JP2010533942A - 放電ランプ、および放電ランプ用の蛍光体結合物 - Google Patents

Abstract

本発明は、放電ランプ（１）用の蛍光体結合物であって、緑色のスペクトル領域にある放出スペクトルを有し、Ｈｇ光源から可視光スペクトル領域で放出された放射を吸収して、該Ｈｇ光源の可視光の放射を該蛍光体結合物の放出スペクトル領域に変換するように構成されている蛍光体結合物に関する。本発明はまた、このような蛍光体結合物を有する放電ランプにも関する。

Description

本発明は、放電ランプ用の蛍光体結合物と放電ランプとに関し、とりわけＨｇ低圧放電ランプに関する。

背景技術
熱負荷が比較的小さく放電電流が２００ｍＡ未満である放電ランプでは、色飽和度を向上させるため、放電ランプの放電容器の外側にカラーフィルタとしてフィルムが設けられる。緑色の蛍光灯の色飽和を実現するためには緑色のフィルムが設けられる。熱負荷が小さく放電電流が２００ｍＡ未満である放電ランプでは、着色されたフィルムまたは色素が施されたフィルムを使用することができ、たとえばＰＥＴ，ＰＣまたはＶＰＡから成るフィルムを使用することができる。

比較的大きな熱負荷がかかり放電電流がたとえば３００ｍＡを上回る放電ランプでは、適切に着色されたシリコーンゴムを使用することができる。このような手段の欠点は、外側に付加的なコーティングを施すことにより、放電ランプの内側に被着するのと比較して実施が高コストになることである。さらに、カラーのチューブ材料のフィルタリング作用により、光収量が比較的小さくなってしまう。

発明の開示
本発明の課題は、低減されたコストで製造できかつ比較的高い光収量を実現できる蛍光体結合物および放電ランプを提供することである。

この課題は、請求項１に記載されている特徴を備えた蛍光体結合物と、請求項１３に記載されている特徴を備えた放電ランプとによって解決される。

放電ランプ用の本発明の蛍光体結合物の放出スペクトルは緑色スペクトル領域にあり、Ｈｇ（水銀）光源から可視スペクトル領域で放出された放射を吸収して、該Ｈｇ光源のこの可視放射を蛍光体結合物の放出スペクトルに変換するように構成されている。このような蛍光体結合物により、緑色光を生成する放電ランプの色飽和度を格段に高くすることができる。さらに、従来技術の放電ランプと比較して等しい放出量でよりコンパクトな形式のランプを製造することもできる。このことによってとりわけ、外被バルブ（Huellkolben）を有さない小型蛍光灯をより良好に構成および製造することができる。

このような蛍光体結合物により、緑色光を放出する放電ランプの効率を改善することもできる。

有利には、蛍光体結合物はＴｂ（テルビウム）不含かつＭｎ（マンガン）不含に形成される。このことによって低コストの蛍光体結合物を製造することができ、このような蛍光体結合物は、放電ランプの効率の改善に寄与する。

したがって本発明の蛍光体結合物は、適切な色座標を有する適切なスペクトルが放出される放出特性を有し、さらに本発明の蛍光体結合物の放出特性では、Ｈｇ光源の可視領域のＨｇ‐Ｖｉｓ放射が吸収されるだけでなく蛍光体結合物の放出スペクトルにも変換される。このような可視領域のＨｇ放射を吸収および変換することにより、従来技術から公知である吸収カラーフィルタを備えた構成と比較して、放電ランプのより高い色飽和度が実現され、かつより高い効率も実現される。さらに、カラーフィルタを必要とすることもなくなる。

有利には蛍光体結合物は、約２５４ｎｍの波長を有する放射で非常に強い吸収性を示すように構成される。このような波長を有する放射は、Ｈｇ低圧放電ランプにおいて水銀低圧放電が行われる際の主強度として放出される。非常に強い吸収性は、粉末タブレットをプレス成形した場合に４５°／０°のジオメトリで測定された該粉末タブレットの反射率が、Ａｌ２Ｏ３標準物に対して４０％を下回ることを特徴とする。

