(57)【要約】ＥＬランプをより高い電圧およびより少ない電流において駆動することによって、蛍リン光体装填量を増すことによって、低損失誘電体（２２）によって、および蛍リン光体層を２つのパス（２５）で配置することによって、明るさがランプ寿命を減ずることなく改善される。【選択図】図３
2004523090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセントランプを作動する方法であって：
少なくとも３：１の蛍リン光体装填量、≧６．５ミリグラム／ｃｍ2の蛍リン光体粒子重量および本質的にチタニアより成る樹脂バインダー中誘電体を有するエレクトロルミネセントランプに電流を印加し；
３：１未満の蛍リン光体装填量および≦６．５ミリグラム／ｃｍ2の蛍リン光体密度を有する、他の点では同一のエレクトロルミネセントランプに使用されるだろうよりも小さい電流を印加する
工程を含む上記の方法。
【請求項２】
エレクトロルミネセントランプに、３：１未満の蛍リン光体装填量および≦６．５ミリグラム／ｃｍ2の蛍リン光体粒子重量を有するエレクトロルミネセントランプに使用されるだろうよりも大きい電圧を印加する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第一導電性層、第二導電性層および誘電体層、並びに該第一導電性層と該第二導電性層との間の蛍リン光体層を含み、該誘電体層および該蛍リン光体層が各々バインダーおよび充填材を含むＥＬランプにおいて、該蛍リン光体層が３：１よりも大きい蛍リン光体対バインダー比、≧６．５ミリグラム／ｃｍ2の蛍リン光体粒子重量によって特徴付けられ、そして該誘電体層中の充填材が本質的にチタニアより成る上記のＥＬランプ。
【請求項４】
蛍リン光体層が３．５：１より大きい蛍リン光体対バインダー比によって特徴付けられる、請求項３に記載のＥＬランプ。
【請求項５】
蛍リン光体層が約５：１より小さい蛍リン光体対バインダー比によって特徴付けられる、請求項３に記載のＥＬランプ。
【請求項６】
少なくとも２回のパスで堆積されたスクリーン印刷蛍リン光体層によって特徴付けられる、請求項３に記載のＥＬランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
この発明は、厚いフィルムの無機エレクトロルミネセントランプ（ＥＬ）と電源との組み合わせに、特に、改善された明るさ、効率および寿命のためのＥＬランプの構成に関する。
【０００２】
従来技術において、明るさと効率とは、明るさと寿命がそうであるように、逆比例の関係にある。残念ながら、市場は、３つ全てが同時に、または少なくともその明るさが効率または寿命の低下なしに高まることを要求している。
【０００３】
ＥＬランプは、本質的には、１つが透明である２つの導電性電極間に誘電体層を有するコンデンサーである。誘電体層は蛍リン光体（phosphor）粉末を含んでいることができるか、または誘電体層に隣接して蛍リン光体粉末の別の層が存在することができる。蛍リン光体粉末は、強い電場の存在下で比較的少ない電流を用いて光を放射する。
【０００４】
最新（１９９０年以後）のＥＬランプは、典型的には、約７．０ミル（０．１７８ｍｍ）の厚さを有するポリエステルまたはポリカーボネート材料の透明な基板を含む。酸化インジウム・スズまたは酸化インジウムの透明な前面電極が、基板上に１０００Åほどの厚さまで真空堆積される。蛍リン光体層は前面電極を覆ってスクリーン印刷され、そして誘電体層が蛍リン光体層を覆ってスクリーン印刷される。背面電極がその誘電体層を覆ってスクリーン印刷される。この技術分野では、これらの層をロール塗布で堆積させることも知られている；例えば、米国特許第５，８３０，０２８号明細書（Zovko等）を参照されたい。
【０００５】
