JP4689294B2

JP4689294B2 - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP4689294B2
Application number: JP2005035683A
Authority: JP
Inventors: 量鈴木; 三郎梅田; 千帝坂本; 隆司大澤
Original assignee: オスラム・メルコ株式会社
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006222007A

Description

この発明は、例えばコンパクト蛍光ランプあるいは電球形蛍光ランプのような小形で高輝度な蛍光ランプに関するものである。

特許文献１に示すような蛍光ランプにおいては、ガラス管の内面に蛍光面を形成し、両端にフィラメントを装着して、内部に希ガスと水銀を入れて密封する。両端のフィラメント間で水銀放電を起こし、その放電で励起した水銀原子の紫外線放射を蛍光面で可視光に変換し、照明に利用するようになっている。その蛍光面は、その発光の相対分光分布の半値幅が比較的狭い、赤、緑、青３種類の蛍光体を混合して構成した三波長形蛍光ランプが、効率が高いこと、その割には演色性がよいことから主流になっている。

図７にその相対分光分布を示す。使用する蛍光体の一例としては、４５０ｎｍ〜４６０ｎｍにピークのあるユーロピウム付活アルミン酸バリウム、マグネシウム蛍光体、５４０ｎｍ〜５４５ｎｍにピークのあるセリウム、テルビウム付活燐酸ランタン蛍光体、６１０ｎｍ〜６１５ｎｍにピークのあるユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体を選択するものである。あるいは青の蛍光体として、４４５ｎｍ〜４５５ｎｍにピークのあるユーロピウム付活ハロ燐酸バリウム、ストロンチウム、カルシウム蛍光体を使用する例も多い。

家庭の食卓上の部分照明という用途に対しては、そのコンパクト性と落ち着いた光色から白熱電球を使う場合がある。しかしながら、白熱電球は効率が約１５ｌｍ／Ｗ程度で、蛍光ランプの５０〜１００ｌｍ／Ｗと比較し、極めて低く、このため、省エネあるいは地球環境のためには特に特許文献２に示すような電球形蛍光ランプのような小形で輝度の高い蛍光ランプを用いるのが好ましい。

このような食卓用の白熱電球代替の蛍光ランプにおいては、食品の見え方と、肌の見え方が重要であり、白熱電球に実質的に劣らない演色性が求められ、このため、特に赤の発光が問題で、６２０ｎｍ〜６７０ｎｍにピークのある蛍光体の発光が有効であることが、例えば、特許文献３に示されている。
特開平０５−０６２６４６号公報特開２００１−０２８２５５号公報特開平１０−３１２７７５号公報

この６２０ｎｍ〜６７０ｎｍにピークのある蛍光体を用いる場合、次の２点の問題がある。第１は、白熱電球のように小形で同程度の高出力を得るためには、結局、蛍光ランプのガラス管の表面積当たりの光出力を上げなくてはならず、そのためにはガラス管表面積あたりの電力を上げなくてはならない。これは蛍光体層の温度上昇、水銀から放射する真空紫外線の増加、水銀イオンの衝撃の頻度増加によって蛍光体劣化が加速され、６２０ｎｍ〜６７０ｎｍに発光する蛍光体は他の蛍光体に比較し劣化が大きいものが多く、従って、使用している間に光色、あるいはものの見え方のずれが目立つ。

第２は、６２０ｎｍ〜６７０ｎｍに発光する蛍光体はいずれも、よく使用される赤蛍光体であるユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体と比較すると、効率が非常に低く、ランプの効率が低くなる。主原因は６２０ｎｍ〜６７０ｎｍというピーク波長は、ユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体のピーク波長６１０〜６１５ｎｍと比較し、人間の視感度曲線の小さい波長であることによるが、蛍光体のエネルギー変換効率でも後者の蛍光体より低いものが多く、この点でも不利である。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、上記のように問題のある６２０ｎｍ〜６７０ｎｍに発光のピークある蛍光体を使用せず、あるいは比率を少なくすることで、高い効率と小さい光色変化を実現するとともに、白熱電球と同程度あるいは同程度以上の雰囲気、見え方の印象を実現できる管壁負荷が高い蛍光ランプを提供することを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプは、発光管のガラス管の内面に蛍光面を備え、発光管の通常点灯時の電力をガラス管の内面積で割った管壁負荷が０．０８Ｗ／ｃｍ^２以上である蛍光ランプにおいて、発光管の発光する光色について相関色温度が２７００Ｋ〜３１００Ｋ、且つ黒体放射からの偏差Ｄｕｖが−１２〜−５であることを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、蛍光面は、ユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体とユーロピウム付活あるいはユーロピウム、マンガン付活アルミン酸塩蛍光体とユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とからなる第１群の蛍光体から少なくとも１種類と、セリウム、テルビウム付活燐酸ランタン蛍光体と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とセリウム、テルビウム付活硼酸ガドリニウム、マグネシウム蛍光体とからなる第２群の蛍光体から少なくとも１種類と、第３群の蛍光体であるユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体とを含むことを特徴とする。

