專利名稱：熒光燈用鎢密封玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為液晶顯示元件等的照明裝置光源而使用的熒光燈玻璃管的鎢密封玻璃。
背景技術(shù)：
液晶顯示元件大致分為二類，即根據(jù)光源的利用法的利用自然光和室內(nèi)照明的光的反射型液晶顯示元件，以及使用專用的照明裝置，例如使用后燈光的透射型液晶顯示元件。在要求高品位顯示的筆記本式電腦、TV監(jiān)控器、車載用的計(jì)算器等的用途上，主要使用用后燈的透射型液晶顯示元件。在手表、小型臺(tái)式電腦等特低耗電型元件中使用反射型液晶顯示元件。然而，最近即使對(duì)于這些低耗電型的裝置也有設(shè)置前燈，在需要時(shí)使其點(diǎn)亮而使用的。
作為后燈和前燈光源的熒光燈的發(fā)光原理與一般的照明用熒光燈相同。也即，由于電極之間的放電，被封入的水銀氣體、氙氣等受激發(fā)，因從激發(fā)了的氣體所放射的紫外線而使玻璃管內(nèi)壁表面所涂布的熒光體發(fā)出可見(jiàn)光線。然而，作為后燈和前燈光源的熒光燈與一般使用的熒光燈的重大不同點(diǎn)是其玻璃管徑細(xì)和壁厚薄。
歷來(lái)，在這種熒光燈的玻璃管上，從加工容易和作為照明用玻璃的迄今為止的現(xiàn)狀看來(lái)，使用著鉛鈉系的軟質(zhì)玻璃，作為導(dǎo)入金屬則使用廉價(jià)的杜美包銅鐵鎳合金。
伴隨著液晶顯示元件的薄型化、輕量化和低耗電化，對(duì)熒光燈也要求進(jìn)一步細(xì)徑化、薄壁化。然而，由于熒光燈的細(xì)徑化伴隨著結(jié)構(gòu)上機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的降低和燈發(fā)熱的增加，故玻璃管必須是高強(qiáng)度而且是低膨脹的。又，由于發(fā)光效率的提高，也在進(jìn)行照明電路的高頻化，與此相伴，對(duì)作為絕緣體的玻璃管也要求其具有高體積電阻率以及低介電損耗化。為此，歷來(lái)的鉛鈉系的軟質(zhì)玻璃材質(zhì)就不能使這些要求得到滿足了。
因此，研究了使用比鉛鈉系軟質(zhì)玻璃熱強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度高的、在電絕緣性上也有利的硼硅酸系的硬質(zhì)玻璃制作的熒光燈。結(jié)果，開(kāi)發(fā)了作為可以氣密封的硬質(zhì)玻璃和金屬的組合、使用歷來(lái)熟知的鎢密封玻璃和鎢金屬的熒光燈，并已商品化。
然而，將上述后燈用熒光燈的玻璃管作為歷來(lái)已有氙閃光燈用時(shí)，將一般所使用的硼硅酸系的鎢密封玻璃材質(zhì)原封不動(dòng)直接使用，只是將其簡(jiǎn)單地成型、加工為細(xì)管狀，因此就有如下(i)到(iv)那樣的問(wèn)題。
(i)由于從被激發(fā)的水銀氣體等放出的紫外線而使玻璃變色(所謂紫外線曝曬作用)。如玻璃變色，則引起亮度下降和發(fā)光色的偏差，從而關(guān)系到液晶顯示元件的品質(zhì)劣化。
