JP2016207566A - Fluorescent lamp - Google Patents

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幸治 田川
Koji Tagawa
幸治 田川
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Ushio Denki KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent lamp including a luminous tube made of silica glass, and internally enclosing discharge gas of excimer emission containing rare gas, and a phosphor layer formed on the luminous tube and radiating ultraviolet light, and radiating ultraviolet light having a wavelength of 250-280 nm efficiently.SOLUTION: The phosphor layer includes a phosphor represented by general formula (Y, Pr)MgBO, especially the ratio x of Pr in the general formula is in a range of 0.03≤x≤0.15.SELECTED DRAWING: Figure 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250〜280nm近傍に発光ピークを有する蛍光ランプに係わるものである。   The present invention relates to a fluorescent lamp that emits light in the ultraviolet region, and particularly relates to a fluorescent lamp having an emission peak in the vicinity of a wavelength of 250 to 280 nm.

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などでは、主に波長200nm台の紫外線が利用されている。
また近時、半導体の製造工程における低誘電率膜(low−k膜)の機械的強度を向上させるプロセスにおいても、前記波長帯の紫外線が利用されており、かかる波長200nm台の紫外線の利用範囲は拡大してきている。
Ultraviolet rays are used in the production of substances by modification of various objects to be treated or treatments using photochemical reactions.
For example, ultraviolet rays having a wavelength of about 200 nm are mainly used in a sterilization treatment process such as water treatment using ultraviolet rays, a hardening treatment of a resin such as an adhesive, or an exposure treatment of a printed circuit board.
Recently, in the process of improving the mechanical strength of a low dielectric constant film (low-k film) in a semiconductor manufacturing process, ultraviolet rays in the above-mentioned wavelength band are used, and the range of use of such ultraviolet rays in the wavelength range of 200 nm. Is expanding.

そして、200nm台の紫外線を放射する光源として、従来の高圧水銀ランプに代わって、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の開発が進められている。
例えば、特開2011−175823号公報(特許文献1)では、発光管内に封入された放電ガスの発光により放射される波長200nm以下の真空紫外光を励起光として、波長220〜230nmに発光ピークを有し、波長200〜260nmの紫外線を効率よく発光する蛍光体を備えたランプが記載されている。
As a light source that emits ultraviolet light in the 200 nm range, instead of conventional high-pressure mercury lamps, development of fluorescent lamps with phosphors that emit light efficiently in the 200 nm range and have little deterioration due to long-time lighting is being promoted. ing.
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-175823 (Patent Document 1), vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less emitted by light emission of a discharge gas sealed in an arc tube is used as excitation light, and an emission peak is generated at a wavelength of 220 to 230 nm. A lamp having a phosphor that efficiently emits ultraviolet rays having a wavelength of 200 to 260 nm is described.

ところで、光源用途によって、また、光放射効率、オゾン発生に対する取扱いやすさ等の観点から、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る。例えば、特開2013−25968号公報(特許文献2)では、240nm近傍に発光ピークを有する蛍光体が記載されている。   By the way, development of a phosphor having a light emission peak on a longer wavelength side is desired from the viewpoints of light source use, light emission efficiency, ease of handling of ozone generation, and the like. For example, JP2013-25968A (Patent Document 2) describes a phosphor having an emission peak in the vicinity of 240 nm.

更に別種の光源用途によっては、240nmよりも更に長波長側の紫外線で有効性を発揮するものがある。
例えば、殺菌用途の光源を考慮するとき、図4に示される、一般的に殺菌の効果を確認するために用いられる大腸菌ファージMS2の殺菌効果と、紫外線の波長との関係曲線がひとつの基準として参酌されている。
同図を参照すると、波長約230nm以下の波長域において感度が極めて高いことがわかると同時に、波長250〜280nmの波長域にも一定の感度を有することが分かる。
Further, depending on the use of another type of light source, there is one that exhibits effectiveness with ultraviolet light having a wavelength longer than 240 nm.
For example, when considering a light source for sterilization use, the relationship curve between the sterilization effect of E. coli phage MS2 generally used for confirming the sterilization effect and the wavelength of ultraviolet rays shown in FIG. It is being considered.
Referring to the figure, it can be seen that the sensitivity is extremely high in the wavelength range of about 230 nm or less, and at the same time, the sensitivity is constant in the wavelength range of 250 to 280 nm.

ところで、より高い感度領域である230nm以下の短波長領域では、前記段落0004に記載した理由により、特に殺菌用途として必ずしも好適であるとはいえず、その意味からも、より長波長領域、具体的には250〜280nmの紫外線を効率的に発光する光源が望まれている。   By the way, the shorter wavelength region of 230 nm or less, which is a higher sensitivity region, is not necessarily suitable particularly for sterilization use due to the reason described in the paragraph 0004, and from this point of view, the longer wavelength region, more specifically, Therefore, a light source that efficiently emits ultraviolet rays of 250 to 280 nm is desired.

特開2011−175823号公報JP 2011-175823 A 特開2013−25968号公報JP 2013-25968 A

本発明は、上記のような事情に鑑みて、波長250〜280nm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。   In view of the above circumstances, the present invention is to provide a novel fluorescent lamp capable of efficiently radiating ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 280 nm.

