JP2012064381A - Fluorescent lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は蛍光ランプに関するものであり、特に、真空紫外光を放射する蛍光ランプに係わるものである。 The present invention relates to a fluorescent lamp, and more particularly to a fluorescent lamp that emits vacuum ultraviolet light.
従来から、光化学反応、殺菌或いは有機物の分解等に紫外線が好適に利用されている。このような紫外線光源としては、低圧水銀ランプが多く使用されていたが、近時においては、特開2001−015078号公報(特許文献1)のように誘電体バリア放電を利用した蛍光ランプも提案されている。
この特許文献1に記載の蛍光ランプは、発光管の内部に希ガスを封入し、一対の電極間に誘電体を介在させた放電を生起することにより、希ガスを励起して紫外光(真空紫外光)を放射し、発光管の内表面の全面に形成された蛍光体を励起して、所定の波長領域(真空紫外領域)の紫外光を得るものである。
また、特2010−153054号公報(特許文献2)には、発光管の外側に少なくとも1つの外部電極を備えた蛍光ランプにおいて、アパーチャ部を設けることにより指向性を持たせたものが開示されている。
同特許文献2には、その具体的な例として、発光管内面に形成された蛍光体層は、その円周方向の一部に該蛍光体層が形成されない領域を設けてアパーチャ部としたものや、あるいは、蛍光体層の円周方向の一部を他の部分より肉薄として、該肉薄部分をアパーチャ部としたものが開示されている。
Conventionally, ultraviolet rays are suitably used for photochemical reaction, sterilization, or decomposition of organic substances. As such an ultraviolet light source, a low-pressure mercury lamp has been used in many cases. Recently, a fluorescent lamp using dielectric barrier discharge has also been proposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-015078 (Patent Document 1). Has been.
The fluorescent lamp described in
Japanese Patent Application Publication No. 2010-153054 (Patent Document 2) discloses a fluorescent lamp having at least one external electrode outside the arc tube, which has directivity by providing an aperture. Yes.
In Patent Document 2, as a specific example, the phosphor layer formed on the inner surface of the arc tube has an aperture part provided with a region where the phosphor layer is not formed in a part of the circumferential direction. Alternatively, a part in which a part of the phosphor layer in the circumferential direction is thinner than the other part and the thin part is used as an aperture part is disclosed.
しかしながら、上記蛍光ランプにおいては、蛍光体が放電空間に曝されることで劣化を生じやすくなり、照度を安定して長時間維持することが難しい。蛍光体の劣化の主な劣化の原因としては不純ガス(H2O,CO2など)によるものと考えられるが、特に誘電体バリア放電を利用する場合、その放電原理に由来して放電が発光管を横断する方向に形成されるため、とりわけ蛍光体のダメージが大きく、十分な光安定性を得ることが難しいという問題があった。 However, in the fluorescent lamp, the phosphor is easily deteriorated by being exposed to the discharge space, and it is difficult to stably maintain the illuminance for a long time. The main cause of phosphor degradation is thought to be due to impure gas (H 2 O, CO 2, etc.), but particularly when dielectric barrier discharge is used, the discharge occurs due to the discharge principle. Since it is formed in the direction crossing the tube, there is a problem that the phosphor is particularly damaged and it is difficult to obtain sufficient light stability.
