JP4238044B2

JP4238044B2 - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP4238044B2
Application number: JP2003040356A
Authority: JP
Inventors: 健二向; 利雄森; 政明濱
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2004253190A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光層を有する蛍光ランプに関し、特に演色性に優れる演色ＡＡＡ蛍光ランプ（以下、高演色性蛍光ランプという。）の光束を高める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高演色性蛍光ランプは、色彩の検査を行う場所や、美術館・博物館など、物体の色彩を忠実に再現する必要のある場所において広く用いられている。
このような場所には、ＪＩＳＺ９１１２−１９９０“蛍光ランプの光源色及び演色性による区分”に示される、光源色が昼白色（相関色温度４６００〜５４００Ｋ（記号Ｎ−ＥＤＬ））であり、演色性が演色ＡＡＡに該当する高演色性蛍光ランプが適している。
【０００３】
この高演色性蛍光ランプのように演色性を高めるためには、波長３８０〜７８０ｎｍの波長域においてバランス良くかつ万遍なく発光する必要がある。そのため、従来の高演色性蛍光ランプにおいては、その発光層に、異なる波長域に狭帯域の発光ピークを有する蛍光体を４〜５種類バランス良く組み合わせた蛍光体を用いたり、４７０〜５００ｎｍの波長範囲に発光ピークを有する青緑色発光蛍光体と６１０〜６４０ｎｍの波長範囲に発光ピークを有する赤色蛍光体とを組み合わせた蛍光体を用いたり（例えば、特許文献1参照）して、上記波長域において万遍なく発光させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２２８３９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高演色性蛍光ランプにおいては、一般的に各波長の強度を落としつつ波長３８０〜７８０ｎｍの波長域にバランス良くかつ万遍なく発光させるため、必然的にランプの効率、すなわちランプ光束が低くなりがちである。
また、蛍光ランプの分野においては、発光層に用いる蛍光体の種類はもとよりその配合比率のわずかな違いによっても演色性や光束が著しく異なることが知られており、高い演色性を維持しながらランプ光束を向上させる蛍光体の組み合わせを見出すことが非常に難しいという背景もある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、従来と同等の高い演色性を有しながら従来よりも高いランプ光束を有する蛍光ランプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る蛍光ランプは、発光層を有し、相関色温度が４６００〜５４００Ｋの範囲にある蛍光ランプであって、前記発光層は、ユーロピウムで付活された発光ピーク波長が４７０〜５００ｎｍの範囲にある青緑色蛍光体と、テルビウムで付活された発光ピーク波長が５３５〜５７０ｎｍの範囲にある緑色蛍光体と、スズで付活された発光ピーク波長が６２０〜６４０ｎｍの範囲にある赤色蛍光体とを含み、前記発光層は、前記青緑色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を、重量比に換算して（４０〜６０）：（０．５〜５）：（４０〜６０）の割合でその合計が１００となるように含むことを特徴とする。
【０００８】
従来から蛍光ランプの分野においては、実際に蛍光体を用いて蛍光ランプを製造し、その特性を評価しなければ最適な蛍光体の種類および組み合わせとその配合比率を見出すことが非常に困難であった。本願発明者らは、高演色性蛍光ランプにおいて光束が低くなることを課題として新たに認識し、これを向上することを目的として試行錯誤を行った。その結果、本願のような種類および組み合わせとその配合比率の蛍光体を含む発光層を備えることによって、高演色性蛍光ランプにおいては従来と同等の演色性を確保しつつ光束を向上することができることを見出した。この光束の向上については、緑色蛍光体を混合したことが影響していると考えられるが、このように緑色蛍光体を混合したとしても高い演色性を維持することができることは、蛍光体の種類および組み合わせとその配合比率のわずかな違いによって演色性や光束が大きく変化することを考えると、従来では予測し得ないことである。
