JPH0785843A

JPH0785843A - 可変光色蛍光ランプ及びその点灯方法

Info

Publication number: JPH0785843A
Application number: JP5228646A
Authority: JP
Inventors: Shinkichi Tanimizu; 伸吉谷水; Makoto Yasuda; 誠安田; Akihiko Konoue; 明彦鴻上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】快適照明に適し、光色が可変できる、形状が単
純な単一の蛍光ランプ及びその点灯方法を実現する。【構成】複数種の蛍光体４を塗布したキセノン封入蛍光
ランプ２０において、複数種の蛍光体４は印加電圧に依
存して各蛍光体相互間に輝度飽和特性の差が生じる蛍光
体とし、蛍光ランプ２０のパルス点灯に際し、特定のデ
ューティ比のもとで点灯装置２１のパルス電圧を調整し
て単一ランプの光色を変化させる。【効果】封入ガス、蛍光体、点灯方法は汎用ランプと異
なるが、ランプ光色は従来の３波長形と類似するため演
色性が良く、寒暖乾湿に順じてランプを交換することな
くその光色を可変できる。また、封入ガスがキセノンの
場合には、用済み廃棄によっても公害のおそれがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変光色蛍光ランプ及
びその点灯方法、更に詳しく言えば、単一の蛍光ランプ
の光色を印加電圧を制御することによって変化させるこ
とのできる照明用光源、その点灯方法及び点灯装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】単一ランプの光色を変化させるものとし
て、特公昭５３−４２３８６号公報には、放電表示装置
として、二種以上の放電種の各固有の可視発光を電流波
形制御により切替表示するものが開示されている。これ
はネオン＋水銀系で、電離電圧差に依存して等橙色と青
白色を切替表示している。また、特開平３−７１５５１
号公報には、紫外線励起用と電子線励起用の二種類の蛍
光体を内面に塗布した片口金型のコンパクトな可変光色
ランプと点灯装置が開示されている。このランプは、陰
極と陽極が最大で数ｃｍの距離に配置され両電極間に印
加する電圧の調整により電子流を制御し、低電圧では水
銀蒸気放電、高電圧では陰極線が優先して蛍光体を励起
する。従って、各蛍光体特有の発光色が得られる。ま
た、複数のランプを組み合わせるものとしては、ナショ
ナル・テクニカル・レポ−トの第３８巻、６２１ペ−
ジ、１９９２年には、青色、緑色、赤色の各単色ランプ
を組合せた蛍光ランプシステムの光色可変制御方法が示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】生活環境における照明
用光源としては、十分な明るさ、快適さ、大きさ、形状
等が考慮されなければならず、ＯＡ機器等のディスプレ
イの光源として有効であっても、生活環境における照明
用としては必ずしも適当でないものもある。特に生活環
境用の照明としては、光色は色度図上の黒体軌跡に沿っ
たものであることが望ましい。

【０００４】上記特公昭５３−４２３８６号公報に記載
された放電表示装置は、ディスプレイの光色切替には優
れたものであっても、その光色は色度図上の黒体軌跡か
ら離れた色度点を有するため平均演色評価数が低く、快
適照明には適さないと言う欠点がある。また、上記特開
平３−７１５５１号公報に記載された装置は、安価で雑
音の少ない制御回路を用いてランプ光色を変化できる
が、電子線励起により場所的に均一な発光を得るには回
転楕円体形状が適するなどランプ形状に自ずから制約が
ある。更にまた、上記ナショナル・テクニカル・レポ−
トに記載されている蛍光ランプシステムは、複数個のラ
ンプをまとめて光色可変制御するものであり、構成が複
雑となる。

