JP2005108843A - ナノメートルサイズのｖｕｖを吸収する蛍光体を備えた光源 - Google Patents

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アロク・マニ・スリバスタバ
Anant Achyut Setlur
アナント・アキウト・セトラー
Sergio Martins Loureiro
セルジオ・マーティンズ・ロウレイロ
Darryl Stephen Williams
ダリル・スティーブン・ウィリアムズ
Mohan Manoharan
モハン・マノハラン
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Abstract

【課題】 真空紫外（「ＵＶＵ」）放射線を吸収する蛍光体を備えたガス放電光源を提供する。
【解決手段】 光源は、（ａ）一部が約２００ｎｍよりも短い波長を有する電磁（「ＥＭ」）放射線を放射するプラズマ放電源と、（ｂ）各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成される粒子を含む蛍光体組成物とを備え、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍよりも短い波長を有するＥＭ放射の前記部分を実質的に吸収し、且つ約２００ｎｍよりも長い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はガス放電装置に関する。より詳細には、本発明は、真空紫外（「ＵＶＵ」）放射線を吸収する蛍光体を備えたガス放電光源に関する。
水銀低圧ガス放電ランプの発光は、ガス放電中にランプ内部に充填されている水銀含有ガス内でプラズマが発生し、主として紫外（「ＵＶ」）波長範囲の電磁（「ＥＭ」）放射線を放射する原理に基づく。低圧水銀放電によって放射されたＵＶ放射線は、約２５４ｎｍ及び約１８５ｎｍの波長に集中する。通常ランプハウジング上にコーティングされている蛍光体を用いてＵＶ放射を可視光に変換する。
既知の水銀低圧ガス放電ランプの欠点は、蛍光体コーティング上への極めて短い波長のＵＶ放射の作用、又は蛍光体表面上での水銀イオンと電子との再結合、又は蛍光体層上への励起水銀原子及び電子の入射により、時間の経過と共に蛍光体の放射率が低下する点にある。この放射率損失は、ランプの耐用期間中に電気光学的効率の低下をもたらす。この劣化は、２００ｎｍを下回る波長を有するＶＵＶ（真空ＵＶ）の影響下で特に大きく、光の色の変化として現れる。
従って、水銀放電ランプの蛍光体に対するＶＵＶ放射の有害な影響を低減する手段を見出す努力が続けられている。例えば、米国特許第５，６２４，６０２号は、ランプハウジングの内側表面のコーティング用に蛍光体粒子と約２０ｎｍの粒径の酸化アルミニウム粒子との混合物の使用を開示している。酸化アルミニウム粒子は、ＶＵＶ放射を吸収するが２５４ｎｍの波長を有するＵＶ放射線については透過性である。理解できるように、この方法は、依然として蛍光体粒子に幾らかのＶＵＶを入射させることができるであろう。加えて、酸化アルミニウムはどのような光も放射せず、従って、ランプの効率を高めるのには役立たない。米国特許出願２００３／００１１３１０Ａ１は２層蛍光体コーティングを開示している。水銀放電に曝される第１の層は、ＶＵＶ放射を吸収し且つ２３０から２８０ｎｍの波長範囲で放射可能な極めて密度の高い層である。第２の層は、第１の層とランプハウジングの内側表面との間に配置され、より長い波長のＵＶ放射線を吸収して可視光を放射する蛍光体を含む。この方法は、下側にある蛍光体層を保護するために高密度の表面層（第１の層）を追加的に形成する必要があるため、幾らかの製造コストが付加されることになろう。
米国特許第５，６２４，６０２号公報 米国特許出願２００３／００１１３１０Ａ１公報 米国特許第５，９５８，３６１号公報 米国特許第４，２６２，２３１号公報 米国特許第５，９５２，７９１号公報 米国特許第５，９５９，４０５号公報 米国特許第６，０５１，９２２号公報 米国特許第６，１３７，２３６号公報 Ｒ．Ｂａｒａｎｗａｌ他の「Ｆｌａｍｅ Ｓｐｒａｙ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ ａｓ ａ Ｒｏｕｔｅ ｔｏ Ｎａｎｏ−ｍｕｌｌｉｔｅ Ｐｏｗｄｅｒ： Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ」，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．８４，Ｎｏ．５，９５１−６１頁（２００１年） Ｗ．Ｑｕｅ他の「「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｒｂｉｕｍ Ｏｘａｌａｔｅ ａｎｄ Ｅｒｂｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ，Ｖｏｌ．１６，５１−５４頁（２００１年） Ｒ．Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ他の「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｙｔｔｒｉａ ｂｙ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ．