JP4539137B2 - 蛍光ランプおよびバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、蛍光ランプおよびこの蛍光ランプを搭載したバックライトユニットに関するものである。

近年、液晶ディスプレイの多用途化に伴い、バックライトユニットの小型化、長寿命化、光源およびディスプレイ発光面の高輝度化等のニーズが急増している。その中でバックライトユニットに用いられる冷陰極蛍光ランプは、水銀の１８５ｎｍ放射による蛍光体の劣化、水銀吸着による蛍光体及びガラスバルブの劣化等により、ランプの輝度維持率が低下しランプ寿命が短くなるという問題があった。

水銀の１８５ｎｍ放射による蛍光体の劣化、水銀吸着による蛍光体及びガラスバルブの劣化を抑制する従来技術としては、蛍光ランプにおいて、１８５ｎｍの紫外線を遮断して２５４ｎｍの紫外線を透過し、また水銀と蛍光体との接触を遮断する酸化イットリウム又は酸化ジルコニウム等の金属酸化物を主体とする連続被膜層が蛍光体層上に形成された構造（特許文献１、特許文献２）、また、蛍光ランプのガラスバルブと蛍光体の最下層との間に上記同様の金属酸化物からなる連続した薄膜層が形成された構造（特許文献２）のものが開示されている。
特開平７−２３０７８８号公報 特開２００２−１６４０１８号公報

このような従来技術では、連続被膜層や金属酸化物の薄膜層により、水銀の１８５ｎｍ放射による蛍光体の劣化、水銀吸着による蛍光体及びガラスバルブの劣化を抑制することができるが、連続被膜層や金属酸化物の薄膜層を形成するための塗布液中に有機成分を多く使用しているため、蛍光体層上に形成された連続被膜層と蛍光ランプのガラスバルブとの間に、有機成分であるＣ（炭素）、Ｈ（水素）及びＯ（酸素）を含む不純ガスが残る。この不純ガスがランプ点灯中に水銀と反応して酸化水銀となって、連続被膜層や薄膜層が着色し、ランプの輝度維持率が低下するという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、蛍光体層上に形成された連続被膜層と蛍光ランプのガラスバルブとの間で発生する有機成分である不純ガスを激減して、ランプの輝度維持率の低下を抑制することができる蛍光ランプおよびバックライトユニットを提供するものである。

本発明の請求項１記載の蛍光ランプは、内部に水銀を封入したランプ容器の内面に、蛍光体と波長２５４ｎｍの光を透過する物質からなる金属酸化物との混合膜が形成されており、前記ランプ容器の管中心側から見たときの前記混合膜は、前記蛍光体の粒子が前記金属酸化物の薄膜により被覆されているとともに、これら薄膜間に隙間を有する状態で、前記金属酸化物の連結体が連続した橋掛け状態で存在していることを特徴とする。

本発明の請求項２記載の蛍光ランプは、前記混合膜を形成している前記金属酸化物の含有量が、前記混合膜を形成している前記蛍光体粒子の含有量の０．１〜０．９ｗｔ％であることを特徴とする。

本発明の請求項３記載の蛍光ランプは、前記金属酸化物が酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類からなることを特徴とする。

本発明の請求項４記載の蛍光ランプは、前記ランプ容器の内面と前記混合膜との間に連続した金属酸化物薄膜層が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５記載の蛍光ランプは、前記金属酸化物薄膜層が酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも１種類からなることを特徴とする。

本発明の請求項６記載のバックライトユニットは、請求項１〜５にいずれか記載の蛍光ランプが搭載されていることを特徴とする。

本発明の請求項７記載のバックライトユニットは、複数の冷陰極蛍光ランプと、当該冷陰極蛍光ランプに対して、バックライトユニットの光放出側に配置される拡散板とを備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、前記冷陰極蛍光ランプとして、請求項５に記載の蛍光ランプが搭載され、前記拡散板がポリカーボネイト樹脂により形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の構成により、蛍光体の粒子が波長２５４ｎｍの光を透過する物質からなる金属酸化物の薄膜で被覆されているので、蛍光体の発光を妨げないようにしながら、水銀から隔離され、水銀吸着による蛍光体ヘの化学的な劣化が抑制される。また、蛍光体の粒子間を金属酸化物により連続した橋掛け状態で接続されているので蛍光体の粒子間が強固に連結することができ、かつランプ容器の管中心側からランプ容器の内面までの蛍光体の粒子間に空孔である隙間を有しているため、金属酸化物の薄膜を形成するための塗布液中に有機成分から発生する不純ガスの抜けが良くなる。その結果、不純ガスと水銀との反応が少なくなり、ランプの輝度維持率が従来技術のものよりも改善される。

