(57)【要約】【課題】放電灯及び無電極放電灯に於いて高効率の波長変換を実現し、その超長寿命という特性を活かして高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現する。【解決手段】内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯、或いは、内部にガスを封入した放電電極を有さない無電極放電管と、該無電極放電管に近接して配置される誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する回路とを備えた無電極放電灯に於いて、該放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯に於いて、
該放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いたことを特徴とする、
放電灯。
【請求項２】
該量子ドット材料は、
該放電管の内面に形成されていることを特徴とする、
請求項１記載の、放電灯。
【請求項３】
該量子ドット材料は、
該放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項２記載の、放電灯。
【請求項４】
該量子ドット材料は、
該放電管の外面に形成されていることを特徴とする、
請求項１記載の、放電灯。
【請求項５】
該量子ドット材料は、
該放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項４記載の、放電灯。
【請求項６】
内部にガスを封入した放電電極を有さない無電極放電管と、
該無電極放電管に近接して配置される誘導コイルと、
該誘導コイルに高周波電力を供給する回路とを備えた無電極放電灯に於いて、
該無電極放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いたことを特徴とする、
無電極放電灯。
【請求項７】
該量子ドット材料は、
該無電極放電管の内面に形成されていることを特徴とする、
請求項６記載の、無電極放電灯。
【請求項８】
該量子ドット材料は、
該無電極放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項７記載の、無電極放電灯。
【請求項９】
該量子ドット材料は、
該無電極放電管の外面に形成されていることを特徴とする、
請求項６記載の、無電極放電灯。
【請求項１０】
該量子ドット材料は、
該無電極放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項９記載の、無電極放電灯。
【請求項１１】
該量子ドット材料は、
Stranski-Krastanovモードによる結晶成長により形成されたものを用いることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１２】
該量子ドット材料は、
微細マスクを利用した選択成長により形成されたものを用いることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１３】
該量子ドット材料は、
界面活性剤を用いた液層成長により形成されたものを用いることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１４】
該量子ドット材料は、
錫化合物を主成分とすることを特徴とする、
請求項１乃至１３の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１５】
該量子ドット材料は、
鉛化合物を主成分とすることを特徴とする、
請求項１乃至１３の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１６】
該量子ドット材料は、
アンチモン化合物を主成分とすることを特徴とする、
請求項１乃至１３の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１７】
該量子ドット材料は、
ビスマス化合物を主成分とすることを特徴とする、
請求項１乃至１３の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１８】
該量子ドット材料は、
複数の波長にピークを有する材料を混合して用いることを特徴とする、
請求項１乃至１７の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項１９】
該量子ドット材料は、
液相成膜法により成膜されたことを特徴とする、
請求項１乃至１８の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２０】
該量子ドット材料は、
スプレー法により成膜されたことを特徴とする、
請求項１９記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２１】
該量子ドット材料は、
印刷法により成膜されたことを特徴とする、
請求項１９記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２２】
該量子ドット材料は、
コロイド溶液の状態で液相成膜に用いられることを特徴とする、
請求項１９乃至２１の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２３】
該量子ドット材料は、
液相成膜法により成膜された後に減圧加熱して形成されることを特徴とする、
請求項１９乃至２２の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２４】
該量子ドット材料の膜形成の前に、
成膜対象の表面を親水化処理することを特徴とする、
請求項１９乃至２３の何れか一に記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２５】
該成膜対象の表面を親水化処理は、
オゾン、プラズマ、過酸化水素或いはアンモニアの水溶液により行われることを特徴とする、
請求項２４記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【請求項２６】
該量子ドット材料のコロイド溶液は、
正又は負に帯電する高分子材料を含んでなることを特徴とする、
請求項２２記載の、放電灯及び無電極放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光灯をはじめとする放電灯は非常に成熟した技術であり、各種照明ランプ等に広範に用いられている。特に、無電極放電灯はＬＥＤを凌駕する長寿命を有し、高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いては非常に有効である。
