JP4743650B2

JP4743650B2 - 蛍光ランプ用コバールシールガラス

Info

Publication number: JP4743650B2
Application number: JP2000382680A
Authority: JP
Inventors: 元日方; 幸市橋本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002187734A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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コバール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。しかし、最近ではこれらの低消費電力タイプのものについても、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ある。即ち、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、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が一般用の蛍光ランプと大きく違う点は、ガラス管の径が細く、肉厚が薄いところにある。
【０００４】
従来、この種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。
【０００５】
液晶表示素子の薄型化、軽量化、及び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。しかしながら、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、低誘電損失化や低誘電率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。
【０００６】
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、電気絶縁性や誘電率、誘電損失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コバールガラスとコバール金属を用いた蛍光ランプが開発され、商品化されている。
【０００７】
【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以下のような問題がある。
【０００８】
（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）することによって、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。
【０００９】
（２）ガラスを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、劣化させる。
【００１０】
（３）ガラス管に成形し難く、高い寸法精度を有するガラス管を作製することが難しい。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。
【００１１】
（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。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、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コバールシールガラスを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光ランプ用コバールシールガラスは、質量百分率で、ＳｉＯ₂ ５５〜７３％、Ｂ₂Ｏ₃ ６．５〜２５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ４〜２０％、Ｌｉ₂Ｏ０〜１０％Ｎａ₂Ｏ０〜１０％Ｋ₂Ｏ０〜１５％ＣｅＯ₂ ０．０１〜４％、ＴｉＯ₂０〜１０％の組成を有し、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が各々０．１％以下であり、肉厚０．３ｍｍにおいて２５４．７ｎｍでの透過率が２％以下、肉厚１ｍｍにおいて４００ｎｍでの透過率が９０％以上であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の蛍光ランプ用コバール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。
【００１５】
ＳｉＯ₂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５５〜７３％、好ましくは６３〜７２％である。ＳｉＯ₂ が７３％より多い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コバールのそれと適合せず、シールが困難になる。一方、ＳｉＯ₂ が５５％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コバールのそれと適合せず、シールが困難になる。
【００１６】
Ｂ₂Ｏ₃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６．５〜２５％、好ましくは１０．５〜２２％でありなお好ましくは１５〜２０％である。Ｂ₂Ｏ₃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、Ｂ₂Ｏ₃が６．５％より少ないと粘度が高くなりすぎて溶融、加工が困難になる。
【００１７】
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０〜１０％、好ましくは２．５〜４．４％である。Ａｌ₂Ｏ₃が１０％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、Ａｌ₂Ｏ₃が２．５％より少ないと上記した効果が小さくなり、均質なガラスの製造や安定した成形が困難になる傾向にある。
【００１８】
アルカリ金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、及びＫ₂Ｏ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４〜２０％、好ましくは４〜１６％である。これら成分の合量が２０％より多いと熱膨張係数が高くなりすぎるためコバールシールには適さず、且つ化学的耐久性の大幅な低下を招く。また体積抵抗が悪化する。一方、これらの合量が４％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。
【００１９】
Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、及びＫ₂Ｏの含有量は、Ｌｉ₂Ｏ０〜１０％（特に０〜２％）、Ｎａ₂Ｏ０〜１０％（特に０〜４．３％）、Ｋ₂Ｏ０〜１５％（特に１〜１１％）であることが好ましい。なお、Ｌｉ₂Ｏが２％を超えると分相が発生しやすくなり１０％を越えると成形性が損なわれる。Ｎａ₂Ｏが４．３％を超えると熱膨張係数が大きくなりすぎる傾向があり、１０％を越えるとコバールと熱膨張係数が合致しない。また耐候性が悪化する。Ｋ₂Ｏが１１％を超えると熱膨張係数が大きくなりやすく、１５％を超えるとコバールと熱膨張係数が合致しない。１％未満では熱膨張係数が小さく、またガラス化し難くなる傾向が認められる。
【００２０】
ＴｉＯ₂はソラリゼーションを防止する目的で導入され、その範囲は０〜１０％、好ましくは６％以下である。６％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。また、１０％を越えると結晶が発生しやすくなる。
【００２１】
ＣｅＯ₂は高い紫外線遮蔽性を持ち、紫外線によるソラリゼーションを防止できる。その含有量は０．０１〜４％である。０．０１％よりも少なければその効果が認められず、４％を越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。ただしＣｅＯ₂の効果を得るためには、不純物の管理をする必要がある。つまり本発明のガラス組成系においては、特定の不純物により着色が加速されるためである。
【００２２】
特定の不純物とはＳｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃であり、各々０．１％以下、好ましくは各々０．０３％以下、さらに好ましくは各々０．０２％以下に制限する必要がある。これらの不純物の含有量が上記範囲を超えると、ＣｅＯ₂の価数が４価にずれ、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。同様の理由で、ＳＯ₃も０．２％以下にすることが望まれる。
【００２３】
さらにガラスの耐候性を上げる目的でＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯを、またガラスの融点を下げる目的でＳｒＯ、ＢａＯを適宜含有させることができる。なおこれらの含有量は、各々６％以下であることが好ましい。
【００２４】
また清澄剤として、ＡｌＮ等の窒化物、ＮａＣｌ等の塩化物、ＮａＦ等のフッ化物、ＮａＮＯ₃等の硝酸塩等を含有させることができる。
【００２５】
上記組成を有する本発明のコバールシールガラスは、３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が４３〜５５×１０^-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。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明のコバールシールガラスを実施例に基づいて説明する。
【００２７】
下記表１〜２は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１０）、下記表３は比較例（試料Ｎｏ．１１〜１５）を各示している。なお、試料Ｎｏ．１４は、従来の蛍光ランプで使用されているコバールシールガラスである。本来は、レンズ用として開発されたものである。Ｎｏ．１５は従来からのジュメットを使用する蛍光用ガラス組成で熱膨張係数は９５×１０^-7／℃である。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
【表３】

