(57)【要約】【課題】希土類蛍光体からなる蛍光体層を有する蛍光ランプにおいて、その発光量を維持したまま蛍光体層の厚さを低減し、上記蛍光ランプのコスト低減を図る。【解決手段】ガラスバルブからなる透光性放電容器と、前記透光性放電容器の内壁面上に形成された、平均粒子径が０．１μｍ〜０．６μｍの無機粒子からなり、厚さが０．６ｍｇ／ｃｍ２〜２ｍｇ／ｃｍ２の反射層と、３波長発光形蛍光体粒子を主体として構成され、前記反射層上に形成された蛍光体層と、前記透光性放電容器の内部に放電を生起するように配設された一対の電極と、前記透光性放電容器の内部に封入された放電媒体と、を具えるようにして、蛍光ランプを構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスバルブからなる透光性放電容器と、
前記透光性放電容器の内壁面上に形成された、平均粒子径が０．１μｍ〜０．６μｍの無機粒子からなり、厚さが０．６ｍｇ／ｃｍ２〜２ｍｇ／ｃｍ２の反射層と、
３波長発光形蛍光体粒子を主体として構成され、前記反射層上に形成された蛍光体層と、前記透光性放電容器の内部に放電を生起するように配設された一対の電極と、
前記透光性放電容器の内部に封入された放電媒体と、
を具えることを特徴とする、蛍光ランプ。
【請求項２】
前記無機粒子は、アルミナからなることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光ランプ。
【請求項３】
前記蛍光体層の塗布量が、１．５〜３．４ｍｇ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蛍光ランプは、まず直管状のガラスバルブの内面に蛍光体層が形成され、次にガラスバルブの両端に一対の電極を封着し、さらにガラスバルブの内部を排気してから水銀及び不活性ガスを封入することによって製作される。この種の蛍光ランプは、蛍光体層を形成する前に、ガラスバルブの内面に予め保護膜を形成し、その保護膜の上に蛍光体層を形成するのが一般的である。
【０００３】
保護膜は、ランプ点灯中の紫外線照射により、ガラスバルブ中のアルカリ成分（主にナトリウム）が移動してバルブ表面に析出する現象によって蛍光体層中にアマルガムを形成したり、水銀がガラスバルブ中に打ち込まれ当該ガラスバルブが変色したりするのを抑制するために形成される。この保護膜には、超微粒子状のγアルミナや酸化亜鉛及び酸化チタンの混合体などのスラリーをガラスバルブの内面に塗布し、焼成して形成している。
【０００４】
一方、上記蛍光体層としては、青、緑、赤の狭帯域に発光ピークを有し、効率及び演色性に優れるとの観点から、３波長発光形蛍光体粒子に代表されるように、従来のハロリン酸カルシウム蛍光体に代えて、希土類蛍光体が使用されるようになってきている。しかしながら、希土類蛍光体はハロリン酸カルシウム蛍光体に比較して著しく高価であるため、その使用量を減少させようとする試みが従来からなされている。
【０００５】
例えば、蛍光ランプの放電容器内面に、５〜８０質量％のγアルミナと２０〜９５質量％のαアルミナとの混合物からなる紫外線反射性を有する保護膜を形成し、この保護膜上に希土類蛍光体からなる蛍光体層を形成する技術が開示されている（特許文献１）。また、蛍光ランプの放電容器内面に、平均粒子径１μｍ以上のピロリン酸ストロンチウム（Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７）と平均粒子径１０ｎｍ〜１００ｎｍのγアルミナ粒子とからなる非発光物質膜を形成し、この非発光物質膜上に希土類蛍光体からなる蛍光体層を形成する技術が開示されている（特許文献２）。
【０００６】
これらの技術によれば、蛍光ランプ中のＨｇから発生した紫外線を上記保護膜及び上記非発光物質膜で反射させることができるので、蛍光ランプ中の蛍光体層に対する紫外線の照射効率が増大し、したがって、上記蛍光体層からの発光効率の向上が期待できる。その結果、上記蛍光体層の厚さを低減した場合においても、上述した発光効率の向上に起因して、十分に高い発光量を得ることができ、蛍光ランプの高い発光量を維持したまま、蛍光体層の厚さ低減によるコストの低減を図ることが期待される。
【０００７】
しかしながら、上述したいずれの技術においても、蛍光体層の発光効率の向上は十分ではなく、蛍光体層の厚さ低減によるコストの低減は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１６７５９５号