Ｖｏｌ．４８，３４２−３４６頁（２００１年５月） Ｒ．Ｒａｍｅｓｈ他の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅ３＋ ｉｎ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ Ｃｈｌｏｒｏ（ｈｙｄｒｏｘｙ）ａｐａｔｉｔｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，Ｖｏｌ．１０４，８３５１−８３６０頁（２０００年） Ｔ．Ｓ．Ａｈｍａｄｉ他の「Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ｍｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｗｉｌｌｅｍｉｔｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ （Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ） ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｍｅｄｉｕｍ」、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．３５，１８６９−１８７９頁（２０００年） Ｃ．Ｆｅｌｄｍａｎｎ他の「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ ＬｎＰＯ４ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ （Ｌｎ ＝ Ｌａ， Ｃｅ）」、Ｊ．ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．３７，３２５１−３２５４頁（２００２年） Ｒ．Ｈ．Ｐｅｒｒｙ及びＤ．Ｇｒｅｅｎの「Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、６ｔｈｅｄ．，８−３８頁から８−４７頁，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，ニューヨーク州ニューヨーク（１９８４年）
従って、水銀放電ランプで使用される蛍光体へのＶＵＶ放射の悪影響を低減し、且つこれらのデバイスの発光出力を維持するための他の手段を継続して探索することが望まれる。また、この目的を達成し且つ同時にこれらのデバイスの電気光学効率を改善することも極めて望まれる。
光源は、（ａ）一部が約２００ｎｍよりも短い波長を有する電磁（「ＥＭ」）放射線を放射するプラズマ放電源と、（ｂ）各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成される複数の粒子を含む蛍光体組成物とを備え、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍよりも短い波長を有するＥＭ放射の前記部分を実質的に吸収し、且つ約２００ｎｍよりも長い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置されている。
本発明の１つの態様において、第１の蛍光体は第２の蛍光体の粒子の周りに保護外殻を形成する。
本発明の別の態様において、第１の蛍光体は第２の蛍光体の粒子の各々の表面上に配置された複数のナノメートルサイズ粒子を含む。
本発明の別の態様において、第１の蛍光体の粒子は、約２００ｎｍよりも長い波長を有するＥＭ放射線に対して実質的に透過性である。
本発明の更に別の態様において、第２の蛍光体は、プラズマ放電によって放射された、約２００ｎｍより長い波長を有するＥＭ放射線の一部と、第１の蛍光体によって放射された放射線とを吸収し、且つ可視スペクトル内の波長を有するＥＭ放射線を放射する。
本発明の更なる別の態様において、光源を作製する方法は、（ａ）一部が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線を放射するプラズマ放電源を準備する段階と、（ｂ）プラズマ放電源を密封ハウジング内に収容する段階と、（ｃ）密封ハウジング内に、少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とからなる複数の粒子を含む蛍光体組成物を配置する段階とを含み、前記少なくとも１種の第１の蛍光体の粒子はナノメートルサイズであり、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線の前記部分を吸収し、且つ前記第１の蛍光体が約２００ｎｍより長い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置される。
本発明の別の態様によれば、プラズマ放電源は水銀ガスを備え、該放電源は、水銀ガスの両端に電圧を印加することによりプラズマ放電を生じさせる。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明と同じ数字が同じ構成要素を示す添付図面とを詳読することにより明らかになろう。
