(57)【要約】  本発明は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの組み合わせの化合物によって形成される群から選択される金属化合物を含む低圧水銀蒸気放電ランプ（１０）に関する。前記群から選択される金属化合物を放電空間（１４）のガス充填剤に加える効果は、低圧ガス放電ランプ（１０）の効率の増大をもたらす。何故ならば、放電空間（１４）から発光される光の一部は、電磁スペクトルの可視範囲内にあるからである。本発明の１つの実施態様において、低圧ガス放電ランプ（１０）は、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層（１６）を使用せずに、実質的に白色光を生成する。本発明の他の実施態様では、ルミネッセント層（１６）が、低圧ガス放電ランプ（１０）の放電管（１２）に塗布される。ルミネッセント材料によって発光される光は、所要の色を生成するために、放電空間（１４）から発光される光と混合され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス充填剤を含む放電空間を気密に取り囲む光透過性の放電管を含み、前記ガス充填剤は、金属化合物を含む、低圧ガス放電ランプであって、
当該低圧ガス放電ランプは、前記放電空間内で放電を維持するための放電手段をさらに含み、
前記金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される、
低圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記放電空間の前記ガス充填剤は、バッファガスをさらに含む、請求項１に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
前記金属化合物は、ハロゲン化金属を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
前記ハロゲン化金属は、四ハロゲン化金属及び／又は酸素ハロゲン化金属を含む、請求項３に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
動作中、前記金属粒子の密度は、５×１０１８と５×１０２４粒子／ｍ３との間にある、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
当該低圧ガス放電ランプは、前記放電管を取り囲む外部管を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
当該低圧ガス放電ランプは、実質的に無水銀低圧ガス放電ランプである、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項８】
前記放電手段は、誘導動作、容量動作、マイクロ波動作を介して、或いは、電極を介して放電を維持する、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項９】
前記放電管は、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
前記放電管は、断熱用の塗膜を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項１１】
診断、治療、美容、及び／又は、殺菌用途のための請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧ガス放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧ガス放電ランプは、一般的に、紫外線（さらにＵＶとも呼ばれれる）光の生成のための主成分としての水銀を含む。ＵＶ光を、より増大された波長の光に、例えば、医療目的のためのＵＶ−Ｃに、日焼け目的（日焼けランプ）のためのＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ａに、或いは、一般照明目的のための可視放射線に変換するために、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層が、放電管の内壁上に存在し得る。従って、そのような放電ランプは、蛍光ランプとも呼ばれる。一般照明目的のための蛍光ランプは、普通、ルミネッセント材料の混合物を含み、それは蛍光ランプによって発光される光の色を決定する。一般的に使用されるルミネッセント材料の実施例は、例えば、青色ルミネッセントユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、緑色ルミネッセントセリウム−テルビウム共活性燐酸ランタン、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ（ＬＡＰとも呼ばれる）、及び、赤色ルミネッセントユーロピウム活性酸化イットリウム、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ（ＹＯＸとも呼ばれる）である。
【０００３】
低圧水銀蒸気放電ランプの放電管は、普通、放電空間を気密に取り囲む光透過性外被によって構成される。放電管は、一般的には、円形であり、細長い実施態様及びコンパクトな実施態様の両方を含む。通常、放電空間内で放電を発生し且つ維持するための手段は、放電空間付近に配置される電極である。代替的に、低圧水銀蒸気放電ランプは、所謂無電極低圧水銀蒸気放電ランプ、例えば、放電を発生し且つ／或いは維持するために必要とされるエネルギが誘導される交互の電磁場を用いて放電管を通じて移動される誘導ランプである。
【０００４】
既知の低圧水銀蒸気放電ランプの既知の欠点は、ルミネッセント変換効率が最適でないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改良された効率を備える低圧ガス放電ランプを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の特徴によれば、この目的は、金属化合物を含むガス充填剤を含む放電空間を気密に取り囲む光透過性の放電管と、放電空間内で放電を維持するための手段とを含み、金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される低圧ガス放電ランプによって達成される。
【０００７】
本発明に従った手段の効果は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される金属化合物の存在が、放電空間からの光の発光をもたらし、その一部が、電磁スペクトルの可視範囲内にあることである。本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電空間内で、ガス放電が低圧で起こる。チタン、ジルコニウム、及び／又は、ハフニウム原子の特性線は別として、発光される光は、放電空間内に存在する、塩化物、臭化物、ヨウ化物、及び／又は、例えば、酸ヨウ化物のような、チタン、ジルコニウム、及び／又は、ハフニウムの異なる化合物からの寄与をさらに含み、その結果、実質的に光の連続的なスペクトルが得られる。連続的なスペクトルの一部は、可視範囲内にある。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、光の主発光は紫外領域内にある（既知の低圧水銀蒸気放電ランプにおける主紫外光放射の波長は約２５４ナノメートルである）。これらの既知の低圧水銀蒸気放電ランプから可視光を生成するために、ルミネッセント材料が使用される。ルミネッセント材料は、発光される紫外光を可視光に変換する。この変換中、エネルギは損失され、それは既知の低圧水銀蒸気放電ランプの効率を減少する。本発明に従った低圧ガス放電ランプはルミネッセント材料の必要なしに可視光を生成し、それは効率を向上する。
【０００８】
本発明に従った低圧ガス放電ランプのさらなる利益は、放電空間から発光される光の一部が、所謂近紫外領域ないにあることである。近紫外領域は、約２８０ナノメートルと約３２０ナノメートルとの間の波長を有する紫外−Ｂ光（さらにＵＶ−Ｂとも呼ばれる）、及び、約３２０ナノメートルと約４００ナノメートルとの間の波長を有する紫外−Ａ光（さらにＵＶ−Ａとも呼ばれる）を含む。ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ光は、一般的には、医療（例えば、乾癬の治療のため）、殺菌、ラッカ硬化、及び、日焼け目的のために使用される。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、水銀のＵＶ−放射線をＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂに変換するために、ルミネッセント材料が使用される。しかしながら、既知のＵＶ−生成低圧水銀蒸気放電ランプの欠点は、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂを生成するために使用されるルミネッセント材料が、ルミネッセント材料の比較的強い劣化の故に、限定的な寿命を有することである。本発明に従った低圧ガス放電ランプは、可視光に加えて、ルミネッセント材料を使用せずに、近紫外領域内の光を発光する。ルミネッセント材料が使用されないので、本発明に従った低圧ガス放電ランプは、既知のＵＶ−生成低圧水銀蒸気放電ランプに比べて増大された効率及び寿命を有する。近紫外領域内の光の発光を可能にするために、放電管は、一般的に、石英又は他のＵＶ透過性材料から成る。さらに、従来的なＵＶ−発光ランプの青色発光の代わりに、本発明に従った低圧ガス放電ランプは、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ光に加えて、電磁スペクトルの可視範囲の一部をカバーする実質的に連続的なスペクトルの可視光を発光する。
