KR20070012224A - 자외선 차단 재료, 자외선 차단 가시 선택 투과 필터, 가시선택 투과 수지 재료, 광원 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 ZnO보다도 자외선을 컷트하는 파장을 장파장 측으로 시프트시켜 자외선 컷트 능력을 향상시키는 동시에, 열선 컷트 기능을 갖는 것을 과제로 한다. 상기 과제는 일반식 :(ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 재료를 이용하게 해결된다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 자외선 차단 부재의 분자 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 본 발명 및 종래예에 따른 자외선 차단 부재를 구성하는 아연 복합 산화물 미립자의 파장과 확산 반사율과의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 형광 램프의 설명도이다.
도 4는 제2 실시형태 및 비교예와의 램프의 분광 방사 강도, 투과율과의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 5는 제3 실시형태에 따른 조명 기구의 설명도이다.
도 6은 도 5의 주요부의 확대 단면도이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 자외선 차폐 재료의 XSD 측정 결과를 나타내는 특성도를 도시한다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 ZnO가 혼합된 자외선 차폐 재료의 XSD 측정 결과를 나타내는 특성도를 도시한다.
도 9는 제4 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프의 개략 정면도를 도시한다.
도 10은 제4 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프의 주요부의 확대 부분 단면도이다.
도 11은 도 10의 메탈 할라이드 램프의 분광 분포 특성도를 도시한다.
도 12는 제5 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프의 설명도를 도시한다.
도 13은 제6 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프의 설명도를 도시한다.
도 14는 제7 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프의 설명도를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 형광 램프(광원) 12 : 유리 벌브
13 : 구금 부재
14, 50, 53, 66, 69 : 자외선 컷트층(자외선 차단층)
15, 51 : 형광체층 21 : 조명 기구
22 : 기구 본체 23 : 단부
24 : 개구부 25 : 램프 소켓
26 : 램프 홀더 27 : 발광관(광원)
28 : 소켓 29 : 램프
30 : 쉐이드 31 : 기체
61, 68 : 메탈 할라이드 램프
본 발명은, 자외선 차단 재료, 이 자외선 차단 재료를 이용한 자외선 차단 가시 선택 투과 필터, 가시 선택 투과 수지 재료, 광원 및 조명 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 가옥, 빌딩 등의 건조물, 전차, 자동차, 항공기 등의 수송기, 혹은 냉장 혹은 냉동 쇼케이스 등의 창에 이용되는 유리의 표면에는, 적외선에 의한 온도 상승을 경감하거나, 또한 자외선에 의한 각종 구조물이나 식품, 그 밖의 물품 등의 열화를 방지하기 위해서, 일반적으로 적외선과 자외선 양방을 반사 또는 흡수하는 수지제 막이 점착되어 있다.
종래, 예컨대 자외선을 컷트(cut)하기 위한 막 재료에는, 산화아연(ZnO)계 재료가 주로 사용되고 있다. 그런데, 자외선을 컷트하기 위해서 사용되고 있는 ZnO 차단막에서는, 컷트 파장은 약 380 nm 이하이지만, 보다 장파장 측의 컷트가 바람직하며, 예컨대 Bi 또는 In을 도핑한 ZnO가 제안되어 있다. 한편, 열선을 컷트하는 막 재료에는, 예컨대 주석 도핑 산화인듐 분말(ITO 분말)이 사용되고 있지만, 동시에 300 내지 400 nm의 자외선을 컷트하는 재료는 거의 알려져 있지 않다. 자외선과 적외선의 양자를 컷트하는 막 재료로서는, 예컨대 ZnO:Al나, (ZnO)k In2O3(k=2 내지 20)의 육방정 복합 산화물(k : 짝수)이 제안되어 있다(특허문헌 1). 그러나, 이들 막 재료에서는, 자외선의 컷트는 ZnO와 동등하거나, 혹은 컷트 파장이 얼마쯤 단파장 측으로 시프트하기 때문에 약간 저하된다.
또한, 주지된 바와 같이, 수은 휘선의 자외선(254 nm)을 사용하여, 가시광을 방사하는 광원으로서의 형광 램프에서는, 근자외광(365 nm)이나 가시광(405 nm) 등에도 수은 휘선의 스펙트럼이 존재하고 있다. 여기서, 주된 곤충이 빨아들이는 광 곡선은 370 nm 부근이 최대이므로, 종래, 낮은 유충(誘蟲) 사양 형광 램프에는 380 nm 이하의 파장을 컷트하는 자외선 차단막이 도포되어 있다. 이러한 자외선 차단막의 재료의 대부분은 내구성, 비용면에서 ZnO나 TiO2가 사용되고 있다.
<특허문헌 1>
일본 특허 공개 2003-336034호 공보
그런데, 곤충이 빨아들이는 광 곡선의 분포는 장파장 측이 550 nm까지 넓어지고 있고, ZnO와 같은 컷트 재료에서는 컷트 파장이 약 380 nm 이하이기 때문에, 보다 장파장 측의 컷트가 바람직하다. 또한, 형광 램프는 조명 용도이기 때문에, 인간의 시감도 곡선의 하한의 파장인 410 nm 이상 컷트하는 것은 램프 효율, 연색성의 관점에서 바람직하지 못하다. 그러나, 이들 조건을 만족하는 적절한 무기 재료가 존재하지 않기 때문에, 약 410 nm 전후의 컷트는 플라스틱제 필름이나 튜브 혹은 유기 화합물을 사용함으로써 실용화되어 있다.