本発明の請求項２記載の構成により、金属酸化物の薄膜を形成するための塗布液中に有機成分から発生する不純ガスが抜けて、蛍光ランプ内からほぼ完全になくなり、さらに、ランプの輝度維持率が改善される。

本発明の請求項３記載の構成により、金属酸化物が１８５ｎｍの紫外線を遮断して２５４ｎｍの紫外線を透過するため、１８５ｎｍの紫外線による蛍光体の劣化を抑制できるのでランプの輝度維持率が改善される。

本発明の請求項４記載の構成により、ランプ容器が金属酸化物により水銀から隔離され、ランプ容器への吸着と拡散及び酸化による水銀の消費が抑制される。

本発明の請求項５記載の構成により、３１３ｎｍの紫外線が十分に遮断されているため、例えば、ＰＣ樹脂製の拡散板を備えたバックライトユニットでは、その表面輝度の低下を効果的に抑制することができる。

本発明の請求項６記載の構成により、ランプの輝度維持率が改善されるので、バックライトユニットの表面輝度も改善される。

本発明の請求項８記載の構成により、拡散板や反射板などが紫外線によって劣化・変色し難く、さらに、３１３ｎｍの紫外線が十分に遮断されているため、ＰＣ樹脂製の拡散板を備えたバックライトユニットの表面輝度の低下を効果的に抑制することができる。

（冷陰極蛍光ランプの説明）
以下に本発明の蛍光ランプにおける実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す断面図と、その一部を拡大した模式断面図である。

本発明の蛍光ランプである冷陰極蛍光ランプ１は、内部に希ガス（２０℃における圧力１０ｋＰａで組成がＮｅ９５％＋Ａｒ５％の混合ガス）とともに約１２００μｇの水銀が封入されたランプ容器となる直管形状のガラスバルブ２と、ガラスバルブ２の両端部が気密封止されているビーズガラス３ａ、３ｂと、ガラスバルブ２の両端部付近には、タングステン・ニッケル継線からなるリード線４ａ、４ｂが、ビーズガラス３ａ、３ｂを貫通するようにして、当該リード線４ａ、４ｂのタングステン線部分でそれぞれ気密封止されている。当該リード線４ａ、４ｂには、ガラスバルブ２内に配置される側の端部に、それぞれニッケルあるいはニオブからなるカップ状（ホロー型）の電極５ａ、５ｂが取り付けられている。なお、ビーズガラス３ａ、３ｂ、リード線４ａ、４ｂおよび電極５ａ、５ｂは、上記の構成のものに限定されない。

ガラスバルブ２の内面２ａには３種類の赤（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ₃、Ｔｂ₃）及び青（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²、Ｍｎ）発光の蛍光体６と、１８５ｎｍの
紫外線を遮断して波長２５４ｎｍの光を透過する物質、例えば酸化イットリウムの金属酸化物との混合膜７が形成されている。この混合膜７を形成している金属酸化物の含有量が、混合膜７を形成している蛍光体粒子６ａの含有量の０．１〜０．９ｗｔ％である。これにより、ガラスバルブ２の管中心Ｙ側から見たときの混合膜７は、図２に示すように、蛍光体６の粒子６ａを被覆して形成された金属酸化物の薄膜７ａであるとともに、この薄膜７ａを有する蛍光体６の粒子６ａ間に隙間８を有しかつ蛍光体６の粒子６ａ間を連続した橋掛け状態で接続されている金属酸化物の連結体７ｂで形成されている。このとき、蛍光体６の粒子６ａ表面が薄膜７ａにより約７０％以上包囲され、その薄膜７ａの厚みは、連結部７ｂの断面サイズに対して薄い。なお、混合膜７の金属酸化物は上記の酸化イットリウムに限らず、水銀から隔離され、蛍光体６の粒子６ａへの水銀の吸着が抑制される酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類からなるものでもよい。

