(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極低圧放電ランプと高周波数電源とを具えている照明ユニットであって、前記の無電極低圧放電ランプには、気密に閉じられ、イオン化できる充填物を有し、且つエンベロープ部と前記エンベロープ部により取り囲まれた凹部とを具えた放電容器が設けられ、放電容器の前記エンベロープ部と凹部とが各々発光層を支持しており、且つ前記の無電極低圧放電ランプには、更に、放電容器の凹部内に配設され、且つ高周波数電源へ電気的に接続されたコイルが設けられている照明ユニットにおいて、
凹部上の発光層の、励起紫外線エネルギーを可視光線エネルギーに変換する全変換効率が、エンベロープ部上の発光層のこの全変換効率と比較して相対的に高いことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の照明ユニットにおいて、前記のコイルが軟磁性体のコアを取り巻いていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２記載の照明ユニットにおいて、エンベロープ部の発光層内には主として、放射線スペクトルが少なくとも600nmの波長において最大値を有する発光材料が存在していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の照明ユニットにおいて、凹部の発光層内には主として、放射線スペクトルが多くとも500nmの波長において最大値を有する発光材料が存在していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の照明ユニットにおいて、凹部の発光層が反射層上にあることを特徴とする照明ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の照明ユニットにおいて、放電容器が水銀と希ガスとのイオン化できる充填物を有すること、及び凹部上の発光層が三価のテルビウムにより活性化された少なくとも50重量％のセリウムマグネシウムアルミン酸塩を具えていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項７】
請求項６記載の照明ユニットにおいて、凹部上の発光層が三価のテルビウムにより活性化されたセリウムマグネシウムアルミン酸塩を主に具えていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、凹部上の発光層が、酸化金属で作られた保護層を支えていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項記載の照明ユニットにおいて、凹部上の発光層の粒子が各々保護層を個別に設けられていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に規定された無電極低圧放電ランプ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に規定された放電容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、無電極低圧放電ランプと高周波数電源とを具えている照明ユニットに関するもので、前記の無電極低圧放電ランプには、気密に閉じられ、イオン化できる充填物を有し、且つエンベロープ部と前記エンベロープ部により取り囲まれた凹部とを具えた放電容器が設けられ、放電容器の前記エンベロープ部と凹部とが各々発光層を支持しており、且つ前記の無電極低圧放電ランプには、更に、放電容器の凹部内に配設され、且つ高周波数電源へ電気的に接続されたコイルが設けられている。
【０００２】
本発明は、無電極低圧放電ランプにも関係している。
本発明は、放電容器にも関係している。
【０００３】
そのような照明ユニットは米国特許明細書第5,006,752号から既知である。その既知の照明ユニットの放電容器は、水銀と希ガスとの充填物を有している。前記の電源とランプとはハウジング内に一緒に収容されている。放電容器により囲まれた放電空間内に放電を維持するために、公称動作時にはコイルが高周波数磁界を発生する。それにより紫外線が発生されて、発光層において可視光線に変換される。「高周波数」なる語はここで20kHzよりも高い周波数を意味すると理解される。この既知の照明ユニットにおける磁界の周波数はほぼ３MHzである。コイルが軟磁性体のコアを取り巻いており、その軟磁性体のコア内にヒートパイプが封入されてコイルとコアとからそのランプの周囲へ熱を除去する。その結果、このランプは比較的高く負荷され得る。極端に高い負荷によると、軟磁性体のコア内の損失が非常に増加するので、更に多くの熱が発生する。合成樹脂材料、例えばコアの周りの巻線の絶縁材料は、溶け始める可能性もある。
【０００４】
照明ユニットの構造には実質的な変化の必要性無しに、ランプに可能な負荷を増大させうる、冒頭部分に記載された種類の照明ユニットにおける手段を提供することが、本発明の目的である。
【０００５】