【０００９】
ここで、特に発光層が、青緑色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を、重量比に換算して（４０〜６０）：（０．５〜５）：（４０〜６０）の割合で含む場合にその効果が著しいことを見出した。
具体的な蛍光体としては、青緑色蛍光体が、ユーロピウム付活ハロリン酸カルシウムバリウム蛍光体であり、緑色蛍光体が、セリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体、テルビウム付活アルミン酸セリウムマグネシウム蛍光体から選ばれる少なくとも一種類であり、赤色蛍光体が、スズ付活リン酸ストロンチウムマグネシウム蛍光体を用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を直管蛍光ランプに適用した場合の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（１）直管蛍光ランプＦＬの構成
図１は、直管蛍光ランプＦＬの概略断面図である。
【００１１】
同図に示すように、直管蛍光ランプＦＬは、内壁に保護膜７および蛍光体層８が被覆されたガラス管１と、ガラス管１の両端をそれぞれ封止するステム２と、各ステム２によりガラス管１の内方へ向けて保持される一対のリード線３と、一対のリード線３の間に懸架されるフィラメント電極４と、リード線３と電気的に接続され、各ステム２によりガラス管１の外方へ向けて保持される電極端子５と、電極端子５を指示する口金６を備え、内部にはネオン・アルゴン・クリプトンなど希ガスと水銀が封入された公知の構成を有する。
【００１２】
ガラス管１は、その内表面において、ナトリウムと水銀が接触するのを抑制するとともに点灯時間経過に伴う光束の低下を改善する働きを有する酸化アルミニウムや酸化ケイ素などの金属酸化物の微粒子からなる保護膜７が被覆され、保護膜７の表面には、蛍光体を混合した混合蛍光体を含む発光層８が被覆されている。
【００１３】
直管蛍光ランプＦＬの駆動時においては、外部から電極端子５に電力が供給されると、リード線３を介してフィラメント電極４に電流が流れ、これによりフィラメント電極４が加熱される。この加熱によってフィラメント電極４から熱電子がガラス管１内部に放出され放電が開始されると、フィラメント電極４間に流れる電子とガラス管１の内部に封入された水銀原子とが衝突して発生する紫外線（主に２５３．７ｎｍ）が発光層８に含まれる蛍光体に照射され、直管蛍光ランプＦＬからは演色ＡＡＡの昼白色（相関色温度４６００〜５４００Ｋ）の可視光線が放出される。
【００１４】
（２）発光層８における蛍光体の種類および組み合わせとその配合比率
次に、本願発明の特徴である発光層８における蛍光体の種類および組み合わせとその配合比率について説明する。
発光層８は、青緑色蛍光体と、緑色蛍光体と、赤色蛍光体とを含み、これらが混合された混合蛍光体から構成されている。
【００１５】
青緑色蛍光体としては、ユーロピウムで付活された発光ピーク波長が４７０〜５００ｎｍにあるものが用いられ、具体的には、ユーロピウム付活ハロリン酸カルシウムバリウム蛍光体（（Ｃａ，Ｂａ）₅（ＰＯ₄）３Ｘ：Ｅｕただし、ＸはＦ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのうち少なくとも１種類の元素）を用いればよい。
緑色蛍光体としては、テルビウムで付活された発光ピーク波長が５３５〜５７０ｎｍにあるものが用いられ、具体的には、セリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ）、テルビウム付活アルミン酸セリウムマグネシウム蛍光体（ＣｅＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉：Ｔｂ）から選ばれる少なくとも一種類を用いればよい。
【００１６】
赤色蛍光体としては、スズで付活された発光ピーク波長が６２０〜６４０ｎｍにあるものが用いられ、具体的には、スズ付活リン酸ストロンチウムマグネシウム蛍光体（（Ｓｒ，Ｍｇ）₃（ＰＯ₄）₂：Ｓｎ）を用いればよい。
