JP2002293571A - 照明用ガラス - Google Patents
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Abstract
ラス管として好適な照明用ガラスを提供することであ
る。 【解決手段】 質量百分率で、SiO2 55〜76
%、B2O3 6〜25%、Al2O3 0〜10%、Li
2O 0〜10%、Na2O 0〜10%、K2O0〜1
5%、Li2O+Na2O+K2O 3〜20%、WO3
0〜9%、ZrO 2 0〜9%、CeO2 0〜4%、S
nO2 0〜4%、Fe2O3 0〜0.05%、WO3+
ZrO2+CeO2+SnO2+Fe2O3 0.005〜
10%、TiO2 0〜10%、Nb2O5 0〜10
%、Ta2O5 0〜10%、TiO2+Nb2O5+Ta2
O5 0.2〜12%、CaO 0〜8%、BaO 0
〜15%、ZnO 0〜15%、Cl2 0〜0.5
%、SO3 0〜0.03%の組成を有することを特徴
とする。
Description
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
る照明用ガラスに関するものである。
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。
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。
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作製すること
が検討され、その結果、気密封止可能な硬質ガラスと導
入金属の組合せとして、コバールガラスとコバール金属
を用いた蛍光ランプや、タングステンガラスとタングス
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。
装置の光源となる蛍光ランプのガラス管には、以下のよ
うな特性が要求される。 耐紫外線ソラリゼーション性に優れていること バックライト用蛍光ランプのガラス管は、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。 紫外線遮蔽性を有すること。 ガラス管から紫外線が透過すると、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。 寸法精度のよいガラス管を形成できること。 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。 失透し難いこと。 成形中に結晶が発生すると局所的に粘性が変わってガラ
ス管の真円性が崩れ、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ので、結晶の発生のない安定
な組成が求められる。このためにガラスの液相線粘度が
105dPa・s以上であることが好ましい。 電気絶縁性に優れていること。 液晶表示素子等の照明装置の光源となる蛍光ランプのよ
うな細径、長尺、高輝度の蛍光ランプでは、点灯のため
に印加される電圧が高く、数百ボルトに達する。このた
め電気絶縁性が低いと、ガラスに電流が流れてガラス自
体が発熱し、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。 泡が極めて少ないこと。 管ガラスに泡があると、これが引き延ばされて長細い泡
となる。管の内面側にこのような泡があり、かつ泡の一
部が管内面で開いている場合、管の切断面がこのような
細長い泡の上に来ると、管の切断面と管内面が穴を通し
てつながることがある。ガラス管の加工時にもこの穴は
ふさがらないため、蛍光ランプ管内へこの穴を通じて外
気がスローリークし、管内で電子が飛ばなくなって蛍光
ランプが光を出さなくなる現象が発生する。近年細管化
によってガラス肉厚が薄くなり、泡があると管内面に泡
が開く可能性が増大している。このため細管では、従来
ガラス以上の泡品位が要求される。 熱膨張係数が導入金属と適合していること。 導入金属として、通常、コバール(熱膨張係数58×1
0-7/℃)又はタングステン(熱膨張係数45×10-7
/℃)が使用されるため、これらと適合するように34
〜58×10-7/℃程度の熱膨張係数が必要となる。
要求特性のすべてを満足させるものがないのが現状であ
る。
足し、液晶表示素子等の照明装置用蛍光ランプのガラス
管として好適な照明用ガラスを提供することである。
は、質量百分率で、SiO2 55〜76%、B2O36
〜25%、Al2O3 0〜10%、Li2O 0〜10
%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜15%、Li2
O+Na2O+K2O 3〜20%、WO3 0〜9%、
ZrO2 0〜9%、CeO2 0〜4%、SnO2 0
