JP4817704B2

JP4817704B2 - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP4817704B2
Application number: JP2005119171A
Authority: JP
Inventors: 量鈴木; 三郎梅田; 千帝坂本
Original assignee: オスラム・メルコ株式会社
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-04-18
Also published as: JP2006302547A

Description

この発明は、蛍光ランプに係り、詳しくは白熱電球を部分照明として使った場合に、全体照明としてバランスが最適な光色の蛍光ランプに関するものである。

一般的に蛍光ランプは、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に電圧が印加されると水銀放電を起こし、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。

三波長形蛍光ランプは、光の３原色の赤、緑、青をバランスよく組合せた蛍光ランプで、演色性（光を照射した物体の色の見え方）に優れ、効率も高く、鮮やかに見え、従来の白色蛍光ランプよりも明るく感じられる。

図５に従来の三波長形蛍光ランプの相対分光分布の一例を示す。使用する蛍光体の一例としては、４５０〜４６０ｎｍ（ナノメートル）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、５４０〜５４５ｎｍ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（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−０６２６４６号公報

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少なくない。これに対応して、食事室の全体の雰囲気を快適な状態にするために全体照明を調整する必要がある。すなわち、白熱電球の相関色温度（黒体は、温度によってさまざまな色で輝く。観測している色を黒体の色に対応させて温度で表したものが、相関色温度である）は２７００Ｋ（ケルビン）程度で、変更の幅が小さく、この光色に合わせた全体照明を考えなければならない。

家庭では全体照明として、円形あるいは直管蛍光ランプを全体照明に使うことが多い。この理由は、効率が白熱電球の５倍以上あることなどによる。このような蛍光ランプの相関色温度は３０００Ｋ〜８０００Ｋであり、特に相関色温度が高い５０００Ｋ〜８０００Ｋのものは白熱電球の部分照明とのバランスが悪く、食事室の雰囲気に課題がある。３０００Ｋ〜４２００Ｋのものについても、十分バランスがとれているというわけではない。あるいは電球形の蛍光ランプにおいては白熱電球に光色を合わせた、２７００Ｋのものもあるが、それでも最適であるということは明確になってはいない。すなわち、現状の蛍光ランプでは白熱電球を使った部分照明に対応する全体照明として、そのバランスが十分ではない可能性があるという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、白熱電球を部分照明として使った場合に、全体照明として、バランスが最適な光色の蛍光ランプを得ることを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプは、ガラス管の内面に蛍光面を備えた蛍光ランプにおいて、蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋ〜２６５０Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−８〜１の範囲に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、蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋ〜２６００Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−６〜−２の範囲に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、以下に示す蛍光体を含むことを特徴とする。
（ａ）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；
（ｂ）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；
（ｃ）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。

また、この発明に係る蛍光ランプは、蛍光面を形成する蛍光体の、ガラス管の内壁面積当たりの重量が０．００６ｇ／ｃｍ^２以上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、部分照明を白熱電球とした場合に、もっとも快適な雰囲気を作ることのできる全体照明用の蛍光ランプを得ることができる。

実施の形態１．
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１は蛍光ランプの発光の相対分光分布を示す図、図２は部分照明として白熱電球を用いた場合に、全体照明としてどのような光色がよいか調べた実験結果、図３はそれをグラフにしたものである。
図１の発光の相対分光分布を持つ蛍光ランプは、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しており、通電することによって、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おり、蛍光面を構成する蛍光体の条件以外は通常の蛍光ランプと同様である。

このランプの点灯中の光色は相関色温度が２４００Ｋ〜２６００Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−６〜−２となっている。この相関色温度と黒体放射軌跡からの偏差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、後者の黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖ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。

ＪＩＳＺ８７２５に記載されているように、相関色温度の値を表示するに際しては、黒体放射軌跡からの偏差ｄｕｖ又はＤｕｖ（＝１０００ｄｕｖ）を併記するのが望ましい。
相関色温度と黒体放射軌跡からの偏差（光源の色度座標が黒体放射軌跡の上側にあるときは正の値を取り、下側にあるときは負の値を取る）を一組として用いると、光源色の色度を表示することができる。

ランプ点灯中の光色は、ガラス管内面の蛍光面を次の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。

食事室の食卓上の部分照明として白熱電球を用いた場合に、全体照明として、どのような光色がよいか調べるために、次のような実験を行った。８畳に相当する広さの部屋の中央に食卓、被照射体としての人間、食品などを配し、食卓上方に白熱電球付きの照明器具を設け、部分照明とした。さらに全体照明として複数の実験用照明器具を配し、白熱電球と、いくつかの種類の蛍光ランプを、種類ごとに切り替えて点灯できるように配線するとともに、それぞれの種類のランプを点灯したときに部屋全体をほぼ均一に、かつ同じ照度に照明できるようにした。さらに室内壁面際にイスを置き、被験者はそのイスに座って、全体照明用ランプを切り替え、雰囲気を、快適な状況かどうかという基準で比較評価した。

