KR0145631B1

KR0145631B1 - 수은증기방전등용형광체와 이 형광체를 이용한 수은증기 방전등 및 이 방전등을 이용한 조명장치

Info

Publication number: KR0145631B1
Application number: KR1019940018542A
Authority: KR
Inventors: 아키오 와타나베; 나오키 쇼지; 마사아키 다마타니; 후미야스 야나기사와; 겐지 데라시마
Original assignee: 사토 후미오; 가부시키가이샤 도시바; 가노 다다오; 도시바 라이테크 가부시키가이샤
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1998-08-01
Also published as: US5604396A; KR950004365A; TW268132B; DE69431331T2; DE69431331D1; EP0638625A1; EP0638625B1

Abstract

본 발명은 수은증기방전등 및 이 방전등을 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 185nm의 자외선에 의한 악화가 제어되는 동시에 수은과 반응하여 악화하는 것도 제어되는 수은증기방전등용형광체및 램프수명과 품질이 개선되고, MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, α-Al₂O₃및 BeO중의 적어도 1종류 이상의 금속산화물을 주체로 하는 연속피막층이 표면에 포위형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용형광체이며, 형광체 표면에 특정한 금속산화물을 주체로 하는 연속피막층을 형성했기 때문에 이 연속피막층은 185nm의 자외선을 차단 또는 줄여서 형광체의 악화를 억제하고 수은과 형광체의 반응을 억제하는 것을 특징으로 한다.

Description

수은증기방전등용형광체와 이 형광체를 이용한 수은증기방전등 및 이 방전 등을 이용한 조명장치

제 1 도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 형광램프의 사시도,

제 2 도는 동실시예의 형광체의 구조를 모식적으로 나타내는 확대한 단면도,

제 3 도는 본 발명의 다른 실시예에 관련되는 형광체의 구조를 모식적으로 나타내는 확대한 단면도,

제 4 도는 수종의 금속산화물에 대하여 분광투과율을 나타내는 도면,

제 5 도는 제1도의 형광램프를 광원으로써 이용한 조명장치의 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 발광관 4 : 전극

5 : 형광체피막 6 : 형광체

7 : 형광체분말 8 : 금속산화물의 연속피막층

20 ; 조명기구본체 21 : 램프소켓

22 : 안정기

본 발명은 고부하형광램프등의 형광체피막에 이용하기에 유효한 수은증기방전등용형광체 및 이를 이용한 수은증기방전등 및 이 방전등을 이용한 조명장치에 관한 것이다.

수은증기방전등, 예를 들면 형광램프는 일반조명을 비롯하여 최근에는 OA기기용광원, 거대화면용의 화소광원, 액정디스플레이 백라이트등의 넓은 분야에서 사용되고 있다. 또 3파장형 형광램프는 일반조명용으로써 고효율성과 고연색성을 동시에 만족하기 때문에 근래 눈부시게 보급되고 있는 중이다.

이와 같은 형광램프는 투명유리관으로 이루어지는 발광관벌브의 내측에 형광체피막을 형성하고 있으며 이 벌브내에 수은과 1종류 또는 2종류 이상의 희가스를 포함하는 혼합가스를 충진하고 있으며 상기 벌브의 양단부에 설치한 전극간에 양광주(陽光柱)방전을 발생시키도록 구성되어 있다.

상기 전극간에서 방전을 발생시키면 발광관내의 수은이 증발되는 동시에 수은 원자가 여기 및 전리되게 되며 이 수은원자가 여기할 때에 발하는 수은 공명선인 185nm 및 254nm의 자외선이 상기 관벽에 형성된 형광체에 의하여 가시광으로 변환되고 이 가시광이 발광관의 외부로 방출되게 되어 있다.

이와 같은 형광램프는 점등시간의 경과에 동반하여 광속이 저하한다는 문제가 있다. 특히 고부하형광램프의 경우에 광속의 저하가 현저한다.

고부하형광램프에서 광속이 저하한다는 특유의 원인은 일본 특허공개 제 91-45505호공보에 개시되어 있는 바와 같이 두가지의 이유가 생각되고 있다.

그 하나는 형광체피막을 구성하는 형광체 자체가 악화한다는 점이다.

저부하의 형광램프에서는 통상 수은에서 발해지는 자외선은 그 대부분이 254nm의 자외선이며 185nm의 자외선은 자외선 전체의 10∼12%정도를 차지할 뿐이지만 이 185nm의 자외선이 형광체 자신을 악화시키는 성질이 있다고 불리우고 있다.

통상의 저부하의 형광램프에서는 이와 같이 수은에서 방출되는 185nm의 자외선은 자외선 전체에 대하여 상기한 바와 같이 겨우 12% 정도밖에 차지하지 않지만 고부하에서 사용하면 254nm에 대한 185nm의 강도비가 커지기 때문에 185nm의 자외선에 의한 형광체의 악화가 현저해진다.

최근 형광램프는 직선관형의 것에 한정되지 않고 원형상, U자형상, 안장형상등 여러가지의 형상으로 소형화하고 있다. 형광램프의 소형화가 진전됨에 따라서 형광램프의 관벽부하가 높아지기 때문에 이 결과 통상의 것에 비하여 광속의 저하율이 커져서 실용상 문제가 된다.

