JP2012099410A

JP2012099410A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2012099410A
Application number: JP2010247765A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Tanaka; 規之田中
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】消灯後に十分な照度が得られて、しかも十分な耐久性を備える残光型蛍光ランプを提供する。
【解決手段】ガラスバルブ２の内面に積層された第１の発光層３と第１の発光層３の上に積層された第２の発光層４を備え、第１の発光層３は長残光性の蛍光体で形成され、第２の発光層４は通常の蛍光体で形成される蛍光ランプ１において、第１の発光層３を形成する長残光性の蛍光体粒子の平均粒径は、１５μｍを超え、かつ２０μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光ランプ、特に、消灯後相当の時間が経過しても物の識別が可能な残光を呈する蛍光ランプに関する。

消灯後相当の時間が経過しても物の識別が可能な残光を呈する蛍光ランプ（以下、本明細書において、「残光型蛍光ランプ」ということがある）が知られている。例えば、特許文献１あるいは特許文献２には、ガラスを素材とする外套管（ガラスバルブ）の内面に第１の発光層を備え、第１の発光層の上に、第２の発光層が積層された残光型蛍光ランプが開示されている。

特許文献１に記載の残光型蛍光ランプの第１の発光層は、長残光性を有する蛍光体として、一般式ＭＡｌ₂Ｏ₄で表される化合物で、Ｍはカルシウム，ストロンチウム，バリウムからなる群から選択された１つ以上の金属元素からなる化合物を母結晶にした蓄光性蛍光体を含んでいる。また第２の発光層は、例えばハロリン酸塩蛍光体（Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆ＦＣｌ：Ｓｂ／Ｍｎなど）や希土類蛍光体（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ，ＬａＰＯ₄：Ｃｅ／Ｔｂ，（ＳｒＣａＢａＭｇ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕなど）などの１種又は２種以上の通常の蛍光体（長残光性を持たない蛍光体）を含んでいる。

一般に、蛍光体の発光効率は蛍光体粒子の粒径に依存し、粒径が大きい場合に発光効率が高くなることが知られている。残光型蛍光ランプは、消灯後も所定の照度が得られるように高い発光効率が求められる。そのため第１の発光層を形成する蛍光体粒子の粒径を大きくすると、消灯後の照度を確保するのに都合がよい。しかし、粒径を大きくすると、蛍光体粒子間の隙間も大きくなるので、ガラスバルブに封入された水銀原子がこの隙間に入り込んで、蒸発・凝縮を繰り返す。その結果、蛍光体粒子が剥落しやすくなる（特許文献２，第００３７、００３８段落）。

そのため、この特許文献２に記載の残光型蛍光ランプでは、蓄光性蛍光体の平均粒径を１０μｍとするとともに、第１の発光層中に粒度分布が０．３〜５μｍのα−アルミナを混入して、蓄光性蛍光体粒子間の隙間に入り込むのを妨げている（特許文献２，第００４０段落）。

また、特許文献３には、第１の発光層を形成する蛍光体粒子の平均粒径を３〜１５μｍにすることが記載されている。

なお、長残光性を有する蛍光体の具体的な組成等は、特許文献１〜３に記載されているが、これらの他に多くの物質が知られている。例えば、特許文献４には、２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩であって、発光ピーク波長（蛍光体から放出される発光スペクトルにおいて、光度が最大になる波長）が、５２０ｎｍ、４９０ｎｍ及び４４０ｎｍ付近にある残光性蛍光体の化学組成式と結晶構造が開示されている。また、特許文献５には、珪酸マグネシウム・ストロンチウム系蛍光体であって、発光ピーク波長が４６７ｎｍにある蓄光性蛍光体と、珪酸ストロンチウム・アルミニウム系蛍光体であって、発光ピーク波長が４９０ｎｍにある蓄光性蛍光体について詳しく記載されている。