本開示において用語「ＥＭ放射線」と「光」は等価的に使用される。水銀ガス放電に基づく光源は、（ａ）プラズマ放電を発生する水銀ガスを含み、該放電の一部が約２００ｎｍよりも短い波長のＥＭ放射線を放射するプラズマ放電源と、（ｂ）少なくとも１種の第１の蛍光体と第２の蛍光体を各々が含む複数の粒子から構成される蛍光体組成物とを備え、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍより短い波長のＥＭ放射線の前記一部を実質的に吸収し且つ約２００ｎｍより長い波長のＥＭ放射線を放射するように配置されている。
本発明の１つの態様によれば、プラズマ放電源は、実質的に透過性である密封ハウジング内に収容される。用語「実質的に透過性」及び「光学的に実質的に透過性」とは、約４００ｎｍから約８００ｎｍの範囲内の波長の光の少なくとも約８０パーセントが１０度未満の入射角で１ｍｍの厚みを透過可能であることを意味する。
１つの実施形態において、光源は図１に示されるような水銀放電に基づく蛍光ランプである。ガラス或いは石英などの光学的にほぼ透過性の材料から構成されるハウジング１０には、ハウジング１０の相対する端部に配置された１対の電極２０及び３０が備えられている。１つの実施形態において、電極２０及び３０は、タングステンなどの材料で作られ、バリウム、カルシウム、及びストロンチウムの酸化物の混合物などの電子放出材料がコーティングされたコイルフィラメントを有する熱陰極型のものである。電極２０及び３０に電力を供給するために、電気リード２７がエンドキャップ２５を貫通して設けられている。ハウジング１０は真空引きされ、次いで少量の水銀とアルゴンなどの少なくとも１種の不活性ガスとが室温で最大約４０００Ｐａの圧力で充填される。１種又はそれ以上の他の不活性ガス（ヘリウム、ネオン、クリプトン、及び／又はキセノンなど）をアルゴンの代わりに使用しても良い。水銀の量は、４０℃の温度で約６×１０−３Ｔｏｒｒ（又は約０．８Ｐａ）の水銀蒸気圧を提供するのに十分な量である。少なくとも１種の第１の蛍光体の粒子４２と少なくとも１種の第２の蛍光体の粒子４４との層４０が、ハウジング１０の内側表面上に配置される。第２の蛍光体の粒子４４は、約１から約６マイクロメートル、好ましくは約２から約６マイクロメートルの範囲の寸法を有する。第２の蛍光体の粒子４４の各々の表面は、第１の蛍光体のナノメートルサイズ粒子４２がコーティングされている。好ましくは、第１の蛍光体の粒子４２は、第２の蛍光体の粒子４４の全表面を実質的に覆う。第１の蛍光体の粒子４２を含むコーティングは、１つ又はそれ以上の粒子の厚みとすることができる。第１の蛍光体の粒子４２は、約１ｎｍから約５００ｎｍ、好ましくは約１ｎｍから約２００ｎｍ、より好ましくは約１ｎｍから約１００ｎｍ、最も好ましくは約１ｎｍから３０ｎｍの寸法を有する。第１の蛍光体の粒子の各々は、第１の蛍光体材料の１つ又はそれ以上の結晶を含むことができる。第１の蛍光体材料の結晶は、例えば、０．５ｎｍから約３０ｎｍ、好ましくは約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲のナノメートルサイズを有する。
別の実施形態において、第１の蛍光体は第２の蛍光体の粒子を取り囲む保護外殻を形成する。保護外殻は連続又は不連続とすることができる。外殻がその中に隙間を有する場合には外殻は不連続である。このような不連続が使用状態で第２の蛍光体の発光特性に実質的な劣化を生じない限り、保護外殻は不連続とすることができる。好ましくは、保護外殻は、約２００ｎｍより長い波長のＥＭ放射線伝搬を実質的に減衰しない。例えば、外殻厚みは、約１ｎｍから約２００ｎｍ、好ましくは約１ｎｍから１００ｎｍ、より好ましくは約１ｎｍから３０ｎｍの範囲内とすることができる。
第１の蛍光体は、ＶＵＶを吸収し２００ｎｍよりも長い波長範囲で放射することができる。好ましくは、第１の蛍光体の粒子或いは第１の蛍光体を含む保護層は、水銀放電によって発生したプラズマにより放射されたＶＵＶの全てを実質的に吸収する。１つの実施形態において、第１の蛍光体は約２００ｎｍよりも長い波長の範囲内の放射線を放射する。別の実施形態においては、第１の蛍光体は、約２００ｎｍから約４００ｎｍ、好ましくは約２２０から約３００ｎｍ、より好ましくは２３０ｎｍから約２７０ｎｍの波長範囲内の放射線を放射する。第１の蛍光体の限定されない実施例は、ＬａＰＯ４：Ｐｒ３＋，ＬａＢ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，ＬａＢＯ３：Ｐｒ３＋，ＹＢＯ３：Ｐｒ３＋，ＧｄＢＯ３：Ｐｒ３＋，ＬｕＢＯ３：Ｐｒ３＋，（Ｇｄ，Ｙ）Ｂ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，（Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ１２Ｏ１９：Ｐｒ３＋，（Ｌａ，Ｇｄ，Ｙ）ＭｇＢ５Ｏ１０：Ｐｒ３＋，ＳｒＢ４Ｏ７：Ｐｒ３＋，ＣａＭｇＡｌ１１．