KR20110033026A

KR20110033026A - 형광 램프

Info

Publication number: KR20110033026A
Application number: KR1020100082417A
Authority: KR
Inventors: 준야 아사야마; 유키하루 다가와
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-03-30
Also published as: TW201112306A; JP2011070780A; TWI549157B; CN102034676B; CN102034676A; KR101444501B1; JP5581635B2

Abstract

본 발명의 과제는 석영 유리로 이루어지는 발광관과, 이 발광관의 내표면 상에 도포된 자외광을 방사하는 형광체층을 구비한 형광 램프에 있어서, 상기 발광관의 내표면 상에 도포된 형광체층이 용이하게 벗겨지지 않도록 한 구조를 제공하는 것에 있다.
발광관을 구성하는 석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리 분말층을, 상기 발광관의 내표면 상에 분산시켜 배치하고, 이 발광관 내표면 상 및 상기 유리 분말층 상에 상기 형광체층을 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

형광 램프{FLUORESCENT LAMP}

이 발명은, 자외 영역의 광을 방사하는 형광 램프에 관한 것이며, 특히, 발광관 내면에 형광체가 도포되어 이루어지는 형광 램프에 관련되는 것이다.

최근, 광촉매나, 광의의 수지 경화, 제균, 미용, 의료 등의 용도로, 파장 300㎚ 부근의 자외광이 이용되고 있다. 이러한 광의 광원으로서는, 파장 250∼380㎚ 근방에 강도 피크를 가지는 광을 발광하는 형광체가, 발광관 내표면에 도포된 자외선을 방사하는 형광 램프가 사용된다.

이러한 자외광을 방사하는 형광 램프에 있어서는, 방전에 의해 형광체를 여기시키기 위한 비교적 단파장(예를 들면 200㎚ 이하)의 자외광을 얻어, 이 자외광을 형광체에 조사하여 형광체를 여기시키고, 소정 파장 영역의 광으로 변환함으로써 얻어진 자외광(200∼380㎚)을, 형광체층 및 발광관을 투과시켜, 방사하는 것이며, 원리적으로는 가시광선을 얻는 것과 같다.

형광 램프의 발광관으로서는, 일반적으로, 소다 유리, 붕규산 유리, 알루미노규산 유리 등의 이른바 경질 유리가 적합하게 이용되고 있다.

그러나, 상기한, 예를 들면 파장 200∼380㎚ 부근의 자외광을 방사시키는 형광 램프에 있어서는, 상술의 경질 유리를 발광관에 이용한 경우, 자외선의 흡수가 생기기 때문에 자외광의 투과율이 낮고, 효율이 나쁜 램프로 되어 버린다.

따라서, 발광관을 구성하는 유리로서는, 보다 자외광의 투과율이 높은 것이 바람직하다.

그래서, 이러한 사정을 감안하여, 발광관에 석영 유리를 이용한 형광 램프가, 예를 들면 특허 문헌 1, 2 등에 개시되어 있다.

이들 문헌에 기재된 기술과 같이, 발광관에 석영 유리를 이용하여 구성하면, 자외광의 투과율이 높고, 효율적으로 광을 취출할 수 있다.

그러나, 일반적으로 형광 램프에 있어서는 그 제조 공정에 있어서, 발광관의 기재를 구성하는 유리의 연화점 부근까지 온도가 상승하여, 형광체를 소성 고착하는 공정을 구비하고 있다.

그러나, 상기 종래 기술에 기초하는 발광관에 석영 유리를 이용한 경우에는, 석영 유리의 연화점이 1600℃ 근방이기 때문에, 이러한 고온도역에까지 가열하면 형광체의 열화가 생겨 버리고, 소정의 광을 얻을 수 없게 된다는 문제가 있다.

이를 감안하여, 형광체의 소성 온도를 발광 특성에 문제가 없는 온도역, 예를 들면 900℃ 이하로 저하시켜 소성하면, 석영 유리의 연화를 얻을 수 없게 되고, 형광체층이 관벽으로부터 벗겨져 낙하하고, 소정의 배광 분포를 얻을 수 없게 된다는 문제가 생긴다.

