JP4456973B2 - 冷陰極蛍光ランプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は冷陰極蛍光ランプの製造方法に関し、特に、暗黒始動性の改善のため、電子放射物質が被着された電極を有する冷陰極蛍光ランプの製造方法に関する。

蛍光ランプの中でも、管状をしたガラスバルブの内面に蛍光体が塗布され、両端部に内部電極として冷陰極が設けられてなる冷陰極蛍光ランプは細径化に適している。そのため、薄型化（小型化）が要求される液晶ディスプレイ装置のバックライトユニットの光源として好適に用いられている。一般的なバックライトユニットでは、その構造上の理由から、冷陰極蛍光ランプは外来光の乏しい環境下で使用される。このため、バックライトユニットに用いられる冷陰極蛍光ランプには、特に暗黒始動性の改善が要求される。

暗黒始動性を改善するため、特許文献１には、電極にセシウム化合物を被着した冷陰極蛍光ランプが開示されている。セシウムは電子放射物質の中でも特に仕事関数が低く、これを用いることにより暗黒始動性が改善される。
特開２００１−１５０６５号公報

しかしながら、上記のように構成する冷陰極蛍光ランプでは、特に製造段階において、電極近傍の蛍光体形成領域が淡黄色に着色されてしまうといった問題が発生している。冷陰極蛍光ランプは、種々の工程を経て製造されるのであるが、その中には、電極近傍でガラス管を加熱して封止する封止工程等、電極およびこれに被着されたセシウム化合物が数百度に熱せられることとなる工程が存在する。そのような工程において、セシウム化合物の一部が蒸散して蛍光体に付着し、当該付着部分が淡黄色に見えるようになるのである（淡黄色に見える領域を「変色領域」と称することとする。）。

変色領域が発生すると、この部分での輝度が低下し、管軸方向における輝度むらが激しくなる。このことは、特に輝度の均一性が要求されるバックライトユニットにおいては大きな問題となる。
変色領域の変色の程度を低減するためには、電極へのセシウム化合物の被着量を減らせばよいのであるが、そうすると、今度は暗黒始動性が悪化してしまう。

本発明は、上記した課題に鑑み、前記変色領域の発生を可能な限り抑制することが可能な、冷陰極蛍光ランプの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る冷陰極蛍光ランプの製造方法は、ガラス管内周側に蛍光体膜が形成された蛍光体膜付ガラス管を準備するガラス管準備工程と、前記蛍光体膜付ガラス管に、セシウム化合物が付着された電極を挿入する挿入工程とを有する冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記挿入工程の前に、前記セシウム化合物が付着された電極を不活性ガス中に維持する維持工程を有することを特徴とする。

また、前記維持工程において、前記電極を少なくとも３時間、不活性ガス中に維持することを特徴とする。
あるいは、前記維持工程において、前記電極を少なくとも６時間、不活性ガス中に維持することを特徴とする。

本発明に係る冷陰極蛍光ランプの製造方法によれば、セシウム化合物が付着された電極を不活性ガス中に維持することで、当該セシウム化合物が原因で、蛍光体膜に変色領域が発生するのを低減できることが実験により確認された。

以下、本発明に係る冷陰極蛍光ランプの製造方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、製造対象である冷陰極蛍光ランプ１０を表した縦断面図である。なお、本図を含めた全ての図において、各構成部材間の縮尺は統一していない。
図１（ａ）に示すように、冷陰極蛍光ランプ１０は、円形断面を有するガラス管の両端部が第１リード線１２および第２リード線１４で気密封止されてなるガラスバルブ１６を有する。ガラスバルブ１６は、硬質のホウケイ酸ガラスからなり、その全長は４５０ｍｍ、外径は４．０ｍｍ、内径は３．０ｍｍである。

ガラスバルブ１６内面には、厚み約２０μｍの蛍光体膜１８が形成されている。蛍光体膜１８は、赤色発光のY₂O₃:Eu、緑色発光のLaPO₄:Ce³,Tb³および青色発光のBaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²といった３種類の希土類蛍光体を含む。
また、ガラスバルブ１６の内部には、約３ｍｇの水銀（不図示）と、複数種の希ガス（例えば、ネオンとアルゴン）からなる混合ガス（不図示）が封入されている。

