JPH10188898A - 蛍光体と蛍光ランプと蛍光ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラスバルブ内壁の蛍光体層の形成工程を必
要とせず、またガラスバルブをベンディングする際に蛍
光体層が剥がれたりすることのない蛍光ランプを実現す
る。 【解決手段】 ガラスバルブ１中に、紫外線発光ガスと
してアルゴンガス４と水銀蒸気５とを封入している。こ
の紫外線発光ガス中に超微粒子蛍光粉体６を浮遊させて
エアロゾルを形成している。ガラスバルブ１中で放電電
子３とアルゴンガス４と水銀蒸気５とがプラズマを形成
し、放電電界に応答して流動する。超微粒子蛍光粉体６
は、ガラスバルブ１中で浮遊し、その浮遊した状態で、
放電によって発生した紫外線を受けて可視光を蛍光発光
する。ガラスバルブ１の内壁に蛍光体層を形成しないた
め、製造工数を削減できる。また、ガラスバルブ１を複
雑な形状にベンディング成形する場合には、蛍光体層が
剥がれたりすることなく、工程が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光体と蛍光ラン
プと蛍光ランプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、蛍光ランプは、内壁面に蛍光体層
を形成したガラスバルブ内に、水銀とアルゴンガスとが
封入されており、簡単な構造で効率が高く明るい蛍光発
光が得られるという特徴を持っている。近年、一般照明
用の白色光放射蛍光体層を有する蛍光ランプでは、ラン
プ効率や演色性の改善等のために、赤、緑、青にそれぞ
れ発光ピークをもつ３種類の蛍光体を混合した、所謂、
３波長型の蛍光体によって白色光放射蛍光体層をガラス
バルブ内壁に形成してあり、特に上記３種類の蛍光体と
して希土類元素を付活イオンとして含有した金属化合物
（おもに金属シリケート、金属アルミネートなどの複合
金属酸化物や、金属リン酸塩、金属ホウ酸塩、金属タン
グステン酸塩など）からなる蛍光粉体を管壁に固着して
蛍光体層を形成した明るくて省エネルギーの蛍光ランプ
が多く用いられている。

【０００３】かかる３波長型の蛍光体層を形成する希土
類蛍光粉体には、Ｅｕ付活酸化イットリウム、ＣｅＭｎ
付活ホウ酸ガドリニウムマグネシウムなどの赤色蛍光粉
体や、Ｔｂ付活アルミン酸セリウムマグネシウム、Ｃｅ
Ｔｂ付活燐酸ランタン、ＣｅＴｂ付活ケイ酸イットリウ
ム、ＣｅＴｂ付活ホウ酸ガドリニウムマグネシウム、Ｍ
ｎ付活ケイ酸亜鉛などの緑色蛍光粉体や、Ｅｕ付活アル
ミン酸バリウムマグネシウム、Ｅｕ付活ハロリン酸バリ
ウムカルシウムマグネシウムなどの青色蛍光粉体などが
混合して用いられ、ガラスバルブ内壁に塗装、乾燥、シ
ンター（半融焼成、熱処理）などの多くの工程を経て被
覆され、蛍光体層を構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の蛍光ランプでは、ガラスバルブ内壁に蛍光体層を形成
するために、蛍光体サスペンションの調製およびそれの
塗装や乾燥やシンター工程という作業が難しくかつ長時
間を有する工数の高い工程が必要であるという問題点が
あった。

【０００５】また、近年、蛍光ランプの高輝度化や多様
化から、細いガラスバルブや複雑な形状のガラスバルブ
が増し、蛍光体層を形成後にガラスバルブをベンディン
グ（屈曲）成形するため、ベンディング時に蛍光体層が
剥がれ、製造工程をうまく構成できないという問題点が
あった。そこで、本発明の第１の目的は、蛍光ランプの
蛍光体層の形成工程が不要となる新規な蛍光体を提供す
ることである。

