JP4472716B2

JP4472716B2 - 蛍光ランプ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4472716B2
Application number: JP2007077560A
Authority: JP
Inventors: 浩二今田; 泰広真野
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP2008243371A; CN101271823A; KR100944287B1; TW200847221A; KR20080086841A

Description

本発明は、蛍光ランプ及びその製造方法に関し、より詳しくは、輝度を向上させた蛍光ランプ及びその製造方法に関する。

蛍光ランプは、電極間に電圧が印加されるとガラス管等の透光管内に存在する希ガスを電離させ、電離した希ガスを電極に衝突させて二次電子を放出させグロー放電を生起させ、これにより水銀を励起して、２５３．７ｎｍの紫外線を放射させ、これを受けた透光管の内壁面に設けられた蛍光体層に含有される蛍光体から蛍光が発光される。この種の蛍光ランプにおいては、使用本数や使用電力を低減させ省電力化を図るため、発光効率を改善し輝度を上昇させることが要請される。

蛍光体から発光した蛍光は、図５に示すように、ガラス等の透光管１２を透過する際、内面１２ａと外面１２ｂの界面を２度通過するが、それぞれ全光量の４％程度の光量が反射するため、透過光Ｌｔの光量は透過前の蛍光の９２％程度に減少する。しかしながら、蛍光ランプにおいて、輝度を上げるためには投入電力を増加させ、紫外線強度を強める必要があるが、電極の劣化及び発光効率の低下を招くため得策ではない。低消費電力で高輝度のランプを得るためには、蛍光体より発せられる蛍光の透過率をアップさせる必要がある。蛍光の透過率の減少は、蛍光体層と透光管内面との間に、水銀から放射される紫外線によりガラス等の透光管が劣化されるのを抑制するため、酸化イットリウムの保護膜を有する場合、更に増大する。このため、透光管内面上にシリカ微粒子等を含有する低屈折剤（特許文献１〜３）を塗布し、透光管表面における反射を抑制することが行われている。しかしながら、低屈折剤を均一に最適膜厚に形成することは困難であり、特に内面に塗布することは困難であり、外面に設けたのみでは良好な効果が得られず、高価な低屈折剤を用い工程数の増加により、コスト高となるのに拘わらず然したる効果が得られない。

また、１次粒子形状が球状ないしは略球状で粒径の中央値が４０〜７５ｎｍの酸化イットリウムを主体とし、酸化アルミニウムを混成して形成した金属酸化物膜と、この上に重層形成された蛍光体膜を有し、発光特性を向上させ、被膜の亀裂等の発生をなくした蛍光ランプ（特許文献４）も報告されている。
特開２００６−３４２０２３特開２００６−３３５８８１特開２００４−０８３３０７特開２００３−５１２８４

本発明の課題は、使用する材料種数や、工程数を増加させず、蛍光体から発光される蛍光の透過率を著しく向上させることができ、高輝度とし、省電力化を図ることができ、しかも安価に製造することができる、蛍光ランプやその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、蛍光ランプにおいて、ガラス等管の透光管を蛍光体の励起光から保護する保護膜に用いられている酸化イットリウムについて鋭意研究を行った。図６に示すように、従来の蛍光ランプ１１においては、透光管１２と蛍光体膜１３間に、透光管を紫外線から保護するために、酸化イットリウム１４ａ等を用いて作成される保護膜１４が設けられている。しかし、酸化イットリウムの粒子は球状若しくは略球状であるため、酸化イットリウムの表面で蛍光体から発せられる蛍光の散乱が生じ透過率は低下する傾向にある。この保護膜４における反射を抑制するために、図１の電子顕微鏡出力画像に示すような、薄片状の酸化イットリウム粒子を用いて形成したところ、従来の球状若しくは略球状の酸化イットリウムを使用して保護膜を設けた場合の蛍光量の損失が全蛍光量の１０％程度であるのに対し、保護膜及びこれと透光管の界面における蛍光量の損失を全蛍光量の１％程度に抑制することができることを見い出した。かかる知見に基づき本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入した透光管と、該透光管の内面に設けられた蛍光体層とを有する蛍光ランプにおいて、透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面の少なくとも一面に、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムを含有する屈折率調整層を有することを特徴とする蛍光ランプに関する。

