JP2001216940A

JP2001216940A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2001216940A
Application number: JP2000023238A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nishimura; 潔西村; Miho Watanabe; 美保渡邊
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体バリア放電を利用する外部電極形の蛍
光ランプの寿命特性を向上する。【解決手段】キセノンガスを封入したバルブ11の長手
方向に沿って対をなす電極を設け、誘電体バリア放電を
利用する外部電極形の蛍光ランプを構成する。バルブ11
の内面には、長手方向に沿った開口部17の位置をのぞ
き、蛍光体層Ｐを設ける。蛍光体層Ｐは、青色蛍光体Ｂ
として、ＢＡＭ蛍光体と呼ばれるユーロピウム付活ある
いはユーロピウム・マンガン付活アルミン塩酸蛍光体を
用いる。劣化に関与する表層部P2の蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂに
ついて、微細粒子を除去して平均粒径を大きくし、５μ
ｍ以上とすることにより、質量あたりの表面積を小さく
し、紫外線やイオン衝撃による劣化を抑制し、寿命特性
を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希ガスを封入し蛍
光体の寿命特性の良好な蛍光ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、複写機用の光源として、
ガラス製のバルブの内部にキセノン(Xe)ガスを封入し、
バルブの内面に蛍光体を塗布するとともに、バルブの外
面に一対の電極を設け、これら電極間に高周波高電圧を
印加し、誘電体バリア放電により発光させる外面電極蛍
光ランプが知られている。

【０００３】しかしながら、従来の外面電極放電ランプ
は、希ガス放電であるため、例えばキセノン(Xe)分子の
場合には主に１７２nmなど、発生する紫外線の波長が短
く、ＶＵＶ(vacuum ultraviolet)とも呼ばれる波長が２
００nmより短い紫外線による蛍光体の劣化が著しい。ま
た、外面電極面上にある蛍光体層を介した放電であり、
蛍光体面に垂直に印加した電界による放電であり、外面
電極面上にある蛍光体に電界で加速されたキセノン(Xe)
イオンが直接に衝突するため、一般の水銀蛍光ランプに
比べ、イオン衝撃による劣化が大きい。特に、青色蛍光
体として、ＢＡＭ蛍光体と呼ばれるユーロピウム付活あ
るいはユーロピウム・マンガン付活アルミン塩酸蛍光体
を用いる場合には、製造工程において約500℃を越える
と、付活材であるユーロピウム(Ｅｕ^2＋)が酸化し、熱
劣化が生じる。そして、本蛍光ランプは、一方向から光
を取り出すために蛍光体によって軸方向にアパーチャが
形成される。この場合、可視光の反射率を上げるために
蛍光体厚を２０μｍ〜５０μｍの厚さに塗る必要がある
が、一般の蛍光ランプに比べバインダーの焼成、分解時
間が長くなるため蛍光体のダメージが大きい。

【０００４】また、従来の水銀蛍光ランプの場合は、蛍
光体と反射材である酸化チタン（ＴｉＯ_２）とを２重に
コーティングする技術があるが、劣化する場所は表層の
みであるため、反射膜は劣化には寄与しない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、短波長
を発生し、蛍光体がイオンの直接的な衝突を受ける誘電
体バリア放電を用いる蛍光ランプでは、蛍光体の劣化が
大きく、寿命特性の向上が困難な問題を有している。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、輝度の劣化を抑制し、良好な初期輝度と寿命特性
とを実現できる蛍光ランプを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の蛍光ラン
プは、放電空間を設けたバルブと；放電空間に封入され
た希ガスを主体とする放電ガスと；放電空間を介して対
向する電極と；少なくとも一方の電極の放電空間側を覆
う誘電体と；放電空間に臨んでバルブの内周面に設けら
れ、所定の粒径の粒子を備えた深層部と、この深層部の
放電空間側に位置し、かつ、深層部の粒子より粒径の大
きい蛍光体を備えた表層部とを有する蛍光体層と；を具
備しているものである。