スクリーン印刷またはロール塗布に使われるインキは、バインダー、溶媒および充填材を含み、この場合充填材が印刷層の性状を決定する。典型的な溶媒は、ジメチルアセトアミド（DMAC）またはエチルブチルアセテート（ＥＢアセテート）である。バインダーは、典型的には、ポリビニリデンフルオリド／ヘキサフルオロプロピレン（PVDF／HFP）のようなフルオロポリマー、ポリエステル、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、またはAtofina社が販売する社有三元共重合体のKynar 9301である。蛍リン光体層は、典型的には、溶媒、バインダーおよび硫化亜鉛粒子を含んでいるスラリーからスクリーン印刷される。誘電体層は、典型的には、溶媒、バインダーおよびチタン酸バリウム（BaTiO3）粒子を含んでいるスラリーからスクリーン印刷される。背面（不透明）電極は、典型的には、溶媒、バインダー、および銀または炭素のような導電性粒子を含んでいるスラリーからスクリーン印刷される。各層のための溶媒およびバインダーは化学的に同一であるかまたは類似しているので、隣接層間には化学的相溶性および良好な接着性が存在する。
【０００６】
ＥＬランプはコンデンサーであるので、蛍リン光体を光らせるためにはその電極に交流を印加しなければならず、さもなければランプは印加電圧まで充電し、ＥＬランプを通る電流は止まり、そしてランプは光を出すことを止める。携帯用電子装置、自動車用ディスプレー、および電源が低電圧バッテリーである他の用途においては、ＥＬランプには、低電圧の直流を高電圧の交流に変換するインバーターによって動力が供給される。ＥＬランプが十分に発光するためには、約１２０ボルトを超える最高最低（peak-to-peak）電圧が必要である。実際の電圧は、ランプの構成、特に蛍リン光体粉末内の電界の強さに依存する。ＥＬランプを通る交流の周波数はランプの寿命に影響を及ぼし、ここで２００〜１０００ヘルツの周波数が好ましい。２００ヘルツ未満の周波数においては蛍リン光体中でイオンのマイグレーションが起こり、それは早期破壊をもたらす。１０００ヘルツ超では、蛍リン光体の寿命が周波数に逆比例する。
【０００７】
従来技術は、インダクターに貯蔵されているエネルギーが、インダクターがＥＬランプを通してか、または貯蔵コンデンサーへかのいずれかで放電されるにつれて、高電圧の小電流としてＥＬランプに供給される幾つかのタイプのインバーターを開示している。貯蔵コンデンサー上の電圧はインバーターから一連の高周波パルスによって汲み上げられる。インバーターによってもたらされる直流は、ＥＬランプに動力を供給するために交流に変換されなければならない。米国特許第４，５２７，０９６号明細書（Kindlmann）は、この目的のために、「Ｈ−ブリッジ」として知られるスイッチングブリッジを開示している。Ｈ−ブリッジは、電流をＥＬランプにより低周波数で交番させる二極双投スイッチとして動作する。米国特許第５，３１３，１４１号明細書（Kimball）は、ＡＣ電圧を直接もたらすインバーターを開示している。いずれかの技術を用いている複数のインバーターが商業的に入手できる。
【０００８】
奇妙なことであるが、ベンチ電源、即ちライン電圧に連結された電源、およびインバーターは、ＥＬランプを作動させる等価の電源ではない。一部のＥＬランプの明るさは一方の電源または他方の電源でより大きいのである。一般に、ベンチ電源は概ね一定の正弦波出力電圧を有し、ＥＬランプに動力を供給するために必要な電流は何でも提供する。ベンチ電源用のＥＬランプは、明るさを増すためにより高い電流に備えるように設計される。インバーターは、一般に、制限された電流容量、可変出力電圧、および高調和波歪みを有する；即ち、出力波の波形は正弦波ではない。
【０００９】
ＥＬランプのようなインピーダンスを持ついかなる回路においても、電流および電圧は通常位相が同じではない。電流を基準として取ると、電圧は電流に先立つか、または遅れるかのいずれかである。数学的には、このような回路は実成分または抵抗成分ａおよび虚成分または反応成分ｂを有する複素数（ａ±ｊｂ）で表される。真の電力を計算することは難しいことがあり、従って用語「見掛け電力」が電圧および電流の実成分のrms（二乗平均）値の積について用いられる。
【００１０】
上記を考慮して、本発明の１つの目的は、従って、ＥＬランプの明るさを、効率を減ずることなく改善することである。
本発明のもう１つの目的は、ＥＬランプの明るさを、ランプ寿命を減ずることなく改善することである。
【００１１】
本発明のさらにもう１つの目的は、制限された電源により駆動されるＥＬランプの明るさおよび効率を高めることである。
本発明の他の目的は、ＥＬランプの効率を単位面積当たりの見掛け電力１ミリワット当たりの明るさに関して改善することである。
