JPH09139190A - 細管形蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶ディスプレイ用バックライト等に用いら
れる管径が３．６ｍｍ以下である細管形蛍光ランプの発
光輝度を向上する。 【構成】 細管形蛍光ランプに塗布されている蛍光体層
の単位面積あたりの蛍光体塗布量が３〜８ｍｇ／ｃｍ²
の範囲であり、次式で表される空隙率ｅが４０〜８０％
であることを特徴とする細管形蛍光ランプとする。 空隙率ｅ＝（Ｖ_l−Ｖ_p）／Ｖ_l×１００ （％） Ｖ_l；蛍光体層体積 Ｖ_p；蛍光体体積

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイ用バッ
クライト等に用いられる細管形蛍光ランプに係り、特
に、発光輝度を向上した細管形蛍光ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノート型パーソナルコンピュータ、或い
はワードプロセッサのディスプレイには液晶ディスプレ
イが広く使用され、液晶のバックライトには細管形蛍光
ランプと呼ばれる極めて細い蛍光ランプが用いられてい
る。照明用の蛍光ランプはその開発期から現在に至るま
で、実用化に向けた膨大な研究がなされ、その成果によ
り蛍光ランプの性能は大きく改善されている。ところ
が、細管形蛍光ランプについてはまだ歴史は浅く、最良
の性能を十分に出し切れていないのが現状である。

【０００３】例えば、一般照明用の蛍光ランプについて
は管径が１２ｍｍから３６ｍｍ程度であるのに対し、細
管形蛍光ランプは４ｍｍ〜６ｍｍと細く、最近では特に
３．６ｍｍφ以下という極めて細い蛍光ランプが生産さ
れている。ところが、その物性的な研究を応用した最適
化は殆ど行われず、照明用の蛍光ランプに用いられてい
る技術を細管形蛍光ランプにそのまま流用したにすぎな
い。現在の細管形蛍光ランプの設計には、蛍光ランプの
放電現象及び蛍光体の励起効率について、さらに再検討
が成されるべきである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、細管形蛍光
ランプの発光輝度をさらに向上するために、細管形蛍光
ランプの放電構造に適合する蛍光体層を形成することを
目的する。

【０００５】

【発明を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決することを目的とし、細管形蛍光ランプの発光
輝度向上に最適な蛍光体層について鋭意検討した結果、
以外にも蛍光体層の膜面が粗い状態で塗らることで、課
題を解決することができることを見いだし、本発明を完
成させるに至った。

【０００６】すなわち、本発明の細管形蛍光ランプは、
水銀および希ガスを含む封入ガスが充填された透光性ガ
ラス管と、この透光性ガラス管内壁面に設けられた蛍光
体粒子を含む蛍光体層と、前記封入ガス中で陽光中放電
を維持するための手段とを備える蛍光ランプにおいて、
前記蛍光ランプの管径が３．６ｍｍ以下であり、蛍光体
層の単位面積あたりの蛍光体塗布量が３〜８ｍｇ／ｃｍ
2の範囲であり、次式で表される空隙率が４０〜８０％
であることを特徴とする。 空隙率ｅ＝（Ｖl−Ｖp）／Ｖl×１００ （％） Ｖl；蛍光体層体積 Ｖp；蛍光体体積

【０００７】本発明が好ましく適用される蛍光ランプの
管径には制限があり、３．６ｍｍφ以下でなければ効果
が期待できない。これより管径が太くなると、一般照明
用蛍光ランプと細管形蛍光ランプの間の放電現象の差が
小さくなり、顕著な効果が見られなくなるからである。

【０００８】また、蛍光体塗布量については３〜８ｍｇ
／ｃｍ2が好ましく、さらに４〜７ｍｇ／ｃｍ2の範囲が
好ましい。これは一般照明に通常用いられる２〜４ｍｇ
／ｃｍ2の範囲に比べ、塗布量はかなり多くなることが
理解できる。

【０００９】さらに、本発明の中心技術は、空隙率を定
義し、蛍光体が占める蛍光体層に対し特定の空隙率に設
定することにより、細管形蛍光ランプの発光輝度を大き
く改善できることである。空隙率は上記式により計算さ
れ、４０〜８０％の範囲が好ましく、特に５０〜８０％
の範囲がさらに好ましい。

【００１０】空隙率が大きいと蛍光体層は粗くなり、蛍
光体層の蛍光体密度は低下し、蛍光体層厚み（膜厚）が
厚くなる。一般照明用蛍光ランプの場合、密度が高くな
るほど、すなわち、空隙率が小さくなるほど発光輝度は
高くなる。一般照明用蛍光ランプは実際、空隙率が２０
〜４０％の範囲で使用されている。この範囲の蛍光体層
を形成することが常識的であり、この点で、細管形蛍光
ランプは全く逆の挙動を示す。