【０００８】そして、この構成では、電極間に電力を印
加することにより、放電空間に誘電体バリア放電が生
じ、照射された紫外線が蛍光体層に到達して、蛍光ラン
プが発光する。蛍光体層は、放電ガスに希ガスを用いた
場合に照射される短波長の紫外線やイオン衝撃の影響を
受ける表層部に、深層部の粒子より粒径が大きく、よっ
て、質量あたりの表面積の小さい蛍光体を用いることに
より、蛍光体の劣化を抑制し、良好な初期輝度と寿命特
性とが実現される。また、深層部に配置された粒径の小
さい粒子は、反射層として機能する。

【０００９】なお、希ガスは、例えば、キセノンであ
る。

【００１０】また、深層部の粒子は、例えば、酸化チタ
ンあるいは蛍光体である。

【００１１】また、蛍光体の平均粒径は、蛍光体に含ま
れる微粒子を除去することにより大きくすることが可能
である。

【００１２】請求項２記載の蛍光ランプは、請求項１記
載の蛍光ランプにおいて、表層部の蛍光体の平均粒径
は、５μｍ以上であるものである。

【００１３】そして、この構成では、蛍光体の劣化を抑
制する効果が十分に得られる。

【００１４】請求項３記載の蛍光ランプは、放電空間を
設けたバルブと；放電空間に封入された希ガスを主体と
する放電ガスと；放電空間を介して対向する電極と；少
なくとも一方の電極の放電空間側を覆う誘電体と；放電
空間に臨んでバルブの内周面に設けられ、平均粒径が５
μｍ以上の青色蛍光体を備えた蛍光体層と；を具備して
いるものである。

【００１５】そして、この構成では、電極間に電力を印
加することにより、放電空間に誘電体バリア放電が生
じ、照射された紫外線が蛍光体層に到達して、蛍光ラン
プが発光する。蛍光体層は、放電ガスに希ガスを用いた
場合に照射される短波長の紫外線やイオン衝撃の影響を
受けて劣化が生じやすい青色蛍光体について、平均粒径
を５μｍ以上とすることにより、蛍光体の劣化を抑制
し、良好な初期輝度と寿命特性とが実現される。

【００１６】請求項４記載の蛍光ランプは、請求項１な
いし３いずれか一記載の蛍光ランプにおいて、蛍光体層
は、ユーロピウム付活アルミン塩酸蛍光体及びユーロピ
ウム・マンガン付活アルミン塩酸蛍光体の少なくとも一
方を有した青色蛍光体を備えたものである。

【００１７】そして、この構成では、放電ガスに希ガス
を用いた場合に照射される短波長の紫外線やイオン衝撃
の影響を受けて劣化が生じやすいユーロピウム付活アル
ミン塩酸蛍光体及びユーロピウム・マンガン付活アルミ
ン塩酸蛍光体の少なくとも一方を有した青色蛍光体につ
いて、蛍光体の劣化を抑制し、良好な初期輝度と寿命特
性とが実現される。

【００１８】請求項５記載の蛍光ランプは、請求項１な
いし４いずれか一記載の蛍光ランプにおいて、蛍光体層
は、青色に発光する青色蛍光体及び他の色に発光する蛍
光体を備え、他の色に発光する蛍光体は、平均粒径が３
μｍ以下であるものである。

【００１９】そして、この構成では、全ての蛍光体の粒
径を大きくする構成に比べ、製造コストが低減される。
また、各色の劣化度合いが均一化され、可視光の色の特
性が維持される。そして、粒径の小さい蛍光体を深層部
に配置することにより、反射層として機能させることが
可能になる。

【００２０】請求項６記載の蛍光ランプは、請求項５記
載の蛍光ランプにおいて、蛍光体層は、青色蛍光体、赤
色蛍光体、緑色蛍光体を混合した３波長域発光形である
ものである。

【００２１】そして、この構成では、良好な初期輝度と
寿命特性とが実現される３波長域発光形の蛍光ランプが
提供される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の蛍光ランプの一実
施の形態を図面を参照して説明する。

