【手続補正書】
【提出日】平成16年9月1日(2004.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    低圧ガス放電ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  元素周期表のＩＶ族の主族元素とのカルコゲニドとバッファガスとを有する充填ガスを含むガス放電容器と、
低圧ガス放電を発生させかつ維持する手段と
を有する低圧ガス放電ランプ。
【請求項２】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、
前記カルコゲニドは、硫化物、セレン化物及びテルル化物からなる群より選択されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項３】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、元素周期表の前記ＩＶ族の主族元素は、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛から選択されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項４】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、前記カルコゲニドは、SiS、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe 及びSnTeからなる群より選択されていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項５】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、充填ガスは、セレン化ゲルマニウム ＧｅＳｅを有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項６】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、充填ガスは、硫化ゲルマニウム ＧｅＳを有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項７】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、充填ガスは、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛の２種以上のカルコゲニドからなる混合物を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項８】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、カルコゲニドにおける、カルコゲンと元素周期表のＩＶ族の主族元素との間のモル比が０．８≦ｎ≦１．２であることを特徴とする請求項１に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項９】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、充填ガスは、バッファガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群より選択された不活性ガスを含むことを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、ガス放電容器の外側面上に蛍光体被膜を有することを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項１１】  請求項１に記載の低圧ガス放電ランプにおいて、ガス放電容器の内側面上に蛍光体被膜が設けられていることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充填ガスを有するガス放電容器と、低圧ガス放電を発生させかつ維持する手段とを有する低圧ガス放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧ガス放電ランプにおける光の発生は、ランプ電極間の電界により、荷電粒子、特に電子（イオンの場合もある）が、ランプの充填ガス中のガス原子又は分子と衝突してこれらガス原子又は分子を励起又はイオン化する程度に強く加速されるという原理に基づくものである。充填ガスのこれら原子又は分子が基底状態に戻る際に、励起エネルギーのほぼ大部分が放射に変換される。
【０００３】
従来の低圧ガス放電ランプは、充填ガス中に水銀を含んでおり、更にガス放電容器の内側に蛍光体被膜が設けられている。この低圧ガス放電ランプには、水銀蒸気が主として高エネルギーだが目に見えないＵＶ−Ｃ範囲の電磁スペクトル内にある放射を放出し、この放射を、先ず最初に蛍光体により、それよりも著しく低いエネルギーレベルを有する可視放射に変換する必要があるという欠点がある。この処理においては、このエネルギーの差が不所望な熱放射に変換される。
【０００４】
その上、充填ガス中の水銀は、ますます、環境的に有害で毒性のある物質と見なされるようになっており、その使用、製造及び処分が環境に脅威となるため、今日の大量生産物においては可能な限り避けるべき物質とされている。
【０００５】
充填ガス中の水銀を他の物質に置き換えることにより、低圧ガス放電ランプのスペクトルに影響を及ぼすおそれがあることは既に分かっている。
【０００６】