３３Ｏ１９：Ｐｒ３＋，ＣａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｐｒ３＋，ＹＰＯ４：Ｐｒ３＋，ＧｄＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｙ２ＳｉＯ５：Ｐｒ３＋，及びＹＰＯ４：Ｂｉ３＋，ＬｕＰＯ４：Ｂｉ３＋である。また、Ｐｂ２＋の賦活材イオンを、前述のホスト内に単独或いはＰｒ３＋とＢｉ３＋のうちの少なくとも１つと組合せた何れかで使用することもでき、ＶＵＶを吸収する蛍光体（例えば；ＬａＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＬａＢ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＬａＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＹＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＧｄＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＬｕＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；（Ｇｄ，Ｙ）Ｂ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ１２Ｏ１９：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；（Ｌａ，Ｇｄ，Ｙ）ＭｇＢ５Ｏ１０：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＳｒＢ４Ｏ７：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＣａＭｇＡｌ１１．３３Ｏ１９：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＣａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＹＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＧｄＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋；ＹＰＯ４：Ｂｉ３＋，Ｐｂ２＋；ＬｕＰＯ４：Ｂｉ３＋，Ｐｂ２＋；ＬａＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＬａＢ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＬａＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＹＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＧｄＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＬｕＢＯ３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ）Ｂ３Ｏ６：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；（Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ１２Ｏ１９：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；（Ｌａ，Ｇｄ，Ｙ）ＭｇＢ５Ｏ１０：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＳｒＢ４Ｏ７：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＣａＭｇＡｌ１１．３３Ｏ１９：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＣａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＹＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＧｄＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｐｒ３＋，Ｐｂ２＋，Ｂｉ３＋；ＹＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｂｉ３＋，Ｐｂ２＋；又はＬｕＰＯ４：Ｐｒ３＋，Ｂｉ３＋，Ｐｂ２＋）が得られる。他の好適な第１の蛍光体は、（Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ）ＳＯ４：Ｐｂ２＋，ＣａＬｉ２ＳｉＯ４：Ｐｂ２＋，（Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ３：Ｐｂ２＋，Ｂａ（Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ）Ｂ９Ｏ１６：Ｂｉ３＋，ＹＦ３：Ｂｉ３＋，ＹＯＦ：Ｂｉ３＋，（Ｇｄ，Ｙ）ＯＦ：Ｂｉ３＋，Ｐｒ３＋，ａｎｄ（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｂｉ３＋である。２００ｎｍより短い波長の異なる範囲内に強い吸収性を有する１つより多い種類の第１の蛍光体を使用することができ、例えば、プラズマによって放射されたＶＵＶの実質的に全てが確実に吸収される。
