JPS61118489A - ハロリン酸カルシウム螢光体とその製法 - Google Patents

ハロリン酸カルシウム螢光体とその製法

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JPS61118489A
JPS61118489A JP19501685A JP19501685A JPS61118489A JP S61118489 A JPS61118489 A JP S61118489A JP 19501685 A JP19501685 A JP 19501685A JP 19501685 A JP19501685 A JP 19501685A JP S61118489 A JPS61118489 A JP S61118489A
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fluorescent lamp
chromaticity
fluorescent
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ジヨージ・ライス・ギローリー
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    • H01J61/02Details
    • H01J61/38Devices for influencing the colour or wavelength of the light
    • H01J61/42Devices for influencing the colour or wavelength of the light by transforming the wavelength of the light by luminescence
    • H01J61/44Devices characterised by the luminescent material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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    • C09K11/75Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing arsenic, antimony or bismuth containing antimony
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発  明  の  背  景 本発明は、螢光灯において特に有用である本質的に化学
量論的な種類のハロリン酸カルシウム螢光体に関するハ
ロリン酸カルシウム螢光体は、一般式 %式% (式中、Xはフッ素と塩素との混合物をはじめとする1
種以上のハロゲンである)によって表わされる。一般に
、Mnは主活性剤と見なされる一方、sbは共活性剤ま
たは#iJ感剤あるいはそれらの両方と見なされている
。母体または結晶質螢光体の格子はリン灰石(アパタイ
ト)系の構造を有することが認められており、またかか
る螢光体は本質的に化学量論的な単−相の組成物として
合成し得ることも認められている。かかる化学岱論的ハ
ロリンM塩螢光体の製法は、本発明の場合と同じ譲受人
に譲渡された米国特許第3109819号明細畠中に記
載されている。この螢光体製法によれば、焼成後に化学
量論的組成物を生成する成分バッチにおいて、所望の生
成物を得るために使用される成分の傷が次のように調整
される。すなわち、21i金属、リンおよびフッ素(含
有時)は化学量論的組成物中に規定された通りの比率で
存在する一方、アンチモンおよび塩素(含有時)はく焼
成による螢光体生成時に生じる揮発損失を補償するため
)化学量論的組成物において規定された比率を僅かに越
える比率で存在するように調整される。
他の方法によって得られた螢光体組成物中には有害相や
希釈相が存在していて、−かかる螢光体組成物を螢光灯
において使用した場合にはそれらが発光効率を低下させ
るのに対し、上記の螢光体製法によって得られる生成物
中にはかかる有害相や希釈相が比較的少ないのである。
また、螢光灯において使用すべきハロリン酸カルシウム
螢光体の合成に際し、その他各種の金属イオンを比較的
少ない量で導入する技術も知られている。たとえば英国
特許第733145号明細書中には、アルミニウム、バ
