JP5387626B2 - Fluorescent lamp - Google Patents

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Description

この発明は、紫外領域の光を放射する蛍光ランプに関するものであり、特に、波長200〜250nm近傍の発光を得る蛍光ランプに係わるものである。   The present invention relates to a fluorescent lamp that emits light in the ultraviolet region, and more particularly to a fluorescent lamp that obtains light emission in the vicinity of a wavelength of 200 to 250 nm.

紫外線はさまざまな処理対象物の改質や、または光化学反応を利用した処理によって物質を製造する際に利用されている。そして、例えば紫外線による接着剤などの樹脂の硬化処理や、プリント基板などの露光処理では波長200nm台の紫外光が利用されている。
また、近時では半導体の製造工程において、低誘電率膜(low−k膜)の機械的強度を向上させるプロセスでも同じ波長帯の紫外光が利用されている。
Ultraviolet rays are used in the production of substances by modification of various objects to be treated or treatments using photochemical reactions. For example, ultraviolet light having a wavelength of about 200 nm is used in the curing process of a resin such as an adhesive with ultraviolet rays or the exposure process of a printed circuit board.
In recent years, ultraviolet light having the same wavelength band is also used in a process for improving the mechanical strength of a low dielectric constant film (low-k film) in a semiconductor manufacturing process.

上記の半導体の低誘電率膜(low−k膜)製造においては、近年、デバイスの高集積化によって、細密配線及び多層配線構造に対する需要が高まり、消費電力を低減しながらデバイスの処理速度を増加させる目的で層間容量を減少させるためにlow−k膜材料が使用されるようになってきた。
このため、材料の誘電率の減少に伴う材料の機械的強度(弾性率、またはEM)の減少が無視できなくなり、従来の熱(アニール)による硬化処理から、機械強度を増大させる目的で紫外線を照射して硬化処理することで強度低下を改善する方法が採用されるようになってきている。
そして、このようなlow−k膜の強度改善に使用される紫外光としては、特許文献1(特開2009−289996号公報)に示されるように、波長200nm台の発光を含む紫外線が有効であり、特に200〜260nm、より望ましくは波長220〜250nmの光が必要であるといわれている。
In the manufacturing of low dielectric constant films (low-k films) for semiconductors, the demand for fine wiring and multilayer wiring structures has increased in recent years due to the high integration of devices, increasing the processing speed of devices while reducing power consumption. In order to reduce the interlayer capacitance, a low-k film material has been used.
For this reason, a decrease in the mechanical strength (elastic modulus or EM) of the material due to a decrease in the dielectric constant of the material is not negligible. From the conventional heat (annealing) curing process, ultraviolet rays are used for the purpose of increasing the mechanical strength. A method of improving strength reduction by irradiating and curing is being adopted.
As ultraviolet light used for improving the strength of such a low-k film, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-289996), ultraviolet light including light having a wavelength of about 200 nm is effective. In particular, it is said that light having a wavelength of 200 to 260 nm, more preferably 220 to 250 nm is required.

特開2009−289996号公報JP 2009-289996 A

従来、200nm台の波長域の紫外光を放射するランプとしては、発光管の内部に水銀が封入されたロングアークタイプの高圧水銀ランプが知られている。
しかしながら、このような紫外線放射ランプは発光管の内部に水銀を封入したものであって、当然のこととしてその特性は水銀の蒸発の状態に依存するものであるため、ランプを使用する周囲温度条件によって、立ち上がりが遅かったり、発光特性が安定しないといった問題がある。
また、高圧水銀ランプは主に水銀の共鳴線として代表的な250〜320nmの範囲の光を放射するものであって、low−k膜の強度改善に必要な200〜260nm、望ましくは220〜250nmの光出力が十分ではないといった問題がある。
また更には、高圧水銀ランプは発光管の内部に電極を備える構造のため、電極に含まれるエミッタの枯渇状態によって電極寿命が決まるため、通常はその寿命が1万時間以内と短くランニングコストが大きくなるといった問題がある。
このようなことから、波長200〜260nm、望ましくは220〜250nmの光出力が大きく、水銀を使用しない、長寿命の光源の開発が要求されている。
Conventionally, a long arc type high-pressure mercury lamp in which mercury is sealed inside an arc tube is known as a lamp that emits ultraviolet light in a wavelength range of 200 nm.
However, such an ultraviolet radiation lamp is one in which mercury is sealed in the arc tube, and naturally its characteristics depend on the state of mercury evaporation. Therefore, there is a problem that the rise is slow and the light emission characteristics are not stable.
The high-pressure mercury lamp mainly emits light in the range of 250 to 320 nm, which is a typical resonance line of mercury, and is 200 to 260 nm, preferably 220 to 250 nm, necessary for improving the strength of the low-k film. There is a problem that the light output is not sufficient.
Furthermore, since the high-pressure mercury lamp has an electrode inside the arc tube, the life of the electrode is determined by the depleted state of the emitter contained in the electrode. Therefore, the life is usually as short as 10,000 hours and the running cost is high. There is a problem of becoming.
For this reason, there is a demand for the development of a long-life light source that has a large light output at a wavelength of 200 to 260 nm, desirably 220 to 250 nm, and does not use mercury.