(ii)由于本來(lái)是轉(zhuǎn)用在氙閃光燈中使用的玻璃，故為了經(jīng)得住氙閃光燈的閃光，應(yīng)設(shè)計(jì)成為使某程度的紫外線透射的。但當(dāng)用于熒光燈時(shí)，透過(guò)的紫外線使構(gòu)成后燈和前燈的其他部件例如樹(shù)脂制的導(dǎo)光板和反射板等變色而劣化。
(iii)失透性非常高，成型玻璃管時(shí)失透，玻璃易于變質(zhì)，難以制作尺寸精度高的玻璃管。如使用尺寸精度低劣的玻璃管，則熒光體不能涂布均勻，從而發(fā)生亮度不勻。另外，在以熒光燈、導(dǎo)光板、反射板構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中，則不能按設(shè)計(jì)尺寸安裝，成為后燈組件和前燈組件本身的亮度下降和亮度不勻的原因。
(iv)在250℃下，玻璃的體積電阻率約為108.5Ω·cm，其電絕緣性不足。為了照明，對(duì)細(xì)徑、長(zhǎng)尺寸、高亮度的熒光燈施加的電壓高，達(dá)到數(shù)百伏特。然而，對(duì)于電絕緣性不高的歷來(lái)的玻璃而言因漏電而發(fā)熱，最壞的情況是玻璃溶解，完全失去燈的功能。
因此，本發(fā)明的目的在于提供耐紫外線曝曬性、紫外線屏蔽性、失透性和電絕緣性優(yōu)越的、作為后燈和前燈的熒光燈用玻璃管適用的鎢密封玻璃。
發(fā)明公開(kāi)也即，本發(fā)明的熒光燈用鎢密封玻璃的特征是按質(zhì)量百分率計(jì)，具有SiO265～76％、B2O310～25％、Al2O32～6％。MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnO0.5～5.8％、Li2O＋Na2O＋K2O3～8％、Fe2O3＋CeO20.01～4％、TiO2＋Sb2O3＋PbO0～10％、ZrO20～2％的組成，且Na2O/(Na2O＋K2O)≤0.6。
為實(shí)施發(fā)明的最佳方案
首先，在就本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明之前，先對(duì)本發(fā)明熒光燈用鎢密封玻璃各成分的限定理由加以敘述。
在本發(fā)明熒光燈用鎢密封玻璃中，將各成分的含量作如上限定的理由如下。
首先，SiO2因是構(gòu)成玻璃的骨架，所以是必要的主成分，其含量是65～76％，最好是68～74％。如SiO2多于76％，則失透性急劇地惡化。并且在二氧化硅原料的溶融中時(shí)間花費(fèi)大，不適用于大量生產(chǎn)。另外，玻璃的熱膨脹系數(shù)過(guò)小，與鎢的熱膨脹系數(shù)不匹配，從而密封困難。另一方面，如SiO2小于65％，則由于化學(xué)上的耐久性劣化，在玻璃表面上產(chǎn)生燒傷等，透射率降低，造成熒光燈亮度下降。另外，玻璃的熱膨脹系數(shù)過(guò)大，使其與鎢的熱膨脹系數(shù)不匹配，從而密封困難。
B2O3是為提高熔融性、調(diào)整粘度和提高化學(xué)上的耐久性所必要的成分，其含量為10～25％，最好13～19％。如B2O3多于25％，則從玻璃熔液蒸發(fā)多，故得不到均質(zhì)的玻璃；或者在制燈工序中的熱加工時(shí)蒸發(fā)，產(chǎn)生使部件污染的問(wèn)題。此外，玻璃的化學(xué)上的耐久性惡化。另一方面，如B2O3小于10％，則粘度過(guò)高，難于熔融和加工。