〜4%、Fe2O30〜0.05%、WO3+ZrO2+C
eO2+SnO2+Fe2O3 0.005〜10%、Ti
O2 0〜10%、Nb2O5 0〜10%、Ta2O5
0〜10%、TiO2+Nb2O5+Ta2O5 0.2〜
12%、CaO 0〜8%、BaO 0〜15%、Zn
O 0〜15%、Cl2 0〜0.5%、SO3 0〜
0.05%の組成を有することを特徴とする。
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。
に必要な主成分であり、その含有量は55〜76%、好
ましくは58〜74%である。SiO2 が74%より多
いとシリカ原料の溶融に長時間を要し、76%よりも多
いと大量生産に適さなくなる。また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、封
止が困難になる。一方、SiO2が58%より少ないと
化学的耐久性が悪化する傾向があり、55%より少なく
なると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、封止が困
難になる。
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6〜25%、好ましくは10〜22%である。
B2O3が22%より多いとガラス融液からの蒸発が多く
なってガラスが不均一になりやすく、25%よりも多い
とランプ製造工程中の熱加工時にもガラス成分が蒸発し
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10%より
少ないと粘度が高くなる傾向が現れ、6%よりも少ない
と溶融、加工が困難になる。
する成分であり、その含有量は0〜10%、好ましくは
1〜6%である。Al2O3が6%より多いとガラス融液
の粘度が高くなる傾向があり、10%を超えると泡や脈
理のないガラスが得られなくなる。一方、Al2O3が1
%より少ないと上記した効果が少なくなり、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。
O、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3〜20%、好ましくは4〜16%である。
これら成分の合量が16%より多くなると熱膨張係数が
高くなりやすく、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のそれと適合せず、且つ化学的耐
久性の大幅な低下を招く。一方、これらの合量が4%未
満ではガラス化が困難になる傾向があり、3%よりも少
なくなるとガラス化しにくく、また熱膨張係数が小さく
なり過ぎて、タングステンのそれと適合しなくなる。
量は、それぞれLi2O 0〜10%(特に0〜4
%)、Na2O 0〜10%(特に0〜4%)、K2O
0〜15%(特に1〜11%)であることが好ましい。
なお、Li2Oが4%を超えると分相が発生しやすくな
り、10%を超えると成形性が損なわれる。Na2Oが
4%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%を超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%未満ではガラス化
し難くなる傾向が認められる。
2O3は紫外線遮蔽のために合量で0.005〜10%含
有する。これらの合量が0.005%よりも少ないとそ
の効果はなく、10%よりも多くなる可視光の吸収が大
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。
遮蔽する効果が高い。その含有量は0〜9%、好ましく
は0.1〜6%である。WO3が0.1%未満ではその
効果が十分に大きくない。6%を超えると可視光の吸収
が大きくなる傾向があり、9%を超えると蛍光ランプと
して必要な輝度や色調が得られなくなる。
0〜6%である。ZrO2が9%を超えるガラス中に結
晶を生じ、蛍光ランプ用途に使用できる安定した管が引
けなくなる。
0〜3%である。CeO2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。
0〜2%である。SnO2が4%を超えるとガラス中に
結晶を生じ、蛍光ランプに使用できるガラス管が安定し
て管引きできなくなる。
する効果を有するが、特にTiO2とともに用いると高
い紫外線遮蔽性を持つ。しかし紫外線によるソラリゼー
ションを起こしやすいため、その含有量は0.05%以
下に制限される。なおFe2O3の含有量は、0.003
〜0.03%、特に0.005〜0.02%であること
が好ましい。Fe2O3が0.003%よりも少なくなる
とその効果が少なくなる。0.03%を超えると可視光
の吸収が大きくなる傾向が現れ、0.05%を超えると
