JP2016192355A

JP2016192355A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2016192355A
Application number: JP2015072647A
Authority: JP
Inventors: 幸治田川; Koji Tagawa
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10

Abstract

【課題】石英ガラスからなり、内部に希ガスを含むエキシマ発光する放電ガスが封入された発光管と、該発光管の表面に形成された紫外光を放射する蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、波長２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外光を効率よく放射する蛍光ランプを提供することである。【解決手段】前記蛍光体層は、一般式がＣａ９（ＲＥＸ，Ｐｒ１−Ｘ）（ＰＯ４）７（ＲＥ＝Ｙ，Ｌａ）で表される蛍光体を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、紫外領域の光を放射する蛍光ランプに関するものであり、特に、波長２４０〜２８０ｎｍ近傍の発光を得る蛍光ランプに係わるものである。

紫外線は、さまざまな処理対象物の改質や、または光化学反応を利用した処理によって物質を製造する際に利用されている。
例えば、紫外線による水処理用途などの殺菌処理工程、接着剤などの樹脂の硬化処理、或いは、プリント基板などの露光処理、更には、光触媒の励起光用光源では、主に波長２００ｎｍ台の紫外線が利用されている。
このような波長２００ｎｍ台の波長域の紫外光を放射するランプとしては、従来、発光管の内部に水銀が封入されたロングアークタイプの高圧水銀ランプが一般的に用いられていた。

しかしながら、高圧水銀ランプは、発光管の内部に水銀を封入したものであって、特性は水銀の蒸発の状態に依存するため、ランプを使用する周囲温度条件によって、立ち上がりが遅いことや、発光特性が安定しないといった問題がある。また、高圧水銀ランプは主に水銀の共鳴線として代表的な波長２５０〜３２０ｎｍの範囲の光を放射するものである。
このような従来の高圧水銀ランプに替わる光源として、本出願人は先に特開２０１１−１７５８２３号公報（特許文献１）に開示される、波長２００ｎｍ台の発光スペクトルを効率良く発光し、長時間点灯による劣化が少ない蛍光体を備えた蛍光ランプを提案している。

この特許文献１に記載の技術は、蛍光体層に（Ｌａ，Ｐｒ）ＰＯ系蛍光体を備えるものであり、一般式が（Ｌａ_１−Ｘ，Ｐｒ_Ｘ）ＰＯ_４で表され、かつ、前記ｘの値が０．０２〜０．０４の範囲であることを特徴としている。この蛍光体の特性では、特に波長２００〜２６０ｎｍ範囲の紫外線を効率よく放射することが記載されている。

しかしながら、光源用途や光放射効率、オゾン発生に対する取り扱いやすさ等の面から、より長波長側に発光ピークを有する蛍光体の開発が望まれていて、例えば、特許第５３８７６２６号公報（特許文献２）に記載される、２４０ｎｍ近傍に発光ピークを有する蛍光体が挙げられる。
この文献２に記載の蛍光体は、（Ｙ_１−ｘ，Ｐｒ_ｘ）Ａｌ_３Ｂ_４Ｏ_１２で表され、前記ｘが０．０５〜０．０７の範囲であるものであって、２４０ｎｍ近傍に発光ピークを有し、高い発光効率を示すものではあるが、更に２４０〜２８０ｎｍといった、より長波長領域において、一層高い発光効率をもつ蛍光体の開発が望まれていた。

特開２０１１−１７５８２３号公報特許第５３８７６２６号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みて、波長２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外線を、効率よく放射することができる新規な蛍光ランプを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光ランプは、石英ガラスからなり、内部に希ガスを含むエキシマ発光する放電ガスが封入された発光管と、該発光管に形成された蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は、一般式がＣａ_９（ＲＥ_Ｘ，Ｐｒ_１−Ｘ）（ＰＯ_４）_７（ＲＥ＝Ｙ，Ｌａ）で表される蛍光体を備えていることを特徴とする。
また、前記蛍光体は、Ｃａ_９（Ｙ_ｘ、Ｐｒ_１−ｘ）（ＰＯ_４）_７で表され、Ｙ（イットリウム）の割合が、０＜ｘ≦０．６の範囲であることを特徴とする。
また、前記蛍光体は、Ｃａ_９（Ｌａ_ｘ、Ｐｒ_１−ｘ）（ＰＯ_４）_７で表され、Ｌａ（ランタン）の割合が、０＜ｘ≦０．３の範囲であることを特徴とする。