【０００５】従って、本発明の目的は、単一の蛍光ラン
プを使用し、演色評価数が高く、光色が可変でき、構成
形状が単純な蛍光ランプ、蛍光ランプの点灯装置及びそ
の点灯方法を実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蛍光ランプは、少なくとも一対の電極と、
紫外線励起により可視域に発光する複数種の蛍光体が内
面に塗布された透光性の単一の管体とから成る希ガス封
入蛍光ランプにおいて、上記複数種の蛍光体としては印
加電圧に依存して各蛍光体相互間に輝度飽和特性の差が
生じる蛍光体を使用し、上記蛍光ランプに印加する電圧
の振幅、パルス幅、パルス周期のいずれかを制御するよ
うにした。上記輝度飽和特性とは印加電圧対輝度特性が
非線形であって、印加電圧の増大に伴い増大分に比例し
て輝度が増大せず飽和を起こす現象をいう。

【０００７】本発明の蛍光ランプの点灯方法では、印加
電圧の調整により上記複数種の蛍光体の可視領域の特定
波長域の相対光量を変化させて単一ランプの光色を可変
させる。可視光への変換体としての例えば、青色、緑
色、赤色の各蛍光体は、印加電圧に対する輝度飽和特性
が互いに異なるものを選定して組合せる。印加電圧の調
整と同時にパルス幅、繰返し周期等を可変してもよい。
また、調整に際しては、予め記録した磁気カードやＩＣ
カードをアクセスすることにより、切替スイッチの数を
減らして操作を簡便にしてもよい。

【０００８】更に、本発明の蛍光ランプを点灯するため
の手段として、パルス発生回路と、パルス調整回路と出
力回路とを設ける。上記パルス電圧の好ましい実施態様
としては、蛍光ランプのパルス点灯に際して、パルスの
デュ−ティ比を１０％乃至２０％の間の特定の値に設定
する。また、デューティ比が一定のもとで、印加電圧に
依存した各蛍光体間の輝度飽和特性の差が、所望の光色
を得るのに十分でない場合には、予め両電極間に一定の
バイアス電圧を印加してランプ内に電荷を生成させ、パ
ルス電圧をこれに重畳させることにより、バイアス電圧
ゼロでの輝度飽和特性とは異なる飽和特性を個々の蛍光
体に付与する。上記希ガスはキセノンガスか、キセノン
ガスと他の希ガスの混合ガスか又は希ガスと水銀とをの
混合したものを用いる。

【０００９】また、上記複数種の蛍光体の好ましいもの
は、キセノン共鳴線１４７ｎｍを含む真空紫外光の励起
に対して、青色及び青緑色領域に発光する蛍光体とし
て、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄、（Ｙ，Ｇｄ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄で代
表される自己付活の燐バナジン酸塩系蛍光体、ＢａＭｇ
₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕで代表されるバリウム・マグネシウ
ムのアルミン酸塩系母体に２価のＥｕを付活した蛍光
体、当該アルミン酸塩系母体に２価のＥｕと２価のＭｎ
とを共付活した蛍光体及びＹ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅから選ばれ
た少なくとも一つであり、緑色領域に発光する蛍光体と
して、（Ｌa，Ｃｅ）ＰＯ₄：Ｔｂ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ
から選ばれた少なくとも一つであり、赤色領域に発光す
る蛍光体として、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇ
ｄ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕで代表される希土類燐バナジ
ン酸塩系蛍光体、Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂：Ｍｎで代表される
正燐酸塩系母体に２価のＭｎを付活した蛍光体及びＹ₂
Ｏ₃：Ｅｕ、Ｇｄ₂Ｏ₃：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５Ｍ
ｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎから選ばれた少なくとも一つを用
いる。これらは水銀共鳴線２５４ｎｍに対しても発光す
る。

【００１０】

【作用】図３は、蛍光ランプに使用される１０種類の蛍
光体８〜１７についての特性図である。蛍光体はその種
類によらず０．５ｇ／本になるように塗布し、キセノン
ガス１Ｔｏｒｒを封入した８Ｗの熱陰極型蛍光ランプを
用いた。図は管中央部の輝度とパルス電圧との関係を、
ＤＣバイアス電圧がゼロの場合について両対数プロット
したもので、縦軸は、各蛍光ランプの２８０Ｖにおける
輝度を１とした相対値で示した。点灯に際しては、ま
ず、電極に１００ｍＡを流して予熱した後、パルス幅Ｗ
＝１μｓ、繰返し周期Ｔ＝８μｓ、一定に調整し、電圧
Ｖ＝２２０Ｖ〜３４０Ｖ、デューティ比Ｄ＝１２．５％
の矩形波パルスを印加した。