なお、この金属酸化物のうち１８５ｎｍの紫外線を遮断して波長２５４ｎｍの光を透過する物質としては、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムであり、波長２５４ｎｍの光を透過する物質としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム及び酸化ハフニウムである。

また、ガラスバルブ２と混合膜７（蛍光体６の最下層）との間には、波長３１３ｎｍ以上の紫外線を遮断することができる酸化チタンからなる連続した金属酸化物薄膜層９で形成されている。

なお、金属酸化物薄膜層９は上記の酸化チタンに限らず、波長３１３ｎｍ以上の紫外線を遮断することができる酸化チタン、酸化セリウムおよび酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも１種類からなるもので形成されてもよい。或いは、水銀から隔離され、ランプ容器への吸着と拡散及び酸化による水銀の消費が抑制される酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類からなるもので形成されてもよい。

ガラスバルブ２は、ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−ＴｉＯ₂）によって形成されたものであって、その外径が約４．０ｍｍ、内径が約３．０ｍｍ、全長が約７３０ｍｍである。なお、ガラスバルブ２の外径、内径および全長は、上記に限定されない。冷陰極蛍光ランプのガラスバルブ２は、小径かつ薄肉の細管であることが望まれるため、一般的には、その外径は、１．８（内径は１．４）〜６．０（内径は５．０）ｍｍとされている。

上記冷陰極蛍光ランプ１は、図示しない電子安定器により、点灯周波数４０〜１２０ｋＨｚ、ランプ電流３．５〜８．５ｍＡにおいて動作される。

（冷陰極蛍光ランプの製造方法の説明）
本発明の冷陰極蛍光ランプ１の製造方法について、図３に示すフローチャートに従って説明する。

ステップ１において、酸化チタンの金属酸化物を酢酸ブチルで溶解して、その溶液をガラスバルブ２の内面２ａに塗布した後に乾燥させて、ガラスバルブ２の内面２ａに波長３１３ｎｍ以上の紫外線を遮断することができる酸化チタンからなる連続した金属酸化物薄膜層９を形成する。

ステップ２において、３種類の赤（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ₃、Ｔｂ₃）及び青（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²、Ｍｎ）発光の蛍光体６と、カプリル酸イットリウム、ニトロセルロースの増粘剤と、Ｂ₂Ｏ₃、ＢａＯ、ＣａＯ及びＣａ₂Ｐ₂Ｏ₇からなる結着剤（ＣＢＢＰ）とを酢酸ブチル溶液中で調合して混合液７ａを作製する。続いて、ガラスバルブ２の内面２ａ上に形成された金属酸化物薄膜層９上に混合液７ａを塗布し、その後シンター炉で適時加熱処理（約６００℃、約１０〜２０分間）を施し、カプリル酸イットリウムを加水分解し、かつ不純ガス、不純物等を気化除去しながら金属酸化物薄膜層９上に混合膜７を形成する。この金属酸化物薄膜層９上に形成された混合膜７について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）及びＸＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）等の分析装置によりその存在を確認した。すなわち、上記説明したように、ガラスバルブ２の管中心Ｙ側から見たとき図２に示す混合膜７が形成されていた。

以降、ガラスバルブ２を排気処理し（ステップ３）、そのガラスバルブ２中に希ガス及び水銀を封入し（ステップ４）、ガラスバルブ２を封止する（ステップ５）等の通常工程の製造方法を経て、本発明の冷陰極蛍光ランプ１が製造される。

（バックライトユニットの説明）
バックライトユニットには、小型液晶テレビやパソコンの液晶ディスプレイなどに用いられるエッジライト方式のものと、大型液晶テレビなどに用いられる直下方式のものがある。

図４は、本発明の一実施形態にかかる直下方式のバックライトユニットの要部構成を示す概略図である。本発明の一実施形態にかかる直下方式のバックライトユニット１０の構造は、基本的に従来技術によるバックライトユニットの構造に準じるものである。

