JP2003027051A - 複合蛍光体及びそれを用いた蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】新規な蛍光体、およびこれを使用した希土類元
素の使用量を減少できる蛍光ランプを提供する。 【解決手段】粒子径０．０５〜１．０μｍの希土類蛍光
体の粒子を無機化合物の粒子の表面に被着した複合蛍光
体およびバルブ内面にこの複合蛍光体からなる層を形成
した蛍光ランプ。無機化合物の粒子は粒子径５〜１５μ
ｍが好ましい。また無機化合物はシリコーン、アルミニ
ウム、イットリウム、セリウム、ゲルマニウム、チタ
ン、亜鉛、カルシウム及びバリウムから選択された一種
以上の元素を含んでいる化合物が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な蛍光体及び
それを用いた蛍光ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の蛍光ランプの開発は、希土類蛍光
体を使して三波長の可視光による、光束の向上、色の見
え、明るさ感の改善が主流となっており、今後もその傾
向にある。そのため、蛍光体の開発により、従来より一
層高効率に改善されたり、劣化に強い材質の研究が進ん
でいる。例えば、第２５９回蛍光体同学会誌第２３頁に
報告されているように、ＢＡＭといわれる青色蛍光体は
効率が悪く、劣化しやすいという欠点があったが、希土
類添加物の組成比を検討することによって、その他の蛍
光体と遜色ないものとなった。また、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ
ｉｅｔｙ，１４６（１）３９２−３９９（１９９９）に
示すように、近年、蛍光体の表面積を極力減らし、ラン
プ中における紫外線やイオンスパッタの影響を受け難く
する技術も開発され、従来の蛍光ランプに導入されつつ
ある。

【０００３】また、蛍光体の表面を特殊な方法でイット
リア等の金属酸化物で被覆し、水銀の付着を防止するこ
とにより、ランプの高い光束維持率を実現する方法も報
告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、希土類蛍
光体を用いた蛍光ランプの需給が盛んになればなるほ
ど、使用する希土類元素が多量に必要になってくる。し
かし、希土類元素は埋蔵量が少なく、単位重量当りの単
価が高いという問題がある。また、自然環境保護の観点
から、貴重な資源を保護する必要もある。更に、蛍光体
の中の希土類元素の使用量は増える一方であり、蛍光体
の廃棄物から希土類元素を回収するにしても、莫大なエ
ネルギーが必要になるため実現されていない。

【０００５】そこで、本発明は前記従来の問題を解決す
るためになされたものであり、新規な蛍光体を使用する
ことにより、希土類元素の使用量を減少できる蛍光ラン
プを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の複合蛍光体は、粒子径が０．０５μｍ以
上、１．０μｍ以下の希土類蛍光体の粒子を無機化合物
の粒子の表面に被着したことを特徴とする。これによ
り、一般に使用される希土類蛍光体の量を削減すること
が可能となる。

【０００７】また、本発明の複合蛍光体は、前記無機化
合物の粒子の粒子径が５μｍ以上、1５μｍ以下である
ことが好ましい。

【０００８】また、本発明の複合蛍光体は、前記無機化
合物が、シリコン、アルミニウム、イットリウム、セリ
ウム、ゲルマニウム、チタン、亜鉛、カルシウム及びバ
リウムからなる群から選択された少なくとも一種の元素
を含んでいることが好ましい。これにより、長期間の放
電に耐え、且つ蛍光体の励起発光を妨げなく行うことが
可能となる。

【０００９】また、本発明の複合蛍光体は、前記希土類
蛍光体の粒子が、２種類以上の蛍光体からなることが好
ましい。これにより、蛍光体粒子一粒で、赤、青、緑等
の単波長の光を組み合わせて放出することが可能とな
る。