また、本発明は上記蛍光ランプの製造方法であって、透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面の少なくとも一方に、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムを含有する分散液を塗工して屈折率調整層を作成することを特徴とする蛍光ランプの製造方法に関する。

本発明の蛍光ランプは、使用する材料種数や、工程数を増加させず、蛍光体から発光される蛍光の透過率を著しく向上させることができ、高輝度で省電力化を図ることができる。本発明の蛍光ランプの製造方法は、このような蛍光ランプを安価に製造することができる。

本発明の蛍光ランプは、放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入した透光管と、該透光管の内面に設けられた蛍光体層とを有する蛍光ランプにおいて、透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面の少なくとも一面に、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムを含有する屈折率調整層を有することを特徴とする。

本発明の蛍光ランプに用いる透光管としては、ガラス製など、可視光を透過する材質のものであればいずれのものであってもよい。その形状としては直管型、湾曲型、環形、バルブ型等いずれであってもよい。

透光管内には、アルゴンやネオン等の希ガスと共に、紫外線を発生する水銀が封入され、透光管内で発生された放電電子が水銀原子に衝突し、２５３．７ｎｍを含む紫外線を発生する。封入する水銀の蒸気圧としては、蛍光ランプの点灯時において、例えば、１〜１０Ｐａ等を挙げることができる。

透光管内には上記水銀原子から紫外線を放射させるための放電を発生させる手段として１対の電極が設けられる。かかる電極としては、熱電極、冷陰極いずれであってもよい。熱電極としては、例えば、バリウム、カルシウム、イットリウム等の酸化物等のエミッタ物質を塗布したタングステンコイル等からなる熱電極を挙げることができ、電極間に電圧が印加されると、エミッタから放出される電子により希ガスを電離させ、この希ガスのイオンが電極に衝突してグロー放電を生起させ、水銀を励起して紫外線を放出させる。また、冷陰極としては、例えば、ニッケル、モリブデン等により成形されたカップ状の電極を開口を対向させて配置させ、この間に電圧が印加されると、透光管内に僅かに存在する電子により希ガスを電離させ、これが電極に衝突することにより放電を生起させ、水銀から紫外線を放射させる。

このような透光管の内壁に設けられる蛍光体層は、水銀原子から放射される２５３．７ｎｍの紫外線により可視光を発光する蛍光体を含有する。蛍光体としては、熱に対して劣化が少なく、また、水銀の吸着が少なく、蛍光ランプの始動時において水銀蒸気圧が高い状況が継続する場合があるが、そのような場合においても、蛍光体が吸着する水銀による透光管の劣化を抑制することができるものが好ましい。このような蛍光体として、例えば、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇、Ｓｒ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ等を挙げることができる。また、蛍光体層は、このような蛍光体を適宜組み合わせ、水銀から放射される２５３．７ｎｍの紫外線により励起され、緑色、赤色、青色領域の可視光を発光させ、演色に優れた白色光を得ることも可能である。

本発明の蛍光ランプは、蛍光体層と透光管との間、又は、透光管の外面の少なくとも一面に屈折率調整層を有する。透光管の内面に設けられる屈折調整層は、蛍光体から発光される可視光に対し、透光管の内部空間の屈折率より大きい屈折率であって、透光管の屈折率より小さい屈折率を有し、透光管の界面において反射による蛍光量の低減を抑制させる。また、透光管の外面に設けられる屈折率調整層は、蛍光体から発光される可視光に対し、透光管の屈折率より小さく、大気の屈折率より大きい屈折率を有し、透光管の界面において、反射による蛍光量の低減を抑制させる。このような屈折率調整層には、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムが含有される。酸化イットリウムの粒子径としては好ましくは、２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、より好ましくは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。粒子径３００ｎｍ以下の酸化イットリウムを用いて屈折調整層を形成することにより、透光管界面における蛍光の反射光量の低減を図ることができる。酸化イットリム粒子の形状としては、薄片状のものである。薄片状の酸化イットリウムを用いる場合は、上記粒子径は、酸化イットリウムを平面と仮定した場合における平面面積に相当する面積の円の直径とすることができる。