한편 형광램프가 점등시간의 경과에 동반하여 광속의 저하를 발생시키는 원인의 두번째 이유로서는 종래부터 일반적으로 지적되고 있는 바와 같이 점등중에 관말단부의 관벽흑화, 전체면흑화가 발생하는 것이다. 이들의 흑화 현상의 주원인은 전극물질과 유기물바인더의 잔류물질등이 관벽에 부착함에 따라 발생하는데 이와 같은 관벽부착에 의한 흑화발생외에 수은과 그 화합물이 유리관 내벽에 도포한 형광체에 부착하여 수은과 반응하고 형광체를 변질, 변색시켜서 형광체를 악화시키는 것도 지적되고 있다.

형광체에 수은이 부착하는 것은 형광체의 수은과의 사이에서 전기적인 흡인력이 발생하여 양자가 맞당기기 때문이라 생각된다. 또 형광체에 방전공간의 이온과 원자가 충돌함에 따른 형광체의 변질도 광속저하의 원인이라고도 불리우고 있다.

고부하형광램프에 대한 광속유지율을 개선하는 대책으로서 상기 일본 특허공개 제 91-45505호 공보에서는 185nm의 자외선에 대한 악화가 적고 수은과의 반응성이 낮은 형광체를 이용하는 것이 제안되고 있다. 그러나 이 제안은 고부하형광램프에 사용하는 형광체가 특정한 조건을 만족하는 형광체에 한정된 것이다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로 그 목적으로 하는 바는 파장 185nm의 자외선에 의한 악화가 억제되는 동시에 수은과 반응하여 악화하는 것도 억제할 수 있는 수은증기방전등용형광체 및 이 형광체를 이용하여 램프수명과 품질이 개선되는 수은증기방전등 및 이 방전등을 이용한 조명장치를 제공하려 하는 것이다.

본 발명의 제1포인트는 형광체표면에 특정한 금속산화물을 주체로 하는 연속피막층을 포위형성하여 파장 185nm의 자외선이 해당 피막을 투과하지 않도록 하여 형광체를 보호하는 것이다. 또 제2포인트는 형광체와 수은과의 접촉을 이 연속막층에 의해 실질적으로 방지하고 수은과 형광체의 반응을 억제하는 것에 있다.

다음으로 제3포인트로써는 금속산화물의 금지대의 에너지갭은 5eV∼8eV이며 파장 185nm의 자외선의 양자에너지에 대략 일치하고 있는 것에 있다.

금속산화물을 구성하는 금속이온의 전기음성도가 수은이온의 전기음성도(값은 9.0)에 근사하고 있기 때문에 수은과의 전기적흡인력이 낮고 수은율 흡착하기 어려운 성질을 갖고 있으며 연속피막층 자체의 악화 및 착색에 의한 광속저하를 억제할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 도면에 나타내는 한 실시예를 기초로 하여 설명한다.

제1도는 직관형형광램프를 나타내는 것이며 부호 1은 소오다석회유리로 이루어지는 발광관벌브이다. 이 벌브(1)의 단부는 스템(2)(2)에 의해 폐쇄되어 있으며 이들 스템(2)에는 도입선(3)이 기밀하게 관통되어 있다. 각 도입선(3…)에는 전극(4)이 붙여 고정되어 있으며 이들 전극(4)은 텅스텐 필라멘트로 이루어지는 코일에 의해 형성되어 있다. 이들 전극에는 도시하지 않은 BaO, SrO, CaO등으로 이루어지는 전자방사물질(에미터)이 도포되어 있다.

상기 벌브(1)의 단부에는 꼭지쇠(10)가 피착되어 있으며 이들 꼭지쇠(10)에 돌출설치한 꼭지쇠핀(11)은 상기 도입선(3)과 전기적으로 접속되어 있다.

그리고 발광관(1)내에는 소정량의 수은과 소정압력의 아르곤등으로 희가스가 봉입되어 있다.

벌브(1)의 내면에는 형광체피막(5)이 형성되어 있다. 이 형광체피막(5)은 예를 들면 안티몬·망간부착활성할로인산염형광(Ca₅(PO₄)₃(F, C1) : Sb, Mn)이어도 좋지만 희토류형광체로 이루어지는 3파장발광형광체를 사용해도 좋다.

3파장발광형광체는 적, 청, 녹의 각 파장영역에 발광하는 3종류의 희토류 형광체를 혼합하여 이용한 것이며, 예를 들면 적색계형광체에는 (Y_0.955Eu_0.045)₂O₃로 나타내어지는 3가이 유로퓸 부착활성산화이트륨, 청색계형광체에는(Sr_0.55Ca_0.35Ba_0.09Eu_0.01)₁₀(PO₄)₆C1₂로 나타내어지는 2가의 유로퓸부착활성할로인산염형광체 및 녹색발광형광체로써(La_0.50Ce_0.35Tb_0.15)₂O₃·0.985P₂O₅·0.0005B₂O₃로 나타내어지는 세륨을 함유하는 테레퓸부착활성 형광체등을 이용하면 유효하다.