また、照明光の波長が５００ｎｍ前後の時に、ヒトの眼の桿体細胞の感度が最大になること、つまり、ヒトの眼が暗順応している時には、波長５００ｎｍの光で照明すれば、照度が低くても、物がよく見えることが知られている（例えば、特許文献５）。また、ヒトは波長４６０ｎｍ前後の光線を浴びるとメラトニンの分泌が抑制されて、入眠しにくくなることも知られている（特許文献６）。

特許第３５１６５３３号公報特開２００５−２７２５９７号公報特開平９−２６５９４６号公報特開平８−７３８４５号公報特開２００９−２４９３９５号公報特開２００７−１３０１８２号公報

特許文献２あるいは特許文献３にあるように、蛍光体粒子の平均粒径を小さくすると、蛍光体粒子間の隙間が小さくなって、水銀原子が進入しにくくなるので、蛍光体粒子の剥落は抑制される。しかし、蛍光体粒子の平均粒径を小さくすると、蛍光体粒子の発光効率が低くなるので、所望の明るさを得るのが難しくなるという問題があった。また、蛍光体粒子の量を増やせば、第１の発光層が厚くなるので、第１の発光層が剥落しやすくなるという問題もあった。

本発明は、以上のような背景に鑑みて成されたものであり、消灯後に十分な照度が得られて、しかも十分な耐久性を備える蛍光ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の蛍光ランプは、外套管の内面に積層された第１の発光層と前記第１の発光層の上に積層された第２の発光層を備え、前記第１の発光層は長残光性の蛍光体で形成され、前記第２の発光層は通常の蛍光体で形成される蛍光ランプにおいて、前記第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体の平均粒径は、１５μｍを超え、かつ２０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体粒子の平均粒径が、１５μｍを超え、かつ２０μｍ以下の範囲にあるので、高い発光効率が得られ、その結果、消灯後にも十分な照度が確保できる。また、この場合の蛍光体粒子間の隙間は、なお十分に狭いので、第１の発光層の剥落は抑制されて、十分な耐久性が得られる。

本発明の実施形態の一例を示す蛍光ランプの側面図である。蛍光ランプを図１のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例を示す蛍光ランプ１の側面図であり、要部を断面図示している。又、図２は、蛍光ランプ１を図１のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。蛍光ランプ１は直管形のガラスバルブ２を備え、ガラスバルブ２の内面に第１の発光層３を形成し、第１の発光層３の上に第２の発光層４を積層して構成される。また、ガラスバルブ２の両端には口金５と電極６が取り付けられていて、電極６は口金５を介して、図示しない外部の電源に接続される。また、ガラスバルブ２の内部には希薄なガス（アルゴン等）と少量の水銀が封入されている。

言うまでもないことだが、外部の電源によって左右の電極６の間に電位差を与えると放電が発生し、紫外線が放出され、該紫外線が第１の発光層３及び第２の発光層４に含まれる蛍光体を励起して、可視光を発生させる。

第１の発光層３は、長残光性を有する１種又は２種以上の蛍光体を含む発光層である。

長残光性を有する蛍光体（以下、「残光性蛍光体」という）は、例えば、一般式ＭＡｌ₂Ｏ₄ で表される化合物で、Ｍはカルシウム，ストロンチウム，バリウムからなる群から選択された１つ以上の金属元素からなる化合物を母結晶にした蓄光性蛍光体であり、付活剤としてユ−ロピウム（Ｅｕ）が用いられる他、共付活剤としてジスプロシウム（Ｄｙ），ネオジム（Ｎｄ）などが使用される。この残光性蛍光体の平均粒径は、１５μｍを超え、２０μｍ（ＦＳＳＳ：フィッシャー・サブ・シーブ・サイザ）以下となる範囲に設定される。残光性蛍光体の平均粒径をこの範囲に設定すると、緻密で薄い第１の発光層３が形成される。

