JP2005538525A - ＢａＴｉＯ３と同類の電子エミッタ物質を具備する低圧ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

インジウム、タリウム及び／又は銅のハロゲン化物並びにバッファガスとして不活性の封入ガスを含むガス放電容器を備え、更に、電極及び低圧ガス放電の生成維持手段を備える低圧ガス放電ランプであって、電子エミッタ物質として、ＡＢＯ_３若しくはＡ_ｎＢＯ_２＋ｎ、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_５＋ｎ又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_３＋ｎの群から選択される化合物を含有し、ここで、Ａ＝アルカリ土類元素又は幾つかの異なるアルカリ土類元素の混合物、Ｂ＝セリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム又はこれらの元素の混合物、Ｃ＝バナジウム、ニオブ、タンタル又はこれらの元素の混合物、Ｄ＝スカンジウム、イットリウム、ランタン、希土類元素又はこれらの元素の混合物である、低圧ガス放電ランプが説明される。

Description

本発明は、インジウム、タリウム及び／又は銅のハロゲン化物並びにバッファガスとして不活性の封入ガスを含むガス放電容器を備え、更に、電極及び低圧ガス放電の生成維持手段を備える低圧ガス放電ランプに関する。

低圧ガス放電ランプの発光原理は、電荷担体が、特に、電子が、場合によりイオンも、ランプの電極間の電界により強く加速され、そのため、ランプの封入ガス（gas filling）において該封入ガスのガス原子又は分子と衝突することによって、これらのガス原子又は分子を励起させる又はイオン化させることに基づく。封入ガスの原子又は分子が通常の状態に戻るとき、多かれ少なかれ励起エネルギーの一部が放射線に変換される。

通常の低圧ガス放電ランプは、封入ガス内に水銀を含むとともに、ガス放電容器の内部表面に蛍光コーティングが施される。この水銀を含む低圧ガス放電ランプの欠点は、水銀蒸気が、高エネルギーの放射線を放出するが、主として、電磁スペクトルの不可視ＵＶ−Ｃ（短波長紫外線）域においてであり、この放射線が、蛍光材料を用いることによってのみ、エネルギーがかなり低い可視放射線に変換され得ることである。これにより、このエネルギーの差が、望ましくない熱放射線に変換される。

更に、封入ガス内の水銀は、ますます環境を汚染する有毒な物質とみなされ、現代の大量生産においては、その使用、製造及び廃棄に伴う環境破壊防止のためにできる限り避けられるべきである。

低圧ガス放電ランプのスペクトルが、封入ガス内の水銀を他の物質と置換することによって、影響を及ぼされ得ることは既に知られている。

例えば、独国特許出願公開第１００４４５６２号及び第１００４４５６３号明細書から、銅化合物又はインジウム化合物が、不活性ガスを含有する封入ガスに含まれて、低圧ガス放電ランプに添加され得ることは既に知られている。しかしながら、標準ＴＬ電極（３つの酸化物（ＢａＯ，ＳｒＯ，ＣａＯ）から成るエミッタを具備するタングステンフィラメント）が用いられる場合、例えば、エミッタと臭化インジウムとでは、等式ＢａＯ＋２ＩｎＢｒ→ＢａＢｒ_２＋Ｉｎ_２Ｏによって変換され、この結果、光を放つインジウム、すなわち、臭化インジウムが放電からなくなることが明らかになった。

エミッタを具備しない純粋なタングステン電極を備えるランプが、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）で充填される場合、ＩｎＢｒが放電中に残っているのにも関わらず、タングステンの高い仕事関数のために、多量のスパッタリング及びその結果としてブリスタリングが生じる。更に、電極損失が大きい陰極降下により左右されるので、放電の効率は低い。

従って、本発明の目的は、上述された欠点を示さない低圧ガス放電ランプであって、このランプの放射線が電磁スペクトルの可視域にできる限り近い域にある、低圧ガス放電ランプを提供することにある。

この目的は、本発明によれば、インジウム、タリウム及び／又は銅のハロゲン化物並びにバッファガスとして不活性の封入ガスを含むガス放電容器を備え、更に、電極及び低圧ガス放電の生成維持手段を備える低圧ガス放電ランプであって、ＡＢＯ_３若しくはＡ_ｎＢＯ_２＋ｎ、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_５＋ｎ又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_３＋ｎの群から選択される化合物が、電子エミッタ物質として使用され、ここで、
Ａ＝アルカリ土類元素又は幾つかの異なるアルカリ土類元素の混合物、
Ｂ＝セリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム又はこれらの元素の混合物、
Ｃ＝バナジウム、ニオブ、タンタル又はこれらの元素の混合物、
Ｄ＝スカンジウム、イットリウム、ランタン、希土類元素又はこれらの元素の混合物である、低圧ガス放電ランプによって達成される。