本発明によると、この目的のためにこの照明ユニットは、凹部上の発光層の、励起紫外線エネルギーを可視光線エネルギーに変換する全変換効率が、エンベロープ部上の発光層のこの全変換効率と比較して相対的に高いことを特徴としている。発光層における紫外線から可視光線への変換は、実際には損失を伴う。本明細書における全変換効率は、励起紫外線エネルギーを、放射される可視光線エネルギーへ変換する効率を意味すると理解される。全変換効率は、発光層内の発光物質による変換の量子効率と、励起紫外線の波長及び放射される可視光線の波長の商とに比例する。変換におけるエネルギー損失は熱の形で放散される。本発明による手段は凹部上の発光層における熱発生を低減するので、凹部での温度が低減される。
【０００６】
本発明による手段によれば、凹部における熱導体を不必要としうる、ランプの負荷を更に増大しうるようにするために、本発明による手段をそのような熱導体と組み合わせて適用してもよい。このようにすることにより、例えば、ほぼ同じ寸法を有するがランプの負荷容量が異なる種々のランプを得ることができる。
【０００７】
米国特許明細書第5,105,122号が、凹部上の発光層の組成がエンベロープ部上の発光層の組成と異なる無電極低圧放電ランプを具えている照明ユニットを開示していることは注目される。このランプにおいては、青発光材料が放電容器のエンベロープ部上にのみ存在している。この目的は、ランプ寿命中にランプの色点の偏移を制限することである。しかしながら、この場合、選択されたように発光層の組成を与えると、凹部上の発光層の変換効率はエンベロープ部上の発光層の変換効率と比較して低くなる。
【０００８】
更にコイルが軟磁性体のコアを取り巻いていることを特徴とする、本発明による照明ユニットにおいては、凹部上の発光層の変換効率とエンベロープ部上の発光層の変換効率との差が比較的小さくても、凹部で比較的大きい温度低減を可能にすることを本発明者は見いだした。その作用の一部は自己補強効果によることが想定される。実際には、損失はコイルのコア内にも生じて、その損失はコア温度が高くなるにつれてより大きくなる。従って発光層内にわずかに熱が発生することによっても、コア内にわずかに熱を発生させる。
【０００９】
本発明による照明ユニットの魅力的な実施例は、エンベロープ部の発光層内には主として、放射線スペクトルが少なくとも600nmの波長において最大値を有する発光材料が存在することを特徴としている。この種類の通常の発光材料は比較的低い変換効率を有している。
【００１０】
コイルにおける比較的大きい温度低下は、凹部の発光層内に主として、放射線スペクトルが大きくても500nmの波長において最大値を有する発光材料が存在することを特徴とする本発明による照明ユニットの一実施例において実現される。この種類の通常の発光材料は、最大値がより大きい波長にある発光材料と比較して高い変換効率を有している。
【００１１】
凹部の発光層が反射層上にある場合は、更に温度低減するために好適である。それにより、凹部の発光層を透過した紫外線、又はこの発光層において発生された可視光線が、その凹部により吸収されて熱を発生することが防止される。
【００１２】
本発明による無電極低圧放電ランプの好適な実施例は、放電容器が、水銀と希ガスとのイオン化できる充填物を有すること、及び凹部上の発光層が三価のテルビウムにより活性化された少なくとも50重量％のセリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＣＡＴ）を具えていることを特徴としている。ＣＡＴは低圧水銀放電において発生される励起放射線に対して比較的高い変換効率を有している。この実施例によるランプでは、驚いたことに、凹部上の発光層が前記の発光材料を少ししか、又は全く具えないランプよりも非常に容易に点弧することが見いだされた。その理由は、この実施例のランプの発光層が、放電空間において発生される荷電粒子を点灯中維持する為、点灯電圧がコイルの両端に印加された場合に、荷電粒子が比較的容易に放出されて、それが放電の開始を推進する為であるものと考えられる。
【００１３】
凹部におけるコイルは比較的強い電界を生じ、この電界の影響により放電空間からの荷電粒子を加速することによって、凹部の発光層に対する影響が比較的大きくなるおそれがある。これがその層内の発光材料の老化を速めるおそれがある。凹部上の発光層が、三価にテルビウムにより活性化されたセリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＣＡＴ）を主として具えている場合は、非常に好適である。この発光材料は、凹部の表面が受ける状態に対する抵抗力において優れている為、凹部上の発光層の寿命を長くし得る。
【００１４】
別の好適な実施例においては、凹部上の発光層が酸化金属、例えば酸化イットリウム又は酸化アルミニウムより成る保護層を有する。このようにすることにより、比較的損傷しやすい発光層が用いられている場合でも、凹部上の発光層の寿命を比較的長くしうる。凹部上の発光層の各粒子に保護層が個別に設けられている場合には、更に一層良好な保護が得られる。
【００１５】
本発明による照明ユニットの電源は、例えば、放電容器へ固定され且つランプキャップも支持するハウジング内に収容されている。そのような照明ユニットは白熱ランプの代替物として適している。一変形例においては、放電容器を、ハウジングへ取り外しできるように固定し、この放電容器を他の放電容器、例えば点灯に際し異なる色温度の光を放射する放電容器と置き換えうるようにする。或いはまた、本発明による照明ユニットを、例えば、本発明による無電極低圧放電ランプと電源とのアセンブリから形成し、そのランプは例えば同軸ケーブルによって電源へ接続するようにしうる。その同軸ケーブルは、例えば、高周波電磁界による影響を防止するためにフェライトのスリーブ中に通すことができる。