(특허 문헌 1)일본국 특허공표2008-503046호 공보 (특허 문헌 2)일본국 특허공표2007-534128호 공보

이 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 자외선을 방사하는 형광 램프에 있어서, 발광관에 석영 유리를 이용함으로써 자외광의 투과율이 높고 효율이 좋은 것으로 함과 더불어, 발광관 내표면에 도포한 형광체의 박리, 낙하 등의 문제가 없는, 신뢰성이 높은 형광 램프를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명에 관련되는 형광 램프는, 발광관을 구성하는 석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리 분말층을, 상기 발광관의 내표면 상에 분산시켜 배치하고, 이 발광관 내표면 상 및 상기 유리 분말층 상에 상기 형광체층을 형성한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 유리 분말층이, 붕규산 유리 및 알루미노규산 유리, 바륨규산 유리, 또는, 이들 중 어느 하나의 조성을 바탕으로 알칼리토류 산화물이나 알칼리 산화물, 금속 산화물을 첨가한 유리 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유리 분말층의 면적이, 상기 발광관의 내표면에 대해서 30∼90%의 비율인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련되는 형광 램프에 의하면, 석영 유리제 발광관과 형광체층의 사이에, 연화점이 석영 유리의 연화점보다도 낮은 유리로 이루어지는 유리 분말층이, 발광관에 있어서의 방전 공간측의 표면 상에 분산한 상태로 형성되어 있으므로, 형광체의 소성 공정에서, 이 형광체를 1000℃ 이상의 온도로 가열하지 않고, 유리 분말층의 연화점 온도 근방에 있어서 소성함으로써, 형광체층과 발광관의 결합을 견고하게 할 수 있다.

이로 인해, 형광체의 열화가 적어서 자외광으로의 변환 효율이 양호한 형광 램프로 됨과 더불어, 형광체층이 박리, 탈락하거나 하지 않고, 조도 편차가 생기는 일이 없는 형광 램프로 할 수 있다.

또한, 유리 분말층을 구성하는 연화점이 낮은 유리가, 석영 유리에 대해서 열팽창 계수에 차를 가지는 것이어도, 상기 유리 분말층은, 발광관 내표면에 있어서 분산한 상태로, 대략 섬형상으로 점재하여 배치되어 있기 때문에, 석영 유리 분말층과 유리 분말층의 사이에 열팽창 계수에 유래한 왜곡이 들어가기 어렵고, 유리 분말층이 발광관으로부터 박리하는 일도 없다.

그 결과, 형광체가 벗겨지기 어렵고, 유리 분말층도 벗겨지기 어려운, 자외광의 방사 효율이 높은 형광 램프를 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같이, 유리 분말층이 대략 섬형상으로 점재하여 배치되어 있기 때문에, 형광체에서 발생한 자외선에 대해서, 직접 석영 유리를 투과하여 외부로 취출하는 비율이, 유리층에서 발광관 내용면을 똑같이 피복한 경우에 비해 증가하는 이점도 있다.

그리고, 상기 유리 분말층이, 붕규산 유리(Si-B-O계 유리) 및 알루미노규산 유리(Si-Al-O계 유리), 바륨규산 유리, 또는, 이들 중 어느 하나의 조성을 바탕으로 알칼리토류 산화물이나 알칼리 산화물, 금속 산화물을 첨가한 유리 중, 적어도 어느 하나의 유리를 포함함으로써, 내열 충격성이 양호하기 때문에, 형광 램프로서 사용할 때의 온도 변화에도 충분히 견딜 수 있고, 해당 유리 분말층이 벗겨지거나, 형광체층과의 결합이 저하하는 것과 같은 문제가 발생하지 않고, 확실히 형광체층을 유지할 수 있다는 효과도 나타낸다.

도 1은 본 발명에 관련되는 형광 램프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 횡단면도이다.
도 3은 도 3의 A부의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 형광 램프의 제조 공정을 설명하는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 저압 형광 램프의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도 및 확대도이다.

도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 형광 램프(1)는 대략 직사각형 상자형상의 발광관(2)으로 이루어지고, 그 내부에는 방전 공간(S)이 형성되어 있다. 이 발광관(2)은 석영 유리 등의 자외선 투과성을 가지는 유전체로 이루어지고, 그 상면과 하면에 한 쌍의 외부 전극(3, 4)을 구비하고 있다.

상기 발광관(2)의 방전 공간(S)에는, 엑시머 방전용의 가스가 소정의 봉입량으로 봉입되고, 예들 들면 방전 가스로서 크세논 가스가 10∼70㎪ 봉입된다. 물론 다른 희가스와 혼합해도 된다.