第２の蛍光体は、約２００ｎｍより長い波長を有するプラズマ放電によって放射された放射線の一部、好ましくは約２００ｎｍから約４００ｎｍの一部と、第１の蛍光体によって放射された放射線とを吸収する。約２３０ｎｍから約２８０ｎｍの波長範囲内を吸収する蛍光体もまた第２の蛍光体として使用することができる。第２の蛍光体は、より短い波長を有するＥＭ放射線を吸収する際に可視光を放射する。１つより多い種類の第２の蛍光体を蛍光体組成物で使用して、例えば、異なる色を有する可視光を発生させることができる。例えば、白色光が本発明の光源から必要とされるときには、青色、緑色、及び赤色波長範囲で放射する異なる第２の蛍光体の混合物を使用することができる。本発明の光源は、青色光放射蛍光体としてのＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋と、緑色光放射蛍光体としてのＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ３＋と、且つ赤色光放射蛍光体としてのＹ２Ｏ３：Ｅｕ２＋との組合せを使用できる。
青色光を放射する蛍光体の他の限定されない実施例は、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ，ＯＨ）：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋；及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＢＰＯ５：Ｅｕ２＋である。
青緑色光を放射する蛍光体の限定されない実施例は、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋；ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ２＋；２ＳｒＯ・０．８４Ｐ２Ｏ５・０．１６Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ２＋；ＭｇＷＯ４；ＢａＴｉＰ２Ｏ８；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ，ＯＨ）：Ｓｂ３＋である。
緑色光を放射する蛍光体の他の限定されない実施例は、ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋；ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋，Ｍｎ２＋；及びＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋である。
黄橙色光を放射する蛍光体の限定されない実施例は、（Ｔｂ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋；及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ，ＯＨ）：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋，Ｓｂ３＋である。
赤色光を放射する蛍光体の、他の限定されない実施例は、（Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｓｃ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋；（Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｓｃ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋；（Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ）（Ａｌ，Ｇａ）Ｏ３：Ｅｕ３＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）（Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ）２Ｏ４：Ｅｕ３＋；（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌ３Ｂ４Ｏ１２：Ｅｕ３＋；単斜晶系Ｇｄ２Ｏ３：Ｅｕ３＋；（Ｇｄ，Ｙ）４（Ａｌ，Ｇａ）２Ｏ９：Ｅｕ３＋；（Ｃａ，Ｓｒ）（Ｇｄ，Ｙ）３（Ｃｅ，Ｓｉ）Ａｌ３Ｏ９：Ｅｕ３＋；（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ２＋；ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋；及び３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋である。