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、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てなる発光管と、前記発光管に形成された紫外線を放射する蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は、一般式が(Y1−x、Pr)MgB10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、Pr(プラセオジム)の割合が、0.03≦x≦0.15の範囲であることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a fluorescent lamp according to the present invention includes an arc tube in which a discharge gas that emits excimer including a rare gas is sealed, and a phosphor layer that emits ultraviolet rays formed in the arc tube. The phosphor layer includes a phosphor represented by a general formula (Y 1-x , Pr x ) MgB 5 O 10 .
The phosphor is characterized in that the ratio of Pr (praseodymium) is in the range of 0.03 ≦ x ≦ 0.15.

本発明に係る蛍光ランプによれば、波長250〜280nm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。   The fluorescent lamp according to the present invention has an effect of efficiently emitting a light emission spectrum having a wavelength of 250 to 280 nm.

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。It is sectional drawing of the fluorescent lamp which concerns on this invention, (A) is a sectional side view, (B) is AA sectional drawing. 本発明の蛍光ランプの発光スペクトルグラフ。The emission spectrum graph of the fluorescent lamp of this invention. 本発明の蛍光ランプのPr濃度と積分強度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between Pr density | concentration and integral intensity | strength of the fluorescent lamp of this invention. 大腸菌ファージMS2の殺菌効果と紫外線の波長の関係を示すグラフ。The graph which shows the bactericidal effect of Escherichia coli phage MS2, and the relationship between the wavelength of an ultraviolet-ray.

図1は、本発明の1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が各々電極と放電用ガスとの間に、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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluorescent lamp according to an embodiment of the present invention, in which (A) is an axial cross-sectional view and (B) is a radial cross-sectional view.
As shown in FIG. 1, in the fluorescent lamp 1 of the present invention, a pair of external electrodes 3, 4 are arranged opposite to each other along the length direction of the arc tube 2 on the outer peripheral surface of the arc tube 2 made of quartz glass. Has been. The electrodes 3 and 4 are disposed with a discharge gas sealed in the arc tube 2 interposed therebetween. That is, in this example, both the electrodes 3 and 4 are respectively disposed between the electrode and the discharge gas. 2 is disposed in a state where a dielectric material composed of 2 is interposed.
These external electrodes 3 and 4 have a substantially strip shape extending in the tube axis direction. For example, a conductive paste such as a silver paste mixed with silver (Ag) and frit glass or a gold paste mixed with gold (Au) and frit glass. It is formed from a film. Of course, the configuration is not limited to such an external electrode alone, and if at least one of the electrodes has a dielectric layer interposed between the electrode and the discharge gas, one or both electrodes are inside the arc tube. It does not matter even if it is arranged in.
The external electrodes 3 and 4 are connected to lead wires W1 and W2 at their respective ends, and are connected to a power source 9 that generates a high-frequency voltage via the lead wires W1 and W2.

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。
The arc tube 2 is made of quartz glass that is highly transmissive to ultraviolet rays having a wavelength of 200 nm. As the quartz glass, either fused silica glass or synthetic quartz glass can be used.
The arc tube 2 is filled with a discharge gas that emits excimer light, and this discharge gas contains at least xenon. For example, xenon alone or a mixed gas of xenon and other rare gases. Become.

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。
As shown in FIG. 1B, a glass layer 5 is formed on the inner surface of the arc tube 2 so as to spread almost all over. A phosphor layer 6 is formed so as to be laminated on the inner surface of the glass layer 5.
This glass layer 5 is for adhering the phosphor layer 6 to the quartz glass constituting the arc tube 2, and as a characteristic of the glass, the softening point is preferably an appropriate firing temperature (400 ˜900 ° C.), specifically, soft glass or hard glass. Particularly preferred is a hard glass with good thermal shock resistance.

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250〜280nm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。
(Y1−x、Pr)MgB10
そして、Pr(プラセオジム)の割合xが、0.03≦x≦0.15の範囲である。
The phosphor constituting the phosphor layer 6 is irradiated with vacuum ultraviolet light such as 146 nm or 172 nm emitted by excimer emission of xenon gas as excitation light, and is excited thereby to emit ultraviolet light in a predetermined wavelength region. Is.
The phosphor in the present invention strongly emits fluorescence having a wavelength range of 200 nm, particularly 250 to 280 nm, and is represented by the following general formula.
(Y 1-x , Pr x ) MgB 5 O 10
The ratio x of Pr (praseodymium) is in the range of 0.03 ≦ x ≦ 0.15.

上記蛍光体を用いることにより、波長250〜280nm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。   By using the above phosphor, it is possible to provide a fluorescent lamp that maximizes the light emission characteristics of ultraviolet rays in the wavelength range of 250 to 280 nm and has extremely good efficiency.

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。
更には、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。
In the present invention, various changes can be made with respect to the structure of the lamp, and although not shown here, for example, a circular part of the phosphor layer may be removed to serve as an aperture for light extraction. Alternatively, an ultraviolet reflecting film may be formed on the inner surface of the arc tube, and a part of the circumference thereof may be cut out to form an aperture, and a phosphor layer may be laminated on the ultraviolet reflecting film.
Furthermore, although the phosphor layer is formed on the inner surface of the arc tube, it may be formed on the outer surface of the arc tube.

