JP2010238573A - Fluorescent lamp - Google Patents

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Takuya Nakajima
卓哉 中島
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NEC Lighting Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent lamp for improving the transmittance of fluorescent light emitted from a phosphor while maintaining high transmittance of fluorescent light over a long period from starting the use of the lamp by suppressing reaction between mercury existing in the internal space of a glass tube and alkali metal in the glass tube when using the lamp. <P>SOLUTION: The fluorescent lamp includes the glass tube filled with gas containing mercury for producing ultraviolet rays with discharge, a phosphor layer provided on the inner face of the glass tube, and a protecting layer provided on the surface of the phosphor layer or between the phosphor layer and the glass tube. The protecting layer contains semiconductor fine particles that coats of silicon oxide are formed on the surfaces of semiconductor nano particles, or semiconductor fine particles that hydrocarbon groups are joined to the surfaces of the semiconductor nano particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、蛍光ランプ及びその製造方法に関し、より詳しくは、使用に伴う輝度の低下を抑制し、長寿命化を図ることができる蛍光ランプに関する。   The present invention relates to a fluorescent lamp and a method for manufacturing the same, and more particularly to a fluorescent lamp capable of suppressing a decrease in luminance due to use and extending its life.

蛍光ランプは、電極間に電圧が印加されるとガラス管内に存在する希ガスを電離させ、電離した希ガスを電極に衝突させて二次電子を放出させグロー放電を生起させ、これにより水銀を励起して、253.7nmの紫外線を放射させ、これを受けたガラス管の内壁面に設けられた蛍光体層に含有される蛍光体から蛍光を発光させるものである。   When a voltage is applied between the electrodes, the fluorescent lamp ionizes the noble gas present in the glass tube, collides the ionized noble gas with the electrode, emits secondary electrons, and generates a glow discharge, thereby generating mercury. When excited, 253.7 nm ultraviolet rays are emitted, and fluorescence is emitted from the phosphor contained in the phosphor layer provided on the inner wall surface of the glass tube.

この種の蛍光ランプにおいては、使用に伴いガラス管に含まれるアルカリ金属と水銀が反応する結果、黒色の反応物によって、ガラス管を透過する蛍光が妨げられ、ランプの輝度が低下すると共に、水銀が消費されるためにランプの寿命が短縮する。このため、蛍光体層の表面又は蛍光体層とガラス管との間に保護層を設け、ガラス管の内部空間に存在する水銀と、ガラス管内からその表面に析出するアルカリ金属との接触を抑制している。   In this type of fluorescent lamp, the alkali metal contained in the glass tube reacts with mercury as it is used. As a result, the black reactant interferes with the fluorescence transmitted through the glass tube, reducing the brightness of the lamp and reducing the mercury. As a result, the lamp life is shortened. For this reason, a protective layer is provided on the surface of the phosphor layer or between the phosphor layer and the glass tube to suppress contact between mercury present in the interior space of the glass tube and alkali metal deposited on the surface from within the glass tube. is doing.

このような保護層は、水銀から放射される紫外線による劣化からガラス管を保護するのみならず、それ自体の劣化を抑制する材質で形成されることが好ましく、酸化イットリウム等の金属酸化物が使用されている。しかしながら、金属酸化物等で形成された保護層は、蛍光体から発光された蛍光を若干吸収する場合が有り、紫外線による劣化を受けにくい、酸化イットリウム等の金属酸化物が蛍光の透過率が低減する傾向にある。このため、蛍光ランプの使用に伴う輝度の低下を抑制する効果は高いものの、使用開始直後の輝度が保護層を有しないものより低下する。また、蛍光体を励起発光する以外の紫外線が多少なりとも存在するため、紫外線の利用の点で無駄が存在する。   Such a protective layer is preferably formed of a material that not only protects the glass tube from deterioration due to ultraviolet rays emitted from mercury but also suppresses its own deterioration, and uses a metal oxide such as yttrium oxide. Has been. However, the protective layer formed of a metal oxide or the like may absorb some of the fluorescence emitted from the phosphor, and is less susceptible to degradation by ultraviolet light. A metal oxide such as yttrium oxide reduces the fluorescence transmittance. Tend to. For this reason, although the effect which suppresses the fall of the brightness | luminance accompanying use of a fluorescent lamp is high, the brightness immediately after use starts falls from the thing which does not have a protective layer. In addition, since ultraviolet rays other than those that excite phosphors are present, there is waste in terms of the use of ultraviolet rays.

ガラス管内壁面上にシリカ微粒子等を含有する低屈折剤(特許文献1〜3)を塗布し、ガラス管表面における反射を抑制することが行われている。しかしながら、これらの保護層を設けても、水銀とアルカリ金属との反応を充分に遮断することは困難であり、使用に伴う輝度の低下を抑制でき、長寿命化を図ることができる保護層が要請されている。   A low refractive agent (Patent Documents 1 to 3) containing silica fine particles or the like is applied on the inner wall surface of the glass tube to suppress reflection on the glass tube surface. However, even if these protective layers are provided, it is difficult to sufficiently block the reaction between mercury and alkali metal, and there is a protective layer that can suppress a decrease in luminance accompanying use and can prolong the life. It has been requested.