【特許文献２】特開２００４−６１６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、希土類蛍光体からなる蛍光体層を有する蛍光ランプにおいて、その発光量を維持したまま蛍光体層の厚さを低減し、上記蛍光ランプのコスト低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の蛍光ランプは、ガラスバルブからなる透光性放電容器と、前記透光性放電容器の内壁面上に形成された、平均粒子径が０．１μｍ〜０．６μｍの無機粒子からなり、塗布量が０．６ｍｇ／ｃｍ２〜２ｍｇ／ｃｍ２の反射層とを具える。また、３波長発光形蛍光体粒子を主体として構成され、前記反射層上に形成された蛍光体層と、前記透光性放電容器の内部に放電を生起するように配設された一対の電極と、前記透光性放電容器の内部に封入された放電媒体と、を具える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の蛍光ランプの一部切欠正面図である。
【図２】図１に示す蛍光ランプの一方の管端部の拡大断面図である。
【図３】図２に示す蛍光ランプの管壁をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の拡大断面図である。
【図４】実施例における、反射層の塗布量（厚さ）を変化させた場合の、蛍光体層の塗布量（厚さ）と光出力との関係を示すグラフである。
【図５】実施例における、反射層の塗布量をパラメータとし、反射層を構成するアルミナの平均粒子径を変化させた場合の光出力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態の蛍光ランプの一部切欠正面図であり、図２は、図１に示す蛍光ランプの一方の管端部の拡大断面図である。また、図３は、図２に示す蛍光ランプの管壁をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の拡大断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の蛍光ランプは、円筒形の透光性放電容器１、この透光性放電容器１の内壁面上に形成された反射層２、及びこの反射層２上に形成された蛍光体層３を有している。
【００１４】
透光性放電容器１は、バルブ１ａ、及び一対のフレアステム１ｂ、１ｂを含み、当該フレアステム１ｂ、１ｂは、バルブ１ａ、すなわち透光性放電容器１の両端の封止部を形成している。バルブ１ａは、例えばソーダライムガラスからなる。一対のフレアステム１ｂは、排気管１ｂ１及びフレア１ｂ２を有し、一対の内部導入線５及びこれら一対の内部導入線５それぞれに接続された一対の外部導入線６を封着し、さらに透光性放電容器１内に導入された放電媒体Ｓ（アルゴンガス及び水銀）を封入している。排気管１ｂ１は、基端がチップオフされているとともに、先端が透光性放電容器１内に連通している。フレア１ｂ２は、バルブ１ａの両端を封止し気密な透光性放電容器１を構成している。
【００１５】
なお、一対の内部導入線５は、透光性放電容器１の内部に放電を生起するように配設された電極４の両端部に接続されている。また、図２においては、本実施形態の蛍光ランプの一方の管端部を示しているので、一対の電極４の内の一方のみが示されているが、図示しない他方の管端部には、一対の電極４の他方が配設されている。電極４には電子放射性物質を塗布してある。
【００１６】
図３に示すように、反射層２は、平均粒子径が０．１μｍ〜０．６μｍ、好ましくは０．１μｍ〜０．４μｍの無機粒子からなり、塗布量が０．６ｍｇ／ｃｍ２〜２ｍｇ／ｃｍ２、好ましくは０．８ｍｇ／ｃｍ２〜１．１ｍｇ／ｃｍ２であることが必要である。これによって、透光性放電容器１の内部で放電により放電媒体Ｓから紫外線を生成させ、蛍光体層３を励起して発光させる際において、蛍光体層３には透光性放電容器１内部で生成した紫外線が直接入射することに加えて、蛍光体層３を透過し、反射層２で反射された紫外線も入射するようになる。
【００１７】
したがって、蛍光体層３に入射する紫外線量が増大するようになるので、蛍光体単位量当りの発光量が増大するようになる。この結果、発光量を維持したまま、以下に説明するように、３波長蛍光形蛍光体粒子、すなわち希土類蛍光体からなる蛍光体層３の厚さを低減することができるので、上記蛍光体ランプのコスト低減を図ることができる。
【００１８】