また、この発明に係る蛍光ランプは、蛍光面に６２０ｎｍ〜６７０ｎｍにピークのある蛍光体を含み、その蛍光体の発光時の出力エネルギーが第３群の蛍光体の出力エネルギーの１０％以下であることを特徴とする。

この発明に係る蛍光ランプは、上記構成により、寸法が近い白熱電球と同程度の雰囲気、見え方の印象が得られ、かつ、光束が大きく、光色の変化も小さい蛍光ランプを得ることができる。

実施の形態１．
図１〜４は実施の形態１を示す図で、図１は電球形蛍光ランプの構成図、図２は蛍光ランプの相対分光分布を示す図、図３は種々の相対分光分布の発光を雰囲気と見え方で評価した結果を示す図、図４は横軸を相関色温度、縦軸をＤｕｖとした雰囲気と見え方の評価を示す図である。

図１は蛍光ランプの一例である電球形蛍光ランプを示す図で、寸法を小さくするために屈曲形状のガラス管１を用い、そのガラス管１の内面に蛍光面２を形成し、両端にフィラメント３を装着して、内部に希ガスと水銀を入れて密封して発光管４を構成している。この図１の例は電球形蛍光ランプで、一体的に点灯回路５、口金６を備え、さらに拡散面を持つ外管バルブ７により、発光管４を覆っている。

通電することによって、両端のフィラメント３間で水銀放電を起こし、その放電で励起した水銀原子の紫外線放射を蛍光面で可視光に変換し、照明に利用するようになっている。拡散面を持つ外管バルブ７は白熱電球と類似の寸法、形状を持ち、さらに拡散面により発光は拡散され、シリカコーティングを持つ白熱電球と同様な輝度分布が実現されるようになっている。

一例では、外管バルブの実質的に発光している部分の最大長である高さは５．３ｃｍであり、また、発光管４への入力電力を発光管４の内面積で割った管壁負荷は約０．１１Ｗ／ｃｍ^２である。白熱電球の一つの特徴である点光源性をこのような食卓で蛍光ランプを用いて得るためには、発光部分の最大長が略１０ｃｍ以下であり、かつこの小さな寸法で同じ程度の光量を得るためには通常点灯時の電力をガラス管１の内面積で割った管壁負荷が０．０８Ｗ／ｃｍ^２以上である。

このランプの点灯中の光色は相関色温度が２７００Ｋ〜３１００Ｋ、且つ黒体放射からの偏差Ｄｕｖが−１２〜−５となっている。この相関色温度と黒体放射からの偏差ＤｕｖはＪＩＳＺ８７２５「光源の分布温度及び色温度・相関色温度測定方法」に定義されているもので、後者は注目している光色のｕｖ座標空間での黒体放射の光色を示す曲線からの距離を１０００倍したものである。この発光の相対分光分布の一例を図２に示す。

この光色は、蛍光面２を次の３群の蛍光体を主成分として各群から少なくとも１種類の蛍光体を選択し、それを適当な比率で混合することにより、作ることが可能である。第１群の蛍光体を、青である４４０〜４７０ｎｍにピークを持つ、ユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体と、ユーロピウム、マンガン付活アルミン酸塩蛍光体とユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とし、第２群の蛍光体を、緑である５３０〜５５０ｎｍにピークを持つ、セリウム、テルビウム付活燐酸ランタン蛍光体と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とセリウム、テルビウム付活硼酸ガドリニウム、マグネシウム蛍光体とし、第３群の蛍光体を、赤である６０５〜６２０ｎｍにピークを持つユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体とする。

