JP4329651B2 - 蛍光ランプ - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線により効率よく励起され赤色発光する希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプに関する。
従来から、紫外線で励起され赤色発光する蛍光ランプ用蛍光体として、主にY:Eu蛍光体が使用されているが、この蛍光体は深赤色域の発光強度が低く、三波長域発光形蛍光ランプに用いた場合、ランプ光束は高いものの演色性が十分でなかった。特に、赤色成分を示す指標である特殊演色評価数(R9)が低いため、ラップトップパーソナルコンピュータ等の液晶表示のバックライトに使用される冷陰極蛍光ランプに用いた場合、赤色の色再現範囲が狭いという問題があった。
また、冷陰極蛍光ランプに用いられる赤色蛍光体として、特開2002−184357号公報に、Y:Euの他にY(PV)O:Eu、YVO:Eu、3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn、(Sr,Mg)(PO:Sn、CaSiO:Pb,Mnが挙げられているが、いずれもランプ光束、演色性をともに満足するものではなかった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、紫外線により効率よく励起され赤色発光する希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いてランプ光束及び演色性の優れた蛍光ランプを提供することである。
上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定の組成を有する希土類ニオブ酸塩蛍光体は深赤色域の発光強度が高く、この蛍光体を用いた蛍光ランプはランプ光束及び演色性が優れていることを新たに見いだし本発明を完成させるに至った。
(1)本発明の蛍光ランプは、透光性気密容器と、透光性気密容器内に形成された蛍光体層と、透光性気密容器内に封入された放電媒体と、電極とを具備する蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層はイットリウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウム、テルビウム及びスカンジウムから選択される少なくとも1種の元素と、ユーロピウムと、ニオブと、バナジウム及びタンタルから選択される少なくとも1種の元素と、酸素を基本構成元素とする希土類ニオブ酸塩蛍光体であって、蛍光体中に含まれる希土類元素の全モル数に対するユウロピウムのモル数の比が0.0001以上、0.5以下の範囲であり、ニオブとバナジウムとタンタルの全モル数に対するニオブのモル数の比が0.5以上、1.0以下の範囲である希土類ニオブ酸塩蛍光体を含むことを特徴とする。蛍光体中に含まれる希土類元素の全モル数に対するユウロピウムのモル数の比が0.0001より小さくても、逆に0.5より大きくても紫外線励起による発光輝度は低下してしまう。また、蛍光体中に含まれるニオブとバナジウムとタンタルの全モル数に対するニオブのモル数の比が0.5より小さくても紫外線励起による発光輝度は低下してしまう。
(2)本発明の蛍光ランプは、透光性気密容器と、透光性気密容器内に形成された蛍光体層と、透光性気密容器内に封入された放電媒体と、電極とを具備する蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は一般式が次式で表される希土類ニオブ酸塩蛍光体を含むことを特徴とする。
(R1−aEu)(M1−bNb)O
(但し、RはY、La、Gd、Lu、Tb及びScから選択される少なくとも1種の元素、MはV及びTaから選択される少なくとも1種の元素、0.0001≦a≦0.5、0.5≦b≦1.0)
a値が0.0001より小さくても、逆に0.5より大きくても紫外線励起による発光輝度は低下してしまう。また、b値が0.5より小さくても紫外線励起による発光輝度は低下してしまう。
(3)本発明の蛍光ランプは、前記蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が少なくとも610〜614nmの範囲にあり、且つ励起スペクトルのピーク波長が少なくとも230〜280nmの範囲にあることを特徴とする(1)又は(2)に記載の蛍光ランプである。すなわち、本発明に用いられる蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が少なくとも610〜614nmの範囲にある赤色発光蛍光体であって、励起スペクトルのピーク波長が少なくとも230〜280nmの範囲にあるため、254nm紫外線が主要励起源である蛍光ランプに好適に用いることができる。
(4)本発明の蛍光ランプは、前記蛍光体の平均粒径が1.0〜5.0μmの範囲にあり、中央粒径が3.0〜10.0μmの範囲にあり、且つ分散度が0.40〜0.80の範囲にあることを特徴とする(1)乃至(3)に記載の蛍光ランプである。ここで、平均粒径は空気透過法によるフィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(F.S.S.S)を用いて測定した値であり、一次粒子の大きさを示す。中央粒径は電気抵抗法のコールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いて測定し、50%粒子径(体積基準)を示す。この場合、粒子が強く凝集していると一次粒子にまで分散させることは難しく、凝集した二次粒子が測定にかかる。また、分散度は平均粒径を中央粒径で除した値であり、これを分散度と定義する。この値が大きいほど蛍光体の分散性が良いと評価できる。
