JP2004055322A

JP2004055322A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2004055322A
Application number: JP2002210730A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Okubo; 大久保　和明; Mitsuharu Kawasaki; 川▲さき▼　充晴; Shingo Matsuda; 松田　伸吾; Akira Hochi; 保知　昌; Kiyoshi Hashimotoya; 橋本谷　磨志; Yuji Komata; 小俣　雄二; Yoshihisa Hagiwara; 萩原　慶久
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Also published as: US20040108800A1

Abstract

【課題】液体水銀のみを使用する蛍光ランプにおいて、最冷点温度が上昇した場合でも、２８００Ｋの色度を実現する蛍光ランプを提供すること。
【解決手段】蛍光ランプは、発光物質の一つとして水銀が封入された発光管と、前記水銀からの放射光を可視光に変換する蛍光体層とを備える蛍光ランプであって、前記蛍光体層は、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を含む構成によって、水銀の青色の放出を吸収して、長波長側の可視光に変換するので、２８００Ｋの蛍光ランプを実現できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、水銀のみを使用する蛍光ランプにおいて、最冷点が上昇したときにも２８００Ｋの光色を実現する蛍光ランプに関する。特に、電球代替として使用される蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化問題やエネルギー資源の有効利用の問題から、省エネルギーはあらゆる分野で多くの努力がなされている。照明分野においても、従来の電球から、より効率の良い蛍光ランプが普及・拡大している。
【０００３】
しかしながら、電球から蛍光ランプへの置き換えは、安価な電球用照明器具から、蛍光灯を点灯する安定器を内蔵した高価な照明器具に取り換えなければならないという問題があった。
【０００４】
これを解決するために、電球用照明器具の電球ソケットに直結して点灯できる、電球の口金と安定器とを備えた電球代替蛍光ランプが開発された。この電球代替蛍光ランプは、電球と置き換えて電球用照明器具に使用でき、かつ、高効率の面では電球の３倍以上の寿命をもつことから現在普及している。
【０００５】
一方、この電球代替蛍光ランプをさらに長寿命にするために、寿命損耗の要因である電極を無くした無電極蛍光ランプが開発されている。無電極蛍光ランプは、希ガスと水銀を封入するとともに内壁に蛍光体を塗布した密閉のガラス製の放電容器に、外部から高周波の交流電磁界を印加して放電容器内に水銀蒸気放電を発生させ、その放電より得られる紫外放射で内壁の蛍光体を励起し発光させるものであり、無電極であるが故に従来の有電極の蛍光ランプに比べて倍以上の寿命のランプが得られる。
【０００６】
無電極蛍光ランプにおいても、電球代替を目的として、電球の口金から電力を供給する電球代替の無電極蛍光ランプ（以降、単に「無電極蛍光ランプ」という）が開発されている。
【０００７】
無電極蛍光ランプは、電球用照明器具に装着するため、従来の蛍光ランプに使用されている昼光色の他に、電球とほぼ同等の光色（電球色：ＪＩＳ　Ｚ９１１２−１９９０　蛍光ランプの光源色及び演色性による区分）が要求され、近年、電球の光色に近い相関色温度２８００Ｋ付近の無電極蛍光ランプの実現が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光ランプの光色は、低圧水銀放電によって得られる２５４ｎｍなどの紫外放射によって励起された蛍光体の発光と、低圧水銀放電よって水銀原子からの可視波長域の４０５ｎｍ、４３５ｎｍ、５４６ｎｍなどの輝線放射が合成されて得られる。蛍光ランプの光色は、青、緑、赤の希土類蛍光体のの混合比にって調整する。
【０００９】
しかしながら、電球代替の無電極蛍光ランプは、高出力を得ようとする場合、発光管の負荷が増大し、発光管の最冷点温度が通常の直管形の蛍光ランプより高くなる。発光管の最冷点温度の上昇は、水銀放電プラズマの水銀蒸気圧を上昇させるため、先に述べた蛍光体の励起源である２５４ｎｍの放射エネルギーが低下し、可視波長域の輝線放射が増大する。すなわち、光色の青成分が多くなり、蛍光体の青色を無くし、緑と赤の蛍光体で色調整しても相関色温度２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０付近に色を合わせることが難しくなる。なお、ＤｕｖとはＣＩＥ１９６０ＵＳＣ色度図上における色度点の黒体軌跡からの距離（黒体軌跡からの偏差量：ＪＩＳ　Ｚ８７２５　光源の分布温度および色温度、相関色温度の測定方法）である。