상기 형광체피막(5)은 제2도에 나타내는 구조의 수은증기방전등용의 형광체(6)를 도포하여 구성한 것이다. 제2도에 나타내는 형광체(6)는 형광체본체가 되는 상기 할로인산염형광체와 3파장발광형광체로 이루어지는 미립자의 형광체분말(7)을 연속피막층(8)으로 포위하여 감싼 구조를 이루고 있다. 이 연속피막층(8)은 형광체분말(7)의 외표면을 전체면에 걸쳐서 연속하여 피복한 연속피막이다. 그리고 이 연속피막층(8)은 185nm이 자외선투과율이 50% 미만이고 254nm의 자외선투과율이 90% 이상의 금속산화물로 이루어지는 보호물질에 의해 형성되어 있다. 그러나 다음의 금속산화물도 보호물질로서 유효하다.

산화란탄(La₂O₃), 산화사마륨(Sm₂O₃), 산화가돌리늄(Gd₂O₃), 산화디스프로슘(Dy₂O₃), 산화홀뮴(Ho₂O₃), 산화에르븀(Er₂O₃), 산화이테르븀(Yb₂O₃), 산화루테튬(Lu₂O₃), 알파알루미나 즉 알파형 결정구조를 갖는 산화알루미늄(α-Al₂O₃) 및 산화베릴륨(BeO)의 적어도 한 종류.

이 보호물질로써는 특히 산화마그네슘(MgO), 산화이트륨(Y₂O₃), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화스트론튬(SrO)의 적어도 1종류 이상을 이용하는 것이 바람직하다.

연속피막층(8)은 형광체분말의 표면에 금속산화물을 0.005중량%의 범위에서 부착시킴에 따라 형성되어 있다.

제4도는 4종류의 금속산화물에 대하여 분광투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

특성(a)은 MgO(평균막두께 1.4㎛), 특성(b)은 Y₂O₃(평균막두께 0.7㎛), 특성(c)은 ZrO₂(평균막두께 0.2㎛)및 특성(d)은 산화탄탈(Ta₂O₅)(평균막두께 0.2㎛)의 각각 분광특성이다.

도면에서 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂는 각각 약 220nm 이하의 자외선의 투과율이 낮고 254nm 이상의 자외선의 투과율이 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여 Ta₂O₅는 380nm 이하의 자외선의 투과율이 낮고, 즉 자외선의 대략 전체영역(400nm 이하)의 파장을 차단해 버리기 때문에 Ta₂O₅가 형광체 본래가 파장 254nm의 자외선을 가시광으로 변환하는 본래의 기능을 손상하게 되어 발광효율이 현저히 낮아진다.

한편 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂는 스은의 공명선인 185nm의 자외선을 차단하는 기능이 있으며, 또한 220nm 이상의 파장을 양호하게 투과하기 때문에 형광체의 악화를 방지하는 동시에 가시광변환성능을 높게 유지하는 것이다.

상기한 바와 같이 램프의 관벽부하가 높이지면 185nm의 자외선강도의 증가율은 245nm의 자외선강도의 증가율을 상회하고, 185nm의 자외선의 245nm의 자외선에 대한 강도비가 증가하고 자외선 악화가 심해진다. 예를 들면 정격입력 40W이고 발광관의 내부직경이 37㎜, 전체길이 1200㎜이며 관벽부하는 0.029W/㎠인 일반의 형광램프(FL40)에서는 185nm의 자외선이 245nm의 자외선에 대한 강도비는 0.12이다. 이에 대하여 정격입력 60W이고 발광관의 내부직경이 37㎜, 전체길이 1200㎜이며 관벽부하는 0.043W/㎠인 고출력형광램프(FLR60H·DA)는 185nm의 자외선의 245n m의 자외선에 대한 강도비는 0.2정도로 일반형광램프의 값보다도 높은 값이 된다.

이와는 고부하형광램프에 본 발명에 의한 형광체(6), 즉 형광체분말(7)의 외표면을 연속피막층(8)으로 감싼 형광체를 이용하면 이 연속피막층(8)은 파장 254nm의 자외선을 투과시키지만, 그러나 185nm의 자외선을 차단 또는 반사하기 위해 형광체분말(7)에 들어가는 185nm의 자외선의 양이 현저하게 줄고 고부하형광램프에 있어서도 자외선에 대한 강도비가 0.15정도 이하로 하는 것과 같은 값이 되며 형광체의 자외선에 의한 악화를 방지하고 광속유지율을 현저하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.

상기와 같은 구성의 발명의 효과를 확인하기 위해 실험한 결과를 설명한다.

[실시예A]

실온대기하에서 에탄올 500ml에 SrB₄O₇: Eu로 이루어지는 형광체분말을 메슈를 통하여 가하고 이것을 교반하여 에탄올속에 형광체를 분산시킨다.