【０００３】
また、量子ドット技術は非常に高効率の波長変換を可能とする技術であり、上記の放電灯及び無電極放電灯に用いることによりさらに高効率の照明装置を得られる可能性があった。量子ドット技術はドットマトリクスを含むＬＥＤへの応用が検討され、一部商品化もされているが、無電極を含む放電ランプに応用された例はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６ー１５７５５５号公報
【特許文献２】特開２０１６ー１１４８４６号公報
【特許文献３】特開２０１３ー１８３１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、放電灯及び無電極放電灯に於いて高効率の波長変換を実現し、その超長寿命という特性を活かして高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現することである。
【０００６】
そのため、放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用するため、放電菅内への量子ドット層の形成、保護層の形成を含む生産技術を確立し、量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯、或いは、内部にガスを封入した放電電極を有さない無電極放電管と、該無電極放電管に近接して配置される誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する回路とを備えた無電極放電灯に於いて、該放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いたことを特徴とする、放電灯及び無電極放電灯である。
【０００８】
また本発明は、該量子ドット材料が該放電管の内面に形成されていることを特徴とする。さらに本発明は、量子ドット材料が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、該量子ドット材料が該放電管の外面に形成されていることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット材料が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、該量子ドット材料が、Stranski-Krastanovモードによる結晶成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が微細マスクを利用した選択成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が界面活性剤を用いた液層成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が酸化錫を主成分とすることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、該量子ドット材料が錫化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が鉛化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がアンチモン化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がビスマス化合物を主成分とすることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、該量子ドット材料が複数の波長にピークを有する材料を混合して用いることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、該量子ドット材料が液相成膜法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がスプレー法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が印刷法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がコロイド溶液の状態で液相成膜に用いられることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、該量子ドット材料が液相成膜法により成膜された後に減圧加熱して形成されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、該量子ドット材料の膜形成の前に、成膜対象の表面を親水化処理することを特徴とする。さらに本発明は、該成膜対象の表面を親水化処理は、オゾン、プラズマ、過酸化水素或いはアンモニアの水溶液により行われることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、該量子ドット材料のコロイド溶液が正又は負に帯電する高分子材料を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の放電灯及び無電極放電灯は、放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用するため、放電菅内への量子ドット層の形成、保護層の形成を含む生産技術を確立し、量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯を実現し、その超長寿命という特性を活かして高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明にかかる無電極放電灯の一例を示した概念図である。
【図２】図２は、本発明にかかる量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明にかかる無電極放電灯の他の例を示した概念図である。
【図４】図４は、本発明にかかる無電極放電灯の発光状態の一例を示す図面代用写真である。
【図５】図５は、本発明にかかる無電極放電灯のガスの励起状態における波長分布の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明にかかる無電極放電灯に本発明にかかる量子ドットを用いた場合における波長分布の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯、或いは、内部にガスを封入した放電電極を有さない無電極放電管と、該無電極放電管に近接して配置される誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する回路とを備えた無電極放電灯に於いて、該放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いたことを特徴とする、放電灯及び無電極放電灯である。
