JP3850042B2 - 低圧水銀放電灯 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般演色指数Ｒ（ａ，８）が少なくとも９０であり、完全放射体軌跡の上または近くに色度点（ｘL , ｙL ）を有し、水銀および希ガスを内蔵するガス封放射透過外筒を備え且つ
−スペクトルの可視部の青色領域に主として発光帯を有する２価のユーロピウムにより活性化された第１発光物質と、
−２価のマンガンにより活性化され且つ可視スペクトルの赤色領域に主として少なくとも一つの発光帯を有する第２発光物質と、
−可視スペクトルの黄色領域に主として発光帯を有する発光物質
を含む発光層を備えた低圧水銀放電灯に関するものである。
【０００２】
ここで「一般演色指数Ｒ（ａ，８）」とは、国際照明委員会：ＣＩＥパブリケーション (Publication) Ｎｏ． 13.2 （ＴＣ− 3.2 ）、１９７４により規定されるような８つの試験色の演色指数の平均を意味するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
可視線の色は、色三角形における色度点（colour point) を規定する色度座標（ｘ，ｙ）により特徴づけられる（ＣＩＥパブリケーションＮｏ．１５（Ｅ−1.3.1 ），１９７１）。一般の照明の目的の低圧水銀放電灯は「白」と称することができる光を発する。白色放射は完全放射体軌跡上に位置する色三角形内の色度点に見出される。この軌跡はまた黒体線と呼ばれ、以下曲線Ｐと称し、異なる温度（所謂色温度）において完全な黒体により放出される放射の色度点を含む。所定の色温度は曲線Ｐ上の所定の点に帰せられるだけでなく、その点で曲線Ｐと交わる線上に位置する色度座標を有する放射に帰せられる。この放射が曲線Ｐに近い色度点を有する場合には、この放射はまたこの与えられた色温度を有する白色光と見做される。ここで「曲線Ｐに近い色度点」と称するは色度点から同じ色温度を有する曲線Ｐ上の点までの距離がせいぜい２０ＭＰＣＤであることを意味するものとする。ＭＰＣＤ（最小の認識し得る色差）は色差の単位である、ジェイ・ジェイ・レニルソンによるオプチカル スペクトラ、１９８０年１０月号第６３頁の論文参照。低圧水銀放電灯により放射される光の色温度および演色性に関して発光層上に課せられる要求以外に、また発光層は、小さい短期の発光減少を有する物質を含むことが必要である（即ち発光物質は短波紫外線、特に１８５ｎｍ放射の照射から損傷を全く受けないかまたは少ししか受けない）。
【０００４】
白色光を放射し極めて良好な演色性を有する低圧水銀放電灯は、欧州特許出願公開第０１１４４４１号および第０１２４１７５号明細書により知られている。アンチモンおよび／またはマンガンにより活性化されたハロリン酸カルシウムは、しばしば第３発光物質として使用される。実際に、既知の低圧水銀放電灯においては、低圧水銀放電灯により放射される光の色について並びに演色性についての必要条件は低圧水銀放電灯の比較的低い発光効率と組合わせた場合にだけ是認されることが分かる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特に、放射光が白色であり、演色性が極めて良好であり、同時に低圧水銀放電灯の発光効率が比較的高い低圧水銀放電灯を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明の低圧水銀放電灯は第３発光物質が次式
Ｓｒ_(2-x-y) Ｍ_x ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ⁺² _y
（式中のＭはバリウムおよび／またはカルシウムを示し、0.0005≦ｙ≦0.05、 0.01≦ｘ≦0.1 である）で表されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の低圧水銀放電灯は、低圧水銀放電灯により放射される光の色度点、発光効率および高負荷並びに低負荷の両方の場合に発光層の発光の減少に関して好ましい性質を有する。ここで「高負荷」と称するは、放電カラムにおいて低圧水銀放電灯により消費される電力が発光層の表面積ｍ² 当り５００Ｗより大であることを意味するものとする。また本発明の低圧水銀放電灯の演色性は極めて良好であり発光効率は比較的高い。既知低圧水銀放電灯と比較して本発明の低圧水銀放電灯の他の利点は、低圧水銀放電灯の発光層における発光物質の量をかなりへらせる可能性である。既知の低圧水銀放電灯においては、ハロホスフェート粒子の平均径が比較的大きいことにより、低圧水銀放電灯の壁の均一な被覆が達成される発光物質量に対し下限が課せられる。然し、以下でＯＳＥと称するＳｒ_(2-x-y) Ｍ_x ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ⁺² _y の平均粒径は、ハロリン酸カルシウムの平均粒径よりかなり小さく選定することができる。