【０００９】
本発明は、既知の低圧ガス放電ランプが、ストークスシフトに起因するエネルギ損失の故に比較的低い効率を有することを理解した。ストークスシフトは、増大された波長を有する他の光子への１つの光子の変換に起因するエネルギ損失プロセスである。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、一般的に、水銀蒸気放電からの紫外光子は、ルミネッセント材料によって、増大された波長の光子、例えば、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、及び／又は、可視光に変換される。紫外光子と可視範囲内の光子との間のエネルギ差は、典型的には失われ、ストークスシフトとして知られる。本発明に従った低圧ガス放電ランプは、電磁スペクトルの可視範囲の一部をカバーする実質的に連続的なスペクトルの可視光を生成する。可視光が製造されるが、ルミネッセント材料の必要がもはや存在せず、その結果、ストークスシフトに起因するエネルギ損失は無くなる。
【００１０】
低圧ガス放電ランプのバッファガス内での金属化合物の使用は、米国特許第６，９７２，５２１号中に記載されており、そこでは、低圧ガス放電ランプは、インジウム化合物とバッファガスとを備えるガス充填剤を含むガス放電管を有する。インジウムハロゲン化物を備えるガス充填剤が特に好ましい。しかしながら、インジウム化合物を使用することの欠点は、インジウムを含む既知の低圧ガス放電ランプの放電管内部の温度が、放電空間内で十分なインジウム蒸気を維持するために、比較的高くなければならないことである。これは、一般照明目的のためのインジウムを含むこれらの既知の低圧ガス放電ランプを使用するときに、放電管に対する特別な適合を必要とする。何故ならば、これらの高温は、所要の高温を得るために必要とされるエネルギの故に、効率を減少するからである。
【００１１】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、ガス充填剤はバッファガスをさらに含む。バッファガスは、一般的には、希ガス、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、及び／又は、キセノンで構成される。
【００１２】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、金属化合物は、ハロゲン化金属を含む。低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、ハロゲン化金属は、四ハロゲン化金属(metal  tetra-halides)及び／又は酸素ハロゲン化物金属(metal  oxy-halides)を含む。この実施態様の利益は、チタンハロゲン化物、ジルコニウムハロゲン化物、ハフニウムハロゲン化物、及び、これらのハロゲン化物の混合が、極めて揮発性であり、その結果、比較的低温で、放電空間のガス充填剤内に十分な金属蒸気が得られることである。例えば、四臭化チタンを含む低圧ガス放電ランプは、低圧ガス放電ランプの放電空間からの十分な光発光を保証するために、既に室温でガス充填剤中に十分なチタン及びチタン化合物を含む。
【００１３】
低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、金属化合物粒子の密度は、動作中、５×１０１８と５×１０２４粒子／ｍ３との間にある。金属化合物は、金属原子並びに金属分子を含み、それらは全て本発明に従った低圧ガス放電ランプの発光スペクトルに寄与する。
【００１４】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、放電管を取り囲む外部管を含む。追加的な外部管の利益は、それが追加的な断熱をもたらし、それは熱の損失からのエネルギ損失をさらに減少する。さらに、ルミネッセント層は、外部管の内部に便利に塗布され、ルミネッセント材料が放電管内部のガス充填剤と反応することを防止し得る。
【００１５】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、実質的に無水銀低圧ガス放電ランプである。無水銀は、低圧ガス放電ランプが、典型的には、ランプ毎に１０マイクログラム未満の水銀を含むことを意味する。ガス充填剤中の水銀は、環境的に有害と考えられ、従って、可能な限り回避されるべきである。これは、本発明に従った低圧ガス放電ランプを得るために、チタン化合物、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物、及び、それらの混合物によって形成される分から選択される金属化合物によって既知の低圧水銀蒸気放電ランプ中の水銀を置換することによって達成される。
【００１６】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、さらに誘導カプラとも呼ばれる誘導動作を介して放電を維持する素子を含む。素子は、容量動作、マイクロ波動作を介して、或いは、電極を介しても放電を維持し得る。そのような所謂無電極低圧ガス放電ランプの利益は、無電極低圧ガス放電ランプの平均寿命が、電力を放電空間内に伝達するために放電管を通じる電気接点を有する従来的な低圧ガス放電ランプと比較して、相当により長いことである。一般的に、電極とも呼ばれる電気接点は、従来的な低圧ガス放電ランプの寿命を制限する。電極は、例えば、残留物で汚染されるようになり得るし、或いは、例えば、放電によって損傷され、従来的な低圧ガス放電ランプの動作を保証するために十分な電力を放電空間内に伝達し得ない。低圧ガス放電ランプに本発明に従った誘導カプラを設けることは、低圧ガス放電ランプの寿命を増大する。そのような誘導カプラの例は、例えば、光透過性放電管の周りに配置され、或いは、例えば、放電管内に突出するガラス突起内に配置されるコイルである。誘導カプラは、放電を維持することを別として、本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電館内で放電を発生するためにも使用され得る。
【００１７】
低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、放電管は、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を含む。ルミネッセント材料は、例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び／又は、それらの混合物の化合物によって発光される紫外光の一部を吸収し、吸収される紫外光を可視光に変換する。本発明に従った低圧ガス放電ランプが一般照明目的のために使用されるとき、低圧ガス放電ランプは、所要の色温度で実質的に白色光を生成するはずである。追加されるチタン化合物、ジルコニウム化合物、及び／又は、ハフニウム化合物の故に、低圧ガス放電ランプによって発光される光の一部は、電磁スペクトルの可視範囲内にある。放電管内部のガス圧力及び／又は動作温度を変更することは、発光される光のスペクトルの変化を引き起こし、故に、本発明に従った低圧ガス放電ランプによって発光される光の色の変化も引き起こす。しかしながら、低圧ガス放電ランプの所要の色温度は、ガス圧力及び／又は動作温度を変更することだけによって達成されないかもしれない。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を加えることは、所要の色温度を生成するために、ルミネッセント材料によって発光される光が、放電空間から発光される光と混合されることを可能にする。一般的に使用されるルミネッセント材料の例は、例えば、青色ルミネッセントユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、及び、赤色ルミネッセントユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）である。低圧ガス放電ランプから発光される光の色に適合するために、この好適実施態様ではルミネッセント材料が使用されるが、低圧ガス放電ランプの効率は、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプと比べて依然としてより高い。本発明に従った低圧ガス放電ランプによって発光される光の紫外部分は、近紫外範囲内にあり、それは（約２５４ナノメートルである）水銀蒸気の主紫外発光と比べて実質的により長い平均波長を含む。本発明に従った低圧ガス放電ランプ内で発光される光の芝居部分お平均波長のより長い波長へのこのシフトは、減少されたストークスシフトをもたらす。何故ならば、ルミネッセント材料によって吸収される紫外光子の平均エネルギと可視範囲内で発光される光の平均エネルギとの間の差は減少され、その結果、損失の減少がもたらされるからである。本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電空間から発光される光の一部は、電磁スペクトルの可視範囲内にあり、それは従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに対する本発明に従った低圧ガス放電ランプの効率を既に向上している。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層は、放電管の内側又は外側に塗布され得る。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を放電管の外側に塗布することは、ルミネッセント材料が放電管内部のガス充填剤と反応することを防止する。