なお、残光性蛍光体の粒径の調整は、残光性蛍光体の製造工程のいずれかで行えばよい。例えば、結晶化工程において結晶の成長を調節して、所望の大きさの結晶を得るようにしてもよいし、結晶化工程の後に粉砕工程を設けて、所望の粒径になるまで結晶を粉砕してもよい。結晶の粉砕には、例えば、ボールミル、ジェットミル、衝撃粉砕機等を使用する。また、粉砕工程の後に分級工程を設けて、所望の粒径の粒子を取り出すようにしてもよい。分級機には、気流を利用するもの、液体中での沈降速度の差を利用するもの、スクリーンを使用するものなど、各種のものがあるので、適宜選択して使用すればよい。

第１の発光層３を構成する残光性蛍光体は、蛍光ランプ１の用途や使用場所等に応じて、最適なものを選ぶことができる。

例えば、ユ−ロピウム，ネオジム，イットリウム付活アルミン酸カルシウム蛍光体（ＣａＡｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ／Ｎｄ／Ｙ）は波長４３０ｎｍに発光ピークがある。そのため、この物質で、第１の発光層３を構成すれば、メラトニンの分泌抑制作用のピーク（４６０ｎｍ）から離れた残光が得られるので、ヒトの入眠を妨げることが少ない。したがって、この物質を使用する蛍光ランプ１は寝室の照明に適している。

また、ユ−ロピウム，ジスプロシウム付活アルミン酸ストロンチウム蛍光体（Ｓｒ₄ｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ／Ｄｙ）は波長４９０ｎｍに発光ピークがある。そのため、この物質で、第１の発光層３を構成すれば、ヒトの眼の桿体細胞の感度のピーク（５００ｎ）に近い残光が得られるので、照度が低くても、物がよく見える。この残光の波長はメラトニンの分泌抑制作用のピークからも離れているので、ヒトの入眠を妨げることも少ない。したがって、この物質を使用する蛍光ランプ１は寝室の照明に特に適している。

このように、第１の発光層３を構成する残光性蛍光体の発光ピークを、メラトニンの分泌抑制作用のピーク（４６０ｎｍ）から離し、ヒトの眼の桿体細胞の感度のピーク（５００ｎｍ）に近づけると、寝室の照明に適した蛍光ランプ１が得られる。例えば、第１の発光層３を構成する残光性蛍光体の発光ピークとなる波長が、４８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲にあるようすると、よい結果が得られる。

第２の発光層４は、通常の蛍光体、つまり、長残光性を備えない１種又は２種以上の蛍光体で形成される発光層である。通常の蛍光体には、例えば、ハロリン酸塩蛍光体（Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆ ＦＣｌ：Ｓｂ／Ｍｎなど）や希土類蛍光体（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ，ＬａＰＯ₄：Ｃｅ／Ｔｂ，（ＳｒＣａＢａＭｇ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕなど）がある。

本実施形態では、赤色に発光するＲ蛍光体、青色に発光するＢ蛍光体及び緑色に発光するＧ蛍光体からなる３種の蛍光体で第２の発光層４を形成している。つまり、本実施形態において、第２の発光層４は、いわゆる３波長蛍光体で形成されていて、Ｒ蛍光体、Ｂ蛍光体及びＧ蛍光体の量を調整することによって、所望の発光色を得ることができる。

また、本実施形態では、第２の発光層４を形成する通常の蛍光体（Ｒ蛍光体、Ｂ蛍光体及びＧ蛍光体）の平均粒径は５μｍになるように調整している。また、第２の発光層４の厚さは３０μｍ以下になるように調整している。

なお、Ｒ蛍光体は、例えば、６１２ｎｍに発光ピ−クを有するユ−ロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ）である。Ｂ蛍光体は、例えば、４５３ｎｍに発光ピ−クを有するユ−ロピウム付活リン酸ストロンチウム・カルシウム・バリウム・マグネシウム蛍光体（（ＳｒＣａＢａＭｇ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕ）である。Ｇ蛍光体は、例えば、５４４ｎｍに発光ピ−クを有するセリウム，テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ／Ｔｂ）である。

