JP2008516379A

JP2008516379A - 無水銀組成物およびそれを組み入れた放射源

Info

Publication number: JP2008516379A
Application number: JP2007534744A
Authority: JP
Inventors: ソマーラー，ティモシー・ジョン; マイケル，ジョセフ・ダリル; スミス，デイビッド・ジョン; ミダ，ヴィカス; コッツァス，ジョージ・マイケル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2008-05-15
Also published as: PL1803145T3; EP1803145A1; US20080042577A1; WO2006041697A1; DE602005021978D1; CN101069262A; US7265493B2; ATE472171T1; CN101069262B; EP1803145B1; US20060071602A1

Abstract

【課題】励起されたときに放射を放出することができるイオン化可能無水銀組成物と、かかる組成物のうちの１つを組み入れた放射源とを提供する。
【解決手段】本発明の一態様では、イオン化可能無水銀組成物（１２）を有する放射源（１０）が提供される。本発明の一態様では、イオン化可能無水銀組成物は、少なくとも亜鉛を含む。放射源内におけるその動作時の亜鉛の蒸気圧は、約１×１０^３Ｐａ未満である。他の態様では、本発明は、亜鉛および少なくとも１つの亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物を含む放射源を提供する。亜鉛化合物は、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、励起されると放射を放出することができる無水銀組成物に関する。詳細には、本発明は、励起されると放射を放出することができるイオン化可能組成物（ｉｏｎｉｚａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｔｉｏｎ）を含む放射源に関する。

イオン化可能組成物は放電源において使用される。放電型放射源（ｄｉｓｃｈａｒｇｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅ）では、媒体における放電によって放射が生成される。放電媒体は、通常ガスすなわち気相状態であり、発生した放射を外へ透過させることができるハウジング内に入れられることが好ましい。放電媒体は通常、媒体を横切って配置された１対の電極の間に電圧を印加することによって作られた電界を印加することによってイオン化される。放射は、電子やイオンなどの高エネルギー荷電粒子が放電媒体中のガス原子またはガス分子と衝突することにより、原子または分子がイオン化されるかまたは励起されたときに、ガス放電状態で発生する。これらの原子および分子が低いエネルギー状態にまで緩和しその過程で放射を放出するとき、励起エネルギーのかなりの部分が放射に変換される。

ガス放電型放射源（ｇａｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅ）は、市販されており、内部圧力のある範囲で動作する。その圧力範囲の一端で、発光に関与する化学種がごくわずかな量で存在すると、動作時に数百パスカル以下の圧力を発生させる。放射する化学種は、全圧のわずかに０．１％しか占めないことがある。

圧力範囲の低い方で全動作圧力を有しかつＵＶスペクトル範囲の少なくとも一部で放射するガス放電型放射源は、燐光体のコーティングを含んでおり、ＵＶ放射を可視放射に変換することができ、しばしば蛍光源と呼ばれる。蛍光源の色特性は、チューブをコーティングするために使用される燐光体で決まる。燐光体の混合物は、通常は所望の色の見えをもたらすように使用される。

高強度放電源を含む他のガス放電源は、比較的高い圧力（約０．０５ＭＰａ〜約２０ＭＰａ）および比較的高い温度（約６００℃よりも高い）で動作する。これらの放電源は、通常は外側容器内に封入された内部発光管を含んでいる。

多くの一般的に使用される放電型放射源は、イオン化可能組成物の成分として水銀を含む。そのような水銀含有放射源の処理が、環境を害する可能性がある。したがって、放射源に使用されうる、放射を放出することができる無水銀放電組成物を提供することが望ましい。
米国特許第４，００１，６２６号公報米国特許第４，３６０，７５６号公報米国特許第４，３８７，３１９号公報米国特許第４，４３９，７１１号公報米国特許第４，９２４，１４２号公報米国特許第５，１９２，８９１号公報米国特許第５，４８１，１５９号公報米国特許第６，１３７，２３０号公報米国特許出願第２００２／００４７５２５号公報米国特許出願第２００３／０００１５０５号公報米国特許第６，６０３，２６７号公報米国特許第６，７５６，７２１号公報

