(57)【要約】  本発明は、Pr（III）を活性体として有し、UV-B光を発する放電ランプに関する。
2012518698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電維持用の構成部をもち、ガス充填部を有する放電容器を具備した放電ランプ、好ましくは低圧のガス放電ランプであって、当該放電容器の壁の少なくとも一部が、UV光を発し且つ活性体としてプラセオジム（III）を有する発光物質を具備することを特徴とする、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ことを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記発光物質がガーネット材を有することを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記発光物質中のPr（III）の含有量が0モル%よりも多く、10モル％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記発光物質は基本的に、（Y1-x-yLux)3（Al1-aGaa)5O12：Pry、又は（Lu1-x-yYx)3Al1-aGaa)5O12：Pryを有するグループからの物質を有し、0.0≦a≦1.0、0.0≦x≦1.0及び0.0＜y≦0.1であることを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記発光物質は基本的に、（Y1-x-yLux)3（Al1-aGaa)5O12：Pry、又は（Lu1-x-yYx)3Al1-aGaa)5O12：Pryを有するグループからの物質を有し、0.0≦a≦0.5、0.0≦x≦1.0及び0.0＜y≦0.1であることを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項７】
UV-B光を発する照明システムにおいて、Pr（III）を活性体として使用すること。
【請求項８】
請求項１に記載の放電ランプ、又は請求項７を利用する放電ランプを有するシステムであって、当該システムが、
−内科治療用の器材
−美容目的の皮膚の処理（例えば日焼けデバイス）用の器材
−例えばCl2又はClO2の光化学的活性化による、水の殺菌及び/又は水の浄化のアプリケーション
−例えば高度な化学製品、例えばビタミンD3の光化学的合成用の化学反応器
のうちの一つ以上のアプリケーションで使用される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光デバイス用の新材料に関し、特に紫外光（UV光）を発する放電ランプ用の新材料の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
UV光を発する蛍光体を有する蛍光ランプが、美容目的及び医学目的に対して広く使用されている。これらのランプは通常、水銀（Hg）の低圧放電、及びUV-B蛍光体若しくはUV-A蛍光体又は複数のUV-A/B蛍光体の配合物を有する発光スクリーンを例えば利用することによってUV光を発生させる。最も普通に使用される蛍光体は、UV-B光の発光物質としてはLaPO4:Ce、SrAl12O19:Ce、Na、又はLaB3O6:Bi,Gdであり、UV-A光の発光物質としては（Y,Gd）PO4:Ce、BaSi2O5:Pb、又はSrB4O7:Euである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、現在使用されている多くの低圧放電ランプは、短期間劣化の欠点に苦しんでいる。これは発光物質と、例えば放電からのHgイオンとの間の交互作用によって生じる。この化学的な交互作用の結果として生じるのが蛍光層上の黒い層の形成であり、結果として蛍光体の灰色化を生じ、したがって効率の減少を生じる。劣化プロセスは、Xeエキシマ放電ランプでも観察されてきた。
【０００４】
エキシマ放電ランプは、放電を維持する充填物の少なくとも一つのコンポーネントが、ランプ動作の間、エキシマを形成する放電ランプである。エキシマの形成は、当該ランプの発光にとって重要である。エキシマを形成する充填コンポーネントとして、Xeの他に、Neのような他の周知のエキシマを形成する充填コンポーネントがある。