驚くべきことに、ＢａＴｉＯ_３と同類の電子エミッタ物質は、ランプ条件の下で、インジウム、タリウム又は銅のハロゲン化物と反応を起こさないことが明らかになった。このことは、ＢａＴｉＯ_３「電極」が、通常の金属電極の代わりに、冷陰極ランプ（長さ約４０ｃｍ及び直径約３．５mmの円筒形バーナ）において該ランプの結合構造体として使用された実験で証明された（使用された点灯周波数：５０ｋＨｚ又は１３．５６ＭＨｚ）。この結果、分子のインジウム、タリウム又は銅のハライドランプの封入物と、本発明による電子エミッタ物質として使用された化合物との反応は起こらないか、又は少なくともほとんど知覚できる反応は起こらない。

この場合、本発明による電子エミッタ物質として使用された化合物は、略称ＢａＴｉＯ_３と同類の指定された物質である。

本発明によるランプでは、分子のガス放電が低圧で発生し、電磁スペクトルのＵＶＡ域に近い目に見える領域の放射線を放出する。銅のハロゲン化物が使用されるとき、放射線は、３２５ｎｍ、３２７ｎｍ、５１０ｎｍ、５７０ｎｍ及び５７８ｎｍにおける銅に特有のスペクトル線に加えて、４００ｎｍから５５０ｎｍの電磁スペクトルの青色域における広範な連続スペクトルを含む。銅の代わりに、インジウムのハロゲン化物が使用される場合、４１０ｎｍ及び４５１ｎｍのインジウムに特有のスペクトル線に加えて、３２０ｎｍから４５０ｎｍのスペクトル域にて広範な連続スペクトルが確認される。これは、分子放電からの放射線であるので、連続スペクトルの正確な位置は、銅、タリウム又はインジウムのハロゲン化物の性質、任意の他の添加物、ランプの内部圧力及びランプの動作（operation，点灯）温度によって制御されることができる。

蛍光材料と組み合わされたとき、本発明によるランプは、通常の低圧水銀放電ランプの視感度効率よりかなり高い視感度効率を有する。ルーメン／ワット（lumen/watt）で表される視感度効率は、ある可視波長域における放射線の輝度と、この放射線の生成エネルギーとの間の比率である。本発明によるランプの高い視感度効率は、ある量の光がより少ない消費電力によって実現されることを意味する。

最も簡単な場合には、封入ガスは、１〜１０μｇ／ｃｍ^３の量のインジウム、タリウム及び／又は銅のハロゲン化物並びに不活性ガスを含有する。不活性ガスは、ガス放電の点弧を容易にするバッファガスとして作用する。好ましいバッファガスはアルゴンである。アルゴンは、ヘリウム、ネオン、クリプトン又はキセノンのような他の不活性ガスと、全部又は部分的に置き換えられてもよい。

この効率は、ランプの点灯中の内部圧力が最適化されるならば、更に向上されることができる。バッファガスの冷封入圧力は、最大で１０ｍｂａｒである。この圧力は、１．０〜２．５ｍｂａｒの範囲にあることが好ましい。

本発明による低圧ガス放電ランプのルーメン効率を増大させるための他の有利な方策は、適切な設計方策によりランプの点灯温度を制御することであることが分かっている。ランプの直径及び長さは、２５℃の外部温度で、点灯中に１７０〜２８５℃の内部温度に達するように選択される。この内部温度は、放電の結果として容器内に温度勾配が生じるので、ガス放電容器の最冷点（the coldest location）に関連する。

内部温度を増大するために、ガス放電容器は、赤外線（ＩＲ）放射線を反射するコーティングを施されることもできる。赤外線放射線を反射するインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）を含有するコーティングを施すことが好ましい。

点灯中、電子エミッタ物質ＡＢＯ_３若しくはＡ_ｎＢＯ_２＋ｎ、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_５＋ｎ又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_３＋ｎは、容易に還元され得るので、これらの物質は、焼き付き（burning-in，バーンイン）期間後、ＡＢＯ_３−ε、Ａ_ｎＢＯ_{２＋ｎ−ε}、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_{５＋ｎ−ε}又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_{３＋ｎ−ε}として存在することが強調されなければならない。これらの還元された（reduced）化合物において、εは０〜１の間の小さい数を意味する。このわずかに還元された電子エミッタ物質は、もちろん、直接的に使用されることもできる。

