JP2003323865A - 蛍光ランプ及び高輝度放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光体ランプ並びにＨＩＤをはじめとする放
電によって発光するランプにおいて、その発光効率を向
上させる。 【解決手段】 水銀および希ガスが励起されて発生した
紫外線ＵＶ1が蛍光体層１２に照射されると、蛍光体が
励起されて可視光Ｖ1（波長４００ｎｍ程度以上）が発
生する。紫外線ＵＶ1の一部は、厚さが２０μｍ未満の
蛍光体層１２を透過してガラス管１１に照射されるが、
ガラス管１１には励起発光成分が含まれているため、こ
の励起発光成分が、紫外線ＵＶ1で励起されることによ
って、ガラス管１１から近紫外線ＵＶ2（波長は２５４
ｎｍより大きい）並びに可視光Ｖ2が放射される。更
に、ガラス管１１から放射された近紫外線ＵＶ2の一部
は、蛍光体層１２に照射され、蛍光体層１２の蛍光体が
この近紫外線ＵＶ2によって励起されて可視光Ｖ3が放射
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、蛍光ランプ及び高
輝度放電ランプ〔High intensity dischargelamp（Ｈ
ＩＤ）〕に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ランプやＨＩＤは、高効率で発光す
るランプとして広く知られている。蛍光ランプは、水銀
及び希ガスが封入され内面に蛍光体が被着された発光管
を備えており、発光管内で放電させることによって水銀
の励起放射による２５４ｎｍを主体とする紫外線を発生
し、その紫外線で蛍光体を励起して可視光を放射するこ
とによって発光光束を得る。この蛍光ランプのタイプと
しては、従来から直管形や環形が一般的であるが、この
他に電球形やコンパクト形等も近年普及してきている。

【０００３】一方、ＨＩＤは、１００〜１０００ｋＰａ
の水銀蒸気中で放電することによって発光する高圧水銀
ランプ、放電に伴ってハロゲン化金属が金属原子とハロ
ゲン原子に解離し金属原子で可視光を励起放射すること
によって発光するメタルハライドランプ、ナトリウム蒸
気中で放電することによって発光する高圧ナトリウムラ
ンプを総称したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような蛍光ランプ
やＨＩＤにおいて、基本的な性能として、消費電力が低
く且つ高光束が得られ、寿命も長いことが求められてお
り、そのための開発がなされている。例えば、蛍光ラン
プの長寿命化に関するものとして、特開平１１−１６７
８９９号公報において、従来のソーダガラスを用いた場
合、蛍光ランプ製造時或は点灯時にガラスから溶出して
くるナトリウムが水銀と反応することによって蛍光ラン
プの輝度低下が生じやすいという点に着目し、従来のソ
ーダガラスよりもアルカリが溶出しにくいガラスを用い
て蛍光ランプの輝度低下を抑える技術が開示されてい
る。

【０００５】また、蛍光ランプにおいて低消費電力で高
光束を得るために、例えば、蛍光体の輝度をより高くす
るための研究がなされているし、発光管を細管化するこ
とによって放電長さを確保する開発もなされている。こ
のような研究開発に伴って、蛍光ランプやＨＩＤの性能
も高まっているが、近年、これらの性能に対する要請が
一層高まっており、その要求に応えるために、更に消費
電力を低下させたり高光束を得ることを可能とする技術
が望まれている。

【０００６】本発明は、このような背景のもとでなされ
たものであって、蛍光体ランプ並びにＨＩＤをはじめと
する放電によって発光するランプにおいて、その発光効
率を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、蛍光ランプにおいては、蛍光体層の厚
みを２０μｍ未満とし、保護層に、チタン、ジルコニウ
ム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タン
グステン、タリウム、スズ、鉛、ビスマス、ランタン、
セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウ
ロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウ
ム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウ
ム、ルテチウムから選択される元素の酸化物が含有され
ると共に、タリウム（Ｔｌ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）から選択される元素の酸化物
が、０．０１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下を含有させ
ることとした。

【０００８】上記本発明の蛍光ランプによれば、蛍光管
内における水銀蒸気中での放電に伴って発生するピーク
波長２５４ｎｍの励起紫外線が、励起発光成分に照射さ
れることによってより長波長の紫外線及び可視光が励起
放射され、この紫外線により蛍光体層で２次的な可視光
の励起放射がなされる。この作用によって、水銀の励起
による紫外線が発光光束に利用される利用効率が向上さ
れる。そして、励起発光成分が含まれない従来品と比べ
て、発光光束を２％以上向上させることができる。ここ
で、励起発光成分は、保護層の母材となる金属酸化物に
溶け込んでいることが、ガラス管や保護層の可視光透過
率を高く維持する上で好ましい。

