(57)【要約】【課題】コバールを導入金属とし、耐ソラリゼーション性に優れた細径蛍光ランプを作製することが可能な細径蛍光ランプ用外囲器と、これを用いて作製した細径蛍光ランプを提供する。【解決手段】蛍光ランプの外囲器として、Ｓｂ2 Ｏ3 を重量百分率で０．１〜４％ガラス組成中に含有し、３０〜３８０℃における線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃（４３×１０-7／℃を除く）であるホウケイ酸ガラスで構成された外径５．２ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下の管状ガラスからなるものを使用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｂ2 Ｏ3 を重量百分率で０．１〜４％ガラス組成中に含有し、３０〜３８０℃における線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃（４３×１０-7／℃を除く）であるホウケイ酸ガラスで構成された外径５．２ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下の管状ガラスからなることを特徴とする細径蛍光ランプ用外囲器。
【請求項２】
ホウケイ酸ガラスが、重量百分率で、ＳｉＯ2   ５５〜７３％、Ｂ2 Ｏ3   １０〜２５％、Ａｌ2 Ｏ3   １〜１０％、Ｌｉ2 Ｏ＋Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ  ４〜１６％、ＺｒＯ2   ０〜５％、Ｓｂ2 Ｏ3   ０．１〜４％含有することを特徴とする請求項１の細径蛍光ランプ用外囲器。
【請求項３】
Ｌｉ2Ｏが０〜４％、Ｎａ2Ｏが０〜４．３％、Ｋ2Ｏが０〜１５％であることを特徴とする請求項２の細径蛍光ランプ用外囲器。
【請求項４】
ホウケイ酸ガラスが、さらにＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｓ2 Ｏ3 、ＳＯ3 、Ｆ2 、Ｃｌ2 から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項２の細径蛍光ランプ用外囲器。
【請求項５】
液晶表示素子の照明装置の光源となる細径蛍光ランプに使用されることを特徴とする請求項１〜４の何れかの細径蛍光ランプ用外囲器。
【請求項６】
Ｓｂ2 Ｏ3を重量百分率で０．１〜４％ガラス組成中に含有し、３０〜３８０℃における線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃（４３×１０-7／℃を除く）であるホウケイ酸ガラスとなるようにガラス原料を調合し、溶融窯に投入してガラス化した後、管状に成形することを特徴とする細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項７】
外径５．２ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下の管状ガラスとなるように成形することを特徴とする請求項６の細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項８】
管引き成形することを特徴とする請求項６又は７の細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項９】
重量百分率で、ＳｉＯ2   ５５〜７３％、Ｂ2 Ｏ3   １０〜２５％、Ａｌ2 Ｏ3   １〜１０％、Ｌｉ2 Ｏ＋Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ  ４〜１６％、ＺｒＯ2   ０〜５％、Ｓｂ2 Ｏ3   ０．１〜４％含有するホウケイ酸ガラスとなるようにガラス原料を調合することを特徴とする請求項６〜８の何れかの細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項１０】
Ｌｉ2Ｏが０〜４％、Ｎａ2Ｏが０〜４．３％、Ｋ2Ｏが０〜１５％であることを特徴とする請求項９の細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項１１】
ホウケイ酸ガラスが、さらにＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｓ2 Ｏ3 、ＳＯ3 、Ｆ2 、Ｃｌ2 から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項９の細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法。
【請求項１２】
コバールを導入金属とする細径蛍光ランプにおいて、外囲器として、請求項１〜５の何れかの細径蛍光ランプ用外囲器を使用してなることを特徴とする細径蛍光ランプ。
【請求項１３】
コバールを導入金属とする細径蛍光ランプにおいて、外囲器として、請求項６〜１１の何れかの方法で製造された細径蛍光ランプ用外囲器を使用してなることを特徴とする細径蛍光ランプ。
【請求項１４】