여기서, 플라스틱제 필름이나 튜브 혹은 유기 화합물을 이용하는 경우에는, 형광 램프의 외측관에 피복하기 때문에 제조가 번잡한 동시에, 비용도 비싸진다. 또한, 내열성이나 자외선에 의한 열화에 의한 내구성도 문제이다. 더욱이, ZnO에 In을 도핑한 막이 장파장 측까지 컷트할 수 있는 것이 개시되어 있지만, 제조 비용이나 공정수가 많다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, ZnO보다도 자외선을 컷트하는 파장을 장파장 측으로 시프트시켜 특정 파장의 빛의 컷트 능력을 향상시킨 자외선 차단 재료 및 이 재료를 이용한 자외선 차단 가시 선택 투과 필터, 가시 선택 투과 수지 재료, 광원을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 자외선 차폐 재료는, 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재한 자외선 차폐 재료는, 상기 아연 복합 산화물 미립자의 In의 일부가 La, Ga, Al 중 어느 하나로 치환되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명자들은, ZnO에 In을 도핑한 막을 형광 램프에 사용한 경우의 과제를 해결하기 위해서, 여러 가지 연구를 거듭한 바, 먼저 (ZnO)k In2O3의 분체를 수용액화하여 막으로 하는 방법을 생각했다. 그러나, (ZnO)k In2O3의 분체만으로는 410 nm까지의 컷트율은 높지만, 500 nm 이상의 흡수가 많아 광속이 저하되고, 나아가서는 입자 지름이 크면 자외선이 약간 투과되어 버리는 문제가 있었다. 본 발명자들은, 이러한 점을 배려하여 더욱 연구를 진행시킨 결과, 아연 복합 산화물의 결정 구조를 최적화함으로써 컷트 파장을 장파장 측에 컷트시키는 것이 가능하다는 것을 알 아내어 본 발명을 구명하기에 이르렀다.
청구항 3에 기재한 자외선 차단 재료는, 상기 아연 복합 산화물 미립자가 Si, Al, Zr의 적어도 1종의 금속 산화물로 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재한 자외선 차단 가시 선택 투과 필터는, 상기 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 한 것을, 무기 또는 유기 바인더를 사용하여 성막함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재한 가시 선택 투과 수지 재료는, 상기 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 하고, 수지에 혼합하여 성형함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재한 광원은, 투광성 용기의 내면 또는 외면에 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자로 이루어지는 자외선 차단 재료로 형성된 자외선 차단층이 설치되어 있고, 상기 용기의 내부에 발광 수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 발광수단으로서는, 방전에 의한 분자(기체) 발광, 형광체층으로부터의 여기 발광, 백열 필라멘트나 LED 등의 고정 발광을 각각 일으키는 구성을 들 수 있다.
청구항 7에 기재한 광원은, 자외선 차단 재료의 일반식 : (ZnO)kIn2O3 중의 k는 5인 것을 특징으로 한다. 여기서, 「k」는 큰 홀수일수록 가시광 투과율이 높아 지지만, 7을 넘으면 제조가 곤란하며, 자외선 차단 특성도 변화되기 쉽기 때문에, 5가 적당하다.
청구항 8에 기재한 광원은, 상기 자외선 차단층에, ZnO 미립자, TiO2 미립자, CeO2 미립자, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 미립자가 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재한 조명 장치는, 상기 광원을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은, 예컨대 양조소, 사탕 제조소 관련, 슈퍼, 편의점, 백화점의 식품 판매장의 쇼케이스 등의 식품 관계, 의류품점, 쇼윈도우, 백화점의 의류품 판매장 등의 의류 관계, 학술적으로 귀중한 작품을 전시하는 미술관 박물관 관계, 인쇄 공장, 제지 장소, 서점, 문구점, 사무실 등의 종이 제품을 많이 취급하는 지류 관계와 같이 넓은 분야에서의 자외선 차단 재료, UV 차단 필름, UV 차단 시트로서 사용 가능하다.
본 발명에 있어서, 자외선 차단 재료는, 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자를 주성분으로 한 것을 특징으로 한다. 여기서, 식 중에서, k=5가 가장 바람직하지만, k=3, 7등의 홀수라도 좋다. 도 1은 본 발명에 따른 자외선 차단 재료(식 중의 k가 5인 경우)의 분자 구조를 모식적으로 도시한 도면이며, InO2 -층(1)과 (ZnO)5 +층(2)이 순차 적층된 구성으로 되어 있다. 또한, (ZnO)5 +층(2)에서는, Zn 원자의 층과 O 원자의 층이 교대로 적층되어 있다. 도 2는 상기 식 중의 k가 3(도면 중의 곡선(가)), 5(도면 중의 곡선(나)), 7(도면 중의 곡선(다))의 경우의 파장과 확산 반사율과의 관계를 나타내는 특성도를 도시한다. 한편, 도면 중의 곡선(라)은 종래의 ZnO 재료를 이용한 경우를 나타낸다. 도 2로부터, 본 발명의 경우, 종래의 ZnO 재료를 이용한 경우에 비교하여 자외선 컷트 파장을 장파장 측으로 시프트시킬 수 있음이 분명하다.
