JP3438898B2 - コンパクトな省エネルギーランプ - Google Patents

コンパクトな省エネルギーランプ

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比較的長い寿命の他に高い光束および非常
に良好な色表示特性を有するコンパクトな省エネルギー
ランプに関する。用途分野には光および照明の分野の水
銀蒸気低圧放電ランプが包含される。
蛍光灯は一般に、適する発光体が共に作用する下で適
当に励起したガスに放電した際に照明の目的の可視光線
を発生させる。
室内空間を照明するために、真空気密な状態で製造さ
れそして水銀および貴ガスが充填され、そして内壁に約
6.71eVおよび4.88eVのエネルギーで短い波長の水銀共鳴
輻射線を可視光線に変換する発光体層が塗布されている
ガラス管より成るコンパクトな水銀蒸気低圧ランプが特
に普及している。
慣用のコンパクトな省エネルギーランプは約8000時間
の寿命を有しており、出力、種類および色温度次第で約
250Lm(ルーメン)〜4300Lmの間の光束を有している。
三帯域原理(Dreibandenprinzip)に従って運転され
る省エネルギーランプは青色の水銀共鳴輻射線、および
光吸収率及び光束にとって特に重要な緑成分の他に赤色
成分としての発光体のEu−活性化酸化イットリウム(YO
X)を含有しており)ならびに比較的高い色温度のラン
プでは広いバンドの追加的な褐色成分として発光物質の
Eu−活性化アルミナート、例えばBAMおよび/またはSAE
を含有している。
発光体ランプ、殊にコンパクトな発光体ランプ、また
三帯域発光体ランプ(Dreibandenleuchtstofflampen)
において緑成分として,約541〜543nmの極大波長を有す
る典型的なテルビウム−発光をベースとする細い狭い帯
状に発光する化合物を使用するのが特に有利である。か
ゝる化合物には、最も重要な代表例としての発光物のセ
リウム−マグネシウム−アルミナート:Tb(CAT)(オー
ストリア特許第351635号明細書)、ランタン燐酸塩:Ce,
Tb(LAP)(ドイツ特許第3326921号明細書および米国特
許第4,891,550号明細書)並びにランタン燐酸塩−珪酸
塩:Ce,Tb(LAPS)(ドイツ特許第3248809号明細書)お
よびY2SiO5:Ce,Tb(ヨーロッパ特許第37688号明細書)
がある。これらの全ての発光体は高い温度安定性および
光収率(Leichtausbeute)に特徴がある。これらの化合
物の欠点は、1300〜1600℃の製造温度を必要とすること
に起因して、コストが高い点である。更に発光体の安定
性は特に発光体ランプの発光の際の放電に対して小さ過
ぎ、それによって発光体の寿命は約8000時間に制限され
ている。
542nmの所に発光極大値を有するガドリニウム−マグ
ネシウム−五硼酸塩:Ce,Tb(CBT)の発光体を使用する
発光ランプがヨーロッパ特許第23068号明細書に記載さ
れている。この発光体は匹敵する良好な発光特性の他に
発光体CATまたはLAPに比較して高い安定性を有してい
る。色々な発光体ランプメーカーのカタログから、以下
の表に示した様なコンパクトな省エネルギーランプが公
知である: 伝統的な発光体によりRa(8)=80〜82の色表示値に
おいて色々な光色が実現される。記載されている寿命は
一般に約8000時間である。
更にランプメーカーのカタログから、棒状の蛍光灯の
場合には保護層によって可使時間の延長が達成できるこ
とは公知である。それのための公知の方法はガス状化合
物を分解することによってまたは保護剤を含有する懸濁
液で洗うことによってガラス管を被覆するものである。
発光体を含有する層は一般に保護層の上に設けられる。
しかしながらドイツ特許第3322390号明細書には、ラン
プ管に塗布された発光体層を逆にアルミニウム保護層が
覆う方法も開示されている。この保護層はこの場合には
発光体含有層と同様に通例の方法で水溶性懸濁液を用い
て塗布される。イオン交換体によってガラス表面を処理
しそして保護層で封じる方法はドイツ特許第3023397号
明細書に開示されている。別の例としては米国特許第49
23425号明細書および同第4,344,016号明細書に、保護層
が発光体含有懸濁液に添加される有機マグネシウム化合
物の加水分解によって設けられたランプが開示されてい