또한 SrB₄O₇: Eu는 일반적인 형광램프에 사용되고 있는 안티몬·망간부착 활성할로인산염형광체(Ca₅(PO₄)₃(F, Cl): Sb, Mn)형광램프등에 비하여 185nm의 자외선에 대한 악화가 특히 현저한 형광체이며 이 형광체로 실험하면 그 효과가 현저하게 나타나는 것에서 이 형광체를 채용한 상기 형광체의 분산액에 소성후의 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 금속산화분말이 각각 상기 형광체에 대한 중량비로 0.005중량%∼3.0중량%의 범위, 구체적으로는 대략 1중량%가 되도록 이들 금속산화물의 금속알콕시드용액을 가하고, 또한 소정시간 교반한다. 이에 따라 대기중의 수증기에 의하여 금속알콕시드용액이 가수분해하고 그 금속산화물이 형광체분말의 표면에 중합한다. 이때 분해·증합반응을 제어하기 위해 금속알콕시드용액은 온도를 70∼90℃정도로 유지한다. 이후 잉여의 알콜용매를 제거하고 120℃에서 건조시켜서 더욱 용매를 비산시키고 500℃에서 20분간 소성하면 용매와 수분이 제거된다.

따라서 각각 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 금속산화물의 연속피막층(8)을 형성한 형광체(6)를 얻을 수 있다.

이들 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂의 분광투과율은 앞서 제4도를 기초로 하여 설명한바와 같으며 185nm의 자외선의 투과율이 낮고 254nm 이상의 자외선투과율이 높은 것이 확인되고 있다.

이와 같은 형광체(6)를 각각 발광관벌브의 내면에 종래와 똑같은 방법으로 도포하고 형광램프를 제조했다. 똑같이 금속산화물의 연속피막층(8)을 형성하지 않은 형광체의 램프도 준비했다. 또 비교를 위해 연속피막층(8)을 감마(γ)형 결정구조를 갖는 산화알루미늄(γ-Al₂O₃)에 의해 형성한 것을 동일조건으로 측정했다.

램프는 내부직경이 13.5㎜, 관길이가 350㎜, 관벽부하가 0.07W/㎠의 램프이다.

이와 같은 형광램프에 대하여 점등시간의 경과에 동반하여 광속유지율이 어떻게 변화하는가를 조사했다. 이 결과를 하기의 표1에 나타낸다.

상기 표1에서 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 금속산화물의 연속피막층(8)을 형성한 형광체(6)를 이용한 형광램프는 점등 2000시간을 경과해서도 70%이상의 광속유지율을 유지할 수 있고 수명특성이 양호한 것이 확인되었다.

이에 대하여 연속피막층이 없는 형광체를 이용한 램프는 광속유지율이 50% 이하로 현저하게 저하하는 것을 알 수 있다. 또 연속피막층(8)을 γ-Al₂O₃에 의해 형성한 것도 광속유지율이 현저히 저하하는 것이 확인되었다.

또한 금속산화물로써는 상기 MgO, Y₂O₃및 ZrO₂에 한정되지 않고 앞서 설명한 La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, SrO, 알파 알루미나, α-Al₂O₃및 BeO의 어느쪽인가, 또는 이들을 혼합하여 이용해도 좋다.

상기 금속산화물은 185nm의 자외선을 차단 또는 줄이고, 그러나 254nm의 자외선의 투과율이 높은 특성을 갖지만, 또한 그 자체가 수은에 대하여 낮은 반응성을 갖고 있기 때문이다.

상기 금속산화물의 전자금지대의 에너지갭을 조사하면 표2에 나타내는 바와 같이 어느쪽도 대개 5eV 이상이고 8eV 이하의 범위에 있는 것을 확인할 수 있었다.

5eV 이상이고 8eV 이하의 에너지갭은 자외선의 양자에너지에 대응하고 있는 것이라고 추정된다. 즉 5eV 미만의 에너지갭에서는 254nm의 자외선도 금속산화물에 흡수되어 버리고 형광체에 닿지 않게 된다. 한편 8eV를 넘는 에너지갭에서는 185nm의 자외선도 금속산화물에 흡수되지 않게 되는 것이라고 추정된다. 다만 에너지갭과 이에 대응하는 자외선의 양자에너지는 엄밀한 대응이 취해져 있지 않지만 이것은 연속피막층(8)의 구조에 격자결함, 그밖에 원인이 있기 때문이라고 생각된다.

이들의 금속산화물을 구성하는 금속이온의 전기음성도를 조사하면 표2에 나타낸대로 형광체의 악화방지효과가 있는 금속산화물은 전기음성도가 대개 5이상이며 9이하이다. 이 범위에 있는 금속산화물로써 산화칼슘(CaO). 산화바륨(BaO)등이 있다.

이것은 금속산화물을 구성하는 금속이온의 전기음성도가 산화이온의 전기음성도(9.0)에 가까운 것으로 전기적흡인력이 발생하기 어려워지는 것에서 설명할 수 있다. 즉 금속산화물을 구성하는 금속이온의 전기음성도가 5보다 낮아져도, 또 9보다 커져도 산화수은의 전기적흡인력이 커져서 흡착하기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.

같은 금속산화물피막이어도 금속산화물의 입자가 과도하게 적층되면 그 효과는 감소한다.

