JPH0679471B2 - 干渉色を減らしたけい光ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は好ましくない干渉色を示
さず、内側ガラスエンベロープ表面に隣接した二つの異
なる、光に対して透明な層をそなえたけい光ランプに関
するものである。更に詳しく述べると、本発明は互いに
隣接しガラスエンベロープの内表面上に配置された二つ
の非発光性で、光に対して透明な層をそなえたけい光ラ
ンプであり、各層の屈折率が異なり、一つの層が粒子の
層であってランプが上記層からの光干渉色を示さないよ
うな粒子の大きさの分布をそなえているけい光ランプに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】けい光ランプ産業では周知のことである
が、けい光ランプの始動電圧の必要条件はランプエンベ
ロープまたは管の内壁の表面抵抗の影響を受ける。内壁
表面に隣接して配置された導電性コーティングを使用す
ることにより、けい光ランプの点弧すなわちアークの始
動に必要な電圧は大幅に低減される。導電性コーティン
グは、酸化物層を導電性にするため少量のアンチモンま
たはフッ素をドーピングした酸化スズであることが最も
多い。酸化スズ自体が半導体であるからである。導電性
コーティングとして酸化インジウムも使用されてきた。
しかし、導電性コーティングの使用により、それ自体の
問題が生じる。すなわち、ランプの寿命中、導電性コー
ティングは水銀アークにより若干劣化し、変色して灰色
になり、その結果、光出力が低下する。したがって、こ
れらの欠点を克服するために導電層上に保護層を設ける
のが普通であった。保護層は連続しており、非導電性で
なければならない。また、アーク、けい光体、または水
銀と反応しないように化学的に不活性でなければならな
い。また、保護層は可視範囲の光放射に対してほぼ透明
でもなければならない。上記の欠点を克服するため、粒
子の大きさが４−４０ナノメートルの範囲にある細かい
粉末状の酸化アルミニウムであるアロンシー（Ａｌｏｎ
Ｃ）またはデグッサシー（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃ）のよ
うな、粒子の大きさが１ミクロンより小さいアルミナの
層が保護層として商用に使用されてきた。使用すること
ができる、また使用されてきた他の酸化物には、シリ
カ、イットリア、およびジルコニアのような金属酸化物
が含まれる。このような保護コーティングは一般に約５
００−８００オングストロームおよび８，０００−１
０，０００オングストロームの範囲内の厚さで用いられ
る。この厚さでは、このような保護コーティングはラン
プの放出する可視放射光に対してほぼ透明である。導電
層の屈折率は保護層の屈折率とは異なる。導電層と保護
層は材料が異なるからである。この二つの層の組み合わ
せは光学的な干渉フィルタとして動作し、ランプが非点
灯状態にあるとき可視色を生じる。層の厚さの少しの変
動により、人によっては好ましくないと思う縞状の真珠
光沢の着色効果が生じることがある。ランプが非点灯状
態にあるとき、ランプが点灯状態にあるときに比べて、
この現象をより多く観測することができる。この現象は
常に存在してきたが、保護コーティングが５００−８０
０オングストロームまたは６，０００オングストローム
より大きい範囲にあるけい光ランプではそれ程好ましく
ないことではなかった。