る。ドイツ特許第3322390号明細書では、ナノメータの
オーダーの希土類酸化物層が相応する有機金属溶液でラ
ンプ管を洗浄し次いで焼結工程によって製造されてい
る。
しかしながら従来公知のスタンダードコンパクトラン
プの色表示はRa(8)値82を超えないかまたはほんの僅
かしか超えておらず、それ故に色表示段階I Bに分類さ
れる。
ヨーロッパ特許出願公開(A2)第550937号明細書によ
ると色表示段階I Aの水銀蒸気低圧放電ランプが公知で
ある。この場合、E(UV)>500W/m2の比較的大きい壁
負荷(Wandbelastung)でランプが一緒に封じられてい
る。色点(x,y)は完全放射体軌跡(Planckschen Kurv
e)の上または近くにあり、蛍光効率は比較的に高い。
しかしながらこれは約25〜30%であるかまたはそれ以上
で、匹敵するスタンダードコンパクトランプの効率より
下にある。ヨーロッパ特許出願公開(A2)第550937号明
細書で使用される発光体層は三種の発光体を含有してい
る。その第一は二価のユーロピウムで活性化された青色
発生蛍光体である。第二の発光体は二価のマンガンで活
性化されそして赤色スペクトル範囲に少なくとも1つの
発光帯を有する。第三の発光体は黄色のスペクトル範囲
に主発光域を有し、二価のユーロピウムで活性化された
(ストロンチウム、バリウム、カルシウム)−オルト珪
酸塩である。
ヨーロッパ特許出願公開(A1)第596548号明細書によ
る水銀低圧放電ランプには、非常に良好な色表示を同時
に僅かのランプ老化を伴いながら維持するために、5種
の発光性物質が発光体として使用されている。ただし、
かゝるデ−ルックス(De−Luxe)ランプの光束低下はス
タンダードコンパクトランプに比らべて30%以上であ
る。
本発明の課題はコンパクトな省エネルギーランプの実
用品質を改善し、高い初期光束および改善された色表示
性を長い寿命のもとで達成することである。
この課題は、真空気密に製造され、水銀および希ガス
が充填され、かつ内壁に珪素および/またはアルミニウ
ムおよび/または硼素を含む中間層を介して蛍光層が設
けられている放電管並びに放電を維持する手段より成
り、蛍光層に関しての上記管(Saele)から取り出され
る出力の出力密度が好ましくは500W/m2よりも大きくそ
してUV−線が主として3.5eVより大きいエネルギーを有
している、2300K〜6500Kの非常に近似した色温度を有す
るコンパクトな省エネルギーランプにおいて、蛍光層が
少なくとも2種類の発光体を含有しており、本発明によ
ると、その中の一方がセリウムおよびテルビウムで活性
化された組成式 (Y,La)1-x-y-zCexGdyTbz(Mg,Zn,Cd)1-pMnpB5-q-s(Al,Ga,In)(X)sO10 [式中、XはSi,Ge,P,Zr,V,Nb,Ta,Wまたは複数の左記の
元素の合計であり、そして更に P=0およびz≠0, 0.01≦x≦1−y−z 0≦y≦0.98 y+z≦0.99 0.01≦z≦0.75 0≦q≦1.0 0<s≦1.0 である。] で表される緑色発生ガドリニウム−マグネシウム−硼酸
塩−珪酸塩(BSCT)から製造されておりそしてもう一つ
が好ましくは式 Y2-xEuxO3 (式中、0.01<x<0.2である。) で表され、酸化イットリウム:Eu3+より成る赤色スペク
トル範囲で発光する発光体(YOX)であることによって
解決される。
表1にかゝる改善されたバルムトン(Warmton)−コ
ンパクトランプについての若干の実施例を誤差内楕円の
内のハイ−スタンダード−コンパクトランプの実施態様
で示す。
この場合、相対光束を約2700Kの光温度を有する慣用
のコンパクトランプの平均値を基準として百分率で示し
てある。少なくとも2種類の発光体よりなる蛍光層を持
つこのコンパクトな省エネルギーランプは色表示および
高い光束の様なその品質パラメータにおいて、二価のユ
ウロピウムで活性化された下記組成式で表される第三の
発光体SAPE 4(Sr,Ba)(1-a)O・(7−x−y−z)Al2O3・xB2O3・yP2O5・zSiO2:aEu2+ [式中、0.0001<a<0.8 0.001<x,y,z<0.1 である。] または二価のユウロピウムで活性化された、第三の発光
体(BSOSE)または(SBOSE)としての下記組成式のBSOS