【００１０】
なお、有電極の電球代替蛍光ランプにおいて、バルブが高温になることによる水銀蒸気圧の上昇を抑制するために、アマルガムを使用する場合がある。しかし、アマルガムを使用した場合は、長時間点灯せずに放置したランプにおいて、点灯初期の光束の立ち上がりが悪いという問題がある。したがって、本願においては、光束の立ち上がりの向上させるため、アマルガムを使用しない、すなわち、液体水銀を封入した無電極蛍光ランプを目的としているので、発光管の最冷点温度の上昇による色温度変化が問題となる。
【００１１】
一例として図１の電球代替として使用される無電極蛍光ランプの光色についてします。図１の無電極蛍光ランプは、発光管１０１と、商用電源から電力が供給される口金１０２と、発光管１０１と口金１０２とを結合させるケース１０３とを備えている。発光管１０１には、発光物質である、水銀と希ガス（例えば、アルゴン）とが封入されている（図示せず）。水銀は、アマルガムではなく液体水銀として封入してあるが、水銀蒸気圧の温度特性が、液体水銀の略等しいものであれば、アマルガムであっても良い。また、発光管１０１の内部には、蛍光体層１０４が塗布されている。蛍光体層１０４と発光管１０１との間には、紫外線を反射するためのアルミナ保護膜がある（図示しない）。さらに、発光管１０１は、コイル１０５が巻き付けたフェライトからなる磁心１０６が挿入されるキャビティ１０１ａが発光管１０１の内部に凸になるように形成されている。コイル１０５には、発光管１０１内の主な発光物質である水銀を放電させるための電力を発光管に投入し、発光管１０１内に電磁界を発生させるように高周波点灯回路１０７に接続されており、高周波点灯回路１０７は、口金１０２に接続され、口金１０２を介して商用電源から電力が供給される。なお、高周波点灯回路１０７および発光管１０１との消費電力は２１Ｗである。また、発光管１０１、キャビティ１０１ａ、ケース１０３は、断面図として記載している。さらにキャビティ１０１ａには、プラズマ側に第１層としてアルミナ反射膜を塗布し、さらにその上に蛍光体を第２層として塗布している。これによりプラズマからの紫外放射によりキャビティ表面の蛍光体を発光させるとともに、第１層の反射膜により反射して、キャビティやその内部のコイルやコアにその光が吸収されるのを防ぎ、光束の向上を図っている。
【００１２】
無電極蛍光ランプにおけるｘｙ斜交座標（等色度差図）を図２に示す。２８００Ｋ等色温度線は、２８００Ｋの色温度であるｘｙ斜交座標上の点の集合である。黒体軌跡からＤｕｖのずれ量は、黒体軌跡と平行な曲線でＤｕｖ＝−３〜３で記載している。通常のｘｙ直交座標図（ＣＩＥ色度図）では、ＭａｃＡｄａｍにより定義された等色度領域は１式で表される楕円となる。
【００１３】

ただし、２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０において、ｇ_１１＝４０ｘ１０^−４、ｇ_１２＝―１９ｘ１０^−４、ｇ_２２＝２８ｘ１０^−４、ｘ_０＝０．４５１７，ｙ_０＝０．４０８６、ａは色度差である。ｘｙ斜交座標は、この楕円を円で表すための座標変換で座標軸の取り方を、ｘ軸とｙ軸のなす角をωを、次式のようにし
ｃｏｓω＝ｇ_１２／（ｇ_１１・ｇ_２２）１／２　　　　　　（式２）
ｘ軸とｙ軸の目盛りの大きさを
ｘ：ｙ＝（ｇ１１）１／２：（ｇ２２）１／２　　（式３）
とした座標（等色度差図）である（日本色彩学会編：色彩科学ハンドブック　第２版　ｐ．２７３）。
【００１４】
なお、無電極蛍光ランプの蛍光体層１０４は、緑色蛍光体（ＬＡＰ：ＬａＰＯ^４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋）、赤色蛍光体（ＹＯＸ：Ｙ^２Ｏ^３：Ｅｕ^３＋）の２つの蛍光体からなる。ＬＡＰとＹＯＸの比率を変えた場合の色度軌跡（ＬＡＰ−ＹＯＸ調合軌跡）は、太破線で示す。ＬＡＰの比率が多くなった場合には、破線の左上に色度が動き、ＹＯＸの比率が多くなった場合には、破線の右下に色度が動く。無電極蛍光ランプを周囲温度２５℃で点灯した場合の最冷点温度は、４６℃であった。
【００１５】
図２から、最冷点温度が４６℃の場合において、ＬＡＰとＹＯＸのみを使用して、色温度２８００Ｋの無電極蛍光ランプを実現する場合には、Ｄｕｖは点Ａのように−３程度となる。すなわち、電球代替として目指すべき「２８００ＫでＤｕｖ＝０（図２の点Ｂ）」の１００Ｗ電球からずれる、ということが問題となる。
【００１６】
