JP2007507843A

JP2007507843A - ガリウムを含む充填ガスを有する低圧ガス放電ランプ

Info

Publication number: JP2007507843A
Application number: JP2006530905A
Authority: JP
Inventors: ヒルビヒ，ライナー; ショル，ロベルト
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2007-03-29
Also published as: WO2005031794A1; US20080203890A1; EP1671350A1

Abstract

ガス放電管内に、バッファガスとしての1または2以上の不活性ガスと、低圧ガス放電を発生させ、持続させる手段とを有する、低圧ガス放電ランプを示した。本低圧ガス放電ランプは、単一のガリウムハロゲン化物または複数のガリウムハロゲン化物の混合物を有し、これらには、さらにインジウムおよび／またはタリウムが添加される。この種類の低圧ガス放電ランプは、十分なUV線を発生するため、日焼け装置に使用することができる。

Description

本発明は、ガス放電管内に、バッファガスとしての1または2以上の不活性ガスと、低圧ガス放電を発生させ、持続させる手段とを有する、低圧ガス放電ランプに関する。

大部分の従来の低圧ガス放電ランプにおいて、光の発生は、ランプの充填ガス中で、電荷担体、特に電子またはイオンが、ランプの電極間の電場によって加速され、それらの電荷担体が充填材の原子または分子に衝突して、これらを励起または電離することに基づいている。充填ガスの原子または分子が基底状態に戻ると、励起エネルギーの一部が放射線に変換される。

従来の低圧ガス放電ランプは、充填ガス中に水銀を有し、ガス放電管の内壁には、蛍光体がコーティングされる。水銀低圧ガス放電ランプの問題は、水銀が電磁スペクトルの不可視UV−C範囲にある高エネルギーの放射線を放射することであり、この放射線は、まず蛍光体によって、実質的に低エネルギーの可視光線に変換する必要がある。好ましくないことに、エネルギー差は、この過程で熱に変換されてしまう。

しかしながら、近年その有害性のため、充填ガス中の水銀は、広く規制されており、昨今のように大量生産使用することは難しくなってきている。

充填ガス中の水銀を他の物質に替えることが、低圧ガス放電ランプのスペクトルに及ぼす影響については、既に知られている。例えば、独国特許出願公開第DE10044562号、第DE10044563号、第DE10128915号および第DE10129464号には、バッファガスとしての不活性ガスとともに、銅化合物、インジウム化合物、またはタリウム化合物を有する充填ガスを有する低圧ガス放電ランプが示されている。これらのランプは、電磁スペクトルの可視領域に属する放射線を放射し、従来の水銀低圧ガス放電ランプに比べて、高い放射効率を有する。また、これらのランプの視力効率は、添加物および蛍光体の設置によって、およびランプの内圧と作動温度を制御することによって、さらに改善する。

ガリウムのハロゲン化物は、これまで低圧ガス放電ランプの放射物質として使用されてはいない。

ガリウムのハロゲン化物を放射物質として使用することにより、充填剤を環境上、無害なものにすることができるとともに、従来の水銀低圧ガス放電ランプを超える多くの利点が得られることが見出されている。
独国特許出願公開第DE10044562号公報

本発明の第1の課題は、ガス放電管内に、バッファガスとしての1または2以上の不活性ガスと、低圧ガス放電を発生させ、持続させる電極および手段とを有し、さらに単一のガリウムハロゲン化物または複数のガリウムハロゲン化物の混合物を有する低圧ガス放電ランプを提供することである。

ただし、この種類の低圧ガス放電ランプの放射効率は、十分に満足できるものではない。このランプの可視および紫外線の両領域における放射効率は、5％未満である。従って、本発明では、この種類の低圧ガス放電ランプの放射線効率を向上させることを課題とする。

前記課題は、本発明のように、この種類の低圧ガス放電ランプが、さらに、1または2以上のガリウムハロゲン化物、インジウムおよび／またはタリウムを有することによって得ることができる。