さらに有利には、蛍光体結合物は、約４４０ｎｍの波長を有する放射で非常に強い吸収性を示すように構成される。このような強い吸収性とは、粉末タブレットをプレス成形した場合に４５°／０°のジオメトリで測定された該粉末タブレットの反射率が、Ａｌ２Ｏ３標準物に対して６０％を下回ることを意味する。

有利には蛍光体結合物は、約５３０ｎｍの波長を有する放射に対して弱い吸収性を示すように構成される。弱い吸収性とは、粉末タブレットをプレス成形した場合に４５°／０°のジオメトリで測定された該粉末タブレットの反射率が、Ａｌ２Ｏ３標準物に対して９０％を上回ることを意味する。

有利には、蛍光体結合物の放出スペクトルの優勢な波長が、５００ｎｍ〜５６５ｎｍの間になるようにされる。とりわけ蛍光体結合物は、５５５ｎｍの領域に優勢な波長を有する。このことにより、とりわけ緑色光を放出する放電ランプを５５５ｎｍの領域にある優勢な放出波長で提供し、このような放電ランプを８０％より高い色飽和度で構成することができる。このことにより、色飽和度が格段に高くなる。というのも、従来技術から公知のランプが上記の波長領域にある放出スペクトルで実現できる色飽和度は、最大で６０％でしかないからである。さらに、このような蛍光体結合物を有するランプでは、光収量を高くすることもできる。

有利には、本発明による蛍光体結合物の放出帯域の半値幅は１００ｎｍを下回る。

有利には、蛍光体結合物は構成成分としてオルトシリケートを含む。有利には、このオルトシリケートは化学式（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２ＳｉＯ４で形成される。

また有利には、蛍光体結合物は構成成分として、窒化物または酸窒化物のグループに属する蛍光体を含むこともでき、とりわけ（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕを含むこともできる。以下では、（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕを省略してＳｒＳｉＯＮと称する。ちょうど、蛍光体のこれら２つの異なる有利な構成成分によってそれぞれ、緑色放電ランプの色飽和度を向上させると同時に、光収量をより高くすることもできる。

有利には、蛍光体結合物にＥｕ（ユーロピウム）がドープされ、とりわけ蛍光体結合物の構成成分にドープされる。Ｅｕのドープ質量割合は、有利には０．１％〜１５％の間であり、とりわけ０．２％〜２％の間である。とりわけ、Ｅｕのドープ質量割合は１％〜２％の間である。この特有の質量割合が特に有利なのは、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕを含む蛍光体結合物の場合である。

それゆえ蛍光体結合物は、たとえば従来技術で使用されていたＬＡＰ，ＣＡＴまたはＣＢＴ等のＴｂ含有構成成分を含まず、とりわけＳｒＳｉＯＮまたはオルトシリケートを含む。本発明による緑色放出蛍光体結合物のこれらの構成成分は、従来技術から公知のＭｎ含有結合物の代わりに使用され、たとえばＺｎＳ：ＭｎまたはＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎの代わりに使用される。

本発明による蛍光体結合物および／または有利な実施形態のうち少なくとも１つの実施形態が、もっぱら上記でそれぞれ挙げられた組成で構成され、別の化学的構成成分を含まない構成も可能である。また、このことは他を排除する成分規定ではなく、本発明による蛍光体結合物および／または該蛍光体結合物のいずれかの有利な実施形態はさらに別の化学的構成成分を含むこともでき、とりわけ別の蛍光体を含むこともできる。

蛍光体結合物に関して記載した構成成分の化学式はすべて理想的な化学式として表されたものであり、これらの理想的な化学式の範囲を超えて化学量論的に（僅かな）偏差を有する結合物もすべて、本発明に明示的に含まれることを明示しておく。このことは特に、結晶構造が一定であり放出スペクトルおよび吸収スペクトルにおけるピーク位置のずれの差が１％未満である偏差であって、ピーク幅のずれの差が５％未満である偏差に当てはまる。