【００１０】更に、本発明の複合蛍光体を用いた蛍光ラ
ンプは、バルブ内に放電ガスを充満した放電空間を有
し、前記放電空間に電流を通電して発光する蛍光ランプ
において、前記バルブ内面に、前記本発明の複合蛍光体
からなる層を形成したことを特徴とする。これにより、
希土類元素の使用量を減少できる蛍光ランプが可能とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１２】本発明で用いる希土類蛍光体は、従来使用
されている希土類蛍光体をすべて使用可能である。具体
的に工業化されている希土類蛍光体としては、Ｓｒ
₁₄（ＰＯ ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ²⁺、（Ｓｒ，Ｃａ）₁₀（Ｐ
Ｏ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ²⁺、（Ｓｒ，Ｃａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ
ｌ₂・ｎＢ₂Ｏ₃：Ｅｕ²⁺、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）₁₀（Ｐ
Ｏ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ²⁺、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺、Ｌ
ａ₂Ｏ₃・０．２ＳｉＯ₂・０．９Ｐ₂Ｏ₅：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ
³⁺、Ｓｒ₂Ｓｉ₂Ｏα・２ＳｒＣｌ₂：Ｅｕ²⁺、Ｂａ₃Ｍｇ
Ｓｉ₂Ｏα：Ｅｕ²⁺、（Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏα：
Ｅｕ²⁺、Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺、ＢａＡｌ
_nＯ₁₃：Ｅｕ²⁺、ＣｅＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉：Ｔｂ³⁺、ＢａＭ
ｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺，
Ｍｎ²⁺、Ｓｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ_{2 5}：Ｅｕ²⁺、ＳｒＭｇＡｌ₁₀Ｏ
₁₇：Ｅｕ²⁺、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺、ＹＶＯ₄：Ｄｙ³⁺，Ｙ
（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ³⁺、ＳｒＢ₄Ｏ₇Ｆ：Ｍｎ²⁺、Ｇｄ
ＭｇＢ₅Ｏ₁₀：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺、ＹＶＯ₄：Ｅｕ³⁺、３．
５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＣｅＯ₂：Ｍｎ⁴⁺、Ｙ₂Ｓｉ
Ｏ₅：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺、Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃：Ｔｂ³⁺、Ｙ₃
Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ ³⁺、Ｓｒ₂Ｓｉ₂Ｏ₉・２ＳｒＣｌ₂：Ｅ
ｕ²⁺、Ｓｒ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ²⁺等が使用されて
おり、本発明においても好適に使用できる。

【００１３】前記希土類蛍光体は、通常１〜１０μｍの
粒子径の粉体が使用されている。しかし、１μｍ以下の
蛍光体粒子は見かけの表面積が小さいことから、前記希
土類蛍光体の励起波長の吸収効率が低下し、見かけ上量
子効率が低下するため、一般に使用されていない。しか
しながら、このような１μｍ以下の蛍光体微粒子は効果
的に励起波長を照射すれば発光効率は低下しない。

【００１４】図１及び図２は、本発明の複合蛍光体の模
式図である。図１は１種類の希土類蛍光体１を使用した
場合である。図２は２種類以上の希土類蛍光体３を使用
した場合である。本発明の複合蛍光体は、無機化合物の
粒子２の表面に、希土類蛍光体の粒子１又は３を被着せ
しめたものである。このため、効率よく励起光を蛍光体
表面に受けることが可能なだけでなく、蛍光体に照射さ
れなかった紫外線を前記無機化合物の粒子が反射し、前
記蛍光体微粒子に照射できる。このことにより、見かけ
の蛍光体の発光効率は向上し、従来使用されている蛍光
体と遜色無く発光することができる。したがって、本発
明の複合蛍光体は、従来使用していた希土類元素の使用
量を低減できるとともに、少ない量で従来以上に発光効
率を高めることが可能である。

【００１５】本発明における前記無機化合物の粒子は、
平均粒子径５μｍ以上、１５μｍ以下の粒子が好まし
い。５μｍ未満の粒子は、紫外線の照射による反射効率
が低下するため、表面に被着した蛍光体の発光効率が低
下するので好ましくない。また、１５μｍを超える粒子
は、従来の蛍光体サスペンジョンを使用して均一に塗布
することは不可能であり、実用的ではない。しかし、無
機化合物粉体中に、全体の２０％以下で、５μｍ未満の
粒子及び１５μｍを超える粒子が含まれているならば、
発光効率を低下させず、塗布膜の形成にも影響はない。