液晶表示素子の照明装置の光源として使用されることを特徴とする請求項１２又は１３の細径蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コバール（＝Westinghouse Ele.Corp.社の商標名でＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金。本願においては、住友特殊金属社製ＫＶ−２、東芝社製ＫＯＶなど、他社の同等製品も含む。）を導入金属とする細径蛍光ランプの外囲器とこれを用いた細径蛍光ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。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、ＴＦＴ液晶表示素子等によるカラー表示や、車載用計器等の高品位な表示が要求される用途には、蛍光ランプを光源とする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。
【０００３】
バックライト用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管状ガラスからなる外囲器の内壁面に塗布さ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、外囲器の外径が小さく、肉厚が薄いところにある。従来、この蛍光ランプの外囲器には、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】
ところで液晶表示素子の薄型化、軽量化、低消費電力化に伴い、バックライト用の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、外囲器である管状ガラスにはより高強度、且つ低膨張であることが必要となってきている。また発光効率向上のために点灯回路の高周波化が進められており、これに伴って絶縁体である管状ガラスには低誘電損失化が求められている。ところが、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、低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の外囲器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、外囲器に従来より知られているコバール封着用ガラス、導入金属にコバールを用いた蛍光ランプが開発され、商品化されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した蛍光ランプの外囲器は、従来からある電子管やフォトキャップ等の電子部品の気密封止やレンズとして一般に使われているホウケイ酸系のコバール封着用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、長時間点灯すると、励起された水銀ガス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）するという問題が生じてしまう。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、液晶表示素子に表示の暗さや演色性の劣化といった品質の劣化を与えることになる。
【０００７】
この対策として、ガラス管内面に紫外線を反射又は吸収する成分であるＡｌ2 Ｏ3 やＴｉＯ2 のコーティングを行い、その上に蛍光体を塗布して多層膜を形成し、ガラスに達する紫外線の強度を弱めるといった方法が一部では実施されているが、この方法においては、生産コストの上昇を伴うばかりか、例えば外径５．２ｍｍ以下、肉厚が０．６ｍｍ以下といった細径で薄肉の管状ガラスについては均質な多層膜を形成することが困難になる。このような事情から、耐紫外線ソラリゼーション性を持った細径蛍光ランプ用外囲器の開発が強く求められている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、コバールを導入金属とし、耐ソラリゼーション性に優れた細径蛍光ランプを作製することが可能な細径蛍光ランプ用外囲器と、これを用いて作製した細径蛍光ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の細径蛍光ランプ用外囲器は、Ｓｂ2 Ｏ3 を重量百分率で０．１〜４％ガラス組成中に含有し、３０〜３８０℃における線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃（４３×１０-7／℃を除く）であるホウケイ酸ガラスで構成された外径５．２ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下の管状ガラスからなることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の細径蛍光ランプ用外囲器の製造方法は、コバールを導入金属とする細径蛍光ランプにおいて、外囲器として、Ｓｂ2 Ｏ3 を重量百分率で０．１〜４％ガラス組成中に含有し、３０〜３８０℃における線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃（４３×１０-7／℃を除く）であるホウケイ酸ガラスとなるようにガラス原料を調合し、溶融窯に投入してガラス化した後、管状に成形することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、外囲器をガラス組成中にＳｂ2 Ｏ3 を含有するホウケイ酸ガラスで構成したのは次の理由による。つまりホウケイ酸ガラスは、鉛ソーダ系の軟質ガラスに比べ、機械的強度が高く、低膨張であるために耐熱性に優れ、誘電損失も低く、蛍光ランプを細径化、薄肉化し易い。またＳｂ2 Ｏ3 をガラス中に含有していると、耐紫外線ソラリゼーション性が高く、蛍光ランプ内部で発生する紫外線に長時間曝されても着色が起こり難い。
【００１２】