この場合、低圧ガス放電ランプがガリウム、ハロゲン、インジウムおよび／またはタリウムの元素を有し： Zをモル比で表したとき、m（Z）＞0であり、X、Ga、Zをモル比で表したとき、ｍ（X）＜ｍ（Ga）＋ｍ（Z）である場合に、放射効率は、特に有意に増大できることが見出されている。ここで、Xは、フッ素、塩素、臭素および／またはヨウ素を表し、Zは、インジウムおよび／またはタリウムを表す。

ガリウム、ハロゲンおよびインジウム／タリウムの元素の前述の組み合わせによって、日焼け装置に直接利用することができる適切なレベルのUV線を放射する低圧ガス放電ランプを得ることができる。

ただし、低圧ガス放電ランプに設置された蛍光体によって、生じた放射線に含まれるUV線の一部を可視光に変換することにより、高い効率を得ることも可能である。

放電条件は、ガス放電管内のガス相中のガリウムおよび／またはインジウム／タリウムのハロゲン化物の全濃度が、2×10^-9から2×10^-11mol／cm³となるように設定されることが好ましい。ガス相中の特に好適な濃度は、2×10^-10 mol／cm³である。これは、作動圧力が約10μbarであることに相当する。Z=インジウムを使用する場合、放電管の壁温度をT*±50Kに設定することにより、前記圧力が得られる。ここで、塩化物系の場合、T*は約200℃であり、臭素系の場合、T*は約220℃であり、ヨウ素系の場合、T*は約265℃である。Z=タリウムを使用する場合、全てのハロゲン系において、T*は約280℃である。

SOXランプの場合と同様に、熱反射外部外囲器を使用することにより、加熱時に生じる損失が最小限に抑制される。

ガス放電管内の不活性ガスの蒸気圧は、100bar未満に設定されることが好ましく、約2mbarであることがより好ましい。

放電管は、石英、アルミニウム酸化物、粒状イットリウム−アルミニウムまたは従来から公知の同様の壁材料等のガラス材料で構成されても良い。放電管は、いかなる所望の形状であっても良いが、円筒状または球状であることが好ましい。

放電は、2つの外部電極または1つの外部電極と1つの内部電極とによって、容量的に励起されても良く、例えば、2.65MHz、13.65MHz、…2.4GHz等の高周波交流場によって励起される。

タングステンおよびレニウム等、高融点金属からなる2つの内部電極を用いて、電気的な励起を生じさせることが可能である。内部電極は、仕事関数の小さなエミッタ材料を備えていても良い。

本発明の実施例では、放電が誘導的に励起されることが特に好ましい。この実施例では、放電は、2つの電極間では励起されず、閉環状の放電管に「電極は存在しない」。放電を励起させるためのエネルギーは、磁場、例えば2つのフェライトコアコイルによって誘導される。

誘導作動式の別の実施例では、エネルギーは、放電管内の別の2.65MHz発生器によって作動する高周波数アンテナを介して導入される。

誘導作動式低圧ガス放電ランプは、いかなる摩耗部品も有さない。そのようなランプは、長寿命であるため、LCD−ディスプレイのバックライト、UV消毒およびUV樹脂硬化に特に適している。

本発明の前述のおよび他の態様は、2つの実施例に示されている。
（実施例1）
図1には、外部電極による13.65MHzで励起された、320nmから480nmの範囲の放電のスペクトルを示す。このスペクトル範囲では、放電によって主要な放射が生じる。

放電管は、円筒状であり、長さが25cm、直径が2.5cmである。充填剤は、0.2mgのガリウムと、0.1mgの塩素と、0.3mgのインジウムとを含む。使用されるバッファガスは、2.5mbar（低温圧）のアルゴンである。放電出力は4Wであった。壁の温度は200℃に設置した。

