JP2008500690A - 放電維持化合物を有する低圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明はZn化合物及び緩衝ガスを有する充填ガスを含むガス放電容器を有する低圧ガス放電ランプに関する。低圧ガス放電ランプはまた、低圧ガス放電を発生かつ維持する手段及び電極をも有する。

Description

本発明は、放電維持化合物を有する充填ガスを含むガス放電容器、低圧ガス放電を発生かつ維持する手段を有し、かつ、無電極又は内部若しくは外部電極を有する低圧ガス放電ランプに関する。

低圧ガス放電ランプにおける光発生は、特に電子だが、それだけではなくイオンも含むキャリアが、充填ガスの電極間に印加される電圧によって強く加速されることで、ランプの充填ガス中で気体原子又は気体分子が衝突するために、これらの気体原子又は気体分子が励起すなわちイオン化するという原理に基づいている。充填ガス中の原子又は分子は基底状態に戻るとき、程度の差はあるが励起エネルギーの実質的部分が放射線に変換される。
米国特許出願公開第2002/047525号明細書

従来の低圧ガス放電ランプは、充填ガス中に水銀を有し、それに加えてガス放電容器内部にリン光体のコーティングをも有する。水銀低圧ガス放電ランプの問題は、水銀蒸気が基本的には高エネルギー放射線、しかも不可視であるUV-C範囲の電磁波スペクトルを放出する。放射線は最初、リン光体によってより低エネルギーの可視光に変換されなくてはならない。この過程において、エネルギー差が望ましくない熱輻射に変換されてしまう。

それに加えて、充填ガス中の水銀は環境に有害で、今日の大量生産される製造物に使用されるのは可能な限り回避されるべき毒物と見なされるようになっている。

充填ガス中の水銀を他の物質に置換することによって、低圧ガス放電ランプのスペクトルに影響を及ぼすことが可能であることはすでに知られている。

たとえば特許文献1は、UV放射体としてのIn化合物及び緩衝ガスを有する充填ガスを含むガス放電容器と共に供される低圧ガス放電ランプについて開示している。低圧ガス放電ランプはまた、電極及び、低圧ガス放電を発生させ、かつ維持する手段と共に供される。このIn含有低圧ガス放電ランプは、可視範囲及びUV範囲で放射する。

本発明の目的は、可視領域の電磁波スペクトルに可能な限り近く、放射効率及び放射強度が改善された放射線を放出する低圧ガス放電ランプの提供である。

本発明に従うと、本発明の目的は、Zn化合物及び緩衝ガスを有する充填ガスを含むガス放電容器を有する低圧ガス放電ランプによって実現される。当該低圧ガス放電ランプはまた、低圧ガス放電を発生させ、かつ維持する手段を有し、かつ無電極である、又は内部若しくは外部電極を有する。

本発明に従ったランプでは、分子ガス放電が低圧で起こる。そのようなガス放電は可視領域で広帯域の放射線を放出するが、Zn原子の固有エネルギー準位と共にUV範囲の電磁波スペクトルでの放出が主である。

リン光体と組み合わせることで、本発明に従ったランプは、従来の低圧水銀放電ランプの値よりも実質的に大きい視感度(visual efficiency)を有する。ルーメン/ワットで表される視感度とは、特定の可視波長範囲での放射線の明るさと、その放射線を放出するエネルギーとの比である。本発明に従ったランプの視感度が高いということは、小さな電力消費で特定光量の光が得られることを意味する。それに加えて、水銀を使用せずに済む。

本発明に従ったランプはUVランプなので、殺菌ランプ又は塗装処理ランプとして有利に利用される。一般的な発光目的では、ランプは適切なリン光体と組み合わせて使用することが可能である。ストークシフトによる損失が小さいので、高発光効率を有する可視光が得られる。

本発明の技術範囲内では、Zn化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲナイド及びZnの有機金属化合物からなる群から選択されるのが好ましいだろう。

Znのハロゲン化物を有する充填ガスは特に好適である。

一以上のZnのハロゲン化物の混合物を含む充填ガスを使用するのもまた有利である。

あるいはその代わりに、さらに別な添加物としてZn元素を有する充填ガスも好適であろう。緩衝ガスについては、He、Ne、Ar、Kr及びXeからなる群から選択される不活性ガスを有して良い。

動作温度での不活性ガスのガス圧は、0.1mbarから100mbarの範囲で、2mbarが好適値である。

本発明の技術範囲内では、ガス放電容器は壁面内部又は外部をコーティングするリン光体を有するのが好ましいだろう。本発明のこれら及び他の態様は、図及び一の実施例を参照することで明らかとなる。

図1で図示された実施例では、本発明に従った低圧ガス放電ランプは、放電空間を取り囲む平板状ランプバルブ1で構成される。筒の両端では、内部電極2は封じ込まれ、電極を介することでガス放電が発光可能となる。低圧ガス放電ランプは、ランプホルダ及びランプキャップ3を有する。電気バラストがランプホルダ又はランプキャップ3内に既知の方法で組み込まれる。バラストはガス放電ランプの発光及び動作を制御するのに使用される。図1で図示されていないさらに別な実施例では、低圧ガス放電ランプは、代わりに外部バラストを介して動作及び制御させることが可能である。

その代わりにガス放電容器は、外部バルブによって取り囲まれている多重に曲げられた、すなわちコイル状に巻かれた筒の状態で実施することが可能である。最も単純な場合で使用される充填ガスは、2×10^-11mol/cm³から2×10^-8mol/cm³の量のZnのハロゲン化物及び不活性ガスからなる。不活性ガスは、ガス放電をより十分に発光させることを可能にする緩衝気体の役割を果たす。使用される緩衝気体についてはArからなるのが好ましい。Arは完全にあるいは部分的に、He、Ne、Kr又はXeのような他の不活性ガスに置換して良い。