幾つかの別の蛍光体ないしは蛍光体結合物の構成成分の理想化学式を、以下に挙げておく：
ＣＡＴは、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９を表す。
ＬＡＰは、（Ｌａ、Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ４を表す。
ＢＡＭは、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７を表す。
ＢＡＭＭｎは、（Ｂａ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７を表す。
ＣＢＴは、（Ｇｄ，Ｃｅ，Ｔｂ）（Ｍｇ，Ｚｎ，Ｍｎ）Ｂ５Ｏ１０を表す。
ＳＣＡＰは、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｅｕ）５（ＰＯ４）３（Ｆ，Ｃｌ）を表す。
ＳＣＡＰＭｎは、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）５（ＰＯ４）３（Ｆ，Ｃｌ）を表す。
珪酸亜鉛は、（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｍｎ）２ＳｉＯ４を表す。
ＹＯＥは、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕを表す。

さらに本発明は、内側に蛍光体層が形成された放電容器を有する放電ランプにも関する。前記蛍光体層は、本発明による蛍光体結合物を有するか、または本発明の有利な実施形態の蛍光体化合物を有する。本発明による蛍光体を放電ランプの内側で使用することにより、従来技術と比較してより低コストで実施することが可能になり、さらに、緑色光を放出する放電ランプの効率を改善することもできる。さらに、光収量を上昇させることもできる。

有利には蛍光体層は、放電容器の内側に直接形成される。

有利には、蛍光体層の蛍光体結合物は保護層によって包囲され、蛍光体粒ないしは蛍光体結合物が保護層中に埋め込まれるようにされる。

保護層の材料成分が蛍光体結合物の材料成分と異なるように構成することができる。

蛍光灯および小型蛍光灯で使用するための蛍光体の適性の基準は、励起放射に対して安定性が実現され、Ｈｇに対する親和性が低く、ひいてはランプ動作中のＨｇの吸収力が低いことである。さらに、現在慣用されている親環境性のコーティング手法であって、水ベースの懸濁物を使用して行われるコーティング手法を使用することができるように、水中で安定性を有するという基準も設けることができる。

上記基準は特に有利には、蛍光体層の蛍光体結合物を包囲する上記の保護層によって満たすことができる。有利にはこのようなコーティングでは、個々の蛍光体粒の周りに可能な限り高密度かつ薄い保護層を形成する。このような保護層の組成は、蛍光体粒の内部の組成ないしは中央の組成と異なる。蛍光体の表面の組成はたとえば、たとえばＸＰＳまたはＳＮＭＳ等の表面感受性の手法によって検出することができ、蛍光体の中央の組成は、たとえばＥＤＸ、ＲＦＡまたは化学分析等の体積感受性の手法によって検出することができる。

保護層は金属酸化物を含むことができ、たとえば、金属酸化物としてＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３またはＳｉＯ２を設けることができる。また、保護層はホウ酸塩またはリン酸塩を含むこともできる。また、保護層はフッ化物を含むこともできる。さらに保護層は、たとえばホウ酸アルミニウムまたはリン酸アルミニウム等の３元材料を含むこともできる。

一般的には、金属酸化物または材料は水中で正に表面荷電されるように設けるべきである。というのも、正の表面荷電はＨｇの吸収性を低減する傾向があるからだ。したがって特に適しているのは、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３である。

また、ＳｉＯ２から成る保護層も、特に高密度かつ薄く、かつ低コストで製造することができ、放射安定性および水安定性を改善して、該保護層の表面荷電が小さく、Ｈｇを吸収する能力が傾向的に高くなっても、該保護層を使用できるようにすることができる。

有利には、コーティングされて保護層によって包囲されたこのような蛍光体層の蛍光体結合物は放電ランプで使用される。

放電ランプはとりわけ、Ｈｇ低圧放電ランプとして構成される。

このような放電ランプはたとえば、交通で使用され交通信号を生成するための投光部品において使用することができる。さらに、このような放電ランプを非常出口の表示に使用することもできる。キャンピング照明器具または効果照明でも相応に使用することができる。