本発明に係る蛍光ランプによれば、２４０〜２８０ｎｍの発光スペクトルを効率よく発光するという効果を奏する。

本発明に係る蛍光ランプの断面図で、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図。本発明の蛍光ランプの第1実施例の発光スペクトルグラフ。本発明の蛍光ランプの第1実施例のＹ濃度と積分強度のグラフ。本発明の蛍光ランプの第２実施例の発光スペクトルグラフ。本発明の蛍光ランプの第２実施例のＬａ濃度と積分強度のグラフ。本発明の第1実施例と従来例とを比較した発光スペクトルグラフ。本発明の第２実施例と従来例とを比較した発光スペクトルグラフ。

図１は、本発明の実施形態に係る蛍光ランプの断面図であり、（Ａ）は軸方向断面図、（Ｂ）は径方向断面図である。
図１に示されるように、本発明の蛍光ランプ１においては、石英ガラスからなる発光管２の外周面上に、発光管２の長さ方向に添って一対の外部電極３、４が対向配置されている。該電極３、４は、発光管２内に封入された放電ガスを挟んで配置されており、すなわち、この例においては両方の電極３、４が各々電極と放電ガスとの間に、発光管２で構成された誘電体材料が介在した状態となって配置されている。
これら外部電極３、４は、管軸方向に伸びる概略帯状であって、例えば、銀（Ａｇ）とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金（Ａｕ）とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。無論このような外部電極のみからなる構成に限定されず、少なくとも一方の電極が、該電極と放電ガスの間に誘電体の層を介在した状態であれば、一方もしくは両方の電極が発光管内部に配置されていてもかまわない。
前記外部電極３、４は、各々端部にリード線Ｗ１、Ｗ２が接続されており、該リード線Ｗ１、Ｗ２を介して高周波電圧を発生する電源９に接続されている。

発光管２は、波長２００ｎｍ域の紫外線に対して透過性の高い石英ガラスからなる。石英ガラスとしては、溶融石英ガラス、合成石英ガラスのいずれでも使用可能である。
この発光管２の内部には、エキシマ発光する放電ガスが封入されており、この放電ガスは少なくともキセノンを含むものであって、例えば、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスからなる。

図１（Ｂ）に示されるように、前記発光管２の内面には、ガラス層５がほぼ全域に広がるように形成されている。そして、このガラス層５の内表面上に積層されるように蛍光体層６が形成されている。
このガラス層５は、発光管２を構成する石英ガラスに対して蛍光体層６を付着させるためのものであり、そのガラスの特性として好ましくは、軟化点が蛍光体における適正な焼成温度（４００〜９００℃）範囲にあるものであり、具体的に材質を述べると軟質ガラスや硬質ガラスである。特に好ましくは、耐熱衝撃性の良好な硬質ガラスである。

蛍光体層６を構成する蛍光体は、キセノンガスのエキシマ発光により放射された１４６ｎｍや１７２ｎｍ等の真空紫外光が励起光として蛍光体に照射され、これにより励起されて、所定の波長領域の紫外線を放射するものである。
本発明における蛍光体は、波長２００ｎｍ台、とりわけ波長２４０〜２８０ｎｍの蛍光を強く放射するものであり、下記の一般式で表されるものである。
Ｃａ_９（ＲＥ_Ｘ，Ｐｒ_１−Ｘ）（ＰＯ_４）_７（ＲＥ＝Ｙ，Ｌａ）
そして、ＲＥ＝Ｙ（イットリウム）の場合、その割合ｘが、０＜ｘ≦０．６の範囲である。
また、ＲＥ＝Ｌａ（ランタン）の場合、その割合ｘが、０＜ｘ≦０．３の範囲である。

上記蛍光体を用いることにより、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲の紫外線の発光特性を最大とし、効率が極めて良好な蛍光ランプを提供することができる。

なお、本発明においては、ランプの構造に関しては種々の変更が可能であり、ここでは図示しないが、例えば、蛍光体層の円周状の一部を取り去って光取り出し用のアパーチャとしてもよく、また、発光管の内面に紫外線反射膜を形成し、その円周状の一部を切り欠いてアパーチャとし、該紫外線反射膜の上に蛍光体層を積層形成してもよい。
また、蛍光体層は発光管の内面に形成する例を示したが、発光管の外面に形成するものであってもよい。

＜実験例１＞
続いて、上記実施例の要領で蛍光体の組成を変化させて蛍光ランプを構成し、発光スペクトルを分光分布計により測定し、感度補正を行った。
また、蛍光体の組成を変化させて上記発光スペクトルにおける波長２２０〜３００ｎｍの範囲で積分強度を求めた。
第1の蛍光体は、Ｃａ_９（Ｙ_X、Ｐｒ_１−X）（ＰＯ_４）_７であり、Ｙ（イットリウム）の割合ｘを、０，０．１５，０．３，０．４５，０．６，０．７５，０．８５，０．９２，０．９５，０．９７と変えて製作したものである。