【００２３】図１は本発明の蛍光ランプの一実施の形態
を示す一部を拡大した断面の説明図である。図２は同上
蛍光ランプを示す断面図である。図３は同上蛍光ランプ
を示す一部を拡大した断面の説明図である。（ａ）はＶ
ＵＶの到達深度を示す説明図（ｂ）はＢＡＭ蛍光体の劣
化を示す説明図（ｃ）は本発明の蛍光体を示す説明図。
図４は本発明の蛍光ランプの他の実施の形態を示す一部
を拡大した断面の説明図である。図５は本発明の蛍光ラ
ンプのＢＡＭ単色の構成の寿命特性を示すグラフであ
る。図６は本発明の蛍光ランプのＲＧＢ色混合の構成の
寿命特性を示すグラフである。

【００２４】図１及び図２において、10は蛍光ランプ
で、この蛍光ランプ10は、例えば、電子写真方式の複写
機の光源など、産業用光源として用いられる放電蛍光ラ
ンプ装置である。そして、この蛍光ランプ10は、透光性
を有するガラス製で両端を気密に封止した円筒状をなす
バルブ11を備えている。そして、このバルブ11の内側に
形成された放電空間12に、希ガスを主体とする放電ガス
が封入されている。なお、この実施の形態では、バルブ
11の外径は１０mm、長手方向すなわち軸方向は３８０mm
である。また、希ガスとして、キセノン(Xe)ガスが２０
kPa 封入されている。

【００２５】また、バルブ11の外周面には、一対の電極
15，15が軸方向に沿って設けられ、誘電体となるバルブ
11の管壁を介し、放電空間12を介して対向している。

【００２６】一方、バルブ11の内周面には、一部を除い
て蛍光体層Ｐが設けられ、蛍光体層Ｐを設けない部分
は、電極15，15間に位置して軸方向に沿ったスリット状
の開口部(アパーチャ)17となっている。

【００２７】そして、蛍光体層Ｐは、図１に示すよう
に、バルブ11の管壁側に位置する深層部P1と、この深層
部P1の内周側すなわち放電空間12側に位置する表層部P2
との２層構造で、深層部P1は、粒径１μｍの酸化チタン
（ＴｉＯ_２）を厚さ３０〜３５μｍに塗布した可視光反
射層であり、表層部P2は、所定の粒径の青色蛍光体Ｂ、
緑色蛍光体Ｇ、赤色蛍光体Ｒを所定の混合比で厚さ１５
μｍに塗布したいわゆる３波長域発光形の層となってい
る。

【００２８】そして、青色蛍光体Ｂは、ＢＡＭ蛍光体と
呼ばれるユーロピウム付活アルミン塩酸蛍光体（ＢａＭ
ｇ_２Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_1０Ｏ
_１7）あるいはユーロピウム・マンガン付活アルミン塩
酸蛍光体（ＢａＭｇＡｌ_１６Ｏ _２７：Ｅｕ，Ｍｎ）であ
り、ユーロピウム付活アルミン塩酸蛍光体については、
バリウム（Ｂａ）をカルシウム（Ｃａ）に置換すること
もできる。

【００２９】また、緑色蛍光体Ｇは、セリウム、テリビ
ウム共付活ランタンリン酸塩蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃ
ｅ，Ｔｂ）、赤色蛍光体Ｒは、ユーロピウム付活イット
リア蛍光体（（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ）を用いてい
る。

【００３０】そして、この実施の形態では、劣化すなわ
ち輝度の低下の原因となる表層部P2の蛍光体について、
微細粒子を除去し、平均粒径が５μｍ以上となるように
設定されている。

【００３１】なお、深層部P1には、酸化チタンに換え
て、表層部P2の蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂより粒径の小さい、例
えば、粒径３μｍの蛍光体を配置することもできる。