【０００９】また、ＨＩＤにおいては、蛍光体層の厚み
が２０μｍ未満とし、外管を、発光管に封入された発光
物質の励起放射による紫外光を受けたときに当該紫外光
よりも長波長の紫外光を励起放射する励起発光成分が含
有されたガラス材料で形成することとした。上記蛍光ラ
ンプやＨＩＤにおいて、ガラスに含有させる励起発光成
分としては、以下に挙げる元素の酸化物を用いるのが好
ましい。

【００１０】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕ

【００１１】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕図１は、本発明
の一実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプの外観を示
す図である。この蛍光ランプは、蛍光管１０が口金２０
に固着されて構成されており、当該蛍光管１０は、内面
側が蛍光体層１２で被覆された６本の直管状のガラス管
（ガラスバルブ）１０で形成されている。

【００１２】この蛍光管１０において、６本のガラス管
１１は、隣り合うものどうしが端部でブリッジ接合され
ることによって、内部に１本の放電空間が形成されるよ
うに連結され、当該放電空間内にアルゴンなどの希ガス
と水銀とが封入されている。また、蛍光管１０におい
て、この放電空間の両端部に電極（不図示）が取り付け
られている。

【００１３】口金２０内には、蛍光管１０を点灯させる
ための点灯回路（不図示）が設けられている。図２は、
蛍光管１０を輪切りにした断面図である。ガラス管１１
は、ソーダガラスで形成されているが、ソーダガラスの
組成中には、波長２５４ｎｍの紫外線により励起して紫
外並びに可視域に発光する成分（励起発光成分）が含ま
れている。

【００１４】この励起発光成分としては、４Ａ，５Ａ，
６Ａ族に属する元素の酸化物、３Ｂ，４Ｂ，５Ｂ族に属
する元素の酸化物、及びランタノイドに属する元素の酸
化物が挙げられる。上記「４Ａ，５Ａ，６Ａ族に属する
元素」の具体例としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タン
タル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ）が挙げられる。

【００１５】上記「３Ｂ，４Ｂ，５Ｂ族に属する元素」
の具体例としては、タリウム（Ｔｌ）、スズ（Ｓｎ）、
鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）が挙げられる。上記「ラ
ンタノイドに属する元素」の具体例としては、ランタン
（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、
ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム
（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔ
ｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、
エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウ
ム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。

【００１６】このようなガラス管１１は、通常のソーダ
ガラス材料を溶解する前に、上記元素の酸化物の粉末を
添加し、この混合物を溶解，成形することによって作製
できる。蛍光体層１２は、３波長域発光形蛍光体が、ガ
ラス管１１の内面に塗着されて形成された層である。

【００１７】なお、ガラス管１１の厚みや蛍光体層１２
の厚みの好ましい範囲については、後で説明する。 （作用・効果について）図３は、上記蛍光ランプの発光
メカニズムを説明する図である。本実施形態の蛍光ラン
プにおいて、発光光束が生じる主なメカニズムは、従来
の蛍光ランプと同様である。即ち、点灯回路によって蛍
光管１０の電極に電圧が印加されると、蛍光管１０内部
の放電空間で放電が生じ、その放電に伴って、蛍光管１
０の内部では、水銀および希ガスが励起されて紫外線Ｕ
Ｖ1（主波長２５４ｎｍ）が発生する。そして、発生し
た紫外線ＵＶ1が蛍光体層１２に照射されると、蛍光体
が励起されて可視光Ｖ1（波長４００ｎｍ程度以上）が
発生する。この可視光Ｖ1がガラス管１１を透過して外
部に放射され、蛍光管１０の主な発光光束となる。

【００１８】本実施形態の蛍光ランプにおいては、この
主な発光光束に加えて、以下のように２次的な発光光束
（可視光Ｖ2及び可視光Ｖ3）も生じる。蛍光管１０内で
発生した紫外線ＵＶ1の一部は、蛍光体層１２を透過し
てガラス管１１に照射されるが、ガラス管１１には上記
励起発光成分が含まれているため、この励起発光成分
が、上記紫外線ＵＶ1で励起されることによって、ガラ
ス管１１から近紫外線ＵＶ2（波長は２５４ｎｍより大
きい）並びに可視光Ｖ2が放射される。

【００１９】更に、ガラス管１１から放射された近紫外
線ＵＶ2の一部は、蛍光体層１２に照射され、蛍光体層
１２の蛍光体がこの近紫外線ＵＶ2によって励起されて
可視光Ｖ3が放射される。なお、上記励起発光成分は、
可視光を吸収する作用もほとんどなく、ガラス管１１の
材料であるガラスに均一に溶け込んでいるので、可視光
の透過を妨げることがない。従って、可視光Ｖ1，Ｖ2，
Ｖ3は、ガラス管１１をほとんど減衰することなく透過
して、蛍光ランプの発光光束を形成する。