【００１１】蛍光体層の空隙率を目的の範囲に設定する
具体的方法として、蛍光体サスペンジョンの調製に用い
る有機バインダーの濃度を管理する方法、或いは蛍光体
の粒度を管理する方法等が可能である。例えば、バイン
ダー濃度を高くすることにより、蛍光体サスペンジョン
の粘度が高くなり、その結果得られる蛍光体層は、同じ
塗布量の低粘度のサスペンジョンを使用したものと比較
して膜厚は厚くなる。或いは、蛍光体の粒度分布をブロ
ードにすることにより蛍光体層膜厚は厚くすることがで
きる。

【００１２】

【作用】図１には一般照明用蛍光ランプである管径２６
ｍｍのガラス管の場合と、管径２．６ｍｍの細管形蛍光
ランプの場合の空隙率ｅに対する相対発光輝度の関係を
示している。ここでそれぞれの蛍光ランプには５ｍｇ／
ｃｍ2の三波長混合蛍光体が塗布されている。これらの
空隙率を変更するためには塗布サスペンジョンの有機バ
インダー濃度を変更する方法で行った。図１より明らか
なように、空隙率が４５％を越えると、管径２６ｍｍの
蛍光ランプでは相対発光輝度は低下するが、逆に管径
２．６ｍｍの細管形蛍光ランプの場合向上している。

【００１３】この現象はガラスバブル内の低圧水銀放電
が形成する陽光柱の中でのＨｇ（Ｉ）線強度の分布に密
接に関係している。Ｈｇ（Ｉ）線は２５３．７ｎｍの紫
外線を放射し、低圧水銀蒸気放電の中で最も強度が高
く、蛍光ランプに塗布された蛍光体の励起の９０％以上
に利用されている。このＨｇ（Ｉ）２５３．７ｎｍ線の
中心から径方向への強度分布は、図２に示すように中心
で高く、遠ざかるにつれ低下する。また、その電子分布
もＢｅｓｓｅｌ関数で計算されるように、管中心より遠
ざかるにつれ次第に減少する傾向となる。

【００１４】管径が１５ｍｍ以上の比較的太い蛍光ラン
プの場合、Ｈｇ（Ｉ）２５３．７ｎｍ線はＨｇと電子の
弾性衝突により次第にその放射強度が管方向に遠ざかる
につれ減少していく。これに対し、Ｈｇ（Ｉ）２５３．
７ｎｍ線を効率よく吸収するには、蛍光体層の放電部側
で励起され発光した蛍光体からの可視光を効率的に蛍光
ランプ外部に出力する必要がある。紫外線を最も効率的
に利用するためには、蛍光体は緻密な蛍光体層を形成し
ていることが有利である。

【００１５】これに対し、管径が３．６ｍｍ以下である
細管形蛍光ランプの場合事情は少し異なってくる。Ｈｇ
（Ｉ）２５３．７ｎｍ線の強度はは図２に示されるよう
な分布構造を取るため、細管形蛍光ランプにおいては、
ガラス管全体が管中央の紫外線強度分布とほぼ均等な値
を示し、蛍光体が塗布されている管壁においても、紫外
線強度の低下がない。

【００１６】そのため、蛍光体層（蛍光体粒子間）の空
隙で発生するＨｇ（Ｉ）２５３．７ｎｍ線の影響が無視
することができなくなる。このような場合、図３ａに示
すように蛍光体間の空隙に発生する紫外線を多く利用で
きる方が、図３ｂに示すような空隙の少ない蛍光体層に
比べ、蛍光体を効率的に励起でき、結果的にランプ輝度
を高くできる。このように細管形蛍光ランプの場合、蛍
光体層近傍のＨｇ（Ｉ）２５３．７ｎｍ線を有効に利用
するためには空隙率が大きい方がよい。

【００１７】さらに、空隙率が大きいことで蛍光体から
の発光が他の蛍光体に吸収されず、効率的に出力でき、
結果的に輝度が高くなる。

【００１８】

【実施例】本実施例において、空隙率ｅをコントロール
する一つの方法として、蛍光体塗布サスペンジョンに用
いる有機バインダーの濃度を変化させることで行った。
これ以外にも、蛍光体の粒度をコントロールするなどの
方法が適用可能であり、本実施例によりその方法を限定
するものではない。

【００１９】 ［実施例１］ 混合比 ・青色発光蛍光体として、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ ４０％ ・緑色発光蛍光体として、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ ３０％ ・赤色発光蛍光体として、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ ３０％ 上記蛍光体を混合し、全体の密度が４．６ｇ／ｃｍ3三
波長混合蛍光体を得る。得られた混合蛍光体１００ｇ対
し、２０００秒のニトロセルロース／酢酸ブチル１．６
％溶液を１４０ｇ加え、必要なら結着剤を加え、攪拌し
蛍光体を分散させたスラリーを調製する。