外囲器１１は、白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂によって形成されており、略方形の反射板１２と、反射板１２を囲むように配された複数の側板１３とからなる。外囲器１１の内部には、それぞれ等間隔に並列配置された複数の冷陰極蛍光ランプ１が格納されており、この冷陰極蛍光ランプ１は、上記製造方法で製造されたものであり、それぞれ反射板１２に近接した状態で、当該反射板１２によって水平点灯方向に保持されている。

外囲器１１には、ＰＣ（ポリカーボネイト）樹脂製の拡散板１４が冷陰極蛍光ランプ１を挟んで反射板１２と対向するようにして配置されている。

バックライトユニット１０においては、冷陰極蛍光ランプ１に対して拡散板１４側が、当該バックライトユニット１０の光放出側となり、冷陰極蛍光ランプ１に対して反射板１２側が、バックライトユニット１０の光反射側となる。そして、拡散板１４の前記光放出側には、ＰＣ樹脂によって形成された拡散シート１５、およびアクリル樹脂によって形成されたレンズシート１６が互いに重ね合わされた状態で配置されている。

以上のようなバックライトユニット１０を備えた液晶テレビでは、この液晶テレビのＬＣＤパネル１７が、レンズシート１６の前記光放出側に設置される。

なお、本発明の実施形態のバックライトユニット１０は、上記構成のものに限定されない。例えば、当該バックライトユニット１０の典型的な形状として、画面サイズが３２インチの液晶テレビに用いられるバックライトユニットの場合、外囲器１１は、横幅寸法が約４０８ｍｍ、縦幅寸法が約７２８ｍｍ、奥行き寸法が約１９ｍｍに設定されている。また、外囲器１１には、１６灯の冷陰極蛍光ランプ１が、それぞれ約２５．７ｍｍの間隔をあけて配置されている。そして、冷陰極蛍光ランプ１は、全長が約７３０ｍｍであって、ガラスバルブ２の外径が約４．０ｍｍ、内径が約３．４ｍｍに設定されている。このようなバックライトユニット１０をランプ電流５．５ｍＡで動作したとき、レンズシート１６では、約８０００ｃｄ／ｍ²の表面輝度が得られる。

また、上記拡散板１４の材料をＰＣ樹脂製にしたのは、近年、画面サイズが１７インチを超えるような大型液晶テレビが普及し、大型液晶テレビには小型液晶テレビで使用されているようなアクリル樹脂製の拡散板が使用されておらず、ＰＣ樹脂製の拡散板が使用されている。つまり、アクリル樹脂は吸湿性が高いため、アクリル樹脂製の拡散板は吸湿によって反りを生じ易いが、拡散板が大型になるほど反りによる寸法誤差も大きくなるため、バックライトユニットの設計上の不具合が生じ易い。一方、ＰＣ樹脂は、耐湿性、機械強度、耐熱性および光透過性に優れており、ＰＣ樹脂製の拡散板が吸湿によって反りを生じることは殆どないため、上記不具合は生じない。しかしながら、冷陰極蛍光ランプの放電の際に放射される、特に３１３ｎｍの紫外線の影響を受けて、ＰＣ樹脂製の拡散板が黄変色、褪色等に劣化・変色して、透明性・透光性を失うことによってバックライトユニットの表面輝度が比較的短い動作時間で低下するという問題をつきとめた。

そこで、バックライトユニット１０に備えた冷陰極蛍光ランプ１において、ガラスバルブ２と混合膜７（蛍光体６の最下層）との間に波長３１３ｎｍ以上の紫外線を遮断することができる酸化チタンからなる連続した金属酸化物薄膜層９を形成して、拡散板１４および反射板１２を観測したところ、上記したバックライトユニット１０の劣化・変色が観測されなかった。

次にバックライトユニット１０に搭載された冷陰極蛍光ランプ１において、混合膜７を形成している酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）の含有量に対してランプの輝度維持率及び不純ガス量との関係を調べた。