【００２０】このように、本実施形態の蛍光ランプにお
いては、主要な発光光束（可視光Ｖ1）だけではなく、
ガラス管１１に含まれる励起発光成分に起因する２次的
な発光光束（可視光Ｖ2，Ｖ3）も生じるので、その分、
発光効率が向上することになる。また、ガラス管１１で
は、励起発光成分がソーダガラス中に溶け込んでいるた
め、石英ガラスなどに溶け込んでいる場合と比べて、２
５４ｎｍ付近の波長の紫外光を高効率で長波長の紫外線
あるいは可視光に変換する作用を奏する。

【００２１】ガラス管１１に含まれる励起発光成分の濃
度は、低すぎると励起発光量が少なく、高すぎると励起
発光成分の自己吸収によって紫外線が吸収されてしまう
ので、発光効率を高くするのに適した範囲内で設定する
のが好ましい。励起発光成分の好ましい濃度範囲は、励
起発光成分の種類によって多少異なり、「４Ａ，５Ａ，
６Ａ族に属する元素」の酸化物の場合、並びに「ランタ
ノイドに属する元素」の酸化物の場合は、０．０１ｗｔ
％以上，１０ｗｔ％以下の範囲が好ましく、「３Ｂ，４
Ｂ，５Ｂ族に属する元素」の酸化物の場合は、０．０１
ｗｔ％以上，０．５ｗｔ％以下の範囲内に設定すること
が好ましい。

【００２２】後述する実験結果でも示されるように、ガ
ラス管１１に励起発光成分を適量含有させることによっ
て、全発光光束（可視光Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3を合せたもの）
に対する２次的な発光光束（可視光Ｖ2，Ｖ3）の割合を
２％以上とすることができる。ところで、上で列挙した
各元素の酸化物は、固有の発光スペクトルを持ち、入手
しやすさなどの条件も異なる。

【００２３】例えば、ランタノイドに属する元素の酸化
物の発光スペクトルは、比較的シャープな発光ピークを
数多く有しており、その発光ピーク位置も紫外域から可
視域まで幅広く分布している。一方、３Ｂ，４Ｂ，５Ｂ
族に属する元素の酸化物の発光スペクトルは、３００〜
４００ｎｍの範囲にわたってブロードな発光ピークを有
している。その中でも酸化タリウムは発光強度が強い。

【００２４】従って、蛍光管のガラス組成を設定する際
には、それらの条件を考慮して、上記元素の酸化物の中
から適当な元素酸化物１種または２種以上選択して、励
起発光成分として用いればよい。このように、励起発光
成分として上記の多種材料から選択できることは、蛍光
管におけるガラス組成を設計する上で自由度が大きく有
利である。

【００２５】また、上で励起発光成分として列挙した元
素の酸化物の中で、発光効率の向上という点から見る
と、ランタノイドに属する元素の酸化物、特に、ガドリ
ニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）は有望である。そ
の理由として、これら元素の酸化物は、その発光スペク
トルが、蛍光ランプに一般に使用される蛍光体を効率よ
く励起するのに適していることが挙げられる。

【００２６】即ち、蛍光体ランプの蛍光体層に紫外線を
照射するとき、照射する紫外線の波長によって可視光へ
の変換効率は異なる。ここで、これらの元素の酸化物に
おける発光スペクトルは、一般的な蛍光体ランプ用の蛍
光体に対して、紫外線変換効率の良好な波長範囲２６０
〜４００ｎｍにおける発光量が多い。また、これらの元
素の酸化物の発光スペクトルは、人の目の比視感度（Se
nsibility of the human eye）が高い波長領域（５
５０ｎｍ付近）における発光量が比較的多いことも、高
発光効率が得られる理由として挙げられる。

【００２７】〔実験１〕

【００２８】

【表１】 表１に示す試料Ｎｏ．１は比較例にかかるコンパクト形
蛍光ランプであり、試料Ｎｏ．２〜６は実施例にかかる
コンパクト形蛍光ランプである。これらの蛍光ランプ
は、いずれも全長１４５ｍｍ、ガラス管径１２．５ｍ
ｍ、定格電圧３２Ｗである。

【００２９】実施例にかかる蛍光ランプにおいて、ガラ
ス管１１の基本材料はソーダガラスであって、その組成
は、ＳｉＯ₂が６８ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が１．５ｗｔ％、
Ｎａ₂Ｏが５ｗｔ％、Ｋ₂Ｏが７ｗｔ％、ＭｇＯが５ｗｔ
％、ＣａＯが４．５ｗｔ％、ＳｒＯが５ｗｔ％、ＢａＯ
が６ｗｔ％、Ｌｉ₂Ｏが１ｗｔ％である。そして、この
ソーダガラスに、励起発光成分としてＴｌＯ（酸化タリ
ウム）が添加されている。ここで、ガラス管１１におけ
るＴｌＯ濃度は、表１に示す各値（０．００１ｗｔ％、
０．０１ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．３ｗｔ％、０．５
ｗｔ％）になるように設定されている。

【００３０】また、蛍光体層１２は、色温度５０００Ｋ
の３波長発光形蛍光体で形成されている。一方、比較例
にかかる蛍光ランプは、ガラス管にＴｌＯを添加してい
ない点を除いて上記実施例の蛍光ランプと同様の構成で
ある。このような実施例及び比較例にかかる各蛍光ラン
プについて、初期光束値、並びに光束維持率を測定し
た。