また上記ホウケイ酸ガラスの線膨張係数を４３〜５５×１０-7／℃（３０〜３８０℃）に限定した理由は、線膨張係数がこの範囲から外れると、導入金属であるコバールと膨張係数が整合せず、スローリークやクラックが発生し、蛍光ランプとしての機能が損なわれるためである。
【００１３】
上記したホウケイ酸ガラスで構成される管状の外囲器は、外径５．２ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下の大きさを有するものであり、これより外径及び肉厚が大きいと液晶表示素子の薄型化、軽量化に起因するバックライト等照明装置用細径蛍光ランプの細径化の要求に応えられない。
【００１４】
外囲器を構成する管状のホウケイ酸ガラスとしては、重量百分率で、ＳｉＯ2   ５５〜７３％、Ｂ2 Ｏ3   １０〜２５％、Ａｌ2 Ｏ3   １〜１０％、Ｌｉ2 Ｏ＋Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ  ４〜１６％、ＺｒＯ2   ０〜５％、Ｓｂ2 Ｏ3   ０．１〜４％の組成を有するものが好適である。
【００１５】
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。
【００１６】
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６１〜７２％である。ＳｉＯ2が７３％より多いと、線膨張係数が低くなりすぎると共に溶解性が悪化し易く、５５％より少ないと化学的耐久性が悪化し易くなるが、これによってアルカリ吹きが起こると蛍光体を均一に塗布できなくなり、ヤケ等が生じた場合には蛍光ランプの輝度低下の原因になる。
【００１７】
Ｂ2 Ｏ3 は溶解性の向上や粘度の調整のために必要な成分であり、その含有量は１０〜２５％、好ましくは１５．２〜２４％である。Ｂ2Ｏ3 が１０％より少ないと溶解が困難になり、且つ、コバール封着用としては粘度が高くなり過ぎる。また２５％より多いと逆に粘度が下がり過ぎたり、蒸発によって均質なガラスが得られなくなったり、化学的耐久性が悪化するといった問題が発生する。
【００１８】
Ａｌ2 Ｏ3 はガラスの安定性を向上するのに著しい効果があり、その含有量は１〜１０％、好ましくは１〜４．９％である。Ａｌ2Ｏ3 が１０％より多いとガラスの溶解が困難になり、１％より少ないとガラスが失透し易くなり、均質なガラスの製造や安定した成形が困難になる。
【００１９】
アルカリ金属酸化物であるＬｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、及びＫ2 Ｏはガラスの溶解を容易にし、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４〜１６％、好ましくは５．１〜１３％である。これら成分の合量が１６％以上では膨張係数が高くなりすぎ、また粘度が下がりすぎてコバール封着には適さず、且つ化学的耐久性の大幅な低下を招き、４％未満では逆に膨張係数が小さくなり過ぎる。なお各成分の含有量は、Ｌｉ2Ｏ  ０〜４％（好ましくは０〜３％）、Ｎａ2 Ｏ  ０〜４．３％（好ましくは０〜３．９％）、Ｋ2 Ｏ  ０〜１５％（好ましくは０〜１３％）の範囲が好適である。Ｌｉ2Ｏが４％より多いと失透性が悪化し易くなるとともに熱膨張係数が高くなりすぎ、Ｎａ2 Ｏが４．３％より多いと蛍光ランプ製造時の熱工程においてＮａイオンが蛍光体を汚染して輝度の低下を引き起こしたり、熱膨張係数が高くなりすぎる可能性がある。またＫ2Ｏが１５％を越えると熱膨張係数が高くなり過ぎることがある。
【００２０】
ＺｒＯ2 は化学的耐久性を向上させ、アルカリ吹きやヤケを防止する成分であり、その含有量は０〜５％、好ましくは０．０１〜３％である。ＺｒＯ2が５％より多いと失透性が悪化してガラスが不均一になり、寸法精度が悪くなったり、外観上の欠陥が生じ、高品質のガラスが得難くなる。
【００２１】
ＴｉＯ2 、ＰｂＯ及びＳｂ2 Ｏ3 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、その合量は０．０５〜１１％、好ましくは０．１〜５．５％である。これら成分の合量が１１％を越えるとガラスの失透や蒸発等の影響が強くなり、均質で寸法精度の良い管状ガラスが得難くなる。一方、０．０５％未満の場合はその効果が殆どない。なおＴｉＯ2を必須成分として含む場合、各成分の含有量は、ＴｉＯ2   ０．０５〜５％（好ましくは０．１〜３％）、ＰｂＯ  ０〜１０％（好ましくは０〜５．５％）、Ｓｂ2Ｏ3   ０〜４％（好ましくは０〜１％）である。ＰｂＯを必須成分として含む場合、各成分の含有量は、ＴｉＯ2   ０〜５％（好ましくは０〜２％）、ＰｂＯ  ０．０５〜１０％（好ましくは０．１〜５．５％）、Ｓｂ2Ｏ3   ０〜４％（好ましくは０〜１％）の範囲が好適である。またＳｂ2Ｏ3 を必須成分として含む場合、各成分の含有量は、ＴｉＯ2   ０〜５％（好ましくは０〜２％）、ＰｂＯ  ０〜１０％（好ましくは０〜５．５％）、Ｓｂ2Ｏ3   ０．１〜４％（好ましくは０．２〜１％）である。なお何れの場合もＴｉＯ2が所定量を越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。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。Ｓｂ2 Ｏ3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。またＰｂＯやＳｂ2 Ｏ3 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、外観品位が劣化する。しかも有効発光部分に着色が生じると輝度の低下に直接つながるため好ましくない。