本発明は、上記のような事情に鑑みて、放電ガスとして水銀を用いることなく、波長200〜260nmの紫外線発光強度が大きい、換言すれば、変換効率の高い蛍光ランプを提供することにある。   In view of the circumstances as described above, the present invention is to provide a fluorescent lamp having a high ultraviolet light emission intensity with a wavelength of 200 to 260 nm, in other words, high conversion efficiency, without using mercury as a discharge gas.

上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光ランプは、石英ガラスからなり、内部にキセノンを含む放電ガスが封入されてなる発光管と、該発光管の外部に配置された一対の電極と、前記発光管の内面に形成された蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層が、一般式が(Y1−X,Pr)Al12で表される蛍光体を備えるものであることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fluorescent lamp according to the present invention is made of quartz glass, an arc tube in which a discharge gas containing xenon is enclosed, and a pair of electrodes disposed outside the arc tube. In the fluorescent lamp comprising a phosphor layer formed on the inner surface of the arc tube, the phosphor layer is represented by a general formula (Y 1-X , Pr X ) Al 3 B 4 O 12. It is characterized by comprising a phosphor.

また、前記蛍光体は、xが0.05〜0.07の範囲であることを特徴とする。   The phosphor is characterized in that x is in the range of 0.05 to 0.07.

また、前記発光管と蛍光体層の間に、軟質ガラスまたは硬質ガラスからなるガラス層を形成してなることを特徴とする。   Further, a glass layer made of soft glass or hard glass is formed between the arc tube and the phosphor layer.

また、前記発光管の内面に、紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。   Further, an ultraviolet reflecting film is formed on the inner surface of the arc tube.

また、前記紫外線反射膜は、ピロリン酸カルシウム(Ca)、リン酸カルシウム(Ca(PO)、ピロリン酸マグネシウム(Mg)、もしくは、Ba−Na−Si−Oのいずれかを含むことを特徴とする。 Moreover, the ultraviolet reflection film, calcium pyrophosphate (Ca 2 P 2 O 7) , calcium phosphate (Ca 3 (PO 4) 2 ), magnesium pyrophosphate (Mg 2 P 2 O 7) , or, Ba-Na-Si- Any one of O is included.

本発明に係る蛍光ランプによれば、200nm台の発光スペクトルを効率よく発光し、長時間点灯による劣化が少ないという効果を奏する。
また、発光管と蛍光体層の間にガラス層を形成したことにより、蛍光体層が強固に発光管に結合されて、剥離や脱落したりすることがない。
According to the fluorescent lamp of the present invention, the emission spectrum of the 200 nm range is efficiently emitted, and there is an effect that deterioration due to long-time lighting is small.
Further, since the glass layer is formed between the arc tube and the phosphor layer, the phosphor layer is firmly bonded to the arc tube, and does not peel off or fall off.

本発明に係る蛍光ランプの断面図。Sectional drawing of the fluorescent lamp which concerns on this invention. 図1のP部の拡大断面図。The expanded sectional view of the P section of FIG. 本発明の他の実施例の断面図。Sectional drawing of the other Example of this invention. 本発明の蛍光ランプの発光スペクトルグラフ。The emission spectrum graph of the fluorescent lamp of this invention. 本発明の蛍光ランプの発光効率(相対値)グラフ。The luminous efficiency (relative value) graph of the fluorescent lamp of this invention.

図1は、本発明の1実施形態に係る蛍光ランプの断面図であり、(A)は軸方向断面図、(B)は径方向断面図である。また、図2は図1(A)の拡大断面図である。
図1に示すように、石英ガラスからなる発光管2の外周面上には、一対の外部電極3,4が対向配置されており、該外部電極3、4は管軸方向に伸びる概略帯状の形状をなし、例えば、銀(Ag)とフリットガラスを混合した銀ペーストや、金(Au)とフリットガラスを混合した金ペーストなどの導電膜より形成されている。
前記外部電極3、4にはそれぞれリード線W1、W2が接続されており、これらが高周波電圧を発生する電源8に接続されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluorescent lamp according to an embodiment of the present invention, in which (A) is an axial cross-sectional view and (B) is a radial cross-sectional view. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of FIG.
As shown in FIG. 1, a pair of external electrodes 3 and 4 are disposed oppositely on the outer peripheral surface of an arc tube 2 made of quartz glass, and the external electrodes 3 and 4 have a substantially band-like shape extending in the tube axis direction. For example, it is formed of a conductive film such as a silver paste mixed with silver (Ag) and frit glass, or a gold paste mixed with gold (Au) and frit glass.
Lead wires W1 and W2 are connected to the external electrodes 3 and 4, respectively, and these are connected to a power source 8 that generates a high-frequency voltage.