本発明に用いられる蛍光体の平均粒径は1.0〜5.0μmの範囲が好ましく、1.0〜4.0μmの範囲がより好ましい。平均粒径が1.0μmより小さいと発光効率が低下し、逆に、5.0μmより大きいと蛍光ランプの塗布量が多くなってしまう。中央粒径は3.0〜10.0μmの範囲が好ましく、3.0〜8.0μmの範囲がより好ましい。中央粒径が10.0μmより大きいと、塗布特性が悪くなる。また、分散度は0.40〜0.80の範囲が好ましく、0.55〜0.75の範囲がより好ましく、0.60〜0.70の範囲がさらに好ましい。分散度が0.40より小さいと、凝集粒子が多いため、塗布特性が低下してしまう。中央粒径は3.0μmより小さくてもよく、分散度は0.80より大きくてもよいが、平均粒径の範囲によって制限される。
(5)本発明の蛍光ランプは、前記蛍光ランプが冷陰極蛍光ランプであることを特徴とする(1)乃至(4)に記載の蛍光ランプである。冷陰極蛍光ランプは、カラー液晶ディスプレイのバックライトとして用いられているが、カラーフィルターを通して画像を得る構造になっており、冷陰極ランプ用赤色発光蛍光体としては、赤色フィルターの波長域内に発光スペクトルのピーク波長があって、半値幅の狭い蛍光体が効率よく好ましい。さらに、冷陰極ランプは、管径が1〜4mmと細く、工程にあった粒径選択が必要である。本発明に用いられる蛍光体は、冷陰極ランプ用赤色発光蛍光体として好ましい発光スペクトルと粒径を有している。
透光性気密容器と、透光性気密容器内に形成された蛍光体層と、透光性気密容器内に封入された放電媒体と、電極とを具備する蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層はイットリウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウム、テルビウム及びスカンジウムから選択される少なくとも1種の元素と、ユーロピウムと、ニオブと、バナジウム及びタンタルから選択される少なくとも1種の元素と、酸素を基本構成元素とする希土類ニオブ酸塩蛍光体であって、蛍光体中に含まれる希土類元素の全モル数に対するユウロピウムのモル数の比が0.0001以上、0.5以下の範囲であり、ニオブとバナジウムとタンタルの全モル数に対するニオブのモル数の比が0.5以上、1.0以下の範囲である希土類ニオブ酸塩蛍光体を含むことを特徴とする本発明の蛍光ランプは、ランプ光束及び演色性が優れている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプを例示するものであって、本発明は希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプを以下のものに特定しない。
ここで、本発明の一実施の形態に係る希土類ニオブ酸塩蛍光体の製造方法について詳細に説明する。蛍光体原料として、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウム、テルビウム及びスカンジウムから選択される少なくとも1種の元素の化合物と、ユーロピウム化合物と、ニオブと、バナジウム及びタンタルから選択される少なくとも1種の元素の化合物を用い、各化合物について、例えば一般式(R1−aEu)(M1−bNb)O
(但し、RはY、La、Gd、Lu、Tb及びScから選択される少なくとも1種の元素、MはV及びTaから選択される少なくとも1種の元素、0.0001≦a≦0.5、0.5≦b≦1.0)の割合になるように秤取し、混合するか、又はこれら蛍光体原料にフラックスを加えて混合し、原料混合物を得る。この原料混合物をルツボに充填後、炉内に入れ、空気中、900〜1500℃で焼成する。冷却後、焼成品を湿式で分散処理した後、分離乾燥して本発明の希土類ニオブ酸塩蛍光体を得る。
蛍光体原料として、酸化物又は熱分解により酸化物となる化合物が好ましく用いられる。例えば、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、シュウ酸塩などの高温で分解し酸化物となる化合物が好ましい。また、蛍光体を構成する元素を全部又は一部含む共沈物やこれらを仮焼して得られる酸化物を用いることもできる。例えば、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウム、テルビウム及びスカンジウムから選択される少なくとも1種の元素の化合物、ユーロピウム化合物としては、これら希土類元素の酸化物、又は炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、シュウ酸塩などが使用できる。ニオブと、バナジウム及びタンタルから選択される少なくとも1種の元素の化合物としては、これら元素の酸化物、水酸化物などが使用できる。また、フラックスとしてはアルカリ土類化合物、ホウ素化合物等が好ましく、蛍光体原料100重量部に対し0.01〜1.0重量部の範囲で添加する。蛍光体原料をボールミル、V型混合機などで混合した後、アルミナ、石英、炭化珪素などのルツボに充填し、空気中、900〜1500℃で1〜20時間焼成することが好ましい。