【０００３】ランプ製造業者は、同じ光出力に対してラ
ンプエンベロープの直径を大幅に小さくした、よりコン
パクトなけい光ランプの製造を最近開始した。これによ
り、導電層はアーク放電に一層近づく。その結果、保護
層の厚さは光学干渉フィルタ着色効果を悪化させてひど
くする約２０００−４０００オングストロームから、顧
客によってはこのようなランプを購入しない点までの範
囲に増大した。したがって、この好ましくない着色を示
さないけい光ランプが要求されてきた。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、互いに隣接し、またランプの
ガラスエンベロープの内表面に接触して配置された屈折
率の異なる二つの光に透明なコーティングまたは層をそ
なえたけい光ランプであって、上記二つの層の一方に含
まれる粒子の大部分のメジアン直径を可視光の波長より
小さくし、所定量の粒子の直径を光の波長より大きくす
ることにより、上記二つの層が光学的な干渉フィルタと
して動作する可能性を少なくしたけい光ランプを提供す
る。可視光の波長より小さいということは約０．４ミク
ロンより小さいということを意味し、可視光の波長より
大きいということは約０．７５ミクロンより大きいとい
うことを意味する。本発明が特に有用なのは、ランプの
ガラスのエンベロープの内表面に隣接して配置された光
に透明な導電性コーティングが設けられ、この導電性コ
ーティング上に粒子状の不活性金属酸化物の保護層が配
置され、上記粒子の大部分のメジアン粒子直径が可視光
の波長より小さいけい光ランプの場合である。したがっ
て、一実施例では本発明は、付勢されたとき可視光を放
射する、電離可能な放電を維持する充てん物が入ってい
るガラスのエンベロープを含むけい光ランプであって、
（ｉ）上記エンベロープの内表面上に光透過性の導電層
が配置され、（ｉｉ）上記導電層上に光透過性、非導電
性で不活性な粒子状の材料の保護層または保護コーティ
ングが配置され、（ｉｉｉ）上記保護層上にけい光体の
ような発光性材料の少なくとも一つの層が配置されてい
るけい光ランプであり、上記保護層に含まれる大部分の
粒子のメジアン直径を可視光の波長より小さくし、所定
量の粒子のメジアン直径を光の波長より大きくすること
で、上記導電層および上記保護層が光学的な干渉コーテ
ィングとして動作する可能性を少なくすることにより、
非点灯状態で上記ランプの表面に示される好ましくない
着色の量を減らしたけい光ランプを提供する。