【００１８】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、放電管は断熱用の塗膜を含む。一般的に、本発明に従った低圧ガス放電ランプの動作温度は、ガス充填剤中の十分な金属蒸気を保証するために、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに比べてより高い。追加的な断熱用の塗膜は、放電空間からの放射赤外線を反射し放電空間内に戻す赤外線反射塗膜であり得る。追加的な赤外線反射塗膜の結果は、放電管内部の温度の上昇である。代替的に、断熱用の塗膜は、放電管内部の温度上昇と放電管外部との間の遮蔽体を形成し、その結果、低圧ガス放電ランプを取り扱う使用者を上昇された温度から保護し得る。
【００１９】
本発明は、診断又は治療用途及び殺菌又は美容用途のための本発明に従った低圧ガス放電ランプの使用にも関する。診断用途は、例えば、医療撮像を含み、治療用途は、例えば、乾癬措置のための放射線治療を含む。美容用途は、例えば、日焼けを含む。
【００２０】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図面は純粋に概略的であり、原寸通りに描写されていない。特に明瞭性のために、一部の寸法は強く誇張されている。図面中の類似の構成部品は、可能な限り同一の参照番号によって表示されている。
【００２２】
図１Ａ及び１Ｂは、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０の断面図を示している。本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０は、放電空間１４，２４を気密に取り囲む光透過放電管１２，２２を含む。放電空間１４，２４は、例えば、金属化合物とバッファガス(buffer  gas)とを含むガス充填剤を含む。低圧ガス放電ランプ１０，２０は、結合素子１８，２８をさらに含む。結合素子は、放電空間１４，２４内でガス放電を得るために、例えば、容量結合を、誘導結合、マイクロ波結合を介して、或いは、電極を介して、エネルギを放電空間１４，２４内に結合する。
【００２３】
図１Ａに示される実施態様において、放電素子１８は、一組の電極１８である。図１Ａでは、一組の電極１８のうちの１つの電極１８のみが示されている。電極１８は、低圧ガス放電ランプ１０の放電管１２を通じる電気接続部である。２つの電極１８の間に電位差を適用することによって、２つの電極１８の間に放電が起こされる。この放電は、一般的には、２つの電極１８の間に配置され、図１Ａ中には放電空間１４として示されている。
【００２４】
一般的に、低圧ガス放電ランプ１０内の光生成は、電荷担体（具体的には、電子であるが、イオンでもよい）低圧ガス放電ランプ１０の電極１８間に適用される電場によって加速される。低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤中のガス原子又は分子とのこれらの加速される電子及びイオンの衝突は、これらのガス原子又は分子を分離させ、励起させ、或いは、イオン化させる。ガス充填剤の原子又は分子が基底状態に戻るとき、励起エネルギの多かれ少なかれ実質的な部分が放射線に変換される。励起水銀原子によって発光される光は、主として、ほぼ２５４ナノメートルの波長にある紫外光である。この紫外光は、次に、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層によって吸収され、ルミネッセント材料は、吸収される紫外光を、例えば、所定の色の可視光に変換する。
【００２５】
本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０において、放電空間１４は、金属化合物及びバッファガスを含む。本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０内の金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される。バッファガスは、（典型的には、動作中でない室温で、）好ましくは、０．１〜１００ｍｂａｒの間の圧力で、希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及び／又は、キセノンによって概ね構成される。低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に加えられる金属化合物及び本発明に従った放電中の断片は、加速電子及びイオンによって励起され、次に、光を発光する。低圧ガス放電ランプ１０の発光スペクトルは、例えば、放電管１２内部の圧力及び温度と共に、ガス充填剤中の金属化合物の種類によって決定される。ガス充填剤は、金属原子及び分子のような異なる金属化合物を含み、それらは全て本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０の発光スペクトルに寄与する。例えば、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に四臭化チタンを加えるとき、発光スペクトルは、チタン化合物によって構成され、臭化チタン、二臭化チタン、及び／又は、四臭化チタンのようなチタン分子の発光線と共に、特性チタン原子及びイオン発光線を含む。図２、３、及び、４には、低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に加えられる金属化合物の発光スペクトルの他の実施例が示されている。
【００２６】
図１Ａに示される低圧ガス放電ランプ１０の実施態様では、ルミネッセント層１６が、放電管１２の内部に塗布されている。ルミネッセント層１６は、例えば、放電空間１４から発光される近紫外光の一部を吸収し、吸収紫外光を所定の色の可視光に変換する。広大な範囲の可能なルミネッセント材料からのルミネッセント材料の幾つかの一般的に使用される実施例は、実質的に青色光を発光するユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、及び、実質的に赤色光を発光するユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）である。特定のルミネッセント材料又はルミネッセント材料の混合物を選択することによって、低圧ガス放電ランプ１０の色は、ルミネッセント層１６によって発光される光との放電空間１４から発光される可視光の混合に起因して決定され得る。
【００２７】
低圧ガス放電ランプ１０は、例えば、断熱塗膜１９も含む。一般的には、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０の動作温度は、十分な金属蒸気がガス充填剤内にあることを保証するために、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに比べてより高い。追加的な断熱塗膜１９は、例えば、インジウム添加スズ酸化物（ＩＴＯとしても既知である）又はフッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯとしても既知であるの）赤外線反射塗膜であり、放電空間１４から発光される赤外線を反射して放電空間１４に向かって戻す。付加される赤外線反射塗膜の結果は、放電管１２内部の温度が上昇することである。
【００２８】
低圧ガス放電ランプ１０は、例えば、放電管１２を取り囲む外部管１１も含む。追加的な外部管１１は追加的な断熱をもたらし、それは熱の損失からのエネルギ損失をさらに減少する。さらに、ルミネッセント層１６が、例えば、外部管１１の内部に塗布され、ルミネッセント層１６内のルミネッセント材料が放電管１２内部のガス充填剤と反応することを防止し得る。
【００２９】
図１Ｂは、低圧ガス放電ランプ１０内の放電を誘導的に維持するための誘導カプラ２８を含む低圧ガス放電ランプ１０の実施態様を示している。代替的に、誘導カプラ２８は、放電を発生するためにも使用され得る。電力カプラ２８とも呼ばれる誘導カプラ２８は、一般的には、ニッケル亜鉛フェライト又はマグネシウム亜鉛フェライトのようなフェライト心材の上に巻回されるコイルを含む。誘導カプラ２８は、放電管２２内の陥凹２３内に配置され、放電空間２４で放電管２２内部に変化する電磁場を生成する。放電空間２４のガス充填剤内の電子及びイオンは、電磁場によって加速され、ガス充填剤に付加される金属化合物と衝突する。衝突の故に、金属化合物は励起され、次に、光を発光する。低圧ガス放電ランプ２０内で放電を誘導的に発生し且つ／或いは維持することの利益は、低圧ガス放電ランプの寿命を概ね制限する電極１８が省略され得ることである。代替的に、誘導カプラ２８は、放電管２２の外側（図示せず）に配置され得る。その結果、放電管２２のための製造プロセスの単純化がもたらされる。図１Ｂに示される実施態様では、ルミネッセント層２６は、放電管２２の外側に塗布されている。