なお、発光管の最冷点温度が４６℃から４０℃に下がっていくと、ＬＡＰとＹＯＸの比率を変えた場合の色度軌跡は、図２の右上に平行にずれていく。最冷点温度が４０℃の場合には、ＬＡＰとＹＯＸの比率を変えた場合の色度軌跡と２８００Ｋの等色温度線との交点Ａは点Ｂ付近の点Ｃに位置する。
【００１７】
本発明の目的とするところは、アマルガムを使用しないで液体水銀のみを使用する電球代替の無電極蛍光ランプにおいて、最冷点温度が上昇した場合でも、２８００ＫでＤｕｖ＝０の色度を実現する無電極蛍光ランプを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光ランプは、発光物質の一つとして水銀が封入され、水銀がアマルガムとして封入されない発光管と、前記水銀からの放射光を可視光に変換する蛍光体層とを備える蛍光ランプであって、前記蛍光体層は、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を含む。
【００１９】
また、本発明の蛍光ランプは、前記水銀からの青色の放射光は、４０５ｎｍおよび４３５ｎｍのうち少なくとも一方であることが好ましい。
【００２０】
また、好適な実施形態として、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収、励起させる蛍光体は、マンガン付活深赤色蛍光体３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋である。
【００２１】
さらに、本発明の蛍光ランプは、前記発光物質を放電させるための電力を前記発光管に投入する高周波点灯回路と、前記高周波点灯回路を商用電源に接続する口金とをさらに備えて電球代替として使用される。
【００２２】
さらに、本発明の蛍光ランプは、前記発光管は、当該発光管の内部に凸になるようなキャビティを有し、前記キャビティには、前記高周波点灯回路に電気的に接続され、かつ、前記発光物質を放電させるための電磁界を発生させるコイルが挿入されており、前記発光管には、電極を有しない。
【００２３】
また、好適な実施形態は、前水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる前記蛍光体の重量が、前記蛍光体層に含まれる他の蛍光体の重量に対して、１重量％以上４重量％以下である。
【００２４】
さらに好適な実施形態として、本発明の蛍光ランプは、前記キャビティの放電空間側のみに、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を塗布する。
【００２５】
他の実施形態として、本発明の蛍光ランプは、前記発光管は、一対の電極と、前記発光管を覆うグローブと、をさらに備え、前記グローブと前記発光管との間に、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を塗布する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の無電極蛍光ランプの断面構造の模式図を図１に示す。なお、図１に示す無電極蛍光ランプの構造において、従来の技術と異なる構成は、蛍光体層１０４に含まれている蛍光体のみなので、発明が解決しようとする課題の項の説明をもって、本項では説明を省略する。
【００２８】
図３に最冷点温度が４６℃、４０℃の場合の、青色の放射光、すなわち、水銀輝線放射強度（４０５ｎｍ，４３５ｎｍ），ＬＡＰの発光波長の一つである４９０ｎｍ，ＹＯＸの発光波長の一つである６２０ｎｍとを示す。なお、図３ではそれぞれの最冷点温度におけるＹＯＸの発光波長、６２０ｎｍの発光強度を１として規格化して記載している。図３において、ＹＯＸの６２０ｎｍの発光強度とＬＡＰの４９０ｎｍの発光強度との比は最冷点による差はほとんどない。一方、最冷点温度が４０℃よりも４６℃の方が、青色の水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍが、発光強度が強くなることがわかる。すなわち、最冷点温度が４６℃の場合は、この水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍの放射強度の増加が、無電極蛍光ランプの色度を青方向に引っ張り、目指すべき「２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０」が実現できない原因となっていることがわかる。
【００２９】
以上の事実から、我々が目指すべき「２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０」の無電極蛍光ランプを実現するためには、青色の水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍを少なくすることである。そのためには、青色の水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍを励起スペクトルとし、長波長が側の光を放射する蛍光体を用いれば、「２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０」の無電極蛍光ランプを実現できるというのが、我々の発明のポイントである。