特開2006−342023JP 2006-342023 特開2006−335881JP 2006-335881 特開2004−083307JP 2004-083307 A

本発明の課題は、蛍光体から発光される蛍光の透過率が高く、蛍光体を励起する253.7nmの紫外線以外の紫外線を発光に利用する、しかも、ランプの使用に伴い、ガラス管の内部空間に存在する水銀とガラス管内のアルカリ金属とが反応するのを抑制し、ランプの使用開始時から、長期間の使用に亘って、蛍光の透過率を高く維持することができる蛍光ランプを提供することにある。   The problem of the present invention is that the transmittance of the fluorescence emitted from the phosphor is high, and ultraviolet rays other than the ultraviolet light of 253.7 nm that excites the phosphor are used for light emission. Providing a fluorescent lamp that suppresses the reaction between mercury in the space and the alkali metal in the glass tube, and maintains a high fluorescence transmittance from the start of lamp use over a long period of time. There is to do.

本発明は、放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入したガラス管と、該ガラス管の内面に設けられた蛍光体層と、該蛍光体層の表面又は蛍光体層とガラス管との間に保護層とを有する蛍光ランプにおいて、保護層が、半導体ナノ粒子の表面に酸化ケイ素の被覆が形成された半導体微粒子、又は、半導体ナノ粒子の表面に炭化水素基が結合した半導体微粒子を含むことを特徴とする蛍光ランプに関する。   The present invention relates to a glass tube enclosing a gas containing mercury that generates ultraviolet rays by discharge, a phosphor layer provided on the inner surface of the glass tube, and a surface of the phosphor layer or a phosphor layer and a glass tube. In a fluorescent lamp having a protective layer therebetween, the protective layer includes semiconductor fine particles in which a silicon oxide coating is formed on the surface of the semiconductor nanoparticles, or semiconductor fine particles in which hydrocarbon groups are bonded to the surface of the semiconductor nanoparticles. The present invention relates to a fluorescent lamp.

本発明の蛍光ランプは、蛍光体から発光される蛍光の透過率が高く、しかも、ランプの使用に伴い、ガラス管の内部空間に存在する水銀とガラス管内のアルカリ金属とが反応するのを抑制し、ランプの使用開始時から、長期間の使用に亘って、蛍光の透過率を高く維持することができる。   The fluorescent lamp of the present invention has a high transmittance of the fluorescence emitted from the phosphor, and suppresses the reaction between mercury present in the interior space of the glass tube and the alkali metal in the glass tube with the use of the lamp. In addition, it is possible to maintain a high fluorescence transmittance over a long period of time from the start of use of the lamp.

本発明の蛍光ランプを適用した一例の熱電極蛍光ランプを示す概略構成図(a)及び部分断面図(b)である。It is the schematic block diagram (a) and partial sectional view (b) which show an example hot electrode fluorescent lamp to which the fluorescent lamp of this invention is applied. 本発明の蛍光ランプを適用した他の例の冷陰極蛍光ランプを示す概略断面図を示す図である。It is a figure which shows the schematic sectional drawing which shows the cold cathode fluorescent lamp of the other example to which the fluorescent lamp of this invention is applied. 本発明の蛍光ランプを適用した他の例の外部電極型蛍光ランプの側面図(a)及び概略断面図(b)を示す図である。It is a figure which shows the side view (a) and schematic sectional drawing (b) of the external electrode type | mold fluorescent lamp of the other example to which the fluorescent lamp of this invention is applied.

本発明の蛍光ランプは、放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入したガラス管と、該ガラス管の内面に設けられた蛍光体層と、該蛍光体層の表面又は蛍光体層とガラス管との間に保護層とを有する蛍光ランプにおいて、保護層が、半導体ナノ粒子を酸化して表面に酸化物の被覆が形成された半導体微粒子を含むことを特徴とする。   The fluorescent lamp of the present invention includes a glass tube in which a gas containing mercury that generates ultraviolet rays by discharge is sealed, a phosphor layer provided on the inner surface of the glass tube, the surface of the phosphor layer or the phosphor layer and glass. In a fluorescent lamp having a protective layer between a tube and a protective layer, the protective layer includes semiconductor fine particles in which semiconductor nanoparticles are oxidized to form an oxide coating on the surface.

本発明の蛍光ランプに用いるガラス管としては、可視光を透過する材質のものであればいずれのものであってもよい。ガラス管の材質としては、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、その他、アルミノケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等を挙げることができる。その形状としては直管型、湾曲型、円環型、バルブ型等いずれであってもよい。   The glass tube used for the fluorescent lamp of the present invention may be any material as long as it is made of a material that transmits visible light. Examples of the material of the glass tube include soda glass, borosilicate glass, lead glass, aluminosilicate glass, borate glass, and phosphate glass. The shape may be any of a straight pipe type, a curved type, an annular type, a valve type, and the like.

ガラス管の内部空間には、アルゴンやネオン等の希ガスと共に、紫外線を発生する水銀が封入され、ガラス管内で発生された放電電子が水銀原子に衝突し、253.7nmを含む紫外線を発生する。封入する水銀量としては、蛍光ランプの点灯時における蒸気圧が、例えば、1〜10Pa等となる量を挙げることができる。   In the internal space of the glass tube, mercury that generates ultraviolet rays is enclosed together with a rare gas such as argon or neon, and the discharge electrons generated in the glass tube collide with mercury atoms to generate ultraviolet rays including 253.7 nm. . Examples of the amount of mercury to be enclosed include an amount in which the vapor pressure when the fluorescent lamp is turned on is, for example, 1 to 10 Pa.