【００３１】測定方法：初期光束値（１００ｈ，ｌｍ）
は、蛍光ランプを、寿命試験を１００時間行った時点で
光束を測定した値である。光束維持率は、寿命試験（４
５分点灯した後１５分消灯するというサイクルを繰り返
す。）を４０００時間行った時点で光束を測定し、上記
初期光束値に対する比率で当該測定値を表したものであ
る。

【００３２】測定結果及び考察：各測定結果は、表１に
示されている。表１に示されている各初期光束値を比較
して見ると、ＴｌＯが０．００１ｗｔ％しか含まれてい
ない試料Ｎｏ．２では、ＴｌＯが含まれていない試料Ｎ
ｏ．１と差が見られないが、ＴｌＯが０．０１ｗｔ％〜
０．５ｗｔ％含まれている試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６で
は、試料Ｎｏ．１と比べて初期光束値が２％以上高い。
一方、光束維持率については、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６
の間においてほとんど差が見られない。

【００３３】これより、ガラス管に適量の励起発光成分
を含ませることによって、発光光束維持を低下させるこ
となく初期発光光束を２％以上向上させることができる
こと、並びに、ガラス管におけるＴｌＯの含有量は、
０．０１ｗｔ％以上とするのが好ましいことがわかる。 〔実験２〕上記実施例にかかる試料Ｎｏ．５に用いたＴ
ｌＯ含有量０．３ｗｔ％のソーダガラスと、比較例にか
かる試料Ｎｏ．１に用いたソーダガラスついて、以下の
ようにして、２５４ｎｍの紫外光を照射したときの発光
スペクトルを測定した。

【００３４】測定方法：各ソーダガラスについて、厚さ
２ｍｍ、一辺の長さ２０ｍｍの試験片を作製し、図４に
示すように、この試験片３１に対して、２５４ｎｍの励
起光３２を入射放射強度０．４ｍＷ／ｃｍ²となるよう
に照射しながら、試験片３１からの発光スペクトルを瞬
時分光器３３によって測定した。

【００３５】測定結果及び考察 図５は、この測定結果であって、図中、記号◇は試料Ｎ
ｏ．１について、記号□は試料Ｎｏ．５についての測定
結果を示している。図５の測定結果において、ＴｌＯを
含有していない試料Ｎｏ．１では、２５４ｎｍより長波
長の領域ではほとんど発光を示さないのに対して、Ｔｌ
Ｏを０．３ｗｔ％含有した試料Ｎｏ．５は、波長３１５
ｎｍ付近をピークとして波長４５０ｎｍ付近の可視光域
に到るまで幅広い波長で発光することが認められる。

【００３６】この結果から、上記図３で説明したよう
に、ＴｌＯを含むガラスに、波長２５４ｎｍをピークと
する紫外線ＵＶ1を照射することによって、紫外線励起
光ＵＶ2及び可視域励起光Ｖ2が発生することが裏付けら
れる。なお、上記実験１，２においては、励起発光成分
としてＴｌＯを添加した場合について調べたが、上で列
挙した各元素の酸化物を添加した場合についても調べた
ところ、上記実験１，２と同様の結果が得られた。

【００３７】また、これら各元素の最適濃度範囲につい
て調べたところ、「４Ａ，５Ａ，６Ａ族に属する元素」
の酸化物の場合、並びに「ランタノイドに属する元素」
の酸化物の場合は、０．０１〜１０ｗｔ％、「３Ｂ，４
Ｂ，５Ｂ族に属する元素」の酸化物の場合は、０．０１
〜０．５ｗｔ％の範囲が適当であった。 〔実験３〕 ガラス厚みについての実験と考察 励起発光成分（ＴｌＯ）を０．３ｗｔ％含有するソーダ
ガラス板について、ガラス板の肉厚によって、可視光の
透過率がどのように変わるかを調べた。

【００３８】図６はその結果を示す特性図である。当図
より、ガラス板の肉厚が小さいほど透過率が高いことが
わかる。また、ＴｌＯを０．３ｗｔ％含有するガラス材
料からなるガラス管において、ガラス管の径は一定値
（１２．５ｍｍ）に固定したまま肉厚を変化させて相対
発光強度がどのように変わるかも調べた。

【００３９】図７は、その結果に基づいて作成した特性
図であって、図中、○はガラス管の肉厚を１ｍｍ，２ｍ
ｍ及び３ｍｍに設定したときの相対発光強度実測値であ
り、曲線は、この実測値に基づいて推測されるガラス管
の肉厚と相対発光強度との関係を示すものである。当図
より、ガラス管の厚みが比較的小さい範囲（１．５ｍｍ
以下の範囲）では、厚みが小さいほど相対発光強度が高
いことがわかる。