【００３０】
青色の水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍを励起スペクトルとし、長波長が側の光を放射する蛍光体としては、マンガン付活深赤色蛍光体ＭＦＧ（３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋）がある。ＭＦＧの励起スペクトルと発光スペクトルとを図４に示す。横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光スペクトル強度（ａ．ｕ．）である。なお、発光スペクトル強度は、それぞれの最大値で規格化した。
【００３１】
ＭＦＧは、水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍにおいて励起され、６００ｎｍから７００ｎｍの深赤色に発光スペクトルをもつ。したがって、ＭＦＧを使用すると、プラズマから水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍが放出された場合においても、その青色の水銀輝線４０５ｎｍ，４３５ｎｍを深赤色の６００ｎｍから７００ｎｍに変換でき、最冷点温度を低下させる制御をしなくても、「２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０」の無電極蛍光ランプを実現できる。
【００３２】
続いて、電球代替として使用できる色度座標範囲について説明する。
【００３３】
電球代替として使用できる色度座標の範囲は、発光管から発する光の色度座標（ｘ、ｙ）が、

である。
【００３４】
ただし、ｇ_１１＝４０ｘ１０^−４，ｇ_１２＝―１９ｘ１０^−４，ｇ_２２＝２７ｘ１０^−４，ｘ_０＝０．４５１７，ｙ_０＝０．４０８６であり、ａ＝５（ＳＤＣＭ）である。この５ＳＤＣＭは、ＭａｃＡｄａｍにより定義された色度楕円に基づきＩＥＣ（国際電気標準会議）が各種光源色の色度許容範囲として公に認めているものである。（ＩＥＣ規格：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ＣＥＩ／ＩＥＣ　６００８１　Ｄｏｕｂｌｅ−ｃａｐｐｅｄ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　ｌａｍｐ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　（１９９７−１２））。
【００３５】
ＩＥＣにおける色度範囲は５ＳＤＣＭであるが、製造する場合の目標としては、製造ばらつきを考慮すると、経験的に４ＳＤＣＭ（ａ＝４）を目指している。ＭＦＧ蛍光体を蛍光体層１０４に添加する場合は、全体の蛍光体塗布重量に対して、ＭＦＧ蛍光体を１％以上としたとき、図５に示すように４ＳＤＣＭの円の内部に色度点を実現できる。
【００３６】
また、別の例として表１に、前記蛍光体膜１７にＬＡＰとＹＯＸ蛍光体にＭＦＧ蛍光体を付加した場合の光色を示す。このうち試料ＡはＬＡＰ、ＹＯＸのみ塗布した蛍光ランプで、この両者の蛍光体の総重量に対して試料ＢはＭＦＧ蛍光体を２重量％、試料Ｃは４重量％付加した場合である。この表１から、ＭＦＧ蛍光体の添加量が増えるほど光束は低下するため、添加量の決定は光束とのバランスを考える必要がある。例えば、資料Ｂ、Ｃの場合、ＭＦＧ付加量は２ｇ％、４ｇ％に対して、それぞれのＭＦＧ付加量０ｇ％に対する全光束比は、９９．４（１３３６／１３４４）％、９６．０（１２９０／１３４４）％であり、全光束比が９６％以上になるためには、添加量が４％以内であれば良い。この全光束比が９６％以上というのは、許容できる範囲である。
【００３７】
【表１】

【００３８】
なお、ＭＦＧは、黄色などの着色があるため、蛍光体層１０４への付加量が多いと外見が黄色となる。このことをさけるために、キャビティ１０１ａの放電空間側のみに、水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を塗布することが有効である。これにより消灯時に発光管が白色であるとともに、点灯時にはキャビティ１０１ａに塗布されたＭＦＧが、水銀輝線４０５ｎｍおよび４３５ｎｍを吸収して深赤色６００ｎｍから７００ｎｍの光を放出するので、Ｄｕｖが下がることを防止できる。
【００３９】
（実施の形態２）
実施形態２について図６を用いて説明する。なお、図１と実施的に同一部材は、同一符号を記して、説明を省略する。
【００４０】