本明細書に開示された第１の蛍光体などの無機材料のナノメートルサイズ粒子は、多くの方法によって調製することができる。１つの調製法は無機材料の前駆体溶液のフレーム溶射熱分解である。このような方法は、例えば米国特許第５，９５８，３６１号に記述されている。この方法において、所望の金属及び他のヘテロ原子を適切な比率（蛍光体の最終的な化学組成を得るための）から構成される有機金属化合物が、該有機金属化合物が可溶性の可燃性溶液に溶解されて溶液が形成される。次いで、溶液は過剰酸素の存在下でフレーム溶射熱分解反応器内にエアロゾルにして散布される。揮発性溶媒は燃焼し、前駆体は分解して最終蛍光体の正確な化学組成で無機蒸気が生成される。無機蒸気は、急激な温度勾配で急速に凝縮して、蛍光体のナノメートルサイズ粒子が形成される。 この技法の１つの変形形態は、Ｒ．Ｂａｒａｎｗａｌ他の「Ｆｌａｍｅ Ｓｐｒａｙ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ ａｓ ａ Ｒｏｕｔｅ ｔｏ Ｎａｎｏ−ｍｕｌｌｉｔｅ Ｐｏｗｄｅｒ： Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ」，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．８４，Ｎｏ．５，９５１−６１頁（２００１年）に見られる。
無機材料のナノメートルサイズ粒子を調製する別の方法は、溶液相逆マイクロエマルジョン法に基づく。この技法の代表的な記述は、Ｗ．Ｑｕｅ他の「「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｒｂｉｕｍ Ｏｘａｌａｔｅ ａｎｄ Ｅｒｂｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ，Ｖｏｌ．１６，５１−５４頁（２００１年）に見られる。この技法においては、連続有機（油）相中の水性微小液滴の熱力学的に安定で光学的に等方性の分散液が最初に調製される。水性微小液滴は、所望の最終蛍光体組成物を得るための適切な比率で無機化合物又はこれらの前駆体を含有する。微小液滴は、水−油界面での界面活性剤分子によって安定化される。マイクロエマルジョンは熱分解され、最終無機材料のナノメートルサイズ粒子を生じる。この技法は、約５−３０ｎｍの範囲の粒径を形成することができる。
無機材料のナノメートルサイズ粒子を調製する別の方法は、ゾル−ゲル法に基づく。この方法の代表的な記述は、Ｒ．Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ他の「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｙｔｔｒｉａ ｂｙ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ．Ｖｏｌ．４８，３４２−３４６頁（２００１年５月）に開示されている。ナノ結晶性無機材料は、水酸化アンモニウムなどの水酸化物による、所望の元素の全てを含有する可溶性の前駆体混合物からの沈殿反応によって生成される。例示的な実施形態において、約２０から４０ｎｍの範囲内の粒径がこの方法によって形成される。
無機材料のナノメートルサイズ粒子を調製する別の方法は、コロイド法に基づく。この方法の代表的な記述及びその変形形態の１つは、Ｒ．Ｒａｍｅｓｈ他の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅ３＋ ｉｎ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ Ｃｈｌｏｒｏ（ｈｙｄｒｏｘｙ）ａｐａｔｉｔｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，Ｖｏｌ．１０４，８３５１−８３６０頁（２０００年）；Ｔ．Ｓ．Ａｈｍａｄｉ他の「Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ｍｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｗｉｌｌｅｍｉｔｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ （Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ） ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｍｅｄｉｕｍ」、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．３５，１８６９−１８７９頁（２０００年）；及びＣ．Ｆｅｌｄｍａｎｎ他の「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ ＬｎＰＯ４ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ （Ｌｎ ＝ Ｌａ， Ｃｅ）」、Ｊ．ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．３７，３２５１−３２５４頁（２００２年）に示されている。反応物を含む混合物は、高温で高速度に攪拌され、且つ急速に冷却されてナノメートルサイズのコロイド粒子が生成される。得られる粒径は、攪拌速度及び冷却速度と共に逆比例で変化することが予想される。約１０ｎｍから数千ナノメートルの粒径を得ることができる。