【００４０】このように、励起発光成分が含有されたガ
ラス管では、厚みを小さく設定すると透過率及び相対発
光強度が高くなることを考慮すると、本実施形態におけ
る蛍光ランプでは、ガラス管１１の肉厚を小さく設定す
る方が相対発光強度を高めるのに有利であると考えられ
る。従って、従来から一般的な蛍光ランプにおいては、
肉厚が０．６２ｍｍより大きいガラス管が発光管に用い
られているが、本実施形態の蛍光ランプでは、発光強度
を高める上で、ガラス管１１の肉厚を０．６２ｍｍ以下
に設定するのが有利であるということが言える。

【００４１】〔実験４〕蛍光体層の厚みについての実験
と考察 励起発光成分（ＴｌＯ）を０．３ｗｔ％含有するガラス
を用いた蛍光ランプ並びに発光成分を含有しない従来の
一般的なソーダガラスを用いた蛍光ランプについて、蛍
光体層の厚みを０〜４０μｍの範囲内で様々な値に設定
して相対発光強度を測定した。

【００４２】図８は、その結果を示すものであって、蛍
光体層の厚みと相対発光強度との関係を示す特性図であ
る。この図８において、相対発光強度が最高となる蛍光
体層の厚みを比べると、一般的なソーダガラスを用いた
場合においては蛍光体層が２０μｍ以上のところで相対
発光強度が最高となるのに対して、ＴｌＯを含有するソ
ーダガラスを用いた場合においては、蛍光体層が２０μ
ｍ未満のところで相対発光強度が最高になることがわか
る。

【００４３】この結果から、一般的な蛍光ランプでは、
発光強度を高める上で蛍光体層の厚みを２０μｍ以上と
するのが有利であるのに対して、本実施形態の蛍光ラン
プでは、発光強度を高める上で蛍光体層の厚みを２０μ
ｍ未満とするのが有利であるということが言える。 〔実施の形態２〕図９は、本実施形態にかかる蛍光ラン
プの発光管の断面図である。

【００４４】本実施形態の蛍光ランプは、上記実施形態
１の蛍光ランプと同様であるが、蛍光管１０の代りに蛍
光管４０が用いられている。この蛍光管４０は、蛍光体
層４２とガラス管４１との間に保護層４３が介在されて
いる。この保護層４３は、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化チタン
ＴｉＯ₂、酸化珪素ＳｉＯ₂、酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃
から選択された金属酸化物を母材とし、励起発光成分
が、母材中に溶解した状態で含有された材料からなる透
明な層である。励起発光成分の具体例としては、上記実
施の形態１で挙げた元素（Ｔｉ、Ｚｒ…）の酸化物から
選択されたものであって、特に、ランタノイドに属する
元素の酸化物、中でもガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウ
ム（Ｔｂ）の酸化物は有望である。

【００４５】蛍光体層４２については、実施の形態１の
蛍光体層１２と同様のものである。また、ガラス管４１
には励起発光成分が含有されていないものとする。保護
層４３は、以下の方法によって形成することができる。
保護層４３の母材となる金属酸化物の粉末原料に、励起
発光成分の粉末原料を添加して溶融し粉砕することによ
って複合酸化物の粉末を作製し、この粉末を、分散剤と
共に、水或は有機溶媒（イソプロピルアルコール）とい
った溶媒に加え、これに分散させることによって塗布液
を作製する。そして、この塗布液を、ガラス管４１の内
面に噴霧法などの方法を用いて塗布し、乾燥・焼成する
ことによって保護層４３を形成することができる。

【００４６】このようにして励起発光成分が母材中に溶
解されることによって、母材の金属酸化物（ＺｎＯ、Ｔ
ｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃）と励起発光成分の金属酸化
物とは複合酸化物を形成することになる。なお、混合粉
末をガラス管４１の内面に塗装する方法としては、上記
のような湿式法の他に、静電塗装法、或は金属アルコキ
シドを有機溶媒に溶解した液を用いるゾルゲル法を用い
ることも考えられる。

【００４７】上記のように励起発光成分が含有された保
護層４３を備えることによって、以下のように、保護層
４３中の母材による光束維持率を高める効果と、励起発
光成分による発光効率向上効果と両方得ることができ
る。保護層４３中の母材は、ガラス中から拡散してくる
ナトリウムを蛍光体層１２へ透過させにくいので、蛍光
体層１２で水銀がガラス中のナトリウムと反応して黒化
するのを抑制すると共に蛍光体の劣化を抑制することに
より光束維持率を高める効果を奏する。一方、励起発光
成分は発光効率向上効果を奏する。この発光効率向上効
果は、上記実施の形態１と同様、２５４ｎｍ紫外線によ
る蛍光体層４２での可視光励起放射に基づく発光光束だ
けではなく、保護層４３に含まれている励起発光成分に
起因する発光光束が生じ、その分、発光効率が向上する
という効果である。