【０００６】また、本発明の第２の目的は、ガラスバル
ブ内壁の蛍光体層の形成工程を必要とせず、またガラス
バルブをベンディングする際に蛍光体層が剥がれたりす
ることのない蛍光ランプを提供することである。また、
本発明の第３の目的は、上記蛍光ランプを備えた蛍光ラ
ンプ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の蛍光体は、粒径５０ｎｍ以下の金属
化合物の超微粒子蛍光粉体を放電ガス中に浮遊させたエ
アロゾルからなり、放電電子あるいは放電によって発生
した紫外線を受けて超微粒子蛍光粉体が浮遊状態で蛍光
発光するようにしたことを特徴とする。

【０００８】これにより、蛍光ランプのガラスバルブ内
壁に蛍光体層を形成する必要のない新規な蛍光体が得ら
れる。上記第２の目的を達成するために、本発明の蛍光
ランプは、ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒径５
０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊させ
たエアロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によって
発生した紫外線をエアロゾルに照射して蛍光発光させる
ようにしたことを特徴とする。

【０００９】これにより、ガラスバルブ内壁の蛍光体層
の形成工程を必要とせず、ガラスバルブをベンディング
する際に蛍光体層が剥がれたりすることのない蛍光ラン
プが得られる。上記第３の目的を達成するために、本発
明の蛍光ランプ装置の第１の構成は、ガラスバルブに、
紫外線発光ガス中に粒径５０ｎｍ以下の金属化合物の超
微粒子蛍光粉体を浮遊させたエアロゾルを封入し、放電
電子あるいは放電によって発生した紫外線をエアロゾル
に照射して蛍光発光させるようにした蛍光ランプと、蛍
光ランプのエアロゾル中の超微粒子蛍光粉体の流動挙動
を放電プラズマ流で制御する電界制御回路とを備えてい
る。

【００１０】また、本発明の蛍光ランプ装置の第２の構
成は、ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒径５０ｎ
ｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊させたエ
アロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によって発生
した紫外線をエアロゾルに照射して蛍光発光させるよう
にした蛍光ランプと、蛍光ランプを振動させて蛍光ラン
プのエアロゾル中の超微粒子蛍光粉体の浮遊状態を高め
る振動機構とを備えている。

【００１１】これら第１および第２の構成により、ガラ
スバルブ内壁の蛍光体層の形成工程を必要としない蛍光
ランプを備えた蛍光ランプ装置が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の蛍光体
は、粒径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体
を放電ガス中に浮遊させたエアロゾルからなり、放電電
子あるいは放電によって発生した紫外線を受けて超微粒
子蛍光粉体が浮遊状態で蛍光発光するようにしたことを
特徴とするものであり、蛍光ランプのガラスバルブ内壁
に蛍光体層を形成することなく、超微粒子蛍光粉体が放
電ガス中に浮遊したエアロゾルという擬気体状態で蛍光
を発するという作用を有する。

【００１３】ここで用いる超微粒子蛍光粉体は、おもに
上記従来例に記述の蛍光体材料を用いて、エアロゾルを
形成し易いように粒径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微
粒子より構成されるが、超微粒子の粒径や比重が小さい
ほど浮遊してエアロゾルを形成しやすい。また、このサ
イズの単結晶超微粒子は１０² 〜１０⁶ 個の原子数より
なり、量子箱構造の高輝度蛍光体粒子としても構成する
ことができるという特徴がある。この量子箱蛍光体と
は、電子波の波長より小さい量子箱に電子を閉じ込めて
励起子のエネルギーをアップさせた電子構造を作り高輝
度蛍光体を得るもので、その一例が特開平６−３１４５
６０号公報に開示されている。

【００１４】エアロゾル中の超微粒子蛍光粉体の浮遊状
態は、放電ガス中での浮力によって生じるため、比重の
大きい放電ガスのほうが浮力が大きく本発明に適してい
る。例えば、アルゴンガスよりキセノンガスのほうが超
微粒子の浮力は大きくなる。なお、重力の弱い宇宙空間
などでは超微粒子蛍光粉体の粒径が大きくてもエアロゾ
ルを容易に形成できる。