図５は混合膜７を形成している酸化イットリウムの含有量に対してランプの輝度維持率との関係を示し、図６は混合膜７を形成している酸化イットリウムの含有量に対して不純ガス量との関係を示したものである。なお、酸化イットリウムの含有量Ｘ（ｗｔ％）とは、１００×一定領域における酸化イットリウムの重量／前記一定領域における蛍光体粒子の重量で示す値である。また、ランプの輝度維持率（％）とは１００×７０００時間ランプ点灯後の輝度値／初期の輝度値で示した値である。さらに、不純ガス量（％）とは、冷陰極蛍光ランプ１を割り、この完成ランプ内において不純ガス量／全ガス量を％で示した値である。

図５に示すように、酸化イットリウムの含有量が０．１〜０．９（ｗｔ％）のとき、ランプの輝度維持率９０％を確保することができる。また、図６に示すように、酸化イットリウムの含有量が多くなると有機成分量が増加して不純ガスの発生が増加するが、ランプの輝度維持率９０％を確保することができる不純ガス量は０．０２７％以下である。つまり、前記混合膜を形成している酸化イットリウムの含有量が、混合膜７を形成している蛍光体粒子６ａの含有量の０．１〜０．９（ｗｔ％）にすることで、ガラスバルブ２中心側の混合膜７の表面からガラスバルブ２の内面上の金属酸化物薄膜９までの蛍光体６の粒子間に空孔である隙間８を形成することができるため、混合膜７及び金属酸化物薄膜９を形成するための塗布液中の有機成分から発生する不純ガスの抜けが良くなる。その結果、不純ガスと水銀との反応が少なくなり、ランプの輝度維持率を改善することができたと考える。なお、図５及び図６に示す酸化イットリウムの含有量において２（ｗｔ％）以上が従来相当品である。

本発明に係る蛍光ランプは、金属酸化物薄膜で覆われた蛍光体の粒子間に空孔である隙間を形成し、ガラスバルブ内の不純ガスが激減されてランプの輝度維持率を向上することができるので、一般用蛍光ランプ、冷陰極蛍光ランプ等の各種蛍光ランプとして利用することができ、本発明に係るバックライトユニットは、パソコンの液晶ディスプレイ用、大型液晶テレビ用及び小型液晶テレビ用等として利用可能である。

本発明の一実施形態にかかる冷陰極蛍光ランプの要部構成を示す断面図と、その一部を拡大した模式断面図 本発明の蛍光ランプにおける混合膜等を拡大した模式断面図 本発明の蛍光ランプの製造方法を説明するためのフローチャート 本発明の蛍光ランプを使用した直下式バックライトユニット図 本発明の金属酸化膜添加量とランプの輝度維持率の関係を示す図 本発明の金属酸化膜添加量と不純ガス量の関係を示す図

符号の説明

２ ランプ容器
２ａ ランプ容器の内面
６ 蛍光体
６ａ 蛍光体の粒子
７ 混合膜
７ａ 金属酸化物の薄膜
７ｂ 金属酸化物の連結体
８ 隙間

Claims (7)

1. 内部に水銀を封入したランプ容器の内面に、蛍光体と波長２５４ｎｍの光を透過する物質からなる金属酸化物との混合膜が形成されており、前記ランプ容器の管中心側から見たときの前記混合膜は、前記蛍光体の粒子が前記金属酸化物の薄膜により被覆されているとともに、これら薄膜間に隙間を有する状態で、前記金属酸化物の連結体が連続した橋掛け状態で存在していることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記混合膜を形成している前記金属酸化物の含有量が、前記混合膜を形成している前記蛍光体粒子の含有量の０．１〜０．９ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 前記金属酸化物が酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化イットリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類からなることを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光ランプ。
4. 前記ランプ容器の内面と前記混合膜との間に連続した金属酸化物薄膜層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光ランプ。
5. 前記金属酸化物薄膜層が酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも１種類からなることを特徴とする請求項４記載の蛍光ランプ。
6. 冷陰極蛍光ランプとして、請求項１〜５にいずれか１項に記載の蛍光ランプが搭載されていることを特徴とするバックライトユニット。
7. 複数の冷陰極蛍光ランプと、当該冷陰極蛍光ランプに対して、バックライトユニットの光放出側に配置される拡散板とを備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、前記冷陰極蛍光ランプとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蛍光ランプが搭載され、前記拡散板がポリカーボネイト樹脂により形成されていることを特徴とするバックライトユニット。

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