Al2O3是大大改善玻璃失透性的成分，其含量是2～6％，最好2.3～4.5％。當(dāng)Al2O3多于6％，則玻璃熔液的粘度過(guò)高，得不到?jīng)]有泡或表面波筋的玻璃。另一方面，如Al2O3小于2％，則得不到上述效果，難于制造均質(zhì)玻璃和穩(wěn)定地成型。
再者，在本發(fā)明中，最好將SiO2和Al2O3調(diào)整到其質(zhì)量比Al2O3/(SiO2＋Al2O3)為0.032～0.055的范圍。如此值在0.032以上，則液相線粘度成為105dPa·s以上，失透性得到改善，易于在工業(yè)水平上穩(wěn)定生產(chǎn)。然而，如該質(zhì)量比超過(guò)0.055，則玻璃熔融困難。
MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO具有使玻璃熔液的粘度降低，易于熔融；或者提高玻璃的化學(xué)耐久性的效果，其含量以合計(jì)量計(jì)，為0.5～5.8％，最好1～4％。如這些成分的總含量多于5.8％，則發(fā)生玻璃失透和分相，得不到均質(zhì)性和透明性高的玻璃。另一方面，如這些成分的總含量少于0.5％，則熔融性和化學(xué)耐久性下降。
在上述各成分之中，特別是BaO使粘度下降的效果大，而且它比MgO和CaO使在玻璃中產(chǎn)生失透和分相的作用小，因此，在本發(fā)明中希望含有0.1～4％，特別是0.5～3％。如BaO多于4％，則發(fā)生失透；如小于0.1％，則得不到上述效果。又，MgO、CaO、SrO和ZnO的含量最好是MgO0～3％(特別是0～1.5％)、CaO0～3％(特別是0～1.5％)、SrO0～5％(特別是0～2％)、ZnO0～5％(特別是0～2％)。各成分的含量如超過(guò)上述范圍，則發(fā)生失透和分相，難以得到透明的玻璃。
作為堿金屬氧化物的Li2O、Na2O和K2O是使玻璃易于熔融、為調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)和粘度而添加的成分。其含量以合計(jì)量計(jì)，為3～8％，最好4～7％。如這些成分的總含量多于8％，則由于熱膨脹系數(shù)過(guò)高而不適于鎢密封；而且招致化學(xué)上耐久性的大幅度下降。另一方面，當(dāng)這些成分的總含量小于3％，則難于玻璃化，并且熱膨脹系數(shù)過(guò)小。
Li2O、Na2O和K2O的含量最好是Li2O0～3％(特別是0.1～2％)、Na2O0～5％(特別是0.5～3％)、K2O0.5～7％(特別是1～6％)。再者，如Li2O超過(guò)3％，則易于發(fā)生分相。如Na2O超過(guò)5％，則熱膨脹系數(shù)過(guò)大，并且耐候性惡化。K2O如超過(guò)7％，則熱膨脹系數(shù)易于增大；當(dāng)小于0.5％，則熱膨脹系數(shù)小，并且難于玻璃化。
另外，在本發(fā)明中，將Na2O和K2O調(diào)整到其質(zhì)量比為Na2O/(Na2O＋K2O)為0.6以下是重要的。此值如超過(guò)0.6，則其電絕緣性不足；而如在0.6以下，則在250℃時(shí)的體積電阻率成為108.7Ω·cm以上，能得到高的電絕緣性。
