(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電維持成分を備えるガス充填物を有する放電容器が設けられる放電ランプであって、前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2bを含む発光体が設けられ、RE1が、Tm3+、又はPr3+とTm3+の混合物であり、RE2が、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+若しくはEr3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、a+b+x+yが、1以下であるという条件で、aが、0より大きく0.1以下であり、bが、0以上0.1以下であり、xが、0以上1以下であり、yが、0以上1以下であり、且つzが、0以上5以下である放電ランプ。
【請求項２】
前記放電ランプが、Xe、Ne、又はXe/Neエキシマ放電ランプである請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
zが、0.5以上5以下である請求項１又は２に記載の放電ランプ。
【請求項４】
zが、1以上3以下である請求項３に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、好ましくは、MgO、MgAl2O4、Al2O3若しくはLn2O3 (Ln = Sc、Y、La、Gd、Lu)、又はそれらの混合物を有するグループから選択される、塩基性金属酸化物が設けられる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、全ての材料の、xが、0以上1以下であり、aが、0より大きく0.1以下である、(Y1-x-aLux)BO3:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Bia、La1-aPO4:Pra、(Y1-x-aLux)AlO3:Pra、(Ca1-x-2aSrx)2P2O7:PraNaa、(Ca1-x-2aSrx)Al12O19:CeaNaa、若しくは(La1-x-aGdx)PO4:Cea、又はそれらの混合物を有するグループから選択される他の発光体が設けられる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項７】
RE1が、Tm3+、又はPr3+とTm3+の混合物であり、RE2が、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+若しくはEr3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、a+b+x+yが、1以下であるという条件で、aが、0より大きく0.1以下であり、bが、0以上0.1以下であり、xが、0以上1以下であり、yが、0以上1以下であり、且つzが、0以上5以下である、(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2bの、UV-A及び／又はUV-B放射照明システムにおける活性剤としての使用方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放電ランプを有し、且つ／又は請求項７に記載の使用方法に従うシステムであって、
内科的治療、例えば、乾癬などの皮膚病の治療のための機器、
美肌治療のための機器、例えば、日焼け装置、
例えば、付加的なTiO2光触媒を用いた、水の殺菌及び／又は浄化の用途、及び
例えば、高度化成品、例えば、ビタミンD3の光化学的合成のための、化学反応器、といった用途のうちの１つ以上に用いられているシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置のための新材料を対象にしており、特に、UV放射線を放射する放電ランプのための新材料の分野を対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
UV放射蛍光体を有する蛍光灯は、美容及び医療目的のために広く利用されている。これらのランプは、通常、例えば、水銀低圧放電と、UV-A若しくはUV-B蛍光体、又は幾つかのUV-A/B蛍光体の混合物を有する発光スクリーンとを利用することによって、UV光を生成する。最もよく利用されている蛍光体は、UV-B放射体としては、LaPO4:Ce、SrAl12O19:Ce、Na又はLaB3O6:Bi、Gdであり、UV-A放射体としては、(Y,Gd)PO4:Ce、BaSi2O5:Pb又はSrB4O7:Euである。