금속산화물이 용매에 좋게 녹아 있지 않은 금속알콕시드용액을 이용하여 연속피막층(8)을 형성한 경우에도 잔류된 금속산화물입자가 가시광의 투과율 및 254nm의 자외선투과율을 저하시킨다.

본 발명의 형광체의 있어서의 바림직한 금속산화물피막의 피착량은 0.005∼3.0중량%의 범위이다.

또한 본 발명에 이용되는 형광체로써는 다음에 나타내는 것이 사용되는데 이에 한정되는 것은 아니다.

일반식: a(M₁, Eu)O·bAl₂O₃

(식중 M₁은 Zn, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Rb 및 Cs에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 나타내는 동시에 a0, b0, 0.2≤a/b≤1.5이다. 이하 같음)

으로 나타내어지는 2가의 유로퓸 및 망간부착활성알루민산염형광체

일반식: a(M₁, Eu, Mn)O·bAl₂O₃

로 나타내어지는 2가의 유로퓸 및 망간부착활성알루민산염형광체,

일반식: (M₂, Eu)10 (PO₄)₆·X₂

(식중 M₂은 Mg, Ca, Sr 및 Ba에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 X는 F, C1 및 Br에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 나타낸다)

로 나타내어지는 2가의 유로퓸부착활성할로인산염형광체등의 청색 내지 청녹색발광형광체:

일반식: (Y_1-sEu_s)₂O₃

(식중 0.005≤s≤0.20이다. 이하 같음)

로 나타내어지는 3가의 유로퓸부착활성산화이트륨형광체.

일반식: (Y_1-sEu_s)₂O₂S

로 나타내어지는 3가의 유로퓸부착활성3황화이트륨형광체,

일반식: (Y_1-sEu_s)(P, V)O₄

로 나타내어지는 3가의 유로퓸부착활성(인산)버나딘산이트륨형광체등의 적색발광형광체;

일반식:

(RE_1-x-yTb_xCe_y)₂O₃·cAl₂O₃·bSiO₂·eP₂O₅

(식중 RE는 Y, La 및 Gd에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 나타내는 동시에 x0, y0, 0.1≤x+y≤0.7, c≥0, d≥0, e0,

0.8≤c+d+e≤1.30이다. 이하 같음)

일반식:

(RE_1-t-uTb_xCe_y)₂O₃·fSiO₂·gP₂O_5a·hB₂O₃

(식중 f≥0, g0, 5.0×10^-6≤h≤6.0×10^-3, 0.8≤f+g+h≤1.30이다)

일반식:

(RE_1-t-uTb_tCe_u)₂O₃·iM₃O·j(A1_1-vB_v)₂O₃

(식중 M₃는 Zn, Mg, Ca, Sr 및 Ba에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 나타내는 동시에 0.5≤i≤4.0, 2.0≤j≤14.0, 0t+u≤1.0, v≤1.0×10^-4이다)

등으로 표시되는 녹색발광희토류형광체; 등을 이용하면 유효한다.

상기한 각 형광체는 예를 들면 이하와 같이 하여 조정된다.

즉 우선 원하는 조성의 형광체분말을 준비하고 이 형광체분말을 목적으로 하는 금속산화물피막층을 형성할 수 있는 금속알콕시드의 알콜용액등의 유기용제용액속에 첨가하고 충분히 교반한 후 용제성분을 제거한다. 이 단계에서 우선 형광체입자표면에 금속알콕시드의 피막이 형성된다. 이후 적당한 온도에서 상기 형광체를 가열처리하여 금속알콕시드를 분해해서 금속산화물 피막층을 형성한다. 금속알콕시드로써는 M(OCH₃)₂, M(OC₂H₅)₂, M(OC₃H₇)₂, M(OC₄H₉)_z(M은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 Y에서 선택되는 1종류, z는 M의 가수(價數)이다)등의 여러가지의 것을 사용할 수 있다. 또 금속산화물의 부착량은 용액속에 있어서의 금속알콕시드농도등에 의해 조정할 수 있다.

본 발명의 형광램프는 형광체입자를 금속산화물의 연속피막층(8)으로 포위 형성된 형광체(6)를 이용한 것이기 때문에 특히 관벽부하가 0.05W㎠ 이상의 고부하형의 것에 대하여 유효하다. 상기한 본 발명의 형광체를 이용함에 따라 광속의 저하율을 안정되게 제어하는 것이 가능하게 된다.

효과를 확인하기 위해 실험을 실시하여 표3 및 표4에 그 결과를 나타낸다. 이 실험에서는 각 실시예와 동일한 형광체조성을 이용하지만 금속산화물로 구성한 피막층이 없는 형광체를 도포한 형광램프를 제작하여 각각의 초기 발광출력 및 1000시간 점등후의 발광출력의 값을 각각 100%로 했을 때의 상대 비교값을 측정했다.

또 각 실험예와, 동일조성의 형광체를 이용하여 표면에 금속산화물의 분말(다만 연속막은 형성하고 있지 않은)을 부착시킨 형광체를 이용하여 형광램프를 제작하고 초기및 1000시간의 변동폭을 측정했다.