実施形態２は、発光管１０１には、一対の電極１１０を有している。また、発光管１０１の周りには、発光管１０１を覆うようにグローブ１０８を備えている。グローブ１０８の発光管１０１側には、水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体であるＭＦＧ膜１０９が塗布されている。
【００４１】
発光管１０１がソーダガラスである場合、水銀の青色の放射光である水銀輝線放射強度（４０５ｎｍ，４３５ｎｍ）が発光管１０１を通過しており、この通過した放射光がＭＦＧ膜１０９を励起させて発光させる。さらに、発光管１０１がソーダガラスの場合は、水銀輝線の３６５ｎｍも通過しており、この波長の輝線もＭＦＧ膜１０９を発光させている。
【００４２】
なお、本実施形態では、グローブ１０８の発光管１０１側にＭＦＧ膜１０９を塗布したが、ＭＦＧ膜１０９は発光管１０１とグローブ１０８との間に存在していればよく、発光管１０１のグローブ１０８側に塗布してもよい。この場合は、ＭＦＧ膜１０９の着色がグローブ１０８の外から確認できないため、外観上好ましい。
【００４３】
（他の実施形態）
上記実施形態では、水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体として、ＭＦＧを用いたが、６ＭｇＯ・ＡｓＯ_５：Ｍｎ^４＋でも本発明と同種の効果が得られる。
【００４４】
さらに、本発明は、電球代替の蛍光ランプである無電極蛍光ランプに限らず、直管蛍光ランプや丸管蛍光ランプやツイン蛍光ランプなどにおいて、最冷点温度が４０℃を越える蛍光ランプに適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、ランプの最冷点温度が４０℃を越える場合において、過剰な青色の水銀輝線の放射光を長波長側の放射光に変換する蛍光体を蛍光体層に混合することによって、アマルガムを使用せずに「色温度２８００Ｋ、Ｄｕｖ＝０」の電球相当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を示す構成図
【図２】従来の無電極蛍光ランプにおける色度を示す図
【図３】最冷点温度による水銀輝線などの発光強度を示す図
【図４】ＭＦＧの励起スペクトルと発光スペクトルとを示した図
【図５】本願のＭＦＧを１重量％、５重量％添加したときの無電極蛍光ランプの色度をを示す図
【図６】本願の他の実施形態である電極をもった蛍光ランプの構成図
【符号の説明】
１０１　発光管
１０１ａ　キャビティ
１０２　口金
１０３　ケース
１０４　蛍光体層
１０５　コイル
１０６　磁心
１０７　高周波点灯回路
１０８　グローブ
１０９　ＭＦＧ膜

Claims

発光物質の一つとして水銀が封入され、水銀がアマルガムとして封入されない発光管と、
前記水銀からの放射光を可視光に変換する蛍光体層と
を備える蛍光ランプであって、
前記蛍光体層は、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を含む、蛍光ランプ。
前記水銀からの青色の放射光は、４０５ｎｍおよび４３５ｎｍのうち少なくとも一方である、請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収、励起させる蛍光体は、マンガン付活深赤色蛍光体３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋である、請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記蛍光ランプは、前記発光物質を放電させるための電力を前記発光管に投入する高周波点灯回路と、
前記高周波点灯回路を商用電源に接続する口金と
をさらに備えて電球代替として使用される、請求項１から３までの何れかに１つに記載の蛍光ランプ。
前記発光管は、当該発光管の内部に凸になるようなキャビティを有し、
前記キャビティには、前記高周波点灯回路に電気的に接続され、かつ、前記発光物質を放電させるための電磁界を発生させるコイルが挿入されており、
前記発光管には、電極を有しない、請求項４に記載の蛍光ランプ。
前水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる前記蛍光体の重量が、前記蛍光体層に含まれる他の蛍光体の重量に対して、１重量％以上４重量％以下である請求項５に記載の蛍光ランプ。
前記キャビティの放電空間側のみに、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を塗布する、請求項５に記載の蛍光ランプ。
前記発光管は、一対の電極と、
前記発光管を覆うグローブと、
をさらに備え、
前記グローブと前記発光管との間に、前記水銀からの青色の放射光の一部を吸収し励起させる蛍光体を塗布する、請求項４に記載の蛍光ランプ。