ここで酸化イットリウムの粒子径としては、レーザー解析式粒度分布測定装置により測定した測定値を採用することができる。

このような屈折率調整層を作成するには、酸化イットリウムを上記粒子径となるように、微細化する。酸化イットリウムを微細化する方法としては、例えば、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル等を用いることができる。

上記屈折率調整層を作成するには、微細化した酸化イットリウムを含有する分散液を調製し、これを塗布、乾燥する方法を用いることができる。酸化イットリウムの分散媒としては、具体的には、水や、アルコール類、酢酸ブチル、キシレン等の有機溶剤や、これらを混合したものを挙げることができる。塗布方法としては、コーティング、浸漬、スプレー塗布等いずれであってもよい。所定の厚さに塗布した後、自然乾燥や、強制乾燥等の乾燥方法により乾燥することができる。強制乾燥の場合、エアブロー等の速度や温度が高い場合、表面のみの乾燥が先行し、内部の乾燥速度が遅く内外に応力が発生し、亀裂発生の要因となる。このため、例えば、温度、エアーブロ−速度を調整して行うことが好ましい。

本発明の蛍光ランプは、上記屈折率調整層を有しない透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面に、反射抑制層を有することが好ましく、上記屈折率調整層を透光管と蛍光体層間、反射抑制層を透光管の外面に設けることが好ましい。反射抑制層は透光管の屈折率より低い屈折率を有するものであることが好ましい。かかる反射抑制層の材質としては、シリカ、アルミナ、酸化イットリウム、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化セリウム、フッ化マグネシウム等の金属酸化物を挙げることができる。また、反射抑制層には、低屈折率のシリカ等で形成された中空微粒子を含有していてもよい。中空微粒子は、１次粒子径が５〜１００ｎｍ等、空隙率が３０〜９０％等のものを挙げることができる。反射抑制層の厚さとしては、例えば、３００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。

反射抑制層は、上記物質を適宜組み合わせて使用し、屈折率調整層と同様に、例えば、粉末状の化合物を用いて分散液とし、これを塗布、乾燥することができる。

この種の蛍光ランプを駆動させる点灯回路としては、蛍光ランプと別途に設けた点灯回路により電極を予熱し高圧パルスを発生するスターター式点灯回路を用いることができるが、蛍光ランプと一体化して設けた、電極予熱回路と昇圧回路とを有する安定器を備えたラピッドスタート式点灯回路、更に高周波変換回路を備えたインバータ式点灯回路を用いることもできる。点灯回路を一体化して設ける場合、透光管を湾曲若しくは屈曲し、その周囲を更にグローブで覆い、点灯回路に接続された口金を有する電球型としても、また、透光管が外部に露出した構造としてもよい。

このような蛍光ランプを製造する方法としては、特に限定されるものではなく、上記方法により、透光管に屈折率調整層や、反射抑制層を設け、蛍光体を溶媒に分散させた分散液を調製し、これを屈折率調整層又は反射抑制層上に所定の厚さに浸漬、スプレー等の方法により塗工する。その後、透光管の端部に電極を設けると共に、電極に接続される外部リード等を有する口金で封止して製造することができる。

本発明の蛍光ランプは、水銀原子から放射される２５３．７ｎｍの紫外線により蛍光体を励起し可視光を発光させるものであり、３００ｎｍ以下の直径を有する薄片状の酸化イットリムを用いて形成した屈折率調整層を有することにより、透光管の界面における反射を抑制して透過させることにより、輝度を著しく向上させることができる。