発光管2は、波長200nm域の紫外線に対して透過性の高い石英ガラスからなり、溶融石英ガラス、合成石英ガラス、オゾンレス石英ガラスのいずれでも使用可能である。ただこの場合、紫外線による劣化を低減するためにOH基濃度が100ppm以上である石英ガラスを使用することが望ましい。
そして、発光管2内には放電ガスとして希ガスが封入されるが、希ガスとしては、キセノンのみ、或いは、キセノンと他の希ガスの混合ガスのいずれであってもよい。
The arc tube 2 is made of quartz glass that is highly transmissive to ultraviolet rays having a wavelength of 200 nm, and any of fused quartz glass, synthetic quartz glass, and ozone-less quartz glass can be used. In this case, however, it is desirable to use quartz glass having an OH group concentration of 100 ppm or more in order to reduce deterioration due to ultraviolet rays.
The arc tube 2 is filled with a rare gas as a discharge gas. The rare gas may be either xenon alone or a mixed gas of xenon and another rare gas.

図2に詳細が示されるように、前記発光管2の内面には、ガラス層5がほぼ全域に広がるように形成されている。そして、このガラス層5の内表面上に積層されるように蛍光体層6が形成されている。
ガラス層5は、発光管2を構成する石英ガラスに対して蛍光体層6を付着させるためのものであり、そのガラスの特性として好ましくは、軟化点が蛍光体の焼成温度(400〜900℃)範囲にあるものであり、具体的に材質を述べると軟質ガラスや硬質ガラスである。特に好ましくは、耐熱衝撃性の良好な硬質ガラスである。
As shown in detail in FIG. 2, a glass layer 5 is formed on the inner surface of the arc tube 2 so as to spread almost entirely. A phosphor layer 6 is formed so as to be laminated on the inner surface of the glass layer 5.
The glass layer 5 is for adhering the phosphor layer 6 to the quartz glass constituting the arc tube 2, and preferably has a softening point as the firing temperature of the phosphor (400 to 900 ° C.). ) And is specifically soft glass or hard glass. Particularly preferred is a hard glass with good thermal shock resistance.

このようなガラス層5を蛍光体層6と発光管2の間に介在させることにより、以下の効果が奏される。
蛍光体層6を発光管2に直接付着させる場合には、発光管2の内表面に蛍光体を塗布したのち、焼成温度を、発光管2を構成するガラスの温度近傍まで昇温して焼成する工程を経る。しかしながら、発光管材料に石英ガラスを用いた場合、その軟化点は約1600℃であり、蛍光体をこのような高温度域にまで加熱した場合には蛍光体の劣化が生じて所定の光が得られなくなる。一方、蛍光体の焼成温度を、その発光特性に問題が生じないような温度域、例えば900℃以下に低下させて焼成すると、石英ガラスの軟化が得られなくなり、蛍光体層6が管壁から剥がれて落下してしまうという不具合を起こす。その結果、所定の配光分布が得られなくなるという問題が生じる。
By interposing such a glass layer 5 between the phosphor layer 6 and the arc tube 2, the following effects are exhibited.
When the phosphor layer 6 is directly attached to the arc tube 2, the phosphor is applied to the inner surface of the arc tube 2, and then the firing temperature is raised to near the temperature of the glass constituting the arc tube 2. It goes through the process to do. However, when quartz glass is used as the arc tube material, the softening point is about 1600 ° C., and when the phosphor is heated to such a high temperature range, the phosphor is deteriorated and predetermined light is emitted. It can no longer be obtained. On the other hand, when the firing temperature of the phosphor is lowered to a temperature range that does not cause a problem in the light emission characteristics, for example, 900 ° C. or less, the quartz glass cannot be softened, and the phosphor layer 6 is removed from the tube wall. It causes the problem of peeling off and falling. As a result, there arises a problem that a predetermined light distribution cannot be obtained.