【００１１】表１は、上記１０種類の蛍光体についての
特性を示し、中央欄（ＤＣ０Ｖ）は、輝度がパルス電圧
のｎ乗に比例すると仮定して、青色、緑色、赤色の上記
１０種類の蛍光体について、パルス電圧の３００Ｖ〜３
４０Ｖの領域で求めた場合のべき数ｎの値を示す。ま
た、右欄（ＤＣ１０Ｖ）は、上記１０種類の蛍光ランプ
について、バイアス電圧を１０Ｖに設定し、その後、輝
度−電圧特性を実測し、両対数プロットから求めた２８
０Ｖ〜３００Ｖ領域におけるべき数ｎの値を示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１から明らかなように、１４の赤色蛍光
体Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕを除きｎ＜１であった。パルス電圧の印
加前にすでに十分なランプ内電荷が存在する状態では、
バイアス電圧ゼロの場合と比較して蛍光体の輝度飽和特
性は著しく異なることを示すものである。従って、バイ
アス電圧の微調整により輝度飽和特性そのものを調節で
き、結果としてランプ光色の調整及びランプ光束の調整
ができる。

【００１４】蛍光ランプをコンデンサーと見なして、電
荷ゼロの状態で急峻な矩形波パルスＶを印加してこのコ
ンデンサーを充電していくと、粗い近似で充電エネルギ
ーがランプの光出力に比例する。従って、光出力はＶ²
で変化することになる。表１の中央欄（ＤＣ０Ｖ）か
ら、８の短残光の青色蛍光体Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅではベキ
数ｎの実測値はｎ＝２．０となり上記の予測を裏付け
る。一方、繰返しパルスにより発光イオンの基底状態の
濃度が枯渇する長残光のＭｎ付活の蛍光体ではベキ数の
値は必然的に減少しｎ＝１前後の値をとる。

【００１５】それ故、ｎ＝２.０前後の青色蛍光体と、
ｎ＝１前後の緑色及び赤色蛍光体を、予め相関色温度３
０００Ｋ近辺の電球色を得る目的で混合塗布して例えば
パルス電圧を２８０Ｖから増大させると、ｎ＝１前後の
緑色及び赤色蛍光体の光出力は飽和の傾向を示し、パル
ス条件の設定並びに図３、表１に示した蛍光体の組合せ
により、電球色から温白色へ、さらには温白色から白色
へと、蛍光ランプの光色は次第に青味を増す方向へ確実
に変化し、相関色温度は増大する。

【００１６】図２は、青色蛍光体Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅを例
にとって、パルス電圧のデューティ比Ｄの変化、すなわ
ちパルス数とランプ中央部で検出した発光波形との関係
を示した。デューティ比Ｄは、パルス幅Ｗを繰返し周期
Ｔで割った値の百分率、すなわちＤ＝（Ｗ／Ｔ）×１０
０で表される。図２の（ａ）は、パルス幅Ｗ＝１μｓ、
周期Ｔ＝１０μｓ、Ｄ＝１０％、（ｂ）は、Ｗ＝１μ
ｓ、Ｔ＝２μｓ、Ｄ＝５０％の場合について、パルス電
圧波形と発光波形とを示したものである。パルス電圧
は、（ａ）（ｂ）ともに２４０Ｖである。

