JP2008543013A

JP2008543013A - セラミック材料を含む電極を備える発光装置

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Publication number: JP2008543013A
Application number: JP2008514285A
Authority: JP
Inventors: チットカ，ウヴェ; ビュットナー，ダニエラ; ヨハネスストベラール，ピーテル; デンボゲールト，サスキアトロンプ−ファン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-11-27
Also published as: WO2006129279A2; EP1891655A2; CN101185152A; US20090015128A1; WO2006129279A3

Abstract

本発明は、セラミック酸化物材料を含む発光装置に関し、セラミック酸化物材料はその還元剤又は前駆体と接触させられる。還元剤は解放される酸素を結合し、発光装置の性能を制御する働きをする。

Description

本発明は、発光装置の分野、特に、蛍光ランプに関する。

より厳密な耐用年数仕様を備える蛍光ランプの増大する要求を満足するために、タンタル酸バリウム（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ）_６−ｙＴａ_２Ｏ_１１−ｙで０＜ｘ＜１及びｙ＜６のような複雑なセラミック酸化物構造に基づくエミッタが研究されている。Ｄｅｌｒｉｅｕｅｔａｌ．は、既に１９５０年代に、これらのような化合物を米国特許第２，６７７，６２３号中に記載している。それらのセラミック構造の故に、これらの化合物は、スパッタリングに対する並びに水分に対するロバスト性に関して、二元酸化物材料に比べ有利である。

最終特性を用いて、ランプの外側のより制御された処理が、より良好な耐用年数性能で可能とされる。残念ながら、この強化されたロバスト性は、アルカリ土類金属（電子放射種、具体的には、バリウム）の輸送の減少を伴い、よって、電子放射の減少を伴う。

従って、発光装置の高い放射率並びに改良された耐用年数性能を可能にする、改良された放射材料を備える発光装置を提供することが本発明の目的である。

この目的は、（Ｍ^Ｉ）_６−ｙＭ^ＩＩ _２Ｏ_１１−ｙの群から選択される材料で本質的に作成されるセラミック材料を含む電極を含み、Ｍ^Ｉは、アルカリ土類金属又はそれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｔａ、Ｎｂ又はそれらの混合物を含む群から選択され、ｙは、≧０及び≦６又はそれらの混合物であり、セラミック材料は、少なくとも１つの還元化合物（ｒｅｄｕｃｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）及び／又は処理中及び／又はランプ動作中に１つ又はそれよりも多くの還元化合物に分解する少なくとも１つの前駆化合物（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｃｏｍｐｏｕｎｄ）と接触するようにされる、発光装置、特に、蛍光ランプによって解決される。

従って、（Ｍ^Ｉ）_６−ｙＭ^ＩＩ _２Ｏ_１１−ｙの群から選択される材料で本質的に作成されるセラミック材料を含む電極を含み、Ｍ^Ｉは、アルカリ土類金属又はそれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｔａ、Ｎｂ又はそれらの混合物を含む群から選択され、ｙは、≧０及び≦６又はそれらの混合物であり、セラミック材料は、少なくとも１つの還元化合物及び／又は処理中及び／又はランプ動作中に１つ又はそれよりも多くの還元化合物に分解する少なくとも１つの前駆化合物と接触するようにされる、発光装置が提供される。

具体的には、発光装置は蛍光ランプである。好ましくは、≧０．５及び≦５であり、より好ましくは、≧１及び≦４であり、さらに一層好ましくは、≧２及び≦３であり、最も好ましくは、≧２．４及び≦２．８である。

発明者は、酸素の解放を伴う、よって、水銀の消費を伴う、バリウムのような適切な金属の低い輸送によって引き起こされる低電子放射率の問題が、本発明内で提示されるような還元素子を使用することによって減少され得ることを発見した。

本発明の意味において、還元化合物は、具体的には、タングステンに比べ低い電気陰性度を有する化合物である。

本発明内で利用される還元化合物は、好ましくは、所与の用途に従って選択される。しかしながら、以下の特徴が、本発明内の殆どの用途及び実施態様にとって有利であることが示された。