結果を図２と図３に示す。図３においては、２２５０Ｋから３０００Ｋの結果のみ示している。いずれも、全体照明用の試験蛍光ランプはあらかじめねらいの光色（相関色温度とＤｕｖ）を決めてから試作し、そのねらいの値を図２あるいは図３に示しており、２２００〜３０００Ｋの範囲では、ねらいに対して相関色温度は±２０、Ｄｕｖは±０．３の範囲に入ったものを用いた。

また、これらの試作ランプの中、いくつかの光色のものは、そのまま第３群の蛍光体を混合しても実現させることはできなかった（例えば、２５００ＫでＤｕｖが１あるいは２４００ＫでＤｕｖが１のランプ）。青の蛍光体を減じてゆけば、相関色温度が低下し、Ｄｕｖが上昇してゆくが、青の蛍光体が０になるとそこから相関温度をさげたり、Ｄｕｖを上げたりできなくなる。その限界が、ほぼ、２７００Ｋ、Ｄｕｖが４と２３００Ｋ、Ｄｕｖが−３を結ぶ直線上にあり、これを図３に破線で図示している。この境界線より左上にあるものについては蛍光体の膜厚を大きくし、水銀線の可視の発光（４０５ｎｍ，４３５ｎｍ，５４６ｎｍ，５７７ｎｍ，５７９ｎｍ）を減じることによって実現した。

図２、図３とも、評価結果は全体照明を白熱電球で行った場合を基準にして示しており、同程度の雰囲気すなわち快適さと評価されたものを△で示し、同様にそれより悪いと評価された場合を×、良いと評価された場合を□、非常によいと評価された場合を○で示した。全体照明として、白熱電球を用いた場合より良いと評価された範囲は、相関色温度が２４００Ｋ〜２６５０Ｋで、Ｄｕｖが−８〜１であり、さらに、相関色温度が２４００Ｋ〜２６００ＫかつＤｕｖが−６〜−２の範囲が最適である。最適な一例は実施例６である。

このように部分照明の相関色温度より全体照明の相関色温度が若干低い方が快適であるという評価となっているが、これは、相関色温度が低い落ち着いた雰囲気の中に部分照明として相関色温度を若干高くするというのがバランスが良いと感じるということを示していると考えられる。２４００Ｋより低くなると、評価が急激に悪くなるのは、その部分照明との差が開きすぎるということもあるが、むしろ、全体照明がオレンジ色っぽくなって、それ自身で、違和感がでてくることが考えられる。これは部分照明として３０００Ｋの電球形蛍光ランプを用いた場合でも、図２、あるいは図３とほとんど同じ結果を得たが、このことから相関色温度の下限値に対する部分照明との相関色温度差の影響が小さいことがわかる。Ｄｕｖが高いと緑味が強く、Ｄｕｖが低いとピンク気味になり、それぞれ、雰囲気が劣ってくる。

実施の形態１によれば、ガラス管の内面に蛍光面を備えた蛍光ランプにおいて、その発光する光色について相関色温度を２４００Ｋ〜２６５０Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖを−８〜１の範囲、さらに、最適な範囲として相関色温度を２４００Ｋ〜２６００Ｋ、かつＤｕｖを−６〜−２の範囲とすることによって、部分照明を白熱電球とした場合に、最も快適な雰囲気を作ることのできる全体照明用の蛍光ランプを得ることができる。
この例では、上記のような蛍光体の組み合わせを例に説明したが、同様な範囲に発光のピークを持つような、異なる種類の蛍光体を用いても同様な効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１あるいは従来例については、ガラス管の内壁面積当たりの、蛍光面を構成する蛍光体の重量が約０．００５ｇ／ｃｍ^２であったが、実施の形態２については、０．００６ｇ／ｃｍ^２以上、例えば、０．００８ｇ／ｃｍ^２とした。それ以外は実施の形態１と同様である。このように蛍光体の厚さ（単位面積当たり重量）を増加させることによって、実施の形態１で説明したように、相関色温度が低く、かつＤｕｖも低い蛍光ランプを可能にするが、この他に演色性が若干改良される効果があり、特に青に対する特殊演色評価指数Ｒ１２の向上に効果がある。