또, 발광관의 단면 형상은, 상기의 대략 직사각형 상자형상으로 한정하지 않고, 대략 원통형상의 관이나 편평형상의 관 등도 적절히 사용할 수 있다.

상기 형광 램프(1)에 있어서의 하면측의 전극(4)은 알루미늄 등의 금속을, 인쇄, 증착 혹은 상자형상으로 하여 부착하여 형성한 것이며, 방전 공간(S) 내에서 생성된 자외광이 투과할 수 있도록, 예를 들면 그물코형상으로 구성되어 있다.

광을 방사하지 않는 측, 즉 상면측의 전극(3)은 광투과성에 대해서는 불필요하지만, 제조 상의 관점에서 하면측의 전극(4)과 같은 형태로 구성해도 되고, 이 하면측 전극(4)과 같이 알루미늄 등에 의해 형성된다.

도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 발광관(2)의 내면에는 유리 분말층(5)이 부분적으로, 또한, 거의 전역에 퍼지도록 형성되어 있고, 이 유리 분말층(5) 및 발광관(2)의 내표면 상에 적층되도록 형광체층(6)이 형성되어 있다.

즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 저연화점 유리 분말(5a)이 발광관(2)의 내표면 상에 부분적으로, 섬형상으로 고착되어 유리 분말층(5)이 형성되어 있어, 발광관(2)의 방전 공간(S)측에서는, 유리 분말층(5)이 부분적으로 형성됨과 더불어, 발광관(2)의 내표면 자체가 노출되는 형태로 되어 있다.

형광체 분말(6a)은 그 유리 분말층(5) 상에 도포되어 있으므로, 이 형광체 분말(6a)은 일부가 유리 분말(5a) 상에 적층됨과 더불어, 일부는 발광관(2)의 내표면에 직접 적층되는 형태가 된다.

유리 분말층(5)은, 발광관(2)을 구성하는 석영 유리(연화점:1600℃)보다도 연화점이 낮은 유리의 분말의 단체(單體) 또는 집합체에 의해 구성되어 있다. 유리 분말층(5)으로서 바람직하게는, 연화점이, 형광체의 소성 온도(400∼900℃) 범위에 있는 것이며, 구체적으로 재질을 설명한면, 더 바람직하게는, 내열 충격성이 양호한 경질 유리이다.

그 중에서도, 붕규산 유리(Si-B-O계 유리, 연화점:약 800℃), 알루미노규산 유리(Si-Al-O계 유리, 연화점:약900℃), 바륨규산 유리, 또는, 이들 중 어느 하나의 조성을 바탕으로 알칼리토류 산화물이나 알칼리 산화물, 금속 산화물을 첨가한 유리가 바람직하고, 이러한 경질 유리는, 단독으로 이용해도 되고 적절한 비율로 혼합하여 이용해도 된다.

이러한 유리 분말(5a)의 단체 혹은 집합체로 이루어지는 유리 분말층(5)이, 발광관(2) 내표면을 부분적으로 노출시킨 상태로 형성되어 있음으로써, 그 위에 적층 형성되는 형광체층(6)이, 발광관(2)에 견고하게 유지되고, 형광체층(6)의 박리나 탈락이 없는, 신뢰성의 높은 형광 램프를 제공할 수 있게 된다.

또한, 발광관(2)의 소재로서, 자외선 투과율이 높은 석영 유리를 사용하고 있기 때문에, 자외광의 투과율이 양호하고 자외광의 방사 효율이 높은 형광 램프로 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 형광 램프의 형광체층의 형성 방법을, 도 4에 나타내는 플로우차트에 따라서 설명한다.

1. 유리 분말의 슬러리를 조제한다.

유리 분말층(5)을 구성하는 유리 분말(5a)과, 니트로셀룰로스, 아세트산부틸액과 소정의 비율로 혼합한다. 충분히 혼합하여 현탁액을 제작하고, 유리 분말을 분산시킨 유리 분말 슬러리를 제작한다.