全体としては、本発明は、励起されたときに放射を放出することができるイオン化可能無水銀組成物と、かかる組成物のうちの１つを組み入れた放射源とを提供する。

本発明の一態様では、イオン化可能無水銀組成物は、少なくとも亜鉛を含む。放射源内におけるその動作時の亜鉛の蒸気圧は、約１×１０^３Ｐａ未満である。

他の態様では、本発明は、亜鉛および少なくとも１つの亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物を含む放射源を提供する。亜鉛化合物は、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択される。

本発明の他の態様では、放射源が、少なくとも亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物を含む。亜鉛化合物は、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択される。放射源の動作時の亜鉛化合物の蒸気圧は、約１×１０^３Ｐａ未満である。

本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細説明が、図面を通じて同じ符号が同じ部分を表している添付図面を参照しながら読まれたときに、より良く理解されるであろう。

本発明の一実施形態では、放射源のイオン化可能無水銀組成物が、放射源の動作時の亜鉛の蒸気圧が約１×１０^３Ｐａ未満になるような量の亜鉛を含む。動作時の亜鉛の蒸気圧は、約１００Ｐａ未満であることが好ましく、約１０Ｐａ未満であることがより好ましい。

一実施形態では、亜鉛は、非励起状態で金属亜鉛として存在する。他の実施形態では、亜鉛は、少なくとも水銀以外の他の金属を有する合金の成分として存在する。

本発明の他の実施形態では、放射源が、亜鉛および少なくとも亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物を含み、亜鉛化合物は、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択されたものである。

本発明の別の実施形態では、放射源が、少なくとも亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物を含み、亜鉛化合物は、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択されたものである。前記少なくとも亜鉛化合物は、放射源の動作時の前記少なくとも亜鉛化合物の蒸気圧が、約１×１０^３Ｐａ未満、好ましくは約１００Ｐａ未満、より好ましくは約１０Ｐａ未満になるような量で存在する。

本発明の一態様では、放射源内のイオン化可能組成物は、ハロゲン化亜鉛である。他の態様では、ハロゲン化亜鉛は、ヨウ化亜鉛である。他の態様では、ハロゲン化亜鉛は、臭化亜鉛である。

イオン化可能無水銀組成物はさらに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびそれらの組合せからなる群から選択された不活性ガスを含む。不活性ガスにより、ガス放電をより容易に点弧することが可能になる。バッファガスとして働く不活性ガスは、定常状態動作の制御もし、ランプを最適化するために使用される。非限定的な例では、アルゴンがバッファガスとして使用される。アルゴンは、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、またはそれらの組合せなどの他の不活性ガスで完全にまたは部分的に置き換えることができる。

本発明の一態様では、不活性ガスの動作温度でのガス圧力は、約１パスカルから約１×１０^４Ｐａまでの範囲にあり、より好ましくは約１００Ｐａから約１×１０^３Ｐａまでの範囲にある。

本発明の範囲内で、放射源の効率は、イオン化可能組成物に２つ以上の亜鉛化合物を含めることによって改善することができる。この効率は、動作時の放電の内部圧力を最適化することによってさらに改善することができる。そのような最適化は、亜鉛および／または亜鉛化合物の分圧を制御することによって、あるいは不活性ガスの圧力を制御することによって、あるいは亜鉛および／または亜鉛化合物の分圧と不活性ガスの圧力とを制御することによって達成することができる。さらに、出願者らは、発光効率の向上が放電の動作温度を制御することによって達成されうることを開示している。ルーメン／ワットで表される発光効率は、特定の可視波長域の放射の明るさとその放射を発生させるためのエネルギーとの比率である。

図１は、ガス放電型放射源１０を概略的に示す。図１は、本発明のイオン化可能組成物を含む管状ハウジングまたは容器１４を示す。ハウジング１４を構成する材料は、透明でも不透明でもよい。ハウジング１４は、円形または非円形断面を有することができ、直線である必要はない。一実施形態では、放電は、電圧源２０に接続された熱電子放出電極１６によって励起されることが望ましい。放電は、組成物にエネルギーを与える他の励起方法によっても発生することができる。交流や直流を含む様々な波形の電圧および電流が本発明のために考えられることは、本発明の範囲内にある。追加の電圧源が電極を電子の熱電子放出に十分な温度に保持するのに役立つことも本発明の範囲内にある。