【０００５】

【詳しい説明】図１に示すように、ランプ１は両端に電
極３をそなえた細長い気密封止されたガラスのエンベロ
ープ２を有する。エンベロープ２には、放電を維持する
水銀の充てん物とともに不活性な電離可能なガス（図示
しない）が入っている。電極３は引出線４および５に接
続されている。引出線４および５は、取り付けステム７
内のガラスシール６を通って、封止されたガラスエンベ
ロープの両端に固定された口金８の電気接点まで伸び
る。口金８には、引出線４および５に電気的に接続され
た接触ピン１３および１４が含まれている。不活性ガス
は貴ガスであり、一般に約１−４トルの低圧のアルゴ
ン、もしくはアルゴンとクリプトンの混合物である。不
活性ガスはバッファ、すなわちアーク電流を制限するた
めの手段としての役目を果たす。エンベロープ２の内壁
９上には、光に対し透明で導電性の層１０が配置されて
いる。層１０は本質的に、酸化スズに、それを導電性に
するため少量のアンチモンまたはフッ素をドーピングし
たもので構成される。酸化スズ自体は半導体材料であ
る。酸化スズ層はスプレー熱分解プロセスを用いて形成
される。このスプレー熱分解プロセスでは、ランプエン
ベロープが約６００°Ｃであるときランプエンベロープ
の内壁上に塩化スズと水の混合物が霧状にして吹きつけ
られる。酸化スズコーティングは約２００−８００オン
グストロームの厚さで形成され、屈折率は１．９であ
る。たとえば、米国特許第４，２９３，５９４号に開示
されているようにスプレーまたは蒸気熱分解プロセスに
よってけい光ランプのエンベロープの内表面に酸化スズ
の導電性コーティングを形成することは熟練した当業者
には知られていることである。このように形成された酸
化スズは粒子状でない。不活性で非導電性の金属酸化物
の粒子よりなる、光に透明な保護層１１が導電層１０上
に配置される。アーク放電による劣化から導電層１０を
適切に保護するために、この保護層１１はほぼ連続的で
なければならない。「連続的」とは、下にある導電性コ
ーティングに対する保護層としての有効性を損なうひび
割れ、孔、または他の不連続性のような空隙または開口
が比較的無いということを意味する。「不活性」とは、
ランプの寿命の間、水銀のアーク放電、導電層、一つ以
上のけい光体を含む発光性材料、またはランプ内部の他
の構成要素のいずれかと反応もせず、悪影響も受けない
ということを意味する。保護コーティングを形成するた
めの適当な金属酸化物粒子にはシリカ、アルミナ、イッ
トリア、およびジルコニアが含まれる。これらは説明の
ための例であって、これらに限られるものではない。本
発明の一実施例では、保護層１１は本質的に、厚さが５
００オングストロームより大きく６０００オングストロ
ームより小さい、微粉状酸化アルミニウムの層で構成さ
れる。本発明による好ましい厚さは２０００−４０００
オングストロームである。大部分の酸化アルミニウム粉
末のメジアン粒子直径は０．４ミクロンより小さい。し
かし、光学的な干渉フィルタとして動作する層１０と１
１の組み合わせによって生じる好ましくない着色効果を
低減するために、メジアン直径が０．７５ミクロンより
大きい充分な量の粒子が存在する。このようにすること
は、一実施例では保護層１１を１０−３０重量％、好ま
しくは１０−２０重量％のバイコウスキシーアール３０
（Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ ＣＲ３０）のアルミナを含むデ
グッサシー（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃ）の混合物とすること
により行われた。メジアン粒子直径が０．７５ミクロン
より大きいバイコウスキＣＲ３０アルミナを余り多くデ
グッサＣに加えると、保護コーティングの連続性が乱さ
れて空げきが生じ、酸化スズに対する保護コーティング
としての有効性が低下する。どのような理論も固守した
くないが、大きな粒子はアルミナ保護層を光学的に「荒
く」するので、反射光が散乱し、干渉色がぼんやりする
ものと考えられる。保護層の品質は著しく変わることは
ないので、その保護特性は悪化しない。デグッサＣは水
の中に分散させ得る、粒子の大きさが１ミクロンより小
さい、高純度で低アルカリ含有量の、コロイド性アルミ
ナであり、ニュージャージ（Ｎ．Ｊ．）のテータボロ
（Ｔｅｔｅｒｂｏｒｏ）に販売者の居るデグッサ社（Ｄ
ｅｇｕｓｓａ ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できる。デグ
ッサＣのメジアン粒子直径は０．２ミクロンであり、粒
子の大きさの総分布が約０．０７−１．０ミクロンの広
い範囲にあり、総分布の９０％は（測定された試料で）
０．５ミクロンより小さい。米国ノースカロライナ州の
シャルロット（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ）にあるバイコウス
キインタナショナルコーポレーション（Ｂａｉｋｏｗｓ
ｋｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ）から入手できるバイコウスキＣＲ３０も高純度
で低アルカリ含有量のアルミナ微粉であり、メジアン粒
子直径が１．０ミクロンである。粒子直径は有効粒子直
径を含む意味になっている。熟練した当業者には周知の
ように、混合物が懸濁水として導電層の上面上に形成さ
れる。最後に、けい光体の層１２が保護層１１上に配置
される。熟練した当業者には周知のように、けい光体、
たとえばハロゲン化リン酸カルシウムけい光体の一つの
層またはけい光体の多数の層を使用することができる。