본 실시형태의 아연 복합 산화물 미립자는, In의 일부를 La, Ga, Al 중 어느 것으로 치환할 수 있다. 여기서, Sn이 약간 혼입되고 있더라도 상관없다. 또한, 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 한 것을, 무기 또는 유기 바인더를 사용하여 성막함으로써, 가시 선택 투과 필터를 얻을 수 있다. 또한, 상기 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 한 것을, 금속 산화물로 표면 코팅한 것을 수지에 혼합하여 성형함으로써, 예컨대 UV 차단 필름이나 UV 차단 시트 등의 가시 선택 투과 투명 수지 부재를 얻을 수 있다. 여기서, 금속 산화물은 Si, Al, Zr의 적어도 1종으로 이루어지는 금속 산화물이라도 좋다.
본 발명에 있어서, 광원으로서는, 예컨대 백열 전구나 HID 램프, 형광 램프를 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광 램프(광원)의 설명도로, 도 3(a)는 동 형광 램프의 일부를 절결하여 도시하는 전체도, 도 3(b)는 도 3(a)의 X-X선을 따르는 단면도, 도 3(c)는 도 3(a)의 형광 램프의 벌브 단면을 확대하여 도시하는 모식도이다.
형광 램프(11)는 직관형의 유리 벌브(12)와 이 벌브(12)의 양끝에 설치된 구금 부재(13, 13)로 구성되어 있다. 벌브(12)의 내면에는, 도 3의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 자외선 차단층으로서의 자외선 컷트층(14), 형광체층(15)이 순차 형성되어 있다. 여기서, 자외선 컷트층(14)은 주로 일반식 : (ZnO)kIn2O3으로 나타내어진 아연 복합 산화물 미립자를 주체로 하여 막 두께 0.1 내지 5 μm, 바람직하게는 0.5 내지 3 μm의 범위에서 구성되며, 식 중의 k는 예컨대 5이다. 상기 형광체층(15)은 JIS Z9112에 규정되는 3 파장 영역 발광형의 복수의 형광체가 도포된 것이다.
상기 (ZnO)kIn2O3은 ZnO보다도 장파장 측으로 흡수단이 시프트하는 재료이며, 특히 k=5의 조성은 가시광의 500 내지 780 nm에 대한 투과율이 평활하며, 형광체로부터 방사되는 빛을 흡수하지 않는 특징을 갖고 있다. 또한, 상기 산화물층으로서, (ZnO)kIn2O3으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자, 즉(ZnO)kIn2O3 입자에, ZnO 미립자, TiO2 미립자, CeO2 미립자 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 입자 지름이 10 nm 내지 1.0 μm인 미립자를 혼합하여 이루어지는 층을 이용하면, (ZnO)kIn2O3 미립자 사이에 ZnO 미립자나 TiO2 미립자 등의 미립자가 메워져, 가시광 투과율이 크게 저하하지 않고, 380 nm 이하의 자외선이 효과적으로 흡 수된다. 따라서, 예컨대 (ZnO)5In2O3막을 벌브(12)의 내면에 도포한 경우, 410 nm까지의 가시 및 자외선을 컷트할 수 있고, 가시광(450 내지 780 nm)은 거의 흡수하지 않기 때문에, 형광 램프의 광속은 자외선 컷트층을 도포하지 않는 경우와 비교하더라도, 광속은 그다지 저하하지 않는다.
(제1 실시형태)
본 발명의 제1 실시형태에 따른 자외선 차폐 재료는, 일반식 : (ZnO)5In2O3으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자를 주성분으로 한 것을 특징으로 한다. 이 자외선 차단 재료는 다음과 같이 하여 제조했다. 즉, 우선, ZnO(평균 입자 지름 약 1 μm)의 분말과 In2O3(평균 입자 지름 약 50 nm)의 분말을 소정량 예컨대 In 첨가량 10s 질량% 계량하여 혼합하여, 혼합물로 했다. 다음에, 이 혼합물을 도가니 내에서 대기중 900℃ 이상 예컨대 1300℃에서 5시간 열처리하여 고상 반응시킴으로써, 입자 지름 약 500 nm의 자외선 차단 재료의 분말을 얻은 것이 확인되었다.
얻어진 분말을 X선 회절한 바, 주성분은 (ZnO)5In2O3인 것이 확인되었다. 또한, 반사 특성을 측정한 바, 분말 시료의 단파장 흡수단 측의 투과율 50% 파장이 400 내지 430 nm이며, 우수한 자외선 컷트 기능 및 열선 컷트 기능을 갖는 것이 확인되었다. 한편, 실제로 자외선 차단 재료로서 사용하는 경우에는, 전술한 제법으로 얻어진 분말을 소정의 입자 지름으로 분쇄, 분급하고, 필요에 따라서 소정의 표면 처리가 실시된다. 또한, 코팅 재료로서 사용하는 경우에는, 유기계 또는 수용성 의 분산액 등에 분산되어 이용한다.
