JP2002198008A - 高演色性蛍光灯 - Google Patents

高演色性蛍光灯

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JP2002198008A JP2001259091A JP2001259091A JP2002198008A JP 2002198008 A JP2002198008 A JP 2002198008A JP 2001259091 A JP2001259091 A JP 2001259091A JP 2001259091 A JP2001259091 A JP 2001259091A JP 2002198008 A JP2002198008 A JP 2002198008A
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トーマス・フレデリック・ソウレス
Pak K Yuet
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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 できるだけ少ない蛍光体配合物で高い演色の
蛍光灯を提供する。 【構成】 蛍光体層を具備する高演色性蛍光灯におい
て、蛍光体は、２７００Kから６６００Kの色温度で一般
演色性指標Raが９６又は９７又は９８を超え且つ２９０
０Kから６５００Kの色温度で特殊演色性指標が９０を超
えるように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、蛍光灯に
関し、特に高演色性蛍光灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】演色性は、所定の光源の下で色見本によ
り反射される光を標準光源の下で同じ色見本により反射
される光と比較して示す尺度である。演色性は、本明細
書に参考として内容が取り入れられている「Method of
Measuring and Specifying Colour Rendering Properti
es of Light Sources, 2nd Edition」(International Co
mmission on Illumination, Publication CIE No. 13.2
（TC−3.2）（１９７４年刊）に開示されている通りに
計算される。２つの光源の下で反射される光の値、彩度
及び色相を測定して加算し、その和の平方根を求め、そ
れに定数を乗算し、１００から減算する。この計算を１
４種類の色標準について実行する。それら色標準それぞ
れの演色性をRiと表す。一般演色性指標Raは初めの８つ
の指標R1〜R8の平均として定義されている。定数は、標
準暖色形白色蛍光管のRaが約５０となるように選択され
ている。尚、１００であるRaはカラーサンプルが白熱
（黒体）灯又は自然の昼光のような標準光源の下にある
ときと厳密に同じように見えるような光源に相当する。
【０００３】商業用又は住居用に使用される場合、非常
に高い演色性が望まれることがある。その例としては、
映画の製作現場、食料品店及び衣料品店、写真スタジ
オ、色の比較を行っている場所、博物館などがある。標
準型の蛍光灯は拡散均一照明が可能である、効率が相対
的に高い、及び熱の発生が少ないなどの数多くの利点を
備えているが、その通常の演色性指標は５０〜８５であ
るために、これらの用途には不適切である場合が多い。
【０００４】上記の用途に対して、高い演色性を示すい
くつかの蛍光体の配合物が開発されている。従来の蛍光
灯で使用されていた３種類の蛍光体のシステムにおいて
は、蛍光体は、通常、赤色、青色、緑色の３つのピーク
放出を発生するように選択されている。それら３つの放
出の混合物が蛍光灯から放出されるほぼ白色の光を生み
出していた。高演色性の蛍光体配合物を精製するため
に、蛍光体は可視スペクトルを「満たす」ように、すな
わち、可視スペクトルのほぼ全ての波長で放出を発生さ
せるように選択される。本明細書に参考として内容が取
り入れられている米国特許第３,７７８,６６０号、第
４,２９６,３５３号、第４,６０２,１８８号、第４,６
４４,２２３号、第４,７０５,９８６号、第４,５２７,
０８７号、第４,８９１，５５０号及び第５,３５０,９
７１号は、全て、蛍光灯の演色特性を向上させるための
様々な蛍光体の配合物を示唆している。
【０００５】詳細に言えば、Iwama他の米国特許第４,７
０５,９８６号（「'９８６号特許」）は、５０００Kの
相関色温度（CCT）で９８〜９９の演色性指標をもたら
す蛍光体の配合物を開示している。しかし、'９８６号
特許に開示されている配合物によってそのように高い指
標を実現するためには、２つの別個の蛍光体層を利用す
る必要がある。