図1から明らかなように、403および417nmには青いガリウムの線が認められる（同様に、410nmおよび451nmには、インジウムの線が認められる）。λ＝330nmから370nmの範囲の分子バンドスペクトルは、実質的に一塩化ガリウムの放射によるものである。所与の条件では、放電のプラズマ効率ηは、30％であった。
（実施例2）
図2には、外部電極による13.65MHzで励起された、320nmから550nmの範囲の放電のスペクトルを示す。このスペクトル範囲では、放電によって主要な放射が生じる。

放電管は、円筒状であり、長さが25cm、直径が2.5cmである。充填剤は、0.2mgのガリウムと、0.06mgの臭素と、0.14mgのタリウムとを含む。使用されるバッファガスは、2.5mbar（低温圧）のアルゴンである。放電出力は3Wであった。壁の温度は200℃に設置した。

図2から明らかなように、403および417nmには青いガリウムの線が認められる（同様に、378nmおよび535nmには、タリウムの線が認められる）。λ＝345nmから370nmの範囲の分子バンドスペクトルは、実質的に一臭化ガリウムの放射によるものである。所与の条件では、放電のプラズマ効率ηは、28％であった。
（実施例3）
図3には、外部電極による13.65MHzで励起された、320nmから460nmの範囲の放電のスペクトルを示す。

放電管は、円筒状であり、長さが25cm、直径が2.5cmである。充填剤は、0.5mgのガリウムと、0.065mgのヨウ素とを含む。使用されるバッファガスは、2.5mbar（低温圧）のアルゴンである。放電出力は3Wであった。壁の温度は170℃に設置した。図3から明らかなように、403および417nmには青いガリウムの線が認められる。λ＝380nmから400nmの範囲の分子バンドスペクトルは、実質的に一ヨウ化ガリウムの放射によるものである。所与の条件では、放電のプラズマ効率ηは、25％であった。

外部電極による13.65MHzで励起された放電の、320nmから480nmの範囲のスペクトルを示す図である。外部電極による13.65MHzで励起された放電の、320nmから550nmの範囲のスペクトルを示す図である。外部電極による13.65MHzで励起された放電の、320nmから460nmの範囲のスペクトルを示す図である。

Claims

ガス放電管内に、バッファガスとしての1または2以上の不活性ガスと、低圧ガス放電を発生させ、持続させる手段とを有する低圧ガス放電ランプであって、単一のガリウムハロゲン化物または複数のガリウムハロゲン化物の混合物を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
1または2以上のガリウムハロゲン化物に加えて、さらに、インジウムおよび／またはタリウムを含むことを特徴とする請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
ガリウム、ハロゲン、インジウムおよび／またはタリウムの元素を有し：
Xは、フッ素、塩素、臭素および／またはヨウ素を表し、Zは、インジウムおよび／またはタリウムを表すとき、
Zをモル比で表した場合、m（Z）＞0であり、X、Ga、Zをモル比で表した場合、ｍ（X）＜ｍ（Ga）＋ｍ（Z）であることを特徴とする請求項1または2に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記ガス放電管内のガス相中のガリウムおよびインジウム／タリウムのハロゲン化物の全濃度は、2×10^-9から2×10^-11mol／cm³の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記ガス放電管は、熱反射外部外囲器によって囲まれていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記ガス放電管内の前記不活性ガスの圧力は、1から5mbarの間にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記放電は、高周波交流場によって、容量的にまたは誘導的に励起されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記放電は、高融点材料からなる内部電極によって励起されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
前記内部電極は、仕事関数の小さな材料を有することを特徴とする請求項8に記載の低圧ガス放電ランプ。
当該低圧ガス放電ランプは、蛍光体を有し、発生放射線内のUVの一部が可視光線に変換されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の低圧ガス放電ランプ。
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の、1または2以上の低圧ガス放電ランプを有する照射装置。
日焼け装置、LCDディスプレイのバックライト装置、UV消毒装置およびUV樹脂硬化装置からなる群から選定される照射装置。