이와 같이, 제1 실시형태의 자외선 차단 재료에 따르면, 단파장 흡수단 측의 투과율 50% 파장이 400 내지 430 nm이며, ZnO보다도 자외 컷트 파장을 장파장 측으로 시프트시켜 자외선 컷트 능력을 향상시키고, 또한 열선 컷트 기능을 갖는다고 하는 효과를 얻을 수 있었다.
한편, 제1 실시형태의 자외선 차단 재료의 입자 지름은 특별히 한정되지 않지만, 광학 특성의 관계로부터 바람직하게는 평균 입자 지름 10 nm 내지 5 ㎛, 최적으로는 100 nm 내지 1 μm이다.
(제2 실시형태)
본 발명의 제2 실시형태에 따른 광원으로서의 형광 램프는, 도 3에 도시한 바와 같이, 직관형 벌브(광 투광성 용기)(12)와 이 벌브(12)의 양끝에 설치된 구금 부재(13, 13)로 구성되고, 벌브(12)의 내면에는, 막 두께 약 1 μm의 자외선 컷트층(14), 형광체층(15)이 순차 형성되어 있다. 여기서, 자외선 컷트층(14)은 주로 일반식 : (ZnO)5In2O3으로 구성되며, 형광체층(15)은, JIS Z9112에 규정되는 3 파장 영역 발광형의 복수의 형광체가 도포된 것으로, 파장이 약 450 nm(청색), 540 nm(녹색) 및 610 nm(적색)의 적어도 3가지의 단색 광이 조합된다. 그 결과, 형광 램프(11)는 색 온도가 대개 5000 K인 한낮 백색 구분의 백색 광을 조사하도록 되어 있다.
상기 형광 램프(11)는 다음과 같이 하여 제조했다. 즉, 우선, 평균 입자 지 름 30 nm의 ZnO의 중량에 대하여 In2O3를 10%의 비율로 혼합한 후, 1100℃ 내지 1200℃에서 소성하여, 입자 지름 약 500 nm의 (ZnO)5In2O3 분체를 생성했다. 다음에, 이 분체를 수용액으로 한 후, 입자 지름(약 50 nm)의 ZnO/TiO2의 수용액을 (ZnO)kIn2O3에 대하여 20 질량% 가하여 벌브(12)의 내면에 코팅했다. 이어서, 코팅한 층을 건조한 후, 3 파장 형광체를 도포하여, 베이킹, 밀봉, 배기 공정을 거쳐 벌브(12)의 내면에 막 두께 1 μm의 자외선 컷트층(14), 형광체층(15)이 순차 형성된 형광 램프(형명 FL20SSEXD)를 제작했다. 또한, 비교예 1로서 실시형태의 자외선 컷트층을 형성하지 않는 형광 램프도 제작했다.
한편, 제2 실시형태에 있어서, 자외선 컷트층(14)은 벌브(12)의 외면에 형성하여도 되는 것은 물론이지만, 유리(12)에의 자외선 조사량을 적게 하여 유리 성분의 열화를 억제하기 위해서는, 역시 벌브(12)의 내면에 성막한 쪽이 좋다.
제2 실시형태의 형광 램프에 따르면, 395 nm 이하의 자외선을 거의 100% 컷트할 수 있고, 400 내지 410 nm의 가시광도 60% 이상 컷트할 수 있기 때문에, 유충성이 낮아진다. 옥외 평가 시험의 결과, 형광 램프보다도 벌레가 모이기 어렵게 되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 실시형태의 자외선 컷트층은 500 내지 780 nm의 가시광을 거의 흡수하지 않기 때문에, 비교예의 형광 램프와 비교하여 광속의 저하가 적다. 더욱이, 형광 램프의 외면에 부착할 때에 플라스틱이나 수지의 튜브 등으로 덮을 필요가 없기 때문에, 부착이 간단하다.
이들 형광 램프를 광속 측정용의 적분구를 이용하여 광속과 분광 방사속을 측정했다. 도 4는 본 실시형태와 비교예와의 램프의 분광 방사 강도, 투과율과의 관계를 도시하는 특성도이다. 한편, 도 4 중의 곡선(가)은 본 발명의 형광 램프의 경우, 곡선(나)은 비교예 1의 형광 램프의 경우, 곡선(다)은 비교예 1과 동일한 형광 램프의 외표면에 관체에 ZnO 미립자를 혼입시킨 자외선 컷트 기능을 지닌 수지 튜브를 피복한 비교예 2의 경우를 도시한다. 본 실시형태의 자외선 컷트층을 형성한 형광 램프는, 비교예 1에 대하여 96.6%의 광속이었다. 또, 비교예의 분광 방사를 기준으로 하여, 본 발명의 산화물층의 투과율을 산출한 결과, 395 nm보다도 단파장 측의 자외선은 거의 100% 컷트되고, 400 nm에서는 75%, 410 nm에서는 65%, 500 nm에서는 4.8%의 컷트율인 것이 확인되었다.
또한, 본 발명의 형광 램프는 곤충이 빨아들이는 광 곡선의 최대치인 370 nm과 395 nm 이하는 거의 100% 컷트하고, 곤충이 빨아들이는 광 곡선이 남는 가시 광역 410 nm 부근을 대폭 컷트할 수 있었다. 한편, 실제의 유충 시험을 행한 바, 비교예 1의 형광 램프에 모인 곤충의 질량을 100%이라고 하면, 본 발명의 형광 램프에서는 67%가 되어, 유충률이 저하되고 있음을 확인할 수 있었다.