【００３０】
本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０に付加され得る金属化合物の選択は、表Ｉ中に見つけ出され得る。列挙された金属化合物の全ては、一般照明用途並びにＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ用途の両方において使用可能であり、それは「＋」を用いて表示されている。しかしながら、一部の化合物は、一般照明用途における使用又はＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ用途における使用に特に適しており、それは「＋＋」で表示されている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図２は、低圧四ヨウ化ジルコニウムガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。図２中のスペクトルは、ジルコニウムの発光線（ジルコニウム発光線の一部は図２中に矢印を用いて表示されている）と約２５０ナノメートルから約５５０ナノメートルに亘る連続的なスペクトルとの明らかな組み合わせを示している。四ヨウ化ジルコニウムの使用は、特に有益である。何故ならば、ジルコニウム発光線は、約６１０ナノメートルで、発光スペクトルに橙色／赤色（図２中にＯを用いて表示されている）を加え、ジルコニウム発光線は、約７１０ナノメートルで、発光スペクトルに赤色（図２中にＲを用いて表示されている）を加えるからである。一般的に、赤色ルミネッセンス、例えば、ユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）を生成するルミネッセント材料は、比較的低い効率を有する。その理由は、例えば、ＹＯＳのためのストークスシフトが比較的大きく、よって、ストークスシフトに起因するエネルギ損失が比較的大きいからである。青色を発光スペクトルに主として加える赤色Ｒ発光線及び橙色Ｏ発光線の組み合わせは、ルミネッセント材料の必要なしに、チタン化合物、例えば、四ヨウ化チタンを含む、低圧ガス放電ランプ１０，２０から発光される実質的に白色光をもたらす。図２には、紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ（約２８０ナノメートル〜３２０ナノメートル）、紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ（約３２０ナノメートル〜４００ナノメートル）として定められる電磁放射線の範囲、並びに、可視光  ＶＩＳとして定められる電磁放射線の範囲が表示されている。
【００３３】
図３は、低圧四ヨウ化チタンガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。図３から分かり得るように、ガス充填剤に四ヨウ化チタンを加えることは、特に可視電磁スペクトルの青色範囲における可視光の発光をもたらす。実質的に白色光を発光する低圧ガス放電ランプを製造するために、発光スペクトルへの赤色寄与を相殺するよう、例えば、ルミネッセント層１６，２６、或いは、例えば、チタン化合物のような他の金属化合物の何れかが、ガス充填剤に加えられるべきである。四ヨウ化チタンは、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ範囲内で比較的強い発光をもたらし、例えば、医療撮像のような診断用途、乾癬処置用の放射線療法のような治療用途、及び、日焼け用途のような美容用途において有益に使用され得る。
【００３４】
図４は、低圧四ヨウ化ハフニウムガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。四ヨウ化ハフニウムの発光スペクトルの連続的部分は、主として電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。四ヨウ化ハフニウムの使用は有益である。何故ならば、ハフニウム発光線は、約７２０ナノメートルで、（図４中にＲを用いて表示されている）深い赤色を発光スペクトルに加え、赤色のための改良された演色を可能にしている。しかしながら、図４中に示される発光スペクトルから明らかであり得るように、発光スペクトルに緑色Ｇを加える、約５６０ナノメートルでのハフニウム発光線の寄与、及び、発光スペクトルに青色Ｂを加える、約４６０ナノメートルでのハフニウム発光線の寄与は、実質的に白色光を生成するのに不十分であり得る。例えば、ルミネッセント層１６，２６を加えること、或いは、例えば、ハフニウム化合物のような他の金属化合物をガス充填剤に混合することは、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０から実質的に白色光の発光を得るために必要とされ得る。
【００３５】
図５は、低圧四塩化ジルコニウム放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。四塩化ジルコニウムのためにも、発光スペクトルの連続的部分は、主として電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。低圧ガス放電ランプにおける四塩化ジルコニウムの使用は、約４７０ナノメートルで発光線をもたらし、それは発光スペクトルに（図５中にＢを用いて表示されている）青色を加え、約６１０ナノメートルで発光線をもたらし、それは発光スペクトルに（図５中にＲを用いて表示されている）赤色を加える。低圧四塩化ジルコニウムガス放電ランプから発光される実質的に白色光を得るために、例えば、緑色ルミネッセント材料が、ルミネッセント層１６，２６内で使用され得るし、例えば、ハフニウム化合物のような他の金属化合物が、ガス充填剤に加えられ得る。
【００３６】
図６及び７は、低圧四塩化ハフニウム放電ランプ１０，２０及び低圧四臭化ハフニウム放電ランプ１０，２０の発光スペクトルをそれぞれ示している。ガス充填剤に四塩化ハフニウム又は四臭化ハフニウムを加えることは、類似の発光スペクトルをもたらし、その場合には、主発光は、やはり、電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。表Ｉ中に表示されるように、低圧ガス放電ランプのガス充填剤に加えられる金属化合物四塩化ハフニウム及び四臭化ハフニウムは、ＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ発光のために特に有益な低圧ガス放電ランプをもたらす。一般照明用途における使用のための実質的に白色は、ルミネッセント層１６，２６にルミネッセント材料を加えることによって得られ得る。実質的に白色光を得るためにルミネッセント材料が加えられるが、低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプ又は低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの効率は、典型的には、低圧水銀蒸気放電ランプに対して増大される。低圧水銀蒸気放電ランプの主紫外発光と比較すると、効率の増大は、低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプ又は低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの発光される光の紫外部分の実質的により長い波長に起因する。本発明に従った低圧ガス放電ランプにおける発光される光の紫外部分の平均波長の増大は、既知の低圧水銀蒸気放電ランプに比べて減少されたストークスシフトの故に、エネルギ損失を減少する。
【００３７】
上記の実施態様は本発明を制限するよりもむしろ例証するものであること並びに当業者は付属の請求項の範囲から逸脱せずに多くの代替的な実施態様を設計し得ることが付記されなければならない。
【００３８】
請求項中、括弧内に配置される如何なる参照記号も請求項を制限するものとして解釈されてはならない。動詞「含む」及びその活用形の使用は、請求項中に述べられている素子又はステップ以外の素子又はステップの存在を排除しない。素子に先行する不定冠詞は、そのような素子が複数存在することを排除しない。本発明は、幾つかの別個の素子を含むハードウェアを用いて実施され得る。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、ハードウェアの１つ及び同一の品目によって具現化され得る。特定の手段が相互に異なる従属項中に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明に従った低圧ガス放電ランプを示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明に従った低圧ガス放電ランプを示す断面図である。
【図２】低圧四ヨウ化沃化ジルコニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図３】低圧四ヨウ化チタンガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】低圧四ヨウ化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】低圧四塩化ジルコニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図１Ａ】
