍｍのリングをガラス管よりも２００℃程度高温に加熱して膨張させた後、ガラス管にはめ込んでかしめる方法であれば、誘電容量の点で良好な結果が得られる。

また封着ガラスタブレット２には、例えば、日本電気硝子株式会社製ＬＳ−１３０１（非晶質ガラス使用、封着温度４３０℃、耐熱温度３９０℃）、ＬＳ−１３２０（非晶質ガラス使用、封着温度３２０℃、耐熱温度２７０℃）、ＬＳ−０２０６（非晶質ガラス使用、封着温度４５０℃、耐熱温度４１０℃）、ＬＳ−７１０５（結晶性ガラス使用、封着温度４５０℃、耐熱温度５００℃）等からなる外径４ｍｍ、内径３ｍｍ、厚み０．３ｍｍのタブレットが使用できる。これらのタブレットは、封着ガラス粉末に低温分解性のバインダーを用いて混練したものを押し出し成形によって形成したものであり、蛍光体や誘電部材上の電極に影響を与えることなく各部材を封着できる。上記例では封着ガラスは何れも鉛系ガラスであるが、銀リン酸系ガラスや錫リン酸系ガラス等を採用してもよい。封着ガラスの選択に当たっては、耐熱温度や、外套管等の被封着部材の熱膨張係数を考慮して適宜選択すればよい。

また封止部材１は、外套管ガラスをアルミナボールミルで粉砕し、目開き２００μｍの篩で分級して得たガラス粉末にバインダーを加えて造粒した後、直径４ｍｍ厚み２ｍｍの円盤状になるようにプレス成形し、焼結させたものである。なお封止部材の形状は、円盤状に限定されるものではなく、例えば凸型でもかまわない。

次に図１（ｂ）のように、排気管５内部に水銀アマルガムボート７を挿入し、排気装置１１にて排気後、ＡｒとＮｅガスを導入する。

続いて、排気管５端部を封止し、さらに水銀アマルガムボート７を加熱してＨｇを管内に導入する。（図１（ｃ））
その後、排気管５を封止切りして、図１（ｄ）に示すような第一の形態の蛍光ランプを得る。

なお、外套管４と排気管５の接合の何れか一方又は両方を、直接融着で行ってもよい。

第二の形態の蛍光ランプを作製する方法について説明する。第二の形態の蛍光ランプは、封止部材及び排気管を接合しない構造を有している。

まず図２（ａ）のように、外套管４内部に蛍光体６を塗布する。その際、余分な蛍光体はブラシで除去する。また外套管４外周部に、表２に電極形成用金属ペーストを塗布する。その後、管全体を６００℃で焼成し、蛍光体６の焼きつけと電極３の焼付けを同時に行う。なお電極３の形成は、最終工程で行うこともできる。

続いて図２（ｂ）のように外套管の一方の端部を溶融封止した後、他端から排気、ＡｒとＮｅガスの導入、水銀アマルガムボートの挿入を行う。（図２（ｃ））
次いで、開口部を熔封し、さらに水銀アマルガムボートを誘導加熱して、Ｈｇを管内へ導入する。（図２（ｄ））
その後、外套管の水銀アマルガムボート７が存在する部分を封止切りすることにより、第二の形態の蛍光ランプを得る。（図２（ｅ））
第二の形態の蛍光ランプにおいて、外套管が耐熱性の不十分なガラスからなる場合には、５００℃程度で焼成が可能な金属ペースト材料を使用するか、最終工程で電極を貼り付けることも可能である。

また第一及び第二の形態以外にも、一方の外套管端部に封止部材又は排気管が接合され、他端が溶融封止された形態を採用することも可能である。

上記のようにして組み立てられた外部電極型蛍光ランプについて、ランプ照度、並列点灯性、紫外線遮蔽性，ソラリゼーション性、及び異常加熱について評価した。

その結果、各ランプは、同条件で点灯させた従来の冷陰極ランプ２１（図３）と比較したところ、遜色ないか、或いは本実施例のランプの方が明るかった。またインバーター電源に対して並列にランプを並べて点灯することができ、電源の集約が可能であることを示している。紫外線遮蔽性及び耐ソラリゼーション性は何れのランプも良好であることが判った。異常加熱については、外套管付近温度がＮｏ．９を除いて１５０℃程度であり、異常は見られなかった。またＮｏ．９のランプは、他のランプよりも温度が高く２４０℃程度あったため、「△」で表記した。なお輝度維持については十分な検証ができていないが、１００ｈｒレベルでは安定した輝度維持を示すことが確認された。