この結果、図１に示されるように、ＢａＴｉＯ_３又は同類の物質のような本発明による電子エミッタ物質は、分子のインジウム、タリウム又は銅のハロゲン化物が容量性の動作（capacitive operation）を行うための結合構造体として作用し得る。但し、図１の下側に示されるように、本発明によるエミッタ物質は、タングステン電極において使用されることもできる。最後に、本発明によるエミッタ物質は、（タングステンワイヤをもたない）電極材料としてそれ自体が使われることもできる。その場合、このいわゆる棒電極（stick electrode）（図３参照）は、補助物質によって導電性にされなければならない。一緒に焼結されたチタン酸バリウム及び金属タングステンが、この目的に適している。

本発明による電子エミッタ物質の特定の利点は、電子放出のために低い仕事関数のみが要求されるということにある。

本発明による低圧ガス放電ランプの可能な一実施形態は、その外側表面に蛍光コーティングが施されることにある。ガス放電が放出したＵＶ（紫外線）放射線は、可視域の光を発するために、蛍光コーティングの蛍光材料を励起する。蛍光コーティングの化学組成は、光のスペクトル及びその色相を決定する。蛍光材料として使用され得る材料は、生成されたＵＶ放射線を吸収し、適切な波長域、例えば、３つの基本色、赤色、青色及び緑色の波長域で放出し、高い蛍光収量効率（fluorescence quantum yield）を達成しなければならない。

但し、適切な蛍光材料及び蛍光材料の組み合わせは、必ずしもガス放電容器の内部表面に塗付される必要はなく、ＵＶＡ（長波長紫外線）域に発生した放射線が、通常のタイプのガラスによって吸収されないので、ガス放電容器の外部表面に塗付されることもできる。

本発明によるランプの有利な使用は、サンベッド、殺菌ランプ及びペイント硬化用ランプのためのＵＶＡランプとしての用途である。一般照明用には、このランプは適切な蛍光材料と組み合わされる。ストークスシフト（Stokes Shift）から生じる損失は小さいので、１００ルーメン／ワットを上回る高い光収量効率をもつ可視光が得られる。

分子のハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウム又はハロゲン化銅が放電について容量性の動作を行うための結合構造体としての、電子エミッタ材料の使用を示す図である。 タングステン電極におけるエミッタとしての、電子エミッタ材料の使用を示す図である。 添加物によって導電性にされた電極材料としての、電子エミッタ物質の使用を示す図である。

Claims (7)

1. インジウム、タリウム及び／又は銅のハロゲン化物並びにバッファガスとして不活性の封入ガスを含むガス放電容器を備え、更に、電極及び低圧ガス放電の生成維持手段を備える低圧ガス放電ランプであって、ＡＢＯ_３若しくはＡ_ｎＢＯ_２＋ｎ、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_５＋ｎ又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_３＋ｎの群から選択される化合物が、電子エミッタ物質として使用され、ここで、
   Ａ＝アルカリ土類元素又は幾つかの異なるアルカリ土類元素の混合物、
   Ｂ＝セリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム又はこれらの元素の混合物、
   Ｃ＝バナジウム、ニオブ、タンタル又はこれらの元素の混合物、
   Ｄ＝スカンジウム、イットリウム、ランタン、希土類元素又はこれらの元素の混合物であることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
2. ＡＢＯ_３−ε、Ａ_ｎＢＯ_{２＋ｎ−ε}、Ａ_ｎＣ_２Ｏ_{５＋ｎ−ε}又はＡ_ｎＤ_２Ｏ_{３＋ｎ−ε}の群から選択される還元されたエミッタ物質が、前記電子エミッタ物質として使用され、ここで、εは０と１との間の小さい数を示すことを特徴とする、請求項１に記載の低圧ガス放電ランプ。
3. 前記バッファガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及び／又はキセノンの群から選択される不活性ガスを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の低圧ガス放電ランプ。
4. 前記ガス放電容器が、その内部及び／又は外部表面に蛍光コーティングを施されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の低圧ガス放電ランプ。
5. 分子のハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウム又はハロゲン化銅が放電について容量性の動作を行うための結合構造体としての、請求項１に記載の前記電子エミッタ物質の使用。
6. タングステン電極におけるエミッタとしての、請求項１に記載の前記電子エミッタ物質の使用。
7. 添加物によって導電性にされた電極材料としての、請求項１に記載の前記電子エミッタ物質の使用。
   

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