約２から約６マイクロメートルの寸法範囲内の第２の蛍光体の粒子は、粉砕又はジェットミルなどの方法によってより大きい粒子から調製することができる。当該方法は当該技術分野で公知である。例えば、Ｒ．Ｈ．Ｐｅｒｒｙ及びＤ．Ｇｒｅｅｎの「Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、６ｔｈｅｄ．，８−３８頁から８−４７頁，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，ニューヨーク州ニューヨーク（１９８４年）を参照のこと。
第１の蛍光体のナノメートルサイズ粒子は、第２の蛍光体の粒子の表面上の少量のバインダを用いて、第２の蛍光体の粒子の表面に付着させることができる。このバインダは、第２の蛍光体の粒子の表面上に最初に吸収させることができる。次いで、第１の蛍光体の粒子が第２の蛍光体の集団内に混合される。或いは、第２の蛍光体の粒子が、最初に溶液中に分散される。次いで、第１の蛍光体の粒子が分散液中に添加される。次に、第１の蛍光体の粒子が第２の蛍光体の表面に移動するように、分散液のイオン強度が調整される。次いで、第１の蛍光体のナノメートルサイズ粒子のコーティングを有する第２の蛍光体は、本発明の光源で使用するために濾過され乾燥される。このように作製された蛍光体粒子の集団内に第１の蛍光体の幾らかの過剰の粒子が存在してもよいことは理解されるべきである。第２の蛍光体のコーティングされた粒子が光源内に配置される前に、必要に応じて第１の蛍光体のこれらの過剰な粒子を集団から除去することができる。
各々が第１の蛍光体のナノメートルサイズ粒子のコーティングを有する第２の蛍光体の粒子は、ランプハウジングの内側表面へ堆積させるために好ましくは水溶液である溶液中に再分散される。
別の実施形態において、光源はコンパクト型蛍光ランプであり、プラズマ放電源を収容する密封ハウジングは１つ又はそれ以上の湾曲を有する。
更に別の実施形態において、プラズマを発生させるための荷電化学種をもたらす電気放電が高周波の誘導コイルによって生成される。コイルは高周波数の磁場を発生させ、この磁場は磁気誘導プラズマ放電を生じさせる。このような放電源は、無電極放電ランプにおいて実施されている。例えば、米国特許第４，２６２，２３１号；５，９５２，７９１号；５，９５９，４０５号；６，０５１，９２２号；及び６，１３７，２３６号には、無電極放電ランプの種々の実施形態が示されている。約２ＭＨｚより高い、好ましくは約２．５ＭＨｚよりも高い範囲の周波数を磁気誘導プラズマ放電を発生させるために使用することができる。
本発明はまた、光源を作製する方法を提供する。この方法は、（ａ）一部が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線を放射するプラズマ放電源を準備する段階と、（ｂ）プラズマ放電源を密封ハウジング内に収容する段階と、（ｃ）蛍光体組成物を前記密封ハウジング内に配置する段階とを含み、該蛍光体組成物は、各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成される複数の粒子を含み、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線の前記部分を実質的に吸収し、且つ約２００ｎｍより長い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置されている。
１つの態様において、第１の蛍光体は、第１の蛍光体材料の複数のナノメートルサイズ粒子を含み、該粒子は第２の蛍光体の粒子を取り囲む。
本発明の１つの態様において、該方法は、（ａ）実質的に透過性の材料で作製されたエンベロープを準備する段階と、（ｂ）前記エンベロープの内側表面上に、各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成される複数の粒子を含む蛍光体組成物の層を堆積する段階と、（ｃ）前記エンベロープを真空引きして前記蛍光体組成物の層をその上に有する真空エンベロープを形成する段階と、（ｄ）前記真空エンベロープに第１の量の水銀と第２の量の不活性ガスとを添加する段階と、（ｅ）前記水銀及び前記不活性ガスからプラズマ放電を発生させる手段を準備する段階と、（ｆ）前記エンベロープを密封して光源を作製する段階とを含む。
１つの態様において、第１の蛍光体は、第１の蛍光体材料の複数のナノメートルサイズ粒子を含み、ナノメートルサイズ粒子は、前記少なくとも１種の第２の蛍光体の各粒子の周囲にコーティングを形成する。
別の態様において、第１の蛍光体材料は、第２の蛍光体の粒子上に配置され、第２の蛍光体材料を取り巻く保護外殻を形成する。第１の蛍光体材料は、化学蒸着法と物理蒸着法とからなる群から選択される方法によって、第２の蛍光体上に堆積することができる。