【００３１】
まず、上記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。
【００３２】
実施例及びに比較例の組成は調合組成より計算で求めた。Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃は化学分析で求めた。
【００３３】
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１〜３に示す。なお液相粘度及び体積抵抗率は、対数値で示した。
【００３４】
上記表から明らかなように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜１０の試料は、線膨張係数が４３．０〜５３．２×１０^-7／℃、紫外線照射による可視光透過率の低下が１．９％以下、紫外線透過率が１．８％以下、液相線粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上、体積抵抗率が１０^10.1Ω・ｃｍ以上であった。
【００３５】
それに対して、比較例であるＮｏ．１１〜１３の試料は、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃を多量に含有するために可視光における透過率が９０％以下と低い。比較例であるＮｏ．１４の試料は、紫外線照射による可視光透過率の低下が８．６％と大きく、紫外線透過率が５．２％と高かった。Ｎｏ．１５の試料は、紫外線照射による可視光透過率の低下が７．３％と大きく、紫外線透過率も６．３％と高かった。しかも体積抵抗率が１０^8.4Ω・ｃｍと低かった。
【００３６】
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。
【００３７】
可視光における透過率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４００ｎｍ光の波長での透過率を測定した。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明の蛍光ランプ用コバールシールガラスは、コバール金属との封着に適した４３〜５５×１０^-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、ＳｉＯ₂ ５５〜７３％、Ｂ₂Ｏ₃ ６．５〜２５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ４〜２０％、Ｌｉ₂Ｏ０〜１０％Ｎａ₂Ｏ０〜１０％Ｋ₂Ｏ０〜１５％ＣｅＯ₂ ０．０１〜４％、ＴｉＯ₂０〜１０％の組成を有し、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が各々０．１％以下であり、肉厚０．３ｍｍにおいて２５４．７ｎｍでの透過率が１．８％以下、肉厚１ｍｍにおいて４００ｎｍでの透過率が９０．８％以上であることを特徴とする蛍光ランプ用コバールシールガラス。
３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が４３〜５５×１０^-7／℃であることを特徴とする請求項１の蛍光ランプ用コバールシールガラス。