JP4686849B2

JP4686849B2 - 蛍光ランプ用タングステンシールガラス

Info

Publication number: JP4686849B2
Application number: JP2000355753A
Authority: JP
Inventors: 裕幸香曽我部; 幸市橋本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2001220175A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示素子等の照明装置の光源となる蛍光ランプのガラス管に使用されるタングステンシールガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、光源の利用法によって自然光や室内照明の光を利用する反射型液晶表示素子と、専用の照明装置、例えばバックライトの光を用いる透過型液晶表示素子とに大別される。ノート型パソコン、ＴＶモニター、車載用計器等の高品位な表示が要求される用途には、バックライトを用いた透過型液晶表示素子が主として使用されている。腕時計や、小型の電子卓上計算機等の特に低消費電力タイプのものには反射型液晶表示素子が用いられるが、最近ではこれらについても、フロントライトを設けておき、必要に応じて点灯させて使用するものもある。
【０００３】
バックライトやフロントライトの光源となる蛍光ランプの発光原理は、一般の照明用蛍光ランプと同様で、電極間の放電によって封入された水銀ガス、キセノンガス等が励起し、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。しかし、一般用の蛍光ランプとの大きな違いは、ガラス管の径が細く、肉厚が薄いところにある。従来、この蛍光ランプのガラス管には、加工の容易さや照明用ガラスとしてのこれまでの実績から鉛ソーダ系の軟質ガラスが使用され、導入金属としては安価なジュメットが使われていた。
【０００４】
ところが液晶表示素子の薄型化、軽量化、低消費電力化に伴い、蛍光ランプにもより一層の細径化、薄肉化が要求されているが、蛍光ランプの細径化は構造的に機械的強度の低下やランプの発熱の増加を伴うため、ガラス管にはより高強度、且つ低膨張であることが必要となる。また発光効率の向上のために点灯回路の高周波化が進められ、これに伴って絶縁体であるガラス管には高い体積抵抗率や、低誘電損失化も求められている。このため、従来の鉛ソーダ系の軟質ガラス材質ではこれらの要求を満足させることができなくなってきている。
【０００５】
そこで、鉛ソーダ系の軟質ガラスよりも熱的、機械的に強度が高く、電気絶縁性の点でも有利なホウケイ酸系の硬質ガラスを用いて蛍光ランプを作製することが検討された。その結果、気密封止可能な硬質ガラスと金属の組合せとして、従来より知られているタングステンシール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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したバックライト用蛍光ランプのガラス管は、従来からあるキセノンフラッシュランプ用として一般に使われているホウケイ酸系のタングステンシールガラス材質をそのまま使用し、これを単に細管状に成形、加工したものであるため、以下のような問題がある。
【０００７】
（１）励起された水銀ガス等から放出される紫外線によってガラスが変色（いわゆる、紫外線ソラリゼーション）する。ガラスが変色すると、輝度の低下や発光色のずれが起こり、液晶表示素子の品質劣化につながる。
【０００８】
（２）本来キセノンフラッシュランプに使用されるガラスを転用したものであるため、キセノンフラッシュランプの閃光に耐えるように、ある程度の紫外線が透過するような設計になっている。ところが蛍光ランプ用途の場合、透過した紫外線がバックライトやフロントライトを構成する他の部材、例えば樹脂製の導光板や反射板等を変色、劣化させてしまう。
【０００９】
（３）失透性が非常に高く、管ガラス成型時に失透してガラスが変質しやすくなり、高い寸法精度を有するガラス管を作製することが難しくなる。寸法精度の悪いガラス管を使用すると、蛍光体の均一な塗布ができず、輝度ムラが発生する。また蛍光ランプ、導光板、反射板で構成される光学系において、設計寸法通りにアッセンブリすることができず、バックライトユニットやフロントライトユニット自体の輝度低下や輝度ムラの原因となる。
【００１０】
（４）２５０℃におけるガラスの体積抵抗率が１０^8.5Ω・ｃｍ程度であり、電気絶縁性が不十分である。細径、長尺、高輝度の蛍光ランプでは、点灯のために印加する電圧が高く、数百ボルトに達している。ところが電気絶縁性が高くない従来のガラスでは、リークが起こって発熱し、最悪の場合はガラスが溶解してランプ機能が完全に失われてしまうことがある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、耐紫外線ソラリゼーション性、紫外線遮蔽性、失透性、及び電気絶縁性に優れ、バックライトやフロントライトの蛍光ランプ用ガラス管として好適なタングステンシールガラスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の蛍光ランプ用タングステンシールガラスは、質量百分率で、ＳｉＯ_２６５〜７２．