これらの蛍光体は上記の管壁負荷０．０８Ｗ／ｃｍ^２以上の例えば、一例である０．１１Ｗ／ｃｍ^２での劣化は小さく、そのバランスである光色あるいはものの見え方を決める相対分光分布の変化も実用上ほとんど問題にならない程度に小さい。すなわち、上記の第１群〜第３群いずれの蛍光体も５００時間点灯後の発光エネルギーが０時間に対して９２〜９６％程度であり、差が小さく、光色の変化は小さい。

一方、６２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲にピークがある蛍光体（以後、深赤色蛍光体と呼ぶ）、例えば、スズ付活燐酸ストロンチウム、マグネシウム蛍光体あるいは、マンガン付活アンチモン酸マグネシウム蛍光体あるいは、マンガン付活フロロゲルマニウム酸マグネシウム蛍光体について、その点灯５００時間後の劣化を調べると、その発光エネルギーが点灯試験前の７５〜８５％であった。このため、他の光色の蛍光体の出力とのバランスがずれて光色の変化をもたらす。

また、赤の蛍光体は波長が長くなるほど、人間の眼の視感度が低くなり、一方、一定の光色、すなわち色度座標に調整するためには赤が長波長（深い赤となる）の方が比率を小さくすることができる効果がある場合があるが、実際、赤の蛍光体として、上記第３群の蛍光体の出力エネルギーと同じエネルギーとなるように深赤色蛍光体を含ませ、上記第１群及び第２群の蛍光体によって、この領域の一定光色にあわせたランプを作ると次のようになる。

深赤色蛍光体を使わなかった場合の光束と比較して、スズ付活燐酸ストロンチウム、マグネシウム蛍光体の場合約９０〜９５％、マンガン付活アンチモン酸マグネシウム蛍光体の場合約７０〜８０％、マンガン付活フロロゲルマニウム酸マグネシウム蛍光体あるいは、マンガン付活ホウ酸ガドリニウム、亜鉛、マグネシウムの場合６５〜７５％となり、いずれの場合も光束が低く、すなわち効率が低くなった。この効率の低下はピーク波長が長くなることによるものであり、スズ付活燐酸ストロンチウム、マグネシウム蛍光体以外は効率で大きな問題点を抱えていることになる。

相対分光分布を評価するために、電球形蛍光ランプを用いて種々の相対分光分布の発光を作り、人間の感じ方の試験を行った。全体照明の照度を小さく設定し、８畳に相当する広さの部屋の中央にイス付きの食卓を設け、その上に食品（トマト、キュウリ、レタス等の生野菜、リンゴ、ミカン、バナナ等の果物、豚肉、牛肉、魚、ジャガイモ等の火を通した調理品、さしみ）を置き、照明対象の人間をイスに配した。その食卓に上方にペンダントを２台取り付け、それぞれ交代で簡単に食卓の中心に移動できるようにした。このような状態で、第１のペンダントに白熱電球を取り付け、食卓中心において点灯し、照明対象の人間に食卓を中心として対称の位置のイスに座った被験者が十分に順応した後、試験するランプを取り付けた第２のペンダントと短時間に取り替えて、さらに順応するまで待ち、順応後の感じを主、換えた直後の感じを従として評価した。全体の雰囲気（以後、近接雰囲気と呼ぶ）と、個々の照明対象で特に劣って見えるかどうかを含めた全体の見え方の印象（以後、近接見え方と呼ぶ）とを白熱電球に比較しての優劣で判定した。また、被験者が部屋の壁の位置で、立った状態で、全体の雰囲気（以後遠距離雰囲気と呼ぶ）を同様に評価した。この状態では色卓上の細かい部分がみえないため見え方の評価は行わなかった。

その結果は図３の通りである。×、△、◇、○は、それぞれ、白熱電球より劣っていた場合、同程度であった場合、やや優れていた場合、優れていた場合である。図３右端の総合評価は個々の評価で×がある場合は×、それ以外で○がある場合は◇、それ以外は△である。総合評価△以上が白熱電球と替えて使用し、問題がないといえる。この総合評価の結果をグラフにして図４に示す。図４より、相関色温度２７００Ｋ〜３１００ＫかつＤｕｖが−１２〜−５の範囲で、白熱電球と同レベルあるいはそれ以上の照明をすることができ、また、Ｄｕｖが−１２〜−７、２９００Ｋ〜３１００Ｋでは特によい照明ができることができるということがわかる。