本実施形態に係る蛍光ランプによれば、石英ガラスよりも軟化点が低い軟質ガラスや硬質ガラスからなるガラス層5を発光管2内面上に形成するため、蛍光体の焼成温度を低く設定することが可能で、蛍光体層6を安定的に保持することができるようになる。更に、ガラス層5自体の厚みは3〜30μm程度に設ければ蛍光体層6を保持することができるため、ガラス層5によって透過率を著しく低下させるものではない。   According to the fluorescent lamp according to the present embodiment, the glass layer 5 made of soft glass or hard glass having a softening point lower than that of quartz glass is formed on the inner surface of the arc tube 2, so that the firing temperature of the phosphor is set low. The phosphor layer 6 can be stably held. Furthermore, if the thickness of the glass layer 5 itself is set to about 3 to 30 μm, the phosphor layer 6 can be held. Therefore, the glass layer 5 does not significantly reduce the transmittance.

前記ガラス層5の具体的な材質としては、硬質ガラスの場合、ホウケイ酸ガラス(Si−B−O系ガラス、軟化点:約800℃)、アルミノケイ酸ガラス(Si−Al−O系ガラス、軟化点:約900℃)、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスが好ましく、このような硬質ガラスは、単独で用いても良いし適宜の割合で混合して用いても良い。なお、ガラスの形態としては粉末状であることが好ましい。   Specific materials for the glass layer 5 include borosilicate glass (Si—B—O glass, softening point: about 800 ° C.), aluminosilicate glass (Si—Al—O glass, softening) in the case of hard glass. Point: about 900 ° C.) or a glass added with an alkaline earth oxide, alkali oxide, or metal oxide based on any of these compositions is preferable, and such a hard glass may be used alone. And you may mix and use it in a suitable ratio. In addition, it is preferable that it is a powder form as a form of glass.

ガラス層5が発光管2の内面上に形成されていることにより、上述したように、ガラス層5上に積層形成される蛍光体層6が、発光管2に強固に保持され、蛍光体層6の剥離や脱落のない信頼性の高い蛍光ランプを提供することができるようになる。
しかも、発光管2の材質として紫外線透過率が高い石英ガラスを使用しているため、波長200nm台(200〜260nm、望ましくは220〜250nm)の紫外光の透過率が良好で紫外光の放射効率が高い蛍光ランプとすることができる。
Since the glass layer 5 is formed on the inner surface of the arc tube 2, as described above, the phosphor layer 6 laminated on the glass layer 5 is firmly held by the arc tube 2, and the phosphor layer Thus, it is possible to provide a highly reliable fluorescent lamp that does not peel off or fall off.
Moreover, since quartz glass having a high ultraviolet transmittance is used as the material of the arc tube 2, the transmittance of ultraviolet light with a wavelength range of 200 nm (200 to 260 nm, desirably 220 to 250 nm) is good and the radiation efficiency of ultraviolet light. The fluorescent lamp can be made high.

蛍光体層6を構成する蛍光体は、キセノンガスのエキシマ発光により放射された146nmや172nm等の真空紫外光が照射され、これにより励起されて、波長200nm台、詳細にいうと波長200〜260nm、望ましくは220〜250nmの発光特性が良好な蛍光体であり、下記の一般式で表されるものである。   The phosphor constituting the phosphor layer 6 is irradiated with vacuum ultraviolet light such as 146 nm and 172 nm emitted by the excimer emission of xenon gas, and excited by this to be in the wavelength range of 200 nm, specifically, the wavelength of 200 to 260 nm. Desirably, the phosphor has good light emission characteristics of 220 to 250 nm, and is represented by the following general formula.

(Y1−X,Pr)Al12
好ましくは、x=0.05〜0.07
(Y 1-X , Pr X ) Al 3 B 4 O 12
Preferably, x = 0.05 to 0.07

上記蛍光体を用いることにより、波長200〜260nm、望ましくは220〜250nmの発光特性を最大とし、効率が極めて良好な蛍光ランプを提供することができる。   By using the above phosphor, it is possible to provide a fluorescent lamp that maximizes light emission characteristics at a wavelength of 200 to 260 nm, desirably 220 to 250 nm, and has extremely good efficiency.

本発明において、ランプの構造に関しては種々の変更が可能であり、図3にそのいくつかが例示されている。
図3(A)において、蛍光体層6の円周状の一部が取り去られていて、当該部分は光取り出し用のアパーチャ10となっている。このような構成により、発光管2の内部で発生した200〜260nmの紫外光は、蛍光体層6表面の反射によりアパーチャ部分に導かれて、該アパーチャ10から効率よく紫外光が放射されるようになる。
In the present invention, various changes can be made to the structure of the lamp, some of which are illustrated in FIG.
In FIG. 3A, a part of the circumference of the phosphor layer 6 is removed, and this part is an aperture 10 for light extraction. With such a configuration, the 200 to 260 nm ultraviolet light generated inside the arc tube 2 is guided to the aperture portion by reflection on the surface of the phosphor layer 6 so that the ultraviolet light is efficiently emitted from the aperture 10. become.