(제3 실시형태)
본 발명의 제3의 실시형태에 따른 조명 기구는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 구성으로 되어 있다. 여기서, 도 5는 상기 조명 기구의 분해 상태의 사시도, 도 6은 도 5의 주요부의 확대 단면도이다. 본 실시형태는, 내면에 자외선 차단 재료를 주체로 하는 자외선 컷트층이 형성된 투과성 쉐이드(shade; 커버)를 사용한 조명 기구에 관한 것이다.
조명 기구(21)는, 천장에 구비된 매달아 거는 실링 및 이 매달아 거는 실링에 부착되는 어댑터를 이용하여 천장부에 바로 붙여 설치되는 기구 본체(22)를 갖추고 있다. 이 기구 본체(22)는 원반형을 이루며, 그 중앙부에는 두께 치수가 큰 단부(23)가 형성되고, 더욱이 이 단부(23)의 중앙부에는 어댑터가 삽입되어 기계적으로 접속되는 원형의 개구부(24)가 설치되어 있다.
또한, 기구 본체(22)의 주변부에는, 2개의 램프 소켓(25) 및 2개의 램프 홀더(26)가 설치되어 있다. 그리고, 램프 소켓(25)에 전기적 및 기계적으로 접속되는 동시에, 램프 홀더(26)에 기계적으로 지지되어, 단부(23)를 둘러싸도록 하여 광원이 되는 원환형의 형광 램프의 발광관(27)이 2 라인, 예컨대 32 W와 40 W의 서로 외경이 다른 형광 램프의 발광관(27)이 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 개구부(24)의 부분에는, 소켓(28)이 설치되고, 이 소켓(28)에 꼬마전구 등의 램프(29)가 부착된다.
기구 본체(22) 및 이 기구 본체(22)에 부착된 부재의 아래쪽 및 측방을 덮도록 하여, 조명용 광학 부품으로서의 쉐이드(30)가 기구 본체(22)에 착탈이 가능하게 부착된다. 쉐이드(30)는 유리 또는 수지 등 투광성을 가지며 아래쪽으로 매끄럽게 팽출되는 곡면상 등으로 형성된 기체(31)를 갖추고 있다. 이 기체(31)의 내면에는, 제2 실시형태와 같은 재료, 막 두께의 자외선 컷트층(14)이 형성되어 있다.
제3 실시형태에 따르면, 기체(31)의 내면에 자외선 컷트층(14)을 설치했기 때문에, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 조명 효율을 크게 저하시키는 일없이, 자외선의 조사를 억제하여 저유충 효과를 갖는 조명 기구(21)를 제공할 수 있다. 또 한, 이 구성에서는, 형광등 등 일반적인 여러 가지 광원을 이용할 수 있어, 범용성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제3 실시형태에서는, 자외선 컷트층(14)은 기체(31)의 내면에 막형 즉 층형으로 형성했지만, 이 구성에 한하지 않고, 예컨대 기체(31)를 구성하는 수지에 자외선 차단 재료를 혼합하여 일체적으로 형성할 수도 있다. 이 경우의 혼합 비율은 수지 재료 전체에 대하여 5 내지 30 질량%의 범위가 적당하지만, 사양에 따라서는 이 범위 밖에서 사용하는 것도 가능하다.
도 7의 상측의 그래프는 제1 실시형태에 따른 자외선 차단 재료의 XRD 측정 결과를 나타내고, 하측의 그래프는 결정 구조가 삼방정인 (ZnO)5In2O3의 XRD 패턴을 각각 나타내고 있다. 이 특성도에서는, 횡축이 2θ, 종축이 강도를 나타내고 있다. 도 7로부터 분명한 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 자외선 차단 재료는 결정 구조가 삼방정인 (ZnO)5In2O3{Zn5In2O8과 같은}으로 되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 8의 상측의 그래프는 ZnO가 혼합된 상태의 제1 실시형태의 자외선 차단 재료의 XRD 측정 결과를 나타내고, 중단 및 하측의 그래프는 ZnO 및 (ZnO)5In2O3의 XRD의 패턴을 각각 나타내고 있다. 이 특성도에서는, 횡축이 2θ, 종축이 강도를 나타내고 있다. 도 8로부터 분명한 것과 같이, ZnO 및 결정 구조가 삼방정인 (ZnO)5In2O3이 혼합되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 본 실시형태에 있어서의 자외선 차단 재료는, (ZnO)5In2O3의 혼합 비율이 10 내지 20 질량%이며, 잔부가 산화아 연(ZnO)이었다.
(제4 실시형태)
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광원으로서의 고압 금속 증기 방전 램프(메탈 할라이드 램프)의 개략 정면도를 도시한다. 도 10은 도 9의 주요부 X를 도시하는 일부 확대 단면도이다.
메탈 할라이드 램프(31)는 붕규산 유리 등의 투광성의 경질 유리로 이루어지는 외측관 벌브(32)의 일단부에 스템(33)을 밀봉하여 이루어지고, 이 스템(33)에 서포트 부재(34a, 34b) 등을 통해 석영제의 발광관(35) 및 이 발광관(35)을 둘러싼 시라우드(shroud; 투광성 중공관)(36)를 지지시킨 구성으로 되어 있다.