【００１５】また、放電ガスのガス圧は放電の起こり易
い適切な圧力であることが必要であり、例えばアルゴン
ガスの場合にはガス圧は数ｍｍＨｇ程度が最適とされて
いる。また、放電には負グローや陽光柱を発生するグロ
ー放電やアーク放電など種々あるが、電極間隔の小さい
ほうが放電が起こり易いため、放電電極間距離に応じて
ガス圧を調整する。

【００１６】本発明の請求項２記載の蛍光体は、請求項
１記載の蛍光体において、金属化合物の超微粒子蛍光粉
体が、単分散の単結晶粒子からなることにより、超微粒
子蛍光粉体の粒径バラツキがなく、超微粒子蛍光粉体が
エアロゾル中で沈降することなく、うまく浮遊するとい
う作用を有する。ここで単分散とは、粒径分布の標準偏
差を平均粒径で割った変動係数が０．１以下であるもの
をいう。日本結晶学会誌、３４巻、２４４頁（１９９２
年）にこの単分散の定義と本発明の範囲より大きなサイ
ズの単分散粒子の作り方の一例が紹介されている。本発
明における単分散の単結晶粒子は、これらの製造方法を
適用してつくることもできる。

【００１７】本発明の請求項３記載の蛍光ランプは、ガ
ラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒径５０ｎｍ以下の
金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊させたエアロゾル
を封入し、放電電子あるいは放電によって発生した紫外
線をエアロゾルに照射して蛍光発光させるようにしたこ
とを特徴とするものであり、ガラスバルブ内壁に蛍光体
層を形成する必要がないため、蛍光ランプの製造工数を
きわめて大きく削減できるという作用を有する。この蛍
光ランプは、従来の蛍光ランプと同様、三波長の蛍光体
超微粒子の混合により白色発光が得られるし、また、高
周波点灯や無電極ランプとしての構成も可能である。ま
た、近年の蛍光ランプの高輝度化や多様化の要求に対応
した細いガラスバルブや複雑な形状のガラスバルブを形
成する際に、蛍光体層のないガラスバルブをベンディン
グ成形できるため、従来のように蛍光体層が剥がれたり
することもなく、容易に形成できる。

【００１８】本発明の請求項４記載の蛍光ランプは、請
求項３記載の蛍光ランプにおいて、紫外線発光ガスが、
水銀蒸気，アルゴンガス，クリプトンガスおよびキセノ
ンガスのうちの少なくとも二種の混合物からなるもので
あり、ここで発生する紫外線は真空紫外線領域を含む紫
外線で、波長：２５４ｎｍ，１８５ｎｍ，１７２ｎｍ，
１４７ｎｍなどの位置に発光効率の高い紫外線が得られ
るという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項５記載の蛍光ランプは、請
求項３または４記載の蛍光ランプにおいて、ガラスバル
ブの内壁面に、紫外線反射層を設けたものであり、蛍光
発光を高めて紫外線を有効に可視光に変換するという作
用を有する。この紫外線反射層は、アルミナ，シリカ，
酸化チタンなどの誘電体薄膜を形成することにより構成
できるが、屈折率の異なる複数の薄膜を厚みを変えて積
層することにより反射率の高い多層反射膜として構成す
ることもできる。

【００２０】本発明の請求項６記載の蛍光ランプ装置
は、ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒径５０ｎｍ
以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊させたエア
ロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によって発生し
た紫外線をエアロゾルに照射して蛍光発光させるように
した蛍光ランプと、蛍光ランプのエアロゾル中の超微粒
子蛍光粉体の流動挙動を放電プラズマ流で制御する電界
制御回路とを備えたものであり、蛍光ランプのエアロゾ
ル中の超微粒子蛍光粉体の流動挙動を放電プラズマ流で
制御するという作用を有する。これは、エアロゾル中の
超微粒子蛍光粉体は、流動の少ないガス中では次第に沈
降してゆく傾向があり、風の起こっているプラズマ中で
はそのプラズマ流に乗って浮遊・拡散できる。超微粒子
蛍光粉体は、蛍光ランプより可視光を均一に放射するこ
とが望ましいため、蛍光ランプ内のガス流（プラズマ
流）を電界で制御して超微粒子蛍光粉体を均一にかつ安
定に蛍光ランプ内に浮遊・拡散させるようにしている。
なお、電界制御回路は、電圧，極性方向，印加パルス
（パルス形状，デューティ，パルス幅，パルス高さ）な
どを変化させる汎用電子制御回路によって容易に構成で
きる。