【０００８】
基本格子Ｍe ＳｉＯ₄ （但しＭe は主としてＳｒであり、これ以外にＣa またはＢa を示す）を有し２価のユーロピウムで活性化された物質はそれ自体Bull. Ac.Sci.USSR ３８（１９７４）４１から発光物質として知られている。然しこの文献には、これ等の物質を極めて良好な演色性を有する低圧水銀放電灯に使用することは開示されていない。
【０００９】
ｙの値が0.0005より小である場合には、励起放射の吸収が低すぎて実際の目的には、得られる光束値が不十分である。ｙの値が0.05より大であると、濃度消光が、また不十分な光束値が得られる程度に起こる。従ってＯＳＥのかかる組成は、本発明の低圧水銀放電灯に使用するのには適当でない。
【００１０】
発光材料Ｓｒ_(2-y) ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ⁺² _y （ｘ＝０）は、単斜格子を有し、主として可視スペクトルの緑部分に発光帯を有し５４７ｎｍの波長で最大の発光を行う。しかし格子のＳｒ⁺²イオンの部分をＣａ⁺²またはＢａ⁺²イオンで置換する場合には、この結晶格子は直斜方晶系であり、発光体がこの最大に達する波長はＣａ⁺²またはＢａ⁺²イオンの含量（ｘ）により決まる。ｘは発光物質ＯＳＥの直斜方晶系結晶格子の良好な安定性を達成するため0.01より大でなくてはならない。またｘを0.1 より小さく選定する場合には、発光帯の位置は、ＯＳＥのこの組成が本発明の低圧水銀放電灯に使用するのに極めて適するようなものであることを見出した。
【００１１】
本発明の低圧水銀放電灯の好適例においては、ｙは0.015 〜0.025 の範囲にあるように選定する。第３発光物質における活性体Ｅｕ⁺²がこの含量である場合に、良好な量子効率（吸収された紫プロトン当りの発光物質により放射された可視光のプロトンの数）が見出された。活性体含量を増加する場合には、発光物質の酸化に対する感度は著しく増し、これが発光物質の加工性に悪影響を及ぼす。
【００１２】
本発明の低圧水銀放電灯の他の好適例においては、ｘを0.01〜0.03の範囲にあるように選定する。上述の如く、ｘが0.01より大である直斜方晶系結晶格子の良好な安定性には望ましい。また、ｘが0.03より小である場合には、最大の発光帯は約５７０ｎｍの波長にある。発光帯のこの位置は、発光物質を本発明の低圧水銀放電灯に第３発光物質として使用する場合に、優れた演色性に導く。
【００１３】
極めて良好な演色性および低圧水銀放電灯により放射される光の比較的低い色温度（≦３０００Ｋ）を有する既知の低圧水銀放電灯の場合、比較的低い色温度を実現するために、発光層中に第４成分およびできるだけ第５の成分も含有させる必要があることがしばしば見出される。発光層におけるかかる他の成分は、例えば低圧水銀放電灯のプラズマ中に発生する青色光の部分を吸収して、低い色温度が達成される。しかし、しばしば、発光層の他の成分は、発光層の第１成分と均質にすることが極めて困難な物質である。このことは実際にランプの製造方法を制御が困難な方法とする。発光物質ＯＳＥは青色光を吸収するので、発光層が３種の発光物質だけを含む比較的に低い色温度を有する本発明の低圧水銀放電灯を製造することが可能であることを見出した。上記欠点はこのようにして回避することができる。
【００１４】
本発明の低圧水銀放電灯に第１発光物質として２価のユーロピウムにより活性化されたアルミン酸ストロンチウム（ＳＡＥ）またはアルミン酸バリウム（ＢＡＥ）を使用するのが有利であることを見出した。また、第２発光物質として、２価のマンガンおよび３価のガドリニウムにより活性化された五硼酸マグネシウム・セリウム（ＣＢＭ）を用いるのが有利であることを見出した。若干の用途には、五硼酸マグネシウム・セリウムを更にデルビウムにより活性化し（ＣＢＴＭ）、第２の発光物質が可視スペクトルの赤領域に主として発光帯を有するだけでなく、また可視スペクトルの緑領域に主として発光領域を有するようにすのるが望ましい。これ等の第１発光物質と第２発光物質を適当に選定して組合わせて用いることにより、低圧水銀放電灯により放射される光の極めて広範囲の色温度に亘って、発光層が第１、第２および第３の発光物質以外に他の成分を含まない本発明の低圧水銀放電灯を製造することが可能であることを見出した。
【００１５】
【実施例】
本発明を次の実施例により説明する。