이러한 농도 범위로 조제를 함으로써, 발광관(2) 내표면 상에, 유리 분말(5a)의 단체 혹은 집합체로 이루어지는 유리 분말층(5)을, 발광관 내표면을 부분적으로 노출시킨 상태로 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 유리 분말층에 이용하는 유리는, 붕규산 유리(Si-B-O계 유리) 및 알루미노규산 유리(Si-Al-O계 유리), 바륨규산 유리, 또는, 이들 중 어느 하나의 조성을 바탕으로 알칼리토류 산화물이나 알칼리 산화물, 금속 산화물을 첨가한 유리로부터 선택할 수 있고, 예를 들면, 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤제 유리, 형식 BFK나 BS, PS-94 등을 이용할 수 있다.

2. 발광관 내부에 유리 분말 슬러리를 도포한다.

도포 방법으로서는, 흘려 넣거나 흡인하는 등, 적절한 방법을 취할 수 있다.

3. 유리 분말 슬러리를 건조한다.

발광관 구성용 유리관의 양단에는 개구가 형성되어 있고, 한 쪽의 개구로부터 건조 질소 가스(건조 공기여도 된다)를 흐르게 함으로써, 유리 슬러리에 포함되는 아세트산 부틸을 증발시킨다. 이 결과, 유리관의 내표면 상에 두께가 3∼10㎛, 유리 분말(5a)이 부분적으로 퇴적한 상태로 형성된다.

건조 후의 유리 분말층(5)의 분포 상태로서는, 30∼90%인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 이다. 또, 유리 분말의 두께는, 바람직하게는 3∼10㎛이며, 더 바람직하게는 3∼6㎛이다.

유리 분말층(5)의 형성 비율로서 농도가 낮은 경우에는, 최종적으로 형광 램프를 구성했을 때에, 석영 유리의 노출면이 너무 넓어져 형광체의 유지가 곤란해 진다. 한편, 이것이 90%보다 큰 경우에는, 유리 분말층(5)을 구성하는 유리 분말(5a)들이 끊김 없이 형성된 상태로 되어, 램프 제조시의 온도 변화나, 램프 점등/소등이 반복되기 때문에 일어나는 열팽창에 의해, 발광관(2)과 유리 분말층(5)의 계면에서 공극이 발생하여 유리 분말층(5)이 박리되는 일이 있다. 따라서, 유리 분말층(5)의 분포 상태로서 30∼90%로 마치는 것이 바람직하다.

4. 유리 분말의 층을 소성한다.

소성 조건은, 대기 중에서, 약 500∼1000℃, 시간으로서는, 최고 온도에서의 유지 시간으로 나타내면, 0.2∼1시간이다. 상술한 붕규산 유리, 알루미노규산 유리, 바륨규산 유리를 이용한 경우에는, 600∼900℃에서 행하는 것이 바람직하고, 이들 중 어느 하나의 조성을 바탕으로 알칼리토류 산화물이나 알칼리 산화물, 금속 산화물을 첨가한 유리를 이용한 경우에는, 500∼800℃에서 행하는 것이 바람직하다. 이 소성 공정에 의해 입자들이 부분적으로 결합함과 더불어, 유리관(2)에 융착하고, 유리 분말층(5)이 기재에 강력하게 결착하게 된다.

또한, 유리 분말층(5)은, 용융 온도까지 온도가 상승하지 않기 때문에 통상을 분말 형상의 형태를 유지하고 있다.

소성 후, 유리관을 상온까지 냉각한다.

5. 형광체 슬러리를 조제한다.

형광체는, 예를 들면, 유로퓸부활 붕산 스트론튬(Sr-B-O:Eu(이하 SBE라고 칭한다.), 중심 파장 368㎚) 형광체,

세륨부활 알루민산 마그네슘 란타늄(La-Mg-Al-O:Ce(이하, LAM이라고 칭한다.), 중심 파장 338㎚(단 broad)) 형광체,

가돌리늄, 프라세오디뮴부활 인산 란타늄(La-P-O:Gd, Pr(이하, LAP:Pr, Gd라고 칭하는, 중심 파장 311㎚) 형광체 등이다.

이들 형광체는, 모두 파장 250㎚ 미만의 영역의 자외광을 흡수하여, 각각 가지는 중심 파장대의 자외선으로 변환하고, 방사한다.

6. 발광관 내부에 형광체 슬러리를 도포한다.

형광체 슬러리를 발광관(2) 내에 도포한다. 도포 방법은 빨아 올리는 방법, 흘려 넣는 방법 등이 적절하다.