【０００６】Kamiya他の米国特許第３,７７８,６６０号
（「'６６０号特許」）は、９７程度の高い演色性指標
をもたらす蛍光体の配合物を開示しているが、９７を超
える演色性を実現できていない。
【０００７】また、演色性指標R9により測定した場合、
飽和赤色の高演色性を得ることは困難である。Taya他の
米国特許第４,５２７,０８７号は、５２００K（CCT）で
９９のRaの値を実現する蛍光体の配合物を開示してい
る。しかし、この特許に開示されている配合物はR9につ
いて９７を超える値を実現できない。野菜の緑色、肉類
の色調などの他のいくつかの色に関しても、通常、高演
色性は実現されていない。
【０００８】更に、上記の特許は、CCTが５０００Kを超
える場合にランプの高演色性を実現する蛍光体システム
を開示している。北米及びヨーロッパにおいては、これ
より色温度の低いランプが好まれることが多い。最も好
評である蛍光灯は冷色形白色（CCT＝４１００K）、白色
（CCT＝３５００K）及び暖色形白色（CCT＝３０００K）
である。基準光源が昼光ではなく、白熱放射灯である低
い色温度で非常に高い演色性を実現することは更に困難
である。
【０００９】最後に、市販の高演色性蛍光体配合物には
５種類又は６種類、あるいは７種類以上の蛍光体を利用
しているものもある。所望の色及びスペクトルに行き当
たるためにそのように多数の蛍光体を配合することは難
しく、ロットごとに蛍光体の特性が変わる場合もあるの
で、蛍光体の配合物を何度も繰り返し実行する必要があ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これまで蛍光灯で可能
であったよりも高い演色性を実現することが必要であ
る。本発明の蛍光灯は、全てのCIEミュート色及び全て
の特殊色が白熱灯光源又は昼光光源の下で目に見えるの
と実質的に区別がつかないほどの演色性をもってそれら
の色を表す。本発明は、２７００K又は２９００Kから６
５００K又は６６００Kの色温度で９８〜９９のRaを実現
するようなランプを提供する。全ての特殊色演色性指標
は９０を超え、特に、飽和赤色の演色性指標R9は９７を
超える。
【００１１】更に、配合物中の蛍光体の数を最小限に抑
えて、すなわち、3から4種類の蛍光体でそのように非常
に高い演色性指標の値を実現することが必要である。
【００１２】また、４００nmから４５０nmの放射線を吸
収するためのフィルタを使用し、それにより、４０５nm
及び４３５nmにおける水銀線の強さを減少させることに
より、高演色性を実現することが必要である。
【００１３】更に、蛍光体を厳密な割合で配合し、均衡
の保たれたスペクトルを精製することにより、所望の高
演色性を実現することが必要である。各蛍光体の量は、
演色性指標が最大になるように調整されるのが好まし
い。
【００１４】
【課題を解決するための手段】ガラス外囲器と、放電を
発生させる手段と、外囲器の内部に密封された水銀及び
不活性ガスから成る放電維持充填物質と、前記ガラス外
囲器の内面を被覆する蛍光体含有層とを具備する水銀蒸
気放電ランプが提供される。蛍光体含有層における蛍光
体の配合物は、６１０nmから６４０nmの最大放出帯域を
有し且つ１０nmから１００nmの半値幅を有する第１の蛍
光体を４０から８０重量％、６２０nmから６６０nmの最
大放出帯域を有し且つ１nmから３０nmの半値幅を有する
第２の蛍光体を０から２０重量％、４６０nmから５１５
nmの最大放出帯域を有し且つ５０nmから１２０nmの半値
幅を有する第３の蛍光体を８から５０重量％、５３０nm
から５６０nmの最大放出帯域を有し且つ２nmから１３０
nmの半値幅を有する第４の蛍光体を０から１０重量％含
む。
【００１５】
【発明の実施の形態】特に指示又は明示されていない限
り、ここで使用する用語「部」は重量部であり、パーセ
ントは重量パーセントである。５〜２５などの好ましい
範囲が示されている場合、それは少なくとも５であるの
が好ましく、且つそれとは別個に独立して好ましくは２
５以下であることを意味している。色温度はCCTであ
る。
【００１６】図１は、当該技術分野で一般に良く知られ
ている代表的な低圧水銀蒸気放電蛍光灯１０を示す。蛍
光灯１０は、横断面が円形である透明で、光を透過する
ガラス製の管、すなわち、外囲器１２を有する。ガラス
外囲器の内面には、本発明による蛍光体含有層１４が設
けられている。
【００１７】蛍光灯はその両端部に装着された口金２０
により密封されており、口金２０には一対の互いに離間
して配置された電極構造１８（放電を発生させる手段で
ある）がそれぞれ装着されている。ガラス管の内部に
は、水銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物質２２
が密封されている。不活性ガスは、通常、少量の水銀と
組み合わされると、蛍光灯を低蒸気圧動作させる低圧の