以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されない。
［実施例１］
フレーク状の酸化イットリウムを、イソプロピルアルコールに添加し、５質量％の分散液を調製した。これを用いて、ソーダガラス上に１５０ｒｐｍ／３０ｓｅｃでスピンコートし、乾燥し、厚さ４００ｎｍの屈折率調整層を形成し、サンプル2を得た。

粒子径１０〜２０ｎｍの低屈折シリカ粒子をエタノールに添加し、分散液を調製した。これを用いて、ソーダガラス上にスピンコートし、乾燥して、厚さ１００ｎｍの反射抑制層を形成し、サンプル１を得た。

更に、サンプル１と同様の屈折率調整層、サンプル２と同様の反射抑制層をソーダガラスの表裏に形成し、サンプル３を得た。

得られたサンプル１〜３、及び、比較例としてソーダガラスＧについて、分光光度計ＵＶ−２３００ＰＣ（島津製作所製）にて、透過率を測定した。結果を図２に示す。
［実施例２］
本発明の蛍光ランプを冷陰極蛍光ランプに適用した一例を、図３に示す。ホウケイ酸ガラス製０．５ｍｍ厚の透光管２の内面に、上記屈折率調整層４と蛍光体層３とを順次設け、透光管の外面に反射抑制層６を設けた。蛍光体層３は厚さ２０μｍとした。透光管の両端にそれぞれ、ニッケル材質の電極５を配置し、図示しない封止部材によって、封止し、透光管内に点灯時における蒸気圧が１〜１０Ｐａとなるように水銀を封入し、アルゴン等の希ガスを５０ｔｏｒｒ等として封入した。

屈折率調整層４は次の方法により形成した。フレーク状の酸化イットリウムを、イソプロピルアルコールに添加し、３質量％の分散液を調製した。これを用いて、ガラス管の内面を浸漬させ後、ブロー乾燥し、厚さ４００ｎｍの屈折率調整層を形成した。

反射抑制層６は次の方法により形成した。粒子径１０〜２０ｎｍの中空シリカ粒子をエタノールに添加し、分散液を調製し、透光管の外面にディップ法により、膜厚１００ｎｍとして反射抑制層を形成した。

比較例として、屈折率調整層４、反射抑制層６を設けない他は上記と同様にして蛍光ランプを作製した。

得られた蛍光ランプについて、透明管外への透過光を、輝度計（ＳＲ−３：トプコン社製）にて測定した。実施例の蛍光ランプは比較例の蛍光ランプと比べて、輝度が６％程度上昇した。蛍光ランプにおける蛍光の透過を図４に示す。

本発明の蛍光ランプに用いる酸化イットリウムの電子顕微鏡写真を示す図である。本発明の蛍光ランプにおける屈折率調整層、反射抑制層の効果を示す図である。本発明の蛍光ランプの一例の直管型蛍光ランプを示す概略構成図である。本発明の蛍光ランプの一例の蛍光の透過光を示す図である。従来の蛍光ランプの蛍光の透過率を示す断面図である。従来の蛍光ランプを示す概略構成図である。

符号の説明

１蛍光ランプ
２透光管
３蛍光体層
４屈折率調整層
５電極
６反射抑制層

Claims

放電により紫外線を発生する水銀を含むガスを封入した透光管と、該透光管の内面に設けられた蛍光体層とを有する蛍光ランプにおいて、透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面の少なくとも一面に、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムを含有する屈折率調整層を有することを特徴とする蛍光ランプ。
屈折率調整層を有しない透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面に、反射抑制層を有することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
反射抑制層が中空微粒子を有することを特徴とする請求項２記載の蛍光ランプ。
反射抑制層が、金属酸化物を含有することを特徴とする請求項２又は３記載の蛍光ランプ。
請求項１から４のいずれかに記載する蛍光ランプの製造方法であって、透光管と蛍光体層間、又は透光管の外面の少なくとも一方に、直径３００ｎｍ以下の薄片状の酸化イットリウムを含有する分散液を塗工して屈折率調整層を作成することを特徴とする蛍光ランプの製造方法。