【００２１】本発明の請求項７記載の蛍光ランプ装置
は、ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒径５０ｎｍ
以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊させたエア
ロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によって発生し
た紫外線をエアロゾルに照射して蛍光発光させるように
した蛍光ランプと、蛍光ランプを振動させて蛍光ランプ
のエアロゾル中の超微粒子蛍光粉体の浮遊状態を高める
振動機構とを備えたものであり、振動機構により蛍光ラ
ンプのエアロゾル中の超微粒子蛍光粉体の浮遊状態を高
めることにより、ガラスバルブ内で超微粒子蛍光粉体が
沈降するのを防止でき、良好な照明状態を得ることがで
きるという作用を有する。なお、振動機構は、電磁誘導
回路によって容易に付与でき、蛍光ランプの担持部分に
設ければよい。振動機構による振動条件は、超微粒子蛍
光粉体の粒径や比重に依存し、共振周波数と振幅を選
び、共振させて安定に超微粒子蛍光粉体を浮遊させるこ
とが望ましい。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について図１を
用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における蛍
光ランプの動作原理の一例を示す図である。図１におい
て、１はガラスバルブ、２は電極フィラメント、３は放
電電子、４はアルゴンガス、５は水銀蒸気、６は粒径５
０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体である。

【００２３】この図１では、ガラスバルブ１中に、紫外
線発光ガスとしてアルゴンガス４と水銀蒸気５とを封入
している。この紫外線発光ガス中に超微粒子蛍光粉体６
を浮遊させてエアロゾルを形成している。ガラスバルブ
１中で放電電子３とアルゴンガス４と水銀蒸気５とがプ
ラズマを形成し、放電電界に応答して流動する。超微粒
子蛍光粉体６は、ガラスバルブ１中で浮遊し、その浮遊
した状態で、放電によって発生した紫外線（ＵＶ）を受
けて可視光を蛍光発光する。

【００２４】なお、図１に示すように主に紫外線による
蛍光が大部分を占めているが、蛍光には、放電電子によ
る蛍光と紫外線による蛍光とがあり、実際には両方の現
象が生じている。これは、蛍光体の材料に依存し、例え
ば、ブラウン管用蛍光体では発光効率は電子のエネルギ
に依存し、ランプ用蛍光体では紫外線の波長に依存す
る。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。 〔第１の実施例〕ソーダライムガラスよりなる水銀放電
ランプ用の内径２５ｍｍ，長さ３３０ｍｍのガラスバル
ブ中に一対の放電電極を配置し、水銀とキセノンガスと
粒径８ｎｍのＥｕ付活アルミン酸バリウムマグネシウム
の超微粒子蛍光粉体とを封入し、減圧してガラスバルブ
を封止して、青色の蛍光ランプを作製した。

【００２６】この青色の蛍光ランプを高周波点灯回路に
接続して点灯したところ、従来のガラスバルブ内壁に蛍
光体層を形成した蛍光ランプの約７５％の光束が得られ
た。なお、ここで用いた高周波点灯回路は、蛍光ランプ
用高周波点灯回路であり、一般に２０〜７０ｋＨｚで駆
動される。 〔第２の実施例〕ソーダライムガラスよりなる水銀放電
ランプ用の内径２８ｍｍ，長さ３３０ｍｍのガラスバル
ブの内壁に０．１μｍ厚の紫外線反射層を形成した。こ
れに一対の放電電極を配置し、水銀とアルゴンガスと粒
径５ｎｍの単分散のＣｅＴｂ付活燐酸ランタン超微粒子
蛍光粉体とを封入し、減圧してガラスバルブを封止し
て、緑色の蛍光ランプを作製した。