【００１６】前記無機化合物は、シリコン、アルミニウ
ム、イットリウム、セリウム、ゲルマニウム、チタン、
亜鉛の酸化物であることが好ましい。前記無機酸化物の
粒子は、紫外線に対して結晶形態や粒子構造が容易に変
化せず、紫外線を外部へ反射する効率も高いため、本発
明の希土類蛍光体の微粒子を被覆する粒子として最適だ
からである。

【００１７】また、紫外線が硝子バルブへ直接照射され
ないように、無機化合物の被膜をバルブ内面に塗布する
ことも好ましい。この無機化合物は、シリコン、アルミ
ニウム、イットリウム、セリウム、ゲルマニウム、チタ
ン、亜鉛の酸化物であると、上記複合蛍光体の無機酸化
物粒子と同じ理由で、好ましい構成となる。

【００１８】本発明の蛍光ランプは、前記複合蛍光体を
使用して、従来の蛍光ランプと同様な方法で作製可能で
ある。また、蛍光ランプの作製工程であるシンター工
程、排気工程においても従来と同様な条件でランプの作
製が可能である。

【００１９】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明する。

【００２０】（実施例１）一般に蛍光ランプに使用され
る青色蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺（以下、
ＢＡＭという）で、発光波長は約４５０ｎｍである。前
記蛍光体の粉体に２５４ｎｍの励起光を照射し、発光す
る４５０ｎｍの強度を粒子径別に測定した。

【００２１】図４は本発明の複合蛍光体と従来の蛍光体
の輝度特性を示した図である。従来の蛍光体は、図４の
カーブ７に示すように粒子径が２〜５μｍ程度のものの
輝度が最も高く、それより粒子径が小さくなると極端に
輝度が低下する。このことから、１μｍ以下の蛍光体
は、実用上発光効率が悪いので使用できないことがわか
る。このため、従来の蛍光ランプでは、１μｍ以下の粒
子径の蛍光体は全く使用されていない。

【００２２】しかしながら、本発明において、粒子径５
μｍのアルミナを担持体として粒子径の異なる蛍光体を
被着したものと粒子径１５μｍのアルミナを担持体とし
て粒子径の異なる蛍光体を被着したものとを用いて発光
輝度を測定したところ、図４のカーブ８、９に示すよう
に、粒子径が１μｍ以下の蛍光体でも高い発光輝度が得
られることがわかった。用いる蛍光体担持用の粒子の粒
子径により若干異なり、担持粒子の粒子径が大きいほど
輝度のピークは蛍光体の粒子径が小さいほうへ移動す
る。なお、８は本発明の５μｍの担持粒子を用いた複合
蛍光体の輝度特性カーブ、９は本発明の１５μｍの担持
粒子を用いた複合蛍光体の輝度特性カーブである。

【００２３】次に、本発明の複合蛍光体の調製方法を説
明する。アルミナ粉体１ｋｇと各目的の粒子径の蛍光体
粉末３００ｇとを乾式ミキサーで一昼夜混合した。その
後、電子顕微鏡で粒子形状を確認したところ、１．０μ
ｍ以下の蛍光体では、アルミナ粉体の表面に隙間なくＢ
ＡＭ粒子が被着した複合蛍光体粒子となっていた。

【００２４】このように、従来使用されていない１．０
μｍ以下の粒子径の蛍光体を、担持粒子５〜１５μｍの
アルミナに被着することにより、従来の蛍光体と同様十
分使用可能なものとすることができる。

【００２５】同じく、平均粒子径１０μｍのアルミナ粉
体と、緑色発光する蛍光体ＬａＰＯ ₄：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺
（以下、ＬＡＰという）を乾式ミキサーで一昼夜混合し
て、緑色発光の複合蛍光体粒子が得られた。この発光輝
度も図４のＢＡＭ蛍光体と同様に、粒子径が０．０５〜
１．０μｍの範囲でＬＡＰ蛍光体の輝度向上効果を示
し、相対比９０％以上の高い輝度が得られた。