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、内部にキセノンを含む放電ガスが封入された発光管と、該発光管の長さ方向に形成され、誘電体を介して対向する一対の電極と、前記発光管の内面に形成された内部蛍光体層とを備え、前記発光管の円周方向の一部に該内部蛍光体層が形成されないアパーチャ部が形成されてなる蛍光ランプにおいて、蛍光体層の放電による劣化を回避して光安定度を高く維持し、蛍光ランプの使用寿命を長くする構造を提供するものである。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the problem to be solved by the present invention is an arc tube in which a discharge gas containing xenon is enclosed, and a length direction of the arc tube, and a dielectric is interposed therebetween. A pair of electrodes facing each other and an inner phosphor layer formed on the inner surface of the arc tube, and an aperture portion where the inner phosphor layer is not formed is formed in a part of the arc tube in the circumferential direction. In such a fluorescent lamp, a structure is provided in which deterioration of the phosphor layer due to discharge is avoided to maintain high light stability, and the service life of the fluorescent lamp is extended.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、上記課題を解決するために、発光管を覆うように外管を配設するとともに、前記発光管の前記アパーチャ部に対応する外表面上に外部蛍光体層を形成してなることを特徴とする。
また、記発光管と前記外管との間に不活性ガスを充填したことを特徴とする。
また、前記外部蛍光体層の厚みを前記内部蛍光体の厚みよりも小さくしたことを特徴とする。
更には、前記内部蛍光体または前記外部蛍光体層の少なくとも一方が、LaPO4:Nd蛍光体またはYPO4:Nd蛍光体のいずれかを含むことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention has an outer tube disposed so as to cover the arc tube and an outer surface corresponding to the aperture portion of the arc tube. An external phosphor layer is formed.
In addition, an inert gas is filled between the luminous tube and the outer tube.
Further, the thickness of the external phosphor layer is smaller than the thickness of the internal phosphor.
Furthermore, at least one of the inner phosphor and the outer phosphor layer includes any one of LaPO 4 : Nd phosphor and YPO 4 : Nd phosphor.
この発明の蛍光ランプによれば、発光管のアパーチャ部の外表面上の外部蛍光体により、単にアパーチャ部が形成されたランプとの比較で、その光出力を増大させることができるとともに、該外部蛍光体層は放電に曝されることがないので、劣化が生じにくくなる。そのため、蛍光ランプにおける外部蛍光体層から放射される光は、光安定性が高く維持され、蛍光ランプの使用寿命を長くすることができるようになる。
また、外部蛍光体層が不活性ガス雰囲気中にあることにより、更にその劣化が生じにくくなる。
また、外部蛍光体層を内部蛍光体層より肉薄とすることにより、蛍光ランプに指向性を持たせつつ、被照射物に対して効率よく光を照射することができるようになる。
蛍光体層としてLaPO4:Nd蛍光体またはYPO4:Nd蛍光体のいずれかを含むことで波長190nm近傍の光を放射し、光化学反応、殺菌或いは有機物の分解等の光源として好適に利用することができるようになる。
According to the fluorescent lamp of the present invention, the external phosphor on the outer surface of the aperture portion of the arc tube can increase its light output as compared with the lamp in which the aperture portion is simply formed. Since the phosphor layer is not exposed to electric discharge, it is difficult for deterioration to occur. Therefore, the light emitted from the external phosphor layer in the fluorescent lamp has high light stability, and the service life of the fluorescent lamp can be extended.
Further, since the external phosphor layer is in an inert gas atmosphere, the deterioration is further less likely to occur.
Further, by making the outer phosphor layer thinner than the inner phosphor layer, it becomes possible to efficiently irradiate the irradiated object with light while giving the directivity to the fluorescent lamp.
By containing either LaPO 4 : Nd phosphor or YPO 4 : Nd phosphor as the phosphor layer, it emits light having a wavelength of around 190 nm and can be suitably used as a light source for photochemical reaction, sterilization, or decomposition of organic substances. Will be able to.
図1は、本発明の蛍光ランプの断面図である。
図において、蛍光ランプ1は、発光管2の外周面上に一対の外部電極3、3が対向配置されている。この外部電極3、3は管軸方向に伸びる概略帯状の形状をなし、例えば、銀(Ag)とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金(Au)とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。
前記外部電極3、3上にはガラス層からなる保護膜4、4が被覆されていて、該外部電極3、3にはそれぞれリード線W1、W2が接続されており、これらが高周波電圧を発生する電源10に接続されている。
前記発光管2は、波長200nm以下の真空紫外光に対して透過性の高い合成石英ガラスからなる。更に、紫外線照度維持率を良好にするため、OH基含有量の高い合成石英ガラスを使うことが好ましく、例えば、信越石英製F310が使用可能である。
そして、該発光管2内には放電ガスとして希ガスが封入されるが、希ガスとしては、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスのいずれであってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluorescent lamp of the present invention.