【００１２】
発明の概要
上述の目的は、ＥＬランプをより高い電圧およびより少ない電流において駆動することによって、蛍リン光体装填量を増すことによって、および蛍リン光体層を２回以上のパスで印刷してランプ表面積１平方センチメートル当たり少なくとも６．５ミリグラムの蛍リン光体密度をもたらすことによって、明るさがランプ寿命を減ずることなく改善されることが発見された本発明において達成される。ロール塗布によって単一のより厚い層が堆積され得る。
【００１３】
次の詳細な説明を添付図面と共に考察することによって本発明のさらに完全な理解を得ることができる。
発明の詳細な説明
図１は従来技術に従って構成されたＥＬランプの断面図である。その色々な層は比例関係では示されていない。ランプ１０において、透明基板１１は、ポリエステルまたはポリカーボネートのような二軸配向プラスチックのシートである。透明な前面電極１２が基板１１を覆い、それは酸化インジウム・スズまたは酸化インジウムの薄層である。その前面電極を蛍リン光体層１５が覆い、そしてその蛍リン光体層を誘電体層１６が覆っている。層１５および１６はある種の用途では組み合わされる。不透明な背面電極１８が誘電体層１６を覆っている。例えばランプ１０をシールするために、場合によって用いられる裏打ち層１９を与えてもよい。典型的には、被覆された蛍リン光体粒子が用いられ、それはシール層の必要を無くする。
【００１４】
典型的には、蛍リン光体層１５は、スクリーン印刷に用いられるインキ中に、蛍リン光体粒子をバインダーの量に対して重量で２：５またはそれ未満の比率で含んでいる。蛍リン光体の量は粘度に影響を及ぼし、そして粘度は特定の適用モード、例えばスクリーン印刷ではなくむしろロール塗布に、または特定の機械にさえ合わせるために変えてもよい。前記のZovko等の米国特許においては、上記比は特許明細書に与えられた全ての実施例で１．５：１未満であった。蛍リン光体層は、本質的に、粒子が樹脂マトリックス中で互いにランダムに離間配置されている単一の粒子層である。最大の層厚さは最大粒子の直径である。
【００１５】
高蛍リン光体装填量は、具体的例にはないにしても、少なくとも原理的にはこの技術分野で公知である。特開平２０００−２７７２５８号公報（Naoyuki）は、別個に制御された色を有する２つのランプを与えるために導電性層で分離された２つの蛍リン光体層を有するＥＬランプについて記載している。蛍リン光体装填量は、１つの蛍リン光体層については１：２〜１：５と、そして第二の蛍リン光体層については１：３〜１：８と記載されている。開示されたランプは誘電体としてチタン酸バリウムを使用しているが、それは本発明に従って構成されたランプによっては可能でない。
【００１６】
本発明によれば、ＥＬランプを低い電流および高い電圧で駆動することによって動力が供給されるＥＬランプにおいては、明るさを有意に増加させ得ることが発見された。チタニアを誘電体として用いて蛍リン光体装填量を少なくとも３．０：１に増加させることと、その蛍リン光体層を２回以上のパスで印刷して≧６．５ｍｇ／ｃｍ2の蛍リン光体密度をもたらすこととの組み合わせが、明るさ、効率および寿命に目的の増加をもたらすことが見いだされた。
【００１７】
図２は、本発明の第一の面に従って構成されたランプを図解するものである。図２において、図１と共通の層は同じ参照数字を有する。蛍リン光体層２１はバインダーに対してより大きい割合の蛍リン光体を含み、それによって単位面積当たりの粒子数が増加されている。蛍リン光体は被覆されているのが好ましいが、本発明は使用される蛍リン光体の特定の種類に、または蛍リン光体が被覆されているか、被覆されていないかには左右されない。
【００１８】
本発明のもう１つの面によれば、誘電体層２２は、チタン酸バリウム（BaTiO3）ではなくむしろチタニア（TiO2）から作られる。チタン酸バリウムはチタニアよりも大きい誘電率を有するが、チタニアはチタン酸バリウムよりも損失が少ない。チタニアの誘電体としての使用は従来技術において知られており、例えば米国特許第５，７７０，９２０号明細書（Eckersley等）を参照されたい。Durel Corporationによって販売され、“RBC”として知られるランプのタイプは、誘電体としてチタニアを使用している。本発明の１つの好ましい態様では、チタニア層はスクリーン印刷インキ中に粒子を重量で１．５：１の対バインダー比で含んでいた。有用な量は重量で約１．５：１〜２．５：１である。