【０００６】ランプエンベロープ２の上に導電性の酸化
スズ層１０が配置された図１に示されたようなけい光ラ
ンプは、保護層１１が無くても虹色を示す。これは酸化
スズ層の屈折率が約１．９であり、ガラスの屈折率が約
１．５であるからである。したがって、この組み合わせ
により、ランプが非点灯状態にあるとき、観測者には虹
色が見えることになる。これは、屈折率が異なる二つの
光に透明な材料の組み合わせの光学的な干渉効果による
ものである。酸化スズ層の厚さが変わるので、観測され
る色はランプの長さに沿って変わる。しかし、酸化スズ
層の厚さが約１，０００オングストロームより小さい間
は、これらの色がすぐ知覚できたり、好ましくなかった
りすることはないが、メジアン粒子直径が０．４ミクロ
ンより小さいアルミナまたは他の粒子状の光透過性の材
料でできた保護コーティングを酸化スズ層の表面上に、
８００−６０００オングストロームの間の広い範囲にあ
る厚さで形成したときに生じる色は好ましくない。保護
コーティングの厚さが約８００オングストロームより小
さければ、問題はそれ程厳しく且つ顕著ではない。しか
し、このような薄い保護層では、直径をより小さくし
た、より新しいけい光ランプ内の酸化スズ層に対して適
切な保護が行われない。一方、厚さが約６０００オング
ストローム以上である場合にも、好ましくない色は生じ
ないが、ランプのコストが増大し、必要以上の保護が行
われる。デグッサＣもしくはデグッサＣとバイコウスキ
ＣＲ３０アルミナとの混合物の層は屈折率が約１．６で
あるが、その酸化スズの表面上の厚さが８００オングス
トロームより大きく、６０００オングストロームより小
さい場合、けい光ランプに好ましくない着色を生じさせ
ることが多い。その理由は、酸化スズ層とアルミナ層と
の組み合わせがランプのガラスエンベロープの内表面に
隣接する光学的な干渉フィルタとして作用し、可視スペ
クトル内の異なる波長で強度が変わる光を優先的に反射
し、その結果、ランプのエンベロープの内表面上の着色
が真珠光沢をもつ色の縞として観測されるからである。
縞が生じるのは、保護アルミナ層の厚さが完全に一様で
なく、製造プロセスの性質により若干変わるという事実
による。その結果、点灯していないランプの内壁表面が
虹色または真珠光沢をもつ、縞状でしみのある外観にな
るので、そのランプは顧客に好まれない。

【０００７】本発明は、保護層を形成するために使用さ
れるメジアン粒子直径が０．２ミクロンのデグッサＣの
懸濁液にメジアン粒子直径が０．７５ミクロンより大き
いアルミナ粒子を付加することにより、上記の外観欠陥
を許容できるレベルまで減らす。一実施例では、これは
保護層として８０重量％のデグッサＣのアルミナと２０
重量％のバイコウスキＣＲ３０のアルミナの混合物を用
いることにより達成された。図２はデグッサＣとバイコ
ウスキＣＲ３０の両方に対する分布とともに、８０／２
０混合物に対するメジアン粒子直径の双峰の分布をグラ
フ的に示す。この双峰の分布には、二つの最大値があ
る。一方の最大値のメジアン粒子直径は０．２ミクロン
であり、他方の最大値のメジアン粒子直径は１．０ミク
ロンである。混合物に対する双峰分布は１０−３０重量
％の範囲のＣＲ３０で生じる。

【０００８】通常の１．５インチの公称直径（Ｔ１２）
と比較して１．２５インチの公称直径（Ｔ１０）を有す
る４０ワット、４０フィート長のけい光ランプが図１に
示すように作られた。これらのランプは厚さが約８００
オングストロームの酸化スズ層および厚さが約３０００
オングストロームのデグッサＣの保護層をそなえてい
た。けい光体は標準のハロゲン化リン酸カルシウムであ
った。保護層内にＣＲ３０が存在しない状態では、ラン
プは非点灯状態で好ましくない真珠光沢をもつ着色を示
した。デグッサＣに２０重量％のＣＲ３０を付加した状
態では、着色は殆ど認められず、許容できるレベルまで
大幅に削減された。

【０００９】本発明は保護層としてアルミナを使用する
ことやここに述べた特定の粒子の大きさに限定されな
い。本発明の本質は、異なる屈折率の層との組み合わせ
で光学的干渉フィルタとして作用するその効果を低減す
る大きさの分布をそなえた粒子の層に関するものであ
る。より広い意味では、本発明は特定の薄膜内の光学的
干渉効果を除去することに関する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って導電層、保護層、および発光性
材料の層を含むけい光ランプの、一部を破断した斜視図
である。