E: (2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b −c)SiO2・aP2O5・bAl2O3・cB2O3:yEu2+ [式中、0.4<x<1.6 0.005<y<0.5 0.001<a,b,c<0.1 である。] か下記組成式のSBOSE: (2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b −c)SiO2・aP2O5・bAl2O3・cB2O3:yEu2+ [式中、0.11<x<0.4 0.005<y<0.5 0.0001<a,b,c<0.3 である。] を本発明に従って使用することによって改善することが
できる。
高い色温度を有するコンパクトな省エネルギーランプ
の場合にはハイ−スタンダード−コンパクトランプ(品
質レベル)は本発明に従って別の追加的第三のまたは第
四の発光体として二価のユウロピウムで活性化された式
Ba1-xEuxMgAl10O17で表されるバリウム−マグネシウム
−アルミナート(BAM)を使用する。この場合、xは0.0
2<x<0.2である。
表2は若干の選択された結果を包含している。相対光
束は、類似の色温度のスタンダードコンパクトランプを
基準として百分率で示してある。本発明に従って第四ま
たは第五の発光体として追加的な広い帯域で発光する赤
色成分の形でマンガンで活性化された以下の組成 (Y,La)1-x-yCexGdy(Mg,Zn,Cd)1-pMnpB5-q-s(Al,Ga,In)(X)sO10 [式中、XはSi,Ge,P,Zrであり、そして更に P≠0, 0.01≦x≦1−y 0 ≦y≦0.99 0.01≦p≦0.3 0 ≦q≦1.0 0 <s≦1.0 である。] の硼酸塩−珪酸塩(BSCM)を使用し、その際にガドリウ
ムの一部をテルビウムに交換してもよくそしてそれによ
ってマグネシウム発光の他に542nmに発光極大を有する
特徴的なテルビウム発光が生じる場合には、表3に示し
た例から判る通り、Ra(8)−値が90以上の色表示段階
I AのスーパーC−コンパクトランプが得られる: 相対光束は、類似の色温度のスタンダードコンパクト
ランプを基準として百分率で示してある。表3から硼酸
塩−珪酸塩をベースとする本発明の発光体を使用した場
合に慣用のスタンダードコンパクトランプの光損失が慣
用のスタンダードコンパクトランプに比較する慣用のデ
−ルックスランプの光損失に比べて明らかに僅かである
ことが判る。
表1〜3に記載したコンパクトな省エネルギーランプ
において発光体の使用可能な混合比の例を表4に示す。
この場合、表4に挙げた例の混合比は幾つかの条件のも
とでのみ確実に有効であることを考慮するべきである。
必要とされる混合比はランプの出力、発光体の光学的性
質および粒度分布、懸濁物の調製および層厚によっても
決められるので、個々の場合に必要とされる発光体混合
物は個々に決めなければならず、これは経験的であるか
または数学的なモデル比によって、しかしコンパクトな
ランプ中で使用される発光体で達成できるパラメータは
変化しない。
上述の全てのコンパクト−ランプは、ガラス管の内側
に良好な反射性の放射線−および放電安定性の材料より
成る薄い保護層および/または、発光体層の内側に保護
層を設けることができることに特徴がある。
ランプ管の内壁への発光体層の適用は、一般に、有機
系バインダー、例えばヒドロキシエチルセルロースまた
はポリオキシ(Polyox)と溶剤とより成る粘性媒体に発
光体または発光体混合物を分散させることによって行な
う。発光体懸濁液をガラス管に塗り広げて均一なフィル
ムとし、これを熱の供給および空気の導入下に溶剤、一
般に水の蒸発によって乾燥する。バインダーの有機成分
は焼成工程で、発光体を塗布したガラス管を空気または
酸素の供給下に最高660℃に短時間加熱することによっ
て除く。
懸濁物の加工性は可溶化剤、湿潤剤および消泡剤によ
って改善することができる。更に懸濁物は、層の接着性
を向上させる添加物、例えば硼酸塩または燐酸塩あるい
は個々の発光体の安定性を改善する添加物並びにpH値を
調整する物質を添加してもよい。大きい比表面積の物質
を混入することによって層の密度を高めることができる
し、発光体の使用量を減らすことができる。
ランプの寿命の延長はガラス管の上の保護層の他にガ
ラスと発光体層との間に該発光体層の内側に保護層を塗
布し、それによって多かれ少なかれ完全に覆うことによ
っても達成することができる。