リウム、カドミウム、セシウム、マグネシウム、鉛、タ
リウムおよび亜鉛から成る群より選ばれた0、05〜0
.4(重量)%の金属イオンを非化学量論的なハロリン
酸カルシウム中に導入することが開示されている。
かかる螢光体においては、言うまでもなく螢光灯の光出
力を向上させるため、リン酸基と結合した金属イオンの
数とハロゲン化物として存在する金属イオンの数との比
が7.5以上8.5以下に維持されることが述べられて
いる。前述の米国特許第3109819号明s*中には
また、化学m論的な螢光体組成物中のカルシウムイオン
を他の2価陽イオンで部分的に置換し得ることも開示さ
れているが、かかる置換が螢光体の発光特性にいがなる
効果を及ぼすのかは示されていない。詳しく述べれば、
適当な2価陽イオンとしては、カドミウム、ストロンチ
ウム、バリウム、マグネシウムおよび亜鉛を螢光体組成
物1モル当り0.50原子までの量で使用し得ることが
開示されている。
英国特許第1120372号明III中にはまた、高圧
水銀放電灯において有用とされるへ〇リン酸カルシウム
螢光体が開示されている。それによれば、カルシウムイ
オンの一部または全部をストロンチウム、バリウムまた
はそれらの混合物で置換することができる。銅およびテ
ルビウムイオンで活性化した場合、かかる螢光体は約4
00’Cまでの動作温度下において2537Aおよび3
650人の紫外線で励起すると明るい青緑色の発光を示
すことが述べられている。更にまた、やはり本発明の場
合と同じ譲受人に譲渡された最近の米国特許第4075
532号明細書中には、特定のハロリン酸カルシウム螢
光体と味長幅のより狭い彦色の発光を示す螢光体とを併
用すれば、螢光灯においてより高い発光効率で複合白色
発光の得られることが開示されている。詳しく述べれば
、かがる2種の成分螢光体を併用した場合には、上記の
ハロリン酸カルシウム螢光体からの波長幅の広い黄色発
光と波長幅の比較的狭い青色発光とが合成される結果と
して、ハロリン酸カルシウム成分螢光体の単独使用時よ
りも高い発光効率(ルーメン/ワット)の下で白色領域
内の様々な色度座標を得ることができるのである。
言うまでもなく、螢光灯用途におけるハロリン酸カルシ
ウムの発光効率をなお一層向上させることは望ましいも
のである。また、エネルギーが欠乏してエネルギー原価
の高くなった今日、エネルギー支出を全く増加させずに
光出力をたとえ僅かでも向上させることは非常に重要で
ある。更にまた、かかる向上が現行の螢光体組成物の僅
かな変更によって達成され、従って同じ螢光体製造方法
をそのまま使用できるならば望ましいわけである。
発  明  の  lIl   要 ざTこの度、化学世論的ハロリン酸カル?ウム螢光体の
合成時に比較管少量のマグネシウムイオンを導入ずれば
螢光灯製品において発光の効率および維持に関する改善
が達成されるが、その他のアルカリ土類金属イオンを同
様に導入しても同等の改善は得られないことが見出され
た。詳しく述べれば、特定の種類のハロリン酸カルシウ
ム螢光体において、化学量論的螢光体組成物1モル当り
約0.01〜約0.06モルのマグネシウムイオンを導
入すれば所望の結果が達成されるのに対し、従来技術に
従って同量またはより多量のバリウムイオンを導入して
もかかる結果は得られないことが見出されたのである。
更にまた、この種のハロリン酸カルシウム螢光体中に導
入されるマグネシウムの量が上記の規定範囲を越えると
、螢光灯の性能が実際に低下することも見出された。
本発明に基づくハロリン酸カルシウム螢光体は、化学式 %式% (式中、aは0.02〜0.20の概略範囲内にあり、
bは0.01〜0.06の概略範囲内にあり、1はO〜
0.20の概略範囲内にあり、えは0.15〜0.50
の概略範囲内にあり、そしてyはO−0,30の概略範
囲内にある)によって本質的に表わされ、かつ水銀放電
により励起して可視光を発生させる際に発光の効率およ
び維持に関して改善を示すことを特徴とするものである
低圧形の螢光灯において使用した場合、X=0゜377
およびY−0,382に近似した色度座標(trich
roIatic coordtnates)を有する冷
白色の色度点において上記の改善を示す代表的な螢光体
は、上記化学式中のえが0.15〜0.20の概略範囲
内にありかつアが0.05〜0.20の概略範囲内にあ
るようなものである。また、上記化学式のえが0.30
〜0.50の概略範囲内にありかつyが0.10〜0.