第１および第２リード線１２、１４は、タングステン線からなり、その線径は１ｍｍである。
ガラスバルブ１６の端部に支持された第１および第２リード線１２、１４のガラスバルブ１６内部側端部には、それぞれ、第１電極２０、第２電極２２がレーザ溶接等によって接合されている。第１および第２電極２０、２２は、有底筒状をしたいわゆるホロー型電極であり、ニオブ棒を加工したものである。第１および第２電極２０、２２として、ホロー型の電極を採用したのは、ランプ点灯時の放電によって生じる電極におけるスパッタリングの抑制に有効であるからである（詳細は、特開２００２−２８９１３８号公報等を参照。）。第１および第２電極２０、２２は同じ形状をしており、電極長（ガラスバルブ１６の管軸方向における長さ）が５．２ｍｍ、外径が２．７ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍ、（内径が２．３ｍｍ）である。

図１（ｂ）に、第２電極２２およびその近傍の拡大図を示す。なお、図１（ｂ）では、電極を切断しないで表している。図１（ｂ）に示すように、第２電極２２の外周には、セシウム化合物からなる被膜（以下、「第１被膜」と言う。）２４が形成されている。第１被膜２４を形成するセシウム化合物として、本例ではアルミン酸セシウム（ＡｌＣｓ₂Ｏ₃）を用いている。また、ガラスバルブ１６の管軸方向、第１被膜２４が位置するガラスバルブ２４内面側に酸化セシウム（Ｃｓ₂Ｏ）からなる被膜（以下、「第２被膜」と言う。）２５が形成されている。

なお、図１において、符号２６、２８で示すのは、後述するように、ガラスバルブ１６の両端部を封着するためのガラスビーズである。
次に、上記の構成からなる冷陰極蛍光ランプ１０の製造方法について、図２〜図５を参照しながら説明する。
図２に示すように、先ず、リード線１４（１２）に電極２２（２０）が接合され、リード線１４（１２）にガラスビーズ２８（２６）が嵌め込まれて固着されたものを準備する[工程Ａ]。ここで、工程Ａで準備される、第１リード線１２と第１電極２０とガラスビーズ２６とから成る組立て体を第１電極ユニット３０と称し、第２リード線１４と第２電極２２とガラスビーズ２８とから成る組立て体を第２電極ユニット３２と称することとする。なお、実際には、この時点で、第１電極ユニット３０と第２電極ユニット３２の区別はない。

次に、第２電極ユニット３２となる電極ユニットの第２電極２２の外周に懸濁液３４を塗布する[工程Ｂ]。懸濁液３４は、純水中にアルミン酸セシウムが分散されてなるものである。また、懸濁液３４におけるアルミン酸セシウムの濃度は約５％（重量％）である。塗布の方法は、刷毛を用いた作業者による手作業塗りでもよいし、あるいは、塗布装置を用いた機械塗りでも構わない。塗布装置を用いた方法としては、例えば、特開２００４−８７２９１号公報に開示された方法を用いることができる。

続いて、懸濁液３４が塗布された第２電極ユニット３２に対し上下に配置した吹き出し口３６、３８から温風を吹き付けて当該懸濁液３４を乾燥させ、前記第１被膜２４を形成する[工程Ｃ]。ここで、吹き出し口３６、３８と電極の距離Ｌが短すぎても、また、温風の風量[Ｌ／ｍｉｎ]が多すぎても、最終的に電極外周に形成される第１被膜の膜厚が不均一になる。そして、被膜は、厚く形成された部分で脱落し易い。被膜が脱落して、そのかけらがガラスバルブ内に存在すると、かけら部分が影となって見え、輝度ムラが発生することとなる。本願発明者は、上記距離Ｌと風量とを色々と変化させて実験し、乾燥時間が長くなりすぎず、かつ、第１被膜の膜厚をほぼ均一にすることができる範囲を見出した。その範囲は、距離Ｌ＝２０〜５０[ｍｍ]で、風量＝１０〜１５[Ｌ／ｍｉｎ]
である。上記最適範囲で懸濁液を乾燥させて冷陰極蛍光ランプを１万本製造した場合と、比較例として、距離Ｌ＝７０〜９０[ｍｍ]、風量＝３０〜４０[Ｌ／ｍｉｎ]に設定して冷陰極蛍光ランプを１万本製造した場合の、第１被膜の脱落率を以下に示す。なお、各１万本は、２０００〜３０００本ずつの数ロットに分け、各ロット間で時期を異ならせて製造した。

