JP2010192259A

JP2010192259A - 無電極放電灯

Info

Publication number: JP2010192259A
Application number: JP2009035632A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsuo; 茂樹松尾; Koji Hiramatsu; 宏司平松; Hiroshi Miyasaki; 弘宮先; Hidenori Kakehashi; 英典掛橋
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】
放電ガスとして水銀を含み、小型・高出力で発光効率の高い無電極放電灯を提供する。
【解決手段】
無電極放電灯では、プラズマ化した放電ガス中の電子密度が高い場所では、水銀から放射される３００〜４５０ｎｍの波長領域の電磁波の、放射強度が強くなる。よって、その内側に誘導コイル４を収納した内管２上では、上記波長範囲の電磁波強度が強い。そこで本発明では、内管蛍光体膜６中の全蛍光体に占める上記波長範囲の電磁波を吸収する蛍光体の含有率を、外管蛍光体膜５における該含有率よりも高くした。すなわち、上記波長範囲の電磁波が多い場所ではその電磁波を吸収する蛍光体が多く存在することになる。これによって、本発明に係る無電極放電灯は、水銀から放射される電磁波を効率的に可視光に変換し、高い発光効率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水銀を含む放電ガスを有した、無電極放電灯に関するものである。

従来無電極放電灯として、透光性材料から電球状に形成されたバルブと、バルブの外面から内部に向かって落ち窪んで形成された凹部に収納される誘導コイルとを備え、バルブ内部に水銀を含む放電ガスを封入したものが提供されている。

この無電極放電灯では、誘導コイルに高周波電流を流すと、バルブ内部に高周波電磁場が発生し、バルブ内部の放電ガスがプラズマ化する。このプラズマ中では、上記放電ガス中の水銀蒸気がプラズマ中の電子やイオンによって励起され、この励起された水銀原子は、エネルギーの低い励起状態あるいは基底状態に遷移する際に紫外〜可視領域の電磁波を放射する。水銀から放射されたこの電磁波は、予めバルブの内面に形成されている蛍光体膜によって可視光に変換される。これによって、当該放電灯は可視光を放射している。

上記バルブの内面に形成される蛍光体膜中の蛍光体は、水銀から放射される電磁波の波長特性や、所望の放射光の特性によって、適宜選択される。現在照明に利用されている無電極放電灯は、バルブ内部の放電ガスの圧力が数１００Ｐａ以下のものが一般的であるため、上記蛍光体には、低圧放電の蛍光ランプに用いられる蛍光体と同様、水銀の２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波に最適化された蛍光体が、広く使用されている。

また上記のような無電極放電灯において、凹部に形成される蛍光体膜とそれ以外の部分に形成される蛍光体膜とで、異なる特性の蛍光体を用いたものも提供されている。例えば特許文献１には、バルブの凹部に形成された蛍光体膜の、紫外線を可視光線に変換する変換効率を、バルブの凹部以外の部分に形成された蛍光体膜よりも高くした無電極放電灯が記載されている。

特許第３７８５１８９号公報

ところで、上記のような無電極放電灯におけるプラズマ中の電子密度は、高周波電磁場の強度が強くなるほど増加する。またプラズマ中の電子密度が高くなると、高圧水銀ランプの場合と同様に、２５４ｎｍよりも長波長である近紫外〜可視領域の輝線（３１３ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ〜）を生じる電磁波の、放射強度が強くなる。従って、無電極放電灯の特に誘導コイル近傍においては、強い電磁場のために当該波長領域の電磁波の放射強度が強くなっている。

しかし従来の無電極放電灯では、蛍光体として水銀の２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波に最適化されたものを用いているため、３００〜４５０ｎｍの波長領域の電磁波で励起されにくく、発光効率が低くなるおそれがあった。一方、３００〜４５０ｎｍの波長領域の電磁波で励起される蛍光体をバルブ内面の蛍光体膜に均等に使用した場合には、３００〜４５０ｎｍの波長領域の電磁波の放射強度が低い場所において、蛍光体膜による変換効率が低下するおそれがある。これは、水銀から放射される電磁波の強度に対して、放電灯から放射される可視光の強度が低下することになるため、水銀から放射される電磁波の強度が制限される小型の放電灯の際に、特に問題になる。