25の概略範囲内にある代表的な螢光体の場合には、X
−0,4406よびY−0,403の色度座標を有する
温白色の色度点において同等の改善が達成される。本発
明の改善はまた、化学量論的なハロリン酸カルシウム螢
光体と他種の螢光体とを併用することにより、低圧形の
螢光灯において効率的な白色発光を得る場合にも達成す
ることができる。たとえば、前述の米国特許第4075
532号明細書中に開示された螢光体の併用例において
、本発明に従って製造されたハロリン酸カルシウム螢光
体を代用すれば所望の改善が達成されるのである。更に
詳しく述べれば、上記化学式中のえが0.25〜0.5
0の概略範囲内にありかつ、がOである結果として、X
−0,409およびY−0,432に近似した色度座標
を有する黄色の色度点を示すような成分螢光体を代用す
ればよいのである。
本発明の螢光体は、前述の米国特許第3109819号
明細書中に記載された一般的方法に従って製造される。
かかる−°般的方法に従い、焼成後に化学量論的螢光体
組成物を生成するような成分バッチであって、2価金属
、リンおよびフッ素は上記化学式中に規定された通りの
比率で含有しかつアンチモンおよび塩素(含有時)は上
記化学式中に規定された比率を僅かに越える比率で含有
するような成分バッチが使用される。ただし、ハロゲン
イオンとしてフッ素のみを含有する螢光体の場合には、
高い焼成温度下で多少の揮発損失が生じるため、上記バ
ッチのフッ素含有は僅かに過剰であることが好ましい。
次いで、上記バッチは螢光体が生成されるまで不活性雰
囲気中において約1150℃の温度下で焼成される。な
お、上記の従来方法とは異なり、本発明の螢光体1造方
法は不活性雰囲気中において蓋なしの容器を用いた単一
焼成操作によって実施することもできるし、あるいは次
のような二重焼成操作によって実施することもできる。
すなわち、酸素含有雰囲気(たとえば空気)中において
蓋付きの皿に入れた上記バッチを焼成した債、得られた
焼成物を粉砕し、混合し、それから不活性雰囲気中にお
いて約1050℃の温度下で再焼成することもできるの
である。
本発明の螢光体製造方法において使用するのに適したマ
グネシウム源は、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム
および硝酸マグネシウムをはじめとする各種の無機マグ
ネシウム化合物中から選択することができる。
本発明に基づく代表的な螢光灯は、水銀放電を生起させ
るための手段を内部に封入した密封外管およびかかる水
銀放電によって生じる紫外線の大部分を白色の可視光に
変えるため外管の内部に配置された被膜を含んでいる。
好適な実施の態様に従えば、上記の水銀放電は通常の低
圧放電であり、また上記の被膜は前記に定義された組成
を有する単独の螢光体あるいは前記の螢光体組成物を含
んだ螢光体配合物のいずれから成っていてもよい。
本発明に基づく単独の螢光体を用いて様々な白色の色度
点を得るためには、螢光体のマンガンおよびアンチモン
含量を常法に従って調整すればよい。
また、前述の米国特許第4075532号明am中に開
示された螢光体配合物を使用した螢光灯において同様な
白色の色度点を得るためには、えが0.25〜0゜50
の概略範囲内にありかつyが0である結果、!:I、、
rX−0,409I3J:びY−0゜432に近似した
色度座標を有するような本発明のハロリン酸カルシウム
を使用すればよい。
好適な実施の態様の説明 添付の図面を参照すれば、円形の横断面を有するソーダ
石灰ガラス製の細長い外管2を含む代表的な螢光灯1が
示されている。かかる螢光灯の内部に設けられた低圧水
銀放電アセンブリは、通常の電極構造物3およびその両
端に接続された導入線4.5を含んでいる。これらの導
入線は取付はステム7のガラス製つまみシール部6を貝
通し、そしてガラス製密封外管の両端に固定された口金
8の電気接点にまで達している。ガラス製密封外管の内
部に存在する放電維持用の封入物は、低圧の不活性ガス
(たとえばアルゴンまたはアルゴンと他の希ガスとの混
合物)および低蒸気圧方式の動作をもたらす少量の水銀
から成っている。ガラス製外管の内面上には本発明に従
って製造されたハロリン酸カルシウム螢光体の被膜9が
設置されているが、かかる被膜は内面の全周にわたりか
つ実質的に外管の全長に沿って存在している。本発明の
螢光体組成物を用いて得られる改善の程度を詳しく説明