In the figure, a
The
The arc tube 2 is made of synthetic quartz glass that is highly transmissive to vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less. Furthermore, in order to improve the ultraviolet illuminance maintenance rate, it is preferable to use a synthetic quartz glass having a high OH group content. For example, F310 made by Shin-Etsu quartz can be used.
The arc tube 2 is filled with a rare gas as a discharge gas. The rare gas may be either xenon alone or a mixed gas of xenon and another rare gas.
図2に詳細が示されているように、発光管2の内表面には内部蛍光体層5が形成されている。
この内部蛍光体層5は、発光管2の円周方向の一部において前記内部蛍光体層5が形成されていない領域があり、その部分がアパーチャ部6を形成している。
なお、発光管2と内部蛍光体層5の間に、アパーチャ部6を除いて紫外線反射膜(不図示)を形成することも可能である。
As shown in detail in FIG. 2, an inner phosphor layer 5 is formed on the inner surface of the arc tube 2.
The inner phosphor layer 5 has a region where the inner phosphor layer 5 is not formed in a part of the arc tube 2 in the circumferential direction, and that portion forms an aperture portion 6.
It is also possible to form an ultraviolet reflecting film (not shown) between the arc tube 2 and the internal phosphor layer 5 except for the aperture 6.
前記発光管2の外周囲にはこれを覆うように外管7が同芯状に配設されていて、これらの間の空間には窒素ガス(N2)、アルゴンガス(Ar)などの不活性ガスが充填されている。この外管7は、蛍光体により変換された特定の波長領域の光に対して透過性を備えるものである。蛍光体として波長200nm以下の光を放射する特性のものを用いる場合には材質として合成石英ガラスを用いることが望ましい。 An outer tube 7 is concentrically disposed on the outer periphery of the arc tube 2 so as to cover it, and in the space between them, nitrogen gas (N 2 ), argon gas (Ar), etc. Filled with active gas. The outer tube 7 is transparent to light in a specific wavelength region converted by the phosphor. When using a phosphor that emits light having a wavelength of 200 nm or less, it is desirable to use synthetic quartz glass as the material.
そして、前記発光管2のアパーチャ部6に対応する外表面上には外部蛍光体層8が形成されている。
前記内部蛍光体層5および外部蛍光体層8は、キセノンの発光により放射された波長172nmにより励起されてその特性に応じた波長領域の光を放射するものである。波長200nm以下の光、例えば190nmの光を放射する場合、ネオジウムで付活されたLaPO4蛍光体、又は、ネオジウムで付活されたYPO4を用いることが好ましい。なお、ネオジウム付活LaPO4蛍光体は具体的には(La1−x,Ndx)PO4(但しx=0.01〜0.11)であり、ネオジウム付活YPO4蛍光体は具体的には(Y1−x,Ndx)PO4(但しx=0.01〜0.11)である。
そして、内部蛍光体層5の厚みは例えば10〜70μm、好ましくは30〜50μmであり、外部蛍光体層8の厚みはこれより薄く、例えば5〜10μmである。このように、両蛍光体層5、8の厚みを異ならせることで、その差異に従った指向性を形成することができるようになる。
An
The inner phosphor layer 5 and the
And the thickness of the internal fluorescent substance layer 5 is 10-70 micrometers, for example, Preferably it is 30-50 micrometers, and the thickness of the external
上記構成において、高周波電源10から外部電極3、3に対して高周波高電圧が印加されると該外部電極3、3間で発光管2(誘電体)を介在させた放電が発生し、内部に封入されたキセノンガスの発光によって波長172nmの放射が得られる。