表１は発光効率（η）ルーメン／ワット（ｌｍ／ｗ）および低圧水銀放電灯により放射される光の色温度の関数としての一般の演色指数Ｒ（ａ，８）を、既知低圧水銀放電灯および本発明の低圧水銀放電灯につき示す。／２９，／３５および／５４は、アンチモンおよびマンガンにより活性化されたハロリン酸カルシウムまたはアンチモン活性化ハロリン酸カルシウムおよびアンチモンおよびマンガンにより活性化されたハロリン酸カルシウムの混合物に関する。異なる数字は異なる組成を示す。ＭＺＳはマンガン活性化硅酸亜鉛；ＹＡＧはセリウム活性化イットリウム−アルミニウム ガーネット；ＨＢはアンチモ活性化ハロリン酸カルシウムである。ＢＡＭは２価のユーロピウムにより活性化されたアルミン酸マグネシウム・バリウムである。表１に示す発光層のすべての他の成分は既に示した。
【００１６】
２７００Ｋの色温度を有する既知低圧水銀放電灯の発光層（表１の第３列）は５成分から成ると考えられる。しかし同じ色温度を有する本発明の低圧水銀放電灯の発光層（表１の最初の２列）は３成分から成るので、これ等の低圧水銀放電灯の製造方法は著しく良く制御される。また本発明の低圧水銀放電灯は、ＣＢＴＭを一層安価なＣＢＭに置き換えた場合でも、一層良好な発光効率を有し、更に優れた演色性を示すことが分かる。
【００１７】
３０００Ｋの色温度を有する既知の低圧水銀放電灯表１の第６列）の発光層は４成分から成る。３０００Ｋの色温度を有する本発明の低圧水銀放電灯（表１の第４列および第５列）の発光層は３成分だけからなるので、これ等の低圧水銀放電灯もまた３０００Ｋの色温度を有する既知の低圧水銀放電灯と比較して放電灯の製造方法が一層よく制御でき且つ一層高い発光効率を有するという利点を有する。
【００１８】
低圧水銀放電灯の色温度が３８００Ｋである場合には、本発明の低圧水銀放電灯（表１の第７列および第８列）の発光層および既知の低圧水銀放電灯（表１の第９列）の発光層は３成分だけから成る。本発明の低圧水銀放電灯は、改善された発光効率を有するが、演色性は、発光層がＣＢＴＭを含む場合もまた発光層がＣＢＭを含む場合も既知低圧水銀放電灯と比較して同じである。
【００１９】
５０００Ｋの色温度を有する既知低圧水銀放電灯（表１の第１２列）の発光層は、４成分から成る。発光層が３成分だけから成る、５０００Ｋの色温度を有する本発明の低圧水銀放電灯（表１の第１０列および第１１列）は既知低圧水銀放電灯より高い発光効率を有すると同時に僅かに低い一般演色指数を有する。一般演色指数の値が極めて高いことが望ましい場合にはこのことは本発明の低圧放電灯の発光層に適当な第４成分を添加することで達成される。この第４成分は、表中に示す両例（表１の第１３列および第１４列）ではＢＡＭである。これ等の例は第４成分の添加が本発明の低圧水銀放電灯の発光効率を向上させるだけでなく、また一般演色指数が既低圧水銀放電灯のものに相当することを示す。
【００２０】
表１の最後の２列は、６５００Ｋの極めて高い色温度を有する本発明の低圧水銀放電灯に関する。発色層にＯＳＥを使用すると極めて高い発光効率、極めて良好な演色性および極めて高い色温度を有する低圧水銀放電灯の製造が可能になることがわかる。
【００２１】
【表１】

Claims (8)

1. 一般演色指数Ｒ（ａ，８）が少なくとも９０であり、完全放射体軌跡の上または近くに色度点（ｘL , ｙL ）を有し、水銀および希ガスを内蔵するガス封放射透過外筒を備え且つ
   −スペクトルの可視部の青色領域に主として発光帯を有する２価のユーロピウムにより活性化された第１発光物質と、
   −２価のマンガンにより活性化され且つ可視スペクトルの赤色領域に主として少なくとも一つの発光帯を有する第２発光物質と、
   −可視スペクトルの黄色領域に主として発光帯を有する第３発光物質
   を含む発光層を備えた低圧水銀放電灯において、第３発光物質が次式Ｓｒ_(2-x-y)ＭxＳｉＯ₄：Ｅｕ⁺²y（式中のＭはバリウムおよび／またはカルシウムを示し、0.0005≦ｙ≦0.05、0.01≦ｘ≦0.1 である）で表されることを特徴とする低圧水銀放電灯。
2. 0.015 ≦ｙ≦0.025 であることを特徴とする請求項１記載の低圧水銀放電灯。
3. 0.01≦ｘ≦0.03であることを特徴とする請求項１または２記載の低圧水銀放電灯。
4. 発光層が上記３種の発光物質以外の他の発光物質を含まないことを特徴とする請求項１，２または３記載の低圧水銀放電灯。
5. 第１発光物質が２価のユーロピュームにより活性化されたアルミン酸ストロンチウムから成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の低圧水銀放電灯。
6. 第１発光物質が２価のユーロピウムにより活性化されたアルミン酸バリウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の低圧水銀放電灯。
7. 第２発光物質が２価のマンガンおよび３価のガドリニウムにより活性化された五硼酸マグネシウム・セリウムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の低圧水銀放電灯。
8. 五硼酸マグネシウム・セリウムが更に３価のテルビウムにより活性化されていることを特徴とする請求項７記載の低圧水銀放電灯。