反応性は、ランプ動作中の原子アルカリ土類金属のネット輸送（損失）速度と均衡されるべきである、即ち、それはエミッタ／ランプ処理中の時期尚早の酸化を回避し且つアルカリ土類金属の過剰な解放及び安定化合物の形成を回避するのに十分なほどに低くなければならない。

還元反応の結果として形成される化合物は、余り多くの土塁アルカリ金属を結合すべきではなく、好ましくは、これらの化合物は電子放射率を減少すべきではない。

最終特性を提供するために、生成エンタルピーの絶対値は十分に低くなければならず、且つ／或いは、活性化エネルギーは十分に高くなければならず、電子放射性に関する顕著な毒作用が起こってはならない。

発明者は、本発明に従った還元化合物及び／又は前駆化合物によって、ランプの動作中に解放される酸素が結合されるのみならず、驚くべきことに、還元化合物及び／又は前駆化合物は、セラミック材料中に含まれる酸素と反応することによって、セラミック材料を「クラック」する、即ち、分解するようにも働く。これは、セラミック材料の反応速度を制御する可能性を開く。何故ならば、セラミック材料及び／又は還元化合物及び／又は前駆化合物の特性を管理することによって、発光装置の性能も改良され得るからである。

驚くべきことに、ニオブ酸及び／又はタンタル酸類似のエミッタと共に本発明に従った還元化合物を使用することは、酸素空位の増大の故に、結晶中のアルカリ土類金属可搬性が追加的に増大され、結果として得られるニオブ酸及び／又はタンタル酸相が電子放射の増大を示すという、さらなる利点を示すことを発見した。

本発明の意味において、「接触させる」という用語は、具体的には、セラミック材料並びに還元化合物及び／又は前駆化合物は、それらの間の反応が可能であり、且つ／或いは、少なくとも輸送機構がランプ動作中にそのような反応を可能にするよう互いに向かって配置されるように、互いに究極の近傍に配置されることを意味する。

本発明の意味において、「本質的に生成される」という用語は、≧９０、好ましくは、≧９５、より好ましくは、≧９８、最も好ましくは、≧９９及び≧１００の重量％含有量を意味する。

本発明の好適実施態様によれば、セラミック材料は、電極及び／又はセラミック材料の混合及び／又は塗工によって、還元化合物及び／又は前駆化合物と接触させられる。これは還元及び／又は前駆化合物とセラミック材料との間の近接した接触が保証され得るという利点を有する。好ましくは、還元化合物及び／又は前駆化合物は、塗膜の形態で提供される。

本発明の好適実施態様によれば、塗膜の厚さは、≧０．０５σ・Ｖ〜≦１０σ・Ｖであり、σは、電極のｍｍ^２表面積当たり０．１の因数であり、Ｖは、前記還元剤のモル体積Ｖである

好ましくは、塗膜の厚さｄは、≧０．１σ・Ｖ〜≦５σ・Ｖであり、より好ましくは、塗膜の厚さｄは、≧０．２σ・Ｖ〜≦２σ・Ｖであり、最も好ましくは、塗膜の厚さｄは、≧０．５σ・Ｖ〜≦１．５σ・Ｖである。

本発明の好適実施態様によれば、塗膜の厚さｄは、≧０．１μｍ〜＜８μｍであり、好ましくは、≧０．２μｍ〜＜６μｍであり、より好ましくは、≧０．４μｍ〜＜４μｍであり、最も好ましくは、≧０．６μｍ〜＜２μｍである。

発明者は、塗膜の厚さをこのように採用することによって、発光装置の耐用年数がさらに増大可能であり、発光装置のより制御された性能が達成されることを発見した。

本発明の好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物は、巨視構造として提供される。本発明の意味における巨視構造は、還元化合物及び／又は前駆化合物が少なくとも１つの次元において≧０．１ｍｍの延長又は長さを有する構造の形態で発光装置内部に提供されることを意味する。そのようにすることによって、セラミック材料の還元が、ランプ内部の輸送反応を介して起こる。巨視構造のサイズ及び／又は位置を適切に調節する、即ち、プラズマに十分に晒されることによって、還元化合物及び／又は前駆化合物とセラミック材料との間の反応の制御が可能である。

本発明の好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物は、粒子の形態で提供される。これも還元化合物及び／又は前駆化合物とセラミック材料との間の反応の制御を可能にする。