【００２０】
また本発明は、該量子ドット材料が該放電管の内面に形成されていることを特徴とする。さらに本発明は、量子ドット材料が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、該量子ドット材料が該放電管の外面に形成されていることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット材料が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、該量子ドット材料が、Stranski-Krastanovモードによる結晶成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が微細マスクを利用した選択成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が界面活性剤を用いた液層成長により形成されたものを用いることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が酸化錫を主成分とすることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、該量子ドット材料が錫化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が鉛化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がアンチモン化合物を主成分とすることを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がビスマス化合物を主成分とすることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、該量子ドット材料が複数の波長にピークを有する材料を混合して用いることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、該量子ドット材料が液相成膜法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がスプレー法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料が印刷法により成膜されたことを特徴とする。或いは本発明は、該量子ドット材料がコロイド溶液の状態で液相成膜に用いられることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、該量子ドット材料が液相成膜法により成膜された後に減圧加熱して形成されることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、該量子ドット材料の膜形成の前に、成膜対象の表面を親水化処理することを特徴とする。さらに本発明は、該成膜対象の表面を親水化処理は、オゾン、プラズマ、過酸化水素或いはアンモニアの水溶液により行われることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、該量子ドット材料のコロイド溶液が正又は負に帯電する高分子材料を含んでなることを特徴とする。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明にかかる無電極放電灯の一例を示した概念図である。図１に示されているのはリング状の放電管１と放電管外部に配設された電界印加用コイル２を有し、上部に反射板３を備えたものである。ここで、本発明にかかる放電灯としては無電極放電灯に限定されるものではなく、放電管内に電極を有する通常の蛍光灯と同様の構造を持つものでも問題ない。また、反射板の有無は全く問題なく、セード型の反射板や拡散板などを備えた形態でも全く問題ない。或いは、放電管は電球型のものでも問題なく、無電極放電管の場合は電界印加用コイルを内側に備えたものでも良い。
【００３０】
本実施例において、リング形状の放電管を有する無電極放電灯の放電管１は外部に電界印加用コイル２を備えており、これから生ずる電界により放電管内にプラズマを励起する。このプラズマにより内部に封入されたガスが励起されて主として紫外域にピークを持つ励起光が放出され、これが本発明に係る量子ドット層に入射して可視光に波長変換されて発光素子として機能する。
【００３１】
図２は、本発明に係る量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程の一例を示すフローチャートである。本実施例に於いては、リング状の放電管を有する無電極放電灯に量子ドットを用いた。放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いている。ここで、本発明にかかる放電灯としては無電極放電灯に限定されるものではなく、放電管内に電極を有する通常の蛍光灯と同様の構造を持つものでも問題ない。また、反射板の有無は全く問題なく、セード型の反射板や拡散板などを備えた形態でも全く問題ない。或いは、放電管は電球型のものでも問題なく、無電極放電管の場合は電界印加用コイルを内側に備えたものでも良い。
【００３２】
本実施例に係る量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程に於いては、まずリングを二つに分割した形状のガラス管を用意した。この管の内面に量子ドット層を形成するため、前処理を行った。本実施例では前処理として親水化処理を行った。本実施例では、親水化処理は過酸化水素により管内面を洗浄することにより行ったが、処理はアンモニアの水溶液により行ってもよい。さらに、オゾン或いはプラズマによる処理によっても問題ない。
【００３３】
続いて、管内面に量子ドット層を形成した。本実施例では、量子ドット材料が酸化錫を主成分とするものを用いた。量子ドット材料が錫化合物を主成分とするものを用いた。 ２乃至５ｎｍの錫酸化物ＳｎＯ2は酸素欠陥の存在により紫外線照射下では青色発光を示し、また酸化物であるため安定性も高い。また錫を主成分とするペロブスカイト型ナノ結晶ＣＨ3ＮＨ3ＳｎＩ3は非常に高い発光強度を示すため、低い励起光強度でも十分な発光を得ることができる。
【００３４】
なお、量子ドット材料としては錫化合物を主成分とするものだけでなく、鉛化合物、アンチモン化合物或いはビスマス化合物を主成分とするものも好適に用いられる。さらに、カドミウム、セレン、ガリウム、砒素、インジウムなど従来から用いられる材料系も用いることができる。
【００３５】