キセノンの発光によって形成された波長172nmの光の一部が内部蛍光体層5に照射されると、これを構成する蛍光体の特性に応じた光に変換され、蛍光体の表面で反射を繰り返すことによってアパーチャ部6から放射されるようになる。また、その他の波長172nmの光の一部は、発光管2に形成されたアパーチャ部6から当該発光管2を透過して直接外部蛍光体層8に入射し、これを構成する蛍光体の特性に応じた波長域の光に変換されて放射される。その結果、蛍光ランプの外管7から、内部蛍光体5によって変換された光と、外部蛍光体層8によって変換された光の両方が放射されるようになる。
従って、内部蛍光体層5と外部蛍光体層8を同じ蛍光体によって構成した場合には、これらが合算されて外部に出力されてくることになる。
ここで、外部蛍光体層8の厚みが、内部蛍光体層5の厚みよりも小さいことにより、発光管2に形成されたアパーチャ部6から放出される光の量が大きくなり、両蛍光体層5、8の厚みの差に従った指向性が形成されるようになる。
In the above configuration, when a high frequency high voltage is applied from the high
When a part of light having a wavelength of 172 nm formed by light emission of xenon is irradiated to the internal phosphor layer 5, it is converted into light according to the characteristics of the phosphor constituting the same and repeatedly reflected on the surface of the phosphor. As a result, the aperture 6 is radiated. In addition, a part of the other light having a wavelength of 172 nm passes through the arc tube 2 from the aperture 6 formed in the arc tube 2 and directly enters the
Therefore, when the inner phosphor layer 5 and the
Here, when the thickness of the
このような蛍光ランプ1の実施例を挙げると、次の通りである。
発光管2は合成石英ガラスからなり、該発光管2の内表面に内部蛍光体層5を形成するのに先立って、該発光管と蛍光体の密着性を改善するために、発光管の内表面に合成石英ガラスよりも低融点のガラス粉末層を形成した(不図示)。この技術に関しては、特開2010−056007号公報等に詳しく開示されている。
具体的には、軟質ガラスの粉末を適宜のバインダと混合してスラリーを調製し、このスラリーを発光管の内表面に塗布し、アパーチャ部の軟質ガラス粉末を除去したあと約600℃程度で焼成した。
その後、内部蛍光体層5を構成する蛍光体として、(La1−x,Ndx)PO4(但しx=0.01〜0.11)蛍光体を用い、その蛍光体スラリーを塗布乾燥し、500〜900℃で焼成後に、アパーチャ部6の蛍光体を除去して、内部蛍光体層5を形成した。
An example of such a
The arc tube 2 is made of synthetic quartz glass. Prior to the formation of the internal phosphor layer 5 on the inner surface of the arc tube 2, an inner tube of the arc tube is improved in order to improve the adhesion between the arc tube and the phosphor. A glass powder layer having a melting point lower than that of synthetic quartz glass was formed on the surface (not shown). This technique is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-056007.
Specifically, a soft glass powder is mixed with an appropriate binder to prepare a slurry, this slurry is applied to the inner surface of the arc tube, the soft glass powder in the aperture portion is removed, and then fired at about 600 ° C. did.
Thereafter, (La 1-x , Nd x ) PO 4 (where x = 0.01 to 0.11) phosphor is used as the phosphor constituting the internal phosphor layer 5, and the phosphor slurry is applied and dried. After firing at 500 to 900 ° C., the phosphor in the aperture portion 6 was removed to form the internal phosphor layer 5.