発光層８における混合蛍光体中の各色蛍光体の配合比率としては、青緑色蛍光体を４０〜６０重量％、緑色蛍光体を０．５〜５重量％、赤色蛍光体を４０〜６０重量％とすることが望ましい。発光層８における蛍光体の種類および組み合わせとその配合比率は、高演色性蛍光ランプの発光スペクトルおよび蛍光体に関し、発明者らが鋭意検討を重ねた結果得られたものであり、上述した青緑色蛍光体と赤色蛍光体をほぼ同比率で混合している点、および緑色蛍光体を少量混合させている点において従来の技術（特許文献１においては、相関色温度が５０００Ｋの場合、青緑色蛍光体７２．７：赤色蛍光体２７．３の割合で混合している。）と異なっている。このように、青緑色蛍光体と赤色蛍光体とをほぼ同量混合するとともに、緑色蛍光体を混合することにより、高い演色性を維持しながら、かつ従来よりも高い光束を実現することができる昼白色の高演色性蛍光ランプを得ることができる。具体的には、後述の実験結果に示すように光束が２．１％向上することが確認されている。ここで、発光層８における三色の混合蛍光体は、発光層８に含まれる全蛍光体を１００重量％としたときに９０〜１００％の範囲で含まれていることが好ましい。すなわち、発光層８の混合蛍光体においては、０〜１０％の範囲内において上記三色の蛍光体以外の蛍光体を使用してもよい。ただし、その場合、発光スペクトルの変化を引き起こし演色性に大きく影響が出る可能性があるため、演色性の大幅な低下を招かないように蛍光体の種類および使用量に注意する必要がある。
【００１７】
このように高演色性蛍光ランプの光束が向上すれば、美術館などにおいては蛍光ランプの設置数を減少することができる。加えて、高演色性蛍光ランプの光束を従来と同じ程度に維持するように設計すれば、その分高価な蛍光体を使用する量を減少させることができるので、さらなるコスト的なメリットも生じる。
このような直管蛍光ランプＦＬの製造時においては、これらの三色の蛍光体を混合した混合蛍光体と、溶媒である水もしくは有機溶媒と、溶媒に可溶な高分子からなるバインダと、混合蛍光体からなる発光層がランプ完成時に脱落しないように結着させる結着剤等とが共に混合されて蛍光体サスペンジョンに調整される。この蛍光体サスペンジョンを、あらかじめ金属酸化物の微粒子よりなる保護膜７を形成しておいたガラス管１の内面に塗布した後、乾燥、焼成することによって発光層８が形成される。そして、ガラス管１の両端部にステム２を封止し、続いてガラス管１内部を排気した後希ガスと水銀を封入し、口金６を取り付けることによって、直管蛍光ランプＦＬが製作される。
【００１８】
なお、美術館や博物館などの照明用として物体の紫外線による劣化を特に注意する場合には、直管蛍光ランプＦＬから放射される微量の紫外線をほぼ完全にカットするために、保護膜７と発光層８の間、もしくは保護膜７のかわりに紫外線吸収膜（図示せず）を設けることもできる。この紫外線吸収膜としては、通常、酸化チタンの微粒子薄膜が用いられる。本発明は、当該紫外線吸収膜の有無にかかわらずその効果を得ることができるものである。
【００１９】
（３）評価実験
以下、本発明に係る高演色性蛍光ランプの性能を評価するために、テストサンプルを作製して性能評価実験を行い、実験結果を検討する。
作製したテストサンプルは、いずれも直管４０Ｗの蛍光ランプであり、発光色の相関色温度がおよそ５０００Ｋとなるように各蛍光体を調合している。
【００２０】
〔実施例サンプル〕
上記実施の形態に基づき、蛍光体層に用いる蛍光体として、発光ピーク波長４８２ｎｍのユーロピウム付活ハロリン酸カルシウムバリウム蛍光体（（Ｃａ，Ｂａ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕ、平均粒径８μｍ）を５４重量％、発光ピーク波長５４３ｎｍのセリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、平均粒径４μｍ）を１重量％、発光ピーク波長が６２８ｎｍのスズ付活リン酸ストロンチウムマグネシウム蛍光体（（Ｓｒ，Ｍｇ）₃（ＰＯ₄）₂：Ｓｎ、平均粒径９μｍ）を４５重量％に混合した混合蛍光体を用いて、色度座標がｘ＝０．３４５、ｙ＝０．３５０（相関色温度５０００Ｋ）の高演色性蛍光ランプを作成した。
【００２１】
〔比較例サンプル〕
