JP4732713B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、放電容器を有し、放電媒体を有し、この放電媒体は放電容器の内部に存在し、ランプの動作中にはＶＵＶ領域の電磁放射を放出し、蛍光物質を有し、この蛍光物質は放電容器の壁面に塗付されている、放電ランプに関する。

とりわけ本発明は、蛍光物質を有する放電ランプに関し、この放電ランプでは動作中に放電ランプの放電容器内部に含まれる放電媒体から電磁放射が主にＶＵＶ領域において放出される。ＶＵＶ領域とはこの場合ほぼ２００ｎｍより下の波長と見なし、とりわけほぼ１００ｎｍ〜２００ｎｍの領域の波長である。ＶＵＶ放射は蛍光物質によってより長い波長を有する放射に変換され、例えば可視スペクトル領域に変換される。

とりわけ本発明は上記タイプの放電ランプに関し、これらの放電ランプはさらに誘電的に妨げられた放電による動作のために設計されており、いわゆる誘電体バリア放電ランプである。このような放電ランプは、それ自体従来技術であり、既に極めて詳しく同一の出願人の以前の特許出願に示されている。このような放電ランプの基本的な物理的及び技術的詳細はここではもはや詳しくは説明しないが、その代わりに関連従来技術を参照してほしい。関連従来技術においてはこれらのランプは時には無音放電ランプとも呼ばれている。これらの放電ランプはとりわけパルス動作モードにも適しており、このパルス動作モードではとりわけ良好な放射発生効率が生じる。これらのランプは典型的には希ガス、有利にはキセノン乃至は希ガス混合気により充填されている。ランプ動作中には放電容器内部にとりわけエキシマ、例えばＸｅ_２ ^＊が発生し、このＸｅ_２ ^＊は最大でほぼ１７２ｎｍの分子バンド放射（molecular band radiation）を放出する。

例えば一般照明、カラースキャナ、カラー液晶ディスプレイのバックライトなどのための白色光を前提とする適用事例では、ＶＵＶ放射は適当な白色光蛍光物質混合物によって変換される。このために従来は赤色、緑色及び青色を放出する蛍光物質成分（ＲＧＢ）の３バンド蛍光物質混合物が考察されてきた。しかし、問題は、とりわけ通常使用される青色蛍光物質成分がランプ寿命の経過においてＶＵＶ放射によって損なわれ、これによって明度が失われることである。これによって蛍光物質混合物の個々の蛍光物質成分の明度は異なって変化し、結果的に色位置ずれ（color locus displacement）の増大を生じる。さらに、青色蛍光物質成分から放出される放射がより長い波のスペクトル領域へとシフトする。さらに、周知の赤色蛍光物質成分はＶＵＶ放射による励起において比較的悪い量子効率を有する。

特許文献ＵＳ−Ａ５７１４８３５は白色光蛍光物質混合物による誘電体バリア放電ランプを示している。この白色光蛍光物質混合物の成分は
赤色蛍光物質成分（Ｙ_０．７２Ｇｄ_０．２Ｅｕ_０．０８）ＢＯ_３、
緑色蛍光物質成分（Ｌａ_０．４３Ｃｅ_０．３９Ｔｂ_０．１８）ＰＯ_４、
青色系物質成分（Ｂａ_０．９４Ｅｕ_０．０６）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７
である。放電媒体としてはランプの内部には希ガスキセノンが存在する。ランプ動作中には放電媒体は２００ｎｍより短い波長を有する放射を放出し、この放射は白色光蛍光物質混合物によって白色光に変換される。
ＵＳ−Ａ５７１４８３５

本発明の課題は、冒頭で言及した問題を除去し、動作中にＶＵＶ放射を放出する放電媒体で充填された蛍光物質を有する放電ランプを提供し、この放電ランプがその光技術的な特性に関して改善された長時間挙動を示すことである。この課題の特別な局面は、ランプがその寿命の間に比較的小さい色位置ずれを有することである。この課題の別の局面は比較的高い光束を得ることである。