Fe2O3和CeO2是吸收紫外線區(qū)的波長(zhǎng)而提高紫外線屏蔽性的成分。又，由于玻璃的紫外線屏蔽性的提高，能難以引起紫外線曝曬作用。其含量以合計(jì)量計(jì)，為0.01～4％，最好0.015～1％。如這些成分的總含量超過(guò)4％，則可見(jiàn)光的吸收多，得不到作為熒光燈所必須的亮度和色調(diào)；另一方面，如小于0.01％，則無(wú)效果。
Fe2O3和CeO2的含量最好Fe2O3為0～1％(特別是0～0.5％)、CeO2為0～4％(特別是0～3％)。再者，如Fe2O3超過(guò)1％，則易于顯著著色；如CeO2超過(guò)4％，則在著色的同時(shí)，還易于發(fā)生失透。還有，從原料成本方面來(lái)看，希望只使用Fe2O3。此時(shí)，為了得到充分的紫外線屏蔽效果，使Fe2O3含有0.01％以上為佳。
TiO2、Sb2O3和PbO都是對(duì)玻璃賦予高耐紫外線曝曬性的成分。其總量為0～10％，較好是0.05～10％，更好是0.1～3％。如這些成分的總量超過(guò)10％，則玻璃發(fā)生失透；或者產(chǎn)生著色，得不到?jīng)]有顏色偏差的透明玻璃。
TiO2、Sb2O3和PbO的含量最好TiO2為0～10％(特別是0.1～5％)、PbO為0～10(特別是0～1％)、Sb2O3為0～2％(特別是0～1％)。再者，如TiO2超過(guò)10％，則玻璃本身易于著色，失透性也急劇地惡化，因此難以得到均質(zhì)的玻璃。又，如PbO超過(guò)規(guī)定量，則與TiO2一樣地使玻璃本身易于著色，并且在熔融時(shí)蒸發(fā)，在難以獲得均質(zhì)玻璃的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也不利。更且，如Sb2O3超過(guò)規(guī)定量，則難以獲得均質(zhì)的玻璃。
又，如果PbO和Sb2O3在玻璃中的含量過(guò)剩，則由于在熒光燈制造工序中的熱加工，使玻璃著色成褐色和黑色，這不相宜。再者，從環(huán)境方面的理由來(lái)考慮，以盡量使用TiO2為宜。
ZrO2是使耐候性提高的成分，其含量為0～2％，最好是0～1％。如ZrO2超過(guò)2％，則失透性惡化。
再者，在上述成分之外，為了調(diào)整玻璃的粘度和改善耐候性、熔融性、澄清性等的目的，適量添加P2O5、SO3、F、Cl等成分是可能的。
具有上述組成的本發(fā)明鎢密封玻璃具有如下性質(zhì)在30～380℃溫度范圍的熱膨脹系數(shù)為34～43×10-7/℃、液相線粘度為105dPa·s以上、在250℃的體積電阻率為108.7Ω·cm以上，而且耐紫外線曝曬性和紫外線屏蔽性高。
以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的鎢密封玻璃加以說(shuō)明。
以下表1～4示出本發(fā)明的實(shí)施例(試樣No.1～20)；以下表5示出比較例(試料No.21和22)。再者，試料No.21是歷來(lái)在熒光燈上所使用的鎢密封玻璃。該歷來(lái)的玻璃本來(lái)是為用于氙閃光燈而開(kāi)發(fā)的。
表1