とりわけ、本発明による蛍光体ないしは本発明による蛍光体結合物で、種々の色座標を有するオルトシリケートを使用することもできるようになる。

本発明による蛍光体化合物、または有利な実施形態のうち少なくとも１つの実施形態が、もっぱら上記でそれぞれ挙げられた組成で構成され、別の化学的構成成分を含まない構成も可能である。また、このことは他を排除する成分規定ではなく、本発明による蛍光体化合物および／または該蛍光体化合物のいずれかの有利な実施形態は別の化学的構成成分を含むこともでき、とりわけ別の蛍光体を含むこともできる。

以下で、本発明の実施例を概略図に基づいて詳しく説明する。

本発明による放電ランプの概略的な断面図である。 従来技術から公知の蛍光体の放出スペクトルと、本発明の１つの実施形態の蛍光体結合物の放出スペクトルとが示されたグラフである。 従来技術の蛍光体の光工学的特性と、本発明の実施形態の蛍光体結合物の光工学的特性とが示された表である。

発明の有利な実施形態
図１に、Ｈｇ低圧放電ランプとして構成されている放電ランプ１が概略的な断面図で示されている。この放電ランプ１は棒形に形成されており、ガラスバルブである管形の放電容器２を有する。放電容器２の１つの端部に口金３が取り付けられており、これは、外側に向かって延在する電気的コンタクト４および５を有する。放電容器２の反対側にも口金６が取り付けられており、口金６には外側に向かって延在する電気的コンタクト７および８が固定されている。これらの電気的コンタクト７および８は給電線を介して、放電容器２の放電空間１３内まで延在する電極１０に電気的に接続されている。同様に、電気的コンタクト４および５も給電線に接続されており、該給電線は別の電極９に接続されており、この別の電極９も放電容器２の放電空間１３内に延在する。

放電容器２の内側１１に蛍光体層１２が形成されており、この蛍光体層１２はこの実施例では、放電容器２全体の長さにわたって延在する。蛍光体層１２はこの実施例では、内側１１に直接形成されている。図中の実施形態では蛍光体層１２のみが示されているだけであるが、放電空間１３と対向する放電容器２の上面１４と、放電空間２の内側１１と反対側の上面１４とに、別の層を形成する実施形態も可能である。これはたとえば、蛍光体層１２の蛍光体結合物を保護するための保護層とすることができる。また、この上面１４に別の蛍光体層を直接または間接的に形成することもできる。さらに、蛍光体層１２と内側１１との間に別の層を配置および形成することもできる。

蛍光体層１２は多数の蛍光体粒ないしは蛍光体結合物を含み、該蛍光体結合物は緑色のスペクトル領域にある放出スペクトルを有し、Ｈｇ光源から可視光スペクトル領域で放出された放射を吸収して該Ｈｇ光源の可視光の放射を該蛍光体結合物の放出スペクトルに変換するように構成されている。

Ｈｇ光源とは、放電空間１３内で低圧放電が行われている間に電極９または１０から放出される電子によって励起されて上記放射を放出する水銀原子または水銀イオンを指す。

蛍光体層１２中の蛍光体結合物は、適切な色座標を有する適切なスペクトルを放出する。

有利には蛍光体結合物は、Ｈｇ低圧放電の主強度が放出される２５４ｎｍの波長で非常に高い吸収能力を有し、４４０ｎｍ未満の波長で高い吸収能力を有し、５３０ｎｍを上回る波長領域で弱い吸収能力を有するように構成される。さらに蛍光体結合物は、緑色放出が５００ｎｍ〜５６５ｎｍの間の優勢波長で実現されるように構成される。

とりわけ、蛍光体結合物によって形成された蛍光体層１２を備えた放電ランプ１は、優勢波長は５５５ｎｍの領域になるように構成される。

この実施例では、蛍光体層１２の蛍光体結合物にユーロピウムがドープされる。とりわけ、蛍光体結合物がＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕである場合には、ユーロピウムのドープ量は１％〜２％の間である。

また、蛍光体結合物を、ユーロピウムがドープされたオルトシリケートとすることもできる。その際にはこのオルトシリケートは、一般式（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２ＳｉＯ４で形成されたものである。