표3의 실험예1 내지 실험예3에 대하여 구체적으로 설명한다.

[실험예1]

우선 메톡시에탄올[CH₃0CH₂CH₂OH]100cc에 금속마그네슘을 0.12g 용해하고 디에톡시마그네슘[Mg(C₂H₅)₂]용액을 제작했다.

한편 (Sr_0.55Ca_0.35Ba_0.09Eu_0.01)₁₀(PO₄)Cl₂로 나타내어지는 청색발광형광체 18.5g과 (La_0.50Ce_0.35Tb_0.15)₂O₃·0.985P₂O₅·0.005B₂O₃로 나타내어지는 녹색발광형광체 40.0g과 (Y_0.955Eu_0.045)₂O₃로 나타내어지는 적색발광형광체 41.5g을 상기 디에톡시마그네슘용액에 첨가하고 충분히 교반했다. 그후 상기 슬러리를 70℃ 전후의 온도로 10시간 정도 유지하고 에탄올을 휘산시켰다. 이 상태에서는 형광입자의 표면에 디에톡시마그네슘의 피막이 대략 균일하게 형성되어 있다.

다음으로 상기 디에톡시마그네슘피막을 갖는 형광체를 550℃ 전후의 온도로 1시간 정도 가열하고 디에톡시마그네슘을 산화마그네슘으로 분해했다.

이와 같이 하여 얻어진 형광체입자는 그 표면에 0.2중량%의 MgO피막이 균일하게 형성된 것이었다.

다음으로 상기한 MgO피막을 갖는 3파장형형광체를 이용하여 종래부터 자주 채용되고 있는 방법에 의해 제1도에 나타내는 바와 같은 4W의 형광체램프, FL4(밸브직경 15.5㎜, 관벽부하 0.11W/㎠)를 제작하고 초기(제작직후)발광출력, 1000시간 점등후의 발광출력 및 그들 발광출력의 변동을 측정, 평가했다.

이것을 표3의 실험예1로서 나타낸다.

이 경우의 비교시료로써 MgO의 분말을 사용하고 표면에 MgO의 분말(연속피막층은 아니다)을 부착시킨 3파장발광형발광형광체(실험예1과 동일조성)를 이용하여 똑같이 형광램프를 제작하고 그 특성을 비교했다.

측정결과는 초기발광출력 및 1000시간 점등후의 발광출력은 함께 금속산화물의 연속피막층을 형성한 형광체를 이용하는 편이 변동폭이 작은 것이 확인되었다.

즉 이 비교에 의해 실험예1에 의한 형광체를 이용한 형광램프는 초기 발광출력 100.5%이고 그때의 금속산화물을 이용하지 않은 형광체의 경우에 대한 변동폭은 ±1.5%이며, 또 1000시간 점등후의 발광출력은 101.0%이고 그때의 금속산화물을 이용하지 않은 형광체의 경우에 대한 변동폭은 ±1.5%였다. 이에 대하여 연속피막층이 아닌 금속산화물의 분말을 이용한 비교시료의 형광램프는 초기발광출력의 변동폭이 금속산화물을 이용하지 않은 형광체의 경우에 비하여 ±3.5%이며, 또 1000시간 점등후의 발광출력의 변동폭은 금속산화물을 이용하지 않은 형광체의 경우에 비하여 ±5.0%였다.

이와 같이 본 발명의 형광체를 이용하는 것으로 초기발광출력 및 1000시간 점등후의 발광출력의 각 특성과 함께 변동폭이 작은 안정된 특성을 갖는 형광램프를 얻을 수 있다.

[실험예2]

크실렌 150cc에 트리메톡시이트륨[Y(OCH₃)₃]를 1.21g 용해했다. 이 트리메톡시이트륨용액에 (Y_0.960Eu_0.040)₂O₂S로 나타내어지는 적색발광형광체 150g을 첨가하여 충분히 교반했다. 그후 상기 슬러리를 70℃ 전후의 온도로 유지하고 메탄올을 휘산시켜서 분말상태로 했다. 다음으로 상기한 형광체를 600℃ 전후의 온도로 5시간 정도 가열했다. 이와 같이 하여 얻어진 형광체 입자는 그 표면에 0.5중량%의 Y₂O₃피막이 형성된 것이었다.

이 적색발광형광체를 이용하여 상기 실험예1과 똑같이 형광램프를 제작하고 동일 조건에서 특성을 측정, 평가했다. 그 결과를 표3의 실험예2로서 나타낸다. 또한 표중의 비교시료는 금속산화물을 미분말로서 부착시킨 (연속피막층은 아니다)형광체를 이용하는 이외는 실험예1과 동일조건으로 제작한 형광램프의 측정결과이다. 이하 똑같이 한다.

[실험예3]

부틸알콜[C₄H₉OH] 150cc에 디부톡시바륨[Ba₂(OC₄H₉)₂]을 0.139g 용해했다. 이 디부톡시바륨용액에 (La_0.60Ce_0.25Tb_0.15)₂O₃·0.995P₂O₅로 나타내어지는 녹색발광형광체 150g을 첨가하고 충분히 교반했다. 그 후 상기 슬러리를 80℃ 전후의 온도로 유지하고 부틸알콜을 휘산시켜서 분말상태로 했다. 다음으로 상기한 형광체를 600℃ 전후의 온도에서 5시간정도 가열했다.