【０００３】
しかしながら、消毒又は浄化目的のための水銀放電ランプは、発光スクリーンを用いない。なぜなら、低圧又は中圧水銀放電の発光スペクトルのスペクトルパワー分布は、水及び酸素分子の吸収端、並びにGACとよく一致するからである。
【０００４】
現在利用されている低圧及び中圧水銀放電ランプの主な不利な点は、それらの、放射出力の、（水、空気の）温度に対する強い依存性である。これは、温度の敏感な関数である液体水銀の蒸気圧に起因する。
【０００５】
更に、水銀放電とガラス容器との間の化学的な相互作用は、色中心の形成をもたらし、これは、効率の低下をもたらす。ガラス表面の上にナノスケール粒子又は蛍光体粒子がコーティングされると、色中心による吸収層の形成が減らされる。それ故、低圧及び中圧水銀放電ランプは、顕著な劣化を示し、約１０００時間動作後には交換されなければならない。
【０００６】
それ故、特に、UV-A及び／又はUV-Bのための他の蛍光体であって、上述の不利な点を少なくとも部分的に解決し、より長い寿命を持つ他の蛍光体のニーズがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の不利な点を少なくとも部分的に解決することができる放電ランプを提供することであり、特に、増加した寿命と一緒に、良好な又は改善された照明特性を備える、広範囲の用途のための放電ランプを組み立てることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明の請求項１に記載の放電ランプによって達成される。従って、放電ランプであって、前記放電ランプに、放電維持成分を備えるガス充填物を有する放電容器が設けられ、前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2bを含む発光体が設けられ、RE1が、Pr3+若しくはTm3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、RE2が、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+若しくはEr3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、a+b+x+yが、1以下であるという条件で、aが、0より大きく0.1以下であり、bが、0以上0.1以下であり、xが、0以上1以下であり、yが、0以上1以下であり、且つzが、0以上5以下である放電ランプ、好ましくは、低圧ガス放電ランプが提供される。
【０００９】
驚くべきことに、このような放電ランプは、本発明の範囲内の広範囲の用途に対して、
前記用途の作用曲線に対する最適放射スペクトル、及び蛍光体層による再吸収の低減による、より高いランプ効率、
UV出力のより高い安定性、従って、UV光源のより長い稼働寿命、
高速スイッチング周期及び高速ランプ準備期間の利用し易さ、
調節可能なUV放射スペクトル、並びに前記ランプの、その形状及びスイッチングに対する高い柔軟性といった利点のうちの少なくとも１つを持つことが分かった。
【００１０】
好ましくは、前記放電ランプは、Xe、Ne、又はXe/Neエキシマ放電ランプである。
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、特に、RE1がPrを有する場合には、zは0.5以上5以下である。即ち、前記発光体は、プラセオジミウム及びガリウムを有する。驚くべきことに、その結果として、結果として生じる発光体のブルーシフト放射が、観察されることができ、これは、本発明の範囲内の多くの用途にとって非常に望ましい発光体をもたらすことを、本発明者は見出した。この作用は、Tmでも、多くの用途に対して観察されることができるが、Prの場合は、幾らか優位である。しかしながら、RE1がTmを有し、zが0.5以上5以下である実施例も好ましい。 
【００１２】
本発明の好ましい実施例によれば、zは1以上3以下である。
【００１３】
更に好ましい実施例によれば、前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、好ましくは、MgO、MgAl2O4、Al2O3若しくはLn2O3 (Ln = Sc、Y、La、Gd、Lu)、又はそれらの混合物を有するグループから選択される、塩基性金属酸化物が設けられる。これは、寿命にわたっての放射出力の低下の減少が観察されるため、本発明の範囲内の多くの用途に有利であることが明らかになった。
【００１４】