【００２７】この緑色の蛍光ランプをパルス電源回路を
内蔵した蛍光灯器具に取り付けて点灯したところ、従来
のガラスバルブ内壁に蛍光体層を形成した蛍光ランプの
約９０％の光束が得られた。点灯時には、ガラスバルブ
中で超微粒子蛍光粉体の沈降もなく、安定した照明が得
られた。なお、ここで用いたパルス電源回路は、超微粒
子蛍光粉体の流動挙動を放電プラズマ流で制御する電界
制御回路のことである。

【００２８】〔第３の実施例〕ソーダライムガラスより
なる水銀放電ランプ用の内径２８ｍｍ，長さ３３０ｍｍ
のガラスバルブ中に一対の放電電極を配置し、キセノン
ガスとアルゴンガスと平均粒径１５ｎｍの三波長型希土
類蛍光粉体混合物とを封入し、減圧してガラスバルブを
封止して、白色の蛍光ランプを作製した。

【００２９】この白色の蛍光ランプを振動機構を設けた
蛍光灯器具に取り付け、微振動を与えながら点灯したと
ころ、従来の蛍光ランプの光束の８０％の安定した光束
が得られた。ここでは振動機構として、電磁石による振
動（５０Ｈｚ）を与えた。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明は、粒径５０ｎｍ以
下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を放電ガス中に浮遊
させたエアロゾルからなり、放電電子あるいは放電によ
って発生した紫外線を受けて超微粒子蛍光粉体が浮遊状
態で蛍光発光するようにしたことにより、蛍光ランプの
ガラスバルブ内壁に蛍光体層を形成する必要のない新規
な蛍光体が得られる。

【００３１】また、本発明は、ガラスバルブに、紫外線
発光ガス中に粒径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子
蛍光粉体を浮遊させたエアロゾルを封入し、放電電子あ
るいは放電によって発生した紫外線をエアロゾルに照射
して蛍光発光させるようにしたことにより、ガラスバル
ブ内壁の蛍光体層の形成工程を必要とせず、ガラスバル
ブをベンディングする際に蛍光体層が剥がれたりするこ
とのなく、容易にベンディング成形できる蛍光ランプが
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における蛍光ランプの動作
原理の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ ガラスバルブ ２ 電極フィラメント ３ 放電電子 ４ アルゴンガス ５ 水銀蒸気 ６ 超微粒子蛍光粉体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒
   子蛍光粉体を放電ガス中に浮遊させたエアロゾルからな
   り、放電電子あるいは放電によって発生した紫外線を受
   けて前記超微粒子蛍光粉体が浮遊状態で蛍光発光するよ
   うにしたことを特徴とする蛍光体。
2. 【請求項２】 金属化合物の超微粒子蛍光粉体が、単分
   散の単結晶粒子からなる請求項１記載の蛍光体。
3. 【請求項３】 ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒
   径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊
   させたエアロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によ
   って発生した紫外線を前記エアロゾルに照射して蛍光発
   光させるようにしたことを特徴とする蛍光ランプ。
4. 【請求項４】 紫外線発光ガスは、水銀蒸気，アルゴン
   ガス，クリプトンガスおよびキセノンガスのうちの少な
   くとも二種の混合物からなる請求項３記載の蛍光ラン
   プ。
5. 【請求項５】 ガラスバルブの内壁面に、紫外線反射層
   を設けた請求項３または４記載の蛍光ランプ。
6. 【請求項６】 ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒
   径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊
   させたエアロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によ
   って発生した紫外線を前記エアロゾルに照射して蛍光発
   光させるようにした蛍光ランプと、 前記蛍光ランプのエアロゾル中の前記超微粒子蛍光粉体
   の流動挙動を放電プラズマ流で制御する電界制御回路と
   を備えた蛍光ランプ装置。
7. 【請求項７】 ガラスバルブに、紫外線発光ガス中に粒
   径５０ｎｍ以下の金属化合物の超微粒子蛍光粉体を浮遊
   させたエアロゾルを封入し、放電電子あるいは放電によ
   って発生した紫外線を前記エアロゾルに照射して蛍光発
   光させるようにした蛍光ランプと、 前記蛍光ランプを振動させて前記蛍光ランプのエアロゾ
   ル中の前記超微粒子蛍光粉体の浮遊状態を高める振動機
   構とを備えた蛍光ランプ装置。