この範囲に対して、相関色温度を低く、あるいは高くした場合は、照明の雰囲気が劣ってくるようになり、特に高くした場合は、遠距離雰囲気から劣ってくる。Ｄｕｖを低くした場合は雰囲気でも黄、あるいは緑味が強くなり、劣ってくるとともに、特に人間の肌の黄色味が増すことにより低評価になる。また、Ｄｕｖを高くした場合、桃色っぽくなり、特に近接雰囲気と見え方が低評価となる。

従来、例えば、前記した特許文献１、３に示すように、このような白熱電球に近い光色のランプには深赤色蛍光体の使用の必要性がいわれており、また、Ｄｕｖは−５より大きい、黒体輻射の軌跡に近いランプが提案されてきた。このような場合、個々の物体の見え方で評価することが多く、平均演色評価指数Ｒａ、赤の見え方を示すＲ９、日本人の肌の見え方を示すＲ１５、あるいは鮮やかにみえ方を表す色域面積をベースにしたいくつかの方式などで評価する。特に深赤色蛍光体を使わない、あるいは、少量しか使わない場合の問題点は、ＲａあるいはＲ１５が悪くなるということはなく（例えば図３あるいは図４に示すＤｕｖが−１２以上の全てのランプで、Ｒａは８５〜８８、Ｒ１５は９０以上で、大きな差はなかった。）、Ｒ９が低くなる、また色域面積が小さくなることであった。しかしながら、実際の生活では全体の雰囲気、あるいは全体のものの見え方の印象の方が重要な場合が多い。このため、上記のような、試験を行い、このように従来と異なった結果である、深赤色を使わないでもＤｕｖをさらに小さい−５以下とすることにより、雰囲気、見え方の印象という点で十分快適な照明が得られるという結果を得た。このことは、結局、全体の雰囲気についてはＤｕｖが−１２から−５の範囲の方がよく、また、見え方についても食品などは鮮やかにみえればよい、あるいは赤いものが忠実に赤くみえればよいというものではないということを示していると思われる。赤の忠実性でいうとトマトなどはより赤い方がよいが、刺身、調理した肉や魚などはむしろ若干くすんだ方が好ましいという全体印象を示した。

一方、光源を切り替えた直後と、その後の順応した後の印象は変化するという結果を得た。すなわち、その光源の光の中に長時間いることで光色のずれに対して順応することが知られているが、さらに、雰囲気や特に鮮やかさに対する見え方もある程度順応することが推定される。この試験では順応後の通常の生活に重点を置いた評価をしたが、その影響がある。結局、ふたつの光源の光を切り替えながらあるいは並べて比較する試験と、実際の生活でその光の中だけで過ごす場合とで、印象がものの見え方や鮮やかさも含めて異なってくることが考えられ、このようにその光の中で順応した後の試験をする方がより妥当性があるものと考えられる。

以上の検証は電球形蛍光ランプについてのものであるが、コンパクト蛍光ランプについても同様の結果が得られた。

実施の形態２．
図５、６は実施の形態２を示す図で、図５は相対分光分布を示す図、図６は雰囲気と見え方の評価結果を示す図である。
蛍光面に、実施の形態１と同様な第１群から第３群の蛍光体に加えて、６３０ｎｍ〜６６０ｎｍにピークのある深赤色蛍光体を含み、その出力エネルギーが、第３群の蛍光体の出力エネルギーの１０％以下であり、その他の点は実施の形態１と同様である。

図５にその相対分光分布の一例を示し、評価結果を図６に実施例１１として示す。この図６の深赤色蛍光体はＡで示しているが、Ａはマンガン付活フロロゲルマニウム酸マグネシウム蛍光体である。この実施例ではこの蛍光体の発光時の出力エネルギーが第３群の蛍光体の出力エネルギーの１０％となるように混合量を調整している。この図６に示すように、白熱電球に比較して十分な照明ができ、しかも、同じ光色の実施の形態１のランプと同程度の評価が得られた。しかしながら、トマトなど原色に近い赤の物体はより鮮やかになり、そういうものが多い場合には実施の形態２の方が優れていた。これはこの加えた深赤色蛍光体の発光による。従って、異なった光色においても実施の形態１のランプよりも同程度で、かつ、原色に近い赤の物体はよりよく見えるようになると推定できる。