前記塩基性金属酸化物は、好ましくは、10nm以上1μm以下、好ましくは、100nm以上500nm以下の平均粒径を持つナノスケール粒子材料として設けられる。好ましくは、それは、前記発光体と一緒に設けられる（例えば、両方の材料を含む層が形成される）か、又は前記発光体の上又は下の層として設けられる。
【００１５】
好ましい実施例によれば、前記放電容器の壁部の少なくとも一部に、全ての材料の、xが、0以上1以下であり、aが、0より大きく0.1以下である、(Y1-x-aLux)BO3:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Bia、La1-aPO4:Pra、(Y1-x-aLux)AlO3:Pra、(Ca1-x-2aSrx)2P2O7:PraNaa、(Ca1-x-2aSrx)Al12O19:CeaNaa、若しくは(La1-x-aGdx)PO4:Cea、又はそれらの混合物を有するグループから選択される他の発光体が設けられる。 
【００１６】
そのおかげで、所与の用途の作用スペクトルの対するランプスペクトルの最適化が、多くの用途に対して、実施可能である。
【００１７】
本発明は、更に、RE1が、Pr3+若しくはTm3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、RE2が、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+若しくはEr3+、又はそれらの混合物を有するグループから選択され、a+b+x+yが、1以下であるという条件で、aが、0より大きく0.1以下であり、bが、0以上0.1以下であり、xが、0以上1以下であり、yが、0以上1以下であり、且つzが、0以上5以下である、(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2bの、UV-A及び／又はUV-B放射照明システムにおける活性剤としての使用に関する。
【００１８】
ここに記載されているような放電ランプを有する、又は上記のような蛍光体材料の使用をするシステムは、
内科的治療（例えば、乾癬などの皮膚病の治療）のための機器、
美肌治療のための機器（例えば、日焼け装置）、
例えば、付加的なTiO2光触媒を用いた、水の殺菌及び／又は浄化の用途、及び
例えば、高度化成品、例えば、ビタミンD3の光化学的合成のための、化学反応器、といった用途のうちの１つ以上に用いられ得る。
【００１９】
上記の構成要素だけでなく、請求項記載の構成要素及び記載されている実施例において本発明に従って用いられる構成要素も、それらのサイズ、形状、放電ランプ選択及び技術概念に関して、如何なる特例も受けず、故に、関連分野において既知の選択基準が、制約なしに適用され得る。
【００２０】
例示的なようにして、本発明による放電ランプの幾つかの実施例及び例を示している、下位請求項、図並びに各々の図及び例の以下の説明において、本発明の対象の更なる詳細、特徴、特性及び利点を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例による放電ランプの非常に概略的な断面図を示す。
【図２】本発明による第１発光体（例I）の放射スペクトルを示す。
【図３】図２の発光体の励起スペクトルを示す。
【図４】本発明による第２発光体（例II）の放射スペクトルを示す。
【図５】図４の発光体の励起スペクトルを示す。
【図６】本発明による第３発光体（例III）の放射スペクトルを示す。
【図７】図６の発光体の励起スペクトルを示す。
【図８】例I及びIIの発光体を有するXeエキシマ放電ランプの放射スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１実施例による放電ランプの非常に概略的な断面図を示している。（ほとんど従来技術である）放電ランプ１０は、ガラス管１４であって、ガラス管１４内に蛍光体１２が設けられるガラス管１４を有する。この蛍光体は、本発明の発光体を有する。用途に応じて、他の蛍光体及び塩基性金属酸化物ナノ粒子も、この領域に存在し得る。更に、（例えばAlで作成された）２つの電極１８が設けられる。
【００２３】
本発明は、以下の本発明の例によって更に理解されるだろう。以下の本発明の例は、単に、本発明の例示のためのものでしかなく、限定するためのものではない。
例I
【００２４】
例Iは、以下の方法で作成されたLu3Al5O12:Tmを指す。
【００２５】
出発原料の、59.093g(148.5mmol)のLu2O3と、24.471g(240mmol)のAl2O3と、1.014g(3.0mmol)のTm2O3とが、濃縮HNO3に溶かされる。次いで、溶媒が、蒸発によって取り除かれ、残りの粉末は、硝酸塩を分解するために、600℃で２時間、焼成される。