7. 형광체를 건조한다.

유리관 내부에 건조 질소 가스(건조 공기라도 된다)를 흐르게 하여 형광체 슬러리에 포함되는 아세트산 부틸을 증발시킨다.

8, 형광체를 소성한다.

발광관용의 유리관을 노에 넣어, 소성한다. 소성 조건은, 대기분중에서, 약 500∼800℃이며, 최고 온도에서의 유지 시간으로 하여, 0.2∼1시간 가열한다. 이 소성 공정에 있어서, 형광체층(6)과 유리 분말층(5)의 경계면에서 유리의 연화가 생겨 형광체(6a)가 유리 분말층(5)에 결착하고, 결과적으로, 견고한 결합 상태를 얻을 수 있다.

또한, 대기중에서의 열화가 심한 형광체의 경우는, 대기중에서 니트로셀룰로스가 소실하는 온도까지 온도가 상승한 후, 비산화 분위기 내지 환원 분위기로 함으로써, 약 800도 정도까지의 가열을 행하는 것이 가능하다.

소성 후, 발광관을 냉각한다.

이렇게 하여 형광체층(6)이 형성된 발광관(2)은, 그 내부를 배기하고, 방전용 가스를 봉입하여 기밀 시일링(팁 오프)한다.

봉입되는 방전용 가스는, 희가스이며, 예를 들면, 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar), 네온(Ne)이며, 단독으로 이용해도 되고 적절한 조합으로 혼합하여 이용해도 된다. 또한, 이들 희가스의 방전에 의해 얻어지는 파장은, 크세논 160-190㎚, 크립톤 124, 140-160㎚, 아르곤 107-165㎚, 네온 80-90㎚이다.

이렇게 하여 구성된 형광 램프(1)에서는, 도 1에 있어서, 한 쌍의 외측 전극(3, 4)에 도시를 생략한 전원으로부터 고주파 전압이 인가되면, 전극(3, 4)간에 유전체(발광관(2)의 상하벽)를 개재시킨 방전이 형성되고, 방전 가스인 예를 들면 크세논(Xe) 가스의 발광에 의해, 파장 172㎚의 자외광이 발생한다.

여기서 얻어지는 자외광은, 형광체의 여기용의 발광이며, 이 파장 172㎚의 자외광이 형광체층(6)을 조사함으로써, 형광체가 여기되고, 예를 들면 형광체의 종류를 선택함으로써 파장 200∼380㎚의 자외광이 방사된다. 이렇게 하여 얻어지는 파장 200∼380㎚의 자외광은, 그 형광체층(6), 유리 분말층(5), 발광관(2)을 투과하여, 외부에 방사된다.

유리 분말층(5)에 있어서는, 자외광의 투과율로서는, 석영 유리보다도 떨어지지만, 이 개재 상태는 부분적임과 더불어 그 두께가, 예를 들면 30㎛ 이하이므로, 파장 200∼380㎚의 자외광의 흡수가 적고, 대부분이 투과하여 외부에 방사되게 된다.

이 결과, 발광관(2)의 전체를 저연화점의 유리로 형성한 것과 비교하여, 현격히 높은 효율로 원하는 파장대의 자외광을 방사할 수 있게 된다.

이상, 설명한 형광 램프는, 한 쌍의 전극이 모두 방전 공간의 외부에 위치된 것이었지만, 이러한 예로 한정되지 않고, 예를 들면, 어느 한 쪽의 전극이 내부에 배치된 것이어도 적용할 수 있다.

또, 방전의 형식이 다른 수은 여기형의 형광 램프에 있어서도 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 방전 공간 내에 전극을 배치하는 경우는, 형광체층이 도포된 발광관의 시일링 공정의 전에 전극을 부착하면 된다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 관련되는 내부 전극형의 저압 수은 형광 램프(10)이다.

발광관(11)을 구성하는 유리관은 용융 석영 유리로 구성되어 있다.

이 발광관(11)의 내부에는, 상술한 방법과 같은 방법에 의해 유리 슬러리가 도포, 건조, 소성됨으로써, 유리 분말층(12)이 발광관(11)의 내표면 상에 분산된 상태로 형성되어 있다. 이 유리 슬러리에 이용하는 유리 분말은, 석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리로 이루어지고, 최종적인 형광 램프 상태에 있어서도, 분말의 형태를 유지하고 있다.