<実験例>
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250〜300nmの範囲で積分強度を求めた。
蛍光体は、(Y1−x、Pr)MgB10であり、xの値を、0.01,0.03,0.07,0.15,0.25,0.4と変えて製作したものである。
例えばx=0.15のとき、Y(イットリウム)の割合は0.85であり、(Y0.85、Pr0.5)MgB10の組成比となる。
<Experimental example>
Subsequently, a fluorescent lamp was constructed by changing the composition of the phosphor in the same manner as in the above example, and the emission spectrum was measured with a spectral distribution meter.
Further, the integrated intensity was determined in the range of the wavelength of 250 to 300 nm in the emission spectrum by changing the composition of the phosphor.
The phosphor is (Y 1-x , Pr x ) MgB 5 O 10 and the value of x is changed to 0.01, 0.03, 0.07, 0.15, 0.25, 0.4. It was produced.
For example, when x = 0.15, the ratio of Y (yttrium) is 0.85, which is a composition ratio of (Y 0.85 , Pr 0.5 ) MgB 5 O 10 .

上記蛍光体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250〜300nm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せず、4例についてのみ記載して、図3においてその6例の全てを記載している。
また、図2では、各蛍光ランプの発光スペクトルのグラフの重なりを解消するために、x=0.01の時の蛍光ランプの発光スペクトルを基準として、xの値が増えるに従って順次、縦軸の発光強度の値を「500」ずつ加えて、発光スペクトルをずらせて重なりを解消して表現している。
An example of the emission spectrum of the phosphor is shown in FIG. 2, and the integrated intensity in the wavelength region of 250 to 300 nm obtained from the emission spectrum is shown in FIG.
In FIG. 2, in order to avoid complexity, all of the experimental examples are not described, and only four examples are described, and in FIG. 3, all of the six examples are described.
Further, in FIG. 2, in order to eliminate the overlapping of the emission spectrum graphs of the fluorescent lamps, the vertical axis is sequentially increased as the value of x increases with reference to the emission spectrum of the fluorescent lamp when x = 0.01. The value of the emission intensity is added by “500”, and the emission spectrum is shifted to express the overlap.

図2から明らかなように、いずれの蛍光体も、250〜300nm間において、良好な発光状態が得られるが、蛍光体の組成(YとPrの比)によって発光強度とピーク波長の値が異なっている。
そして、図3に示す波長250〜300nmの領域での積分強度をみると、最大値をとるのが、Pr(プラセオジウム)の割合xが、x=0.03のときであり、その時の積算強度を100%として、その80%以上になる領域を一つの基準として考慮すると、Prの割合xの値は、0.03≦x≦0.15であって、この領域において特に良好な発光特性が得られるものである。
As is clear from FIG. 2, all the phosphors can obtain a good light emission state between 250 and 300 nm, but the emission intensity and the peak wavelength are different depending on the phosphor composition (ratio of Y and Pr). ing.
When looking at the integrated intensity in the wavelength range of 250 to 300 nm shown in FIG. 3, the maximum value is obtained when the Pr (praseodymium) ratio x is x = 0.03, and the integrated intensity at that time Is 100%, and a region where 80% or more is considered as one criterion, the value of Pr ratio x is 0.03 ≦ x ≦ 0.15, and particularly good light emission characteristics are obtained in this region. It is obtained.

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(Y1−x、Pr)MgB10で表される蛍光体を備えた蛍光体層を形成したので、波長250〜280nmの領域で発光特性が良好な蛍光ランプを得ることができ、Prの割合x=0.03〜0.15の時に、特に良好な発光特性が得られるものである。 As described above, in the fluorescent lamp of the present invention, the phosphor layer including the phosphor represented by the general formula (Y 1-x , Pr x ) MgB 5 O 10 is formed on the arc tube made of quartz glass. Therefore, a fluorescent lamp having excellent light emission characteristics in the wavelength range of 250 to 280 nm can be obtained, and particularly good light emission characteristics can be obtained when the Pr ratio x = 0.03 to 0.15.

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


1 fluorescent lamp 2 arc tube (quartz glass)
3, 4 External electrode 5 Glass layer 6 Phosphor layer


Claims (2)

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てなる発光管と、前記発光管に形成された紫外線を放射する蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、
前記蛍光体層は、一般式が(Y1−x、Pr)MgB10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。
In a fluorescent lamp comprising a light emitting tube made of quartz glass and filled with a discharge gas that emits excimer light containing a rare gas, and a phosphor layer that emits ultraviolet rays formed in the light emitting tube,
The phosphor layer is generally formula (Y 1-x, Pr x ) fluorescent lamp, characterized in that it comprises a phosphor represented by MgB 5 O 10.
前記蛍光体は、Prの割合が、0.03≦x≦0.15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。


The fluorescent lamp according to claim 1, wherein the phosphor has a Pr ratio in a range of 0.03 ≦ x ≦ 0.15.


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