上記の全ての保護層は色々な方法で製造でき、その一
つの方法はそれぞれに生ずる層を乾燥および焼成処理し
ながら懸濁液を互いに相前後して複数回塗布することに
よって、第二の方法ではそれぞれの個々の層のための二
種類の有機バインダーを色々に組み合わせそして共通の
焼成工程によっておよび第三の方法ではランプ管中に導
入される揮発性化合物を分離しそして分解することによ
って製造できる。
表4に相応する色々な組成の本発明の発光体混合物を
使用してコンパクトな省エネルギーランプを製造する実
施例を以下に示す。
実施例1: 表4の発光体混合物No.1〜10を使用して実験ランプを
製造する。この場合には、100gの発光体混合物を33mLの
脱イオン水、0.5mLのDispex、80mLの5%濃度ポリオキ
シ(Polyox)、2.5mLのArkopalおよび35mLの10%濃度Al
on−C溶液に分散させる。モノエタノールアミンを添加
することによって9.5のpHに調整する。ランプの焼成を
空気流中での乾燥後に550℃で行なう。1.5dPasの懸濁物
粘度では約4.5mg・cm-2の焼成処理ランプ付着量が得ら
れる。
実施例2: 表4の発光体混合物No.11〜19を使用しての実験ラン
プのために、100gの発光体混合物を70mLの脱イオン水、
0.5mLのDispex、80mLの5%濃度ポリオキシおよび2.5mL
のArkopalに分散させる。このランプを空気流中で550℃
で焼成処理する。
実施例3: 表4の発光体混合物No.20〜30を使用してコンパクト
な省エネルギーランプを製造する。この場合には、100g
の発光体混合物を70mLの脱イオン水、0.5mLのDispex、8
0mLの5%濃度ポリオキシおよび2.5mLのArkopalに分散
させる。硼酸の添加によって9.5のpHに調整する。1.5dP
asの懸濁液粘度では約5mg・cm-2の焼成処理ランプ付着
量が達成される。空気流中での乾燥後の焼成処理を550
℃で行なう。
実施例4: 実施例1〜3に従う発光体懸濁液を二酸化珪素よりな
る保護層と一緒にランプ管に塗布する。この保護層は0.
4mg・cm-2の付着量を有している。
実施例5: 実施例1〜4に従うコンパクトな省エネルギーランプ
に、発光体層の表面に塗布されている酸化アルミニウム
の浸透性層を設ける。この保護層は窒素および酸素より
なるキャリヤーガスを約160℃でアルミニウム−イソプ
ロポキシドに導入しそして次に500℃に加熱されたラン
プ管中にその負荷キャリヤーガスを導入する際にアルミ
ニウムイソプロポキシド蒸気を熱分解することによって
製造される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テウス・ヴァルター ドイツ連邦共和国、D―17489 グライ フスヴァルト、ルードルフ―ペータース ハーゲン―アレー、12 (72)発明者 ロート・グンドゥラ ドイツ連邦共和国、D―17498 レーフ ェンハーゲン、ドルフストラーセ 13ア ー (72)発明者 フェトケ・イナ ドイツ連邦共和国、D―17491 グライ フスヴァルト、エアヴィン―ハーク―ヴ ェーク、11 (72)発明者 クリムケ・イェンス ドイツ連邦共和国、D―17489 グライ フスヴァルト、ペーター―ヴァルショウ ―ストラーセ、43 (56)参考文献 特開 平7−99040(JP,A) 特開 平5−325901(JP,A) 特開 昭64−62384(JP,A) 特開 昭59−31552(JP,A) 特開 昭59−42758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/44

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空気密に製造された、水銀および希ガス
    が充填され、かつ内壁に蛍光層が設けられている放電管
    並びに放電を維持するための手段で構成されており、上
    記管から取り出される出力の出力密度が蛍光層に関し
    て、好ましくは500W/m2よりも大きくそしてUV−線が主
    として3.5eVより大きいエネルギーを有している、高い
    光束および長い寿命並びに2300K〜6500Kの間の最も近似
    した色温度を有するコンパクトな省エネルギーランプに
    おいて、蛍光層が少なくとも2種類の発光体を含有して
