JP2005538526A - 錫を含むガス充填剤を有する低圧ガス放電ランプ - Google Patents
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Abstract
干渉ガスとして不活性ガスの充填剤を入れたガス放電容器と、電極と、低圧ガス放電を発生し維持する手段とが設けられている低圧ガス放電ランプにおいて、当該低圧ガス放電ランプに少なくとも１種のハロゲン化錫が入れられている。
Description
本発明は、ガス充填剤を入れたガス放電容器と、電極と、低圧ガス放電を発生し維持する手段とが設けられている低圧ガス放電ランプに関するものである。
低圧ガス放電ランプにおける発光は、電荷担体（特に電子であるがイオンも含まれる）がランプの電極間の電界により著しく加速され、ランプのガス充填剤中でガス充填剤のガス原子又は分子と衝突することにより、これらが励起され又はイオン化されることに基づくものである。ガス充填剤の原子又は分子が基底状態に戻る際に、励起エネルギーの一部（このエネルギーは大きくも小さくもなりうる）が放射に変換される。
通常の低圧ガス放電ランプでは、ガス充填剤中に水銀が入れられており、またガス放電容器の内面には蛍光被膜が設けられている。水銀低圧ガス放電ランプには、水銀蒸気が電磁スペクトルのうち主として高エネルギーだが不可視のＵＶ−Ｃ領域の放射を放出し、この放射がこれらの蛍光材料を用いることによってのみ著しく低いエネルギーの可視光に変換しうるものであるという欠点がある。従って、このエネルギーの差分が不所望な熱放射に変換されてしまう。
また、ガス充填剤中の水銀は、ますます、環境を汚染する有害な物質とみなされるようになっており、現代の大量生産工程においては、その使用、製造及び廃棄に伴う環境的な危険から可能な限り使用を避けるべきものとされている。
ガス充填剤中の水銀を他の物質に置き換えることにより、低圧ガス放電ランプのスペクトルを達成しうることが既に知られている。例えば、ドイツ国特許出願公開第10044562号及び同第10044563号明細書に記載されているように、低圧ガス放電ランプにおいて、ガス充填剤として緩衝ガスとともにインジウム化合物又は銅化合物を使用しうることが既に知られている。
これまでのところ、ハロゲン化錫を使用することは、始動ガスとしてのある量の不活性ガスと、０〜５０ｍｇ／ｃｍ3 の水銀と、少なくとも１μｍｏｌの少なくとも１種のハロゲン化錫とを有する高圧放電ランプに対してドイツ国特許出願公開第2455277号明細書から既知となっているだけであり、この場合、ランプから放出される放射の色点を補正するのに有効な量だけ、放電容器が、インジウム、ビスマス、鉛、ガリウム及び亜鉛のうちの少なくとも１種の元素を、それ自体で又はこれらの少なくとも１つのハロゲン化物の形態で有している。
本発明の目的は、水銀蒸気を含まない環境に優しい低圧ガス放電ランプであって、電磁スペクトルの可視領域における放射収量、或いは可視スペクトルに近い不可視のＵＶ放射であって蛍光体材料を用いて低いエネルギー損失で可視放射に変換しうるこのＵＶ放射における放射収量を高くした低圧ガス放電ランプを提供することにある。本発明による放電ランプの効率は、主として極めて短い波長の紫外線放射を放出しその放射をわずかなエネルギーのみで蛍光体材料により可視光に変換しうる低圧ガス放電ランプより高くなる。後者の放電の例は、原子水銀の放射に基づく蛍光ランプにおけるものである。
この目的は、本発明によれば、干渉ガスとして不活性ガスの充填剤を入れたガス放電容器と、電極と、低圧ガス放電を発生し維持する手段とが設けられた低圧ガス放電ランプであり、この低圧ガス放電ランプが少なくとも１種のハロゲン化錫を有する低圧ガス放電ランプにより達成する。
この種類の低圧ガス放電ランプは、気相中に一般に２×１０-11 〜２×１０-9ｍｏｌ/ｃｍ3 のハロゲン化錫を含む。気相状態で、約１０μｂａｒ（１ｂａｒ＝１０5 Ｐａ）の点灯圧力に相当する、約２×１０-10 ｍｏｌ／ｃｍ3 の量のハロゲン化錫を有するようにするのが特に好ましい。
本発明によるランプでは、低圧で分子ガス放電が起こり、電磁スペクトルのうち可視領域及び近ＵＶＡ領域の放射を放出する。この種のスペクトルを図１に示す。図１は、ＵＶ領域におけるSn原子線のスペクトル及び可視領域におけるSn分子放射のスペクトルを示す。この場合、適切な蛍光体材料によりＵＶ放射のみを可視放射に変換すればよい。逆に言えば、可視領域の放射はもはや蛍光体材料により変換する必要はなく、この為本発明によるランプの効率が高くなる。この可視領域の放射は分子放電によるものなので、４５０〜５５０ｎｍの範囲内の広い連続部分の正確な位置は、錫化合物の特性、その他の任意の添加物、ランプの内部圧力及び点灯温度により制御することができる。
本発明によるランプの視感度効率は、蛍光体材料と組み合わせることで、通常の低圧水銀放電ランプからのものより著しく高くなる。視感度効率は、ルーメン／ワットで表され、ある可視波長領域における放射の輝度と、その放射を発生させるためのエネルギーとの間の比率である。本発明によるランプの視感度効率が高いということは、より低い消費電力で所定量の光が発生することを意味する。
本発明によるランプの特に有利な点灯圧力は、放電容器の壁部温度をＴ* ±５０Ｋに設定することにより達成する。ここで、Ｔ* は、塩化錫に関しては２２０℃であり、臭化錫に関しては２３０℃であり、ヨウ化錫に関しては２７５℃である。加熱中に発生する熱損失は、例えばナトリウム蒸気低圧ガス放電ランプにおいて用いられるような熱反射性の外側管を用いることにより最小にすることができる。