【００４８】即ち、蛍光管４０内で放電に伴って発生し
た紫外線の一部は、蛍光体層４２を透過して保護層４３
に照射され、この保護層４３に含まれる励起発光成分が
励起される。これによって、保護層４３から近紫外線並
びに可視光が励起放射され、更に、保護層４３から放射
された近紫外線の一部は、蛍光体層４２に照射され、蛍
光体層４２は、この近紫外線によって可視光を励起放射
する。

【００４９】また、保護層４３において、励起発光成分
は母材中に溶解しているので、保護層４３の可視光透過
性が励起発光成分によって損なわることもない。なお、
上記の励起発光成分による近紫外線並びに可視光が励起
放射される作用は、上記のように励起発光成分が母材中
に溶解して複合酸化物を形成しているため得られるので
あって、母材の金属酸化物及び励起発光成分の金属酸化
物が単に粒子のまま混合されているだけでは、このよう
な作用は得られないものと考えられる。

【００５０】保護層４３における励起発光成分の含有量
として適当な範囲は、上記実施の形態１で示したのと同
様であって、「４Ａ，５Ａ，６Ａ族に属する元素」の酸
化物の場合、並びに「ランタノイドに属する元素」の酸
化物の場合は、０．０１〜１０ｗｔ％、「３Ｂ，４Ｂ，
５Ｂ族に属する元素」の酸化物の場合は、０．０１〜
０．５ｗｔ％の範囲が適当である。

【００５１】保護層４３の厚みとしては１〜３０μｍが
適当である。なお、ここではガラス管４１に励起発光成
分は含有されていないこととしたが、変形例として、保
護層４３とガラス管４１の両方に励起発光成分を含有さ
せてもよい。また、ＴｉＯ₂のような材料は、水銀の透
過防止作用と励起発光作用の両方を奏するので、これを
単独で用いれば本実施形態と同様の効果を奏するとも考
えられるが、単独成分では励起発光が自己吸収により極
端に小さくなることに加えて、保護層の材料として極く
限られた種類の材料しか使えず、保護層の製法も限られ
てしまう。これに対して、本実施の形態のように、母材
と励起発光成分とを組み合わせて用いれば、励起発光の
自己吸収を小さく抑えることができると共に、母材とし
て選択できる材料の種類と励起発光成分として選択でき
る材料の種類との組み合わせが数多く存在するので、保
護層の組成を設計する際に、材料の選択幅が広くなると
共に保護層の製法もいろいろと選択できる点で有利であ
る。

【００５２】母材の種類と励起発光成分の種類との組み
合わせについては、母材として、酸化珪素或は酸化アル
ミニウムを用い、これに、励起発光成分として、酸化ガ
ドリニウム及び酸化テルビウムの一方または両方を組み
合わせて用いることが好ましいと思われる。 〔実施の形態３〕本実施の形態では、High intensity
discharge lamp（ＨＩＤ）に適用する場合について、
蛍光水銀ランプ、メタルハライドランプ及び高圧ナトリ
ウムランプを例にとって説明する。

【００５３】図１０は、蛍光水銀ランプの一例を示す図
である。この蛍光水銀ランプは、高圧水銀ランプの１種
であって、当図に示すように、発光管５１、口金５２、
外管５３などから構成されている。発光管５１は、透明
石英ガラスで形成され、両端に電極５４を備え、内部に
水銀とアルゴンガスが封入されている。

【００５４】外管５３は、発光管５１を取り囲むように
設けられたガラス管５５の内面に、蛍光体層５６が被着
されて構成されている。そして、発光管５１では、高圧
（１００〜１０００ｋＰａ）の水銀蒸気中で放電するこ
とによって可視光を放射するが、これに加えて発光管５
１では紫外光も放射され、外管５３の蛍光体層５６がこ
の紫外光を受けて可視光を励起放射するようになってい
る。ここで、外管５３のガラス管５５は、上記実施の形
態１で挙げたのと同様の励起発光成分（Ｔｉ、Ｚｒ…元
素の酸化物）を溶け込ませたほうけい酸ガラスで形成さ
れている。

【００５５】これによって、当該外管５３は、実施の形
態１の図３で説明した蛍光管１０と同様の作用効果を奏
する。即ち、発光管５１からの紫外光の一部が、蛍光体
層５６を透過してガラス管５５に照射されるが、ガラス
管５５に含まれている励起発光成分が、この紫外線によ
って励起されて、長波長の紫外線及び可視光を放射す
る。そして、ガラス管５５から放射された紫外線が蛍光
体層５６に照射されると可視光が励起放射される。

【００５６】本実施形態の蛍光水銀ランプは、このよう
な作用によって、ガラス管に励起発光成分が添加されて
いない場合に比べると優れた発光効率を得ることができ
る。また、本実施形態では、励起発光成分を石英からな
る発光管５１ではなくガラスからなる外管５３にガラス
に含有させているが、この点も発光効率向上に寄与す
る。即ち、ガラスに励起発光成分を含有させると、石英
ガラスに含有させる場合と比べて、水銀の励起紫外光
（ピーク波長２５４ｎｍ）を、比較的高効率で長波長の
紫外線あるいは可視光に変換することができる。更に、
ほうけい酸ガラスには、酸化アルミニウムや酸化ホウ素
などの成分が含まれているが、これらの成分はガラス中
で励起発光成分の周囲を取り囲んで孤立化させることに
より、励起発光の自己吸収を抑制する働きもある。

