JP2006054204A

JP2006054204A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2006054204A
Application number: JP2005319542A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Ataka; とも子安宅
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】蛍光体ランプにおいて、その発光効率を向上させる。
【解決手段】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。保護層４３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、保護層の母材となる金属酸化物に溶け込んだ粉末粒子を、塗布，焼成して形成した。蛍光体層４２の厚みは２０μｍ未満としている。
【選択図】図９

Description

本発明は、蛍光ランプに関する。

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。
特開平１１−１６７８９９号公報

このような蛍光ランプにおいて、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１１−１６７８９９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。

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。

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、蛍光体ランプにおいて、その発光効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、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、保護層を、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当該保護層の母材となる金属酸化物に溶け込んだ粉末粒子を焼成して形成した。

保護層の厚みは、１μｍ以上３０μｍ以下であることが望ましい。
蛍光体層の厚みは２０μｍ未満であることが望ましい。

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、保護層中の励起発光成分（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される元素の酸化物）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、励起発光成分が、保護層の母材となる金属酸化物に溶け込んでいるので、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。

〔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。

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。
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。

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。

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（Ｔｂ）、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。

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。
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１０の内部では、水銀および希ガスが励起されて紫外線ＵＶ1（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。

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。

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。

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、２５４ｎｍ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。

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，４Ｂ，５Ｂ族に属する元素」の酸化物の場合は、０．０１ｗｔ％以上，０．５ｗｔ％以下の範囲内に設定することが好ましい。

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。
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。

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。
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。

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（Sensibility of the human eye）が高い波長領域（５５０ｎｍ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。
〔実験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１２．５ｍｍ、定格電圧３２Ｗである。

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％、０．５ｗｔ％）になるように設定されている。

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。
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（４５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。

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Ｎｏ．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。

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ＴｌＯ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。

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。
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Ｎｏ．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、ＴｌＯを０．３ｗｔ％含有した試料Ｎｏ．５は、波長３１５ｎｍ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。

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。

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，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。

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。
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，２ｍｍ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。

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。
〔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。

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２０μｍ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。

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２０μｍ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。

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。

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。

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、ＴｉＯ₂、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。

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。

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。

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。

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。
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。

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。
〔参考例〕
本参考例では、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。

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。
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５１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。

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。

本参考例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。

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。

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（Ｎａ）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。

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。
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。

この高圧ナトリウムランプは、発光管７１、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７１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。

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。

本発明にかかる蛍光ランプは、直管形や環形の蛍光ランプ、あるいは電球形やコンパクト形の蛍光ランプなどに利用できる。

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。上記蛍光ランプの蛍光管を輪切りにした断面図である。上記蛍光ランプの発光メカニズムを説明する図である。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。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。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。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。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。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。参考例にかかる蛍光水銀ランプを示す図である。参考例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

Claims

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、
前記保護層は、
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当該保護層の母材となる金属酸化物に溶け込んだ粉末粒子が焼成されてなることを特徴とする蛍光ランプ。
前記母材となる金属酸化物は、
酸化亜鉛、酸化珪素、酸化アルミニウムから選択されることを特徴とする請求項1記載の蛍光ランプ。
前記保護層の厚みが、
１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項1または２記載の蛍光ランプ。
前記蛍光体層の厚みが２０μｍ未満であることを特徴とする請求項1または２記載の蛍光ランプ。