本発明によるランプのガス充填剤は、ハロゲン化錫及び不活性ガスを有する。不活性ガスは緩衝ガスとして作用する。緩衝ガスとしてはアルゴンを用いるのが好ましい。アルゴンは、ヘリウム、ネオン、クリプトン又はキセノンのような他の不活性ガスにより完全に又は部分的に置き換えることができる。点灯温度における不活性ガスのガス圧力は、１〜５ｍｂａｒに等しくなるようにするのが有利であり、約２ｍｂａｒにするのが好ましい。
本発明により使用されるガス放電容器は、一般に外面上に蛍光被膜を有する。本発明によるランプにより放出されたＵＶＡ放射は、通常の壁部材料によっては吸収されず、ほぼ損失なく放電容器の壁部を通過する。壁部材料としては、石英、酸化アルミニウム、イットリウム・アルミニウム・ガーネット又は類似の既知のガラス材料を用いるのが好ましい。これらの材料は、ＵＶＡ放射を事実上阻害することなく通過させるので、蛍光被膜をガス放電容器の外部から被着することもできる。このことにより製造処理が簡単になる。その結果、放電プラズマと蛍光体材料との不所望な相互作用（化学反応や、硬ＵＶ放射による老化や、熱による損傷）も排除することができる。
放電容器の幾何学形状は極めて多様なものとすることができる。円筒状及び球状の幾何学形状を用いるのが好ましい。
本発明によるランプでは、外部電極と、高周波例えば２．６５ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、…、２．４ＧＨｚ等の交流電界とにより容量的又は誘導的に放電を励起させることができる。導電材料(例えば、タングステン又はレニウム)から形成した内部電極により点灯させることもできる。この場合、内部電極に低い仕事関数の電子放出材料を設けることもできる。
本発明によるランプは、適切な蛍光体材料を設ければ一般的な照明目的に使用することができる。ストークスシフトによる損失が少ないため、１００ルーメン／ワットを超える高い光収量で可視光が得られる。
実際例
図１は、１３．５６ＭＨｚ及び外部電極を用いて励起した放電のスペクトルを示す。放電容器の形状は円筒状にし、長さは１４ｃｍ、直径は２．５ｃｍにした。充填剤は、０．３ｍｇのSnBr2 及び５ｍｂａｒ（冷却圧力）のArを含むものとした。放電出力は３ワットであった。壁部の温度は２２０℃に設定した。図１から明らかなように、Sn線(図２及びSnのタームスキームを有する図３も参照)及び可視スペクトル領域の広い連続部分が明確に観察された。
図１は、１３．５６ＭＨｚ及び外部電極を用いて励起した放電のスペクトルを示す。放電容器の形状は円筒状にし、長さは１４ｃｍ、直径は２．５ｃｍにした。充填剤は、０．３ｍｇのSnBr2 及び５ｍｂａｒ（冷却圧力）のArを含むものとした。放電出力は３ワットであった。壁部の温度は２２０℃に設定した。図１から明らかなように、Sn線(図２及びSnのタームスキームを有する図３も参照)及び可視スペクトル領域の広い連続部分が明確に観察された。
Claims (10)
- 干渉ガスとして不活性ガスの充填剤を入れたガス放電容器と、電極と、低圧ガス放電を発生し維持する手段とが設けられている低圧ガス放電ランプにおいて、
当該低圧ガス放電ランプに、少なくとも１種のハロゲン化錫が入れられていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記低圧ガス放電ランプが、気相中に２×１０-11 〜２×１０-9ｍｏｌ/ｃｍ3 のハロゲン化錫を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記低圧ガス放電ランプが、約１０μｂａｒの点灯圧力に相当する、約２×１０ｍｏｌ／ｃｍ3 のハロゲン化錫を気相中に有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
Ｔ* を塩化錫に関して２２０℃とし、臭化錫に関して２３０℃とし、ヨウ化錫に関して２７５℃とした際に、壁部温度がＴ* ±５０Ｋになるようにしたことを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記不活性ガスのガス圧力が、約２ｍｂａｒとするのが好ましい１〜５ｍｂａｒの範囲にあることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
低圧ガス放電により放出されるＵＶ放射が、適切な蛍光体材料により可視放射に変換されるようになっていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記放電容器の壁部が、石英、Al2 Ｏ3 、イットリウム・アルミニウム・ガーネット又は類似の既知のガラス材料を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜７のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
低圧ガス放電が、外部電極及び高周波の交流電界により容量的又は誘導的に励起されうるようになっていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜８のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
内部電極が、タングステン又はレニウムのような導電材料を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。 - 請求項１〜９のいずれか一項に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記低圧ガス放電ランプが、低い仕事関数の材料が付加された内部電極を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
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