このように、蛍光ランプ１においては、第１の発光層３を形成する長残光性を有する蛍光体の平均粒径を、１５μｍを超え、２０μｍ以下の範囲にしているので、発光効率と難剥落性のバランスの取れた第１の発光層３が得られる。つまり、第１の発光層３は蛍光ランプ１の消灯後に十分な光量の残光を発することができ、しかも蛍光体の剥落は十分に抑制される。したがって、消灯後に十分な照度が得られて、しかも十分な耐久性を備える残光型蛍光ランプが実現される。

以上、蛍光ランプ１を例にして、本発明の具体的実施態様を説明したが、これらは例示であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲で示された技術的思想の範囲において、自由に応用、変形あるいは改良して実施できる。

例えば、本発明の適用対象は蛍光ランプ１のような直管形の蛍光ランプには限定されない。環形蛍光ランプ、電球形蛍光ランプ、あるいは、いわゆるコンパクト形等々、各種の形状、形態の蛍光ランプに本発明を適用できる。

また、上記実施形態の説明においては、蛍光ランプ１の構成要素として、ガラスバルブ２、口金５及び電極６を例示したが、これらを全て備えることは十分条件ではあっても必要条件ではない。

例えば、上記実施形態の説明において、外套管の具体例としてガラスバルブ２を示したが、外套管はガラスを素材とするものには限定されない。希ガス等を保持できる気密性と、蛍光体から放射される光線を外部に放出できる透光性が確保できるならば、ガラス以外の素材で外套管を構成してもよい。

あるいは、ガラスバルブ２の外周面に保護層を備えてもよい。保護層は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材で構成される。樹脂材のシートを筒形に成形して、該筒形のシートの中にガラスバルブ２を挿入して、その後、１５０〜２００℃で加熱して収縮させて、シートをガラスバルブ２に密着させて、保護層が形成される。保護層を備えるとガラスバルブ２が破損しても破片が飛散しない。

また、口金５を備えない蛍光ランプ１を想定することもできる。例えば、電極６の端子をガラスバルブ２の外に露出させて、該端子を電源に接続することもできる。

また、上記実施形態の説明において、第１の発光層３、第２の発光層４に含まれる蛍光体について、具体的な物質名を例示したが、これらに限定されないことは言うまでもない。また、第１の発光層３を、複数種の残光性蛍光体で形成して、所望の色の残光が得られるようにしても良い。また、第２の発光層４は、いわゆる３波長蛍光体で形成されているものに限定されない。第２の発光層４を形成する蛍光体は、１種だけであってもよいし、２種あるいは４種以上であってもよい。

また、請求項２に係る発明の実施形態として、蛍光ランプ１の消灯後に波長４９０ｎｍの残光が発生する蛍光ランプ１を示し、かかる残光を発生させる具体的手段として、第１の発光層３に、ユ−ロピウム，ジスプロシウム付活アルミン酸ストロンチウム蛍光体（Ｓｒ₄ Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ／Ｄｙ）を含ませる例を示したが、請求項２に係る発明の技術的範囲は、このようなものには限定されない。請求項２に係る発明は、第１の発光層３が発する残光の発光ピーク波長が４８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲にあれば十分である。また、４８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲に発光ピークがある残光性蛍光体には、各種の物質が知られているので、それらを、適宜選択すればよい。例えば、特許文献４に記載されている２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩の中から、所望の発光ピーク波長が得られる化学組成式と結晶構造を捜して、該化学組成式と結晶構造を備える物質で第１の発光層３を形成してもよい。あるいは、特許文献５に記載された珪酸ストロンチウム・アルミニウム系蛍光体を使って、残光の発光ピーク波長が４９０ｎｍになるようにしてもよい。