また、図3(B)には、発光管2の内面に紫外線反射膜7を形成し、その円周状の一部を切り欠いてアパーチャ10を形成して、該紫外線反射膜7の上にガラス層5と蛍光体層6を積層形成したものである。
前記紫外線反射膜7は、ピロリン酸カルシウム(Ca)、リン酸カルシウム(Ca(PO)、ピロリン酸マグネシウム(Mg)、及び、Ba−Na−Si−Oのいずれかを含むものであり、これらの総量が膜の中に50%を超える範囲で含まれていることが望ましい。
これによれば、発光管2内で生成された紫外線は、該発光管内で紫外線反射膜7によって反射されつつ、アパーチャ10部分の蛍光体層6、ガラス層5をこの順に透過して発光管2の外部に指向性をもって放射される。
Further, in FIG. 3B, an ultraviolet reflecting film 7 is formed on the inner surface of the arc tube 2, and an aperture 10 is formed by cutting out a part of the circumference thereof. A glass layer 5 and a phosphor layer 6 are laminated.
The ultraviolet reflective film 7 includes calcium pyrophosphate (Ca 2 P 2 O 7 ), calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), magnesium pyrophosphate (Mg 2 P 2 O 7 ), and Ba—Na—Si—O. It is desirable that the total amount of these be included in the film in a range exceeding 50%.
According to this, the ultraviolet rays generated in the arc tube 2 are reflected by the ultraviolet reflecting film 7 in the arc tube, and pass through the phosphor layer 6 and the glass layer 5 in the aperture 10 portion in this order, and the arc tube 2. Radiated with directivity to the outside.

図3(C)には、図(B)のものにおいて、更に、蛍光体層6にもアパーチャ10を形成した例が示されていて、紫外線は該アパーチャ10部分でガラス層5のみを透過して効率よく発光管2の外部に放射される。   FIG. 3C shows an example in which the aperture 10 is also formed on the phosphor layer 6 in the case of FIG. 3B, and ultraviolet rays are transmitted only through the glass layer 5 at the aperture 10 portion. And efficiently radiated to the outside of the arc tube 2.

以下、本発明の作製手順の一例を示す。
1.発光管材料として、溶融石英ガラスからなる円筒状石英管を用いる。
2.発光管の内面にガラス粉末スラリーを塗布する。
まず、軟化点が石英ガラスと比較して低温域にあるガラス粉末と、ニトロセルロース、酢酸ブチル液と所定の割合で混合して懸濁液を作製し、ガラス粉末を分散させたガラス粉末スラリーを作製する。
ガラス層に用いるガラスは、ホウケイ酸ガラス(Si−B−O系ガラス)およびアルミノケイ酸ガラス(Si−Al−O系ガラス)、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスから選択することができ、例えば、日本電気硝子株式会社製ガラス、型式BFKやBS、PS−94である。
上記ガラス粉末のスラリーを流し込み法または吸引法等で石英ガラス製の発光管の内面に塗布する。
Hereinafter, an example of the production procedure of the present invention will be described.
1. As the arc tube material, a cylindrical quartz tube made of fused silica glass is used.
2. A glass powder slurry is applied to the inner surface of the arc tube.
First, a glass powder slurry in which glass powder is dispersed is prepared by mixing a glass powder having a softening point in a low temperature range compared with quartz glass, nitrocellulose, and butyl acetate liquid at a predetermined ratio to prepare a suspension. Make it.
Glass used for the glass layer is borosilicate glass (Si—B—O-based glass) and aluminosilicate glass (Si—Al—O-based glass), or an alkaline earth oxide or alkali based on any of these compositions. It can select from the glass which added the oxide and the metal oxide, for example, Nippon Electric Glass Co., Ltd. glass, model BFK, BS, and PS-94.
The glass powder slurry is applied to the inner surface of a quartz glass arc tube by a pouring method or a suction method.