比較例サンプルとして、発光ピーク波長４８２ｎｍのユーロピウム付活ハロリン酸カルシウムバリウム蛍光体（（Ｃａ，Ｂａ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕ、平均粒径８μｍ）を５５重量％、発光ピーク波長が６２８ｎｍのスズ付活リン酸ストロンチウムマグネシウム蛍光体（（Ｓｒ，Ｍｇ）₃（ＰＯ₄）₂：Ｓｎ、平均粒径９μｍ）を４５重量％に混合した混合蛍光体を用いて、色度座標がほぼ同等とみなせる、ｘ＝０．３４６、ｙ＝０．３５２（相関色温度約５０００Ｋ）の高演色性蛍光ランプを作成した。
【００２２】
なお、実施例サンプル・比較例サンプルは、各発光層に使用された蛍光体の総量がいずれも等しく、蛍光体の種類・調合比率以外はすべて同一の仕様・方法により作製した。
〔実験方法および評価〕
実施例サンプル、比較例サンプルを点灯させ、その発光特性（点灯０時間における光束量。なお、比較例サンプルの光束量を１００とした場合の相対的な評価値を記載している。）を測定するとともに、色度座標ｘ，ｙ、相関色温度、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を算出した結果、並びにＪＩＳＺ９１１２−１９９０“蛍光ランプの光源色及び演色性による区分”に記載されている昼白色の演色ＡＡＡ（記号：Ｎ−ＥＤＬ）の最低値を表１に示す。
【００２３】
また、実施例サンプルのランプ点灯時における発光スペクトルを図２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
図２に示すように、実施例サンプルの発光スペクトルは全体的に均等に分布していることが分かる。ここで、発光スペクトルにおいては鋭いピークが数本検出されているが、これは水銀が発するいわゆる輝線スペクトルと呼ばれるものであり、蛍光体から発生したものではない。
表１に示すように、実施例サンプル、比較例サンプルともに演色ＡＡＡの特性を有していることが分かる。
【００２６】
また、演色評価数を比較すると、実施例サンプルにおいては、特殊演色評価数Ｒ₁₄を除くと比較例サンプルより演色評価数が優れ、従来と同等もしくは若干演色性に優れていることが確認される。
光束に関して比較すると、実施例サンプルは、比較例サンプルに対して２．１％向上している結果が得られた。
【００２７】
これらの結果より、本発明にかかる実施例の高演色性蛍光ランプにおいては、高い演色性を有しながらかつ従来よりも高い光束を得ることができることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る高演色性蛍光ランプにおいては、発光層にユーロピウムで付活された発光ピーク波長が４７０〜５００ｎｍの範囲にある青緑色蛍光体と、テルビウムで付活された発光ピーク波長が５３５〜５７０ｎｍの範囲にある緑色蛍光体と、スズで付活された発光ピーク波長が６２０〜６４０ｎｍの範囲にある赤色蛍光体とを含むので、高い演色性を維持しながらかつ従来よりも光束を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直管蛍光ランプの断面図。
【図２】直管蛍光ランプの発光スペクトル図。
【符号の説明】
１ガラス管
２ステム
３リード線
４フィラメント電極
５電極端子
６口金
７保護膜
８発光層

Claims

発光層を有し、相関色温度が４６００〜５４００Ｋの範囲にある蛍光ランプであって、前記発光層は、ユーロピウムで付活された発光ピーク波長が４７０〜５００ｎｍの範囲にある青緑色蛍光体と、テルビウムで付活された発光ピーク波長が５３５〜５７０ｎｍの範囲にある緑色蛍光体と、スズで付活された発光ピーク波長が６２０〜６４０ｎｍの範囲にある赤色蛍光体とを含み、前記発光層は、前記青緑色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を、重量比に換算して（４０〜６０）：（０．５〜５）：（４０〜６０）の割合でその合計が１００となるように含むことを特徴とする蛍光ランプ。
前記青緑色蛍光体は、ユーロピウム付活ハロリン酸カルシウムバリウム蛍光体であり、前記緑色蛍光体は、セリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体、テルビウム付活アルミン酸セリウムマグネシウム蛍光体から選ばれる少なくとも一種類であり、前記赤色蛍光体は、スズ付活リン酸ストロンチウムマグネシウム蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。