【００２６】また、同じく、平均粒子径１０μｍのアル
ミナ粉体と、赤色発光する蛍光体Ｙ ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺（以
下、ＹＯＸという）を乾式ミキサーで一昼夜混合して調
製した複合蛍光体も同じように粒子径が０．０５〜１．
０μｍの範囲で輝度向上が認められた。

【００２７】更に、前記ＢＡＭ、ＬＡＰ、ＹＯＸの各々
平均粒子径０．３μｍの粉体を、それぞれ１５ｇ、５０
ｇ、３５ｇとり混ぜて、乾式ミキサーで一昼夜混合し
た。その後更に、平均粒子径１０μｍのアルミナ粉体を
５００ｇ加え、乾式ミキサーで一昼夜混合した。その後
取り出した粉体を、電子顕微鏡、レーザ顕微鏡で観察し
たところ、前記アルミナ粒子の表面に、ＢＡＭ、ＬＡ
Ｐ、ＹＯＸのそれぞれの蛍光体がランダムで被着してい
る複合蛍光体粒子となっていることが観察された。更
に、粉体に２５４ｎｍの励起光を照射したところ、前記
三種類の分光分布が観察され、各発光波長のピーク比率
は、ほぼ３：１０：７であり、最初に混合した比率どう
りの発光波長の分布が得られた。このように、単一担持
粒子の上に、任意の組成の３種類の蛍光体を担持するこ
とができ、その組成比にしたがって発光する輝度の高い
複合蛍光体が得られた。

【００２８】（実施例２）実施例１に示した複合蛍光体
を使用して蛍光ランプを作製し、従来の蛍光体を使用し
た蛍光ランプと光束を比較した。実験には、図３に示す
ように、ガラスバルブ４（内径２６ｍｍ、厚さ１．０ｍ
ｍ、長さ１２００ｍｍ）の両端にコイル５を設け、バル
ブ内表面に蛍光体を塗布し、水銀とアルゴン、ネオンガ
スを４００Ｐａ封入した蛍光ランプを使用した。なお、
６は口金である。

【００２９】先ず、目的の複合蛍光体１０００ｇと、ニ
トロセルロースを２質量％溶解した酢酸ブチル溶液１ｄ
ｍ³とを混合攪拌し、均一なスラリーを作製した。これ
を洗浄したガラスバルブ内面に塗付量２．５ｇ、３．５
ｇ、４．５ｇ、５．５ｇ、６．５ｇになるように塗布
し、乾燥した。その後、この塗布したバルブを５３０℃
で１０分間焼成して冷却後、両端にコイルを取付けた。
排気管から真空排気を行い、水銀とアルゴン・ネオン混
合ガスを目的量封入し、密栓した。そして、口金を取付
けてランプを完成した。比較したランプの種類を下記に
示す。

【００３０】本発明のサンプル１は、粒子径０．３μｍ
のＢＡＭを粒子径１０μｍのアルミナに被着した複合蛍
光体と、粒子径０．３μｍのＬＡＰを粒子径１０μｍの
アルミナに被着した複合蛍光体と、粒子径０．３μｍの
ＹＯＸを粒子径１０μｍのアルミナに被着した複合蛍光
体の三種類の複合蛍光体を質量組成比１５対５０対３５
でスラリー中に混合したものをバルブに塗布したもので
ある。

【００３１】本発明のサンプル２は、粒子径０．３μｍ
のＢＡＭと粒子径０．３μｍのＬＡＰと粒子径０．３μ
ｍのＹＯＸを質量組成比１５対５０対３５の割合で混合
後、この混合物を粒子径１０μｍのアルミナに被着した
複合蛍光体を調製し、その複合蛍光体で上記スラリーを
作製してバルブに塗布したものである。

【００３２】従来のサンプル３は、粒子径５μｍのＢＡ
Ｍ、粒子径５μｍのＬＡＰ、粒子径５μｍのＹＯＸを質
量組成比１５対５０対３５でスラリー中に混合したもの
をバルブに塗布した従来品である。