１つの実施形態において、プラズマ放電を発生させる手段は、密封エンベロープの相対する端部に配置された１対の電極を備える。電極の各々は、バリウム、カルシウム、及びストロンチウムのうちの少なくとも１つの酸化物がコーティングされたタングステンフィラメントを備える。電力供給のために電極に電気リードが与えられる。
別の実施形態において、プラズマ放電を発生させる手段は、高周波数で作動し（本明細書で前述されたように）高周波数の磁場を生成する誘導コイルであり、これは、換言すれば、磁気誘導プラズマ放電を生成する。
種々の実施形態が本明細書で説明されているが、構成要素、変形形態、等価物、又は改善の種々の組合せを当業者によって行うことができ、それでも尚、添付の請求項で定義される本発明の範囲内にあることは本明細書から理解されるであろう。
本発明の光源の概略図。
符号の説明
１０ ハウジング
２０ 電極
２５ エンドキャップ
２７ 電気リード
３０ 電極
４０ 層
４２ 第１の蛍光体の粒子
４４ 第２の蛍光体の粒子

Claims (10)

  1. 一部が約２００ｎｍより短い波長を有する電磁（「ＥＭ」）放射線を放射するプラズマ放電源と、
    各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成される複数の粒子を含む蛍光体組成物と、
    を備え、
    前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍよりも短い波長を有するＥＭ放射線の前記部分を実質的に吸収し、且つ約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置されていることを特徴とする光源。
  2. 前記少なくとも１種の第１の蛍光体が、前記第２の蛍光体の粒子（４４）の表面上に配置された、複数のナノメートルサイズ粒子（４２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源。
  3. 前記少なくとも１種の第１の蛍光体が、前記第２の蛍光体の各粒子（４４）の周りに外殻を形成することを特徴とする請求項１に記載の光源。
  4. 前記プラズマ放電源が、密封ハウジング（１０）内に収容されることを特徴とする請求項２に記載の光源。
  5. 前記少なくとも１種の第２の蛍光体が、前記プラズマ放電によって放射された、約２００ｎｍより長い波長を有する放射線の一部と、前記少なくとも１種の第１の蛍光体によって放射された放射線とを吸収し、且つ前記少なくとも１種の第２の蛍光体が可視光を放射することを特徴とする請求項１に記載の光源。
  6. 光源を作製する方法であって、
    一部が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線を放射するプラズマ放電源を準備する段階と、
    前記プラズマ放電源を密封ハウジング内に収容する段階と、
    前記密封ハウジング（１０）内に複数の粒子を含む蛍光体組成物を配置する段階と、
    を含み、前記粒子の各々は少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成され、前記少なくとも１種の第１の蛍光体は前記第２の蛍光体の各粒子（４４）上に配置され、前記蛍光体組成物は、前記第１の蛍光体が約２００ｎｍより短い波長を有するＥＭ放射線の前記部分を実質的に吸収し、且つ前記第１の蛍光体が約２００ｎｍよりも長い波長を有するＥＭ放射線を放射するように配置されていることを特徴とする方法。
  7. 前記プラズマ源を準備する段階が、約４０℃の温度で約０．８Ｐａの水銀蒸気圧を維持するのに十分な水銀の量を準備する段階を含む請求項６に記載の方法。
  8. 光源を作製する方法であって、
    実質的に透過性である材料で作られたエンベロープを準備する段階と、
    前記エンベロープ（１０）の内側表面上に、各々が少なくとも１種の第１の蛍光体と少なくとも１種の第２の蛍光体とから構成され且つ前記少なくとも１種の第１の蛍光体が前記少なくとも１種の第２の蛍光体の粒子（４４）の各々を囲むコーティングを形成する複数の粒子からなる蛍光体組成物の層（４０）を堆積する段階と、
    前記エンベロープを真空引きして、前記蛍光体組成物の層（４４）をその上に有する真空エンベロープ（１０）を形成する段階と、
    前記真空エンベロープ内に第１の量の水銀と第２の量の不活性ガスとを添加する段階と、
    前記水銀及び前記不活性ガスからプラズマ放電を発生させる手段（２０、３０）を準備する段階と、
    前記エンベロープ（１０）を密封して前記光源を作製する段階と、
    を含む方法。
  9. 前記コーティングを形成する段階が、前記第１の蛍光体の複数のナノメートルサイズ粒子（４２）を前記第２の蛍光体の各粒子（４４）の周りに堆積させる段階を含む請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１の量の水銀が、約４０℃の温度で約０．８Ｐａの水銀蒸気圧を維持するのに十分であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
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