【００２２】
さらに上記ホウケイ酸ガラスは、ガラスの粘度の調整や耐候性、溶解性、清澄性を改善する目的で、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｓ2 Ｏ3、ＳＯ3 、Ｆ2 、Ｃｌ2 等の成分を適量添加することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明の細径蛍光ランプ用外囲器は、機械的強度や耐熱性が高く、誘電損失が小さいホウケイ酸ガラスで構成されるため、蛍光ランプの細径化、薄肉化に対応することができる。また４３〜５５×１０-7／℃の線熱膨張係数を有しており、コバールを導入金属として使用する蛍光ランプに用いることが可能である。しかも耐ソラリゼーション性に優れているため、紫外線着色が生じ難い。従って、長時間点灯される細径の蛍光ランプ、特に液晶表示素子用照明装置の光源となる細径蛍光ランプの外囲器として好適である。
【００２４】
また本発明の細径蛍光ランプは、機械的強度や耐熱性が高く、誘電損失が小さいホウケイ酸ガラスで構成された外囲器を有するため、より一層の細径化が可能である。また外囲器が４３〜５５×１０-7／℃の線熱膨張係数を有し、導入金属であるコバールと整合しているため、スローリークやクラックが生じるおそれがない。しかも外囲器の耐ソラリゼーション性が優れているため、長時間点灯しても紫外線着色が生じ難い。このため特に液晶表示素子用照明装置の光源となる細径蛍光ランプとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお以下の記載は本発明の一例を示したものであり、これに限定されるものではない。
【００２６】
本発明の細径蛍光灯用外囲器は、次のようにして製造される。
【００２７】
まず、所望の組成となるようにガラス原料を調合する。例えば重量百分率でＳｉＯ2   ５５〜７３％、Ｂ2 Ｏ3   １０〜２５％、Ａｌ2 Ｏ3   １〜１０％、Ｌｉ2 Ｏ＋Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ  ４〜１６％、ＺｒＯ2   ０〜５％、Ｓｂ2 Ｏ3   ０．１〜４％の組成となるように調合する。次いで調合したガラス原料をガラス溶解窯に投入し、１５００〜１６５０℃で溶融してガラス化した後、ダンナー法、ダウンドロー法等の管引き法を用いて管状に成形し、所定の長さに切断する。このとき直接所望の外径、肉厚を有するように成形してもよいし、外径、肉厚の大きい親管を作製した後、これをリドロー法によって細管化してもよい。このようにして線膨張係数が４３〜５５×１０-7／℃であり、外径５．２ｍｍ以下、肉厚０．６ｍｍ以下のホウケイ酸ガラスからなる管状ガラスで構成された本発明の細径蛍光灯用外囲器が得られる。なお必要に応じて、管状ガラスの両端に縮径部を形成する等の加工を施してもよい。
【００２８】
次に本発明の細径蛍光ランプについて説明する。
【００２９】
本発明の細径蛍光ランプは、上記のようにして作製された外囲器を使用したものであり、コバールからなる導入金属が外囲器の両端に挿入された状態で溶封されるとともに、内部には水銀やキセノン等のガスが封入されており、また外囲器内壁面には蛍光体が塗布された構成を有している。そして、電圧が印加されると各導入金属先端の電極間に放電が起こり、この放電により封入された水銀やキセノン等のガスが励起し、励起したガスから放射される紫外線によって外囲器内壁面の蛍光体が可視光線を発光する。
【００３０】
このような細径蛍光ランプは、液晶表示素子の照明装置等に組み込まれて使用される。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の細径蛍光ランプ用外囲器の線膨張係数及び耐紫外線ソラリゼーション性について評価する。
【００３２】
表１は本発明の外囲器を構成するホウケイ酸ガラスの実施例（試料Ｎｏ．１〜３）及び比較例（試料Ｎｏ．４及び５）を示している。
【００３３】
【表１】
2007207740.tif 000002
【００３４】
表に示したＮｏ．１〜５の各試料は、次のようにして調製した。
【００３５】
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５時間溶解した。溶解後、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、それらの３０〜３８０℃の温度範囲における線膨張係数、及び紫外線照射前後の分光透過率を測定し、各特性を表に示した。
【００３６】
表から明らかなように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜３の各試料は、線膨張係数が４５．３〜４９．２×１０-7／℃であり、コバールのそれと近似しており、また紫外線照射による透過率の低下が１．０％以下と殆どないため、高い耐紫外線ソラリゼーション性を有していることが理解できる。
【００３７】
それに対し比較例であるＮｏ．４及び５の試料は、線膨張係数がコバールと封着可能である４３〜５５×１０-7／℃の範囲内にあるが、Ｓｂ2 Ｏ3 を含有していないため、紫外線照射による透過率の低下が７％以上と大きく、耐紫外線ソラリゼーション性が非常に低かった。
【００３８】
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。
【００３９】
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。