次に、本発明の希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いて冷陰極ランプを作製する。先ず、蛍光体とピロリン酸カルシウム、カルシウムバリウムボレート等の結着剤をニトロセルロース/酢酸ブチル溶液に添加し、これらを混合し懸濁させて蛍光体塗布懸濁液を調製する。得られた蛍光体塗布懸濁液をガラス管の内面に流し込み、その後これに温風を通じることで乾燥させ、ベーキング、排気、フィラメントの装着、口金の取り付けを行い、冷陰極ランプを得る。本発明の蛍光体は254nm紫外線励起による発光輝度が高く、管径が1〜4mmと細い冷陰極ランプに適した粒径範囲であるため、発光特性の優れた冷陰極ランプを得ることができる。
次に、本発明の希土類ニオブ酸塩蛍光体の特性について図を用いて説明する。本発明の実施例1の蛍光体と比較例1のY:Eu蛍光体について、254nm励起による発光スペクトルを図1に、励起スペクトルを図2に示す。図1から、本発明の蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が少なくとも610〜614nmの範囲にあり、半値幅が2〜6nmの範囲にあって、紫外線励起により赤色発光することがわかる。また、本発明の蛍光体は、Y:Eu蛍光体に比べて、650〜750nmの範囲の深赤色域の発光強度が高いことがわかる。さらに、図2から、本発明の蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が230〜280nmnmの範囲にあって、紫外線により効率よく励起されることがわかる。
図3に、本発明の実施の形態に係る(Y1−aEu)NbO蛍光体について、254nm紫外線励起による相対輝度(%)とa値との関係を示した。ここで、相対輝度は、浜松ホトニクス(株)の低圧水銀灯を用いて蛍光体に254nm紫外線を照射し、日立分光光度計を用いて測定したものであり、Y:Eu蛍光体の発光輝度を100%にしたときの相対値を示す。この図から、相対輝度はa値の増加とともに高くなり、a値が0.1付近を越えると徐々に低下していることがわかる。また、相対輝度はa値が0.0001≦a≦0.5の範囲で高く、0.04≦a≦0.25の範囲でより高く、0.07≦a≦0.15の範囲でさらに高くなっていることがわかる。
図4に、本発明の実施の形態に係る(Y0.93Eu0.07)(Ta1−bNb)O蛍光体について、254nm紫外線励起による相対輝度(%)とb値との関係を示した。ここで、相対輝度は、上記同様に測定したものであり、Y:Eu蛍光体の発光輝度を100%にしたときの相対値を示す。この図から、相対輝度はb値の増加とともに高くなることがわかる。また、相対輝度はb値が0.5≦b≦1.0の範囲で高く、0.8≦b≦1.0の範囲でより高く、0.9≦b≦1.0の範囲でさらに高くなっていることがわかる。
図3及び図4のように、蛍光体中に含まれる希土類元素の全モル数に対するユウロピウムのモル数の比が0.0001以上、0.5以下の範囲であり、ニオブとバナジウムとタンタルの全モル数に対するニオブのモル数の比が0.5以上、1.0以下の範囲にある本発明の蛍光体は、紫外線励起による発光輝度が高く、蛍光ランプに用いた場合、ランプ光束の高い蛍光ランプが得られる。また、図1のように、本発明の蛍光体は、深赤色域の発光強度が高いため、三波長域発光形蛍光ランプに用いた場合、ランプ光束が高く、演色性の優れた蛍光ランプを得ることができる。特に、本発明の蛍光体は赤色成分を示す指標である特殊演色評価数(R9)が高く、ラップトップパーソナルコンピュータ等の液晶表示のバックライトに使用される冷陰極蛍光ランプに用いた場合、Y:Eu蛍光体よりも赤色の色再現範囲を広くすることができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は具体的実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
[実施例1]
<蛍光体>
・・・・・・・・・0.465mol(105.0g)
Nb・・・・・・・・0.500mol(132.9g)
Eu・・・・・・・・0.035mol(12.3g)
上記蛍光体原料を混合し、アルミナ坩堝に充填し、空気中にて、室温から1400℃まで300℃/hrで昇温し、1400℃で3時間焼成する。得られた焼成品を水中でボールミルし、水洗、分離、乾燥して、篩を通し、平均粒径が3.1μm、中央粒径が6.2μmであり、分散度が0.50である本発明の(Y0.93Eu0.07)NbO蛍光体を得る。蛍光体の組成を表1に示す。この蛍光体は、254nm紫外線励起により、612nmに発光ピークを有し、発光色は赤色で、色度座標値はx=0.660、y=0.335である。また、励起スペクトルのピーク波長は255nmである。発光スペクトルを図1に、励起スペクトルを図2に示す。
<蛍光ランプ>
このようにして得られる赤色発光の希土類ニオブ酸塩蛍光体と、BaMgAl1017:Eu青色発光蛍光体と、LaPO:Ce,Tb緑色発光蛍光体を所定の割合で混合する。この混合蛍光体とニトロセルロース/酢酸ブチルバインダーを磁製ポット中で十分混合し、蛍光体塗布スラリーを調製する。これをガラス管に流し込み、その内面に塗布し、温風を通じて乾燥し、580℃で15分間塗布バルブをベーキングして、蛍光膜を形成する。その後、通常の方法に従い、排気、電極のマウント、口金の取り付けを行い、蛍光ランプを得る。蛍光ランプの色度座標値はx=0.343,y=0.354、ランプ光束は3520ルーメン、平均演色評価数(Ra)は87である。
Figure 0004329651
[実施例2〜4]
上記蛍光体原料を表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例5]
蛍光体原料として、Vを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例6]