本発明の好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物の分解によって解放される化合物の間の反応の速度は、≧０．１〜≦０．０１μｇ／ｈの速度でセラミック材料中のアルカリ土類金属を還元するよう設定される。

特にランプの耐用寿命の改良に関するランプの改良された挙動を達成するために、この反応速度は適切な速度であるよう示された。

反応速度は、上記に示されるような還元化合物を提供することによって制御され得るし、ランプの耐用年数を監視することによって測定され得る。

本発明の好適実施態様によれば、処理中及び／又はランプ動作中に１つ又はそれよりも多くの還元化合物に分解する前駆化合物は、さらに、直ちに分解可能であり且つ／或いは低い仕事関数を有する物質に分解するだけである。これは有害な成分が前駆化合物の分解によって解放されないことを保証する。所望の還元化合物の解放の他に、無害な副産物のみが解放される。

本発明の好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物は、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、及び、これらの混合物を含む群から選択される金属材料を含む。これらの材料は、本発明のための最適であることが示された。

本発明の好適実施態様によれば、前駆化合物は、水酸化物として少なくとも１つの金属化合物を含む。

そのような前駆化合物は、処理中及び／又はランプ動作中に分解し、よって、還元化合物として働く金属化合物を解放する。

好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物の分解によって解放される化合物の電気陰性度は、０．７≦χ≦２．５である。これは、上記のように、最適な反応速度を達せ資するために、電気陰性度の最適範囲であることが示された。電気陰性度は、より好ましくは、１．１≦χ≦２．２であり、最も好ましくは、１．３≦χ≦２．０である。

本発明の好適実施態様によれば、還元化合物及び／又は前駆化合物の粒子サイズは、≧０．１μｍ及び≦２００μｍである。

発明者は、粒子サイズをこれらの限界間に設定することによって、発光装置の全体的な挙動が極めて改良され得ることを発見した。好ましくは、還元化合物の粒子サイズは、≧０．５μｍ及び≦１５０μｍであり、より好ましくは、≧２．０μｍ及び≦１００μｍである。

記載されたような還元化合物及び／又は前駆化合物の粒子サイズを選択することの改良は、この／これらの化合物とセラミック材料との間の反応が最適な反応速度で起こることであると考えられる。より小さな粒子サイズを備える粉末を使用することは、還元化合物及び／又は前駆化合物の「バーンダウン」（“ｂｕｒｎｄｏｗｎ”）をもたらすのに対し、高過ぎる粒子サイズは遅過ぎる反応を招き、よって、還元化合物及び／又は前駆化合物が所望に反応するのを妨げる。

本発明の好適実施態様によれば、調整粒子サイズは、ｄ_ａｄ＝ｌｏｇ_１０（ｄ●χ^２，５）として定められ、ｄは、粒子サイズであり、χ、還元化合物及び／又は前駆化合物の分解によって解放される化合物の前記電気陰性度は、≧０．２及び≦２．５である。

発明者は、驚くべきことに、調整粒子サイズをこのように設定することによって、還元化合物及び／又は前駆化合物並びにセラミック材料のより一層改良された反応速度が得られ得ることを発見した。好ましくは、ｄ_ａｄは、≧０．５及び≦２であり、より好ましくは、≧１及び≦１．８である。

本発明の好適実施態様によれば、セラミック材料は、（Ｍ^Ｉ _１−ｘＣａ_ｘ）_６−ｙＭ^ＩＩＩ _２Ｏ_１１−ｙであり、Ｍ^Ｉは、Ｃａ以外のアルカリ土類金属又はこれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｔａ、Ｎｂ、又は、これらの混合物を含む群から選択され、ｘは、≧０及び≦１であり、ｙは、≧０及び≦６である。

発明者は、この好適実施態様の所与の限界内のカルシウム含有物、驚くほどに安定的な化合物が、著しく減少された数の欠点を伴って且つか焼／焼結／焼成後の凝集物も殆どなく形成されることを発見した。好ましくは、ｙは、≧０．０５及び≦５．５であり、より好ましくは、≧１及び≦５である。好ましくは、ｘは、≧０．１及び≦０．８であり、より好ましくは、≧０．１５及び≦０．４であり、最も好ましくは、≧０．２及び≦０．３である。