上記最適範囲で製造した場合における第１被膜の脱落率の１万本全体での平均は０．０５％、ロット毎における脱落率の最高値は０．４２％で最低値は０％であった。一方、上記比較例の場合における第１被膜の脱落率の１万本全体での平均は１．２１％、ロット毎における脱落率の最高値は６．６４％で最低値は０％であった。
乾燥工程（工程Ｃ）を終え、第１被膜２４が形成された第２電極ユニット３２は、図３に示すように、直方体をした保管容器４０内で所定時間保管する。この所定時間については後述する。保管容器４０の側壁４０Ａに取り付けられたパイプ４２からは絶えず不活性ガスが送り込まれ、側壁４０Ｂに取り付けられたパイプ４４からは不活性ガスが排気されており、パイプ４２、４４部分以外は密閉された保管容器４０内は、不活性ガスで充満している。不活性ガスとして、本例では、窒素（Ｎ）ガスを用いており、保管容器４０内の温度は約２５℃に維持されている。第１被膜２４付き第２電極ユニット３２は、このようにして不活性ガス中に所定時間維持された上で、後工程に用いられる。

第１電極ユニット３０および第１被膜２４付き第２電極ユニット３２の上述した準備工程と平行して、図４に示すようにガラス管４６の内側に蛍光体膜１８が形成されたものを準備する[工程Ｅ]。
蛍光体膜１８付きガラス管４６に、第１被膜２４付き第２電極ユニット３２を挿入した後、仮止めを行う[工程Ｆ]。仮止めとは、ガラスビーズ２８が位置するガラス管４６の外周部分をバーナー４８で加熱して、ガラスビーズ２８の外周の一部をガラス管４６内周面に固着することをいう。ガラスビーズ２８の外周の一部しか固着しないので、ガラス管４６の管軸方向の通気性は維持される。

次に、第２電極ユニット３２とは反対側から、ガラス管４６に第１電極ユニット３０を挿入した後、ガラスビーズ２６が位置するガラス管４６の外周部分をバーナー５０で加熱し、ガラス管４６を封着して気密封止（第１封止）する[工程Ｇ]。
続いて、ガラス管４６の、第２電極ユニット３２よりも端部寄りの一部をバーナー５２で加熱して、くびれ部分４６Ａを形成した後、水銀ペレット５４をガラス管４６に投入する[工程Ｈ]。水銀ペレット５４は、チタン−タンタル−鉄の焼結体に水銀を含浸させたものである。

続く工程Ｊでは、ガラス管４６内の排気とガラス管４６内への希ガスの充填を行う。具体的には、図示しない給排気装置のヘッドをガラス管４６の水銀ペレット５４側端部に装着し、先ず、ガラス管４６内を排気して真空にすると共に、図示しない加熱装置によってガラス管４６全体を外周から加熱する。この場合の加熱温度は、ガラス管４６の外周表面において約３８０℃である。これによって、蛍光体膜１８に潜入している不純ガスを含めガラス管４６内の不純ガスが排出される。加熱を止めた後、所定量の希ガスが充填される。

希ガスが充填されると、ガラス管４６の水銀ペレット５４側端部をバーナー５６で加熱して封止する[工程Ｋ]。
続いて、図５に示す工程Ｍでは、水銀ペレット５４をガラス管４６周囲に配された高周波発振コイル（不図示）によって誘導加熱して水銀を前記焼結体から追い出す（水銀出し工程）。その後、ガラス管４６を加熱炉５７内で加熱して、追い出した水銀をガラス管４６内第１電極３０の方へ移動させる。

次に、第２電極ユニット２２のガラスビーズ２８が位置するガラス管４６外周部分をバーナー５８で加熱して、ガラス管４６を封着して気密封止（第２封止）する[工程Ｎ]。
続いて、ガラス管４６の、上記第２封止部分よりも水銀ペレット５４側の端部部分を切離す[工程Ｐ]。