光源による色の再現性を示す演色性は、一般的には平均演色評価指数Ｒａによって数値的に表される。具体的には、演色評価用カラーチャートのＮｏ．１〜Ｎｏ．８のそれぞれについて、自然光に近い基準光を用いた場合の色の見え方と比較し、その違いを平均化したものである。色の見え方が基準光で見た場合とまったく同じであれば１００となり、違いが大きくなるに従って、その値は小さくなってゆく。つまり、１００に近いほど、演色性がよいことを示している。一般に、平均演色評価指数が８０を越えると光源は演色性がよいとされる。

また、高彩度の色彩や木の葉、肌など特定なものに対する演色性は、演色性カラーチャートＮｏ．９〜Ｎｏ．１５（Ｎｏ．９赤、Ｎｏ．１０黄、Ｎｏ．１１緑、Ｎｏ．１２青、Ｎｏ．１３西洋人の肌色、Ｎｏ．１４木の葉の緑、Ｎｏ．１５日本人女性の肌色）を用いて評価し、それぞれ特殊演色評価指数Ｒ９〜Ｒ１５として表す。

例えば、実施例６に対応する２５００Ｋ、Ｄｕｖが−４とした場合、特殊演色評価指数Ｒ１２が実施の形態１（０．００５ｇ／ｃｍ^２）では、６７に対して、０．００８ｇ／ｃｍ^２では７２とり約５ポイント改善され、平均演色評価指数Ｒａや他の特殊演色評価指数（Ｒ９〜Ｒ１１、Ｒ１３〜Ｒ１５）も０．５〜１．０よくなる。一方、上記の全体の雰囲気を主体にした試験ではこのガラス管の内壁面積当たりの蛍光体の重量の影響はみられなかった。この程度の演色性の増加は全体の雰囲気には影響を与えないということを示していると考えられる。

図４に蛍光体重量と特殊演色評価指数Ｒ１２の関係を示す。特殊演色評価指数Ｒ１２は、０．０５ｇ／ｃｍ^２から０．０６ｇ／ｃｍ^２に増加させると３ポイントと比較的大きく変化して７０に到達し、０．０６ｇ／ｃｍ^２に大きくする効果はある。しかしながら、０．００８ｇ／ｃｍ^２より大きくしても、特殊演色評価指数Ｒ１２の増加は余り大きくないということはいえる。このことは、０．０６ｇ／ｃｍ^２以上では蛍光体重量の変動に対して、分光分布の変動幅が小さく、特殊演色評価指数Ｒ１２に対する変化も小さいということに由来する。すなわち０．０６ｇ／ｃｍ^２以上では分光分布が安定化ということもいえる。
このように、蛍光体を厚くする効果は、以下の通りである。
前述したように、主に青から緑にある水銀輝線を小さくするが、この発光は、見え方という面からは必ずしも適切な波長にない。一方、これを補う形で付け加える青の蛍光体の発光は見え方の面で、適切な分光分布を持つものを選んでおり、結果として、より適切な分光分布が形成されることによる。

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、部分照明として白熱電球を用いた場合に、全体照明としてどのような光色がよいか調べた実験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とした雰囲気の評価をグラフにした図である。実施の形態２を示す図で、蛍光体重量と特殊演色評価指数Ｒ１２の関係を示す図である。従来の蛍光ランプの相対分光分布を示す図である。

Claims

ガラス管の内面に蛍光面を備えた蛍光ランプにおいて、蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋ〜２６００Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−６〜−２の範囲にあり、
部屋の一部分を照らす部分照明に、相関色温度が２７００Ｋ、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが０の光色を発光する白色電球を用い、かつ、部屋の全体を照らす全体照明に、上記蛍光ランプを用いる場合、上記蛍光ランプの発光する光色は、部屋の全体照明に上記蛍光ランプ以外の蛍光ランプを用いるよりも上記蛍光ランプを用いるほうが、上記白色電球の発光する光色とのバランスが良いと感じる光色であり、部屋にいる人間が部屋の全体の雰囲気が快適な状態であると評価する光色であることを特徴とする蛍光ランプ。
上記蛍光面は、以下に示す蛍光体を含むことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
（ａ）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；
（ｂ）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；
（ｃ）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。
上記蛍光面を形成する蛍光体の、ガラス管の内壁面積当たりの重量が０．００６ｇ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蛍光ランプ。
前記蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋ〜２５００Ｋであり、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−６〜−２の範囲にあることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の蛍光ランプ。
前記蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２５００Ｋであり、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−４であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の蛍光ランプ。
前記蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋであり、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の蛍光ランプ。
前記蛍光ランプの発光する光色は、相関色温度が２４００Ｋであり、かつ黒体放射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−６であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の蛍光ランプ。