【０００５】
上に記した劣化プロセスによる欠点に起因して、特にUV-B光のランプ用に、代替の蛍光体に対するニーズがあり、当該蛍光体は少なくとも部分的に上述の欠点を解決し、より長い寿命をもつ。
【０００６】
本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも部分的に解決することが可能な放電ランプを提供することであり、広範囲にわたるアプリケーションに対して増大した寿命と共に良好な又は改善された照明機能を有する放電ランプを特に造ることが出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明の請求項１による放電ランプによって成し遂げられる。当該請求項によれば、放電ランプ、好ましくは低圧のガス放電ランプが提供され、当該放電ランプは、放電を維持する構成部を備えたガス充填部を有する放電容器を具備しており、放電容器の壁の少なくとも一部がUV光を発する発光物質を具備しており、活性体としてプラセオジム（III）を有している。
【０００８】
本発明における用語「活性体」は特に、励起があると照射光を発する所与の母体格子、特にプラセオジム（III)のイオン中に存在する不純物を含む、及び/又は当該不純物を意味する。
【０００９】
驚くべきことに、本発明の中で、広範囲にわたるアプリケーションに対してプラセオジム（Pr）を活性体として使用することは、以下の長所の内の少なくとも一つをもつことがわかった（ここで初めて提示される）。
−活性体としてPr（III）をもつ発光物質のスペクトルは優れた発光特性を有し、UV光を発する放電ランプ、特にUV-Bの照射光を発する放電ランプ用に使うことができる。
−多くの発光物質（及びこれらの物質を使用するランプ）は、発光特性を劣化させることなく増大した寿命をもっている。
−発光物質は容易に入手でき、各分野において使用されている全てのタイプの放電ランプに使うことができる。
−使用されている発光物質は無毒であり、これ故本発明内の広範囲にわたるアプリケーションに対して使用可能である。
−使用される発光物質は放射線に強く、したがって各分野に存在する全てのタイプの放電ランプ用に使うことができる。
−使用される発光物質は水に対して安定であり、低いpHの水及び有機溶剤に対してさえ安定である。これ故多くの種類の懸濁液中で使用できる。
【００１０】
好ましくは放電ランプは、Xe、Ne、又はXe/Neエキシマ放電ランプであり、及び/又は、好ましくはUV-B光を発する（即ち、最大で280 nmと320 nmとの間に少なくとも一つのピークをもつ）ランプである。
【００１１】
本発明の別の実施例によれば、発光物質はガーネット材を有する。用語「ガーネット材」は特に、A3B5O12で表される全ての物質を含む、及び/又は、全ての物質を意味する。ここでA及びBは適切な三価カチオン（又は複数の適切な三価カチオンの混合物）である。
【００１２】
好ましくは発光物質は、基本的にガーネット材でできている。用語「基本的に」は、特に95（重量）％以上の，好ましくは98（重量）％以上の、最も好ましくは99（重量）％以上のガーネットを含んでいる、及び/又は、ガーネットを意味する。
【００１３】
本発明の他の実施例によれば、前記発光物質中のPr（III）の含有量は（適切な三価カチオンの）0モル％よりも多く、10モル％以下である。この割合は、多くのアプリケーションに対して好都合であることを示した。好ましくは、前記発光物質中のPr（III）の含有量は2モル%以上で8モル％以下であり、好ましくは、3.5モル%以上で6モル％以下である。
【００１４】
発光物質がガーネット材を含む場合、Pr（III）の含有量は三価カチオンA（即ち12面体位置）の0モル％よりも多く、10モル％以下であり、好ましくは2モル％以上で8モル％以下、好ましくは3.5モル％以上で6モル％以下である。
【００１５】
好ましくは発光物質は（Y1-x-yLux)3（Al1-aGaa)5O12:Pry、又は（Lu1-x-yYx)3（Al1-aGaa)5O12:Pryを含むグループから選択された物質を基本的に有する。ここで、a及びxは0.0以上で1.0以下であり、yは0.0よりも大きく0.1以下である。この発光物質は、以下の理由により多くのアプリケーションで特に好都合であるとわかった。
−この発光物質は容易に作られ、特に安定である。