ガラス管の両端内部には上記水銀原子から紫外線を放射させるための放電を発生させる手段として1対の電極が設けられる。かかる電極としては、熱電極、冷陰極、外部電極等いずれであってもよい。熱電極としては、例えば、バリウム、カルシウム、イットリウム等の酸化物等のエミッタ物質を塗布したタングステンコイル等からなる熱電極を挙げることができ、電極間に電圧が印加されると、エミッタから放出される電子により希ガスを電離させ、この希ガスのイオンが電極に衝突してグロー放電を生起させ、水銀を励起して紫外線を放出させる。また、冷陰極としては、例えば、ニッケル、モリブデン等により成形されたカップ状の電極を開口を対向させて配置させ、この間に電圧が印加されると、ガラス管内に僅かに存在する電子により希ガスを電離させ、これが電極に衝突することにより放電を生起させ、水銀から紫外線を放射させる。外部電極としては、例えば、アルミ箔等を導電性接着剤によりガラス管の両端外壁面に接着し、外部電極にリード線を介して電圧を印加して、同様にガラス管の内部空間に放電を生成させる。   Inside the both ends of the glass tube, a pair of electrodes is provided as means for generating a discharge for emitting ultraviolet rays from the mercury atoms. Such an electrode may be a hot electrode, a cold cathode, an external electrode, or the like. Examples of the hot electrode include a hot electrode made of a tungsten coil coated with an emitter material such as an oxide such as barium, calcium, and yttrium. When a voltage is applied between the electrodes, the hot electrode is emitted from the emitter. The rare gas is ionized by the generated electrons, and ions of the rare gas collide with the electrode to cause a glow discharge, thereby exciting mercury and emitting ultraviolet rays. As the cold cathode, for example, a cup-shaped electrode formed of nickel, molybdenum or the like is disposed with the openings facing each other, and when a voltage is applied between them, a rare gas is generated by electrons slightly present in the glass tube. Is ionized, and when it collides with the electrode, a discharge is generated and ultraviolet rays are emitted from mercury. As an external electrode, for example, an aluminum foil or the like is bonded to the outer wall surfaces of both ends of the glass tube with a conductive adhesive, a voltage is applied to the external electrode via a lead wire, and a discharge is similarly generated in the internal space of the glass tube. Generate.

このようなガラス管の内壁に設けられる蛍光体層は、水銀原子から放射される253.7nmの紫外線により可視光を発光する蛍光体を含有する。蛍光体としては、熱に対して劣化が少なく、また、水銀の吸着が少なく、蛍光ランプの始動時において水銀蒸気圧が高い状況が継続する場合があるが、そのような場合においても、蛍光体が吸着する水銀による透光管の劣化を抑制することができるものが好ましい。このような蛍光体として、例えば、Y23:Eu、YVO4:Eu、LaPO4:Ce,Tb、(Ba,Eu)MgAl1017、(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al1017、Sr10(PO46l2:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO46l2:Eu等を挙げることができる。また、蛍光体層は、このような蛍光体を適宜組み合わせ、水銀から放射される253.7nmの紫外線により励起され、緑色、赤色、青色領域の可視光を発光させ、演色に優れた白色光を得ることも可能である。 The phosphor layer provided on the inner wall of such a glass tube contains a phosphor that emits visible light by ultraviolet rays of 253.7 nm emitted from mercury atoms. As a phosphor, there is a case where the deterioration of heat is low, mercury adsorption is small, and the mercury vapor pressure continues to be high at the start of the fluorescent lamp. What can suppress deterioration of the light-transmitting tube due to mercury adsorbed on the surface is preferable. Examples of such phosphors include Y 2 O 3 : Eu, YVO 4 : Eu, LaPO 4 : Ce, Tb, (Ba, Eu) MgAl 10 O 17 , (Ba, Sr, Eu) (Mg, Mn). Al 10 O 17 , Sr 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu, (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu, and the like can be mentioned. In addition, the phosphor layer is appropriately combined with such phosphors, and excited by 253.7 nm ultraviolet rays emitted from mercury, emits visible light in the green, red, and blue regions, and emits white light with excellent color rendering. It is also possible to obtain.

本発明の蛍光ランプは、蛍光体層の表面又は蛍光体層とガラス管との間に保護層を有する。保護層は、半導体ナノ粒子の表面に酸化ケイ素の被覆が形成された半導体微粒子、又は、半導体ナノ粒子の表面に炭化水素基が結合した半導体微粒子を含む。かかる半導体微粒子を形成するために用いる半導体ナノ粒子は、シリコン、テルル化亜鉛等の、1nm以上5nm以下のナノ粒子を挙げることができる。このような粒子径を有する半導体ナノ粒子は、紫外線により励起され蛍光を発光するため、ランプの輝度を上昇させることができる。   The fluorescent lamp of the present invention has a protective layer on the surface of the phosphor layer or between the phosphor layer and the glass tube. The protective layer includes semiconductor fine particles in which a silicon oxide coating is formed on the surface of the semiconductor nanoparticles, or semiconductor fine particles in which a hydrocarbon group is bonded to the surface of the semiconductor nanoparticles. Examples of the semiconductor nanoparticles used for forming such semiconductor fine particles include nanoparticles of 1 nm to 5 nm, such as silicon and zinc telluride. Since the semiconductor nanoparticles having such a particle size are excited by ultraviolet rays and emit fluorescence, the luminance of the lamp can be increased.