上記課題は、蛍光物質は黄色蛍光物質成分及び青色蛍光物質成分（２バンド蛍光物質）から成ることによって解決される。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、両方の蛍光物質成分はそれぞれ別個の蛍光物質層に、すなわち黄色蛍光物質層及び青色蛍光物質層として塗付されている。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、蛍光物質層の順番は、放電媒体から見てまず最初に黄色蛍光物質層、その後で青色蛍光物質層がくる。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、両方の蛍光物質層は放電容器の壁面の内側に塗付されており、より詳しく言うと黄色蛍光物質層の下に青色蛍光物質層が塗付されている。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、両方の蛍光物質層は放電容器の壁面の内側に塗付されており、より詳しく言うと青色蛍光物質層の下に黄色蛍光物質層が塗付されており、「外側の」青色蛍光物質層の厚さは、「内側の」黄色蛍光物質層が青色蛍光物質層によって実質的に完全にＶＵＶ放射から遮蔽されるように選択されている。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、両方の蛍光物質成分は共通の蛍光物質層において混合されている。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、黄色蛍光物質成分（Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＡＧ：Ｃｅを有する。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、青色蛍光物質成分ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを有する。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、青色蛍光物質成分ＳｒＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを有する。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、青色蛍光物質成分（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを有する。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、放電媒体は希ガスキセノンを含む。

本発明の特に有利な更に別の実施形態では、誘電体バリア放電ランプとして設計されている。

本発明によれば蛍光物質は赤色蛍光物質成分なしですむので、すなわち比較的悪いＶＵＶ励起効率を有する蛍光物質成分を放棄するので、比較的高い光束を得ることができる。

両方の蛍光物質成分は原理的に蛍光物質混合物として唯一の蛍光物質層に塗付されうる。これは次のような利点を有する。すなわち、蛍光物質放射の得られる色位置は調整される層厚の製造変動には依存しない、従って、色位置は両方の蛍光物質成分の各々がそれぞれ別個の層において塗付される場合よりも簡単かつ正確に一定に保持される。更なる詳細は実施例に記載されている。

しかし、有利には、両方の蛍光物質成分はそれぞれ別個の蛍光色物質層において、すなわち黄色蛍光物質層及び青色蛍光物質層において塗付される。第１の変形実施形態では、蛍光物質層の順番が、放電媒体から見てまず最初に黄色蛍光物質層、例えばＹＡＧ：Ｃｅであり、その後に青色蛍光物質層、例えばＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕがくる。このために、両方の蛍光物質層は放電容器の壁面の内側に塗付され、より詳しく言えば黄色蛍光物質層の下に青色蛍光物質層が塗付される。これは次のような付加的な利点を有する。すなわち、黄色蛍光物質層が高エネルギーＶＵＶ放射を部分的に吸収し、このためその下にあるＶＵＶ感応性青色蛍光物質層を保護するのである。これによって、結局は青色蛍光物質層の改善された長時間挙動が得られる。前述の手段によって、最終的に、冒頭で言及した、通常はＶＵＶ放射に付随して生じるこのＶＵＶ感応性蛍光物質の明度の低下及びこのことから蛍光物質混合物において結果的に生じる色位置ずれが回避又は少なくとも低減される。さらに黄色・青色蛍光物質組み合わせの所期の選択は、例えばＹＢＯ_３：Ｅｕのような比較的効率の悪い赤色蛍光物質成分の放棄を可能にする。これによってより高い光束が得られる。

第２の変形実施形態では、２つの蛍光物質成分が逆の順番に塗付され、すなわち、放電媒体を基準にして「外側の」第１の蛍光物質層が青色蛍光物質成分、例えばＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１６：Ｅｕから成る。これに対して、放電媒体を基準にして「内側の」第２の蛍光物質層が黄色蛍光物質成分、例えばＹＡＧ：Ｃｅから成る。さらにこの場合「外側の」青色蛍光物質層の厚さは、この青色蛍光物質層に入射するＶＵＶ放射がそこで実質的に完全に吸収され、結果的にその下にある「内側の」黄色蛍光物質層が実質的に完全にＶＵＶ放射から遮蔽されるように選択される。これによって、黄色蛍光物質は専ら青色蛍光物質層から放出される青色放射によって励起される。これにより、ランプ燃焼持続の経過において黄色放射は、発生するＶＵＶ放射による青色蛍光物質層のデグラデーションのために青色放射が減衰するのと同じ割合で減衰することが達成される。結局のところ、我々はこれらの手段によって色位置が有利にはほぼランプの動作持続時間には無関係に一定にしておくことを実現する。「外側の」青色蛍光物質層に対してＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１６：Ｅｕを使用する場合には、ほぼ３．２０ｍｇ/ｃｍ^２と３．４０ｍｇ/ｃｍ^２との間の領域の層重量（layer weights）が適当であると判明した。