이 유리 분말층(12), 및, 석영 유리관(11)의 노출면부의 위에는, 형광체층(13)이 형성되어 있다.

또, 발광관(11)의 내부에는, 한 쌍의 내부 전극(14, 15)으로서, 필라멘트 마운트가, 발광관(11)의 단부의 시일 부재(17, 18)에 지지되어 배치되어 있고, 또한 희가스인 아르곤이 4㎪(30Torr), 수은이 10㎎/㎤ 봉입되어 있다. 또한, 이 도면에 있어서 19, 20은 리드선이다.

이 실시예에 관련되는 형광 램프(10)에서는, 수은의 휘선에 따른 파장 185㎚와 254㎚의 광이 형광체층(13)을 조사하면, 예를 들면 파장 300㎚대의 광으로 변환된다. 이러한 형광 램프(10)에 의하면, 통상의 수은의 방전만으로 얻어지는 파장 320-370㎚ 근방의 광만을 이용하는 것보다도, 현격히 효율이 좋은 파장 300㎚대의 광을 방사할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는, 형광체의 종류로서 대표적으로, SBE, LAM, LAP:Pr, Gd를 들어 설명했지만, 그 외에도 용도에 따라 여러 가지의 형광체를 사용하는 것이 가능하다는 것은 말할 것도 없다.

이하에, 방사광의 파장대별로 형광체를 열거한다. 방전 물질과 이용하는 자외선의 파장대에 따라서 이러한 형광체로부터 적절한 것을 이용하면 된다.

〈300∼400㎚의 발광을 나타내는 형광체〉

세륨부활 알루민산 마그네슘란타늄(La-Mg-Al-O:Ce)

세륨부활 인산 란타늄(La-P-O:Ce)

세륨부활 인산 이트륨(Y-P-O:Ce)

세륨부활 마그네슘바륨알루미네이트(Ce-Mg-Ba-Al-O)

프라세오디뮴 ＆ 가돌리늄부활 인산 란타늄(La-P-O:Gd, Pr)

유로퓸부활 붕산스트롬튬(Sr-B-O:Eu)

〈200∼300㎚의 발광을 나타내는 형광체〉

프라세오디뮴부활 인산 란타늄(La-P-O:Pr)

프라세오디뮴부활 인산 이트륨(Y-P-O:Pr)

프라세오디뮴부활 인산 루테튬(Lu-P-O:Pr)

비스무트부활 인산 이트륨(Y-P-O:Bi)

〈180∼200㎚의 발광을 나타내는 형광체〉

네오디뮴부활 인산 루테튬(Lu-P-O:Nd)

네오디뮴부활 인산 란타늄(La-P아 0:Nd)

네오디뮴부활 인산 이트륨(Y-P-O:Nd)

도 6(A), (B)에는, 상기와 같은 형광체와 더불어, 자외선에 대해서 반사성을 가지는 반사막을 형성한 실시예가 나타나 있다.

도면에 있어서, 발광관(2)의 내주면에는, 석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리 분말층(5)이 분산 배치되어, 대략 섬형상으로 형성되어 있고, 그 내주면의 둘레 방향으로의 광출사측과는 반대측의 일부에, 도시의 예에서는, 상면측에 반사막(7)이 형성되어 있다. 그리고, 이 반사막(7)을 포함하여 전체 둘레면에 형광체층(6)이 형성되어 있다.

이렇게 함으로써, 광출사측에 있어서의 자외선 출력을 올릴 수 있고, 실용에 적합한 형광 램프로 할 수 있다. 이러한 반사막(7)을 구성하기 위한 반사재로서는, 구체적으로는, 실리카 분말(SiO₂), 알루미나 분말(Al₂O₃), 및 이들 혼합 분말이며, 또한, 이것들을 주성분으로 하여 다른 반사재를 혼합한 것을 이용할 수 있다.

상기 반사재는 고온에서 소성하는 것도 가능하지만, 본 발명에 관련되는 유리 분말층(7)을 형성함으로써, 소성 온도를 비교적 저온으로 해도 반사재를 확실히 발광관(2)에 정착시킬 수 있고, 또한, 반사재와 형광체의 소성을 동시에 행할 수 있게 되기 때문에, 반사막을 구비한 형광 램프를 제조하는데 있어서도 상당히 우위로 기능한다.