アルゴン、又はアルゴンとその他の希ガスとの混合物で
ある。
【００１８】本発明による高演色性蛍光体含有層１４は
低圧水銀蒸気放電ランプで利用されるのが好ましい。蛍
光体含有層は当該技術分野で知られているように電極を
有する蛍光灯のみならず、当該技術分野で知られている
ように、放電を発生させる手段が高周波電磁エネルギー
放射を発生させる構造であるような電極のない蛍光灯で
も使用できる。
【００１９】蛍光体含有層１４は単一の層であり、例え
ば、３種類から４種類の蛍光体の高演色性配合物であ
る。また、蛍光体含有層１４は、４００nmから４５０nm
の範囲で放出される放射線の１から６０％を除去するフ
ィルタを含んでいるのが好ましい。
【００２０】特定の蛍光体混合物は所望の色温度によっ
て決まる。２７００Kから３２００K程度の相対的に低い
色温度では、蛍光体混合物は一般的な広帯域赤色放出蛍
光体と、一般的な広帯域青−緑色放出蛍光体と、白熱ス
ペクトルのこの領域に適合するために暗赤色「スパイ
ク」を発生させるための狭帯域赤色放出蛍光体とを含
む。色温度が３２００Kから４２００Kに上昇すると、こ
の混合物に挟帯域緑色放出蛍光体を添加しても良い。色
温度が更に５０００Kを超えるほどに上昇した場合に
は、基準スペクトルは昼光スペクトルに変化し、暗赤色
「スパイク」は不要になるので、狭帯域赤色放出蛍光体
及び（おそらくは）緑色放出蛍光体を添加せず、その代
わりに第２の広帯域青−緑色放出蛍光体を使用する。
【００２１】使用する蛍光体それぞれの特定の量は色温
度によって決まるのであるが、蛍光体含有層１４におけ
る蛍光体配合物の割合は、一般的に、４０〜５０〜６０
〜７０〜７７〜７８〜８０％（CCTが減少するにつれて
量は増加する）の広帯域赤色放出蛍光体、０〜１〜２〜
４〜６〜８〜１０〜２０％の狭帯域赤色放出蛍光体、８
〜１０〜１５〜２０〜２３〜２８〜３０〜４０〜５０％
の広帯域青−緑色放出蛍光体、０〜１〜２〜５〜６〜８
〜１０％の狭帯域緑色放出蛍光体である。蛍光体含有層
１４は、４００nmから４５０nmの波長を有する放射線を
吸収することができる（蛍光体の総重量に基づいて）０
〜０.２〜０.５〜１〜２〜３重量％の顔料を更に含む。
【００２２】適切な一般的な広帯域赤色放出蛍光体は、
最大放出帯域が６１０nmから６４０nm、より好ましくは
６２０nmから６３５nmである放出帯域を有し且つ１０nm
から１００nm、より好ましくは２０nmから７０nm、一層
好ましくは３０nmから６０nmの半値幅を有する蛍光体を
含む。特定していえば、適切な一般的な広帯域赤色放出
蛍光体は(Gd,Ce)MgB5O10:Mn2+を含むのが好ましく、(S
r,Mg,Ca)3(PO4)2:Sn2+を含むのがより好ましい。
【００２３】適切な狭帯域赤色放出蛍光体は、最大放出
帯域が６２０nmから６６０nm、より好ましくは６４０nm
から６６０nmである放出帯域を有し且つ１nmから３０n
m、より好ましくは５nmから２５nmの半値幅を有する蛍
光体を含む。特定していえば、適切な狭帯域赤色放出蛍
光体はY2O3S:Eu3+、より好ましくはYVO4:Eu3+、一層好
ましくは3(MgO).(GeO2).(MgF2):Mn2+を含む。
【００２４】適切な一般的な広帯域青−緑色放出蛍光体
は、最大放出帯域が４６０nmから５１５nm、より好まし
くは４７０nmから５１０nm、一層好ましくは４７０nmか
ら５００nmである放出帯域を有し且つ５０nmから１２０
nm、より好ましくは６０nmから１００nmの半値幅を有す
る蛍光体を含む。特定していえば、適切な一般的な広い
帯域青−緑色放出蛍光体はCa5(PO4)3F:Sb3+、より好ま
しくは(Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+を含む。
【００２５】適切な狭帯域緑色放出蛍光体は、最大放出
帯域が５３０nmから５６０nm、より好ましくは５４０nm
から５６０nmの放出帯域を有し且つ２nmから１３０nm、
より好ましくは２nmから１００nmの半値幅を有する蛍光
体を含む。特定していえば、適切な狭帯域緑色放出蛍光
体はZn2SiO4:Mn2+、LaPO4:Ce3+,Tb3+、(Gd,Ce)MgB5O1 0:
Tb3+及びY3Al5O12:Ce3+を含む。
【００２６】適切な顔料、すなわち、フィルタは、４０
０nmから４５０nmの範囲で発生される放射線を吸収する
ことができる、当該技術分野で知られている顔料のいず
れかを含む。そのような顔料としては、例えば、チタン
酸ニッケル又はジルコン酸プラセオジムがある。顔料は
４００nmから４５０nmの範囲で発生される放射線の１％
から６０％、より好ましくは１０％から５０％、一層好
ましくは２０％から４０％を除去するような効果を表す
量で使用される。
【００２７】ガラス管１２の外面をポリマー膜又はカバ
ーで被覆することにより放射線を除去しても良いが、こ