するため、各種の螢光体被膜を使用しながら、公知の4
0丁12形構造を有する公称定格40ワツトの複数の螢
光灯を作製して試験した。
これらの試験用螢光灯において得られたルーメン値を下
記第1表中に報告する。
第1表 上記の螢光灯試験結果かられかる通り、本発明に基づく
冷白色の螢光体〈実施例1〜3)は従来のバリウム含有
螢光体(実施例4−6)よりも多量の光を発生し、しか
もかかるルーメン値は一層良好に維持された。残りの実
施例7はやはり本発明に基づくマグネシウム含有螢光体
を使用した温白色の螢光灯に関するものであるが、この
場合にも同等の改善が得られることがわかる。
更にまた、本発明の別の実施のM様を詳しく説明するた
め、前述の米国特許第4075532号に基づく螢光体
配合物の被膜を使用しながら、同じ構造を有する定格3
4ワツトの複数の螢光灯を作製した。更に詳しく述べれ
ば、これらの螢光灯においては、本発明に基づく黄色発
光のフルオロリン酸カルシウム螢光体と可視スペクトル
の青色領域内に波長幅の比較的狭い発光スペクトルを有
する別の螢光体とが配合されて使用された。かかる螢光
体配合物中において使用するのに適した青色発光の螢光
体としては、ユーロピウムで活性化されたストロンチウ
ムクロロアパタイト螢光体およびユーロピウムで活性化
されたアルミン酸マグネシウムバリウム螢光体が挙げら
れる。これらの試験用螢光灯のいずれもが、X−0,3
806よびY=0.398に近似した色度座標を有する
冷白色の色度点を示した。これらの試験用螢光灯におい
て得られたルーメン値を下記第2表中に報告する。表中
にはまた、螢光体配合物中に使用された黄色発光成分螢
光体の組成も示しである。
!」し五 時間   時間    時間 8  冷白色配合物(黄色  6.00    89.
888.8  87.5発光螢光体1モル 当りMil+ 0.02モル〉 9   冷白色配合’111 (’R色  6.40 
   86.385.3  85.0発光螢光体1モル 当りB80.02モル) この場合にもまた、上記の螢光灯試験結果かられかる通
り、本発明に基づく配合物(実施例8)は黄色発光成分
螢光体中にrij4Iのバリウムイオンを含有した従来
の配合物よりも多くの光出力を示し、しかもかかるルー
メン値は一層良好に維持された。
以下に示す実施例は、螢光体組成中に含有されるバリウ
ムイオンとマグネシウムイオンとを比較するために役立
つ特定のハロリン酸カルシウム螢光体の代表的な製造方
法を例示するものである。
本発明の螢光体製造方法に従えば、前述のごとく、焼成
後に化学量論的螢光体組成物を生成するような成分バッ
チであって、2価金属、塩素含有時のフッ素、およびリ
ンは前記化学式中に規定された通りの比率で含有しかつ
アンチモン、塩素、および塩素非含有時のフッ素は前記
化学式中に規定された比率を僅かに越える比率で含有す
るような成分バッチが混合される。次いで、螢光体が生
成されるまで上記のバッチを不活性雰囲気中において約
1150℃で焼成すればよい。かかる螢光体製造方法に
おいては、アンチモンイオンが酸化されて原子価のより
高い状態になるのを防止するために不活性の焼成雰囲気
が使用される。他方、先ず最初に空気中において約11
50℃で焼成することによって螢光体を生成しようとす
る場合には、発光効率を更に向上させるため、かかる螢
光体を粉砕してから不活性雰囲気中において約1050
℃で再焼成することが望ましい。なお、かかる螢光体の
再焼成は1100℃より低い温度下で行うことが望まし
い。さもないと螢光体粒子の凝集が起こり、従って適当
な螢光灯被膜の形成のためにそれらを粉砕しなければな
らないからである。
実施例10 上記の方法に従って温白色のハロリン酸カルシウム螢光
体を製造した。先ず最初に、6.00モルのCa HP
O4,2,57モルのCa CO3,0,88モルのC
a F2.0.36モルのMnCot 、0.10モル
(7)Cd Olo、30’fニル(DNH< CI 
、0.05モルの5bzOxおよび0゜02モルのM(
l CO3から成る成分バッチを常法に従って混合した
。かかる粉末成分の混合物を蓋付きの皿に入れ、そして
約1160℃で約2時間にわたり焼成した。次に、得ら
れた螢光体を粉砕し、混合し、それから窒素の不活性雰
囲気中において約1050℃で約2時間にわたり再焼成
した。