상기 외측관 벌브(32)는 중앙부의 팽출부(37)와, 하부측의 폐색된 정상부(38)와, 상측부의 네크부(39)를 지닌 소위 BT형으로 형성되어 있다. 외측관 벌브(32) 내에는 질소 가스가 봉입되어 있다. 상기 발광관(35)은 투광성 기밀 용기를 형성하는 직관형의 고실리카 유리(석영유리)로 이루어지는 발광관 벌브(40)의 양단부에 압궤 밀봉부(41a, 41b)를 지니고, 발광관 벌브(40) 내에는 몰리브덴(Mo)이나 텅스텐으로 이루어지는 1쌍의 메인 전극(423, 42b)이 밀봉 부착되어 있다. 한 쪽의 메인 전극(42a)의 근방에는 보조 전극(42c)이 형성되어 있다.
상기 압궤 밀봉부(41a, 41b) 내에는, 도입 부재로서 각각 Mo로 이루어지는 리본형의 금속박(43)이 기밀하게 밀봉 부착되어 있다. 상기 발광관 벌브(40) 내에는, 수은과 시동용 희가스로서의 아르곤과 금속 할로겐화물로서의 나트륨, 스칸듐, 인듐 등의 요오드화물이 봉입되어 있다. 시라우드(36)는, 고투광성 실리카 유리로 이루어지는 상하 단부가 개구된 원통 형상을 이루고, 내부의 발광관(35)과 소정의 간격을 두고서 배치되어 있다. 스템(33)의 도입선(44)은 급전선(45), 외부 도입선(46)을 통해 한 쪽의 메인 전극(42a)과 전기적으로 접속하고, 스템(33)의 다른 쪽의 도입선(47)은 발광관 벌브(40)와 멀어지도록 만곡되어 떨어진 세선으로 이루어지는 급전선(48), 외부 도입선(49)을 통해 다른 쪽의 메인 전극(42b)에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 도면 중의 부호 52는 구금 부재를 나타낸다.
상기 외측관 벌브(32)의 내벽면에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 자외선 차단층으로서의 자외선 컷트층(50)을 통해 형광체층(51)이 형성되어 있다. 여기서, 자외선 컷트층(50)은 주로 일반식 : (ZnO)kIn2O3으로 나타내어진 아연 복합 산화물 미립자를 주체로 하며, 식 중의 k는 예컨대 5이다. 자외선 컷트층(50)은 (ZnO)kIn2O3을 SiO2, Al2O3 혹은 CeO2의 적어도 어느 하나의 초미립자와 함께 현탁액을 형성하고, 이 현탁액을 플로우 코팅 혹은 스프레이에 의해 도포한 후, 건조하여 가열 처리함으로써 형성한다. 외측관 벌브(32)와 형광체층(51) 사이에 자외선 컷트층(50)을 형성한 이유는, 형광체층(50)의 여기광인 자외선을 저감하지 않는 동시에, (ZnO)kIn2O3은 이 파장 부근에 5 내지 20% 정도의 반사가 있어, 형광체층(51)으로 자외선을 돌려보내, 재흡수시키기 때문이다. (ZnO)kIn2O3에 SiO2, Al2O3 혹은 CeO2의 적어도 어느 하나의 초미립자를 혼합하는 이유는, 410 nm 이상의 가시광 투과율의 제어를 하기 위해서와, 내열성을 향상시키기 위해서이다.
상술한 것과 같이, 제4 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프(31)는, 외측관 벌브(32)의 일단부에 스템(33)을 밀봉하여, 이 스템(33)에 서포트 부재(34a, 34b) 등을 통해 석영제의 발광관(35) 및 시라우드(36)를 지지시키고, 발광관(35)은 투광성 기밀 용기를 형성하는 직관형의 실리카 유리(석영 유리)로 이루어지는 발광관 벌브(40)의 양단부에 압궤 밀봉부(41a, 41b)를 지니며, 발광관 벌브(40) 내에는 몰리브덴이나 텅스텐으로 이루어지는 1쌍의 메인 전극(42a, 42b)이 밀봉 부착되고, 발광관 벌브(40) 내에는 수은과 금속 할로겐화물과 아르곤이 봉입되며, 또한 벌브(32)의 내벽면에는 (ZnO)kIn2O3으로 나타내어진 아연 복합 산화물 미립자를 주체로 한 자외선 컷트층(50)을 통해 형광체층(51)이 형성된 구성으로 되어 있다.
이러한 구성의 램프 전력 400 W의 형광형 메탈 할라이드 램프의 분광 분포 특성도는 도 10에 도시하는 바와 같다. 한편, 도 10 중, 곡선(a)은 (ZnO)k In2O3(k=5)인 경우, 곡선(b)은 (ZnO)k In2O3(k=5)에 ZnO와 TiO2를 혼합한 경우, 곡선(c)은 종래의 메탈 할라이드 램프의 경우를 도시한다. 도 10으로부터, 본 발명에 따른 램프에 의하면, 파장 410 nm 이하의 청색 및 380 nm 이하의 자외선이 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예의 램프와 비교하여, 550 내지 780 nm의 가시 광 영역에서의 투과율이 90% 이상으로 되고 있고, 또한 380 nm 이하의 자외선 영역에서는 25% 이하, 400 nm에서는 50% 이하, 또한 410 nm에서는 65% 이하로 저감된다. 이와 같이, 자외선 방사와 인간의 시감도에 영향을 거의 주지 않는 380 내지 410 nm의 방사를 저감함으로써, 380 nm 이하의 자외선 영역을 저감할 뿐인 것보다도, 곤충류의 빛의 주행성에 기초한 유충성을 억제할 수 있으며, 또한 저유충형의 메탈 할라이드 램프를 얻을 수 있다.