本発明の好適実施態様によれば、セラミック材料は、（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ）_６−ｙＴａ_２Ｏ_１１−ｙであり、ｙは、≧０及び≦６であり、ｘは、≧０及び≦１である。好ましくは、ｙは、≧０．５及び≦５であり、より好ましくは、≧１及び≦４であり、より一層好ましくは、≧２及び≦３であり、最も好ましくは、≧２．４及び≦２．８である。好ましくは、ｘは、≧０．０１及び≦０．８であり、より好ましくは、≧０．０５及び≦０．４であり、最も好ましくは、≧０．１及び≦０．３である。

これは本発明内の使用のための適切な材料であることも示した。

本発明に従った発光装置は、広範囲の系及び／又は用途、とりわけ、以下の１つ又はそれよりも多くにおいて使用され得る。即ち、家庭用途系、店舗照明系、家庭照明系、アクセント照明系、スポット照明系、劇場照明系、光ファイバ用途系、投影系、自動照明ディスプレイ系、画素化ディスプレイ系、セグメント化ディスプレイ系、警告信号系、医療照明用途系、表示信号系、背面照明系、装飾照明系、可動系、自動車用途。

前記成分、並びに、請求されている成分、及び、記載の実施態様中の発明に従って使用されるべき成分は、関連分野において既知の選択基準が制限なしに適用され得るよう、それらのサイズ、形状、材料選択、及び、技術的着想に関する如何なる特別な例外にも晒されない。

本発明の追加的な詳細、特徴、及び、利点は、従属項、並びに、発明に従った発光装置の幾つかの好適実施態様を例示的に示す図面及び各図面及び実施例の以下の記載に記載される。

図１は、本発明の実施態様に従った蛍光ランプの形態の発光装置の一部断面側面図を示している。ランプは、蛍光体塗膜２０によって塗工され得る外被１０を含む。電極ステム３０が外被の両端を封止しており、それはフレア４０及びピンチシール５０を含み、それを通じて、２つのリード線６０及び７０が延びている。それは排気管８０も含む。ランプ１は、２つの電極コイル１００も含む。これらのコイルはコアを有し、それらは好ましくはタングステンから成り、且つ、本発明に従った上述されたようなセラミック材料及び還元化合物及び／又は先駆化合物も備える。好ましくは、電極コイル１００は、セラミック材料及び還元化合物及び／又は先駆化合物で塗工される。しかしながら、還元及び／又は先駆化合物は、巨視的構造の形態でも並びに／或いは上述されたような粒子としても提供され得る。

本発明に従った発光装置は−単に例示的な方法で−以下の実施例によってさらに例証される。

実施例Ｉ：
図１に示されるような発光装置を発明実施例Ｉのために使用した。蛍光体塗工されたランプ容器は、１０ｍｍの直径並びに６Ω電極間の４２ｃｍの長さを有した。水銀の他に、バッファガスとしての５ｍｂａｒのアルゴンも充填した。ＰｈｉｌｉｐｓＨＦ−ＭａｔｃｈｂｏｘＨＦ−Ｍ１１８ＰＬＣ／ＰＬＴＳＨを電源として役立った。高真空塗工ユニットにおいて、還元素子として働くチタニウム層をタングステンコイル上に積層した。次に、結合剤セルロースナイトレート及び溶剤ブチルアセテートの採用された添加剤中のセラミック材料の懸濁液を用いて、コイルを浸漬塗工した。セラミック材料をＢａ_５，４Ｃａ_０，６Ｔａ_２Ｏ_１１で構成した。

比較実施例Ｉ：
Ｔｉ層を使用しなかった点を除き、実施例Ｉと同一方法で比較実施例Ｉを提供した。

次に、実施例Ｉ及び比較実施例Ｉに従った発光装置を連続的に動作し、リング構造の形態の黒い染みを示したランプの量を測定した。これらの染みはランプ表面上への酸化水銀の蒸着に起因し、ランプの保守に関連する。

図２は、発明実施例Ｉ及び比較実施例Ｉのランプの規則的なリング形状の黒い染みを形成したランプの数（百分率）のグラフを示している。より良好な可視性のために、時間尺度は対数であることが留意されなければならない。