例えば、英国特許公開第2014358号明細書は、放電容器と、電極と、ＵＶ放出体としての少なくとも一種のハロゲン化銅を含む充填剤とを有する低圧ガス放電ランプが開示されている。このハロゲン化銅含有低圧ガス放電ランプは、可視波長範囲及び約３２４．７５ｎｍ〜３２７．４ｎｍのＵＶ波長範囲の光を放出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電磁スペクトルの可視範囲にできるだけ近い放射を発生する低圧ガス放電ランプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、元素周期表のＩＶ族の主族元素とのカルコゲニドとバッファガスとを有する充填ガスを含むガス放電容器と、低圧ガス放電を発生させかつ維持する手段とを有する低圧ガス放電ランプにより達成される。
【０００９】
本発明によるランプにおいて、分子ガス放電は低圧力で起こり、このガス放電が電磁スペクトルの可視及び近ＵＶＡ範囲の放射を放出する。この放射は分子放電により発生されるため、カルコゲニドの種類や、他に加え得る添加物や、ランプ内圧や点灯温度が連続スペクトルの正確な位置を制御し得る。
【００１０】
本発明によるランプは、蛍光体と組み合わせると、従来の低圧水銀放電ランプよりかなり高い発光効率を有する。ルーメン／ワットで表されるこの発光効率は、特定の可視波長範囲における放射の輝度と、放射を発生するためのエネルギーとの比である。本発明によるランプの高い発光効率は、特定量の光がより低い電力消費で得られることを意味する。
【００１１】
元素周期表のＩＶ族の主族元素、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛とのカルコゲニドは高い解離エネルギーを有する。その結果、ガス放電中に、電子衝突のイオン化により気相中の分子のうちのほんの一部しか分裂せず、ガス放電中に、カルコゲニドイオンは殆ど発生しない。このことも、ランプの発光効率に好影響を及ぼす。
【００１２】
その上、本発明によれば、水銀の使用を回避している。
【００１３】
本発明によるランプは、ＵＶ−Ａランプとして、日焼け用ベッドに用いたり、殺菌ランプや塗料硬化用ランプとして用いると有利である。一般の照明目的のためには、ランプを適切な蛍光体と組み合わせる。ストークスシフトにより引き起こされる損失が少ないため、１００ルーメン／ワットを超える高い発光効率の可視光が得られる。
【００１４】
本発明の範囲内では、カルコゲニドを、硫化物、セレン化物及びテルル化物からなる群より選択するのが好ましい。
【００１５】
本発明の範囲内では、元素周期表のＩＶ族の主族元素を、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛からなる群より選択するのが好ましい。
【００１６】
カルコゲニドは、SiS、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe及びSnTeからなる群より選択するのが特に好ましい。
【００１７】
充填ガスが、セレン化ゲルマニウム ＧｅＳｅを有することにより、従来技術に比べ特に有利な効果が得られる。この場合、広い連続スペクトルを有するガス放電が得られる。
【００１８】
或いは又、充填ガスが硫化ゲルマニウム ＧｅＳを有するのも好ましい。硫化ゲルマニウムを有する充填ガスは、高い蒸気圧を特徴とする。
【００１９】
充填ガスが、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛の２種以上のカルコゲニドからなる混合物を有することにより、発光効率が更に向上する。
【００２０】
カルコゲニドにおいては、カルコゲンと元素周期表のＩＶ族の主族元素との間のモル比ｎを０．８≦ｎ≦１．２ とするのが好ましい。
【００２１】
充填ガスは、バッファガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群より選択された不活性ガスを有することができる。
【００２２】
本発明の範囲内では、ガス放電容器がその外面上に蛍光体被膜を有するのが好ましい。本発明による低圧ガス放電ランプにより放出されるＵＶ−Ａ放射は、一般的な種類のガラスによっては吸収されず、放電容器の壁部をほぼ損失無く通り抜ける。従って、蛍光体被膜をガス放電容器の外側面に設けることができる。このことは、製造処理を簡単化することになる。
【００２３】
ガス放電容器はその内面上に蛍光体被膜を有するのも好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の上述の及びその他の観点は以下に記載の実施例の説明から明らかとなるであろう。
図１に示す実施例において、本発明による低圧ガス放電ランプは、放電空間を囲んでいる管状ランプバルブ１から構成されている。外側接点３を有する内部電極２はこの管の両端に封入されており、これら内部電極によりガス放電を点弧できる。さらに、低圧ガス放電ランプは、既知のように、ガス放電ランプの点弧及び点灯を制御するのに用いる電気安定器を有する。
【００２５】
或いは又、ガス放電容器は、複数回屈曲した又はコイル状にした管の形態となるように構成することができ、これを外側バルブにより囲むこともできる。ガス放電容器の壁部は、ガラス類、石英、酸化アルミニウム又はイットリウム−アルミニウム−ガーネットから形成するのが好ましい。
【００２６】
充填ガスとしては、最も簡単な場合には、2×10-11 mol/cm3から2×10-9 mol/cm3 の量の、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛のカルコゲニドと、不活性ガスとを用いる。この不活性ガスは、ガス放電をより容易に点弧させ得るバッファガスとして作用する。このバッファガスはアルゴンを用いるのが好ましい。アルゴンは、ヘリウム、ネオン、クリプトン又はキセノンのような他の不活性ガスで完全に又は部分的に置き換えることができる。
【００２７】