このようにして得られた化学量論的螢光体は化学式 %式%) によつ、て表わされることが判明した。上記のごとき低
圧形の螢光灯においてこの螢光体を被膜として使用した
ところ、X−0,440およびY−0゜403に近似し
た色度座標を有する温白色の色度点が得られた。
実施例11 同様にして冷白色へ〇リン酸カルシウム螢光体を製造し
た。すなわち、6.00モルのCat−IPOa 、2
.72モルのCa CO3,0,90モルのCa F2
.0.185モルのMn CO3,0゜10モルのCd
 0,0.21モルのNH4CI、0.055モルの5
l)203および0.02モルのMgCO3から成る成
分バッチを蓋なしの皿に入れ、それから不活性雰囲気中
において約1150℃で約2時間にわたり焼成した。こ
のようにして得られIこ化学m論的螢光体は、 化学式 %式%) によって表わされるものであった。この螢光体を被膜と
して使用した低圧形の螢光灯においては、X−0,37
7およびY=0.382に近似した色度座標を有する冷
白色の色度点が得られた。
実施例12 同様にして黄色発光のフルオロリン酸カルシウム螢光体
を製造した。すなわち、6.00モルのCa HPO4
,2,55モルのQa COI+ 、0゜98モルのC
a F2.0.28モルのMnCO3,0、10モAz
(7)Cd Olo、 04−E/Lz(1)Sb 2
03および0.02モルのMgCO3から成る成分バッ
チを蓋付きの皿に入れ、そして約1160℃で約2.5
時間にわたり焼成した。次に、得られた螢光体を粉砕し
、混合し、それから窒素の不活性雰囲気中において約1
050℃で約2時間にわたり再焼成した。このようにし
て得られた化学世論的螢光体は、化学式 %式%) によって表わされるものであった。この螢光体的95)
を前述の米国特許第4075532号明細書中に記載さ
れた5ECA螢光体5?と混合して得られる配合物を被
膜として使用した低圧形の螢光灯においては、X−0,
379〜0.380およびY=0.396〜0.398
の範囲内の色度座標を有する冷白色の色度点が得られた
以上、本発明の実施に当って使用される螢光体、螢光灯
および方法に関して特定の実施例を記載したが、本発明
の精神および範囲から逸脱することなくそれらに様々な
変更を加え得ることは上記の説明から明らかであろう。
それ故、本発明の範囲はもっばら前記特許請求の範囲の
みによって制限されるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明に基づく螢光体被膜を使用した低圧形量
光灯の部分切欠き斜視図である。 図中、1は螢光灯、2は外管、3は電極構造物、4およ
び5は導入線、6はつまみシール部、7は取付はステム
、そして8は口金を表わす。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1.  1.化学式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、aは0.02〜0.20の概略範囲内にあり、
    bは0.01〜0.06の概略範囲内にあり、wは0〜
    0.20の概略範囲内にあり、xは0.15〜0.50
    の概略範囲内にあり、そしてyは0〜0.30の概略範
    囲内にある)によって本質的に表わされ、かつ水銀放電
    により励起して可視光を発生させる際に発光の効率およ
    び維持に関して改善を示すことを特徴とするハロリン酸
    カルシウム螢光体。
  2.  2.xが0.15〜0.20の概略範囲内にありかつ
    yが0.05〜0.20の概略範囲内にある結果として
    、螢光灯において使用した場合に冷白色の色度点を示す
    特許請求の範囲第1項記載の螢光体。
  3.  3.前記冷白色の色度点がX=0.377およびY=
    0.382に近似した色度座標を有する特許請求の範囲
    第2項記載の螢光体。
  4.  4.xが0.30〜0.50の概略範囲内にありかつ
    yが0.10〜0.25の概略範囲内にある結果として
    螢光灯において使用した場合に温白色の色度点を示す特
    許請求の範囲第1項記載の螢光体。
  5.  5.前記温白色の色度点がX=0.440およびY=
    0.403に近似した色度座標を有する特許請求の範囲
    第4項記載の螢光体。
  6.  6.xが0.25〜0.50の概略範囲内にありかつ