連続動作中の時間に亘る発明実施例及び比較実施例用の黒い染みの形成を測定した。次に、図２に示されるように、これらの黒い染みを示したランプの百分率を連続動作の時間に対して記録した。

グラフ中、発明実施例では、黒い染みの形成が著しく遅延されることを明らかに見ることができる。さらに、比較実施例では、ランプの１００％が黒い染みを示したのに対し、約３０００ｈの連続動作後さえ、実施例に従ったランプの一部は全く染みを示さなかった。

本発明の実施態様に従った蛍光ランプの形態の発光装置を示す一部断面側面図である。発明実施例Ｉ及び比較実施例Ｉのランプ中に規則的なリング形状の黒い染みを形成したランプの数を（百分率で）示すグラフである。

Claims

（Ｍ^Ｉ）_６−ｙＭ^ＩＩ _２Ｏ_１１−ｙの群から選択される材料で本質的に作成されるセラミック材料を含む電極を含み、Ｍ^Ｉは、アルカリ土類金属又はそれらの混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｔａ、Ｎｂ又はそれらの混合物を含む群から選択され、ｙは、≧０及び≦６又はそれらの混合物であり、前記セラミック材料は、少なくとも１つの還元化合物及び／又は処理中及び／又はランプ動作中に１つ又はそれよりも多くの還元化合物に分解する少なくとも１つの前駆化合物と接触するようにされる、発光装置、特に、蛍光ランプ。
前記セラミック材料は、前記電極の混合及び／又は塗工によって前記還元化合物と接触させられ、且つ／或いは、前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物は、巨視構造とし並びに／或いは粒子として提供される、請求項１に記載の発光装置。
前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物は、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、及び、これらの混合物を含む群から選択される金属材料を含む、請求項１又は２に記載の発光装置。
前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物の分解によって解放される前記化合物の電気陰性度は、０．７≦χ≦２．５である、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の発光装置。
前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物の分解によって解放される前記化合物の間の反応速度は、≧０．１〜≦０．０１μｇ／ｈの速度で前記セラミック材料中のアルカリ土類金属を還元するよう設定される、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の発光装置。
前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物の前記粒子サイズは、≧０．１及び≦１００μｍ及び／又は前記調整粒子サイズｄ_ａｄであり、前記調整粒子サイズは、ｄ_ａｄ＝ｌｏｇ_１０（ｄ●χ^２，５）として定められ、ｄは、前記粒子サイズであり、χ、前記還元化合物及び／又は前記前駆化合物の分解によって解放される前記化合物の前記電気陰性度は、≧０．２及び≦２．５である、請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の発光装置。
前記塗膜の前記厚さは、≧０．７σ・Ｖ〜≦１．３σ・Ｖであり、σは、前記電極のｍｍ^２表面積当たり０．１の因数であり、Ｖは、前記還元剤のモル体積である、請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の発光装置。
前記セラミック材料は、（Ｍ^Ｉ _１−ｘＣａ_ｘ）_６−ｙＭ^ＩＩＩ _２Ｏ_１１−ｙであり、Ｍ^Ｉは、Ｃａ以外のアルカリ土類金属又はこれらの混合物を含む前記群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｔａ、Ｎｂ、又は、これらの混合物を含む前記群から選択され、ｘは、≧０及び≦１であり、ｙは、≧０及び≦６である、請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の発光装置。
前記セラミック材料は、（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ）_６−ｙＴａ_２Ｏ_１１−ｙであり、ｙは、≧０及び≦６であり、ｘは、≧０及び≦１である、請求項１乃至８のうちのいずれかに記載の発光装置。
請求項１乃至９のうちのいずれかに記載の発光装置を含む系であって、当該系は、家庭用途系、店舗照明系、家庭照明系、アクセント照明系、スポット照明系、劇場照明系、光ファイバ用途系、投影系、自動照明ディスプレイ系、頁付けディスプレイ系、セグメント化ディスプレイ系、警告信号系、医療照明用途系、表示信号系、背面照明系、装飾照明系、可動系、自動車用途のうちの１つ又はそれよりも多くの用途で使用される系。