図２は、ガス放電型放射源１０の他の実施形態を概略的に示す。ハウジングは、内側容器２４および外側容器２６を含む。２つの容器の間の空間は、真空にされるかまたはガスで満たされる。

別法として、ガス放電型放射源のハウジングは、図３に示されているように、多曲管または内側容器２４が外側容器またはバルブ２６によって囲まれるように実施されてもよい。

イオン化可能組成物を含む放射源のハウジングまたは容器は、実質的に透明の材料タイプで製作されることが好ましい。「実質的に透明」という用語は、ハウジングまたは容器の表面上の任意点に引かれた接平面に対する垂線の１０度以内にある入射光の少なくとも約５０パーセント、好ましくは少なくとも約７５パーセント、より好ましくは少なくとも９０パーセントの全透過を可能にすることを意味する。

本発明の範囲内では、放電によって発せられた放射を吸収するとともに可視波長域の他の放射を放出するように、燐光体が使用されてもよい。一実施形態では、燐光体または燐光体の組合せが、放射源容器の内側に塗布されてもよい。あるいは、放射源の容器が放電によって発せられた放射のかなりの量を吸収する材料で製作されていないという条件で、燐光体または燐光体の組合せは、その容器の外側に塗布されてもよい。この実施形態のための適切な材料は、ＵＶスペクトル範囲の放射をほとんど吸収しない石英である。

放射源の一実施形態では、イオン化可能組成物を含むハウジングは内側容器および外側容器を有し、燐光体は、内側容器の外面および／または外側容器の内面にコーティングされてもよい。

燐光体の化学組成によって、発せられる放射のスペクトルが決まる。燐光体として適切に使用されうる材料は、放電で発生した放射の少なくとも一部を吸収し、他の適切な波長域の放射を放出する。例えば、燐光体は、ＵＶ域の放射を吸収し、赤、青および緑の波長域などの可視波長域で発光し、高い蛍光量子収量を達成できるようにする。

非限定的な例では、図４に示されているように、放射出力が約２１４ナノメートルおよび約３０８ナノメートルでのスペクトル遷移で占められている、亜鉛およびヨウ化亜鉛を含むガス放電型放射源の場合、放射をこれらの波長の少なくとも一方で変換する燐光体が使用される。

本発明の範囲内で、青波長域の光の発生に使用されうる燐光体の非限定的な例が、ＳＥＣＡ／ＢＥＣＡ、ＳＰＰ：Ｅｕ、Ｓｒ（Ｐ，Ｂ）Ｏ：Ｅｕ、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ、ＢａＡｌ_８Ｏ_１３：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、Ｓｒ_４Ｓｉ_３Ｏ_８Ｃｌ_２：Ｅｕ、ＭｇＷＯ_４、ＭｇＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ、ＹＶＯ_４：Ｄｙ、（Ｓｒ，Ｍｇ）_３（ＰＯ_４）_２：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｂａ_５ＳｉＯ_４Ｃ_１６：Ｅｕ、およびそれらの混合物である。

本発明の範囲内で、緑波長域の光の発生に使用されうる燐光体の非限定的な例が、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｔｂ_３Ａｌ_１５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ、Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ，ＹＢＯ_３：Ｃｅ，Ｔｂ、およびそれらの混合物である。

本発明の範囲内で、赤波長域の光の発生に使用されうる燐光体の非限定的な例が、Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ_４：Ｅｕ、Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ_４：Ｄｙ、Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ_４：Ｉｎ、ＭｇＦＧｅ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｚｎ）_３（ＰＯ_４）_２：Ｓｎ、およびそれらの混合物である。

本発明の一態様では、放射源には、ガス放電を発生させ維持するための手段が設けられる。一実施形態では、放電を発生させ維持するための手段は、放射源のハウジングまたは容器の２箇所に配置された電極と、電極に電圧を供給する電圧源である。本発明の一態様では、電極はハウジング内に密封される。他の態様では、放射源は無電極である。無電極放射源の他の実施形態では、放電を発生させ維持するための手段は、イオン化可能組成物を含む少なくとも１つの容器の外部または内部に存在する、無線周波数のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）である。