半導体ナノ粒子の粒子径は、レーザー解析式粒度分布測定装置により測定することができる。以下、粒子径については同様の測定装置により測定した測定値を採用することができる
半導体ナノ粒子は表面に酸化ケイ素の被覆を有する。酸化ケイ素の被覆を有することにより、半導体ナノ粒子が酸化されるのを抑制し、半導体ナノ粒子の粒子径の変動により蛍光の発光が低減するのを抑制することができる。被覆の厚さとしては、1nm以上0.995μm以下であることが好ましい。酸化ケイ素の被覆の厚さが1nm以上であれば、半導体ナノ粒子が酸化されるのを抑制し、ガラス管に含まれるアルカリ金属と水銀の反応を抑制することができ、0.995μm以下であれば、半導体ナノ粒子から蛍光の透過の阻害を抑制することができる。
The particle diameter of the semiconductor nanoparticles can be measured by a laser analysis type particle size distribution measuring apparatus. Hereinafter, the measured value measured by the same measuring device can be adopted for the particle diameter. The semiconductor nanoparticles have a silicon oxide coating on the surface. By having the coating of silicon oxide, it is possible to suppress oxidation of the semiconductor nanoparticles, and it is possible to suppress reduction of fluorescence emission due to fluctuations in the particle diameter of the semiconductor nanoparticles. The thickness of the coating is preferably 1 nm or more and 0.995 μm or less. If the thickness of the silicon oxide coating is 1 nm or more, the semiconductor nanoparticles can be prevented from being oxidized, and the reaction between alkali metal and mercury contained in the glass tube can be suppressed. For example, inhibition of fluorescence transmission from the semiconductor nanoparticles can be suppressed.

被膜の厚さは、レーザー解析式粒度分布計及び蛍光X線分析装置や、SEM装置等を用いて、半導体微粒子を測定し計算により算出した値を採用することができる。   As the thickness of the coating, a value calculated by measuring semiconductor fine particles using a laser analysis type particle size distribution analyzer, a fluorescent X-ray analyzer, an SEM apparatus, or the like can be adopted.

このような半導体ナノ粒子に酸化ケイ素の被覆を形成する方法としては、逆ミセル法を使用することが好ましい。逆ミセル法としては、疎水性溶媒に水又はアルコール等の水溶性溶媒、界面活性剤、テトラメトキシシラン等の有機基を有するシラン化合物と、水溶性の半導体ナノ粒子を、塩酸、硝酸、アンモニア等の触媒と共に添加して、攪拌することにより、疎水性溶媒中に5nm〜100nm程度の粒子径で分散した水溶性溶媒中に移動した半導体ナノ粒子にシラン化合物のゾルゲル反応により形成されたシリカの被覆を形成する方法を挙げることができる。シラン化合物の水溶性溶媒に対するモル比を0.25〜4、界面活性剤の水溶性溶媒に対するモル比を6〜18とすることにより、水溶性溶媒を5nm〜100nm程度の粒子径で分散させることができ、得られる半導体微粒子を所望の粒子径に形成することができる。その後、溶媒を除去して、半導体微粒子を得ることができる。   As a method of forming a silicon oxide coating on such semiconductor nanoparticles, it is preferable to use a reverse micelle method. As the reverse micelle method, a water-soluble solvent such as water or alcohol in a hydrophobic solvent, a surfactant, a silane compound having an organic group such as tetramethoxysilane, and water-soluble semiconductor nanoparticles, hydrochloric acid, nitric acid, ammonia, etc. The silica coating formed by the sol-gel reaction of the silane compound on the semiconductor nanoparticles moved into the water-soluble solvent dispersed in the hydrophobic solvent with a particle size of about 5 nm to 100 nm by adding together with the catalyst of The method of forming can be mentioned. Dispersing the water-soluble solvent with a particle size of about 5 nm to 100 nm by setting the molar ratio of the silane compound to the water-soluble solvent to 0.25 to 4 and the molar ratio of the surfactant to the water-soluble solvent to 6 to 18. The resulting semiconductor fine particles can be formed to have a desired particle size. Thereafter, the solvent can be removed to obtain semiconductor fine particles.

また、半導体ナノ粒子は表面に炭化水素基を有する。炭化水素基を有することにより、半導体ナノ粒子が酸化されるのを抑制し、半導体ナノ粒子の粒子径の変動により蛍光の発光が低減するのを抑制することができる。炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基等、直鎖状、分枝状、環状何れであってもよいが、炭素数は1〜18が取扱いが容易であることから好ましい。例えば、シリコンナノ粒子の表面に炭化水素基を結合させる方法としては、Mg2Siで表される合金粉末と過剰の四塩化ケイ素とを不活性ガス雰囲気下、テトラヒドロフラン等の溶媒中で反応させた後、溶媒と過剰の四塩化ケイ素を除去することにより、シリコン原子が三次元的に結合した略球状のクラスターの周囲に塩素原子が結合したシリコンナノ粒子を得る。得られたシリコンナノ粒子とRMgX又はRLi(Rはアルキル基、Xはハロゲン原子を表す。)で表されるアルキル化剤とを溶媒中で反応させることにより、シリコンナノ粒子のハロゲン原子がアルキル基に置換された半導体微粒子を得ることができる。 In addition, the semiconductor nanoparticles have a hydrocarbon group on the surface. By having the hydrocarbon group, the semiconductor nanoparticles can be prevented from being oxidized, and the fluorescence emission can be prevented from being reduced due to fluctuations in the particle diameter of the semiconductor nanoparticles. The hydrocarbon group may be any of linear, branched or cyclic, such as an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, cycloalkyl group, aryl group, etc. Therefore, it is preferable. For example, as a method of bonding hydrocarbon groups to the surface of silicon nanoparticles, an alloy powder represented by Mg 2 Si and excess silicon tetrachloride were reacted in a solvent such as tetrahydrofuran under an inert gas atmosphere. Thereafter, by removing the solvent and excess silicon tetrachloride, silicon nanoparticles having chlorine atoms bonded around a substantially spherical cluster having silicon atoms bonded three-dimensionally are obtained. By reacting the obtained silicon nanoparticle with an alkylating agent represented by RMgX or RLi (R represents an alkyl group, X represents a halogen atom) in a solvent, the halogen atom of the silicon nanoparticle is converted to an alkyl group. Semiconductor fine particles substituted with can be obtained.