2009537941.tif 000004
【図１Ｂ】
2009537941.tif 000005
【図２】
2009537941.tif 000006
【図３】
2009537941.tif 000007
【図４】
2009537941.tif 000008
【図５】
2009537941.tif 000009
【図６】
2009537941.tif 000010
【図７】
2009537941.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月18日(2008.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス充填剤を含む放電空間を気密に取り囲む光透過性の放電管を含み、前記ガス充填剤は、金属化合物を含む、低圧ガス放電ランプであって、
当該低圧ガス放電ランプは、前記放電空間内で放電を維持するための放電手段をさらに含み、
前記金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択され、
前記金属化合物は、酸素ハロゲン化金属を含むハロゲン化金属を含む、
低圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記放電空間の前記ガス充填剤は、バッファガスをさらに含む、請求項１に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
前記ハロゲン化金属は、四ハロゲン化金属を含む、請求項３に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
動作中、前記金属粒子の密度は、５×１０１８と５×１０２４粒子／ｍ３との間にある、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
当該低圧ガス放電ランプは、前記放電管を取り囲む外部管を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
当該低圧ガス放電ランプは、実質的に無水銀低圧ガス放電ランプである、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
前記放電手段は、誘導動作、容量動作、マイクロ波動作を介して、或いは、電極を介して放電を維持する、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項８】
前記放電管は、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項９】
前記放電管は、断熱用の塗膜を含む、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
診断、治療、美容、及び／又は、殺菌用途のための請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプの使用。
【手続補正２】
【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】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧ガス放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧ガス放電ランプは、一般的に、紫外線（さらにＵＶとも呼ばれれる）光の生成のための主成分としての水銀を含む。ＵＶ光を、より増大された波長の光に、例えば、医療目的のためのＵＶ−Ｃに、日焼け目的（日焼けランプ）のためのＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ａに、或いは、一般照明目的のための可視放射線に変換するために、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層が、放電管の内壁上に存在し得る。従って、そのような放電ランプは、蛍光ランプとも呼ばれる。一般照明目的のための蛍光ランプは、普通、ルミネッセント材料の混合物を含み、それは蛍光ランプによって発光される光の色を決定する。一般的に使用されるルミネッセント材料の実施例は、例えば、青色ルミネッセントユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、緑色ルミネッセントセリウム−テルビウム共活性燐酸ランタン、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ（ＬＡＰとも呼ばれる）、及び、赤色ルミネッセントユーロピウム活性酸化イットリウム、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ（ＹＯＸとも呼ばれる）である。
【０００３】
低圧水銀蒸気放電ランプの放電管は、普通、放電空間を気密に取り囲む光透過性外被によって構成される。放電管は、一般的には、円形であり、細長い実施態様及びコンパクトな実施態様の両方を含む。通常、放電空間内で放電を発生し且つ維持するための手段は、放電空間付近に配置される電極である。代替的に、低圧水銀蒸気放電ランプは、所謂無電極低圧水銀蒸気放電ランプ、例えば、放電を発生し且つ／或いは維持するために必要とされるエネルギが誘導される交互の電磁場を用いて放電管を通じて移動される誘導ランプである。
【０００４】
既知の低圧水銀蒸気放電ランプの既知の欠点は、ルミネッセント変換効率が最適でないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改良された効率を備える低圧ガス放電ランプを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の特徴によれば、この目的は、金属化合物を含むガス充填剤を含む放電空間を気密に取り囲む光透過性の放電管と、放電空間内で放電を維持するための手段とを含み、金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択され、金属化合物は、酸素ハロゲン化金属を含むハロゲン化金属を含む低圧ガス放電ランプによって達成される。
【０００７】
本発明に従った手段の効果は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される金属化合物の存在が、放電空間からの光の発光をもたらし、その一部が、電磁スペクトルの可視範囲内にあることである。本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電空間内で、ガス放電が低圧で起こる。チタン、ジルコニウム、及び／又は、ハフニウム原子の特性線は別として、発光される光は、放電空間内に存在する、塩化物、臭化物、ヨウ化物、及び／又は、例えば、酸ヨウ化物のような、チタン、ジルコニウム、及び／又は、ハフニウムの異なる化合物からの寄与をさらに含み、その結果、実質的に光の連続的なスペクトルが得られる。連続的なスペクトルの一部は、可視範囲内にある。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、光の主発光は紫外領域内にある（既知の低圧水銀蒸気放電ランプにおける主紫外光放射の波長は約２５４ナノメートルである）。これらの既知の低圧水銀蒸気放電ランプから可視光を生成するために、ルミネッセント材料が使用される。ルミネッセント材料は、発光される紫外光を可視光に変換する。この変換中、エネルギは損失され、それは既知の低圧水銀蒸気放電ランプの効率を減少する。本発明に従った低圧ガス放電ランプはルミネッセント材料の必要なしに可視光を生成し、それは効率を向上する。
【０００８】
本発明に従った低圧ガス放電ランプのさらなる利益は、放電空間から発光される光の一部が、所謂近紫外領域ないにあることである。近紫外領域は、約２８０ナノメートルと約３２０ナノメートルとの間の波長を有する紫外−Ｂ光（さらにＵＶ−Ｂとも呼ばれる）、及び、約３２０ナノメートルと約４００ナノメートルとの間の波長を有する紫外−Ａ光（さらにＵＶ−Ａとも呼ばれる）を含む。ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ光は、一般的には、医療（例えば、乾癬の治療のため）、殺菌、ラッカ硬化、及び、日焼け目的のために使用される。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、水銀のＵＶ−放射線をＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂに変換するために、ルミネッセント材料が使用される。しかしながら、既知のＵＶ−生成低圧水銀蒸気放電ランプの欠点は、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂを生成するために使用されるルミネッセント材料が、ルミネッセント材料の比較的強い劣化の故に、限定的な寿命を有することである。本発明に従った低圧ガス放電ランプは、可視光に加えて、ルミネッセント材料を使用せずに、近紫外領域内の光を発光する。ルミネッセント材料が使用されないので、本発明に従った低圧ガス放電ランプは、既知のＵＶ−生成低圧水銀蒸気放電ランプに比べて増大された効率及び寿命を有する。近紫外領域内の光の発光を可能にするために、放電管は、一般的に、石英又は他のＵＶ透過性材料から成る。さらに、従来的なＵＶ−発光ランプの青色発光の代わりに、本発明に従った低圧ガス放電ランプは、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ光に加えて、電磁スペクトルの可視範囲の一部をカバーする実質的に連続的なスペクトルの可視光を発光する。