また、上記特許文献１に記載された従来例では、先述の通り、バルブの凹部に形成された蛍光体膜の、紫外線を可視光に変換する変換効率が、その他の部位に形成された蛍光体膜よりも高くなっている。しかしこれは、水銀から放射される近紫外〜可視領域の電磁波に着目してなされたものではなく、また、人の目の感度が低い短波長の可視光を有効に利用できない、という課題が残る。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、小型・高出力で発光効率の高い無電極放電灯を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、透光性材料からなる外管及び、該外管の外面から該外管の内部に向かって落ち窪んだ略筒状の内管を有し、その内部に水銀を含む放電ガスを封入したバルブと、前記内管の窪み内に配設され、前記バルブの内部に高周波電磁場を発生させる誘導コイルと、前記外管の前記放電ガスと接する表面に形成された外管蛍光体膜と、前記内管の前記放電ガスと接する表面に形成された内管蛍光体膜とを備え、前記外管蛍光体膜は、蛍光体として少なくとも、３００ｎｍ以下の波長に励起スペクトルのピークを持つ短波長励起蛍光体を含有し、前記内管蛍光体膜は、蛍光体として少なくとも、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲に現れる水銀輝線のうち少なくとも一本以上の該輝線の波長において、前記短波長励起蛍光体よりも高い発光効率を有する、長波長励起蛍光体を含有し、前記外管蛍光体膜中での、全蛍光体に対する前記長波長励起蛍光体の含有率が、前記内管蛍光体膜中での該含有率よりも低いことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、誘導コイル近傍であって水銀から３００〜４５０ｎｍの波長範囲の電磁波が強く照射される内管の蛍光体膜は、この波長範囲の電磁波で励起される蛍光体の含有率が高く、水銀から３００ｎｍ以下の波長範囲の電磁波が強く照射される外管の蛍光体膜は、この波長範囲の電磁波で励起される蛍光体の含有率が高くなっている。これによって、水銀から放射される紫外〜可視領域の電磁波を効率的に可視光に変換し、発光効率を高めることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記外管蛍光体膜及び前記内管蛍光体膜は、蛍光体として、３価のユーロピウムで付活された酸化イットリウムと、３価のセリウム及び３価のテルビウムで付活されたリン酸ランタンと、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウムの混合物を有し、前記外管蛍光体膜中での、全蛍光体に対する、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウムの含有率が、前記内管蛍光体膜中での該含有率よりも低いことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、請求項１における外管蛍光体膜及び内管蛍光体膜中の蛍光体として、上記の蛍光体を用いることによって、請求項１と同様の効果を奏することができる。

本発明は、小型・高出力で発光効率の高い無電極放電灯を提供することができる。

本発明の実施形態の断面図である。グラフ内の最大値を１００に規格化した、３価のユーロピウムで付活された酸化イットリウムの、励起スペクトルである。グラフ内の最大値を１００に規格化した、３価のセリウム及び３価のテルビウムで付活されたリン酸ランタンの、励起スペクトルである。グラフ内の最大値を１００に規格化した、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウムの、励起スペクトルである。

本発明に係る無電極放電灯の実施の形態を、図１に示す。

本実施形態は、外管１、内管２、及び排気細管７からなるバルブ３と、誘導コイル４と、外管蛍光体膜５及び内管蛍光体膜６と、バルブ３の内部に封入された、水銀を含む放電ガス、水銀アマルガム８、及びガラスロッド９を備えている。

外管１は、透光性材料からなる略球状の球形部１１と、略円筒状の底部１２とから、いわゆる電球状に形成されている。その底部１２の底面からは、球形部１１内部に向かって落ち窪んだ略円筒状に、内管２が形成される。また内管２の底面からは、内管２の壁面に対して平行に、外管１の底部１２に向かって略円筒状の排気細管７が形成されている。

上記の外管１、内管２、及び排気細管７からなるバルブ３の内部には、アルゴンやクリプトンなどのバッファガスとしての希ガス及び、水銀が放電ガスとして封入されており、希ガスの圧力は数Ｐａ〜数１００Ｐａに設定されている。

また、内管２の内側かつ排気細管７の周囲には誘導コイル４が巻回され、誘導コイル４はバルブ３外部で高周波電源１０に接続されている。

外管１の上記放電ガスと接する内側の面には外管蛍光体膜５が形成され、内管２の上記放電ガスと接する外側の面には内管蛍光体膜６が形成されている。また、バルブ３と各々の蛍光体膜の間には、酸化アルミニウムなどの、バルブ３を保護するための保護膜（図示せず）が塗布されている。上記外管蛍光体膜５及び内管蛍光体膜６の蛍光体には、３価のユーロピウムで付活された酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、以下ＹＯＸと記す）と、３価のセリウム及び３価のテルビウムで付活されたリン酸ランタン（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、以下ＬＡＰと記す）と、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウム（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、以下ＢＡＭと記す）を混合して用いている。尚、蛍光体中に占めるＢＡＭの割合は、内管蛍光体膜６の方が外管蛍光体膜５よりも高くなっている。ここで、ＹＯＸの励起スペクトルを図２に、ＬＡＰの励起スペクトルを図３に、ＢＡＭの励起スペクトルを図４に示す。各図のグラフは、横軸の波長の電磁波が照射されたときに蛍光体から放射される電磁波強度の、相対値をあらわす。本実施形態では、ＹＯＸは、主として水銀の１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波で励起され、赤色の光を放射する。ＬＡＰは、主として水銀の１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波で励起され、緑色の光を放射する。ＢＡＭは、主として水銀の紫外〜可視領域の輝線を生じる電磁波で励起され、青色の光を放射する。