なお、反射層２に関しては、その厚さを上述のような単位面積当たりの塗布量によって規定している。これは、反射層２の厚さを直接規定した場合は、形成方法及び形成条件に依存してその密度が顕著に相違するので、同じ厚さであっても反射層としての作用効果が異なるようになる一方、反射層２の厚さを上述のような単位面積当たりの塗布量によって間接的に規定した場合は、反射層２の作用効果とその塗布量とが一対一に対応するという、本発明者らの発見に基づくものである。
【００１９】
平均粒子径が０．１μｍよりも小さいと、一つ一つの粒子が紫外線を十分に散乱、反射することができず、蛍光体層３に入射する紫外線量が減少する。したがって、上述した作用効果を十分に得ることができない。
【００２０】
平均粒子径が０．６μｍよりも大きいと、反射層の層数が低下するため、反射、散乱の機会が減少するため、透光性放電容器１内部で生成した紫外線のかなりの部分が反射層２を透過してしまうようになる。この結果、蛍光体層３に入射する紫外線量が減少してしまうので、上述した反射層２の作用効果を十分に奏することができない。また、反射層２の透光性放電容器１に対する密着性が劣化し、さらには反射層２を構成する無機粒子同士の結着力も劣化するので、外部からの衝撃等により、反射層２及び蛍光体層３が透光性放電容器１の内壁面から剥離してしまう。
【００２１】
反射層２の塗布量が０．６ｍｇ／ｃｍ２よりも小さいと、上述した紫外線が反射層２を透過してしまい、反射層２で反射される紫外線の割合が減少してしまう。したがって、上述した反射層２の作用効果を奏することができない。
【００２２】
反射層２の塗布量が２ｍｇ／ｃｍ２よりも大きいと、反射層２及びその上に形成される蛍光体層３の透光性放電容器１に対する密着性が劣化し、平均粒子径が本実施形態で規定する範囲を超える場合と同様に、外部からの衝撃等により、反射層２及び蛍光体層３が透光性放電容器１の内壁面から剥離してしまう。
【００２３】
なお、反射層２を構成する無機粒子の平均粒子径は、３本ロールミルを用いて強制的に分散させた後に堀場製レーザー回折装置で測定したＤ５０の値であり、反射層２の塗布量は、塗布前のガラスバルブ重量を測定して、その後無機粒子塗布後の塗布バルブ重量を測定することにより算出したものである。
【００２４】
反射層２を構成する無機粒子としては、アルミナ、イットリア、酸化マグネシウム、シリカ等を挙げることができるが、安価であり、蛍光管ランプにおいて信頼性に基づく長期の使用実績があることから、アルミナを用いることが好ましい。
【００２５】
なお、従来技術における特許文献１における保護膜が、本実施形態における反射層２のような作用効果を奏しないのは、上述のような構成粒子の粒子径制御及び厚さの制御を厳密に実施しなかったことに起因すると思われる。また、特許文献２における非発光物質膜が、本実施形態における反射層２のような作用効果を奏しないのは、非発光物質膜を構成するピロリン酸ストロンチウム（Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７）が水銀と反応しやすく、点灯中に着色して紫外線反射率と可視光の透過率が低下するためであると考えられる。
【００２６】
蛍光体層３は、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体それぞれの蛍光体粒子を混合して加色混光により白色発光を生じるように構成される。赤色発光蛍光体としては、たとえばユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（通称「ＹＯＸ」）などを用いることができる。緑色発光蛍光体としては、たとえばセリウム、テルビウム付活リン酸ランタンやテルビウム付活セリウム・テルビウム・マグネシウム・アルミニウム蛍光体（通称「ＣＡＴ」）などを用いることができる。青色発光蛍光体としては、たとえばユーロピウム付活ストロンチウムリン酸塩蛍光体、ユーロピウム付活ストロンチウム・バリウム・カルシウムリン酸塩蛍光体（通称「アパタイト」）及びユーロピウム付活バリウム・マグネシウム・アルミニウム蛍光体（通称「ＢＡＭ」）などを用いることができる。
【００２７】
また、３波長発光形蛍光体粒子は、平均粒子径が２μｍ〜１０μｍ、好ましくは５μｍ±２μｍ、より好ましくは５μｍ±１μｍである。なお、これらの平均粒子径は、コールターマルチサイザー（Ｃｏｕｌｔｅｒ  Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ）を用いて測定したものである。
【００２８】