本発明の他の実施形態では、電極はガス放電容器の外部に設けられて、イオン化可能組成物は高周波フィールド（ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｉｅｌｄ）で静電励起される（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙｅｘｃｉｔｅｄ）。本発明の他の実施形態では、イオン化可能組成物は、高周波フィールドを用いて誘導励起される。
［実施例１］
ＵＶ−Ａ放射に対して透過性であり、長さ１４インチ、直径１インチの筒状石英放電容器を用意した。放電容器を真空にし、亜鉛１０．３ｍｇの用量とアルゴン量とを室温で加えて内部圧力を２６７Ｐａにした。容器を炉内に挿入し、外部銅電極を介してガス媒体に１３．５６ＭＨｚの励起周波数で電力を静電結合させた。放射発光および放射効率を測定した。紫外線出力を、約３９０℃で入力電力の約５５パーセントと推定した。紫外線が適切な燐光体混合物によって可視光に変換されたとき、発光効率を１００ｌｍ／Ｗと推定した。
［実施例２］
ＵＶ−Ａ放射に対して透過性であり、長さ１４インチ、直径１インチの筒状石英放電容器を用意した。放電容器を真空にし、Ｚｎ３．４ｍｇおよびＺｎＩ_２５．６ｍｇの用量とアルゴンとを加えた。アルゴンの圧力を約２６７Ｐａとした。容器を炉内に挿入し、外部銅電極を介してガス媒体に１３．５６ＭＨｚの励起周波数で電力を静電結合させた。放射発光および放射効率を測定した。実施例１と同様の手順を用いて、発光効率を、約２５５℃の動作温度で１００ｌｍ／Ｗと推定した。

本発明は、放電媒体としての、ハロゲン化亜鉛とアルゴンなどの不活性ガスとを含む他の実施形態も含む。具体的には、臭化亜鉛またはヨウ化亜鉛が有利に使用される。

様々な実施形態が本明細書に記載されているが、要素の様々な組合せ、変形形態、同等物、またはその中の改善は、予見することができ、当業者によってなされうるとともに、依然として添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲内にあることが、本明細書から理解されるであろう。

本発明の一実施形態における放射源の図である。本発明の第２の実施形態における放射源の図である。本発明の第３の実施形態における放射源の図である。本発明の一実施形態における放射源の発光スペクトルの図である。

Claims

動作時の亜鉛の蒸気圧が約１×１０^３Ｐａ未満になるような量の前記亜鉛を含むイオン化可能無水銀組成物（１２）を含む放射源（１０）。
前記放射源の前記動作時の前記亜鉛の蒸気圧が、約１００Ｐａ未満である、請求項１記載の放射源。
不活性バッファガスをさらに含み、前記不活性ガスが、前記放射源の動作時に約１Ｐａから約１×１０^４Ｐａまでの範囲の圧力を有する、請求項１記載の放射源。
亜鉛および少なくとも１つの亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物（１２）を含む放射源（１０）であって、前記少なくとも１つの亜鉛化合物が、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびそれらの組合せからなる群から選択されたものである、放射源（１０）。
前記少なくとも１つの亜鉛化合物が、ハロゲン化亜鉛である、請求項４記載の放射源。
前記ハロゲン化亜鉛が、ヨウ化亜鉛である、請求項５記載の放射源。
少なくとも亜鉛化合物を含むイオン化可能無水銀組成物（１２）を含む放射源（１０）であって、前記化合物が、ハロゲン化合物、酸化物、カルコゲニド、水酸化物、水素化物、および有機金属化合物からなる群から選択されたものであり、前記亜鉛化合物が、前記放射源の動作時の前記亜鉛化合物の蒸気圧が約１×１０^３Ｐａ未満になるような量で存在する、放射源（１０）。
前記亜鉛化合物が、ハロゲン化亜鉛である、請求項７記載の放射源。
前記ハロゲン化亜鉛が、ヨウ化亜鉛である、請求項８記載の放射源。
前記組成物が、少なくとも２つの亜鉛化合物を含む、請求項７記載の放射源。