３％、Ｂ_２Ｏ_３１３〜２５％、Ａｌ_２Ｏ_３２〜６％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ０．５〜５．８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ３〜８％、Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣｅＯ_２０．０１〜４％、Ｆｅ _２Ｏ _３０〜０．５％、ＴｉＯ_２＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋ＰｂＯ０〜１０％、ＺｒＯ_２０〜２％の組成を有し、Ｎａ_２Ｏ／（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）≦０．６であることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明の蛍光ランプ用タングステンシールガラスにおいて、各成分の含有量を上記のように限定した理由は以下の通りである。
【００１４】
ＳｉＯ_２は、ガラスの骨格を構成するために必要な主成分であり、その含有量は６５〜７２．３％、好ましくは６８〜７２．３％である。ＳｉＯ_２が多すぎると失透性が急激に悪化する。またシリカ原料の溶融に時間がかかり、大量生産に適さなくなる。さらにガラスの熱膨張係数が小さくなりすぎてタングステンのそれと適合せず、シールが困難になる。一方、６５％より少ないと化学的耐久性が悪化するために、ガラス表面にヤケ等が生じて透過率が低下し、蛍光ランプの輝度低下を招く。またガラスの熱膨張係数が大きくなりすぎてタングステンのそれと適合せず、シールが困難になる。
【００１５】
Ｂ_２Ｏ_３は溶融性の向上、粘度の調整、及び化学的耐久性の向上のために必要な成分であり、その含有量は１３〜２５％、好ましくは１３〜１９％である。Ｂ_２Ｏ_３が２５％より多いとガラス融液からの蒸発が多くなって均質なガラスが得られなくなったり、ランプ製造工程中の熱加工時に蒸発して部材を汚染するといった問題が生じる。またガラスの化学的耐久性が悪化する。一方、Ｂ _２Ｏ _３が少なすぎると粘度が高くなりすぎて溶融、加工が困難になる。
【００１６】
Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの失透性を大きく改善する成分であり、その含有量は２〜６％、好ましくは２．３〜４．５％である。Ａｌ₂Ｏ₃が６％より多いとガラス融液の粘度が高くなりすぎて、泡や脈理のないガラスが得られなくなる。一方、２％より少ないと上記した効果が得られず、均質なガラスの製造や安定した成形が困難になる。
【００１７】
なお本発明においては、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃を、質量比でＡｌ₂Ｏ₃／（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）が０．０３２〜０．０５５の範囲になるように調整することが好ましい。この値が０．０３２以上であれば、液相線粘度が１０⁵ｄＰａ・ｓ以上となって失透性が改善され、工業レベルでの安定した生産が容易になる。しかし０．０５５を超えるとガラス溶融が難しくなる。
【００１８】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯは、ガラス融液の粘度を下げて溶融を容易にしたり、ガラスの化学耐久性を向上させる効果があり、その含有量は、合量は０．５〜５．８％、好ましくは１〜４％である。これら成分の合量が５．８％より多いとガラスに失透や分相が発生し、均質性や透明性の高いガラスを得ることができない。一方、０．５％より少ないと溶融性や化学耐久性が低下する。
【００１９】
上記各成分のうち、特にＢａＯは粘度を下げる効果が大きく、しかもＭｇＯやＣａＯよりもガラスに失透や分相を生じさせる作用が小さいため、本発明においては０．１〜４％、特に０．５〜３％含有することが望ましい。ＢａＯが４％より多いと失透が発生し、０．１％より少ないと上記した効果を得ることができない。またＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＺｎＯの含有量は、ＭｇＯ０〜３％（特に０〜１．５％）、ＣａＯ０〜３％（特に０〜１．５％）、ＳｒＯ０〜５％（特に０〜２％）、ＺｎＯ０〜５％（特に０〜２％）であることが好ましい。各成分の含有量が上記範囲を超えると失透や分相が発生し、透明なガラスが得難くなる。
【００２０】
アルカリ金属酸化物であるＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、及びＫ₂ Ｏはガラスの溶融を容易にし、熱膨張係数や粘度を調節するために添加する成分であり、その含有量は合量で３〜８％、好ましくは４〜７％である。これら成分の合量が８％より多いと熱膨張係数が高くなりすぎるためタングステンシールには適さず、且つ化学的耐久性の大幅な低下を招く。一方、３％未満ではガラス化が困難になり、また熱膨張係数が小さくなり過ぎる。
【００２１】
Ｌｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、及びＫ₂ Ｏの含有量は、Ｌｉ₂Ｏ０〜３％（特に０．１〜２％）、Ｎａ₂Ｏ０〜５％（特に０．５〜３％）、Ｋ₂Ｏ０．５〜７％（特に１〜６％）であることが好ましい。なおＬｉ₂Ｏが３％を超えると分相が発生しやすくなる。Ｎａ₂Ｏが５％を超えると熱膨張係数が大きくなりすぎる。また耐候性が悪化する。Ｋ₂Ｏが７％を超えると熱膨張係数が大きくなりやすく、０．５％未満では熱膨張係数が小さく、またガラス化し難くなる。
【００２２】
また本発明においてはＮａ₂ＯとＫ₂Ｏを、質量比でＮａ₂Ｏ／（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）が０．６以下となるように調整することが重要である。この値が０．６を超える場合は電気絶縁性が不十分であるが、０．６以下であれば、２５０℃における体積抵抗率が１０^8.7Ω・ｃｍ以上となり、高い電気絶縁性を得ることができる。
【００２３】
Ｆｅ₂Ｏ₃及びＣｅＯ₂は、紫外域の波長を吸収して紫外線遮蔽性を高める成分である。またガラスの紫外線遮蔽性を高めることで、紫外線ソラリゼーションを起こりにくくすることができる。その含有量は合量で０．０１〜４％、好ましくは０．０１５〜１％である。これらの成分の合量が４％を超えると可視光の吸収が大きくなり、蛍光ランプとして必要な輝度や色調が得られなくなる。一方、０．０１％より少ないとその効果がない。
【００２４】
Ｆｅ_２Ｏ_３及びＣｅＯ_２の含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３が０〜０．５％、ＣｅＯ_２が０〜４％（特に０〜３％）であることが好ましい。なお、Ｆｅ_２Ｏ_３が多すぎると着色が著しくなりやすく、ＣｅＯ_２が４％を超えると着色とともに、失透が発生しやすくなる。なお、原料コストの面から、Ｆｅ_２Ｏ_３のみを使用することが望ましい。この場合、十分な紫外線遮蔽効果を得るためには、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．０１％以上含有させることが好ましい。
【００２５】
ＴｉＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃及びＰｂＯは、何れもガラスに高い耐紫外線ソラリゼーション性を付与する成分であり、合量で０〜１０％、好ましくは０．０５〜１０％、さらに好ましくは０．１〜３％である。これら成分の合量が１０％を超えるとガラスに失透が発生したり、着色が生じて色ずれのない透明なガラスが得られなくなる。
【００２６】
ＴｉＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃及びＰｂＯの含有量は、ＴｉＯ₂ ０〜１０％（特に０．１〜５％）、ＰｂＯ０〜１０％（特に０〜１％）、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜２％（特に０〜１％）であることが好ましい。なお、ＴｉＯ₂が１０％を超えるとガラス自身が着色し易くなり、また失透性も急激に悪化するため透明で均質なガラスが得難くなる。また、ＰｂＯが所定量を越えるとＴｉＯ₂と同様にガラス自身が着色し易くなり、また、溶融時に蒸発して均質なガラスが得難くなるとともに環境上好ましくない。さらに、Ｓｂ₂Ｏ₃が所定量を越えると均質なガラスを得ることが難しくなる。
【００２７】
また、ＰｂＯやＳｂ₂Ｏ₃がガラス中に過剰に含有されていると、蛍光ランプの製造工程における熱加工によってガラスが茶色や黒色に着色してしまい、好ましくない。なお、環境上の理由から、できる限りＴｉＯ₂を使用することが好ましい。
【００２８】
ＺｒＯ₂は耐候性を向上させる成分であり、その含有量は０〜２％、好ましくは０〜１％である。ＺｒＯ₂が２％を超えると失透性が悪化する。
【００２９】
さらに上記成分に加えて、ガラスの粘度の調整や耐候性、溶融性、清澄性等を改善する目的で、Ｐ₂Ｏ₅、ＳＯ₃、Ｆ、Ｃｌ等の成分を適量添加することが可能である。
【００３０】
上記組成を有する本発明のタングステンシールガラスは、３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が３４〜４３×１０^-7／℃、液相線粘度が１０⁵ｄＰａ・ｓ以上、２５０℃における体積抵抗率が１０^8.7Ω・ｃｍ以上であり、しかも耐紫外線ソラリゼーション性や紫外線遮蔽性が高いという性質を有している。
【００３１】
【実施例】
次に本発明のタングステンシールガラスを実施例に基づいて説明する。
【００３２】
表１〜４は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜３、５〜２０）、表５は比較例（試料Ｎｏ．２１、２２）を示している。なお試料Ｎｏ．４は参考例である。また試料Ｎｏ．２１は、従来の蛍光ランプで使用されているタングステンシールガラスである。このガラスは、本来はキセノンフラッシュランプ用として開発されたものである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【表４】
【００３７】
【表５】
【００３８】
表に示したＮｏ．１〜２２の各試料は、次のようにして調製した。
【００３９】
まず表に示す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℃で８時間溶融した。溶融後、融液を所定の形状に成形、加工して各ガラス試料を作製した。