カルコゲニドは、カルコゲン、即ち元素周期表のＶＩ族の主族元素を有する化合物である。本発明の範囲内で、カルコゲンとして、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）を有するカルコゲニドを用いるのが好ましい。
【００２８】
元素周期表のＩＶ族の主族元素としては、本発明の範囲内で、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）及び鉛（Ｐｂ）の元素を用いることができる。
【００２９】
本発明では、元素周期表のＩＶ族の主族元素とのカルコゲニドを用いるのが好ましく、この場合、カルゴゲンと、元素周期表のＩＶ族の主族元素との間のモル比ｎは、約０．８≦ｎ≦１．２とするのが好ましい。
【００３０】
後に記載した表１は、元素周期表のＩＶ族の主族元素とのカルコゲニドの幾つかについての分光特性を示す。Ｔ* [Ｋ]は、カルコゲニドの蒸気分圧が１Ｐａ（１０ μbar）に達している時のランプの壁部の温度である。「遷移」の列には、カルコゲニド分子の放射遷移の種類を示す。「Ｘ」は分子の電子的基底状態を示し、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｄ」及び「Ｅ」は分子の電子的励起状態を示す。「Ｄ[ｅＶ]」は関連するカルコゲニドの解離エネルギーであり、「λ* 」は分子放射の固有の波長を示す。
【００３１】
ケイ素、ゲルマニウム、スズ及び鉛との２種以上のカルコゲニドをガス雰囲気中で組み合わせることにより発光効率を改善し得る。
【００３２】
点灯中のランプの内圧を最適化することによって更に発光効率を改善し得る。バッファガスの冷状態での充填圧ｐとガス放電容器の最小直径ｄとの積が、２０Ｐａ・ｃｍ（０．２mbar・cm ）＜ｐ・ｄ＜２・１０ 3Ｐａ・ｃｍ（２０mbar・cm ）の条件を満足する場合に、バッファガスの冷状態での充填圧は最適となる。
【００３３】
ランプ点灯中の温度を適切な構成上の手段により制御して、２５℃の外部温度での点灯中に内部温度Ｔ１がＴ *±５０[Ｋ]となるようにすることにより、低圧ガス放電ランプの発光効率を高めることができることを確かめた。この内部温度Ｔ１は、ガス放電容器の最冷却点に関連するものである。
【００３４】
内部温度を高めるために、赤外線反射層で被覆した外側バルブをガス放電容器を囲むように設けることができる。インジウムをドープした酸化スズの赤外線反射被膜を用いるのが好ましい。
【００３５】
本発明による低圧ガス放電ランプ内の電極の好適な材料は、例えば、ニッケル又はニッケル合金、或いは融点の高い金属、特にタングステン又はタングステン合金、とりわけレニウムを有するタングステン合金から成る。また、酸化トリウム又は酸化インジウムとタングステンとの複合材料も適切に用いることができる。これら電極には、仕事関数の低い材料を追加的に被覆することができる。
【００３６】
図１による実施例においては、ランプのガス放電容器の外側面を蛍光層４で被覆している。ガス放電により発生するＵＶ放射により、この蛍光体層中の蛍光体を励起し可視域の光５を放出させる。
【００３７】
蛍光体層の化学組成が光のスペクトル又はその色調を決定する。蛍光体として適切に用いうる材料は、発生した放射を吸収し、この放射を適切な波長範囲、例えば赤、青及び緑の三原色に対する波長範囲で放出し、かつ蛍光量子収量を高くし得るようなものとする必要がある。
【００３８】
適切な蛍光体及び蛍光体合成物は、必ずしもガス放電容器の内面に被着する必要はなく、代わりにガス放電容器の外面に被着することもできる。その理由は、一般的な種類のガラスはＵＶＡの波長範囲で発生した放射を吸収しないためである。
【００３９】
他の実施例によれば、ガス放電容器の外側に電極を設け、例えば２．６５ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ又は２．４ＧＨｚの周波数を有する高周波電界を用いてランプを容量的に励起する。
【００４０】
さらに他の実施例によれば、例えば２．６５ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ又は２．４ＧＨｚの周波数を有する高周波電界を用いてランプを誘導的に励起する。
【００４１】
ランプを点弧すると、これら電極により放出された電子が充填ガスの原子及び分子を励起し、特性線及び連続分子スペクトルのＵＶ放射を放出する。
【００４２】
放電により充填ガスを加熱し、光出力が最適となる、所望の蒸気圧及び所望の点灯温度を達成する。
【００４３】
ランプの点灯中にカルコゲニド含有充填ガスから発生する放射は、周期表のＩＶ族の主族元素の線スペクトルの他に、カルコゲニドの分子放電により引き起こされる強く、広く、連続的な分子スペクトルを呈する。この連続的な分子スペクトルの最大放射範囲は、通常、カルコゲニドの分子量が増えるにつれてより長波長側に移動する。
【００４４】
【表１】
2003007248.tif 000001
【００４５】
［実際例１］
ＵＶＡ放射を透過するガラスより成り、長さが１４ｃｍで直径が２．５ｃｍの円筒状放電容器に銅の外部電極を設ける。この放電容器を排気し同時に０．３ｍｇの量のＧｅＳｅを加える。さらに、冷却時に５・１０ 2Ｐａ（５ｍｂａｒ）の圧力でアルゴンを導入する。外部交流電源から周波数１３．６５ＭＨｚの交流電流を給電し、４３３℃の点灯温度で発光効率を測定した。発光効率は１００ルーメン／ワットであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  セレン化ゲルマニウムを含む充填ガスを有する低圧ガス放電ランプにおける光の発生を示す線図である。
【符号の説明】
１  ランプバルブ
２  電極
３  外側接点
４  蛍光層
５  可視域の光