3.ガラス粉末の層を乾燥する。
スラリー定着後、発光管の一方の開口から乾燥窒素ガス(乾燥空気でも良い)を流過してガラススラリーに含まれる酢酸ブチルを蒸発する。その結果、ガラス管の内表面上に厚さが3〜10μm、ガラス粉末からなる層が得られる。
なお、乾燥後のガラス層の分布状態としては、30〜90%の面積比で一様に分散していることが好ましい。また、ガラス層の厚みは、好ましくは3〜10μmであり、特に好ましくは3〜6μmである。
ガラス層の形成割合として濃度が低い場合には、最終的に蛍光ランプを構成したときに、石英ガラスの露出面が広くなりすぎて蛍光体の保持が困難になる。一方、これが90%よりも大きい場合には、ガラス層を構成するガラス粉末同士が切れ目無く形成された状態となって、ランプ製造時の温度変化や、ランプ点灯/消灯が繰り返されるために起こる熱膨張によって、発光管とガラス層との界面で空隙が形成されてガラス層が剥離することがある。
3. Dry the layer of glass powder.
After the slurry is fixed, dry nitrogen gas (or dry air) may be passed through one opening of the arc tube to evaporate butyl acetate contained in the glass slurry. As a result, a layer made of glass powder having a thickness of 3 to 10 μm is obtained on the inner surface of the glass tube.
In addition, as a distribution state of the glass layer after drying, it is preferable that it is uniformly disperse | distributing by 30 to 90% of area ratio. Moreover, the thickness of a glass layer becomes like this. Preferably it is 3-10 micrometers, Most preferably, it is 3-6 micrometers.
When the concentration of the glass layer is low, when the fluorescent lamp is finally constructed, the exposed surface of the quartz glass becomes too wide and it becomes difficult to hold the phosphor. On the other hand, when this is larger than 90%, the glass powder constituting the glass layer is formed in a continuous state, and the heat generated due to the temperature change during lamp manufacturing and the repeated lighting / extinguishing of the lamp. Due to the expansion, a gap may be formed at the interface between the arc tube and the glass layer, and the glass layer may be peeled off.

4.ガラス粉末の層を焼成する。
乾燥後のガラス粉末からなる層を大気中で、800℃で1時間焼成する。なお、最適な焼成温度としては、上述したホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスを用いた場合には600〜900℃で行うのが好ましい。また、これらのガラスに対して例えばアルカリ土類酸化物、アルカリ酸化物及び金属酸化物のいずれかを添加したガラスを用いる場合は、500〜800℃で行うのが好ましい。
ガラス粉末はこの焼成工程によって粒子同士が部分的に結合すると共に、石英ガラスからなるガラス管に融着し、ガラス層が基材に強力に結着することになる。
4). Firing the layer of glass powder.
The dried glass powder layer is fired at 800 ° C. for 1 hour in the air. In addition, as an optimal baking temperature, when using the borosilicate glass mentioned above and an aluminosilicate glass, it is preferable to carry out at 600-900 degreeC. Moreover, when using the glass which added any of an alkaline-earth oxide, an alkali oxide, and a metal oxide with respect to these glass, it is preferable to carry out at 500-800 degreeC.
The glass powder is partially bonded to each other by this baking process, and is fused to a glass tube made of quartz glass, so that the glass layer is strongly bonded to the substrate.

5.蛍光体スラリーを調製する。
蛍光体は、プラセオジウム付活アルミノホウ酸塩化合物よりなる蛍光体であり、一般式で言うと下記の通りである。
(Y1−X,Pr)Al12
好ましくは、x=0.05〜0.07
6.発光管内面に蛍光体スラリーを塗布する。
蛍光体スラリーを発光管2内に塗布する。塗布方法は吸い上げ法、流し込み法など適宜である。
7.蛍光体を乾燥する。
ガラス管内部に乾燥窒素ガス(乾燥空気でも良い)を流して蛍光体スラリーに含まれる酢酸ブチルを蒸発させる。
5. A phosphor slurry is prepared.
The phosphor is a phosphor made of a praseodymium-activated aluminoborate compound, which is expressed as follows in general formula.
(Y 1-X , Pr X ) Al 3 B 4 O 12
Preferably, x = 0.05 to 0.07
6). A phosphor slurry is applied to the inner surface of the arc tube.
A phosphor slurry is applied in the arc tube 2. The application method is appropriate, such as a suction method or a pouring method.
7). Dry the phosphor.
Dry nitrogen gas (may be dry air) is allowed to flow inside the glass tube to evaporate butyl acetate contained in the phosphor slurry.

8.蛍光体を焼成する。
発光管用のガラス管を炉に入れて、焼成する。焼成条件は、大気雰中で、約500〜800℃であり、最高温度での保持時間にして、0.2〜1時間加熱する。この焼成工程において、蛍光体層6とガラス粉末層5との境界面でガラスの軟化が生じて蛍光体がガラス粉末層5に結着し、結果的に、強固な結合状態が得られる。
8). The phosphor is fired.
A glass tube for the arc tube is placed in a furnace and fired. Firing conditions are about 500 to 800 ° C. in the atmosphere, and heating is performed for 0.2 to 1 hour as a holding time at the maximum temperature. In this firing step, softening of the glass occurs at the interface between the phosphor layer 6 and the glass powder layer 5, and the phosphor is bound to the glass powder layer 5. As a result, a strong bonded state is obtained.