ソラリゼーションが起こりやすくなって蛍光ランプとし
て必要な輝度や色調を維持できなくなる。
ラリゼーションを防止するために合量で0.2〜12%
含有する。これらの成分の合量が0.2%よりも少ない
とその効果がなく、12%を超える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。これらの成分中、TiO2は最もコストパフォ
ーマンスに優れており好ましい。
0%、好ましくは0.1〜6%、Nb2O5が0〜10
%、好ましくは0〜6%、Ta2O5が0〜10%、好ま
しくは0〜6%である。各成分が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
調が悪化する傾向が現れる。また各成分が10%を超え
る場合、上記問題に加え、結晶が発生しやすくなる。
が、8%を超えるとCa系の結晶が発生するため好まし
くない。
%を超えるとBa系の結晶が発生するため好ましくな
い。
が、15%を超えるとガラスに結晶が発生するため好ま
しくない。
はガラス中の残存量をCl2で表して0〜0.5%、好
ましくは0.001〜0.5%である。Cl2が0.0
01%より小さくなると泡が増える傾向が現れる。また
0.5%を超えると労働環境維持の観点から好ましくな
い。
て0.05%以下、好ましくは0.03%以下、さらに
好ましくは0.01%以下、特に0.005%以下であ
る。SO3が0.005%を超えるとガラス中の泡が増
加する傾向が現れ、0.05%を超えて含有されるとガ
ラス中の泡が多くなりすぎ、スローリークの問題が発生
する。ガラス中のSO3は、ガラス原料(芒硝(Na2S
O4)等の硫酸塩原料や不純物)や、ガラス溶融時の燃
焼雰囲気中のSO2ガスの溶け込みにより、ガラス組成
中に取り込まれる。従って0.05%を越えないように
ガラス原料や燃料を選定し、管理する必要がある。従来
の蛍光ランプ用ガラスの泡数は、40個/100gまで
許容されてきたが、液晶表示素子の照明用途に使用され
るような細管においては20個/100g以下、さらに
好ましくは10個/100g以下であることが必要であ
る。
とが可能であり、例えばガラスの耐候性を上げる目的で
MgOを、ガラスの融点を下げる目的でSrOを適宜
(好ましくはそれぞれ6%以下)含有させることができ
る。また清澄剤として、N2、O2、F2、NOXなどを発
生させるガラス原料をバッチに添加しておくことができ
る。
れるような細管状のガラスには、低温域(加工温度域)
における粘性変化が緩やかであることが望ましい。即
ち、細管の場合、管肉厚が薄く熱容量が小さいので、加
熱によってガラスが急激に軟化変形し易い。従って低温
域における粘性変化が急なガラスでは、加工条件が僅か
でもずれると所望の形状に加工することができないとい
う問題がある。
分量(OH-)を調整すればよい。水分はガラスの低温
域における粘性変化を緩やかにする効果がある。しかし
ながら、多量の水分を含む場合には、泡の原因となる。
率係数(X)に比例する。 X=(log(a/b))/t a:3840cm-1付近の極小点の透過率(%) b:3560cm-1付近の極小点の透過率(%) t:試料測定厚み(mm) 上記式において、係数Xが0.3〜0.8、特に0.4
〜0.7の範囲にあることが望ましい。係数Xが0.4
よりも少ないと低温粘度が高くなる傾向があり、0.3
よりも少ないと低温粘度がさらに高くなり、温度に対す
る粘度変化が大きくなりすぎて管ガラスの粘性変化が急
になるため加工が困難になり易い。一方、0.7よりも
大きくなるとガラス加工時にリボイルすることがあり、
0.8を超えると泡が発生するため好ましくない。水分
量の調整は、通常燃焼ガス中の水分や、ガラス原料(硼
酸と無水硼砂の混合比)で調整する。また、これらで調
整しきれない場合には、乾燥空気や水蒸気のバブリング
によって調整できる。このように水分量を調整すること
によって、肉厚の薄い細管の場合でも安定して加工する
ことができる。
表1〜4は本発明の実施例(試料No.1〜16)、表
5は比較例(試料No.17、18)をそれぞれ示して
いる。
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。なおFe2O3、Cl2、SO3は
蛍光X線分析にて求めた値である。また係数Xは、赤外
分光光度計にて測定した3846cm-1付近の極小点の
透過率aと、3560cm-1付近の極小点の透過率bを
下記式に代入して求めた。なおtは試料厚みである。 X=(log(a/b))/t
相線粘度、体積抵抗率、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、泡数、及
び加工性を評価した。結果を各表に示す。なお液相線粘
度及び体積抵抗率は、対数値で示した。
例であるNo.1〜8の試料は、線熱膨張係数が48.