の方法はさほど好ましくない。膜は、４００nmから４５
０nmの所望の範囲の放射線を吸収することができる顔料
又は染料を含んでいても良い。例えば、ランプの外側に
嵌め込まれ、ガラスが破損したときにその破片から保護
するためのシールド又はカバーとしても機能するプラス
チックスリーブの中に、顔料／フィルタ又はその他の適
切な染料をフィルタとして組み込むことができる。その
ようなカバーはランプを保護し、破片が飛び散らないよ
うに遮蔽し、且つ望ましくない紫外線放射を阻止すると
いう利点を有する。そのような顔料又はフィルタは、４
００〜４５０nmの範囲の放射線の２０〜６０％を吸収す
ることが好ましいより低い色温度（２７００〜４２００
K）の場合に重要性を増す。色温度が４２００Kを超える
と、所望の９８を超えるRaを実現するために吸収すべき
放射線は少なくなる（すなわち、０又は１又は３から２
０％）。
【００２８】本発明を採用することにより、２７００K
から２９００K、２９００Kから３２００K、３２００Kか
ら４２００K、４２００Kから５０００K、５０００Kから
６５００K又は６６００Kの色温度及びそれらの任意の組
み合わせにおいて、９６を超える、より好ましくは９７
を超える、一層好ましくは９８を超えるRa値をランプに
与えることができる。Ra値は一般に９９以下である。
【００２９】以下の例は本発明の様々な面を更に例示し
ている。特に指示のない限り、全てのパーセンテージは
重量パーセントである。
【００３０】
【表１】
【００３１】上記の例であげた蛍光体の組み合わせによ
り、平均演色性指標（Ra）について下記の演色性値が得
られると共に、飽和赤色（R9）、飽和黄色（R10）、肉
類色調（R13）及び野菜の緑色（R14）について次の演色
性指標が得られる。
【００３２】
【表２】
【００３３】本発明の好ましい実施例を図示し且つ説明
したが、ここで開示され且つ特許請求される本発明の範
囲から逸脱せずに様々な変形を実施しうることを理解す
べきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による蛍光灯の部分断面概略図。
【符号の説明】
１０…低圧水銀蒸気放電蛍光灯、１２…ガラス外囲器、
１４…蛍光体含有層、１８…電極構造、２０…口金、２
２…放電維持充填物質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パク・ケイ・ユエト アメリカ合衆国、オハイオ州、メイフィー ルド・ハイツ、マーソル・ロード、ナンバ ー542、6505番 Ｆターム(参考） 5C043 AA01 CC09 CD01 DD28 DD33 DD35 EA15 EB03 EB04 EC14 EC16 EC17 EC18

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス外囲器（１２）と、放電を発生さ
    せる手段（１８）と、前記外囲器の内部に密封された水
    銀及び不活性ガスから成る放電維持充填物質（２２）
    と、前記ガラス外囲器の内面を被覆する蛍光体含有層
    （１４）とを具備し、前記蛍光体含有層（１４）におけ
    る蛍光体の配合物は、６１０nmから６４０nmの最大放出
    帯域を有し且つ１０nmから１００nmの半値幅を有する第
    １の蛍光体を４０から８０重量％、６２０nmから６６０
    nmの最大放出帯域を有し且つ１nmから３０nmの半値幅を
    有する第２の蛍光体を０から２０重量％、４６０nmから
    ５１５nmの最大放出帯域を有し且つ５０nmから１２０nm
    の半値幅を有する第３の蛍光体を８から５０重量％、５
    ３０nmから５６０nmの最大放出帯域を有し且つ２nmから
    １３０nmの半値幅を有する第４の蛍光体を０から１０重
    量％含む水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  2. 【請求項２】 前記第１の蛍光体は(Gd,Ce)MgB5O10:Mn
    2+及び(Sr,Mg,Ca)3(PO4)2:Sn2+から成る群から選択され
    る請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  3. 【請求項３】 前記第１の蛍光体は５０から７８重量％
    の量で存在し且つ(Sr,Mg,Ca)3(PO4)2:Sn2+である請求項
    ２記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  4. 【請求項４】 前記第２の蛍光体はY2O3S:Eu3+、YVO4:E
    u3+及び3(MgO).(GeO2).(MgF2):Mn2+から成る群から選択
    される請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ。