【０００９】
本発明は、既知の低圧ガス放電ランプが、ストークスシフトに起因するエネルギ損失の故に比較的低い効率を有することを理解した。ストークスシフトは、増大された波長を有する他の光子への１つの光子の変換に起因するエネルギ損失プロセスである。既知の低圧水銀蒸気放電ランプでは、一般的に、水銀蒸気放電からの紫外光子は、ルミネッセント材料によって、増大された波長の光子、例えば、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、及び／又は、可視光に変換される。紫外光子と可視範囲内の光子との間のエネルギ差は、典型的には失われ、ストークスシフトとして知られる。本発明に従った低圧ガス放電ランプは、電磁スペクトルの可視範囲の一部をカバーする実質的に連続的なスペクトルの可視光を生成する。可視光が製造されるが、ルミネッセント材料の必要がもはや存在せず、その結果、ストークスシフトに起因するエネルギ損失は無くなる。
【００１０】
低圧ガス放電ランプのバッファガス内での金属化合物の使用は、米国特許第６，９７２，５２１号中に記載されており、そこでは、低圧ガス放電ランプは、インジウム化合物とバッファガスとを備えるガス充填剤を含むガス放電管を有する。インジウムハロゲン化物を備えるガス充填剤が特に好ましい。しかしながら、インジウム化合物を使用することの欠点は、インジウムを含む既知の低圧ガス放電ランプの放電管内部の温度が、放電空間内で十分なインジウム蒸気を維持するために、比較的高くなければならないことである。これは、一般照明目的のためのインジウムを含むこれらの既知の低圧ガス放電ランプを使用するときに、放電管に対する特別な適合を必要とする。何故ならば、これらの高温は、所要の高温を得るために必要とされるエネルギの故に、効率を減少するからである。
【００１１】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、ガス充填剤はバッファガスをさらに含む。バッファガスは、一般的には、希ガス、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、及び／又は、キセノンで構成される。
【００１２】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、金属化合物は、ハロゲン化金属を含む。低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、ハロゲン化金属は、四ハロゲン化金属(metal  tetra-halides)及び／又は酸素ハロゲン化物金属(metal  oxy-halides)を含む。この実施態様の利益は、チタンハロゲン化物、ジルコニウムハロゲン化物、ハフニウムハロゲン化物、及び、これらのハロゲン化物の混合が、極めて揮発性であり、その結果、比較的低温で、放電空間のガス充填剤内に十分な金属蒸気が得られることである。例えば、四臭化チタンを含む低圧ガス放電ランプは、低圧ガス放電ランプの放電空間からの十分な光発光を保証するために、既に室温でガス充填剤中に十分なチタン及びチタン化合物を含む。
【００１３】
低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、金属化合物粒子の密度は、動作中、５×１０１８と５×１０２４粒子／ｍ３との間にある。金属化合物は、金属原子並びに金属分子を含み、それらは全て本発明に従った低圧ガス放電ランプの発光スペクトルに寄与する。
【００１４】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、放電管を取り囲む外部管を含む。追加的な外部管の利益は、それが追加的な断熱をもたらし、それは熱の損失からのエネルギ損失をさらに減少する。さらに、ルミネッセント層は、外部管の内部に便利に塗布され、ルミネッセント材料が放電管内部のガス充填剤と反応することを防止し得る。
【００１５】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、実質的に無水銀低圧ガス放電ランプである。無水銀は、低圧ガス放電ランプが、典型的には、ランプ毎に１０マイクログラム未満の水銀を含むことを意味する。ガス充填剤中の水銀は、環境的に有害と考えられ、従って、可能な限り回避されるべきである。これは、本発明に従った低圧ガス放電ランプを得るために、チタン化合物、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物、及び、それらの混合物によって形成される分から選択される金属化合物によって既知の低圧水銀蒸気放電ランプ中の水銀を置換することによって達成される。
【００１６】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、低圧ガス放電ランプは、さらに誘導カプラとも呼ばれる誘導動作を介して放電を維持する素子を含む。素子は、容量動作、マイクロ波動作を介して、或いは、電極を介しても放電を維持し得る。そのような所謂無電極低圧ガス放電ランプの利益は、無電極低圧ガス放電ランプの平均寿命が、電力を放電空間内に伝達するために放電管を通じる電気接点を有する従来的な低圧ガス放電ランプと比較して、相当により長いことである。一般的に、電極とも呼ばれる電気接点は、従来的な低圧ガス放電ランプの寿命を制限する。電極は、例えば、残留物で汚染されるようになり得るし、或いは、例えば、放電によって損傷され、従来的な低圧ガス放電ランプの動作を保証するために十分な電力を放電空間内に伝達し得ない。低圧ガス放電ランプに本発明に従った誘導カプラを設けることは、低圧ガス放電ランプの寿命を増大する。そのような誘導カプラの例は、例えば、光透過性放電管の周りに配置され、或いは、例えば、放電管内に突出するガラス突起内に配置されるコイルである。誘導カプラは、放電を維持することを別として、本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電館内で放電を発生するためにも使用され得る。
【００１７】
低圧ガス放電ランプの好適実施態様において、放電管は、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を含む。ルミネッセント材料は、例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び／又は、それらの混合物の化合物によって発光される紫外光の一部を吸収し、吸収される紫外光を可視光に変換する。本発明に従った低圧ガス放電ランプが一般照明目的のために使用されるとき、低圧ガス放電ランプは、所要の色温度で実質的に白色光を生成するはずである。追加されるチタン化合物、ジルコニウム化合物、及び／又は、ハフニウム化合物の故に、低圧ガス放電ランプによって発光される光の一部は、電磁スペクトルの可視範囲内にある。放電管内部のガス圧力及び／又は動作温度を変更することは、発光される光のスペクトルの変化を引き起こし、故に、本発明に従った低圧ガス放電ランプによって発光される光の色の変化も引き起こす。しかしながら、低圧ガス放電ランプの所要の色温度は、ガス圧力及び／又は動作温度を変更することだけによって達成されないかもしれない。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を加えることは、所要の色温度を生成するために、ルミネッセント材料によって発光される光が、放電空間から発光される光と混合されることを可能にする。一般的に使用されるルミネッセント材料の例は、例えば、青色ルミネッセントユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、及び、赤色ルミネッセントユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）である。低圧ガス放電ランプから発光される光の色に適合するために、この好適実施態様ではルミネッセント材料が使用されるが、低圧ガス放電ランプの効率は、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプと比べて依然としてより高い。本発明に従った低圧ガス放電ランプによって発光される光の紫外部分は、近紫外範囲内にあり、それは（約２５４ナノメートルである）水銀蒸気の主紫外発光と比べて実質的により長い平均波長を含む。本発明に従った低圧ガス放電ランプ内で発光される光の芝居部分お平均波長のより長い波長へのこのシフトは、減少されたストークスシフトをもたらす。何故ならば、ルミネッセント材料によって吸収される紫外光子の平均エネルギと可視範囲内で発光される光の平均エネルギとの間の差は減少され、その結果、損失の減少がもたらされるからである。本発明に従った低圧ガス放電ランプの放電空間から発光される光の一部は、電磁スペクトルの可視範囲内にあり、それは従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに対する本発明に従った低圧ガス放電ランプの効率を既に向上している。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層は、放電管の内側又は外側に塗布され得る。ルミネッセント材料を含むルミネッセント層を放電管の外側に塗布することは、ルミネッセント材料が放電管内部のガス充填剤と反応することを防止する。