続く工程Ｑでは、第１リード線１２と第２リード線１４に給電電極６０、６２を接続し、両給電電極６０、６２から、定常点灯の際に流す電流の２〜３倍程度のエージング電流を所定時間流して（例えば、２０ｍＡで７分）エージングを行う。エージングの目的の一つは、前記排気工程で不純ガスを排出しているものの、僅かにガラスバルブ１６内空間（放電路）に残存する不純ガスを蛍光体に吸着させて第１および第２の両電極間の放電を安定させることにある。もう一つの目的は、第１被膜２４を形成するアルミン酸セシウムをスパッタリングして、ガラスバルブ１６の管軸方向、第１被膜２４が位置するガラスバルブ２４内面側に前記第２被膜２５（図１（ｂ）参照）を形成することにある。第２被膜２５が形成された部分は僅かに黒化するのであるが、この部分は、第１および第２の電極２０、２２間外に在るので、輝度ムラの原因とはならない。上記第２被膜２５を形成することで、暗黒の環境下であっても、第２被膜２５と第２電極２２の間、または第２被膜２５と第１被膜２４との間で微少放電が発生し、易電子放出率が高まるので、暗黒始動特性の良好な冷陰極蛍光ランプを実現することができる。なお、エージングの際に上記第２被膜２５を形成する技術については、特許第３４９７１５３号公報に詳しく記載されているので、これ以上の詳細な説明は省略する。

そして、上記エージング[工程Ｑ]の後、点灯検査等を経て冷陰極蛍光ランプとして完成する。
上述した一連の工程中、従来の製造方法は図３に示す工程Ｄを有していない。工程Ｄを経ずに、冷陰極蛍光ランプを製造すると、「発明が解決しようとする課題」の欄でも記載したように、第１被膜近傍の蛍光体部分に変色領域が発生する。変色領域は、両電極間（放電領域）に対応する位置まで及ぶ。変色領域は、一連の工程Ｆ〜Ｑ中、第１被膜が結果的に相当に加熱されることとなる工程（工程Ｆ、Ｊ、Ｎ、Ｑ）で発生することが本願発明者によって確認されている。

本願発明者は、セシウム化合物が付着された電極（第２電極ユニット３２）を使用する前、すなわち、ガラス管４６に挿入する前（工程Ｆの前）に、当該第２電極ユニット３２を不活性ガス中に維持することで、上記変色領域の発生率を低減することができることを見出した。
また、本願発明者は、セシウム化合物が付着された第２電極ユニット３２の保管容器４０（図３）内での保管時間、すなわち、窒素ガス中に維持する維持時間（以下、単に「維持時間」と言う。）が、変色領域の発生率（以下、単に「変色率」と言う。）に及ぼす影響について実験を行った。

実験は、維持時間を０（すなわち、工程Ｄを省略）、１、３、６、２０[時間]とし、各々の維持時間で各５００本の冷陰極蛍光ランプを製造し、各維持時間で製造した冷陰極蛍光ランプ５００本中の変色領域が発生した本数で評価した。変色領域の発生の有無は、目視によって行った。具体的には、透光性を有する白色板を有し、当該白色板の裏面に光源が配されてなる試験台の、前記白色板の表面に試料となる冷陰極蛍光ランプを置いて、当該冷陰極蛍光ランプの外側から、変色領域の発生の有無を目視で確認することとした。

実験結果を図６に示す。図６に示すグラフは、横軸に維持時間、縦軸に発生率をとり、各維持時間に対応する変色率をプロットしている。
図６から言えるのは、維持時間が１時間程度では、維持時間０の場合（工程Ｄを省略した場合）と変色率に変化はない。維持時間を３時間にすると、維持時間０の場合の変色率が９％であるのに対して、その半分以下の４％となる。さらに維持時間を増やして６時間とすると変色率は０％となる。維持時間２０時間の場合も変色率は０％となる。

以上の結果から、セシウム化合物が塗布された第２電極ユニット３２は、窒素ガス中に少なくとも３時間維持することが好ましく、さらには、すくなくとも６時間維持することが好ましい。
なお、変色領域の発生を抑制できる理由については、以下のように推察される。
従来は、電極に塗布した懸濁液の乾燥工程（工程Ｃ）が終了すると、アルミン酸セシウムが付着された電極は、大気中で保管（放置）した後、次工程に用いられていた。この大気中での保管中に、アルミン酸セシウムの一部が、空気中の水分（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とに反応して、炭酸水素セシウム（ＣｓＨＣＯ₃）に変化する。炭酸水素セシウムは、約１８０℃で分解し始め、炭酸セシウム、さらには酸化セシウムへと変化する物質であるので、上記工程Ｆ、Ｊ、Ｎ、Ｑにおいて、当該分解が進み、酸化セシウムが、広範囲に分散して蛍光体膜に付着し、これが原因で変色が発生するものと思われる。