このような半導体ナノ粒子の表面に被覆又は炭化水素基を有する半導体微粒子の平均粒子径としては、2nm以上1.0μm以下であることが好ましい。半導体微粒子の平均粒子径が1.0μm以下であれば、高密度な保護層を形成することができ、それによりガラス管に含まれるアルカリ金属と、内部空間に存在する水銀との遮蔽効果を高くすることができ、相互の接触を抑制し、ランプの輝度の低下や短寿命を抑制することができる。   The average particle diameter of the semiconductor fine particles having a coating or hydrocarbon group on the surface of such semiconductor nanoparticles is preferably 2 nm or more and 1.0 μm or less. If the average particle size of the semiconductor fine particles is 1.0 μm or less, a high-density protective layer can be formed, thereby enhancing the shielding effect between alkali metal contained in the glass tube and mercury existing in the internal space. It is possible to suppress contact with each other, and to suppress a reduction in lamp brightness and a short life.

上記半導体超微粒子を含有する保護層は、半導体量微粒子の機能を阻害しない範囲において、他の金属酸化物微粒子や、これらを結着するバインダーを含有していてもよい。金属酸化物微粒子としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム等を挙げることができる。金属酸化物は、平均粒子径が5nm以上1.0μm以下であることが、高密度の保護層を形成することができ、水銀とアルカリ金属との接触を抑制できることから、好ましい。また、金属酸化物の粒子径が1.0μm以下であれば、紫外線により励起され、蛍光を発光するため、ランプの輝度を向上させることができる。バインダーとしては、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)を挙げることができる。   The protective layer containing the semiconductor ultrafine particles may contain other metal oxide fine particles and a binder that binds these as long as the function of the semiconductor fine particles is not impaired. Examples of the metal oxide fine particles include aluminum oxide, titanium oxide, zinc oxide, silicon oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, and magnesium oxide. The metal oxide preferably has an average particle size of 5 nm or more and 1.0 μm or less because a high-density protective layer can be formed and contact between mercury and an alkali metal can be suppressed. In addition, when the particle diameter of the metal oxide is 1.0 μm or less, it is excited by ultraviolet rays and emits fluorescence, so that the luminance of the lamp can be improved. Examples of the binder include polyethylene oxide (PEO) and hydroxyethyl cellulose (HEC).

保護層中の半導体微粒子の含有量は粒子径によるところが大きいが、例えば半導体微粒子の平均粒子径が30nmの場合、10〜100質量%、金属酸化物微粒子の含有量は、0〜90質量%であることが好ましい。   The content of the semiconductor fine particles in the protective layer largely depends on the particle size. For example, when the average particle size of the semiconductor fine particles is 30 nm, the content of the metal oxide fine particles is 0 to 90% by mass. Preferably there is.

上記保護層の厚さは、0.5μm以上5.0μm以下の範囲であることが好ましい。保護層の厚さが0.5μm以上であれば、水銀とアルカリ金属との反応を高度に抑制することができ、5.0μm以下であれば、蛍光の透過率が低下するのを抑制することができる。   The thickness of the protective layer is preferably in the range of 0.5 μm to 5.0 μm. If the thickness of the protective layer is 0.5 μm or more, the reaction between mercury and alkali metal can be suppressed to a high degree, and if it is 5.0 μm or less, the decrease in fluorescence transmittance is suppressed. Can do.

上記保護層を作成するには、例えば、半導体微粒子、必要に応じて金属酸化物微粒子、バインダーを有機性又は水性の分散媒に分散させた分散液を調製し、これを塗布、乾燥する方法を用いることができる。分散媒としては、具体的には、水や、アルコール類、酢酸ブチル、キシレン等の有機溶剤や、これらを混合したものを挙げることができる。塗布方法としては、コーティング、浸漬、スプレー塗布等いずれであってもよい。所定の厚さに塗布した後、自然乾燥や、強制乾燥等の乾燥方法により乾燥することができる。強制乾燥の場合、エアブロー等の速度や温度が高い場合、表面のみの乾燥が先行し、内部の乾燥速度が遅く内外に応力が発生し、亀裂発生の要因となる。このため、例えば、温度、エアーブロ−速度を調整して行うことが好ましい。分散液の塗布は所望の厚さの保護層を得るために複数回行ってもよい。   In order to prepare the protective layer, for example, a method of preparing a dispersion in which semiconductor fine particles, if necessary, metal oxide fine particles, and a binder are dispersed in an organic or aqueous dispersion medium, and applying and drying the dispersion is prepared. Can be used. Specific examples of the dispersion medium include water, organic solvents such as alcohols, butyl acetate, and xylene, and mixtures thereof. The application method may be any of coating, dipping, spray application and the like. After applying to a predetermined thickness, it can be dried by a drying method such as natural drying or forced drying. In the case of forced drying, when the speed or temperature of air blow or the like is high, the drying of only the surface precedes, the internal drying speed is slow, and stress is generated inside and outside, which causes cracking. For this reason, for example, it is preferable to adjust the temperature and the air blow speed. The dispersion may be applied a plurality of times to obtain a protective layer having a desired thickness.