蛍光体結合物は有利には、金属酸化物から成る保護層によって包囲されるか、またはホウ酸塩から成る保護層によって包囲されるか、またはリン酸塩から成る保護層によって包囲されるか、または３元材料から成る保護層によって包囲される。

このような蛍光体結合物によって、光色６６を有する光が放出される。

図２に示したグラフでは、従来技術から公知の蛍光体結合物（光色６６）の放出スペクトルを破線で示し、構成成分ＳｒＳｉＯＮを含む本発明の蛍光体ないしは本発明の蛍光体結合物の構成成分を示している。破線で示され従来技術から公知である蛍光体の特性は、蛍光体ＬＡＰに関するものである。これらのスペクトル間の相違が明らかに識別でき、本発明の蛍光体結合物の特性が改善されたことも識別することができる。

図３に示した表では、最初の２行に、本発明の実施例の蛍光体結合物を色度ないしは標準色値成分ｘおよびｙとともに示している。さらに、優勢波長ｌａｍ＿ｄｏｍおよび色飽和度も単位％で示している。これらと比較するために最後の行に、従来技術から公知である蛍光体ＬＡＰの相応の値およびパラメータを示す。標準色値成分が実質的に等しい場合、本発明の実施形態の蛍光体結合物によって、従来技術から公知の蛍光体より格段に高い色飽和度を実現できることが見て取れる。

Claims (20)

1. 放電ランプ（１）用の蛍光体結合物において、
   緑色のスペクトル領域にある放出スペクトルを有し、Ｈｇ光源から可視光スペクトル領域で放出された放射を吸収して、該Ｈｇ光源の可視光の放射を該蛍光体結合物の放出スペクトル領域に変換するように構成されていることを特徴とする、蛍光体結合物。
2. ４４０ｎｍ未満の波長を有する放射に対して高い吸収能力を有する、請求項１記載の蛍光体結合物。
3. 約２５４ｎｍ未満の波長を有する放射に対して非常に高い吸収能力を有する、請求項１または２記載の蛍光体結合物。
4. ５３０ｎｍを上回る波長を有する放射に対して弱い吸収能力を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
5. 前記放出スペクトルは、５００ｎｍ〜５６５ｎｍの間の優勢波長を有し、とりわけ５５５ｎｍの優勢波長を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
6. 放出帯域の半値幅は１００ｎｍ未満である、請求項１から５までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
7. オルトシリケートを含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
8. 前記オルトシリケートは化学式（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２ＳｉＯ４で形成されている、請求項７記載の蛍光体結合物。
9. 構成成分としてＳｒＳｉＯＮを含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
10. Ｅｕがドープされている、請求項１から９までのいずれか１項記載の蛍光体結合物。
11. 前記Ｅｕのドーピングの質量割合は０．１％〜１５％の間である、請求項１０記載の蛍光体結合物。
12. 前記Ｅｕのドーピングの質量割合は１％〜２％の間である、請求項９および１０記載の蛍光体結合物。
13. 放電容器（２）を備えた放電ランプであって、
    前記放電容器（２）の内側（１１）に蛍光体層（１２）が形成されている放電ランプにおいて、
    前記蛍光体層（１２）は、請求項１から１２までのいずれか１項記載の蛍光体結合物を含むことを特徴とする、放電ランプ。
14. 前記蛍光体層（１２）は前記放電容器（２）の内側（１１）に直接形成されている、請求項１３記載の放電ランプ。
15. 前記蛍光体層（１２）の蛍光体結合物は保護層によって包囲されている、請求項１３または１４記載の放電ランプ。
16. 前記保護層の材料成分は前記蛍光体結合物と異なる、請求項１５記載の放電ランプ。
17. 前記保護層は金属酸化物を含む、請求項１５または１６記載の放電ランプ。
18. 前記保護層はホウ酸塩および／またはリン酸塩を含む、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の放電ランプ。
19. 前記保護層はＳｉＯ２を含む、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の放電ランプ。
20. Ｈｇ低圧放電ランプとして構成されている、請求項１３から１９までのいずれか１項記載の放電ランプ。

Images