【００４０】
次に各試料について、線膨張係数、紫外線照射前後の可視域における分光透過率差、紫外域における分光透過率、液相線の温度とその粘度、及び体積抵抗率を測定した。結果を表６〜１０に示す。なお液相線粘度及び体積抵抗率は、対数値で示した。
【００４１】
【表６】
【００４２】
【表７】
【００４３】
【表８】
【００４４】
【表９】
【００４５】
【表１０】
【００４６】
表から明らかなように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜３、及び５〜２０の各試料は、線膨張係数が３５．１〜４０．５×１０^-７／℃、紫外線照射による可視光透過率の低下が１．８％以下、紫外線透過率が１．６％以下、液相線粘度が１０^５ｄＰａ・ｓ以上、体積抵抗率が１０^８.７Ω・ｃｍ以上であった。
【００４７】
それに対し比較例であるＮｏ．２１の試料は、紫外線照射による可視光透過率の低下が８．５％と大きく、紫外線透過率が２０％と高く、液相線の粘度が１０^4.7ｄＰａ・ｓと小さく、しかも体積抵抗率が１０^8.5Ω・ｃｍと低かった。またＮｏ．２２の試料は、ＴｉＯ₂の添加によって紫外線透過率や紫外線照射による可視光透過率の低下は改善されているものの、液相線の粘度が１０^4.7ｄＰａ・ｓと小さく、しかも体積抵抗率が１０^8.4Ω・ｃｍと低かった。
【００４８】
なお表中の線膨張係数は、ガラスを直径約３ｍｍ、長さ約５０ｍｍの円柱に加工した後に、自記示差熱膨張計で、３０〜３８０℃の温度範囲における平均線膨張係数を測定したものである。
【００４９】
耐紫外線ソラリゼーション性は次のようにして評価した。まず厚さ１ｍｍの板状ガラスの両面を鏡面研磨して試料を得た。次いで紫外線照射前の試料の透過率が８０％を示す光の波長を測定した。さらにその試料に４０Ｗの低圧水銀ランプによって主波長２５３．７ｎｍの紫外線を６０分間照射した後、照射前に透過率８０％を示した波長における透過率を改めて測定することによって、紫外線照射による透過率の低下を求めた。この時、耐紫外線ソラリゼーション性の劣るガラスほどこの透過率低下が大きくなるが、液晶バックライト等の蛍光ランプ用ガラス管としては、この低下が殆どないことが重要である。
【００５０】
紫外域における分光透過率は、両面を鏡面研磨した厚さ０．３ｍｍの板ガラス試料を作製し、波長２５３．７ｎｍの分光透過率を測定した。なお２５３．７ｎｍの波長は水銀の輝線である。本発明の用途では、この波長の透過率が低いほどよい。
【００５１】
液相線の温度及び粘度は次のようにして求めた。まず粒径０．１ｍｍ程度に粉砕したガラスをボート状の白金容器に入れ、温度勾配炉に２４時間保持した後、取り出した。この試料を顕微鏡で観察して結晶の初相が出る温度（液相線温度）を測定し、次いで予め測定しておいた当該ガラスの温度と粘度の関係から、初相の温度に対応する粘度（液相線粘度）を求めた。
【００５２】
体積抵抗率は、ＡＳＴＭＣ−６５７に準拠する方法により、２５０℃における値を測定した。例えば数百ボルトの比較的高電圧で連続点灯されるφ２．６管の冷陰極蛍光ランプの場合、電極付近の温度は２００℃を超えることもあり、絶縁破壊を起こさないためには、体積抵抗率は２５０℃で１０^8.7Ω・ｃｍ以上が必要である。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明の蛍光ランプ用タングステンシールガラスは、タングステン金属との封着に適した３４〜４３×１０^-7／℃の熱膨張係数を有し、しかも優れた耐紫外線ソラリゼーション性、紫外線遮蔽性、失透性、及び電気絶縁性を有するため、蛍光ランプ用ガラス管、特に高品位が要求される液晶表示素子用蛍光ランプのガラス管材質として好適である。

Claims

質量百分率で、ＳｉＯ_２６５〜７２．３％、Ｂ_２Ｏ_３１３〜２５％、Ａｌ_２Ｏ_３２〜６％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ０．５〜５．８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ３〜８％、Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣｅＯ_２０．０１〜４％、Ｆｅ _２Ｏ _３０〜０．５％、ＴｉＯ_２＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋ＰｂＯ０〜１０％、ＺｒＯ_２０〜２％の組成を有し、Ｎａ_２Ｏ／（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）≦０．６であることを特徴とする蛍光ランプ用タングステンシールガラス。
ＴｉＯ_２＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋ＰｂＯが０．０５〜１０％であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ用タングステンシールガラス。
ＢａＯの含有量が０．１〜４％であることを特徴とする請求項１の蛍光ランプ用タングステンシールガラス。
Ａｌ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）が０．０３２〜０．０５５であることを特徴とする請求項１の蛍光ランプ用タングステンシールガラス。