【００１８】
低圧ガス放電ランプの実施態様において、放電管は断熱用の塗膜を含む。一般的に、本発明に従った低圧ガス放電ランプの動作温度は、ガス充填剤中の十分な金属蒸気を保証するために、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに比べてより高い。追加的な断熱用の塗膜は、放電空間からの放射赤外線を反射し放電空間内に戻す赤外線反射塗膜であり得る。追加的な赤外線反射塗膜の結果は、放電管内部の温度の上昇である。代替的に、断熱用の塗膜は、放電管内部の温度上昇と放電管外部との間の遮蔽体を形成し、その結果、低圧ガス放電ランプを取り扱う使用者を上昇された温度から保護し得る。
【００１９】
本発明は、診断又は治療用途及び殺菌又は美容用途のための本発明に従った低圧ガス放電ランプの使用にも関する。診断用途は、例えば、医療撮像を含み、治療用途は、例えば、乾癬措置のための放射線治療を含む。美容用途は、例えば、日焼けを含む。
【００２０】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図面は純粋に概略的であり、原寸通りに描写されていない。特に明瞭性のために、一部の寸法は強く誇張されている。図面中の類似の構成部品は、可能な限り同一の参照番号によって表示されている。
【００２２】
図１Ａ及び１Ｂは、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０の断面図を示している。本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０は、放電空間１４，２４を気密に取り囲む光透過放電管１２，２２を含む。放電空間１４，２４は、例えば、金属化合物とバッファガス(buffer  gas)とを含むガス充填剤を含む。低圧ガス放電ランプ１０，２０は、結合素子１８，２８をさらに含む。結合素子は、放電空間１４，２４内でガス放電を得るために、例えば、容量結合を、誘導結合、マイクロ波結合を介して、或いは、電極を介して、エネルギを放電空間１４，２４内に結合する。
【００２３】
図１Ａに示される実施態様において、放電素子１８は、一組の電極１８である。図１Ａでは、一組の電極１８のうちの１つの電極１８のみが示されている。電極１８は、低圧ガス放電ランプ１０の放電管１２を通じる電気接続部である。２つの電極１８の間に電位差を適用することによって、２つの電極１８の間に放電が起こされる。この放電は、一般的には、２つの電極１８の間に配置され、図１Ａ中には放電空間１４として示されている。
【００２４】
一般的に、低圧ガス放電ランプ１０内の光生成は、電荷担体（具体的には、電子であるが、イオンでもよい）低圧ガス放電ランプ１０の電極１８間に適用される電場によって加速される。低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤中のガス原子又は分子とのこれらの加速される電子及びイオンの衝突は、これらのガス原子又は分子を分離させ、励起させ、或いは、イオン化させる。ガス充填剤の原子又は分子が基底状態に戻るとき、励起エネルギの多かれ少なかれ実質的な部分が放射線に変換される。励起水銀原子によって発光される光は、主として、ほぼ２５４ナノメートルの波長にある紫外光である。この紫外光は、次に、ルミネッセント材料を含むルミネッセント層によって吸収され、ルミネッセント材料は、吸収される紫外光を、例えば、所定の色の可視光に変換する。
【００２５】
本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０において、放電空間１４は、金属化合物及びバッファガスを含む。本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０内の金属化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、それらの混合物の化合物によって形成される群から選択される。バッファガスは、（典型的には、動作中でない室温で、）好ましくは、０．１〜１００ｍｂａｒの間の圧力で、希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及び／又は、キセノンによって概ね構成される。低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に加えられる金属化合物及び本発明に従った放電中の断片は、加速電子及びイオンによって励起され、次に、光を発光する。低圧ガス放電ランプ１０の発光スペクトルは、例えば、放電管１２内部の圧力及び温度と共に、ガス充填剤中の金属化合物の種類によって決定される。ガス充填剤は、金属原子及び分子のような異なる金属化合物を含み、それらは全て本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０の発光スペクトルに寄与する。例えば、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に四臭化チタンを加えるとき、発光スペクトルは、チタン化合物によって構成され、臭化チタン、二臭化チタン、及び／又は、四臭化チタンのようなチタン分子の発光線と共に、特性チタン原子及びイオン発光線を含む。図２、３、及び、４には、低圧ガス放電ランプ１０のガス充填剤に加えられる金属化合物の発光スペクトルの他の実施例が示されている。
【００２６】
図１Ａに示される低圧ガス放電ランプ１０の実施態様では、ルミネッセント層１６が、放電管１２の内部に塗布されている。ルミネッセント層１６は、例えば、放電空間１４から発光される近紫外光の一部を吸収し、吸収紫外光を所定の色の可視光に変換する。広大な範囲の可能なルミネッセント材料からのルミネッセント材料の幾つかの一般的に使用される実施例は、実質的に青色光を発光するユーロピウム活性バリウムマグネシウムアルミネート、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭとも呼ばれる）、及び、実質的に赤色光を発光するユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）である。特定のルミネッセント材料又はルミネッセント材料の混合物を選択することによって、低圧ガス放電ランプ１０の色は、ルミネッセント層１６によって発光される光との放電空間１４から発光される可視光の混合に起因して決定され得る。
【００２７】
低圧ガス放電ランプ１０は、例えば、断熱塗膜１９も含む。一般的には、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０の動作温度は、十分な金属蒸気がガス充填剤内にあることを保証するために、従来的な低圧水銀蒸気放電ランプに比べてより高い。追加的な断熱塗膜１９は、例えば、インジウム添加スズ酸化物（ＩＴＯとしても既知である）又はフッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯとしても既知であるの）赤外線反射塗膜であり、放電空間１４から発光される赤外線を反射して放電空間１４に向かって戻す。付加される赤外線反射塗膜の結果は、放電管１２内部の温度が上昇することである。
【００２８】
低圧ガス放電ランプ１０は、例えば、放電管１２を取り囲む外部管１１も含む。追加的な外部管１１は追加的な断熱をもたらし、それは熱の損失からのエネルギ損失をさらに減少する。さらに、ルミネッセント層１６が、例えば、外部管１１の内部に塗布され、ルミネッセント層１６内のルミネッセント材料が放電管１２内部のガス充填剤と反応することを防止し得る。
【００２９】
図１Ｂは、低圧ガス放電ランプ１０内の放電を誘導的に維持するための誘導カプラ２８を含む低圧ガス放電ランプ１０の実施態様を示している。代替的に、誘導カプラ２８は、放電を発生するためにも使用され得る。電力カプラ２８とも呼ばれる誘導カプラ２８は、一般的には、ニッケル亜鉛フェライト又はマグネシウム亜鉛フェライトのようなフェライト心材の上に巻回されるコイルを含む。誘導カプラ２８は、放電管２２内の陥凹２３内に配置され、放電空間２４で放電管２２内部に変化する電磁場を生成する。放電空間２４のガス充填剤内の電子及びイオンは、電磁場によって加速され、ガス充填剤に付加される金属化合物と衝突する。衝突の故に、金属化合物は励起され、次に、光を発光する。低圧ガス放電ランプ２０内で放電を誘導的に発生し且つ／或いは維持することの利益は、低圧ガス放電ランプの寿命を概ね制限する電極１８が省略され得ることである。代替的に、誘導カプラ２８は、放電管２２の外側（図示せず）に配置され得る。その結果、放電管２２のための製造プロセスの単純化がもたらされる。図１Ｂに示される実施態様では、ルミネッセント層２６は、放電管２２の外側に塗布されている。
【００３０】