이와 같이 하여 얻어진 형광입자는 그 표면에 0.05중량%의 Ba₂O피막이 균일하게 형성된 것이었다.

이 녹색발광형광체를 이용하여 실시예1과 똑같이 형광램프를 제작하고 동일조건으로 특성을 측정, 평가했다. 그 결과를 표3의 실험예3으로서 나타낸다.

[실험예4∼14]

실험예4∼14에 대해서의 평가는 생략하지만 이들의 결과는 표3 및 표4에 나타낸다. 실험예13,14는 그 측정결과에서 실시에는 적합하지 않은 것이 후술하는 바와 같이 이해된다.

이들 표3 및 표4의 결과에서 확실한 바와 같이 본 발명에 의한 형광체를 이용한 형광램프는 초기발광출력을 종래의 것과 대략 동등하게 유지하는 동시에 장시간 점등후의 발광출력의 저하가 억제되어 있으며, 또한 형광출력의 변동이 현저하게 작고 특성이 매우 안정된 것이 얻어지는 것을 알 수 있다.

그리고 표4의 실험예13 및 14, 금속산화물의 연속피막층을 형성한 형광체이어도 형광체에 대한 부착량(농도)이 0.005중량%∼3.0중량%의 범위를 어긋난 경우의 예를 나타내는 것이다. 즉 바람직하지 않은 예1은 금속산화물의 부착량이 부족한 것에서 초기 및 1000시간 점등후의 변동폭이 금속산화물을 미분말로서 부착시킨(연속피막층은 아니다) 형광체와 동등정도가 되어 효과를 얻을 수 없다. 또 바람직하지 않은 예2는 금속산화물의 부착량이 과잉이 되는 것에서 초기의 광속이 큰 폭으로 저하하기 때문에 이것도 바람직하지 않다.

제2도에 나타내는 실시예의 경우 형광체(6)는 형광체분말(7)의 외표면을 254nm의 자외선을 투과하여 185nm의 자외선을 차단 또는 줄이는 단일의 연속파막층(8)으로 감싼 형광체를 구성했지만 본 발명은 제3도에 나타내는 다른 실시예와 같이 형광체분말(7)을 복수의 층으로 감싸서 구성해도 좋다.

제3도에 나타내는 구성은 형광체분말(7)의 외표면을 2개의 층(8a)(8b)으로 감싸고 내측의 층(8a)에는 주로 185nm의 자외선을 차단 또는 줄이는 기능을 갖게 하고 외측의 층(8b)에는 주로 수은의 부착을 방지하는 기능이 강한 연속층으로 감싼 것이다.

제5도는 제1도의 형광램프를 조명기구에 부착하여 구성한 조명장치의 예를 나타낸다. 즉 도면에 있어서 20은 천정부착형조명기구의 본체이며 이 기구본체(20)의 긴쪽방향양단에는 램프소켓(21)(21)이 서로 대향하여 배치되어 있다. 이들 소켓(21)(21)간에 제1도에 나타내는 형광램프(30)가 그 꼭지쇠(10)(10)의 꼭지쇠핀(11)을 걸어 맞추어 부착되어 있다. 기구본체(20)에는 램프의 안정점등을 유지하기 위한 점등회로부품으로서 안정기(22)가 수용되어 있다. 상기 형광램프(30)는 상기 안정기(22)를 통하여 도시하지 않은 전원에 접속되어 있다.

이와 같은 조명장치에 따르면 상기 램프(30)가 장기에 걸쳐서 광속의 유지율이 우수하기 때문에 수명특성이 우수한 조명장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 실시예의 구조에 제약되는 것은 아니고, 예를 들면 형광램프의 형상은 띠형형광램프와 U자형, H자형밸브에 의해 형성된 콤팩트형형광램프등이어도 좋다.

또 연속피막층의 구성요소로서, 예를 들면 막강도향상을 위해 첨가물을 넣거나 해도 좋다.

또한 연속피막층은 피막을 구성하는 물질이 실질적으로 연결되어 있는 것을 의미하는데 본 발명의 효과를 손상하지 않는 정도로 부분적으로 연속하고 있지 않은 부분이 존재하고 있어도 좋다.

그리고 벌브의 내측에 설치된 형광체피막이란 벌브내벽면에 직접 또는 간접을 불문하고 형성되어 있는 것을 의미한다. 즉 투과성루브의 벽과 형광체피막과의 사이에, 예를 들면 래핏스타트형형광램프에 설치되는 투명도전성피막과 상기 연속피막층과는 다른 미립자금속산화물피막이 개재되어 있어도, 또는 개재되어 있지 않아도 어느쪽이어도 좋다.

또 양광주방전을 유지하기 위한 수단이란, 예를 들면 전극을 주체로 하여 구성되는데, 그러나 이에 한정되지 않고, 예를 들면 부전극방전램프라 불리우는 램프에 있어서는 투광성기밀구의 밖에 이른바 전구형형광램프, 복사기등의 원고조명장치등도 포함한다.