また、第１の発光層３及び第２の発光層４には、蛍光体以外の物質が含まれていてもよい。例えば、結着剤としてアルミナの超微粒子（粒径０．０５μｍ）が含まれていてもよい。あるいは、ガラスバルブ２内の不純ガス（蛍光ランプ１の製造時に、第１の発光層３、第２の発光層４あるいは電極６の素材から発生して、除去できなかったガス、例えば、蛍光体溶液中にバインダーとして含まれていた高分子材料やセルロース系の物質が蒸発して発生したガス、あるいは電極６のフィラメントの表面に塗布された熱電子放出物質から発生したガスなど。）を吸着するために、酸化マグネシウムの粒子が含まれていてもよい。また、第１の発光層３に金属酸化物の微粒子、例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３などの微粒子を添加すれば、第１の発光層３のピンホールの発生を防ぎ、発光強度の低下を防ぐことができる。

また、蛍光ランプ１は、第１の発光層３、第２の発光層４以外の機能層を備えていてもよい。例えば、ガラスバルブ２と第１の発光層３の間に透光性を有する紫外線反射層を、例えば、平均粒径が３０〜５０μｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_２）あるいはマグネシア（ＭｇＯ）で形成してもよい。紫外線反射層を備えると、第１及び第２の発光層３、４を透過した紫外線がガラスバルブ２の外に放出されることなく、再び第１及び第２の発光層３、４に戻って、蛍光体を励起するので、発光効率が向上する。

また、ガラスバルブ２と第１の発光層３の間、あるいは、ガラスバルブ２と紫外線反射層の間に、導電性被膜を備えてもよい。導電性被膜は、例えば、加熱状態のガラスバルブ２に塩化錫を含む溶液を吹き付けて形成される。導電性被膜を備える蛍光ランプ１は、ラピッドスタート式の点灯回路を備えた照明器具に適用できる。

あるいは、第１の発光層３に含まれる蛍光体と水銀の反応を抑制して、第１の発光層３に含まれる蛍光体の劣化と水銀の消費を抑制する蛍光体保護層を、第１の発光層３と第２の発光層４の間に備えてもよい。蛍光体保護層は、例えば、ランタンを金属粒子として、あるいは、酸化物、水酸化物として含んで形成される。あるいは、ランタンに代えて、イットリウムを使って蛍光体保護層を形成することもできる。

なお、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）外套管の内面に積層された第１の発光層と前記第１の発光層の上に積層された第２の発光層を備え、前記第１の発光層は長残光性の蛍光体で形成され、前記第２の発光層は通常の蛍光体で形成される蛍光ランプにおいて、前記第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体の平均粒径は、１５μｍを超え、かつ２０μｍ以下であることを特徴とする蛍光ランプ。

（付記２）前記第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体の発光ピーク波長は、４８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする付記１に記載の蛍光ランプ。

（付記３）前記第２の発光層を形成する通常の蛍光体の平均粒径は、５μｍ以下である
ことを特徴とする付記１又は付記２に記載の蛍光ランプ。

（付記４）前記第２の発光層の膜厚は、３０μｍ以下である
ことを特徴とする付記３に記載の蛍光ランプ。

１蛍光ランプ
２ガラスバルブ
３第１の発光層
４第２の発光層
５口金
６電極

Claims

外套管の内面に積層された第１の発光層と前記第１の発光層の上に積層された第２の発光層を備え、前記第１の発光層は長残光性の蛍光体で形成され、前記第２の発光層は通常の蛍光体で形成される蛍光ランプにおいて、
前記第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体の平均粒径は、１５μｍを超え、かつ２０μｍ以下である
ことを特徴とする蛍光ランプ。
前記第１の発光層を形成する長残光性の蛍光体の発光ピーク波長は、４８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記第２の発光層を形成する通常の蛍光体の平均粒径は、５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蛍光ランプ。
前記第２の発光層の膜厚は、３０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の蛍光ランプ。