表2

表3

表4

表5

首先，將玻璃原料調(diào)配成上述各表所示的組成后，用白金坩堝在1550℃熔融8小時(shí)，熔融后，將熔液按預(yù)定形狀成型并加工，制作各玻璃試料。
其次，就各試料測(cè)定其線膨脹系數(shù)；在紫外線照射前后的可見(jiàn)域范圍內(nèi)的分光透射率差；在紫外域內(nèi)的分光透射率、液相線的溫度及其粘度以及體積電阻率。結(jié)果如以下表6～10所示。再者，液相線粘度和體積電阻率以對(duì)數(shù)值示出。
表6

表7

表8

表9

表10

如從上表所知那樣，作為本發(fā)明實(shí)施例No.1～20的各試料，其線膨脹系數(shù)為35.1～40.5×10-7/℃、由于紫外線照射所致的可見(jiàn)光透射率下降1.8％以下、紫外線透射率為1.6％以下、液相線粘度為105dPa·s以上，體積電阻率為108.7Ω·cm以上。
與上述相反，作為比較例的No.21試料，由于紫外線所致的可見(jiàn)光透射率的下降大到8.5％、紫外線透射率高到20％、液相線的粘度小到104.7dPa·s，而且體積電阻率也低到108.5Ω·cm。
另外，盡管No.22試料由于添加TiO2而使紫外線透射率和紫外線照射所致的可見(jiàn)光透射率的下降得到改善，但液相線的粘度小到104.7dPa·s，而且體積電阻率小到108.4Ω·cm。
再者，表中的線膨脹系數(shù)是將玻璃加工到直徑約3mm、長(zhǎng)約50mm的圓柱后，用自動(dòng)記錄示差熱膨脹計(jì)，測(cè)定在30～380℃的溫度范圍內(nèi)的平均線膨脹系數(shù)而得到的。
對(duì)耐紫外線曝曬性按如下那樣進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先，將厚為1mm的板狀玻璃的兩面作鏡面研磨拋光，得到試料。其次，測(cè)定顯示紫外線照射前試料的透射率為80％的光波長(zhǎng)。再將該試料用40W的低壓水銀燈照射主波長(zhǎng)253.7nm的紫外線60分鐘后，重新再測(cè)定照射前在顯示透射率80％波長(zhǎng)下的透射率，求得由于紫外線照射所致的透射率的降低。此時(shí)，耐紫外線曝曬性越低劣的玻璃，此透射率的降低越大，而作為液晶后燈等的熒光燈用的玻璃管來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有這種降低是很重要的。
在紫外域中的分光透射率是制作兩面鏡面研磨拋光過(guò)的厚度為0.3mm的板狀玻璃試料，測(cè)定波長(zhǎng)253.7nm的分光透射率。再者，253.7nm波長(zhǎng)是水銀的發(fā)射譜線。在本發(fā)明的用途中是該波長(zhǎng)的透射率越低越好。
液相線的溫度和粘度按如下方法求得。首先，將粉碎制粒徑0.1mm左右的玻璃放入舟狀白金容器中，在具有溫度梯度的爐內(nèi)保持24小時(shí)后取出。用顯微鏡觀察此試料，測(cè)定結(jié)晶初相的析出溫度(液相線溫度)。其次，從預(yù)選測(cè)定好的該玻璃的溫度和粘度的關(guān)系求得與初相溫度相對(duì)應(yīng)的粘度(液相線粘度)。
體積電阻率是根據(jù)ASTM C-657的方法測(cè)定在250℃下的值。例如用數(shù)百伏特的較高電壓連續(xù)照明的φ2.6管的冷陰極熒光燈時(shí)，在其電極附近的溫度也有超過(guò)200℃的，為了不引起絕緣破壞，體積電阻率在250℃下為108.7Ω·cm以上是必要的。
在產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如以上那樣，本發(fā)明熒光燈用鎢密封玻璃具有適于與鎢金屬焊封的34～43 10-7/℃的熱膨脹系數(shù)，而且具有優(yōu)秀的耐紫外線曝曬性、紫外線屏蔽性、失透性和電絕緣性。因此，作為熒光燈用玻璃管、特別是作為被要求高品位的液晶顯示元件用熒光燈的玻璃管材質(zhì)是恰當(dāng)?shù)摹?br> 權(quán)利要求
1.一種熒光燈用鎢密封玻璃，其特征在于按質(zhì)量百分率計(jì)，具有SiO265～76％、B2O310～25％、Al2O32～6％。MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnO0.5～5.8％、Li2O＋Na2O＋K2O3～8％、Fe2O3＋CeO20.01～4％、TiO2＋Sb2O3＋PbO0～10％、ZrO20～2％的組成，且Na2O/(Na2O＋K2O)≤0.6。
2.按照權(quán)利要求1所記載的熒光燈用鎢密封玻璃，其特征在于TiO2＋Sb2O3＋PbO為0.05～10％。
3.按照權(quán)利要求1所記載的熒光燈用鎢密封玻璃，其特征在于BaO的含量是0.1～4％。
4.按照權(quán)利要求1所記載的熒光燈用鎢密封玻璃，其特征在于Al2O3/(SiO2＋Al2O3)是0.032～0.055。
全文摘要
本發(fā)明涉及熒光燈用鎢密封玻璃。本發(fā)明熒光燈用鎢密封玻璃按照質(zhì)量百分率具有SiO
文檔編號(hào)C03C3/091GK1339016SQ00803235
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月29日
發(fā)明者香曾我部裕幸, 橋本幸市 申請(qǐng)人:日本電氣硝子株式會(huì)社