この場合、深赤色蛍光体を近い波長で発光する第３群の蛍光体に対して発光の出力エネルギーを１０％以下に押さえたため、このような高管壁負荷のランプでも、実施の形態１によるランプに比較して、光束で約９０％以上、光色のずれも１．５倍以下で、実用に致命的な問題とならない場合が多く、これでもよい。すなわち、このようにごく少量深赤色蛍光体を含ませることによって、対象によっては見え方が若干よくなり、かつ、光束や光色の変化がそれほど大きくないランプを得る。このような深赤色蛍光体は、ピーク波長が６２０ｎｍ〜６７０ｎｍの間であれば、例えば、スズ付活燐酸ストロンチウム、マグネシウム蛍光体、マンガン付活アンチモン酸マグネシウム蛍光体、マンガン付活ホウ酸ガドリニウム、亜鉛、マグネシウム蛍光体などでもよく、その出力エネルギーが第３群の蛍光体の出力エネルギーの１０％以下であれば、同様な効果はある。

実施の形態１を示す図で、電球形蛍光ランプの構成図である。実施の形態１を示す図で、蛍光ランプの相対分光分布を示す図である。実施の形態１を示す図で、種々の相対分光分布の発光を雰囲気と見え方で評価した結果を示す図である。実施の形態１を示す図で、横軸を相関色温度、縦軸をＤｕｖとした雰囲気と見え方の評価を示す図である。実施の形態２を示す図で、相対分光分布を示す図である。実施の形態２を示す図で、雰囲気と見え方の評価結果を示す図である。従来の蛍光ランプの相対分光分布を示す図である。

符号の説明

１ガラス管、２蛍光面、３フィラメント、４発光管、５点灯回路、６口金、７外管バルブ。

Claims

発光管のガラス管の内面に蛍光面を備え、前記発光管の通常点灯時の電力を前記ガラス管の内面積で割った管壁負荷が０．０８Ｗ／ｃｍ^２以上である蛍光ランプにおいて、前記発光管の発光する光色について相関色温度が２７００Ｋ〜３１００Ｋ、且つ黒体放射からの偏差Ｄｕｖが−１２〜−５であり、
前記蛍光面は、ユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体と、ユーロピウム、マンガン付活アルミン酸塩蛍光体と、ユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とからなる第１群の蛍光体から少なくとも１種類と、セリウム、テルビウム付活燐酸ランタン蛍光体と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とセリウム、テルビウム付活硼酸ガドリニウム、マグネシウム蛍光体とからなる第２群の蛍光体から少なくとも１種類と、第３群の蛍光体であるユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体とを含み、
前記蛍光面に６２０ｎｍ〜６７０ｎｍにピークのある深赤色蛍光体を含み、前記深赤色蛍光体の発光時の出力エネルギーが前記第３群の蛍光体の出力エネルギーの１０％以下であることを特徴とする蛍光ランプ。
発光管のガラス管の内面に蛍光面を備え、前記発光管の通常点灯時の電力を前記ガラス管の内面積で割った管壁負荷が０．０８Ｗ／ｃｍ ^２以上である蛍光ランプにおいて、前記発光管の発光する光色について相関色温度が２７００Ｋ〜３１００Ｋ、且つ黒体放射からの偏差Ｄｕｖが−１２〜−５であり、
前記蛍光面は、ユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体と、ユーロピウム、マンガン付活アルミン酸塩蛍光体と、ユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とからなる第１群の蛍光体から少なくとも１種類と、セリウム、テルビウム付活燐酸ランタン蛍光体と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とセリウム、テルビウム付活硼酸ガドリニウム、マグネシウム蛍光体とからなる第２群の蛍光体から少なくとも１種類と、第３群の蛍光体であるユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体とを含み、
前記蛍光面に６２０ｎｍ〜６７０ｎｍにピークのある深赤色蛍光体を含まないことを特徴とする蛍光ランプ。