또한 본 발명의 형광체는 형광램프에 사용하는 것에 한정되는 것은 아니고 희가스방전등등의 형광체피막에도 실시 가능하다.

Claims

254nm의 자외선에 의한 여기시 광속을 위한 형광체 분말을 포함하는 형광체; 및 상기 형광체 분말상에 연속적으로 형성되고, MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물로 구성되며, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 피막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
254nm의 자외선에 의한 여기시 광속을 방사하기 위한 형광체 분말을 포함하는 형광체; 및 254nm의 자외선 분광투과율이 80% 이상이고 185nm의 자외선 분광투과율이 50% 미만인 금속산화물로 구성된 형광체 분말상에 연속적으로 형성되고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 피막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
254nm의 자외선에 의한 여기시 광속을 방사하기 위한 형광체 분말을 포함하는 형광체; 및 금지대의 에너지갭이 5eV 내지 8eV이고 185nm의 자외선을 흡수할 수 있는 금속산화물로 구성된 형광체 분말상에 연속적으로 형성되고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 피막층으로 구성된 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 금속산화물은 MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, ZrO₂, SrO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물인 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물 금속이온의 전기음성도는 5 내지 9인 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
제 1 항에 있어서, 상기 형광체 분말상에 형성되는 금속산화물의 양은 0.005 내지 3.0중량% 범위내인 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
제 6 항에 있어서, 상기 형광체는 희토류 금속을 포함하거나 희토류 금속에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 수은증기방전등용 형광체.
수은증기방전등은 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성되어 있는 형광체를 포함하는 피막층, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관 벌브내에 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 수단으로 이루어지고, 상기 형광체는 그 위에 연속적으로 형성된 피막층을 포함하며, 상기 피막층은 MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물로 구성되고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
수은증기방전등은 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성되어 있는 형광체를 포함하는 피막층, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관 벌브내에 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 수단으로 이루어지고, 상기 형광체는 그 위에 연속적으로 형성된 피막층을 포함하며, 상기 피막층은 254nm의 자외선 분광투과율이 80% 이상이고, 185nm의 자외선 분광투과율이 50% 미만인 적어도 하나의 금속산화물로 구성되고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
수은증기방전등은 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성되어 있는 형광체를 포함하는 피막층, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관 벌브내에 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 수단으로 이루어지고, 상기 형광체는 그 위에 연속적으로 형성된 피막층을 포함하며, 상기 피막층은 금지대의 에너지갭이 5eV 내지 8eV이고, 185nm의 자외선을 흡수할 수 있는 적어도 한 종류의 금속산화물로 구성되고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
제 8 항에 있어서, 상기 금속산화물 금속이온의 전기음성도는 5 내지 9인 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 피막층은 MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, ZrO₂, SrO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
제 8 항에 있어서, 상기 금속산화물의 양은 0.005 내지 3.0 중량%의 범위내인 것을 특징으로 하는 수은증기방전등.
조명장치는 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성되는 형광체를 포함하는 피막층, 형광체 분말을 포함하는 형광체, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관내에 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 제1수단을 포함하는 수은증기방전등; 및 양광주방전을 발생 및 유지시키기 위한 제1 수단에 전기 에너지를 공급하기 위한 전기회로 수단을 포함하는 형광램프를 고정하기 위한 램프 안정기로 구성되고, 상기 형광체는 그 위에 연속적으로 형성된 피막층을 포함하고, 상기 피막층은 MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물을 포함하고, 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
조명장치는 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성된 형광체를 포함하는 피막층, 형광체 분말을 포함하는 형광체, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관내에 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 제1 수단을 포함하는 수은증기방전등으로 구성되고, 상기 형광체는 254nm의 자외선 분광투과율이 80% 이상이고 185nm의 자외선 분광투과율이 50% 미만인 금속산화물로부터 상기 형광체 위에 연속적으로 형성되는 피막층을 포함하고, 상기 피막층은 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
조명장치는 발광관 벌브, 발광관 벌브의 내면에 형성되는 형광체를 포함하는 피막층, 형광체 분말을 포함하는 형광체, 발광관내에 충진된 소정량의 수은 및 소정량의 한 종류 이상의 희가스 및 발광관내 양광주방전을 발생시키기 위해 구성된 제1 수단을 포함하는 수은증기방전등으로 구성되고, 상기 형광체는 금지대의 에너지갭이 5eV 내지 8eV이고, 185nm의 자외선을 효과적으로 흡수할 수 있는 금속산화물로부터 상기 형광체 분말 위에 연속적으로 형성된 피막층을 포함하며, 상기 피막층은 금속알콕시드를 함유하는 알콜용액에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 14 항에 있어서, 상기 금속산화물 금속이온의 전기음성도는 5 내지 9인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 피막층은 MgO, Y₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, ZrO₂, SrO, α-Al₂O₃및 BeO 중 적어도 한 종류의 금속산화물로 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 14 항에 있어서, 상기 금속산화물의 양은 0.005 내지 3.0 중량%의 범위내인 것을 특징으로 하는 조명장치.