続いて、発光管2の外表面上に、銀(Ag)又は銅(Cu)とフリットガラスからなるペーストをスクリーン印刷して、一対の外部電極3、3を形成した。
この電極3、3上に、発光管2を透過して放射される紫外線から該電極を保護するため、保護膜4、4としてSiO2とB2O3を混練したホウ珪酸ガラスの層を形成した。
その後、発光管2を焼成して電極3、3及び保護膜4、4を固着した。なお、この保護膜4、4は、熱膨張係数が30×10−7(1/K)以下であった。
外部電極3、3には発光管2の片側から引き出せるよう外部リードW1、W2を接続し、該リードW1、W2を電源10に接続した。
次いで、アパーチャ部6の領域に対応する発光管2の外表面上に、前記内部蛍光体層5と同じ種類の蛍光体スラリーをスクリーン印刷により塗布し焼成して、外部蛍光体層8を形成した。
Subsequently, a paste made of silver (Ag) or copper (Cu) and frit glass was screen-printed on the outer surface of the arc tube 2 to form a pair of
On this
Thereafter, the arc tube 2 was baked to fix the
External leads W1 and W2 were connected to the
Next, on the outer surface of the arc tube 2 corresponding to the area of the aperture 6, the same type of phosphor slurry as that of the inner phosphor layer 5 was applied by screen printing and baked to form the
こうして形成された発光管2の内部にZr−Feからなるゲッターを配置し、発光管内部の排気を行ってXeガスを13.3kPa(100Torr)封入した。
また、外管7は、前記発光管2と同じ材質である合成石英ガラスを使用した。
外管7を構成する直管状の合成石英ガラス管の片端を封止切った状態で閉じておき、その中に発光管2を挿入した。
そして、外部電極3、3に給電が可能な状態にして外管7内部にN2ガスを充填し、開口部を閉塞した。
A getter made of Zr—Fe was placed inside the arc tube 2 formed in this way, and the inside of the arc tube was evacuated to enclose 13.3 kPa (100 Torr) of Xe gas.
The outer tube 7 is made of synthetic quartz glass, which is the same material as the arc tube 2.
One end of the straight tubular synthetic quartz glass tube constituting the outer tube 7 was closed in a sealed state, and the arc tube 2 was inserted therein.
Then, the
上記実施例に係る蛍光ランプをV0−p=1700Vの矩形波印加により点灯させ、スペクトルラディオメーター(ウシオ電機製、USR40)により分光スペクトル測定を行った。この蛍光体のスペクトル特性としては、波長184nm近傍にピークを具備するものであった。 The fluorescent lamp according to the above example was turned on by applying a rectangular wave of V 0-p = 1700 V, and a spectral spectrum measurement was performed with a spectral radiometer (USR40 manufactured by USHIO INC.). As the spectral characteristics of this phosphor, the phosphor had a peak near a wavelength of 184 nm.
図3には、上記の蛍光ランプ1に関して、内部蛍光体層5と外部蛍光体層8の厚みを種々変化させた数種類のランプを作成し、その照度を測定比較した結果が示されている。
具体的には、内部蛍光体層5の厚さを、それぞれ18、35、70μmと変化させた各ランプについて、外部蛍光体層8の厚さを0〜25μmの間で変化させて、そのアパーチャ部6からの照度を測定した。
FIG. 3 shows the results of measuring and comparing the illuminance of several types of lamps in which the thicknesses of the internal phosphor layer 5 and the
Specifically, for each lamp in which the thickness of the inner phosphor layer 5 is changed to 18, 35, and 70 μm, respectively, the thickness of the
また、図4には、前記蛍光ランプ1における内外部蛍光体層5、8を構成する蛍光体としてYPO4:Ndを使用した場合の照度を測定比較した結果が示されている。なお、蛍光体以外の構成については上記実施例と同様である。
具体的には、内部蛍光体層5の厚さを、それぞれ18、37、55、73μmと変化させた各ランプについて、外部蛍光体層8の厚さを0〜28μmの間で変化させ、そのアパーチャ部6からの照度を測定した。
FIG. 4 shows the result of measurement and comparison of illuminance when YPO 4 : Nd is used as the phosphor constituting the inner and
Specifically, for each lamp in which the thickness of the inner phosphor layer 5 is changed to 18, 37, 55, and 73 μm, respectively, the thickness of the
本発明に係る蛍光ランプにおいては、外部蛍光体層8は発光管2のアパーチャ部6を透過する波長172nmの紫外光によって励起され、発光した蛍光を放射する。
従って、この際、アパーチャ部6からは、外部蛍光体層8による光放射分と、内部蛍光体層5からの光放射分が同時に出射することになるが、発光管2内部の内部蛍光体層5からの光放射は、外部蛍光体層8を通過する際、吸収などによって一部放射することができなくなり、損失が生じる。すなわち、内部蛍光体層5からの光放射分から外部蛍光体層8による減衰分を差し引いた差分と、該外部蛍光体層8自体からの光放射分との合算によって光放射出力の強度が決定されることになる。