ランプ照度は、フィルター越しに観察して評価したものであり、同条件で点灯させた冷陰極ランプと比較した。並列点灯性は、図４に示すように外部電極蛍光ランプ２２を並列に並べて、コンデンサーを介さずに点灯が可能か調査した。なおこの試験には、安全のためランプ１本平均の電流が１００ｍＡを越えるとブレーカーが働くようにした電源を用いた。紫外線遮蔽性は、市販の照度計を用いて２５４ｎｍ波長を測定し、距離３ｃｍで０．１ｍＷ／ｃｍ^２以下を良好とした。ソラリゼーション性は、鏡面研磨した１．０ｍｍ厚のガラス板について、紫外線照射前照射後の分光光度計４００ｎｍの透過率を測定し、透過率差が０．５％以下であれば良好とした。なお紫外線の照射は、オゾン洗浄装置（岩崎電気ＯＣ-２６５０）を用い、照射距離２０ｍｍにて１時間行った。異常加熱については、ランプ周辺温度を計測して、２５０℃以上の加熱を認めた時に異常加熱と認定した。

本発明の蛍光ランプは、ノート型パソコン、ＴＶモニター、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）モニター、車載用計器等に搭載される透過型液晶表示素子の照明装置（以下バックライトユニット）用蛍光ランプとして使用可能である。また本発明の外套管は、このような蛍光ランプの構部材として使用できる。

第一の形態の蛍光ランプを製造する方法を示す説明図である。 第二の形態の蛍光ランプを製造する方法を示す説明図である。 従来の冷陰極ランプを示す説明図である。 本発明の外部電極蛍光ランプを並列に並べた状態を示す説明図である。

１ 封止部材
２ 封着ガラスタブレット
３ 電極
４ 外套管
５ 排気管
６ 蛍光体
７ 水銀アマルガムボート
１０ カーボン型
１１ 排気装置
２１ 従来の冷陰極ランプ
２２ 本発明の外部電極蛍光ランプ

Claims (16)

1. ランプ外套管外周面の両端近傍に電極が設けられた構造を有する外部電極蛍光ランプの作製に用いられる蛍光ランプ用外套管であって、透明ガラス管からなり、該ガラス管を構成するガラスの１５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１３以上であり、且つガラス組成として、質量百分率で、ＳｉＯ_２ ２０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ２〜１５％、ＺｒＯ_２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０〜３０％、ＣｅＯ_２ ０〜１０％、ＷＯ_３ ０〜１０％、Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜６％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％含有し、且つ（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）≧２の関係を満たすガラスからなることを特徴とする蛍光ランプ用外套管。
2. ランプ外套管外周面の両端近傍に電極が設けられた構造を有する外部電極蛍光ランプの作製に用いられる蛍光ランプ用外套管であって、透明ガラス管からなり、該ガラス管を構成するガラスの１５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１３以上であり、且つガラス組成として、質量百分率で、ＳｉＯ _２ ２０〜８０％、Ｂ _２ Ｏ _３ ０〜４０％、Ａｌ _２ Ｏ _３ ０〜５０％、Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ ０〜４．５％未満、ＺｒＯ _２ ０．００１〜１０％、ＭｇＯ ０〜３０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜３０％、ＺｎＯ ０〜３０％、Ｎｂ _２ Ｏ _５ ０〜１０％、ＴｉＯ _２ ０〜３０％、ＣｅＯ _２ ０〜１０％、ＷＯ _３ ０〜１０％、Ｓｂ _２ Ｏ _３ ０〜６％、Ｃｌ _２ ０〜０．５％を含有するガラスからなることを特徴とする蛍光ランプ用外套管。
3. ガラス組成として、質量百分率で、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が５％以上であるガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光ランプ用外套管。
4. ガラス組成として、質量百分率で、Ｋ_２Ｏの含有量が３％以下であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
5. ２５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で１０．３以上であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
6. ３５０℃における体積抵抗率Ω・ｃｍが、ｌｏｇ表示で８．３以上であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
7. ガラス組成として、質量百分率で、ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ+ＢａＯの含有量が１〜５０％であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
8. Ｆｅ _２ Ｏ _３ の含有量が２００ｐｐｍ以下であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
9. ガラス組成として、質量百分率で、ＴｉＯ_２+ＣｅＯ_２+ＷＯ_３の含有量が０．０１〜２０％であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
10. ガラス組成として、質量百分率で、Ｎａ_２Ｏの含有量が３％以下であるガラスからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
11. 少なくとも一方の開口端に、さらに排気管が接合されてなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
12. 少なくとも一方の開口端に、さらに封止部材が接合され、これによって当該開口端が封止されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
13. ガラス管外周面に、さらに電極層が形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
14. ガラス管内周面に、さらに蛍光体層が形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の蛍光ランプ用外套管。
15. ランプ外套管外周面の両端近傍に電極が設けられた構造を有する外部電極蛍光ランプにおいて、請求項１〜１４のいずれかに記載の外套管を使用してなることを特徴とする外部電極蛍光ランプ。
16. 液晶表示素子の照明装置用蛍光ランプとして用いられることを特徴とする請求項１５に記載の外部電極蛍光ランプ。