最後に、焼成後に発光管を冷却した後、該発光管内部を排気し、放電用ガスを封入して気密封止(チップオフ)し、外部電極を形成する。   Finally, after firing, the arc tube is cooled, the inside of the arc tube is evacuated, discharge gas is sealed and hermetically sealed (chip off), and an external electrode is formed.

こうして構成された蛍光ランプは、図1において、一対の外側電極3、4に電源8より高周波電圧が印加されると、電極3、4間に誘電体(発光管2の上下壁)を介在させた放電が形成され、放電ガスである例えばキセノン(Xe)ガスの発光により、波長172nmの紫外光が発生する。
ここで得られる紫外光は、蛍光体の励起用の発光であり、この波長172nmの紫外光が蛍光体層6を照射することにより、蛍光体が励起され波長200〜260nm、好ましくは220〜250nmにおいて発光特性が良好な蛍光ランプが得られる。更に、発光管の材質として石英ガラスを用いていることにより、200nm台の紫外光の透過特性が良好な蛍光ランプとすることができる。
In the fluorescent lamp configured in this manner, when a high frequency voltage is applied to the pair of outer electrodes 3 and 4 from the power source 8 in FIG. 1, a dielectric (upper and lower walls of the arc tube 2) is interposed between the electrodes 3 and 4. Discharge is formed, and ultraviolet light having a wavelength of 172 nm is generated by light emission of a discharge gas such as xenon (Xe) gas.
The ultraviolet light obtained here is light emission for exciting the phosphor, and the phosphor is excited by irradiating the phosphor layer 6 with this ultraviolet light having a wavelength of 172 nm, and the wavelength is 200 to 260 nm, preferably 220 to 250 nm. In this way, a fluorescent lamp with good emission characteristics can be obtained. Furthermore, by using quartz glass as the material of the arc tube, it is possible to obtain a fluorescent lamp having good ultraviolet light transmission characteristics in the 200 nm range.

<実験例>
続いて、上記実施例の要領で蛍光体の組成を変化させて蛍光ランプを構成し、発光スペクトルを分光分布計(ウシオ電機製:USR40)により測定した。
蛍光体は、具体的には、プラセオジウム付活イットリウムアルミノホウ酸塩系蛍光体((Y1−X,Pr)Al12)であり、xの値を、0、0.005、0.01、0.03、0.05、0.07に変えて製作したものである。
なお、いずれの蛍光ランプも、封入ガスをキセノンガスとし、21kPa(160Torr)の封入圧とした。このランプにV0−p=1700Vの矩形波電圧を印加して点灯させて、測定を行った。
<Experimental example>
Subsequently, a fluorescent lamp was constructed by changing the composition of the phosphor in the same manner as in the above example, and the emission spectrum was measured with a spectral distribution meter (USR40 manufactured by USHIO INC.).
Specifically, the phosphor is a praseodymium-activated yttrium aluminoborate phosphor ((Y 1-X , Pr X ) Al 3 B 4 O 12 ), and the value of x is set to 0, 0.005. , 0.01, 0.03, 0.05, and 0.07.
In all the fluorescent lamps, the sealed gas was xenon gas, and the sealed pressure was 21 kPa (160 Torr). Measurement was performed by applying a rectangular wave voltage of V 0-p = 1700 V to the lamp and lighting the lamp.

そして、上記各蛍光ランプの、波長(λ)200〜350nm域の発光スペクトルの例を図4に示す。
なお、図4では、各蛍光ランプの発光スペクトルのグラフの重なりを解消するために、x=0の時の蛍光ランプの発光スペクトルを基準として、Xの値が増えるに従って順次、縦軸の発光強度の値を「1」ずつ加えて、発光スペクトルをずらせて重なりを解消して表現している。
同図からも明瞭なように、いずれの蛍光ランプも波長200〜300nmの間において良好な発光状態が得られるが、蛍光体の組成(YとPrの比)によって発光強度が大きく異なる。
And the example of the emission spectrum of wavelength ((lambda)) 200-350 nm area | region of each said fluorescent lamp is shown in FIG.
In FIG. 4, in order to eliminate the overlapping of the emission spectrum graphs of the fluorescent lamps, the emission intensity on the vertical axis is sequentially increased as the value of X increases with reference to the emission spectrum of the fluorescent lamp when x = 0. The value of is added by “1”, and the emission spectrum is shifted to express the overlap.
As is clear from the figure, all of the fluorescent lamps can obtain a good light emission state at a wavelength of 200 to 300 nm, but the light emission intensity varies greatly depending on the composition of the phosphor (ratio of Y and Pr).