【図２】本発明による保護アルミナコーディングの粒子
の大きさの双峰の分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ランプ ２ エンベロープ ９ エンベロープの内壁 １０ 導電層 １１ 保護層 １２ けい光体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パメラ・カイ・ウィットマン アメリカ合衆国、オハイオ州、ゲイツ・ミ ルズ、ラビン・ドライブ、6907番

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに隣接して、ランプのエンベロープ
   の内表面に対して配置された、屈折率の異なる二つの光
   に対し透明な層をそなえたけい光ランプであって、上記
   二つの層の一方には、その大部分のメジアン直径が可視
   光の波長より小さい粒子と、上記二つの層が光学的な干
   渉フィルタとして作用する可能性を低減するための直径
   が光の波長より大きい粒子が含まれていることを特徴と
   するけい光ランプ。
2. 【請求項２】 上記層が両方とも非発光性である請求項
   １記載のけい光ランプ。
3. 【請求項３】 更に、発光性材料の少なくとも一つの層
   が含まれている請求項１記載のけい光ランプ。
4. 【請求項４】 更に、発光性材料の少なくとも一つの層
   が含まれている請求項２記載のけい光ランプ。
5. 【請求項５】 付勢されたとき可視光を放射する電離可
   能な放電維持充てん物が入っているガラスのエンベロー
   プを含み、（ｉ）上記エンベロープの内表面上に光透過
   性の導電層が配置され、（ｉｉ）上記導電層上に光透過
   性かつ非導電性で不活性な粒子状の材料の保護層が配置
   され、（ｉｉｉ）上記保護層上にけい光体または発光性
   材料の少なくとも一つの層が配置されているけい光ラン
   プであって、上記保護層には、その大部分のメジアン直
   径が可視光線の波長より小さい粒子と、上記導電層およ
   び上記保護層が光学的な干渉コーティングとして作用す
   る可能性を低減するためのメジアン直径が光の波長より
   大きい粒子が含まれていることを特徴とするけい光ラン
   プ。
6. 【請求項６】 上記大部分の粒子のメジアン直径が０．
   ５ミクロンより小さく、上記の大きい粒子のメジアン直
   径が０．７５ミクロンより大きい請求項５記載のけい光
   ランプ。
7. 【請求項７】 上記粒子が金属酸化物よりなる請求項５
   記載のけい光ランプ。
8. 【請求項８】 上記保護層内の上記粒子の大きさの分布
   が双峰形である請求項７記載のけい光ランプ。
9. 【請求項９】 上記金属酸化物粒子がアルミナよりなる
   請求項８記載のけい光ランプ。
10. 【請求項１０】 付勢されたとき可視光を放射する電離
    可能な放電維持充てん物が入っている気密封止されたガ
    ラスのエンベロープを含み、（ｉ）上記エンベロープの
    内表面上に光透過性の導電層が配置され、（ｉｉ）上記
    導電層上に光透過性かつ非導電性で不活性な粒子状の材
    料の保護層が配置され、（ｉｉｉ）上記保護層上にけい
    光体または発光性材料の少なくとも一つの層が配置され
    ているけい光ランプであって、その大部分のメジアン直
    径が０．４ミクロンより小さい粒子とメジアン直径が
    ０．７５ミクロンより大きい粒子との混合物で上記保護
    層を構成し、上記導電層および上記保護層が光学的な干
    渉コーティングとして作用する可能性を少なくしたこと
    を特徴とするけい光ランプ。
11. 【請求項１１】 上記粒子の上記混合物が粒子の大きさ
    の分布で双峰形になっている請求項１０記載のけい光ラ
    ンプ。
12. 【請求項１２】 直径が０．４ミクロンより小さい方の
    上記粒子のメジアン直径が約０．２ミクロンである請求
    項１１記載のけい光ランプ。