【００３３】次に、前記３種の蛍光ランプの光束比較を
行った。表１にその結果を示す。なお、同色温度での光
束を比較するために、調合比の微調整を行っている。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１において、従来のサンプル３の光束
は、塗付量４．５ｇにおける３６３５ｌｍが最高値であ
り、それより塗付量が少なくても多くても光束は低下し
た。それに比較して、本発明のサンプル１、サンプル２
は、同じ塗付量４．５ｇの場合には、従来より０．４％
程度光束が低いが、塗付量が多くなると光束はそれを上
回り、塗付量６．５ｇで、従来サンプルより２％以上高
い光束値を示した。本発明のサンプル１、サンプル２に
おける実際に使用する蛍光体の量は、担持したアルミナ
の質量がほとんどであって、塗付量６．５ｇで真の蛍光
体含有量は１．３ｇである。このことから、本発明の複
合蛍光体を使用することにより、従来の蛍光体を使用す
るよりも、蛍光ランプの光束が数％向上でき、なお且つ
蛍光体の使用量を従来の１／３以下に抑えることができ
た。サンプル１とサンプル２の光束に違いがないことか
ら、複合蛍光体の調整方法を変えても光束には影響がな
いことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の複合蛍光体及びこれを用いた蛍
光ランプは、従来よりも使用する蛍光体の量を低減で
き、なお且つ高い光束を示す蛍光ランプを提供できるも
のである。これにより、蛍光体中に含まれる希土類元素
の量を低減することができる。そして、蛍光ランプに本
発明の蛍光体を導入することにより、従来品より発光効
率が高まるため、エネルギー消費量を減らすことも可能
である。

【００３７】また、本発明の複合蛍光体の粒子が細かい
ことにより、蛍光体の製造コストの低減、ランプ製造時
の色ずれ、色合わせの工程削減が可能であり、結果とし
てランプ製造コストの低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】１種類の希土類蛍光体を使用した本発明の複合
蛍光体の模式図である。

【図２】２種類以上の希土類蛍光体を使用した本発明の
複合蛍光体の模式図である。

【図３】本発明の複合蛍光体を使用した蛍光ランプの要
部断面図である。

【図４】本発明の複合蛍光体と従来の蛍光体の輝度特性
を示した図である。

【符号の説明】

１ 希土類蛍光体 ２ 無機化合物（蛍光体を担持する粒子） ３ 異なる２種類以上の希土類蛍光体 ４ ガラスバルブ ５ コイル ６ 口金 ７ 従来の蛍光体の粒子径に対する輝度特性カーブ ８ 本発明の５μｍの担持粒子を用いた複合蛍光体の輝
度特性カーブ ９ 本発明の１５μｍの担持粒子を用いた複合蛍光体の
輝度特性カーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 裕美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 東 亨 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4H001 CA02 CA07 XA08 XA12 XA13 XA15 XA39 XA56 XA57 YA58 YA63 YA65

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ
   以下の希土類蛍光体の粒子を無機化合物の粒子の表面に
   被着したことを特徴とする複合蛍光体。
2. 【請求項２】 前記無機化合物の粒子の粒子径が、５μ
   ｍ以上、1５μｍ以下である請求項１に記載の複合蛍光
   体。
3. 【請求項３】 前記無機化合物が、シリコン、アルミニ
   ウム、イットリウム、セリウム、ゲルマニウム、チタ
   ン、亜鉛、カルシウム及びバリウムからなる群から選択
   された少なくとも一種の元素を含んでいる請求項１又は
   ２に記載の複合蛍光体。
4. 【請求項４】 前記希土類蛍光体の粒子が、２種類以上
   の蛍光体からなる請求項１〜３のいずれかに記載の複合
   蛍光体。
5. 【請求項５】 バルブ内に放電ガスを充満した放電空間
   を有し、前記放電空間に電流を通電して発光する蛍光ラ
   ンプにおいて、前記バルブ内面に、請求項１〜４のいず
   れかに記載した複合蛍光体からなる層を形成したことを
   特徴とする蛍光ランプ。