量子ドット材料の形成には、界面活性剤を用いた液層成長により形成されたものを用いた。ＳｎＯ2ナノ結晶粒子は、高沸点有機溶媒中での金属錯体の熱分解を利用した。具体的には、高沸点有機溶媒、ＩＶ価のＳｎの金属錯体とアミンとアルコールを溶解させ、真空下で加熱した後、不活性気体流中２００℃乃至２６０℃の温度範囲に加熱して金属錯体を熱分解させ、ナノ結晶粒子を形成させる。 得られたナノ結晶はヘキサンとエタノールで遠心分離によって洗浄し、最後にヘキサンに分散させた。有機溶媒としては、例えばジベンジルエーテル、オクタデセン、トリオクチルフォスフィンなどが利用できる。アミンとしては、例えばオレイルアミン、オクタデシルアミンが利用できる。アルコールとしては、オクタンジオール、ヘキサデカンジオールなどが利用できる。
【００３６】
ペロブスカイト型ナノ結晶ＣＨ3ＮＨ3ＳｎＩ3はエマルジョン法によって合成した。具体的には、臭化メチルアンモニウムをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液と臭化錫をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液を用意し、これをオレイン酸とオクチルアミンを含むヘキサン溶液に一滴ずつ滴下する。この混合溶液に第３級ブタノールを加えることで望みとするナノ結晶を得た。ナノ結晶は遠心分離によってトルエンで洗浄して、最後にトルエンに分散させた。
【００３７】
なお、量子ドット材料の形成方法としては、Stranski-Krastanovモードによる結晶成長により形成されたもの或いは微細マスクを利用した選択成長により形成されたものも好適に用いられる。
【００３８】
本実施例に於いては、量子ドット材料が複数の波長にピークを有する材料を混合して用いた。これにより、発光スペクトルがよりブロードになり、演色性や発光効率が向上した。
【００３９】
本実施例に於いては、量子ドット層の形成には液相成膜法を用いた。具体的には、量子ドット材料を含むコロイド溶液を管内面に接触させることにより薄膜層を形成し、その後減圧加熱して成膜した。ここで、成膜法としてはスプレー法や印刷法を用いてもよい。また、後処理としては減圧加熱のみならず常圧での加熱、窒素や希ガス雰囲気下での加熱、或いは減圧のみによっても良い。さらに、後述する保護層の形成後に同時に後処理を行っても良い。
【００４０】
本実施例に於いては、量子ドット材料のコロイド溶液が正に帯電する高分子材料を含んだものを用いた。これにより、成膜性が向上し均一な発光層の形成に有効であった。
【００４１】
本実施例に於いては、さらに量子ドット層の表面に保護層を形成した。保護層材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）といった透明高分子を用いることができる。
【００４２】
本実施例に於いては、前記の工程を経て管内面に量子ドット層及び保護層を形成したリングを二つに分割した形状のガラス管を融着してリング状に形成し、内部を減圧したのちプラズマ励起のためのガスを注入して封止し、放電管を形成した。
【００４３】
ここで、リングを二つに分割した形状のガラス管の接続はセラミックセメント等を用いる等の他の方法によっても問題ない。封入するガスは通常の水銀を含むものでも良いが、硫黄系等の水銀を用いない他の励起ガスであっても問題ない。
【００４４】
本実施例に於いては、無電極放電管に近接して配置される誘導コイルとして２個のリングコイルを配設した。かかる構成により、本発明の放電灯及び無電極放電灯は、放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用し、高効率の波長変換を可能として、高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現することができた。
【実施例２】
【００４５】
図３は、本発明にかかる無電極放電灯の他の例を示した概念図である。本実施例では、電球形状の無電極放電管を使用し、誘導コイルは管球の内部に設置されている。
【００４６】
本実施例に於いては、量子ドット材料を放電管の外面に形成した。さらにその表面に保護層を形成している。なお、管球を形成する材料は紫外線の吸収が少ないものが求められ、本実施例に於いては石英ガラスを用いたが、高耐久性の樹脂等の他の材料を用いても問題ない。
【００４７】
量子ドット材料、成膜方法、保護層材料、成膜方法及び減圧加熱による後処理方法は実施例１に記載の方法と同様のものを用いた。かかる構成により、管内面に量子ドット層を形成したものに較べて製造工程が簡易化され、より低コストで高効率な照明装置を実現することができた。
【実施例３】
【００４８】
図４は、本発明にかかる無電極放電灯の発光状態の一例を示す図面代用写真である。本実施例では、量子ドットによる波長変換効果を検討するため、二重Ｕ字型構造のガラス管中にガスを充填し、これを外部から励起して発光させている。
【００４９】
図５は、本発明にかかる無電極放電灯のガスの励起状態における波長分布の一例を示すグラフである。このように、本発明に於いては放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用する。本実施例に於いてはかかる波長分布を有する励起光を緑色発光の量子ドットを使用して波長変換し、その効果を確認した。
【００５０】
図６は、本発明にかかる無電極放電灯に本発明にかかる量子ドットを用いた場合における波長分布の一例（緑色発光の量子ドットを使用した場合）を示すグラフである。ここで、図５には生じていなかった５００乃至５５０ｎｍの範囲にブロードなピークが生成していることが確認できる。
【００５１】
本実施例の結果から、量子ドット材料により放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料が有効であることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上述べてきたように放電灯及び無電極放電灯は、放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用するため、放電菅内への量子ドット層の形成、保護層の形成を含む生産技術を確立し、量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯を実現し、その超長寿命という特性を活かして高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現するという利点があり、産業状の利用可能性は大であると言える。
【符号の説明】
【００５３】
１    無電極放電灯の放電管
２    電界印加用コイル
３    反射板
【図１】
2018129296.tif 000003
【図２】
2018129296.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018129296.tif 000007
【図６】
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