【００１９】
図３は、本発明の１つの好ましい態様に従って作成されたＥＬランプを図解するものである。この態様において、蛍リン光体層２５は、３．５：１の蛍リン光体装填量を有するインキによりスクリーン印刷機を通る少なくとも２回の連続パスによって作られる。２つの粒子層を生じさせると説明されるけれども、粒子は、実際は、インキが完全に乾く前に単一の緻密な層の中に沈降している。この方法は、≧６．５ｍｇ／ｃｍ2というより高い粒子密度とより明るく、より効率的なランプを与える。２回のパスで印刷された蛍リン光体層を有するＥＬランプはこの技術分野で公知である；例えば、Durel Corporationによって販売され、“HS1+”として知られるＥＬランプは、スクリーン印刷機を通る２回のパスによって作られた蛍リン光体層を有する。しかし、その粒子密度は、本発明に従って作成されたランプの最小密度の約半分である。
【００２０】
下記は本発明に従って構成されたＥＬランプの１例である。
蛍リン光体層
Kynar 9301樹脂                   １４．６０グラム
DMAC                            ２９．２７グラム
(40% B44)*                        ４．２０グラム
Modaflow（登録商標）              ０．２９グラム
Durel社蛍リン光体タイプ２２５      ５２．６４グラム
*Rohm & Haas社の樹脂・Paraloid（登録商標）アクリル樹脂
Ｂ−４４のDMAC中４０％溶液；
DMACはジメチルアセトアミドである。
【００２１】
ランプは、２３０のスクリーンメッシュを用いて２回パス（７．６ｇ／ｃｍ2）、３回パス（１１．４ｍｇ／ｃｍ2）および４回パス（１５．４ｍｇ／ｃｍ2）により作成された。他のスクリーンメッシュも用いることができる。インキは各パス後に１３２℃で６分間硬化された。
【００２２】
誘電体層
DMAC                            ４７．６９グラム
R700（DuPont社のTiO2）         ３０．９６グラム
Kynar 9301粉末                   ２０．７３グラム
Modaflow                         ０．４７グラム
Disperbyk（D111）                ０．１５５グラム
インキは誘電体の完全湿潤の達成を確実にするためにボールミルで粉砕されたが、それはかなり微細な粉末である。誘電体は、３．３ｍｇ／ｃｍ2の平均重量のために３０５メッシュのスクリーンを通る２回のパスで堆積された。
【００２３】
背面電極は炭素を充填材として用いている標準構成のものであった。母線層（bus bar   layer）は銀を充填材として使用した。場合によって用いられる背面絶縁層も一部のラ  ンプに適用された。背面絶縁層は追加の環境保護を与える。
【００２４】
図４−９は、ある特定の条件下で作動しているＥＬランプの性能を比較しているチャートである。Kynar 9301バインダーを用いて上記のようにして作製されたランプが、Durel Corporationから商業的に入手できる“RBC”ランプと同じ材料を用いて作製されたランプと比較されている。RBCランプはチタニア誘電体層を有し、そして比較用にその理由のために含められている。改良されたRBCランプを含めて、本発明に従って作製されたランプは従来技術に従って作製されたランプより有意に明るい。一回パスの改良RBCランプ（1p-RB-BRde）は、商業的に入手できるRBCランプよりも高い蛍リン光体装填量を有していた。
【００２５】
図４において、印加電圧は一定で、明るさは一回のパスで印刷された蛍リン光体層を有するランプの方が有利であると思われる。図５において、同じことが改良RBCランプにも当てはまると思われる。しかし、図６では、ある特定の明るさ、即ち３５フィート−ランベルトを達成するのに必要な電力は、より高い蛍リン光体装填量を有するランプで有意に低いことは明白である。改良RBCランプ（図７）は同じ傾向を示す。４回パスランプは、所定の輝度（luminance）について有意に少ない見掛け電力を消費する。図８は、特定の輝度を達成するのに必要とされる電圧を比較している。電圧はわずかに減少し、次いで４００Ｈｚにおいて増加するが、２０００Ｈｚにおいてはパス回数と共に増加する。この理由は全く明らかでない。同じことが改良RBCランプ（図９）にも当てはまる。