In the fluorescent lamp according to the present invention, the
Accordingly, at this time, the light emission from the
図3、4に示すように、本発明に係る外部蛍光体層8を形成した蛍光ランプにおいては、内部蛍光体層5の厚みにかかわらず、外部蛍光体層8が無い場合、即ち、図における0μmの場合よりもその光出力を増大させることができる。
とりわけ、外部蛍光体層8の厚さを10μm以下、より好ましくは5μm程度に形成すると、アパーチャ部6からの光出力を増大させることができる。
なお、内部蛍光体層5の厚みが増すに従って発光管2内部の反射が大きくなり、これが約50μmを超えるとアパーチャ部6からの出力はほとんど変化しなくなる。すなわち、内部蛍光体層5による反射が飽和状態に至る。このように、内部蛍光体層5が比較的厚く、その反射機能が飽和状態にある場合においても同様に、外部蛍光体層8を10μm以下、より好ましくは5μm程度に形成すれば、アパーチャ部6からの光出力を増大させることが可能になる。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the fluorescent lamp having the
In particular, when the thickness of the
As the thickness of the internal phosphor layer 5 increases, the reflection inside the arc tube 2 increases, and when this exceeds about 50 μm, the output from the aperture section 6 hardly changes. That is, the reflection by the internal phosphor layer 5 reaches a saturated state. As described above, when the inner phosphor layer 5 is relatively thick and its reflection function is saturated, similarly, if the
そして、前記外部蛍光体層8は、放電空間の外部にあって放電に曝されることがないので、蛍光体の劣化がなく、しかも、不活性ガス空間内に配置されているため、一層蛍光体の劣化が生じにくく、アパーチャ部6からは安定した光放射が得られるようになる。
Since the
以上説明したように、本発明に係る蛍光ランプによれば、発光管の円周方向の一部に内部蛍光体層が形成されないアパーチャ部が形成されてなる蛍光ランプにおいて、前記発光管を覆うように外管を設け、前記発光管の前記アパーチャ部に対応する外表面に外部蛍光体層を形成したことにより、単にアパーチャ部を形成したものより、その光出力を増大させることができ、しかも、外部蛍光体層は放電空間に曝されないので、その劣化が生じにくくなり、長時間にわたり安定した光出力を得ることができるという効果がある。 As described above, according to the fluorescent lamp of the present invention, in the fluorescent lamp in which the aperture portion where the internal phosphor layer is not formed is formed in a part of the circumferential direction of the arc tube, the arc tube is covered. Provided with an outer tube, and by forming an external phosphor layer on the outer surface corresponding to the aperture portion of the arc tube, the light output can be increased more than a simple aperture portion, Since the external phosphor layer is not exposed to the discharge space, its deterioration is unlikely to occur, and there is an effect that a stable light output can be obtained over a long period of time.
1 蛍光ランプ
2 発光管
3、3 電極
4 保護幕
5 内部蛍光体層
6 アパーチャ部
7 外管
8 外部蛍光体層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発光管を覆うように配設された外管を備えるとともに、前記発光管の前記アパーチャ部に対応する外表面上に外部蛍光体層を形成してなることを特徴とする蛍光ランプ。 An arc tube in which a discharge gas containing xenon is enclosed, a pair of electrodes provided in the longitudinal direction of the arc tube and facing each other via a dielectric, and an internal phosphor formed on the inner surface of the arc tube A fluorescent lamp comprising an aperture portion in which the phosphor layer is not formed on a part of the arc tube in the circumferential direction.
A fluorescent lamp comprising an outer tube disposed so as to cover the arc tube, and an external phosphor layer formed on an outer surface corresponding to the aperture portion of the arc tube.
3. The fluorescent lamp according to claim 1, wherein at least one of the inner phosphor and the outer phosphor layer includes either a LaPO 4 : Nd phosphor or a YPO 4 : Nd phosphor.
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