更に、上記すべてのランプの波長200〜300nm域の積算光量をランプ電力で割って、xの割合に対する発光効率の依存性を検討した。この結果が図5に示されている。
分光器は、ウシオ電機製USR−40Dを使用し、発光管中央からの距離25mmにおける分光測定を行う。このとき、ランプ点灯電源8への入力は、ランプ長さ1m当り、10W/mである。
同図によれば、xが0.05の場合に最も高い発光効率が得られる。そしてxが0.05の時の発光効率を100%とした場合、xが0.05〜0.07の場合に発光効率が98%以上となり良好な蛍光ランプが得られることが分かる。
Furthermore, the dependence of the luminous efficiency on the ratio of x was examined by dividing the integrated light quantity of all the lamps in the wavelength range of 200 to 300 nm by the lamp power. The result is shown in FIG.
The spectroscope uses USR-40D manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., and performs spectroscopic measurement at a distance of 25 mm from the center of the arc tube. At this time, the input to the lamp lighting power supply 8 is 10 W / m per 1 m of the lamp length.
According to the figure, the highest luminous efficiency is obtained when x is 0.05. When the luminous efficiency when x is 0.05 is 100%, it can be seen that when x is 0.05 to 0.07, the luminous efficiency is 98% or more and a good fluorescent lamp is obtained.

以上のように、本発明の蛍光ランプでは、石英ガラスからなる発光管の内表面に、一般式が(Y1−X,Pr)Al12で表される蛍光体を備えるものであるので、波長200〜260nm、より望ましくは220〜250nmの紫外光を効率よく放射することができ、また、前記発光管と該蛍光体層の間に、軟質ガラスまたは硬質ガラスからなるガラス層を形成して介在させたことにより、蛍光体層が発光管に強固に保持され、該蛍光体層が剥離したり脱落したりすることのない、信頼性の高い蛍光ランプを提供することができるという優れた効果を奏するものである。 As described above, in the fluorescent lamp of the present invention, the fluorescent lamp having the general formula (Y 1-X , Pr X ) Al 3 B 4 O 12 is provided on the inner surface of the arc tube made of quartz glass. Therefore, ultraviolet light having a wavelength of 200 to 260 nm, more preferably 220 to 250 nm can be efficiently emitted, and a glass layer made of soft glass or hard glass is provided between the arc tube and the phosphor layer. By forming and interposing, the phosphor layer is firmly held by the arc tube, and a highly reliable fluorescent lamp can be provided in which the phosphor layer does not peel off or fall off. This is an excellent effect.

1 蛍光ランプ
2 発光管(石英ガラス)
3、4 外部電極
5 ガラス層
6 蛍光体層
7 紫外線反射膜
10 アパーチャ


1 fluorescent lamp 2 arc tube (quartz glass)
3, 4 External electrode 5 Glass layer 6 Phosphor layer 7 Ultraviolet reflective film 10 Aperture


Claims (5)

石英ガラスからなり、内部にキセノンを含む放電ガスが封入されてなる発光管と、該発光管の外部に配置された一対の電極と、前記発光管の内面に形成された蛍光体層とを備えてなる蛍光ランプにおいて、
前記蛍光体層は、一般式が(Y1−X,Pr)Al12で表される蛍光体を備えるものであることを特徴とする蛍光ランプ。
An arc tube made of quartz glass, in which a discharge gas containing xenon is enclosed, a pair of electrodes disposed outside the arc tube, and a phosphor layer formed on the inner surface of the arc tube In the fluorescent lamp
The phosphor layer is generally formula (Y 1-X, Pr X ) Al 3 B 4 fluorescent lamps, characterized in that represented by O 12 in which comprises a phosphor.
前記蛍光体はxが0.05〜0.07の範囲であることを特徴とする請求項1の蛍光ランプ。   2. The fluorescent lamp according to claim 1, wherein x is in the range of 0.05 to 0.07. 前記発光管と蛍光体層の間に、軟質ガラスまたは硬質ガラスからなるガラス層を形成してなることを特徴とする請求項1に記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to claim 1, wherein a glass layer made of soft glass or hard glass is formed between the arc tube and the phosphor layer. 前記発光管の内面に、紫外線反射膜が形成されてい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。   The fluorescent lamp according to claim 1, wherein an ultraviolet reflecting film is formed on an inner surface of the arc tube. 前記紫外線反射膜は、ピロリン酸カルシウム(Ca)、リン酸カルシウム(Ca(PO)、ピロリン酸マグネシウム(Mg)、もしくは、Ba−Na−Si−Oのいずれかを含むことを特徴とする請求項4に記載の蛍光ランプ。


The ultraviolet reflective film is made of calcium pyrophosphate (Ca 2 P 2 O 7 ), calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), magnesium pyrophosphate (Mg 2 P 2 O 7 ), or Ba—Na—Si—O. The fluorescent lamp according to claim 4, comprising any one of them.


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