【００３２】そして、この蛍光ランプ10は、電極15，15
間に高周波高電圧を印加することにより、誘電体バリア
放電を発生させ、紫外線を各蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂに照射し
て各色の可視光を発光させ、一部は深層部P1の酸化チタ
ン層で反射させた上で、開口部17から白色の可視光を照
射するようになっている。

【００３３】そして、本実施の形態では、誘電体バリア
放電を利用した蛍光ランプ10において、劣化に関与する
表層部P2の蛍光体について、微細粒子を除去し、照射光
に最適化したすなわち大きい粒径、膜厚の蛍光体Ｒ，
Ｇ，Ｂを配置し、深層部P1に、反射能力の高い粒径の小
さな蛍光体あるいは可視光反射層を設けたため、初期輝
度を上げながら、寿命特性に優れた蛍光ランプを提供で
きる。

【００３４】すなわち、誘電体バリア放電では、通常の
水銀放電の陽光柱を利用した蛍光ランプと比べ、蛍光体
層を介した放電となり、図３（ｂ）に示すように、電界
で加速されたキセノンイオンが直接に蛍光体20の表面と
衝突するため、このイオン衝撃による劣化が激しい。さ
らに、ＢＡＭ蛍光体は、焼成時の熱による劣化も生じ得
る。

【００３５】また、図３（ａ）に示すように、希ガス放
電であるため、例えばキセノン(Xe)分子の場合には主に
１７２nmなど、発生する紫外線の波長が短く、ＶＵＶ(v
acuum ultraviolet)とも呼ばれる波長が２００nmより短
い紫外線となるため、このＶＵＶが蛍光体層のごく表層
にしか到達せず、表層の蛍光体20の劣化が著しい。例え
ば、実験の結果では、照射波長の３００倍より深層には
ＶＵＶは到達せず、平均粒径３μｍの蛍光体において
は、１０μｍより深い層には、ＶＵＶは全く到達してい
なかった。

【００３６】しかしながら、この蛍光ランプ10は、所定
の開口部17から光を照射するアパーチャタイプの蛍光ラ
ンプ10であり、蛍光体にて可視光に変換された光をＶＵ
Ｖの照射方向に戻す必要があり、深層部P1の可視光反射
率を高める必要がある。

【００３７】そこで、本実施の形態では、図３（ｃ）に
示すように、劣化に関与する表層部P2の蛍光体Ｒ，Ｇ，
Ｂについて、平均粒径を大きくし、例えば、キセノンガ
スを用いた場合には、本来板状のＢＡＭ蛍光体が崩れる
などして形成された微細粒子を除去して平均粒径を５μ
ｍ以上とすることにより、質量あたりの表面積を小さく
でき、紫外線やイオン衝撃による劣化を抑制し、寿命特
性を向上できた。

【００３８】また、蛍光体に微粒子が混入すると、蛍光
体の質量あたりの表面積が増大し、紫外線及びイオン衝
撃のいずれに対しても劣化が著しくなるが、粒径を制御
した蛍光体を用いて実験した結果、表層部の蛍光体につ
いては、平均粒径に対して３分の１の径寸法の微粒子が
混合する割合が、２０％以下であれば、上記と同様に紫
外線やイオン衝撃による劣化に対する改善効果が得られ
ることが分かった。

【００３９】そして、深層部P1は、ＶＵＶが到達しない
ため、表層部P2で変換された可視光の反射層として機能
する。従って、深層部P1の材料は、可視光を反射する材
料であれば良く、特に、粒子の粒径が３μｍ以下では反
射率が飽和するため、粒径３μｍ以下の粒子を配置する
ことが適当である。