上記第1の蛍光体（Ｙを含有）の発光スペクトルの例が、図２に示されており、この発光スペクトルから求めた波長２２０〜３００ｎｍの領域での積分強度が、図３に示されている。
なお、図２においては、煩雑さを避ける意味で、実験例の全てを記載してはおらず、図３においてその全てを記載している。
図２から明らかなように、いずれも波長２４０〜２８０ｎｍの領域において良好な発光状態が得られるが、特に、Ｙ（イットリウム）の範囲が、Ｙを含まない（Ｘ＝０）場合よりも高い発光強度が得られるは、０＜ｘ≦０．６の範囲である。
このことは、図３に示す波長２２０〜３００ｎｍの範囲の積分強度がＹ＝０の時よりも大きくなる範囲であることからも明らかである。

＜実験例２＞
第２の蛍光体は、Ｃａ_９（Ｌａ_X、Ｐｒ_１−X）（ＰＯ_４）_７であり、同様に、Ｌａ（ランタン）の割合ｘを、０，０．１５，０．３，０．４５，０．６，０．７５，０．８５，０．９２，０．９５，０．９７と変えて製作したものである。

上記第２の蛍光体（Ｌａを含有）の発光スペクトルの例が、図４に示されており、この発光スペクトルから求めた波長２２０〜３００ｎｍの領域での積分強度が、図５に示されている。
図４から明らかなように、いずれも波長２４０〜２８０ｎｍの領域において良好な発光状態が得られるが、特に、Ｌａ（ランタン）の範囲が、Ｌａを含まない（Ｘ＝０）場合よりも高い発光強度が得られるは、０＜ｘ≦０．３の範囲である。
このことは、図５に示す波長２２０〜３００ｎｍの範囲の積分強度がＬａ＝０の時よりも大きくなる範囲であることからも明らかである。

図６，7に本発明の蛍光体を用いた蛍光ランプと、特許文献２に示された従来の蛍光体を用いた蛍光ランプと発光スペクトルの比較が示されている。
図６は、本発明の第1実施例における蛍光体として、Ｙの割合ｘ＝０．３のものを使用した蛍光ランプの発光強度が示されていて、図７は、第２実施例における蛍光体として、Ｌａの割合ｘ＝０．３のものを使用した蛍光ランプの発光強度が示されている。
なお、比較例として挙げた特許文献２に基づく従来例は、（Ｙ_０．９５，Ｐｒ_０．０５）Ａｌ_３Ｂ_４Ｏ_１２の蛍光体を用いた。
いずれの実施例の場合も、波長２００〜３００ｎｍの領域、特に、波長２４０〜２８０ｎｍの領域において、特許文献２の従来ランプよりも発光強度が大きいことが分かる。

以上のように、本発明の蛍光ランプでは、石英ガラスからなる発光管に、一般式がＣａ_９（ＲＥ_Ｘ，Ｐｒ_１−Ｘ）（ＰＯ_４）_７（ＲＥ＝Ｙ，Ｌａ）で表される蛍光体を備えた蛍光体層を形成し、ＲＥ＝Ｙの場合、Ｙの割合ｘが０＜ｘ≦０．６の範囲であるものであり、また、ＲＥ＝Ｌａの場合、Ｌａの割合ｘが０＜ｘ≦０．３の範囲であるものであるので、波長２２０〜３００の領域の紫外線の発光特性が良好な、とりわけ、波長２４０〜２８０ｎｍの領域の紫外線の発光特性が極めて良好な蛍光体が得られる。

１蛍光ランプ
２発光管（石英ガラス）
３、４外部電極
５ガラス層
６蛍光体層
９電源

Claims

石英ガラスからなり、内部に希ガスを含むエキシマ発光する放電ガスが封入された発光管と、該発光管に形成された紫外光を放射する蛍光体層とを備えた蛍光ランプにおいて、
前記蛍光体層は、一般式がＣａ_９（ＲＥ_Ｘ，Ｐｒ_１−Ｘ）（ＰＯ_４）_７（ＲＥ＝Ｙ，Ｌａ）で表される蛍光体を備えていることを特徴とする蛍光ランプ。
前記蛍光体は、Ｃａ_９（Ｙ_X、Ｐｒ_１−X）（ＰＯ_４）_７で表され、Ｙ（イットリウム）の割合ｘが、０＜ｘ≦０．６の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記蛍光体は、Ｃａ_９（Ｌａ_X、Ｐｒ_１−X）（ＰＯ_４）_７で表され、Ｌａ（ランタン）の割合ｘが、０＜ｘ≦０．３の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。