本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０に付加され得る金属化合物の選択は、表Ｉ中に見つけ出され得る。列挙された金属化合物の全ては、一般照明用途並びにＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ用途の両方において使用可能であり、それは「＋」を用いて表示されている。しかしながら、一部の化合物は、一般照明用途における使用又はＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ用途における使用に特に適しており、それは「＋＋」で表示されている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図２は、低圧四ヨウ化ジルコニウムガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。図２中のスペクトルは、ジルコニウムの発光線（ジルコニウム発光線の一部は図２中に矢印を用いて表示されている）と約２５０ナノメートルから約５５０ナノメートルに亘る連続的なスペクトルとの明らかな組み合わせを示している。四ヨウ化ジルコニウムの使用は、特に有益である。何故ならば、ジルコニウム発光線は、約６１０ナノメートルで、発光スペクトルに橙色／赤色（図２中にＯを用いて表示されている）を加え、ジルコニウム発光線は、約７１０ナノメートルで、発光スペクトルに赤色（図２中にＲを用いて表示されている）を加えるからである。一般的に、赤色ルミネッセンス、例えば、ユーロピウム活性酸硫化イットリウム、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＹＯＳとも呼ばれる）を生成するルミネッセント材料は、比較的低い効率を有する。その理由は、例えば、ＹＯＳのためのストークスシフトが比較的大きく、よって、ストークスシフトに起因するエネルギ損失が比較的大きいからである。青色を発光スペクトルに主として加える赤色Ｒ発光線及び橙色Ｏ発光線の組み合わせは、ルミネッセント材料の必要なしに、チタン化合物、例えば、四ヨウ化チタンを含む、低圧ガス放電ランプ１０，２０から発光される実質的に白色光をもたらす。図２には、紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ（約２８０ナノメートル〜３２０ナノメートル）、紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ（約３２０ナノメートル〜４００ナノメートル）として定められる電磁放射線の範囲、並びに、可視光  ＶＩＳとして定められる電磁放射線の範囲が表示されている。
【００３３】
図３は、低圧四ヨウ化チタンガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。図３から分かり得るように、ガス充填剤に四ヨウ化チタンを加えることは、特に可視電磁スペクトルの青色範囲における可視光の発光をもたらす。実質的に白色光を発光する低圧ガス放電ランプを製造するために、発光スペクトルへの赤色寄与を相殺するよう、例えば、ルミネッセント層１６，２６、或いは、例えば、チタン化合物のような他の金属化合物の何れかが、ガス充填剤に加えられるべきである。四ヨウ化チタンは、ＵＶ−Ａ及びＵＶ−Ｂ範囲内で比較的強い発光をもたらし、例えば、医療撮像のような診断用途、乾癬処置用の放射線療法のような治療用途、及び、日焼け用途のような美容用途において有益に使用され得る。
【００３４】
図４は、低圧四ヨウ化ハフニウムガス放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。四ヨウ化ハフニウムの発光スペクトルの連続的部分は、主として電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。四ヨウ化ハフニウムの使用は有益である。何故ならば、ハフニウム発光線は、約７２０ナノメートルで、（図４中にＲを用いて表示されている）深い赤色を発光スペクトルに加え、赤色のための改良された演色を可能にしている。しかしながら、図４中に示される発光スペクトルから明らかであり得るように、発光スペクトルに緑色Ｇを加える、約５６０ナノメートルでのハフニウム発光線の寄与、及び、発光スペクトルに青色Ｂを加える、約４６０ナノメートルでのハフニウム発光線の寄与は、実質的に白色光を生成するのに不十分であり得る。例えば、ルミネッセント層１６，２６を加えること、或いは、例えば、ハフニウム化合物のような他の金属化合物をガス充填剤に混合することは、本発明に従った低圧ガス放電ランプ１０，２０から実質的に白色光の発光を得るために必要とされ得る。
【００３５】
図５は、低圧四塩化ジルコニウム放電ランプ１０，２０の発光スペクトルを示している。四塩化ジルコニウムのためにも、発光スペクトルの連続的部分は、主として電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。低圧ガス放電ランプにおける四塩化ジルコニウムの使用は、約４７０ナノメートルで発光線をもたらし、それは発光スペクトルに（図５中にＢを用いて表示されている）青色を加え、約６１０ナノメートルで発光線をもたらし、それは発光スペクトルに（図５中にＲを用いて表示されている）赤色を加える。低圧四塩化ジルコニウムガス放電ランプから発光される実質的に白色光を得るために、例えば、緑色ルミネッセント材料が、ルミネッセント層１６，２６内で使用され得るし、例えば、ハフニウム化合物のような他の金属化合物が、ガス充填剤に加えられ得る。
【００３６】
図６及び７は、低圧四塩化ハフニウム放電ランプ１０，２０及び低圧四臭化ハフニウム放電ランプ１０，２０の発光スペクトルをそれぞれ示している。ガス充填剤に四塩化ハフニウム又は四臭化ハフニウムを加えることは、類似の発光スペクトルをもたらし、その場合には、主発光は、やはり、電磁スペクトルの紫外−Ａ  ＵＶ−Ａ及び紫外−Ｂ  ＵＶ−Ｂ範囲内にある。表Ｉ中に表示されるように、低圧ガス放電ランプのガス充填剤に加えられる金属化合物四塩化ハフニウム及び四臭化ハフニウムは、ＵＶ−Ａ及び／又はＵＶ−Ｂ発光のために特に有益な低圧ガス放電ランプをもたらす。一般照明用途における使用のための実質的に白色は、ルミネッセント層１６，２６にルミネッセント材料を加えることによって得られ得る。実質的に白色光を得るためにルミネッセント材料が加えられるが、低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプ又は低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの効率は、典型的には、低圧水銀蒸気放電ランプに対して増大される。低圧水銀蒸気放電ランプの主紫外発光と比較すると、効率の増大は、低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプ又は低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの発光される光の紫外部分の実質的により長い波長に起因する。本発明に従った低圧ガス放電ランプにおける発光される光の紫外部分の平均波長の増大は、既知の低圧水銀蒸気放電ランプに比べて減少されたストークスシフトの故に、エネルギ損失を減少する。
【００３７】
上記の実施態様は本発明を制限するよりもむしろ例証するものであること並びに当業者は付属の請求項の範囲から逸脱せずに多くの代替的な実施態様を設計し得ることが付記されなければならない。
【００３８】
請求項中、括弧内に配置される如何なる参照記号も請求項を制限するものとして解釈されてはならない。動詞「含む」及びその活用形の使用は、請求項中に述べられている素子又はステップ以外の素子又はステップの存在を排除しない。素子に先行する不定冠詞は、そのような素子が複数存在することを排除しない。本発明は、幾つかの別個の素子を含むハードウェアを用いて実施され得る。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、ハードウェアの１つ及び同一の品目によって具現化され得る。特定の手段が相互に異なる従属項中に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明に従った低圧ガス放電ランプを示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明に従った低圧ガス放電ランプを示す断面図である。
【図２】低圧四ヨウ化沃化ジルコニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図３】低圧四ヨウ化チタンガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】低圧四ヨウ化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】低圧四塩化ジルコニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】低圧四塩化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】低圧四臭化ハフニウムガス放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【国際調査報告】
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