【００５７】なお、ここでは、外管５３に蛍光体層５６
が設けられた蛍光水銀ランプについて説明したが、外管
に蛍光体層が設けられていない高圧水銀ランプにおいて
も、外管のガラスに上記と同様の励起発光成分（Ｔｉ、
Ｚｒ…元素の酸化物）を溶け込ませることによって、発
光効率をある程度向上させることができる。即ち、外管
に蛍光体層が設けられていない場合でも、外管励起発光
成分が、発光管からの紫外線によって励起されて可視光
を放射するという作用効果があり、ガラス管に励起発光
成分が添加されていない場合に比べると優れた発光効率
を得ることができる。

【００５８】次に、メタルハライドランプ及び高圧ナト
リウムランプについて、図１１を参照しながら説明す
る。図１１（ａ）は、メタルハライドランプの一例を示
す図である。このメタルハライドランプは、透明石英ガ
ラスからなる発光管６１、口金６２、外管６３などから
構成されている点は上記蛍光水銀ランプと同様である
が、発光管６１内には、発光物質としてのハロゲン化金
属（例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びナトリウム（Ｎ
ａ）のハロゲン化物）の他に、始動用として希ガス及び
電気特性と最適温度のアーク放電を維持するための緩衝
ガスとして水銀が封入されており、外管６３には蛍光体
層は設けられていない。

【００５９】ここで、この外管６３は、上記と同様の励
起発光成分（Ｔｉ、Ｚｒ…元素の酸化物）が溶け込んだ
ほうけい酸ガラスで形成されている。このようなメタル
ハライドランプにおいて、基本的には、発光管６１内で
放電するのに伴って、ハロゲン化金属が金属原子とハロ
ゲン原子に解離し、金属原子が可視光を励起放射するこ
とによって発光光束が得られる。

【００６０】但し、発光管６１においては放電に伴って
紫外光も放射されるので、外管６３に含まれている励起
発光成分が、この紫外線によって可視光を励起放射す
る。従って、この作用によって、励起発光成分が添加さ
れていない場合と比べると全発光光束が増す。即ち、優
れた発光効率が得られる。図１１（ｂ）は、高圧ナトリ
ウムランプの一例を示す図である。

【００６１】この高圧ナトリウムランプは、発光管７
１、口金７２、外管７３などから構成されている。そし
て、外観は上記蛍光水銀ランプに似ているが、発光管７
１には多結晶アルミナセラミックス管が用いられ、発光
管７１内には、発光物質としてのナトリウムとともに、
始動ガスとしてのキセノンガスと緩衝ガスとしての水銀
が封入されており、外管７３には蛍光体層は設けられて
いない。

【００６２】ここで、上記外管７３は、上記と同様の励
起発光成分（Ｔｉ、Ｚｒ…元素の酸化物）が溶け込んだ
ソーダガラスで形成されている。このような高圧ナトリ
ウムランプにおいて、基本的に、発光管７１内でナトリ
ウム蒸気中で放電するのに伴って可視光が励起放射され
て発光光束が得られる。但し、発光管７１からは紫外光
も若干放射されるので、外管７３に含まれている励起発
光成分が、この紫外線によって励起されて可視光を励起
放射する。この作用によって、励起発光成分が添加され
ていない場合と比べると全発光光束が増し、優れた発光
効率を得ることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蛍光ラン
プにおいては、蛍光体層の厚みを２０μｍ未満とし、保
護層に、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、
タンタル、モリブデン、タングステン、タリウム、ス
ズ、鉛、ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジ
ム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウ
ム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビ
ウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムから選択
される元素の酸化物が含有されると共に、タリウム（Ｔ
ｌ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）か
ら選択される元素の酸化物が、０．０１ｗｔ％以上、
０．５ｗｔ％以下を含有されることによって、水銀の励
起による紫外線が発光光束に利用される利用効率を向上
させ、励起発光成分が含まれない従来品と比べて、発光
光束を２％以上向上させた。

【００６４】また、ＨＩＤにおいては、蛍光体層の厚み
を２０μｍ未満とし、外管を、発光管に封入された発光
物質の励起放射による紫外光を受けたときに当該紫外光
よりも長波長の紫外光を励起放射する励起発光成分が含
有されたガラス材料で形成することによって、水銀の励
起による紫外線が発光光束に利用される利用効率を向上
させた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るコンパクト形蛍光ランプの外
観を示す図である。