反射層２を上述したような要件を満足するように形成することにより、蛍光体層３の塗布量を１．５ｍｇ／ｃｍ２〜３．４ｍｇ／ｃｍ２の範囲まで低減することができる。蛍光ランプが本実施形態における反射層２を有しない場合、蛍光体層３の塗布量は、全光束の低下と端部の電極部分が透けて見える外観不良の問題から、例えば３．０ｍｇ／ｃｍ２〜４．０ｍｇ／ｃｍ２の範囲に設定する必要がある。したがって、本実施形態のような反射層２を設けることにより、蛍光体層３の厚さを１０％〜４０％低減することができる。すなわち、希土類蛍光体の使用量を１０％〜４０％低減することができるので、希土類蛍光体からなる蛍光体層３を有する蛍光ランプにおいて、その発光量を維持したまま蛍光体層の厚さを低減し、上記蛍光ランプのコスト低減を図ることができる。
【００２９】
なお、蛍光体層３に関しては、その厚さを上述のような単位面積当たりの塗布量によって規定している。これは、反射層２の場合と同様に、蛍光体層３の厚さを直接規定した場合は、形成方法及び形成条件に依存してその密度が顕著に相違するので、同じ厚さであっても蛍光体層３の発光量（発光効率）が異なる一方、蛍光体層３の厚さを上述のような単位面積当たりの塗布量によって間接的に規定した場合は、蛍光体層３の発光量（発光効率）とその塗布量とが一対一に対応するという、本発明者らの発見に基づくものである。なお、蛍光体層３の塗布量は、ランプを破壊して発光管の重量を測定した後、蛍光体層を除去して再度発光管の重量を測定した差分から測定したものである。
【００３０】
電極４は、例えば２重コイル形のタングステン線フィラメントに電子放射性物質を塗布して形成することができる。また、セラミック電極、冷陰極等から構成することもできる。
【００３１】
内部導入線５及び外部導入線６は、透光性放電容器１のフレアステム１ｂの内部でジュメット線を介して接続し、フレアステム１ｂに対して気密性を維持している。
【００３２】
口金７は、アルミニウム製のキャップ状成形品に一対の口金ピン７ａ、７ａを絶縁関係に支持して備えていて、透光性放電容器１の両端にその一対が装着されている。
【００３３】
放電媒体Ｓは、例えば水銀及びアルゴン等の希ガスとすることができる。水銀は、液体水銀、または液体水銀にほぼ近い水銀蒸気圧特性を示すアマルガム、たとえばＺｎ−ＨｇやＴｉ−Ｈｇ系のアマルガムとすることができる。
【００３４】
液体水銀を封入するには、液体水銀を滴下するか、カプセルに入れて封入後適当な手段によってカプセルを破壊して水銀を取り出す。また、アマルガムとして封入するには、ペレット状に成形したり、適当な金属板を基体としてアマルガムを担持させたりすることができる。すなわち、Ｚｎ−Ｈｇ系アマルガムの場合には、ペレット状に成形して封入するのに適している。また、Ｔｉ−Ｈｇ系アマルガムの場合には、金属板に担持させるのに適している。後者は、水銀放出合金ともいわれているが、封入後高周波を印加することにより加熱して水銀を放出させる。
【００３５】
希ガスは、蛍光ランプの放電開始を容易にするため、及び緩衝ガスとして用いられ、アルゴンＡｒ、クリプトンＫｒ、ネオンＮｅなどを２００〜４００Ｐａ程度の圧力で透光性放電容器内に封入される。また、希ガスは、Ａｒ単体を封入してもよいし、またＡｒ−Ｋｒ、Ｎｅ−Ａｒ−Ｋｒ、Ｎｅ−Ａｒなどの混合封入でもよい。
【実施例】
【００３６】
本実施形態では、図１及び２に示すような蛍光ランプを作製した。
【００３７】
なお、上記蛍光ランプの主要構成部の寸法及び材料等は以下に示す通りである。  
【００３８】
透光性放電容器１の管径：２５．５ｍｍ
透光性放電容器１の管長：１１９８ｍｍ（口金ピン面〜口金ピン面）
透光性放電容器１の全長：１２１３．６ｍｍ以下（口金ピン先端〜口金ピン先端）
透光性放電容器１の材質：ソーダライムガラス
反射層２の材質：アルミナ
蛍光体層３の材質：赤色発光蛍光体；Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ
緑色発光蛍光体；ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ
青色発光蛍光体；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ
放電媒体Ｓ：水銀及び３２０Ｐａのアルゴン
【００３９】
以上の条件にて、反射層２の塗布量（厚さ）及び反射層を構成するアルミナの平均粒子径、並びに蛍光体層３の塗布量（厚さ）を変化させて、その時の光出力を調べた。なお、光出力は、上記のようにパラメータを変化させた際に最も高い光出力が得られた場合を１００として、当該１００を基準とした相対的なパラメータを用いて表した。また、光出力は内部の温度を２５±１℃に制御した積分球内にランプを点灯してTOPCON製の分光放射計により求めた。