【００１６】
本発明のこれらの態様及びその他の態様を図面を参照して一層詳細に説明する。ここで図面は、部分的には立面図で且つ部分的には縦断面図で、本発明による照明ユニットの一実施例を示している。
【００１７】
図面に示された照明ユニットは、無電極低圧放電ランプ10と、高周波数電源40とを具えている。そのランプ10には、気密に閉じられ、且つイオン化できる充填物、ここでは水銀とアルゴンとの充填物を含んでいる放電容器20が設けられている。放電容器20は、洋梨状のエンベロープ部21と、そのエンベロープ部により取り囲まれ且つフレア部23を介してこのエンベロープ部21へ結合されている管状の凹部22とを有している。放電容器20のエンベロープ部21と凹部22とが、発光層24，25を支持している。無電極低圧放電ランプ10には、更に、放電容器20の凹部22内に配設されている、軟磁性体、ここではNiZnフェライトのコア31を有するコイル30が設けられている。そのコアは50mmの長さと12mmの直径とを有している。ヒートパイプが直径６mmの空洞内に収容されて、放電容器の外側へ延び、且つヒートシンクとして働く金属板へ良好な熱的条件で固定されている（図示せず）。コイル30は電気導体32A，32Bを介して電源40へ電気的に接続されている。放電空間26内に放電を維持するように、公称動作時には高周波数磁界がコイル30により発生される。電源40が、ランプ10の放電容器20へ固定されたハウジング41内に収容されている。電源40が接続されている電気接点43A，43Bを有するランプキャップ42を、ハウジング41が支持している。
【００１８】
本発明（Ａ）による照明ユニット10の放電容器20のエンベロープ部21上の発光層24は、二価のユーロピウムにより活性化された6.3重量％のバリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＢＡＭ）と、三価のテルビウムにより活性化された34.3重量％のセリウムマグネシウムアルミン酸塩（ＣＡＴ）と、三価のユーロピウムにより活性化された59.4重量％の酸化イットリウム（ＹＯＸ）とを具えている。材料ＢＭＡ、ＣＡＴ及びＹＯＸの放射線スペクトルの最大値（λmax）はそれぞれ、447、541及び610nmにある。エンベロープ部21上の発光層24の変換効率は42.3％である。凹部22上の発光層25は、43.0％の変換効率、すなわちエンベロープ部21上の発光層24の変換効率より高い変換効率を有するＣＡＴ形の発光材料をもっぱら具えている。放電容器20のエンベロープ部21上には、比較的低い変換効率を有する発光材料ＹＯＸ（λmax＝610nm）がもっぱら存在する。３個のこれらの照明ユニット（Ａ）を製造した。
【００１９】
凹部上の発光層が、52％の変換効率を有するＢＡＭ形の発光材料をもっぱら具える本発明による２個の照明ユニット（Ｂ）も製造した。エンベロープ部上の発光層はＡ形のランプのエンベロープ部上の発光材料と同じ構成のものである。従って、主に比較的高い変換効率を有する発光材料ＢＭＡ（λmax＝447nm）が凹部上に存在している。
【００２０】
比較のために、凹部上の発光層を77重量％のＹＯＸと、23重量％のＣＡＴとで構成し、その変換効率を42.2％とした３個の照明ユニット（Ｃ）を製造した。この変換効率はエンベロープ部上の発光層の変換効率よりも低い。エンベロープ部上の発光層はＡ及びＢ形のランプのエンベロープ部上の発光層と同じ構成のものである。
【００２１】
凹部とエンベロープ部との上の発光層の組成は別として、照明ユニットＡ、Ｂ及びＣは同じである。凹部上の発光層の被覆重量は全部の場合に８mg/cm2であって、エンベロープ部上の被覆重量は3.2mg/cm2であった。
【００２２】
コイルの両端部に対する中心におけるコイル表面での温度Tc（℃）を、上述のランプ（Ａ，Ｂ，Ｃ）に対して動作中に測定した。その結果を下記の表内に示す。照明ユニットに対して測定されたコイルの温度Tcの平均値Tcav（℃）も、凹部上の発光層の変換効率ηc（％）とともにＡ〜Ｃの各形のランプに対して与えた。
【表１】
0003785189.tif 000002
【００２３】
このコイルは本発明による照明ユニットにおいては低温度Tcを有する。Ａ形の照明ユニットにおける、凹部の変換効率とエンベロープ部の変換効率と（43％対42.3％）の間の差はほんのわずかであるが、凹部の温度において比較的大きい低減が実現される。コイル温度の平均値Tcavは、基準ランプＣにおけるよりも約５°低い。Ｂ形の照明ユニットにおける平均値Tcavは、Ｃ形の照明ユニットにおけるよりも18°も低い。
【００２４】
凹部上の発光層が発光材料ＣＡＴを50重量％よりも多く具えている照明ユニットは、前記の発光層がこれよりも少ない発光材料ＣＡＴを有する照明ユニットと比較して迅速に点弧することを実験により確かめた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による照明ユニットの一実施例の線図的断面図である。
【図１】
0003785189.tif 000003