  5. 【請求項５】 前記第２の蛍光体は１から６重量％の量
    で存在し且つ3(MgO).(GeO2).(MgF2):Mn2+である請求項
    ４記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  6. 【請求項６】 前記第３の蛍光体はCa5(PO4)3F:Sb3+及
    び(Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu 2+から成る群から選択される請
    求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  7. 【請求項７】 前記第３の蛍光体は１５から２３重量％
    の量で存在し且つ(Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+である請求項
    ６記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  8. 【請求項８】 前記第４の蛍光体はZn2SiO4:Mn2+、LaPO
    4:Ce3+,Tb3+、(Gd,Ce)MgB5O10:Tb3+及びY3Al5O12:Ce3+
    から成る群から選択される請求項１記載の水銀蒸気放電
    ランプ（１０）。
  9. 【請求項９】 前記第４の蛍光体は１から５重量％の量
    で存在し且つY3Al5O12:Ce3+である請求項８記載の水銀
    蒸気放電ランプ（１０）。
  10. 【請求項１０】 前記水銀蒸気放電ランプは、４００〜
    ４５０nmの範囲で発生される放射線の１から６０％を除
    去する効果を有する手段を更に具備する請求項１記載の
    水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  11. 【請求項１１】 前記除去する手段は前記蛍光体含有層
    （１４）に加えられる（蛍光体の総重量に基づいて）
    ０.２から３重量パーセントの顔料であり、前記顔料は
    ４００nmから４５０nmの波長を有する放射線を吸収する
    ことができる請求項１０記載の水銀蒸気放電ランプ（１
    ０）。
  12. 【請求項１２】 前記除去する手段は水銀蒸気放電ラン
    プ（１０）のカバーであり、前記カバーはフィルタとし
    て顔料を利用し、前記顔料は４００nmから４５０nmの波
    長を有する放射線を吸収することができる請求項１０記
    載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  13. 【請求項１３】 前記除去する手段は、チタン酸ニッケ
    ル及びジルコン酸プラセオジムからなる顔料群から選択
    された顔料を利用する請求項１０記載の水銀蒸気放電ラ
    ンプ（１０）。
  14. 【請求項１４】 前記第１の蛍光体は５０から８０重量
    ％の量で存在し且つ(Sr,Mg,Ca)3(PO4)2:Sn2+であり、前
    記第２の蛍光体は２から８重量％の量で存在し且つ3(Mg
    O).(GeO2).(MgF2):Mn2+であり、前記第３の蛍光体は８
    から２３重量％の量で存在し且つ(Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu
    2+である請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  15. 【請求項１５】 前記水銀蒸気放電ランプ（１０）は９
    ６を超えるRa値と、２７００Kから６６００Kの色温度を
    有する請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  16. 【請求項１６】 前記水銀蒸気放電ランプ（１０）は９
    ７を超えるRa値と、２７００Kから６６００Kの色温度を
    有する請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  17. 【請求項１７】 前記水銀蒸気放電ランプ（１０）は９
    ７を超えるRa値と、２７００Kから４２００Kの色温度を
    有する請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
  18. 【請求項１８】 前記水銀蒸気放電ランプ（１０）は９
    ８を超えるRa値と、２７００Kから４２００Kの色温度を
    有する請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ（１０）。
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