【図２】上記蛍光ランプの蛍光管を輪切りにした断面図
である。

【図３】上記蛍光ランプの発光メカニズムを説明する図
である。

【図４】実験２における発光スペクトルの測定方法を示
す図である。

【図５】実験２の測定結果である発光スペクトルを示す
図である。

【図６】実験３の結果であってガラス板肉厚と可視光透
過率との関係を示す特性図である。

【図７】実験３の結果であってガラス管の肉厚と相対発
光強度との関係を示す特性図である。

【図８】実験４の結果であって、蛍光ランプにおける蛍
光体層の厚みと相対発光強度との関係を示す特性図であ
る。

【図９】実施の形態２にかかる蛍光ランプの発光管の断
面図である。

【図１０】実施の形態３にかかる蛍光水銀ランプを示す
図である。

【図１１】実施の形態３にかかるメタルハライドランプ
及び高圧ナトリウムランプを示す図である。

【符号の説明】

１０ 蛍光管 １１ ガラス管 １２ 蛍光体層 ４０ 蛍光管 ４１ ガラス管 ４２ 蛍光体層 ４３ 保護層 ５１ 発光管 ５３ 外管 ５４ 電極 ５５ ガラス管 ５６ 蛍光体層 ６１ 発光管 ６３ 外管 ７１ 発光管 ７３ 外管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面が蛍光体層で被覆されたガラス管内
   に、水銀及び希ガスが封入された蛍光管と、当該蛍光管
   内に放電を生じさせる電極とを備える蛍光ランプにおい
   て、 内面が金属酸化物を主体とする保護層で被覆され、当該
   保護層上に蛍光体層が被覆され、内部に水銀及び希ガス
   が封入された蛍光管と、当該蛍光管内に放電を生じさせ
   る電極とを備える蛍光ランプにおいて、 前記蛍光体層の厚みが２０μｍ未満であり、 前記保護層には、 チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタ
   ル、モリブデン、タングステン、タリウム、スズ、鉛、
   ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
   ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
   ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
   ウム、イッテルビウム、ルテチウムから選択される元素
   の酸化物が含有されると共に、 タリウム（Ｔｌ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマ
   ス（Ｂｉ）から選択される元素の酸化物が、０．０１ｗ
   ｔ％以上、０．５ｗｔ％以下含有されていることを特徴
   とする蛍光ランプ。
2. 【請求項２】 放電に伴って励起し可視光及び紫外線を
   放射する発光物質が封入された発光管と、 当該発光管を囲むように設けられ表面が蛍光体層で覆わ
   れた外管とを備える高輝度放電ランプにおいて、 前記蛍光体層の厚みが２０μｍ未満であり、 前記外管は、 前記発光物質の励起による紫外光を受けたときに当該紫
   外光よりも長波長の紫外光を励起放射する励起発光成分
   が含有されたガラス材料で形成されていることを特徴と
   する高輝度放電ランプ。
3. 【請求項３】 前記励起発光成分は、 前記発光物質の励起による紫外光を受けたときに当該紫
   外光よりも長波長の紫外光とともに可視光を励起放射す
   ることを特徴とする請求項２記載の高輝度放電ランプ。
4. 【請求項４】 前記高輝度放電ランプから発せられる全
   発光光束の中には、 前記発光物質の励起による可視光からなる第１の発光光
   束と、 前記発光物質の励起による紫外光を前記外管中の励起発
   光成分が受けて当該励起発光成分が励起放射する可視光
   からなる第２の発光光束と、 前記発光物質の励起による紫外光を前記外管中の励起発
   光成分が受けて当該励起発光成分が励起放射する紫外線
   成分を、前記蛍光体層が受けて当該蛍光体層が励起放射
   する可視光からなる第３の発光光束とが含まれることを
   特徴とする請求項２記載の高輝度放電ランプ。
5. 【請求項５】 放電に伴って励起し可視光及び紫外線を
   励起放射する発光物質が封入された発光管と、 当該発光管を囲むように設けられ表面が蛍光体層で覆わ
   れた外管とを備える高輝度放電ランプにおいて、 前記蛍光体層の厚みが２０μｍ未満であり、 前記外管は、 チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタ
   ル、モリブデン、タングステン、タリウム、スズ、鉛、
   ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
   ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
   ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
   ウム、イッテルビウム、ルテチウムから選択される元素
   の酸化物が含有されたガラス材料で形成されていること
   を特徴とする高輝度放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記高輝度放電ランプから発せられる全
   発光光束の中には、 前記発光物質の励起による可視光からなる第１の発光光
   束と、 前記発光物質の励起による紫外光を前記外管中の励起発
   光成分が受けて当該励起発光成分が励起放射する可視光
   からなる第２の発光光束と、 前記発光物質の励起による紫外光を前記外管中の励起発
   光成分が受けて当該励起発光成分が励起放射する紫外線
   成分を、前記蛍光体層が受けて当該蛍光体層が励起放射
   する可視光からなる第３の発光光束とが含まれることを
   特徴とする請求項５記載の高輝度放電ランプ。