−更にまた全く驚くべきことに、発光物質の発光帯域の位置が、Al/Gaの比率によって容易に調整されることができる。
【００１６】
好ましい実施例によれば、aは0.0以上で0.5以下である。これは通常、発光帯域が好ましい波長エリアにあることになるので、多くのアプリケーションに対して好都合であることが示された。
【００１７】
好ましい実施例によれば、yは0.02以上で0.08以下であり、好ましくは0.035以上で0.06以下である。
【００１８】
好ましい実施例によれば、xは0.8以下であり、好ましくは0.6以下である。
【００１９】
本発明は更に、UV-B光を発する照明システムにおいて、Pr（III）を活性体として使用することに関する。
【００２０】
説明された放電ランプを有するシステム、又は説明されたPr（III）を利用するシステムは、以下のアプリケーションの内の一つ以上で使うことができる。
−内科治療のための器材
−美容目的の皮膚処理（例えば日焼けデバイス）用の器材
−例えばCl2又はClO2の光化学的な活性化による、水の殺菌及び/又は水の浄化アプリケーション
−高度な化学生成物、例えばビタミンD3 の光化学的な合成用の化学反応器
【００２１】
特に本発明が発光スクリーンとして、又は発光スクリーンと共に使われる場合、これらの（又は他の適切な）アプリケーションにおいては、ランプのスペクトルを所与のアプリケーションの機能スペクトルへと更に最適化するために、本システムは第2のUV-B光を発する蛍光体又は第3のUV-B光を発する蛍光体、例えばLaPO4:Ce又はSrAl12O19:Ceも有することに留意されたい。
【００２２】
上に記したコンポーネント、請求項中のコンポーネント、及び説明された実施例中にある本発明に従って用いられるコンポーネントが、当該コンポーネントのサイズ、形状、材料の選択、及び技術的な概念に関していかなる特別な例外に従属することはなく、この結果、関連する分野で知られている選択基準が制限無く適用されることができる。
【００２３】
本発明の目的の追加の詳細、目的の特徴、目的の特性、及び目的の長所が、従属請求項、図、及びそれぞれの図と例とについての以下の説明において開示されている。これらは本発明による放電ランプの複数の実施例と例とを  −例示的な態様で-  示している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第1の実施例による放電ランプの、非常に概観的な断面図を示す。
【図２】本発明による第1の発光物質の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す（例 I）。
【図３】例 Iの物質及び標準の290ガラス容器を有する、単一コンポーネントのXeエキシマ放電ランプの発光スペクトルを示す。
【図４】図3のランプの相対出力を時間とともに示している線図を示す。
【図５】本発明による第2の発光物質の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す（例 II）。
【図６】本発明による第3の発光物質の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す（例 III）。
【図７】例 IIIの物質及び石英ガラスの容器を有する、単一コンポーネントのXeエキシマ放電ランプの発光スペクトルを示す。
【図８】本発明による第4の発光物質の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図1は、本発明の第1の実施例による放電ランプの非常に概観的な断面図を示す。（主に従来技術である）放電ランプ10は、蛍光体12が提供されているガラス管14を有する。この蛍光体は本発明の発光物質を有する。更に、（例えばAlでできている）2つの電極16が備えられている。
【００２６】
例 I：
例 IはLu3Al5O12:Pr（0.5％）に関し、これは以下のように作られた。
【００２７】
出発原料Lu2O3、Al2O3、及びPr6O11が濃硝酸中で溶解される。次に、当該溶媒が蒸発により除去され、硝酸塩を分解するために、残留粉は600 ℃で2時間焼成される。
【００２８】