【００４０】また、粒径を上記の式の範囲で大きくし、
例えば平均粒径を５μｍ以上とすることは、劣化の著し
いＢＡＭ蛍光体の青色蛍光体Ｂに特に有効である。ま
た、蛍光ランプは、電子写真方式の複写機の読み取り光
源などとしては、この青色蛍光体Ｂを単色で用いる場合
もあるが、緑色蛍光体Ｇ及び赤色蛍光体Ｒと混合して白
色の蛍光ランプ10として用いられる場合が多い。そし
て、このように各色の蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂを用いる場合
は、緑色蛍光体Ｇ及び赤色蛍光体Ｒの粒径は、青色蛍光
体Ｂと同一の大径として混合して塗布するほか、青色蛍
光体Ｂより小径とすることもできる。そして、緑色蛍光
体Ｇ及び赤色蛍光体Ｒの粒径を、青色蛍光体Ｂより小さ
くすることにより、各蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂの劣化度合いを
均一化して、長期にわたり色の特性を維持することがで
きる。

【００４１】さらに、大径の粒子のみを用いた場合に
は、散乱により反射率が小さくなり、結果的に開口部17
から照射される光束が減少するが、図４に示すように、
緑色蛍光体Ｇ及び赤色蛍光体Ｒを３μｍ以下の粒径の微
粒子として、青色蛍光体Ｂと混合して塗布することによ
り、バルブ11に近い深部に位置する緑色蛍光体Ｇ及び赤
色蛍光体Ｒを反射層として機能させ、開口部17から照射
される光束を増大させ、１層の蛍光体層Ｐのみで、容易
に優れた特性を実現できる。

【００４２】次に、図５及び図６のグラフを参照して、
実験の結果を示す。

【００４３】図５のグラフの実験は、深層部P1は、膜厚
３５μｍの酸化チタン層、表層部P2は、各種粒径の膜厚
１５μｍのＢＡＭ蛍光体の単色の蛍光ランプ10の光強度
の変化すなわち寿命特性を調べたものである。また、図
６のグラフの実験は、深層部P1は、膜厚３５μｍの酸化
チタン層、表層部P2は、各種粒径の赤、緑、青色の蛍光
体Ｒ，Ｇ，Ｂを混合して膜厚１５μｍとしたＲＧＢ色混
合の蛍光ランプ10の青色（４５０nm）のスペクトル強度
の変化から寿命特性を調べたものである。なお、図５の
グラフの光強度及び図６のグラフのスペクトル強度はそ
れぞれ任意単位である。また、蛍光ランプの寿命は、例
えば、輝度が初期値の８０％に低下するまでの時間とし
て示される。

【００４４】そして、これら実験により、蛍光ランプの
寿命は、平均粒径に依存することが分かった。

【００４５】なお、各蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂ、上記の組成に
限られず、他の組成の蛍光体を用いることができる。青
色蛍光体Ｂも、ＢＡＭ蛍光体を主成分とすれば、他の蛍
光体を用いることができる。

【００４６】また、開口部17は、蛍光体層Ｐを全く形成
しないほか、可視光が透過する範囲で、他の部分より薄
く形成することもできる。

【００４７】さらに、バルブの形状、電極の配置は種々
の構成を採り得るもので、電極については、バルブの内
部に配置することも可能であり、また、少なくとも一方
の電極が、誘電体で覆われれていれば良い。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の蛍光ランプによれば、蛍
光体層は、放電ガスに希ガスを用いた場合に照射される
短波長の紫外線やイオン衝撃の影響を受ける表層部に、
深層部の粒子より粒径が大きく、よって、質量あたりの
表面積の小さい蛍光体を用いることにより、蛍光体の劣
化を抑制し、良好な初期輝度と寿命特性とを実現でき
る。また、深層部に配置された粒径の小さい粒子は、反
射層として機能させることができる。

【００４９】請求項２記載の蛍光ランプによれば、請求
項１記載の効果に加え、表層部の蛍光体の平均粒径を５
μｍ以上とすることにより、蛍光体の劣化を抑制する効
果が十分に得られる。

【００５０】請求項３記載の蛍光ランプによれば、蛍光
体層は、放電ガスに希ガスを用いた場合に照射される短
波長の紫外線やイオン衝撃の影響を受けて劣化が生じや
すい青色蛍光体について、平均粒径を５μｍ以上とする
ことにより、蛍光体の劣化を抑制し、良好な初期輝度と
寿命特性とを実現できる。