【００２０】得られた蛍光体サスペンジョンを細管形蛍
光ランプのガラス管（管径２．６ｍｍ、管長２００ｍ
ｍ）に均一に流し込み、温風を通じて塗布面を乾燥させ
た。乾燥後に得られた塗布バルブの重量を測定すること
により、蛍光体層の全重量が求まり、塗布表面積で除す
ることにより単位面積当たりの塗布量が計算される。本
実施例において、５．２ｍｇ／ｃｍ2が得られた。

【００２１】これより、蛍光体粒子の体積Ｖpは、 Ｖp＝（５．２×１０-3ｇ）／（４．６ｇ／ｃｍ3）＝
１．１３×１０-3ｃｍ3 となる。

【００２２】また、塗布ガラスバルブの膜厚を測定する
と、２７μｍを得られた。それで、この場合の単位面積
当たりの蛍光体層体積Ｖlは、 Ｖl＝（２．７×１０-3ｃｍ）×１ｃｍ2＝２．７ｃｍ3

【００２３】これらより空隙率ｅは次式で計算される。 空隙率ｅ＝（Ｖl−Ｖp）／Ｖl×１００ （％） ＝（２．７−１．１３）／２．７×１００＝５８％

【００２４】［実施例２〜１１］実施例１よりも空隙率
を高くする場合、ニトロセルロース／酢酸ブチル溶液の
濃度を高くし、空隙率を低くする場合、ニトロセルロー
ス／酢酸ブチル溶液の濃度を低くすることで行った。ま
た、蛍光体塗布量の増加する場合、混合蛍光体１００ｇ
に対するニトロセルロース／酢酸ブチル溶液の量を少な
くし、反対に、蛍光体の塗布量を少なくする場合、ニト
ロセルロース／酢酸ブチル溶液の量を多くすることでコ
ントロールすることができる。しかし、これらは相対的
なものであり、蛍光体の種類、蛍光体の粒径、乾燥条件
が代わっても、変動しうるものであるので、その都度最
適化試行しなければならない。

【００２５】［比較例１］実施例１と同じ混合蛍光体１
００ｇに対し、２０００秒のニトロセルロース／酢酸ブ
チル１．０％溶液を１００ｇ加え、攪拌し蛍光体を分散
させたスラリーを調製する。実施例１と同様の方法によ
り細管形蛍光ランプの塗布ガラスバルブを得た。

【００２６】［比較例２〜６］実施例と同様に、空隙率
を高くする場合、ニトロセルロース／酢酸ブチル溶液の
濃度を高くし、空隙率を低くする場合、ニトロセルロー
ス／酢酸ブチル溶液の濃度を低くすることで行った。ま
た、蛍光体塗布量の増加する場合、混合蛍光体１００ｇ
に対するニトロセルロース／酢酸ブチル溶液の量を少な
くし、反対に、蛍光体の塗布量を少なくする場合、ニト
ロセルロース／酢酸ブチル溶液の量を多くすることでコ
ントロールすることができる。

【００２７】実施例１〜１１、及び比較例１〜６の得ら
れたガラスバルブを通常の方法によりベーキング、電極
のマウントを行い冷陰極蛍光ランプを得た。得られた冷
陰極蛍光ランプの比較例に対する相対輝度を求め表１に
まとめた。輝度測定は蛍光ランプ中央で測定した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、空隙率を増加させることにより
細管形蛍光ランプの発光輝度は大きく改善されることが
分かる。また、単位面積当たりの塗布量についても、空
隙部が多いことから、一般の蛍光ランプよりも塗布量の
多いところまで輝度飽和を起こさない。その結果、蛍光
体の塗布量を増加することができ、細管形蛍光ランプ輝
度を大幅に改善できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により塗布
膜中の蛍光体粒子間に大きな空隙を持たせ、しかも塗布
量を特定範囲に増加することにより、管径が３．６ｍｍ
以下の細管形蛍光ランプの輝度を大幅に向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明品と比較品の細管形蛍光ランプ及び一般
の蛍光ランプの相対発光輝度と空隙率ｅの関係を示す特
性図

【図２】管中央から管径方向への距離とＨｇ（Ｉ）２５
３．７ｎｍ線の強度分布図

【図３】蛍光体層を占める蛍光体の空隙を示す図

【符号の説明】

１・・・・・・蛍光体粒子 ２・・・・・・透光性ガラス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水銀および希ガスを含む封入ガスが充填
   された透光性ガラス管と、この透光性ガラス管内壁面に
   設けられた蛍光体粒子を含む蛍光体層と、前記封入ガス
   中で陽光中放電を維持するための手段とを備える蛍光ラ
   ンプにおいて、前記蛍光ランプの管径が３．６ｍｍ以下
   であり、蛍光体層の単位面積あたりの蛍光体塗布量が３
   〜８ｍｇ／ｃｍ2の範囲であり、次式で表される空隙率
   が４０〜８０％であることを特徴とする細管形蛍光ラン
   プ。 空隙率ｅ＝（Ｖl−Ｖp）／Ｖl×１００ （％） Ｖl；蛍光体層体積 Ｖp；蛍光体体積