原理的にはＶＵＶ放射によって励起可能な全ての周知の黄色乃至は青色蛍光物質成分が、有利には高い量子効率を有するこのような黄色乃至は青色蛍光物質成分が適している。詳しく言えば、とりわけ以下のような蛍光物質が適している。

黄色蛍光物質成分としては例えば
Ａ） （Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＡＧ：Ｃｅ
が適している。

青色蛍光物質成分としては例えば
Ｂ） ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
Ｃ） ＳｒＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
Ｄ） （Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
が適している。

上記の蛍光物質成分の化学量論的組成のわずかなバリエーションは通常のことであり、それゆえ上記の記述に含まれる。

次に本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

本発明の実施例の以下の説明においては図１〜３を参照してほしい。

放電ランプ１は、ほぼ１０ｍｍの外径を有する、両端部が密閉された管状の放電容器２を有する。この放電容器２はソーダ石灰ガラスから成り、放電媒体としてほぼ１５ｋＰａの圧力を有するキセノンで充填されている。放電容器２の壁面の外側には２つのライン状の導体線路として形成された金属電極３ａ、３ｂが直径上に互いに向かいあってかつ放電容器の長手軸に平行に載置されている。放電容器２の壁面の内側（ほぼ４５０ｃｍ^２）には２つの蛍光物質層４及び５が塗付されている。放電媒体から見て最初の蛍光物質層５は黄色蛍光物質成分ＹＡＧ：Ｃｅから成る。放電媒体から見て２番目の蛍光物質層４はＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１６：Ｅｕから成る。

このランプタイプＩについては異なる層重量乃至は２つの層４乃至は５の層重量の比率を有する複数の試験ランプが製造された。これによって得られる色位置の座標（ＣＩＥ標準色度図による）は次のテーブルに記載されている。

ランプ番号１２によって比較可能な標準ＲＧＢランプに対して１３％の補正された輝度増加が得られた。このランプの測定されたスペクトルは図４に示されている。この場合、Ｙ及びＸ軸は相対エネルギ乃至はｎｍの波長を示す。

本発明の更に別の実施例の以下の説明では図５〜７を参照してほしい。

ここでは２つの蛍光物質成分は第１の実施例の場合とは逆の順番で塗付されており、すなわち放電媒体から見て最初の蛍光物質層７は青色蛍光物質成分ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１６：Ｅｕから成り、放電媒体から見て２番目の蛍光物質層６は黄色蛍光物質成分ＹＡＧ：Ｃｅから成る。このランプタイプＩＩについては青色及び黄色蛍光物質の異なる層厚比率を有する複数の試験ランプが製造された。これによって得られる色位置の座標（ＣＩＥ標準色度図による）は次のテーブルに記載されている。層厚はこの場合一般的に習慣通り相応の層重量によって表現される。

更に別の実施例はただ１つの蛍光物質層を有する上記２つの実施例のランプの変形例（図示せず）に関し、このただ１つの蛍光物質層においては青色蛍光物質成分ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１６：Ｅｕ（ＢＡＭ）と黄色蛍光物質成分ＹＡＧ：Ｃｅ（ＹＡＧ）とが混合されている。

このランプタイプＩＩＩについては同様に青色及び黄色蛍光物質の異なる比率を有する複数の試験ランプが製造された。これによって得られる色位置の座標（ＣＩＥ標準色度図による）は次のテーブルに記載されている。

次のテーブルは１００乃至は５００時間燃焼持続の後の上記の実施例の試験ランプのメンテナンスデータの一覧表を示す。見て取れるように、２バンドランプの全ての３つのタイプ（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）は比較された従来型の３バンドデザイン（ＲＧＢ）と比べて向上した色位置安定性を示し、青色蛍光物質層が放電に面しているデザイン（タイプＩＩ）は、なるほど最高の光束減少を有するが、同時に最高の色位置安定性を有する。