【００５１】請求項４記載の蛍光ランプによれば、請求
項１ないし３いずれか一記載の効果に加え、放電ガスに
希ガスを用いた場合に照射される短波長の紫外線やイオ
ン衝撃の影響を受けて劣化が生じやすいユーロピウム付
活アルミン塩酸蛍光体及びユーロピウム・マンガン付活
アルミン塩酸蛍光体の少なくとも一方を有した青色蛍光
体について、蛍光体の劣化を抑制し、良好な初期輝度と
寿命特性とを実現できる。

【００５２】請求項５記載の蛍光ランプによれば、請求
項１ないし４いずれか一記載の効果に加え、全ての蛍光
体の粒径を大きくする構成に比べ、製造コストを低減で
きる。また、各色の劣化度合いを均一化し、可視光の色
の特性を維持できる。そして、粒径の小さい蛍光体を深
層部に配置することにより、反射層として機能させるこ
とができる。

【００５３】請求項６記載の蛍光ランプによれば、請求
項５記載の効果に加え、蛍光体層は、青色蛍光体、赤色
蛍光体、緑色蛍光体を混合した３波長域発光形であり、
良好な初期輝度と寿命特性とが実現される３波長域発光
形の蛍光ランプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光ランプの一実施の形態を示す一部
を拡大した断面の説明図である。

【図２】同上蛍光ランプを示す断面図である。

【図３】同上蛍光ランプを示す一部を拡大した断面の説
明図である。（ａ）はＶＵＶの到達深度を示す説明図（ｂ）はＢＡＭ蛍光体の劣化を示す説明図（ｃ）は本発明の蛍光体を示す説明図

【図４】本発明の蛍光ランプの他の実施の形態を示す一
部を拡大した断面の説明図である。

【図５】本発明の蛍光ランプのＢＡＭ単色の構成の寿命
特性を示すグラフである。

【図６】本発明の蛍光ランプのＲＧＢ色混合の構成の寿
命特性を示すグラフである。

【符号の説明】

10 蛍光ランプ 11 バルブ 12 放電空間 15 電極Ｂ青色蛍光体Ｇ緑色蛍光体Ｐ蛍光体層 P1 深層部 P2 表層部Ｒ赤色蛍光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電空間を設けたバルブと；放電空間に
封入された希ガスを主体とする放電ガスと；放電空間を
介して対向する電極と；少なくとも一方の電極の放電空
間側を覆う誘電体と；放電空間に臨んでバルブの内周面
に設けられ、所定の粒径の粒子を備えた深層部と、この
深層部の放電空間側に位置し、かつ、深層部の粒子より
粒径の大きい蛍光体を備えた表層部とを有する蛍光体層
と；を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項２】表層部の蛍光体の平均粒径は、５μｍ以
上であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
【請求項３】放電空間を設けたバルブと；放電空間に
封入された希ガスを主体とする放電ガスと；放電空間を
介して対向する電極と；少なくとも一方の電極の放電空
間側を覆う誘電体と；放電空間に臨んでバルブの内周面
に設けられ、平均粒径が５μｍ以上の青色蛍光体を備え
た蛍光体層と；を具備していることを特徴とする蛍光ラ
ンプ。
【請求項４】蛍光体層は、ユーロピウム付活アルミン
塩酸蛍光体及びユーロピウム・マンガン付活アルミン塩
酸蛍光体の少なくとも一方を有した青色蛍光体を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の蛍
光ランプ。
【請求項５】蛍光体層は、青色に発光する青色蛍光体
及び他の色に発光する蛍光体を備え、他の色に発光する
蛍光体は、平均粒径が３μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１ないし４いずれか一記載の蛍光ランプ。
【請求項６】蛍光体層は、青色蛍光体、赤色蛍光体、
緑色蛍光体を混合した３波長域発光形であることを特徴
とする請求項５記載の蛍光ランプ。