【００２６】
続いて、得られたものは、粉末にされ、フラックスとして1.680g(20mmol)のAlF3が加えられる。その後、粉末は、CO雰囲気中で1300℃で２時間、焼きなまされ、粉末にされ、再び、CO雰囲気中で1500℃と1700℃との間で４時間、焼成される。最後に、得られた粉末の塊は、砕かれ、粉末は、36μmのふるいによって、ふるいにかけられる。
【００２７】
図２は、例Iの発光体の放射スペクトルを示しており、図３は、例Iの発光体の励起スペクトルを示している。この発光体が、UV-A放射線のための放電ランプ用に優れた材料であることが、はっきりと見られ得る。
例II
【００２８】
例IIは、以下の方法で作成されたLu3GaAl4O12:Prを指す。
【００２９】
出発原料の、59.093g(148.5mmol)のLu2O3と、19.577g(192mmol)のAl2O3と、8.997g(48mmol)のGa2O3と、3.064g(3.0mmol)のPr6O11とが、濃縮HNO3に溶かされる。次いで、溶媒が、蒸発によって取り除かれ、残りの粉末は、硝酸塩を分解するために、600℃で２時間、焼成される。
【００３０】
続いて、得られたものは、粉末にされ、フラックスとして1.680g(20mmol)のAlF3が加えられる。その後、粉末は、CO雰囲気中で1300℃で２時間、焼きなまされ、粉末にされ、再び、CO雰囲気中で1500℃と1700℃との間で４時間、焼成される。最後に、得られた粉末の塊は、砕かれ、粉末は、36μmのふるいによって、ふるいにかけられる。
【００３１】
図４は、例IIの発光体の放射スペクトルを示しており、図５は、例IIの発光体の励起スペクトルを示している。この発光体が、UV-B放射線のための放電ランプ用に優れた材料であることは明らかである。
例III
【００３２】
例IIIは、例IIの発光体と似たやり方で作成されたLu3Ga2Al3O12:Prを指す。
【００３３】
図６は、例IIIの発光体の放射スペクトルを示しており、図７は、例IIIの発光体の励起スペクトルを示している。
この発光体が、UV-B放射線のための放電ランプ用に優れた材料であることが、はっきりと見られ得る。
例示的なXeエキシマ放電ランプ
【００３４】
例I及びIIの発光体を用いる例示的なXeエキシマ放電ランプを用いて、本発明を更に説明する。このランプは以下の方法で作成された。
【００３５】
酢酸ブチルをベースにして、ニトロセルロースをバインダとして用いて、MgOのナノ粒子の懸濁液が作成される。前記懸濁液は、フローコート関連方法を用いて標準的なUV透過性ガラス管の内壁に塗布される。次いで、酢酸ブチルをベースにして、ニトロセルロースをバインダとして用いて、Lu3GaAl4O12:Pr（例II）及びLu3Al5O12:Tm（例I）の懸濁液が作成される。前記懸濁液は、プレコートしたランプ管の内壁に、同様のフローコート関連方法を用いて、標準的蛍光体層重量が2乃至6mg/cm2の範囲内となるよう、塗布される。バインダは、500℃と600℃との間のピーク温度を持つ標準的な熱サイクルにおいて焼かれる。酸素不純物を厳密に取り除くために、ガラス管には、完全ポンピングサイクル(thorough pumping cycle)を用いて、Xeが充填され、前記ガラス管は、最終的に、封止される。典型的なガス圧力は、200乃至300mbarの純Xeである。管の外面には、接着又は塗装によって、Al電極が取り付けられる。前記ランプは、一般に、パルス駆動方式を用いて、5 kV、25 kHzで動作される。放射スペクトルは、光スペクトル・マルチアナライザを用いて測定され、図８に示されている。
【００３６】
上記の詳細な実施例における要素及び特徴の特定の組み合わせは、例示的なものにすぎず、これらの教示と、この特許及び参照により盛り込まれる特許／出願における他の教示の交換及び置換も、明らかに考えられる。当業者は理解するだろうから、ここに記載されているものの、請求項記載の本発明の範囲及び精神から逸脱しない変形例、修正例及び他の実施例は、当業者には思い付き得る。従って、上記の説明は、ほんの一例としての説明であって、限定することを目的とはしていない。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。本発明の範囲は、以下の請求項において規定され、それと等しい。更に、明細書及び請求項において用いられている参照符号は、請求項に記載の本発明の範囲を限定しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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