    yが0である結果として、螢光灯において使用した場合
    に黄色の色度点を示す特許請求の範囲第1項記載の螢光
    体。
  7.  7.前記黄色の色度点がX=0.409およびY=0
    .432に近似した色度座標を有する特許請求の範囲第
    6項記載の螢光体。
  8.  8.水銀放電を生起させるための手段を内部に封入し
    た密封外管、および前記水銀放電によって生じる紫外線
    の大部分を可視光に変えるため前記外管の内部に配置さ
    れた被膜を含んで成る螢光灯において、化学式 Ca_1_0_−_a_−_b_−_w_−_xMg_
    bCd_wMn_xSb_a(PO_4)_6F_2_
    −_a_−_yCl_yO_a(式中、aは0.02〜
    0.20の概略範囲内にあり、bは0.01〜0.06
    の概略範囲内にあり、wは0〜0.20の概略範囲内に
    あり、xは0.15〜0.50の概略範囲内にあり、そ
    してyは0〜0.30の概略範囲内にある)によつて本
    質的に表わされ、かつ前記水銀放電により励起して白色
    の可視光を発生させる際に発光の効率および維持に関し
    て改善を示すハロリン酸カルシウム螢光体から前記被膜
    が成ることを特徴とする螢光灯。
  9. 9.xが0.15〜0.20の概略範囲内にありかつY
    が0.05〜0.20の概略範囲内にある結果として、
    X=0.377およびY=0.382に近似した色度座
    標を有する冷白色の色度点を示す特許請求の範囲第8項
    記載の螢光灯。
  10. 10.xが0.30〜0.50の概略範囲内にありかつ
    yが0.10〜0.25の概略範囲内にある結果として
    、X=0.440およびY=0.403に近似した色度
    座標を有する温白色の色度点を示す特許請求の範囲第8
    項記載の螢光灯。
  11. 11.xが0.25〜0.50の概略範囲内にありかつ
    yが0である結果として前記螢光体がx=0.409お
    よびY=0.432に近似した色度座標を有する黄色の
    色度点を示す場合において、前記螢光体が波長幅の比較
    的狭い青色の発光を示す別の螢光体と併用される特許請
    求の範囲第8項記載の螢光灯。
  12. 12.上記の組合わされる螢光体が配合物を成す特許請
    求の範囲第11項記載の螢光灯。
  13. 13.波長幅の比較的狭い青色の発光を示す前記螢光体
    がユーロピウムで活性化されたストロンチウムクロロア
    パタイト螢光体である特許請求の範囲第11項記載の螢
    光灯。
  14. 14.波長幅の比較的狭い青色の発光を示す前記螢光体
    がユーロピウムで活性化されたアルミン酸マグネシウム
    バリウム螢光体である特許請求の範囲第11項記載の螢
    光灯。
  15. 15.前記水銀放電が低圧水銀放電である特許請求の範
    囲第8項記載の螢光灯。
  16. 16.化学式 Ca_1_0_−_a_−_b_−_w_−_xMg_
    bCd_wMn_xSb_a(PO_4)_6F_2_
    −_a_−_yCl_yO_a(式中、aは0.02〜
    0.20の概略範囲内にあり、bは0.01〜0.06
    の概略範囲内にあり、wは0〜0.20の概略範囲内に
    あり、xは0.15〜0.50の概略範囲内にあり、そ
    してyは0〜0.30の概略範囲内にある)によって本
    質的に表わされるハロリン酸カルシウム螢光体の製造方
    法において、(1)焼成後に前記螢光体を生成するよう
    な成分バッチであつて、2価金属、塩素含有時のフッ素
    、およびリンは前記式中に規定された通りの比率で含有
    しかつアンチモン、塩素、および塩素非含有時のフッ素
    は前記式中に規定された比率を僅かに越える比率で含有
    するような成分バッチを混合し、次いで(2)前記螢光
    体が生成されるまで前記バッチを約1150℃の温度下
    で焼成する工程から成ることを特徴とする方法。
  17. 17.前記螢光体が粉砕され、混合され、次いで不活性
    雰囲気において再焼成される特許請求の範囲第16項記
    載の方法。
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