【００２６】
予備的寿命データは、本発明に従って構成されたランプは、明るさの増加にもかかわらず、従来技術の類似のランプと少なくとも同じくらい、そして多分従来技術の類似のランプよりも長持ちすることを示している。
【００２７】
本発明は、かくして、ＥＬランプの明るさを効率またはランプ寿命を減ずることなく改善する。効率が著しく改善され、そして本発明に従って構成されたランプはこの技術分野で知られている最新のランプの明るさの少なくとも２倍とするように最適化することができると考えられる。一回パスの高装填されたスクリーン印刷蛍リン光体層が最大の明るさを与えるが、電流および電力が犠牲になる。明るさが主要な考慮点である場合は、この一回パスのスクリーン印刷態様が、ベンチ電源のような、必要な電流を与えることが可能な電源に好ましいだろう。
【００２８】
かくして、本発明を説明したが、この技術分野の当業者には、本発明の範囲内で色々な修正をなし得ることは明白であろう。例えば、スクリーン印刷に関連して説明したけれども、ロール塗布法のような他の蛍リン光体層の堆積方法も使用することができる。ロール塗布法で作製された試作装置は図４−９に示されたのと同じ傾向を示すが、印加電圧はかなり高く、およそ３００ボルトであった。チタン酸バリウムは本発明に従って構成されるランプで使用するには損失が大きすぎるけれども、それに代わってチタン酸カルシウムおよびチタン酸ストロンチウムのような他の高誘電率、低損失の白い誘電体が使用できる。チタニアは、その比較的低いコストおよび広範な入手性の故に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術に従って構成されたＥＬランプの断面図である。
【図２】本発明の１つの面に従って構成されたＥＬランプの断面図である。
【図３】本発明の１つの好ましい態様に従って構成されたＥＬランプの断面図である。
【図４】幾つかの異なるＥＬランプの一定電圧における明るさを比較しているチャートである。
【図５】幾つかの異なるＥＬランプの一定電圧における明るさを比較しているチャートである。
【図６】幾つかの異なるＥＬランプの一定の明るさにおける見掛け電力を比較しているチャートである。
【図７】幾つかの異なるＥＬランプの一定の明るさにおける見掛け電力を比較しているチャートである。
【図８】幾つかの異なるＥＬランプの一定の明るさにおける印加電圧を比較しているチャートである。
【図９】幾つかの異なるＥＬランプの一定の明るさにおける印加電圧を比較しているチャートである。
【図１】
2004523090.tif 000003
【図４】
2004523090.tif 000004
【図５】
2004523090.tif 000005
【図６】
2004523090.tif 000006
【図７】
2004523090.tif 000007
【図８】
2004523090.tif 000008
【図９】
2004523090.tif 000009
【国際公開パンフレット】
2004523090.tif 000010
2004523090.tif 000011
2004523090.tif 000012
2004523090.tif 000013
2004523090.tif 000014
2004523090.tif 000015
2004523090.tif 000016
2004523090.tif 000017
2004523090.tif 000018
2004523090.tif 000019
2004523090.tif 000020
2004523090.tif 000021
2004523090.tif 000022
2004523090.tif 000023
2004523090.tif 000024
2004523090.tif 000025
2004523090.tif 000026
【国際調査報告】
2004523090.tif 000027