【００１７】図２から明らかなように、Ｄの値が大き
い、すなわちパルス数が大の（ｂ）ではパルス休止期間
でも発光は減衰せずほぼ一定の値をとり、輝度飽和現象
の利用効果が失われる。従って、蛍光体の輝度飽和特性
を積極的に利用するにはＤの値は余り大きすぎてはなら
ず、望ましいＤの値は１０％乃至２０％でなければなら
ない。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。＜実施例１＞図１は、本発明による蛍光ランプ及びその
点灯装置の一実施例の構成を示す図である。蛍光ランプ
２０は、外径１５.２ｍｍ、肉厚０.６ｍｍ、長さ２８０
ｍｍの透光性のガラス管体１内に、一対の電極２ａ、２
ｂが対峙した構造からなる。ガラス管体１にはキセノン
ガス３を封入し、内壁にはキセノンガス３の放電により
発生する１４７ｎｍ光を可視光に変換する蛍光体４を塗
布した。蛍光体４が、従来の例えば３波長域発光形蛍光
ランプと異なるところは、１４７ｎｍ光に対して高効率
であり、かつ、印加電圧に依存して青色、緑色、赤色の
輝度飽和特性がそれぞれ異なる複数の蛍光体を選定し、
これらを組合せて用いている点である。

【００１９】蛍光ランプ２０は、蛍光ランプの点灯装置
２１に接続した。ここで点灯装置２１は、直流電源５、
パルス発生回路６、パルス調整回路２２、出力回路７か
ら構成される。直流電源５は電極２ｂを予熱する予熱用
電源として使用した。蛍光ランプ２０の点灯時は、電極
２ｂを予熱した後、パルス発生回路６から出力回路７を
介して電極２ａ、２ｂにパルス電圧を印加し、ガラス管
体１内のキセノンガス３を放電させた。

【００２０】＜実施例２＞本実施例２では、図１の電極
２ａ、２ｂ間に、更に直流バイアスを印加した。また、
蛍光ランプ２０にはキセノンガスに加えて他の希ガス及
び水銀を封入した。水銀蒸気の存在により、前述の実施
例と異なる動作モードとなり、パルス幅変化により１４
７ｎｍ用と従来から知られた２５４ｎｍ用の蛍光体が発
光し、実施例１と同様に可変光色が得られた。すなわ
ち、ランプ内の空間電荷生成量に依存してパルス幅が小
ではキセノン放電による１４７ｎｍ光が強く、パルス幅
が大では水銀蒸気放電による２５４ｎｍ光が強い。従っ
て、それぞれの波長に対して高効率の蛍光体を混合して
塗布するか、または、上記キセノン用蛍光体に加えて２
５４ｎｍ用の従来蛍光体を混合塗布することにより、例
えば、同じデューティ比であっても、パルス幅小ではそ
の幅に応じてタウンゼント放電あるいはグロー放電に基
づく１４７ｎｍ光励起が優先して青色光を強くし、パル
ス幅大ではグロー放電あるいはアーク放電に基づく２５
４ｎｍ光励起が優先して赤色光を強くする。結果として
パルス幅に依存した可変光色が得られた。ここで、キセ
ノン以外の希ガス、例えば、ヘリウムやネオンは点灯電
圧の調整に役立つ。

【００２１】本発明は上記実施例に限定されるものでな
く、例えば、可変光色操作を簡便にするため、点灯装置
２１にランプ点灯に際してパルス条件を記録したカード
をアクセスさせる手段を設けて構成してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればデュ
ーティ比を一定に保ったままでも、パルス電圧を調整す
ることにより、各蛍光体間の輝度飽和特性の差を利用し
て可視領域における特定波長域の相対光量を変化できる
効果がある。また、僅かなバイアス電圧を印加すれば、
バイアス電圧ゼロにおける蛍光体の輝度飽和特性そのも
のを変化できる利点もあり、これらの利点を生してキセ
ノンガス封入の３波長域発光形蛍光ランプのランプ光色
あるいは光束を変化させることができる。３波長域から
なる可視発光では平均演色評価数が比較的高く快適照明
用光源として有用である。なお、上記のキセノンガス封
入蛍光ランプについては、無水銀のため廃棄して公害の
おそれがないと言う効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による蛍光ランプ及びその点灯装置の一
実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の原理説明のためのパルス電圧波形と発
光波形の図である。