(제5 실시형태)
본 발명의 제5 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프(31)의 기본 구성은 이미 상술한 도 9와 같으며, 도 9의 주요부 X만 도 12와 같은 구성으로 되어 있다. 즉, 상기 외측관 벌브(32)의 외벽면에는, 자외선 차단층으로서의 자외선 컷트층(53)이 형성되어 있다. 여기서, 자외선 컷트층(53)은 주로 일반식 : (ZnO)kIn2O3으로 나타내어진 아연 복합 산화물 미립자를 주체로 하고, 식 중의 k는 예컨대 5이다. 자외선 컷트층(53)은 (ZnO)kIn2O3을 ZnO, Ti2O, 혹은 ZnO와 Ti2O의 혼합의 초미립자와 함께 현탁액을 형성하여, 이 현탁액을 침지 혹은 스프레이에 의해 도포한 후, 건조하여 가열 처리함으로써 형성한다. 한편, (ZnO)kIn2O3에 ZnO, Ti2O, 혹은 ZnO와 TiO2의 혼합의 초미립자를 혼합하는 것은, 380 nm 이하의 자외선을 효율적으로 흡수시키기 위해서와 결착성을 향상시키기 위해서이다.
이러한 구성의 메탈 할라이드 램프의 분광 분포 특성은 도 11에 도시하는 바와 같으며, 제4 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프와 같은 효과를 갖는다.
(제6 실시형태)
본 발명의 제6 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프(61)는 도 13에 도시하는 바와 같으며, 도 13(a)는 동 램프(61)의 개략 정면도, 도 13(b)는 도 13(a)의 주요부 X의 단면도를 도시한다.
메탈 할라이드 램프(61)는 밀봉된 투명의 외부 주변 기기(62)를 갖추고 있 다. 외부 주변 기기(62) 내에는 양끝에 적어도 1쌍의 메인 전극(63a, 63b)을 밀봉 부착한 석영제의 메탈 할라이드 발광관(64)이 배치되어 있다. 상기 외부 주변 기기(62) 내에는 상기 발광관(64)을 둘러싸도록 투명한 유리제의 시라우드(65)가 배치되어 있다. 시라우드(65)의 외표면에는, 도 12(b)에 도시한 바와 같이, 자외선 컷트층(66)이 형성되어 있다. 이 자외선 컷트층(66)은 주로 일반식 : (ZnO)kIn2O3으로 나타내어진 아연 복합 산화물 미립자를 주체로 하고, 식 중의 k는 예컨대 5이다. 자외선 컷트층(66)은 (ZnO)kIn2O3을 SiO2, Al2O3, CeO2 혹은 TiO2의 초미립자와 함께 현탁액을 형성하여, 이 현탁액을 침지 혹은 스프레이에 의해 도포한 후, 건조하여 가열 처리함으로써 형성한다. 상기 발광관(64) 및 시라우드(65)는 도시하지 않는 지지 부재에 의해 지지되어 있다. 상기 외부 주변 기기(62) 내에는 질소 가스가 봉입되어 있다. 상기 발광관 벌브(64) 내에는 수은과 시동용 희가스로서의 아르곤과 금속 할로겐화물로서의 나트륨, 스칸듐, 인듐 등의 요오드화물이 봉입되어 있다. 한편, 도면 중의 부호 67은 구금 부재이다.
제6 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프(61)에 의하면, 시라우드(65)의 외표면에 자외선 컷트층(66)이 형성된 구성으로 되어 있기 때문에, 옥외 시설에서의 곤충의 빛의 주행성에 기초한 유인성을 이용하여 유충률을 저감시킬 수 있다. 도 13의 메탈 할라이드 램프의 분광 분포 특성은 이미 상술한 도 11에 도시하는 바와 같으며, 제4 실시형태에 따른 메탈 할라이드 램프와 같은 효과를 갖는다.
본 발명은, 상기 실시형태 그대로에 한정되는 것이 아니라, 그 실시 단계에 서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하고 구체화할 수 있다. 구체적으로는, 상기 실시형태에서는 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)에서 k=5인 경우에 관해서 설명했지만, k는 3, 7 등의 홀수라도 좋다. 또한, 자외선 차단층의 구성은 상기 식이 주성분이지만, 상기 식의 아연 복합 산화물 미립자에, ZnO 미립자나 TiO2 미립자 등의 미립자를 혼합한 층을 이용하더라도 좋다. 더욱이, 산화물층을 구성하기 위한 ZnO의 입자 지름이나 산화물 층의 두께, 혹은 In2O3의 ZnO에 대한 배합 비율 등도 상기 실시형태에 기재된 것에 한하지 않고, 적절하게 맞출 수 있다.