本発明の蛍光ランプは、熱電極蛍光ランプ、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ等いずれの蛍光ランプに好適である。この種の蛍光ランプを駆動させる点灯回路としては、蛍光ランプと別途に設けた点灯回路により電極を予熱し高圧パルスを発生するスターター式点灯回路を用いることができるが、蛍光ランプと一体化して設けた、電極予熱回路と昇圧回路とを有する安定器を備えたラピッドスタート式点灯回路、更に高周波変換回路を備えたインバータ式点灯回路を用いることもできる。点灯回路を一体化して設ける場合、ガラス管を湾曲若しくは屈曲し、その周囲を更にグローブで覆い、点灯回路に接続された口金を有する電球型としても、また、ガラス管が外部に露出した構造としてもよい。   The fluorescent lamp of the present invention is suitable for any fluorescent lamp such as a hot electrode fluorescent lamp, a cold cathode fluorescent lamp, and an external electrode fluorescent lamp. As a lighting circuit for driving this type of fluorescent lamp, a starter type lighting circuit that preheats an electrode and generates a high-pressure pulse by a lighting circuit provided separately from the fluorescent lamp can be used, but is provided integrally with the fluorescent lamp. Further, a rapid start type lighting circuit including a ballast having an electrode preheating circuit and a booster circuit, and an inverter type lighting circuit including a high frequency conversion circuit can also be used. When the lighting circuit is provided in an integrated manner, the glass tube is bent or bent, and its periphery is further covered with a globe, and the bulb has a base connected to the lighting circuit, or the glass tube is exposed to the outside. Also good.

このような蛍光ランプを製造する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば以下の方法によることができる。ガラス管の内壁面に、半導体微粒子及び金属酸化物微粒子を含む分散水を、ガラス管内に吸い上げることにより塗布し、60〜80℃、1〜5分で乾燥して、厚さ0.5〜5.0μmの塗膜を形成し保護層を形成する。その上に、例えば、Y23:Eu等の蛍光体を含む分散水に、リン酸が蛍光体に対して0.1質量%になるように含有させ、粘度を調整した分散水を、ガラス管内に吸い上げることにより塗布し、60〜80℃、1〜10分で乾燥して、厚さ20〜30μmの塗膜を形成し蛍光体層を形成する。或いは、ガラス管の内壁面に上に蛍光体層を形成し、その上に保護層を形成する。その後、ガラス管の端部に電極を設けると共に、電極に接続される外部リード等を有する口金で封止し、ガラス管の内部空間に、希ガス及び水銀を所定量導入し、蛍光ランプを得る。 A method for manufacturing such a fluorescent lamp is not particularly limited, and for example, the following method can be used. Dispersed water containing semiconductor fine particles and metal oxide fine particles is applied to the inner wall surface of the glass tube by sucking it into the glass tube, dried at 60 to 80 ° C. for 1 to 5 minutes, and having a thickness of 0.5 to 5 A coating layer of 0.0 μm is formed to form a protective layer. In addition, for example, dispersion water containing phosphor such as Y 2 O 3 : Eu is added so that phosphoric acid is 0.1% by mass with respect to the phosphor, and the dispersion water whose viscosity is adjusted, It is applied by sucking into a glass tube and dried at 60 to 80 ° C. for 1 to 10 minutes to form a coating film having a thickness of 20 to 30 μm to form a phosphor layer. Alternatively, a phosphor layer is formed on the inner wall surface of the glass tube, and a protective layer is formed thereon. Thereafter, an electrode is provided at the end of the glass tube and sealed with a base having an external lead connected to the electrode, and a predetermined amount of rare gas and mercury are introduced into the internal space of the glass tube to obtain a fluorescent lamp. .

本発明の蛍光ランプは、水銀原子から放射される253.7nmの紫外線により蛍光体を励起し可視光を発光させるとき、水銀とガラス管に含まれるアルカリ金属との接触を阻害し、これらの反応によって生成物が生じるのを抑制することができる。また、保護層は蛍光の透過率が高いため、ランプの使用開示時から長時間の使用後においても、輝度の低下を抑制することができ、保護層に含まれる半導体微粒子自体が蛍光を発光するため、輝度をより高度に維持することができる。   The fluorescent lamp of the present invention inhibits contact between mercury and an alkali metal contained in a glass tube when the phosphor is excited by 253.7 nm ultraviolet rays emitted from mercury atoms to emit visible light. Can suppress the formation of a product. In addition, since the protective layer has a high fluorescence transmittance, it is possible to suppress a decrease in luminance even after a long time of use since the disclosure of the use of the lamp, and the semiconductor fine particles contained in the protective layer themselves emit fluorescence. Therefore, the brightness can be maintained at a higher level.