これに対し、本製造方法においては、乾燥工程（工程Ｃ）が終了すると、アルミン酸セシウムが付着された電極は、不活性ガス中で保管（維持）した後、次工程に用いることとしている。乾燥工程においては、十分な乾燥がなされるものの、乾燥工程終了時においても、電極に付着しているアルミン酸セシウム膜には若干水分が残存しているものと思われる。また、温風空気によって乾燥させているため、アルミン酸セシウム膜には、二酸化炭素が潜在しているものと思われる。このような、水分と二酸化炭素とを含むアルミン酸セシウム膜を、常に新鮮な不活性ガスが流通する保管容器４０内で保管（維持）することにより、徐々にではあるが、アルミン酸セシウム膜から水分と二酸化炭素が抜けていくものと思われる。そして、ほぼ完全に水分および／または二酸化炭素が抜けきった状態（例えば、６時間維持後）で次工程に供すると、変色領域の発生がなくなるのではないかと推察される。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態としても構わない。
（１）上記実施の形態では、保管容器４０内に充満させる不活性ガスとして窒素（Ｎ）ガスを用いたが、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いても構わない。本願発明者は、アルゴンガスの場合も窒素ガスと同様の結果が得られることを確認している。また、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の他の不活性ガスを用いても同様の結果が得られるものと思われる。
（２）上記実施の形態ではセシウム化合物としてアルミン酸セシウム（ＡｌＣｓ₂Ｏ₃）を用いたが、他のセシウム化合物であっても構わない。例えば、タングステン酸セシウム（Ｃｓ₂ＷＯ₄）やニオブ酸セシウム（Ｃｓ₂ＮｂＯ₄）でも構わない。
（３）上記実施の形態では、電極への懸濁液の塗布工程（図２、工程Ｂ）および塗布した懸濁液の乾燥工程（図２、工程Ｃ）と、不活性ガス中での維持工程（図３、工程Ｄ）とを別々に行った。

しかし、これに限らず、工程Ｃも不活性ガス中で行うこととしてもよい。すなわち、図３に示したような、不活性ガスが充満した容器内に電極ユニットを保持し、電極に塗布された懸濁液に対し、温められた不活性ガスを吹き付けることとしても構わない。
さらには、工程Ｂも不活性ガス中で行うこととしてもよい。
また、上記実施の形態では、不活性ガス中での維持工程は、不活性ガスが充満した保管容器内でセシウム化合物が付着された電極を保管することにより実現したが、当該維持工程は、保管容器を用いずとも実施可能である。たとえば、室内において、セシウム化合物が付着された電極の主に当該セシウム化合物に対し所定時間不活性ガスを吹き付けることとしても構わない。要は、電極に付着したセシウム化合物が絶えず不活性ガスにさらされ、空気と遮断された状態に置くことができればよいのである。
（５）上記実施の形態では、本発明を、直管型の冷陰極蛍光ランプの製造方法に適用した例について説明したが、本発明は、Ｕ字型などの屈曲管型の冷陰極蛍光ランプの製造方法に適用できる。

本発明に係る製造方法は、例えば、輝度むらの少ないことが要求される液晶ディスプレイ装置におけるバックライトユニットの光源として用いられる冷陰極蛍光ランプの製造に好適に利用可能である。

実施の形態に係る製造方法の製造対象である冷陰極蛍光ランプの概略構成を示す断面図である。 上記冷陰極蛍光ランプの製造工程の一部を示す図である。 上記冷陰極蛍光ランプの製造工程の一部を示す図である。 上記冷陰極蛍光ランプの製造工程の一部を示す図である。 上記冷陰極蛍光ランプの製造工程の一部を示す図である。 セシウム化合物が付着された第２電極ユニットの、窒素ガス中における維持時間と、変色領域の発生率との関係について調べた実験結果を示す図である。

符号の説明

１８ 蛍光体膜
２２ 第２電極
２４ 第１被膜
４６ ガラス管

Claims (3)

1. ガラス管内周側に蛍光体膜が形成された蛍光体膜付ガラス管を準備するガラス管準備工程と、
   前記蛍光体膜付ガラス管に、セシウム化合物が付着された電極を挿入する挿入工程とを有する冷陰極蛍光ランプの製造方法において、
   前記挿入工程の前に、前記セシウム化合物が付着された電極を不活性ガス中に維持する維持工程を有することを特徴とする冷陰極蛍光ランプの製造方法。
2. 前記維持工程において、前記電極を少なくとも３時間、不活性ガス中に維持することを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。
3. 前記維持工程において、前記電極を少なくとも６時間、不活性ガス中に維持することを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。

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