    おり、その中の一つがセリウムおよびテルビウムで活性
    化された組成式 (Y,La)1-x-y-zCexGdyTbz(Mg,Zn,Cd)1-pMnpB5-q-s(Al,Ga,In)(X)sO10 [式中、XはSi,Ge,P,Zr,V,Nb,Ta,Wまたは複数の左記の
    元素の合計であり、そして更に P=0およびz≠0, 0.01≦x≦1−y−z 0≦y≦0.98 y+z≦0.99 0.01≦z≦0.75 0≦q≦1.0 0<s≦1.0 である。] で表される緑色発生ガドリニウム−マグネシウム−硼酸
    塩−珪酸塩(BSCT)から製造されておりそして発光体混
    合物中の2つ目として式 Y2-xEuxO3 (式中、0.01<x<0.2である。) で表される、赤色スペクトル範囲で発光する発光体(YO
    X)、酸化イットリウム:Eu3+が入っていることを特徴と
    する、上記のコンパクトな省エネルギーランプ。
  2. 【請求項2】色表現を改善するために発光体層が、二価
    のユウロピウムで活性化された下記組成式で表される第
    三の発光体SAPE 4(Sr,Ba)(1-a)O・(7−x−y−z)Al2O3・xB2O3・yP2O5・zSiO2:aEu2+ [式中、0.0001<a<0.8 0.001<x,y,z<0.1 である。] または二価のユウロピウムで活性化された、第三の発光
    体BSOSEまたはSBOSEとして下記組成式のBSOSE: (2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b −c)SiO2・aP2O5・bAl2O3・cB2O3:yEu2+ [式中、0.4<x<1.6 0.005<y<0.5 0.001<a,b,c<0.1 である。] および下記組成式のSBOSE: (2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b −c)SiO2・aP2O5・bAl2O3・cB2O3:yEu2+ [式中、0.11<x<0.4 0.005<y<0.5 0.0001<a,b,c<0.3 である。] を含有する請求項1に記載のコンパクトな省エネルギー
    ランプ。
  3. 【請求項3】色表示を向上させるために、発光体層が追
    加的な第三のまたは第四の発光体として二価のユウロピ
    ウムで活性化された式 Ba1-xEuxMgAl10O17 [式中、xは0.02<x<0.2である。] で表されるバリウム−マグネシウム−アルミナート(BA
    M)を含有する請求項1または2に記載のコンパクトな
    省エネルギーランプ。
  4. 【請求項4】色表示を向上させるために、第四または第
    五の発光体としておよび追加的な広い帯域で発光する赤
    色成分としてマンガンで活性化された以下の組成 (Y,La)1-x-yCexGdy(Mg,Zn,Cd)1-pMnpB5-q-s(Al,Ga,In)(X)sO10 [式中、XはSi,Ge,P,Zrであり、そして更に P≠0, 0.01≦x≦1−y 0≦y≦0.99 0.01≦p≦0.3 0≦q≦1.0 0<s≦1.0 である。] の硼酸塩−珪酸塩(BSCM)を使用し、その際にガドリウ
    ムの一部をテルビウムに交換してもよくそしてそれによ
    ってマグネシウム発光の他に542nmに発光極大を有する
    特徴的なテルビウム発光が生じる請求項1〜3のいずれ
    か一つに記載のコンパクトな省エネルギーランプ。
  5. 【請求項5】寿命を向上させるために、ガラスと発光体
    層との間に珪素および/または硼素および/またはアル
    ミニウムを含有する保護層が設けられている請求項1〜
    4のいずれか一つに記載のコンパクトな省エネルギーラ
    ンプ。
  6. 【請求項6】酸化アルミニウムおよび/または二酸化珪
    素より成る保護層が単独でまたは請求項5の保護層に加
    えて発光体層の内側に設けられている請求項1〜5のい
    ずれか一つに記載のコンパクトな省エネルギーランプ。
  7. 【請求項7】保護層を湿式法によってあるいは熱分解法
    によって管表面に設ける、請求項1〜6のいずれか一つ
    に記載のコンパクトな省エネルギーランプ。
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