本発明の蛍光ランプを熱電極蛍光ランプに適用した一例を、図1に示す。図1(a)は概略構成図、(b)は(a)中に図示するBの部分断面図である。図1に示す熱電極蛍光ランプ10は、ソーダガラスによって形成されたガラス管1を有する。ガラス管1は、例えば、15.5〜38mmの外径を有するものを使用することができる。ガラス管1の内壁面に、そのほぼ全長に亘って、上記保護層2を有し、保護層2上には蛍光体層3が積層されている。ガラス管1の両端部は、電極6が設けられたステム5により閉塞され、ガラス管の内部空間には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。また、ガラス管1の両端部外側には、ステム5に接続された口金7が設けられている。   An example in which the fluorescent lamp of the present invention is applied to a hot electrode fluorescent lamp is shown in FIG. 1A is a schematic configuration diagram, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view of B shown in FIG. A hot electrode fluorescent lamp 10 shown in FIG. 1 has a glass tube 1 formed of soda glass. As the glass tube 1, for example, one having an outer diameter of 15.5 to 38 mm can be used. On the inner wall surface of the glass tube 1, the protective layer 2 is provided over almost the entire length, and the phosphor layer 3 is laminated on the protective layer 2. Both ends of the glass tube 1 are closed by a stem 5 provided with an electrode 6, a predetermined amount of rare gas and mercury are introduced into the internal space of the glass tube, and the internal pressure is about several tenths of atmospheric pressure. Has been depressurized. Further, a base 7 connected to the stem 5 is provided outside the both ends of the glass tube 1.

本発明の蛍光ランプを冷極蛍光ランプに適用した一例を、図2に示す。図2の概略断面図に示す冷陰極蛍光ランプ21は、ソーダガラスによって形成されたガラス管22の両端はビードガラス23で気密に封止されている。ガラス管22は、例えば、1.5〜6.0mm、好ましくは1.5〜5.0mmの外径を有するものを使用することができる。ガラス管22の内壁面には、そのほぼ全長に亘って、上記保護層24aを有し、保護層上には蛍光体層24bが積層されている。ガラス管22の内部空間25には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。ガラス管22の両端部近傍には、それぞれ、例えば、外径0.7〜3.5mm、厚さ0.05〜1.0mmのカップ状電極27が、開口部20が相互に対向するように配置されている。各リード線29が、その一端が電極27の底面部に溶接され、他端がビードガラス23を貫通してガラス管22の外部に引き出されて、設けられる。   An example in which the fluorescent lamp of the present invention is applied to a cold fluorescent lamp is shown in FIG. In the cold cathode fluorescent lamp 21 shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, both ends of a glass tube 22 formed of soda glass are hermetically sealed with bead glass 23. As the glass tube 22, for example, one having an outer diameter of 1.5 to 6.0 mm, preferably 1.5 to 5.0 mm can be used. The inner wall surface of the glass tube 22 has the protective layer 24a over almost the entire length, and the phosphor layer 24b is laminated on the protective layer. A predetermined amount of rare gas and mercury are introduced into the internal space 25 of the glass tube 22, and the internal pressure is reduced to several tenths of the atmospheric pressure. In the vicinity of both ends of the glass tube 22, for example, cup-shaped electrodes 27 having an outer diameter of 0.7 to 3.5 mm and a thickness of 0.05 to 1.0 mm are arranged so that the openings 20 face each other. Has been placed. Each lead wire 29 is provided with one end welded to the bottom surface of the electrode 27 and the other end penetrating the bead glass 23 and drawn out of the glass tube 22.

また、本発明の蛍光ランプを外部電極蛍光ランプに適用した一例を、図3に示す。図3(a)の側面図、(b)の概略断面図に示す外部電極蛍光ランプ31は、両端が封止されたソーダガラス製のガラス管32を有する。ガラス管32の外径は、1.5〜6.0mmの範囲内、好ましくは1.5〜5.0mmの範囲内を挙げることができる。ガラス管32の内壁面には、そのほぼ全長に亘って、上記保護層33aを有し、保護層上には蛍光体層33bが積層されている。ガラス管32の内部空間には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。ガラス管32の両末端部の外周面には、外部電極34が設けられる。外部電極34はアルミニウム、ニッケル等の金属箔を、シリコン樹脂に金属粉体を混合した導電性粘着剤等によりガラス管32外面に接着して設けることができ、ガラス管32の末端全体を被覆して設けることもできる。外部電極の長手方向の長さL1としては、例えば、10〜35mmを挙げることができる。外部電極には図示しないリード線が接続され、リード線を介して電極に電圧が印加可能となっている。   An example in which the fluorescent lamp of the present invention is applied to an external electrode fluorescent lamp is shown in FIG. The external electrode fluorescent lamp 31 shown in the side view of FIG. 3A and the schematic cross-sectional view of FIG. 3B has a glass tube 32 made of soda glass sealed at both ends. The outer diameter of the glass tube 32 can be in the range of 1.5 to 6.0 mm, preferably in the range of 1.5 to 5.0 mm. The inner wall surface of the glass tube 32 has the protective layer 33a over almost the entire length, and the phosphor layer 33b is laminated on the protective layer. A predetermined amount of rare gas and mercury are introduced into the internal space of the glass tube 32, and the internal pressure is reduced to about several tenths of the atmospheric pressure. External electrodes 34 are provided on the outer peripheral surfaces of both end portions of the glass tube 32. The external electrode 34 can be provided by adhering a metal foil such as aluminum or nickel to the outer surface of the glass tube 32 with a conductive adhesive or the like in which a metal powder is mixed with silicon resin, and covers the entire end of the glass tube 32. It can also be provided. Examples of the length L1 in the longitudinal direction of the external electrode include 10 to 35 mm. A lead wire (not shown) is connected to the external electrode, and voltage can be applied to the electrode via the lead wire.