続いて、得られた物質が粉末状にされ、AlF3が溶剤として加えられる。この後、当該粉末はCO雰囲気中で1,100 ℃で3時間アニールされ、粉末にされ、再度、空気中で1,500 ℃と1,700 ℃との間で4時間焼成される。最後に、得られた粉末状の塊が圧壊され、当該粉末は36μmの篩によって篩にかけられる。
【００２９】
図2は、例 Iの物質の励起スペクトル（左側のスペクトル）及び発光スペクトル（右側のスペクトル）を示す。この物質が、UV-B光を照射する放電ランプに用いられる優れた材料であることが明らかに見てとれる。
【００３０】
例 Iの物質を使用して、ランプは以下のように製造された。
【００３１】
ランプ I：Lu3Al5O12:Pr及び標準の290ガラス容器を有する発光層を含む単一コンポーネントのXeエキシマ放電ランプ。
【００３２】
MgOのナノ粒子の懸濁液が、結合剤としてニトロセルロースを有するブチルアセテートをベースにして作られる。当該懸濁液が、フロー・コーティングに関する手順を使用して、標準の290ガラス管の内壁に塗布される。次に、Lu3Al5O12:Prの懸濁液が、結合剤としてニトロセルロースを有するブチルアセテートをベースにして準備される。フロー・コーティングに関する同様の手順を用いて当該懸濁液が、プレコートされたランプ管の内壁に、蛍光層の重量にして通常2 mg/cm2乃至6 mg/cm2の範囲で塗布される。結合剤が、500 ℃と600 ℃との間にピーク温度を有する標準的な加熱サイクルで燃やされる。ガラス管は、徹底的なポンピング・サイクルを用いてXeで充填される。酸素不純物が厳密に除外されなければならず、ガラス管は最後に封止される。典型的なガス圧は、200 mbar乃至300 mbarの純粋なXeである。Alの電極が、接着又は塗装を用いてガラス管の外側に取り付けられる。本ランプは通常、パルス駆動スキームを用いて5 kV及び25 kHzで作動される。
【００３３】
発光スペクトルが光スペクトル・マルチ分析器を使用して測定され、図3に示されている。当該スペクトルが325 nm周辺で大きなピークをもつことが見てとれる。これ故、例 Iのようなランプは、例えば日焼け用デバイスとして使用されることができよう。
【００３４】
更なる実験では、当該ランプの時間経過に対する性能が調査された。このために、当該ランプが0.3 W/cm2の出力密度で連続的に動作したときの、時間経過に対するランプの相対的な出力が測定された。出力線図が図4に示され、300時間以上後でさえ、ランプの性能劣化がなかったことを示している。これは、活性体としてPr（III）を使用することで可能となる長所を更に明白に示している。
【００３５】
例 II：
例 IIはLu3Al4GaO12:Pr（0.5％）に関する。これは以下の態様で作られた。
【００３６】
出発原料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3、及びPr6O11が濃硝酸中で溶解される。次に、溶媒が蒸発により除去され、残った粉末は硝酸塩を分解するために600 ℃で2時間焼成される。
【００３７】
続いて、得られた材料が粉末にされ、AlF3が溶剤として加えられる。この後、当該粉末はCO雰囲気中で1,100 ℃で3時間アニールされ、粉末にされ、再度、空気中で1,500 ℃と1,700 ℃との間で4時間焼成される。最後に、得られた粉末状の塊が圧壊され、当該粉末は36μmの篩によって篩にかけられる。
【００３８】
図5は、例 IIの物質の励起スペクトル（左側のスペクトル）及び発光スペクトル（右側のスペクトル）を示す。この物質が、UV-B光を照射する放電ランプに用いられる優れた材料であることが明らかに見てとれる。
【００３９】
例 III：
例 IIIはLu3Al3Ga2O12:Pr（0.5％）に関する。これは以下の態様で作られた。
【００４０】
出発原料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3、及びPr6O11が濃硝酸中で溶解される。次に、溶媒が蒸発により除去され、残った粉末は硝酸塩を分解するために600 ℃で2時間焼成される。
【００４１】
続いて、得られた物質が粉末にされ、AlF3が溶剤として加えられる。この後、当該粉末はCO雰囲気中で1,100 ℃で3時間アニールされ、粉末にされ、再度、空気中で1,500 ℃と1,700 ℃との間で4時間焼成される。最後に、得られた粉末状の塊が圧壊され、当該粉末は36μmの篩によって篩にかけられる。
【００４２】