蛍光体原料として、Taを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例7]
蛍光体原料として、V及びTaを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例8]
蛍光体原料として、Laを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例9]
蛍光体原料として、Gdを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例10]
蛍光体原料として、Yの代わりにGdを使用し、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例11]
蛍光体原料として、Tbを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例12]
蛍光体原料として、Luを加えて、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[実施例13]
蛍光体原料として、Yの代わりにLuを使用し、表1に示した蛍光体組成の割合で混合する以外は実施例1と同様にして蛍光体を作製する。
[比較例1]
<蛍光体>
・・・・・・・・・0.480mol(108.4g)
Eu・・・・・・・・0.020mol(7.04g)
上記蛍光体原料を混合し、アルミナ坩堝に充填し、空気中にて、室温から1400℃まで300℃/hrで昇温し、1400℃で3時間焼成する。得られた焼成品を水中でボールミルし、水洗、分離、乾燥して、篩を通し、(Y0.96Eu0.04蛍光体を得る。この蛍光体を254nm紫外線で励起したときの色度座標値はx=0.643、y=0.351である。また、発光スペクトルを図1に、励起スペクトルを図2に示す。
<蛍光ランプ>
赤色発光蛍光体として上記(Y0.96Eu0.04蛍光体を用いる以外は実施例1と同様にして蛍光ランプを作製する。蛍光ランプの色度座標値はx=0.342,y=0.352、ランプ光束は3510ルーメン、平均演色評価数(Ra)は84である。
実施例1〜13で得られる希土類ニオブ酸塩蛍光体について、254nm紫外線で励起したときの発光輝度と色度座標値を表2に示す。なお、この表に示した発光輝度はY:Eu蛍光体の発光輝度を100%にしたときの相対輝度である。表2から、本発明の蛍光体はY:Eu蛍光体と同様に紫外線励起による発光輝度が高いことがわかる。また、本発明の蛍光体の色度座標値は、x値が0.630≦x≦0.690の範囲、y値が0.310≦y≦0.360の範囲にあって、赤色発光することがわかる。
Figure 0004329651
実施例1、実施例13及び比較例1で得られる希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いて作製した蛍光ランプについて、色度座標値、ランプ光束及び平均演色評価数(Ra)を表3に示す。表3から、本発明の実施例1及び実施例13の蛍光ランプは、比較例1の蛍光ランプと同様にランプ光束が高く、さらに、比較例1の蛍光ランプに比べて平均演色評価数(Ra)が高いことがわかる。このように、本発明によりランプ光束及び演色性の優れた蛍光ランプを得ることができる。
Figure 0004329651
以上に述べたように、本発明の希土類ニオブ酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプはランプ光束及び演色性が優れていることから、一般照明用蛍光ランプや冷陰極蛍光ランプなどに好適に用いることができる。
実施例1及び比較例1の蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。 実施例1及び比較例1の蛍光体の励起スペクトルを示すグラフである。 本発明の蛍光体の254nm紫外線励起による相対輝度(%)とa値との関係を示す図である。 本発明の蛍光体の254nm紫外線励起による相対輝度(%)とb値との関係を示す図である。

Claims (4)

  1. 透光性気密容器と、透光性気密容器内に形成された蛍光体層と、透光性気密容器内に封入された放電媒体と、電極とを具備する蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は一般式が次式で表される希土類ニオブ酸塩蛍光体を含むことを特徴とする蛍光ランプ。
    (R1−aEu)(M1−bNb)O
    (但し、RはY、La、Gd、Lu、Tb及びScから選択される少なくとも1種の元素、MはV及びTaから選択される少なくとも1種の元素、0.04≦a≦0.25、0.8≦b≦1.0
  2. 前記蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が少なくとも610〜614nmの範囲にあり、且つ励起スペクトルのピーク波長が少なくとも230〜280nm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。
  3. 前記蛍光体の平均粒径が1.0〜5.0μmの範囲にあり、中央粒径が3.0〜10.0μmの範囲にあり、且つ分散度が0.40〜0.80の範囲にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の蛍光ランプ。
  4. 前記蛍光ランプは冷陰極蛍光ランプであることを特徴とする請求項1乃至に記載の蛍光ランプ。
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