以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されない。
[実施例1]
酸化ケイ素の被覆を有する平均粒子径2〜4nmのシリコン粒子7.77g、金属酸化物粒子として平均粒子径30nmのシリカ粉末(金属酸化物微粒子)7.77gを水300mlに添加し、粘度を調整して分散液を調製した。これを、管径28.0mmのソーダガラス管内に吸い上げ、60℃で乾燥し、厚さ1μmの保護層を形成した。3波長蛍光体を用いた塗布液を調製し、保護層上に、厚さ20μmの蛍光体層を形成し、図1に示す蛍光ランプを作製した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
Viscosity is adjusted by adding 7.77 g of silicon particles having an average particle diameter of 2 to 4 nm having a silicon oxide coating and 7.77 g of silica powder (metal oxide fine particles) having an average particle diameter of 30 nm as metal oxide particles to 300 ml of water. To prepare a dispersion. This was sucked into a soda glass tube having a tube diameter of 28.0 mm and dried at 60 ° C. to form a protective layer having a thickness of 1 μm. A coating solution using a three-wavelength phosphor was prepared, a phosphor layer having a thickness of 20 μm was formed on the protective layer, and a fluorescent lamp shown in FIG. 1 was produced.

得られた蛍光ランプに電圧を印加し、100時間経過後、積分球を用いて全光束値を測定した。比較例と比較して全光束値は1.3%向上した。
[実施例2]
酸化ケイ素の被覆を有するシリコン粒子に替えて、炭化水素基が結合した平均粒子径2〜4nmのシリコン粒子を用いた他は、実施例1と同様に蛍光ランプを作製し、全光束値を測定した。比較例と比較して全光束値は約0.5%向上した。
[比較例]
平均粒子径50nmのアルミナ微粒子のみを用いた他は、実施例1と同様に保護層を調製し、蛍光ランプを作製し、全光束値を測定した。
A voltage was applied to the obtained fluorescent lamp, and after 100 hours, the total luminous flux value was measured using an integrating sphere. Compared with the comparative example, the total luminous flux value was improved by 1.3%.
[Example 2]
A fluorescent lamp was prepared in the same manner as in Example 1 except that silicon particles having an average particle diameter of 2 to 4 nm bonded with hydrocarbon groups were used instead of silicon particles having a silicon oxide coating, and the total luminous flux value was measured. did. Compared with the comparative example, the total luminous flux value was improved by about 0.5%.
[Comparative example]
A protective layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that only alumina fine particles having an average particle diameter of 50 nm were used, a fluorescent lamp was produced, and the total luminous flux value was measured.

1、22、32 ガラス管
2、24a、33a 保護層
3、24b、33b 蛍光体層
6 電極
10 熱電極蛍光ランプ
21 冷陰極蛍光ランプ
27 カップ状電極(電極)
31 外部電極蛍光ランプ
34 外部電極(電極)
1, 22, 32 Glass tube 2, 24a, 33a Protective layer 3, 24b, 33b Phosphor layer 6 Electrode 10 Hot electrode fluorescent lamp 21 Cold cathode fluorescent lamp 27 Cup-shaped electrode (electrode)
31 External electrode fluorescent lamp 34 External electrode (electrode)

Claims (6)

放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入したガラス管と、該ガラス管の内面に設けられた蛍光体層と、該蛍光体層の表面又は蛍光体層とガラス管との間に保護層とを有する蛍光ランプにおいて、保護層が、半導体ナノ粒子の表面に酸化ケイ素の被覆が形成された半導体微粒子、又は、半導体ナノ粒子の表面に炭化水素基が結合した半導体微粒子を含むことを特徴とする蛍光ランプ。   A glass tube enclosing a gas containing mercury that generates ultraviolet rays by discharge, a phosphor layer provided on the inner surface of the glass tube, and a protective layer between the surface of the phosphor layer or between the phosphor layer and the glass tube The protective layer includes semiconductor fine particles in which a silicon oxide coating is formed on the surface of the semiconductor nanoparticles, or semiconductor fine particles in which hydrocarbon groups are bonded to the surface of the semiconductor nanoparticles. Fluorescent lamp. 半導体ナノ粒子が、シリコンナノ粒子であることを特徴とする請求項1記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticles are silicon nanoparticles. 半導体微粒子の平均粒子径が、2nm以上1.0μm以下の範囲であることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光ランプ。   3. The fluorescent lamp according to claim 1, wherein the average particle diameter of the semiconductor fine particles is in the range of 2 nm to 1.0 μm. 半導体微粒子の酸化ケイ素の被覆が、1nm以上0.995μm以下の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating of the semiconductor fine particles on the silicon oxide has a thickness in the range of 1 nm to 0.995 µm. 保護層の厚さが、0.5μm以上5.0μm以下の範囲であることを特徴とする請求項1から4のいずれか記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the protective layer is in the range of 0.5 µm to 5.0 µm. 保護層が、平均粒子径が5nm以上1.0μm以下の金属酸化物微粒子を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to any one of claims 1 to 5, wherein the protective layer contains metal oxide fine particles having an average particle diameter of 5 nm to 1.0 µm.
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