添加物としてZn元素を充填ガスに加えることでルーメン効率を改善することが可能である。効率はまた、ガス雰囲気中の二以上のZnのハロゲン化物を組み合わせることによっても改善可能である。

効率は、動作中のランプの内圧を最適化することでさらに改善することが可能である。緩衝気体の最大冷却充満圧は100mbarである。当該圧力は1.5mbarから2.5mbarの範囲にあるのが好ましい。

さらに別の有利な方法に従うと、低圧ガス放電ランプのルーメン効率の増大は、適切な構成方法によってランプの動作温度を制御することで実現可能であることが分かっている。ランプの直径及び長さは、外部温度25℃で動作中に、195℃から335℃範囲の内部温度が得られるように選択される。放電が容器内に温度勾配を生じさせるため、この内部温度はガス放電容器の最冷却スポットに関する。

内部温度を増加させるには、ガス放電容器はまた、赤外線反射コーティングでコーティングされても良い。コーティングにはスズ酸化物の赤外線反射コーティングが使用されるのが好ましい。

この場合、Zn塩化物を含む充填ガスを有する低圧ガス放電ランプでは、動作時温度として冷却点温度は、235℃から335℃の範囲になくてはならず、285℃であるのが好ましいことが分かっている。上記の類推で、Zn臭化物を含む充填ガスの場合では、動作時温度として冷却点温度は、230℃から330℃の範囲になくてはならず、約280℃であるのが好ましい。

Znヨウ化物を含む充填ガスの場合では、動作時温度として冷却点温度は、195℃から295℃の範囲になくてはならず、約245℃であるのが好ましい。

上述の三の方法の組み合わせもまた有利であることが証明された。

本発明に従った低圧ガス放電ランプの電極に適する材料はたとえば、Ni、Ni合金又は高融点金属、特にW及びW合金を有する。またThO₂又はZnOを有するW複合材料も適切に使用することができる。電極の仕事関数は電極上の放出体材料によってさらに減少する。

図1に従った実施例では、ランプのガス放電容器の外部面はリン光体層4でコーティングされている。ガス放電を起源とするUV放射線は、リン光体層中のリン光体を励起して、可視領域5での発光を起こす。

リン光体層の組成は、光のスペクトル又は光の明暗を決定する。リン光体として適切に使用することが可能な材料は、発生した放射線を吸収し、吸収した当該放射線を、たとえば光の3源光である赤、青及び緑のような適切な波長範囲で放出することで、高蛍光量子収率の実現を可能にしなくてはならない。

適切なリン光体及びリン光体の組み合わせは、必ずしもガス放電容器内部に塗布されていなければならないわけではない。代わりに石英ガラスのような適切な透過性壁材料が使用されるのであれば外側にリン光体を塗布しても良い。

別な実施例に従うと、ランプは、高周波場を使用することで容量励起(capacitively excited)される。その際、電極はガス放電容器外部に供される。

さらに別な実施例に従うと、ランプは、誘導コイル又は高周波アンテナを用いた誘導励起よって誘導励起される。高周波とはたとえば、2.65MHz、13.65MHz又は2.4GHzである。

ランプが発光するとき、電子は、充填ガスの原子及び分子を励起することでZn原子の固有UV放射線及び可視線を放出する。

放電によって充填ガスは加熱され、光出力が最適化される所望の蒸気圧及び、230℃から290℃の範囲での所望の動作温度が実現する。

動作中にZnのハロゲン化物を含む充填ガスから放出される放射線は主として214nm及び308nmのZn元素の線スペクトルを示す。
[例1]
長さ25cm、直径2.5cmのUV放射線に対して透明なガラスでできた円柱放電容器が、銅の外部電極と共に供されている。放電容器は真空引きされ、同時に1回につき0.3mgのZn塩化物が加えられる。またArが2.5mbarの冷圧で導入される。13.5MHzの周波数を有する高周波場は外部源から供給され、動作壁温度285℃において効率が測定される。プラズマ効率は50%より大きい。

Zn(II)化合物を含む充填ガスを有する低圧ガス放電ランプにおける光発生を概略的に図示している。

Claims (10)

1. Zn化合物及び緩衝ガスを有する充填ガスを含むガス放電容器、
   低圧ガス放電を発生かつ維持する手段を有し、かつ、
   無電極である、又は、
   内部若しくは外部電極を有する、
   ことを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
2. 前記Zn化合物が、Znのハロゲン化物、酸化物、カルコゲナイド、水酸化物及び有機金属からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
3. 前記Zn化合物が、ハロゲン化物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
4. 前記充填ガスが、一以上のZnハロゲン化物の混合物を有することを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
5. 前記充填ガスが、さらに別の添加物としてZn元素を有することを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
6. 前記充填ガスが、緩衝ガスとして、He、Ne、Ar、Kr及びXeからなる群から選択される不活性ガスを有することを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
7. 前記充填ガスが、緩衝ガスとして、He、Ne、Ar、Kr及びXeからなる群から選択される不活性ガスを有し、
   動作温度におけるガス圧が0.1mbarから100mbarの範囲にある、
   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。
8. 前記充填ガスが、緩衝ガスとして、He、Ne、Ar、Kr及びXeからなる群から選択される不活性ガスを有し、
   前記の動作温度におけるガス圧が4mbarである、
   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。
9. 前記ガス放電容器が、その内部面又は外部面に塗布されたリン光体を有することを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。
10. 前記ガス放電容器が、前記放電筒の外部面、内部面又は外側バルブの外部面に塗布された熱反射性コーティングを有することを特徴とする、請求項1に記載の低圧ガス放電ランプ。

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