また略円筒状の排気細管７の内部には、水銀蒸気圧を一定に保つための水銀アマルガム８及び、水銀アマルガム８を固定するガラスロッド９が配設されている。

上記実施形態において誘導コイル４に高周波電流を流すと、誘導コイル４の周りに高周波電磁場が発生し、バルブ３内部の電子が加速される。この加速された電子がバルブ３内部の放電ガスと衝突すると、放電ガスが電離され、プラズマが発生する。このプラズマ中では、電離した放電ガスからエネルギーを与えられることによって水銀原子が励起し、この水銀原子が基底状態あるいはエネルギー準位の低い励起状態に遷移する際に、電磁波を放射する。

ここで、上記プラズマ中の電子密度は、先に述べたように高周波電磁場が強い場所、すなわち誘導コイル４近傍で最も高くなる。従って誘導コイル４近傍では、その他の場所に比べて、水銀から放射される３００〜４５０ｎｍの波長範囲に輝線を生じる電磁波（３１３ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ）の放射強度が強い。本実施形態では、先述の通り、誘導コイル４は内管２の内部に収納され、また内管蛍光体膜６中の蛍光体に占めるＢＡＭの割合が高くなっている。よって、誘導コイル４近傍で水銀から放射されるこの波長領域の電磁波は、内管蛍光体膜６により効率的に可視光に変換される。また、誘導コイル４近傍以外の場所では、低圧放電の蛍光ランプと同様に、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波の放射強度が強いが、この電磁波は、ＹＯＸ及びＬＡＰを多く含有した外管蛍光体膜５によって効率的に可視光に変換される。

以上のように、本実施形態では、内管蛍光体膜６中の全蛍光体に占めるＢＡＭの割合が、外管蛍光体膜５中の当該割合よりも高い。従って、３００〜４５０ｎｍの波長領域の電磁波が強い場所ではこれによって励起される蛍光体（ＢＡＭ）が多く、また、２５４ｎｍの輝線を生じる電磁波が強い場所ではこれによって励起される蛍光体（ＹＯＸ、ＬＡＰ）が多いことになる。これによって、水銀から放射される電磁波を従来の無電極放電灯よりも効率的に可視光に変換して、高い発光効率を得ることができる。

本実施形態では、水銀の３００〜４５０ｎｍの波長領域の輝線を生じる電磁波で励起される蛍光体としてＢＡＭを用いたが、これの代わりに、ＢＡＭと同様に水銀の３００〜４５０ｎｍの波長領域の輝線を生じる電磁波で励起される蛍光体として、例えば２価のユーロピウムで付活されたクロロリン酸バリウム・カルシウム・マグネシウム（（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）や、２価のユーロピウムで付活されたクロロリン酸ストロンチウム・カルシウム（（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）、３価のセリウム及び３価のテルビウムで付活されたケイ酸イットリウム（Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋）、２価のユーロピウム及び２価のマグネシウムで付活されたアルミン酸バリウム・マグネシウム（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋）、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸ストロンチウム（Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ^２＋）、３価のテルビウムで付活されたアルミン酸酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３・Ａｌ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋）などを用いてもよい。

また外管蛍光体膜５は、ＢＡＭなどの水銀の３００〜４５０ｎｍの波長領域の輝線を生じる電磁波で励起される蛍光体を、必ずしも含有する必要はない。

また、誘導コイル４に流す高周波電流が数１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚの比較的低い周波数の場合には、誘導コイル４のインピーダンスを大きくするために、誘導コイル４の内側にフェライト製のコアを設けてもよい。誘導コイル４が変形しやすい場合には、誘導コイル４をコイルボビンに巻いて使用してもよい。

１外管
２内管
３バルブ
４誘導コイル
５外管蛍光体膜
６内管蛍光体膜
７排気細管
８水銀アマルガム
９ガラスロッド

Claims

透光性材料からなる外管及び、該外管の外面から該外管の内部に向かって落ち窪んだ略筒状の内管を有し、その内部に水銀を含む放電ガスを封入したバルブと、前記内管の窪み内に配設され、前記バルブの内部に高周波電磁界を発生させる誘導コイルと、前記外管の前記放電ガスと接する表面に形成された外管蛍光体膜と、前記内管の前記放電ガスと接する表面に形成された内管蛍光体膜とを備え、
前記外管蛍光体膜は、蛍光体として少なくとも、３００ｎｍ以下の波長に励起スペクトルのピークを持つ短波長励起蛍光体を含有し、前記内管蛍光体膜は、蛍光体として少なくとも、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲に現れる水銀輝線のうち少なくとも一本以上の該輝線の波長において、前記短波長励起蛍光体よりも高い発光効率を有する、長波長励起蛍光体を含有し、
前記外管蛍光体膜中での、全蛍光体に対する前記長波長励起蛍光体の含有率が、前記内管蛍光体膜中での該含有率よりも低いことを特徴とする無電極放電灯。
前記外管蛍光体膜及び前記内管蛍光体膜は、蛍光体として、３価のユーロピウムで付活された酸化イットリウムと、３価のセリウム及び３価のテルビウムで付活されたリン酸ランタンと、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウムの混合物を有し、
前記外管蛍光体膜中での、全蛍光体に対する、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸マグネシウム・バリウムの含有率が、前記内管蛍光体膜中での該含有率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の無電極放電灯。