図6は、例 IIIの物質の励起スペクトル（左側のスペクトル）及び発光スペクトル（右側のスペクトル）を示す。この物質が、UV-B光を照射する放電ランプに用いられる優れた材料であることが明らかに見てとれる。
【００４３】
例 IIIの物質を用いて、ランプは以下のようにして製造された。
【００４４】
ランプ II：Lu3Al3Ga2O12:Prの蛍光体及び石英ガラス容器を有する発光層を含む単一コンポーネントのXeエキシマ放電ランプ。
【００４５】
MgOのナノ粒子の懸濁液が、結合剤としてニトロセルロースを有するブチルアセテートをベースにして作られる。当該懸濁液が、フロー・コーティングに関する手順を使用して、石英管の内壁に塗布される。次に、Lu3Al3Ga2O12:Prの懸濁液が、結合剤としてニトロセルロースを有するブチルアセテートをベースにして準備される。フロー・コーティングに関する同様の手順を用いて当該懸濁液が、プレコートされたランプ管の内壁に、蛍光層の重量にして通常1 mg/cm2乃至10 mg/cm2の範囲で塗布される。結合剤は、500 ℃と600 ℃との間にピーク温度を有する標準的な加熱サイクルで燃やされる。ガラス管は、徹底的なポンピング・サイクルを用いてXeで充填される。酸素不純物が厳密に除外されなければならず、ガラス管は最後に封止される。典型的なガス圧は、200 mbar乃至300 mbarの純粋なXeである。Alの電極が、接着又は塗装を用いてガラス管の外側に取り付けられる。本ランプは通常、パルス駆動スキームを用いて5 kV及び25 kHzで作動される。発光スペクトルが光スペクトル・マルチ分析器を使用して測定される。
【００４６】
発光スペクトルが光スペクトル・マルチ分析器を使用して測定され、図7に示されている。当該スペクトルが315 nm周辺で大きなピークを有することが見てとれる。これは例えば、皮膚内で又は光化学反応器内でのビタミンDの製造用、及びCl2又はClO2の光化学開裂用に適しており、特にこれらのアプリケーションにおいて、このランプは非常に役立つ。
【００４７】
例 IV：
例 IVは、以下のようにして作られたLu3Al2.5Ga2.5O12:Pr（0.5％）に関する。
【００４８】
出発原料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3、及びPr6O11が濃硝酸中で溶解される。次に、当該溶媒が蒸発により除去され、硝酸塩を分解するために、残留粉は600 ℃で2時間焼成される。
【００４９】
続いて、得られた物質が粉末状にされ、AlF3が溶剤として加えられる。この後、当該粉末はCO雰囲気中で1,100 ℃で3時間アニールされ、粉末にされ、再度、空気中で1,500 ℃と1,700 ℃との間で4時間焼成される。最後に、得られた粉末状の塊が圧壊され、当該粉末は36μmの篩によって篩にかけられる。
【００５０】
図8は、例 IVの物質の励起スペクトル（左側のスペクトル）及び発光スペクトル（右側のスペクトル）を示す。この物質が、UV-B光を照射する放電ランプに用いられる優れた材料であることが明らかに見てとれる。
【００５１】
上記の詳細な実施例におけるエレメント及び特徴の特定の組合せは典型例に過ぎず、本特許出願及び本願明細書で引用されて組込まれている特許/アプリケーションにおいて、上記の教示を他の教示と交換及び代替することも明確に考えられる。当業者は認識するであろうが、請求された本発明の範囲及び意図から逸脱することなく、本願明細書において説明された本発明のバリエーション、修正、及び他の実装が、これらの当業者に見出されることがある。したがって前述の説明は、例の態様に過ぎず、限定するものとして意図されることはない。本発明の範囲は、以下の請求項及び当該請求項の等価物にて規定されている。更にまた、明細書及び請求項において使用された参照符号が、請求された本発明の範囲を限定することはない。
【図１】
2012518698.tif 000003
【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】
2012518698.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2012518698.tif 000011
2012518698.tif 000012
2012518698.tif 000013