【図３】本発明の原理説明のためのランプの輝度と電圧
との関係示す特性図である。

【符号の説明】

１…透光性の管体２ａ、２ｂ…電極３…キセノンガス４…蛍光体５…直流電源６…パルス発生回路７…出力回路２０…蛍光ランプ２１…点灯装置２２…パルス調整回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の電極と、内面に紫外線励
起により発光する複数種の蛍光体が塗布された透光性の
単一の管体とからなり、管体内に希ガスを封入した蛍光
ランプにおいて、上記複数種の蛍光体は印加電圧に依存
して各蛍光体相互間に輝度飽和特性の差が生じる蛍光体
であることを特徴とする可変光色蛍光ランプ。
【請求項２】請求項１記載の蛍光ランプにおいて、上記
複数種の蛍光体が自己付活の燐バナジン酸塩系蛍光体、
バリウム・マグネシウムのアルミン酸塩系母体に２価の
Ｅｕを付活した蛍光体、上記アルミン酸塩系母体に２価
のＥｕと２価のＭｎとを共付活した蛍光体、及びＹ₂Ｓ
ｉＯ₅：Ｃｅから選ばれた少なくとも一つの青色及び青
緑色領域に発光する蛍光体、（Ｌａ，Ｃｅ）ＰＯ₄：Ｔ
ｂ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎから選ばれた少なくとも一つの
緑色領域に発光する蛍光体及び希土類燐バナジン酸塩系
蛍光体、正燐酸塩系母体に２価のＭｎを付活した蛍光
体、及びＹ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｇｄ₂Ｏ₃：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ
・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎから選ばれた少なくと
も一つの赤色領域に発光する蛍光体であることをことを
特徴とする可変光色蛍光ランプ。
【請求項３】請求項１又は２記載の蛍光ランプにおい
て、上記希ガスがキセノンガス、キセノンガスと他の希
ガスとの混合ガス、または希ガスと水銀とを封入したも
のであることを特徴とする可変光色蛍光ランプ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の蛍光ランプの電
極に加える印加電圧の調整により可視領域の特定波長域
の相対光量を変化せしめて単一ランプの光色を可変させ
ることを特徴とする可変光色蛍光ランプの点灯方法。
【請求項５】請求項４記載の蛍光ランプの点灯方法にお
いて、上記印加電圧はパルス電圧とし、パルスのデュ−
ティ比を１０％乃至２０％の間の特定の値に設定し、か
つ上記パルス電圧の振幅を変化させることを特徴とする
可変光色蛍光ランプの点灯方法。
【請求項６】請求項４記載の蛍光ランプの点灯方法にお
いて、上記電極間に一定のバイアス電圧を印加し、その
後に上記パルス電圧を印加することを特徴とする可変光
色蛍光ランプの点灯方法。
【請求項７】請求項４又は５記載の蛍光ランプの点灯方
法において、上記パルス電圧の振幅、パルス幅及び繰返
し周期の少なくとも１つのパルス条件を記録したカ−ド
をアクセスすることにより可変光色操作を行なうことを
特徴とする点灯方法。
【請求項８】請求項１又は２記載の可変光色蛍光ランプ
の点灯に際し、上記電極に加える点灯手段が、パルス電
圧の振幅、パルス幅及び繰返し周期の少なくとも１つを
可変する可変手段を有することを特徴とする可変光色蛍
光ランプの点灯装置。
【請求項９】請求項８記載の点灯装置において、上記電
圧印加手段が予め上記電極間に一定のバイアス電圧を印
加し、その後に上記パルス電圧を印加する手段をもつこ
とを特徴とする可変光色蛍光ランプの点灯装置。
【請求項１０】請求項８記載の点灯装置において、上記
可変手段が上記パルス電圧の振幅、パルス幅及び繰返し
周期の少なくとも１つのパルス条件を記録したカ−ドを
アクセスすることにより可変光色操作を行なう手段を設
けて構成されたことを特徴とする可変光色蛍光ランプの
点灯装置。