【００４０】
図４は、反射層２を構成するアルミナの平均粒子径を０．２μｍと固定し、反射層２の塗布量（厚さ）を変化させた場合の、蛍光体層３の塗布量（厚さ）と光出力との関係を示すグラフである。
【００４１】
図４から明らかなように、反射層２の塗布量が本発明の範囲内である０．６ｍｇ／ｃｍ２〜２ｍｇ／ｃｍ２の場合は、蛍光体層３の塗布量が３．８ｍｇ／ｃｍ２から１．５ｍｇ／ｃｍ２まで減少した場合においても、光出力（の相対値）が９６％以上の高い値を示すことが判明した。一方、反射層２の塗布量が本発明の範囲外である０．５ｍｇ／ｃｍ２の場合は、蛍光体層３の塗布量が３．８ｍｇ／ｃｍ２から１．５ｍｇ／ｃｍ２まで減少した際に、光出力（の相対値）が急激に減少し、蛍光体層３の塗布量が１．５ｍｇ／ｃｍ２の場合は、それぞれ９１．５％程度にまで劣化することが判明した。
【００４２】
したがって、反射層２の塗布量を本発明の範囲内に設定することにより、透光性放電容器１の内部で放電媒体Ｓを放電させて紫外線を生成させ、蛍光体層３を励起して発光させた際に、蛍光体層３には透光性放電容器１内部で生成した紫外線が直接入射することに加えて、蛍光体層３を透過し、反射層２で反射された紫外線も入射し、蛍光体層３に入射する紫外線量が増大することが分かる。このため、生成する紫外線の単位量当たりの蛍光体層３の発光量が増大し、発光量を維持したまま、蛍光体層３の厚さを低減することができるので、上記蛍光体ランプのコスト低減を図ることができる。
【００４３】
図５は、蛍光体層３の塗布量を２．０ｍｇ／ｃｍ２と固定し、反射層２の塗布量をパラメータとし、反射層２を構成するアルミナの平均粒子径を変化させた場合の光出力を示すグラフである。
【００４４】
図５から明らかなように、反射層２の塗布量を本発明の範囲内である０．７ｍｇ／ｃｍ２、０．８ｍｇ／ｃｍ２及び１．２ｍｇ／ｃｍ２としたいずれの場合においても、反射層２を構成するアルミナの平均粒子径が本発明の範囲内である０．１μｍ〜０．６μｍの場合は、光出力が９７％以上の高い値を示すが、本発明の範囲外である０．１μｍ未満及び０．６μｍを超える範囲においては、光出力が急激に減少し、９４％以下にまで劣化することが判明した。
【００４５】
したがって、この場合においても、上述したように、反射層２を構成するアルミナの平均粒子径を本発明の範囲内に設定することにより、透光性放電容器１の内部で放電媒体Ｓを放電させて紫外線を生成させ、蛍光体層３を励起して発光させた際に、蛍光体層３には透光性放電容器１内部で生成した紫外線が直接入射することに加えて、蛍光体層３を透過し、反射層２で反射された紫外線も入射し、蛍光体層３に入射する紫外線量が増大することが分かる。このため、生成する紫外線の単位量当たりの蛍光体層３の発光量が増大し、発光量を維持したまま、蛍光体層３の厚さを低減することができるので、上記蛍光体ランプのコスト低減を図ることができる。
【００４６】
なお２．０ｍｇ／ｃｍ２の場合は、反射層２及び蛍光体層３の剥離が目視で確認された。これは、上述したように、反射層２及びその上に形成される蛍光体層３の透光性放電容器１に対する密着性が劣化し、反射層２上に３波長蛍光形蛍光体粒子が分散した分散媒を塗布及び焼成して蛍光体層３を形成した後に外部からの衝撃等により、反射層２及び蛍光体層３が透光性放電容器１の内壁面から剥離してしまうことによる。
【００４７】
同様に、図５において、反射層２を構成するアルミナの平均粒子径が０．６μｍを超える場合において、反射層２及び蛍光体層３の剥離が目視で確認された。これは、上述したように、反射層２の透光性放電容器１に対する密着性が劣化し、さらには反射層２を構成する無機粒子同士の結着力も劣化するので、外部からの衝撃等により、反射層２及び蛍光体層３が透光性放電容器１の内壁面から剥離してしまうことによる。
【００４８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１  透光性放電容器
１ａ  バルブ
１ｂ  フレアステム
１ｂ１  排気管
１ｂ２  フレア
２  反射層
３  蛍光体層
４  電極
５  内部導入線
６  外部導入線
【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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