これまで本発明は管状放電ランプの例において説明されてきた。しかし、本発明はこのランプタイプに限定されるものではない。むしろ本発明はその有利な作用を放電容器の形状には無関係に発揮する。それゆえ、例えば文献ＵＳ−Ａ５９９４８４９に開示されているような面状のランプ形状も同様に適している。さらに放電容器壁面の外側に又は代わりに内側に電極が配置されるか、及び、誘電体層によって被覆されているかどうかは原理的に重要ではない。電極は完全に露出されていてもよいのである。決定的なことは、冒頭に挙げた問題に関連して、放電媒体がランプ動作中にＶＵＶ放射を放出することだけである。しかし、誘電体バリア放電ランプはこれに関して確かな利点を有する。なぜなら、冒頭ですでに言及したようにこれによって特定のパルス動作においてとりわけ効率的にＶＵＶ放射が発生されるからである。

側面図における誘電体バリア放電ランプの第１の実施例である。

ラインＡＢに沿った図１のランプの断面図である。

図２の断面図の部分拡大図である。

図１〜３の試験ランプのスペクトルを示す線図である。

側面図における誘電体バリア放電ランプの第２の実施例である。

ラインＡＢに沿った図５のランプの断面図である。

図６の断面図の部分拡大図である。

符号の説明

１、１’ 放電ランプ
２、２’ 放電容器
３ａ、３ｂ、３ａ’、３ｂ’ 電極
４ 「内側の」蛍光物質層
５ 「外側の」蛍光物質層
６ 「内側の」蛍光物質層
７ 「外側の」蛍光物質層

Claims (9)

1. 放電ランプ（１；１’）であって、
   放電容器（２；２’）を有し、
   放電媒体を有し、該放電媒体は前記放電容器（２；２’）の内部に存在し、ランプの動作中にはＶＵＶ領域の電磁放射を放出し、
   蛍光物質（４−７）を有し、該蛍光物質（４−７）は前記放電容器（２；２’）の壁面に塗付されている、放電ランプ（１；１’）において、
   前記蛍光物質（４−７）は黄色蛍光物質成分及び青色蛍光物質成分から成っており、当該両方の蛍光物質成分はそれぞれ別個の蛍光物質層に、すなわち黄色蛍光物質層（５；６）及び青色蛍光物質層（４；７）として塗付されており、前記蛍光物質層（４；５）は、放電媒体から見てまず最初に黄色蛍光物質層（５）、その後で青色蛍光物質層（４）がくる順番で配置されていることを特徴とする、放電ランプ（１；１’）。
2. 両方の蛍光物質層（４；５）は放電容器（２）の壁面の内側に塗付されており、より詳しく言うと黄色蛍光物質層（５）の下に青色蛍光物質層（４）が塗付されている、請求項１記載の放電ランプ。
3. 両方の蛍光物質層（６；７）は放電容器（２）の壁面の内側に塗付されており、より詳しく言うと青色蛍光物質層（７）の下に黄色蛍光物質層（６）が塗付されており、青色蛍光物質層（７）の厚さは、黄色蛍光物質層（６）が前記青色蛍光物質層（７）によって実質的に完全にＶＵＶ放射から遮蔽されるように選択されている、請求項１記載の放電ランプ。
4. 黄色蛍光物質成分
   （Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＡＧ：Ｃｅ
   を有する、請求項１〜３のうちの１項記載の放電ランプ。
5. 青色蛍光物質成分
   ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
   を有する、請求項１〜４のうちの１項記載の放電ランプ。
6. 青色蛍光物質成分
   ＳｒＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
   を有する、請求項１〜４のうちの１項記載の放電ランプ。
7. 青色蛍光物質成分
   （Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ
   を有する、請求項１〜４のうちの１項記載の放電ランプ。
8. 放電媒体は希ガスキセノンを含む、請求項１〜７のうちの１項記載の放電ランプ。
9. 誘電体バリア放電ランプとして設計されている、請求項１〜８のうちの１項記載の放電ランプ。

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