3〜53.2×10-7/℃であり、コバール電極に適し
た値であった。No.9〜16の試料は、線熱膨張係数
が37.5〜40.2×10 -7/℃であり、タングステ
ン電極に適した値であった。また液相線粘度が105. 2
dPa・s以上、体積抵抗率が1012.1Ω・cm以上、
紫外線照射前後の可視域の分光透過率差が0.8%以
下、紫外域における分光透過率が0.9%以下、泡数が
7個/100g以下、ガラスの加工性が良好であった。
SO3の含有率が0.056%と高いため、泡数が75
個/100gと多く、製品の歩留まりが悪かった。N
o.18は、紫外線遮蔽成分やソラリゼーション防止成
分を含有しない組成系であり、紫外線照射前後の可視域
における分光透過率差が大きく、また紫外域における分
光透過率が高い。
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。
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。
拠する方法により、150℃における値を測定した。な
お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150℃で1011Ω・cm以上が必要
である。
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。
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。
し、40倍の顕微鏡で見える泡(直径50μm程度以上
の泡)の数を数えた。
ランプの管端を封止するのと同様にして、管状ガラス試
料を封止することで評価した。具体的には次のようにし
て行った。まず試料をガラス細管状に加工し、その一端
にガラス球を融着させた金属線を挿入する。次に環状ヒ
ーターで加熱して管ガラス管端を軟化させ、ガラス球を
管ガラス内面に融着固定させる。このときの封止可能な
加工温度幅を評価した。なお加熱温度が低すぎると管ガ
ラスが軟化せず、封止不可能となり、逆に高すぎると管
が変形して折れ曲がったり、管の真円度が失われたりす
る。加工温度幅は、通常30℃以上必要である。加工温
度幅が30℃よりも小さいガラスでは、ヒーターの温度
バラツキや雰囲気温度、雰囲気の気流の影響を受けやす
くなって安定な加工ができなくなる。このため30℃未
満の加工温度幅の場合を「×」、30℃以上の場合を
「○」とした。
コバールまたはタングステン金属との封着に適した熱膨
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、及び電気絶縁性に優れ、泡
数も少ないため、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 (6)
- 【請求項1】 質量百分率で、SiO2 55〜76
%、B2O3 6〜25%、Al2O3 0〜10%、Li
2O 0〜10%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜
15%、Li2O+Na2O+K2O 3〜20%、WO3
0〜9%、ZrO2 0〜9%、CeO2 0〜4%、
SnO2 0〜4%、Fe2O3 0〜0.05%、WO3
+ZrO2+CeO2+SnO2+Fe2O3 0.005
〜10%、TiO2 0〜10%、Nb2O5 0〜10
%、Ta2O5 0〜10%、TiO2+Nb2O5+Ta2
O5 0.2〜12%、CaO 0〜8%、BaO 0
〜15%、ZnO 0〜15%、Cl2 0〜0.5
%、SO3 0〜0.05%の組成を有することを特徴
とする照明用ガラス。 - 【請求項2】 Fe2O3が0.003〜0.03質量%
であることを特徴とする請求項1の照明用ガラス。 - 【請求項3】 WO3が0.1〜6質量%であることを
特徴とする請求項1の照明用ガラス。 - 【請求項4】 TiO2が0.1〜6質量%であること
を特徴とする請求項1の照明用ガラス。 - 【請求項5】 下記の式で表される赤外線透過率係数
(X)が0.3〜0.8であることを特徴とする請求項
1の照明用ガラス。 X=(log(a/b))/t a:3840cm-1付近の極小点の透過率(%) b:3560cm-1付近の極小点の透過率(%) t:試料測定厚み(mm) - 【請求項6】 液晶表示素子の照明装置用蛍光ランプの
ガラス管として用いられることを特徴とする請求項1の
照明用ガラス。
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