(1) 청구항 1의 발명에 따르면, 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자로 이루어짐으로써, 단파장 흡수단 측의 투과율 50% 파장이 400 내지 430 nm이며, ZnO보다도 자외 컷트 파장을 장파장 측으로 시프트시켜 자외선 컷트 능력을 향상시키는 동시에, 열선 컷트 기능을 갖는 자외선 차단 재료를 얻을 수 있다.
(2) 청구항 2의 발명에 따르면, 상기 (1)과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 아연 복합 산화물 미립자의 In의 일부가 La, Ga, Al 중 어느 것으로 치환되고 있기 때문에, 자외선 컷트 기능은 약간 저하하지만, 400 내지 500 nm 가시광의 투과율을 개선할 수 있다.
(3) 청구항 3의 발명에 따르면, 상기 (1)과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 표 면의 보호 예컨대 CO2 등과의 반응 방지, 산소 결함 저감, 광 촉매 효과의 방지 등의 효과를 갖는다.
(4) 청구항 4의 발명에 따르면, 상기 (1)과 동일한 효과를 갖는 가시 선택 투과 필터를 얻을 수 있다.
(5) 청구항 5의 발명에 따르면, 상기 (1)과 동일한 효과를 갖는 가시 선택 투과 수지 재료를 얻을 수 있다.
(6) 청구항 6의 발명에 따르면, 광 투과성 용기의 내면 또는 외면에 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자로 이루어지는 자외선 차단 재료로 형성된 자외선 차단층이 설치되어 있고, 상기 용기의 내부에 발광 수단이 배치되어 있음으로 인해, 395 nm 이하의 자외선을 거의 100% 컷트할 수 있고, 400 내지 410 nm의 가시광도 60% 이상 컷트할 수 있기 때문에, 유충성이 낮아, 종래의 광원보다도 벌레가 모이기 어렵게 된다. 또한, 500 내지 780 nm의 가시광은 거의 흡수하지 않기 때문에, 본 발명의 자외선 차단층이 형성되어 있지 않은 광원과 비교하여 광속의 저하가 적다.
(7) 청구항 7의 발명에 따르면, 상기 자외선 차단 재료의 일반식 : (ZnO)kIn2O3 중의 k를 5로 함으로써, 가시광의 500 내지 780 nm에 대한 투과율이 높고, 균일하며, 발광 수단으로부터 방사되는 빛을 흡수하지 않는다고 하는 효과를 갖는다. 그러나, 가시광 투과율 특성이나 컷트 파장의 사양에 따라서는, k는 5에 한하지 않고, 3나 7의 홀수라도 좋다.
(8) 청구항 8의 발명에 따르면, 상기 자외선 차단층에, 자외선 흡수 작용을 갖는 ZnO 미립자, TiO2 미립자, CeO2 미립자, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 미립자가 혼합되어 있음으로 인해, (ZnO)kIn2O3 입자의 사이를 ZnO 미립자 등이 메우게 되어, 가시광 투과율이 높아지고, 또한 ZnO 미립자 등이 380 nm 이하의 자외선을 흡수하기 때문에, 상기 산화물층을 기재 예컨대 벌브 내면에 도포한 경우, 410 nm까지의 가시 및 자외선을 한층 양호하게 컷트할 수 있고, 가시광(450 내지 780 nm)은 거의 흡수되지 않기 때문에, 광원의 광속은 막을 도포하고 있지 않는 경우와 비교하면, 그다지 저하하지 않는다고 하는 효과를 갖는다.
(9) 청구항 9의 발명에 따르면, 조명 효율을 크게 저하시키는 일없이, 자외선의 조사를 억제하여 저유충 효과를 갖는 조명 장치를 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지며, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 재료.
- 제1항에 있어서, 상기 아연 복합 산화물 미립자의 In의 일부가 La, Ga, Al 중 어느 하나로 치환되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 재료.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아연 복합 산화물 미립자는 Si, Al, Zr 중 적어도 1종의 금속 산화물로 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 재료.
- 제1항 또는 제2항에 기재한 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 한 것을, 무기 또는 유기 바인더를 사용하여 성막함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 가시 선택 투과 필터.
- 제1항 또는 제2항에 기재한 아연 복합 산화물 미립자를 Zn 또는 In 화합물의 고상 반응에 의해 합성한 후, 분쇄하여 미립자로 하고, 수지에 혼합하여 성형함으 로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 가시 선택 투과 수지 재료.
- 투광성 용기의 내면 또는 외면에 일반식 : (ZnO)kIn2O3(k는 홀수)으로 나타내어지고, 결정 구조가 삼방정인 아연 복합 산화물 미립자를 포함하는 자외선 차단 재료로 형성된 자외선 차단층이 형성되어 있으며, 상기 용기의 내부에 발광 수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원.
- 제6항에 있어서, 자외선 차단 재료의 일반식 : (ZnO)kIn2O3 중의 k는 5인 것을 특징으로 하는 광원.
- 제6항에 있어서, 상기 자외선 차단층에, ZnO 미립자, TiO2 미립자, CeO2 미립자, 혹은 이들의 혼합물을 포함하는 미립자가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 광원.
- 제6항 내지 제8항 중의 어느 하나의 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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