또, 상기예에 있어서는, 유리 분말층(5)을 형성한 후에, 반사막(7)을 형성한다고 했지만, 먼저 반사막(7)을 형성하고, 그 후, 이 반사막을 제외한 나머지의 부분에 유리 분말층(5)을 형성하도록 해도 된다. 이 경우도, 반사막(7)을 포함하여 전내주면에 형광체층(6)을 형성하는 것이 실용적이다.

［실험예］

바인더에 혼합하는 저연화점을 가지는 유리 분말(이하 「특정의 유리 분말」이라고 한다)의 양(중량)을 여러가지로 변경하고, 특정의 유리 분말의 혼합 비율이 다른 유리 분말 슬러리액을 제작했다.

각 유리 분말 슬러리액을 이용하여 유리 분말층을 형성함과 더불어, 그 위에 형광체층이 적층되도록 형광체를 도포, 소성하여 형광 램프의 중간품을 제작했다. 이 형광체층의 부착 상태를 평가하기 위해, 형광체층이 형성된 부분을 잘라 샘플 1∼샘플 6을 제작했다.

또 상기 순서 5. 내지 9. 에 의해, 특정의 유리 분말층을 갖지 않는, 즉 발광관 내면에 직접 형광체층이 형성된 종래 기술에 관련되는 샘플 7을 제작했다.

이상의 샘플 1∼샘플 7에 대해서, 하기의 분석 방법에 따라 특정의 유리 분말의 부착 면적 비율을 측정함과 더불어, 각 샘플 표면을 면봉으로 문질러 형광체층 및 유리 분말층의 박리의 상태를 평가했다. 이 때의 평가에서는, 형광체가 다소 벗겨지는 것은 불가피하게 생기기 때문에, 종래 기술(샘플 7)과 같이 형광체층이 박리되거나, 유리 분말층이 박리되거나 했을 경우에는 ×로 했다.

이 결과를, 유리 분말 슬러리에 있어서의 바인더에 포함되는 유리 분말의 혼합 비율과 더불어 표 1에 나타낸다.

〈유리 분말의 부착 면적의 분석 방법〉

발광관의 단면을 EPMA(전자선 마이크로 애널라이저)에 부속되어 있는 SEM(주사형 전자 현미경)의 시료대에 부착하여, 진공 끌기, 관찰을 개시한다.

이 때, 형광체 입자를 충분히 분리할 수 있는 정도의 배율(약 1만배 정도)로 설정하여 확대한다.

SEM에서의 측정을 행하고 입자의 형상을 확인함과 동시에 EPMA를 이용한 면분석 또는 부위에 따라서는 관경(管徑) 방향으로 선분석을 행함으로써 원소의 분포를 측정할 수 있다.

원소의 분포 상태를 측정하면, 형광체의 주된 구성 원소와 유리의 구성 원소는 상위하기 때문에, 형광체와 유리를 명확하게 분리할 수 있다.

형광체가 LAM인 경우, La, Al, Mg가 주요 원소이며, YPC의 경우, Y, P가 주요 원소이다. 이에 대해서, 연화점이 낮은 유리 성분은, 예를 들면, 연질 유리의 경우, K, Na 등의 알칼리 원소, B, Ti, Al 등 중 어느 하나를 함유한다.

이 때문에, EPMA 부속의 SEM에 의한 면분석이나 선분석으로, 입자의 원소 분포를 측정함으로써, 형광체 입자와 연질 유리 입자를 분리할 수 있고, 그 형상도 파악할 수 있다.

샘플 1은, 유리 분말의 부착 면적 비율이 100%이며 저연화점을 가지는 유리 분말층(이하 「유리 분말층」이라고 한다)이 발광관 내면의 전면에 형성된 것이다. 이 샘플 1에 있어서는, 발광관이 고온이 되면, 유리 분말층이 떠오르고, 발광관의 소지와의 사이에 공간이 생겨, 벗겨진다는 현상이 생겼다. 이 이유는, 발광관을 구성하는 석영 유리와 유리 분말층은 열팽창 계수가 다르기 때문에, 발광관이 고온이 되면, 신축하는 정도에 따라 접착을 유지할 수 없게 되고, 구부러지기 쉬운 쪽, 즉 유리 분말층이 벗겨져, 공간이 생겼기 때문이라고 생각된다.

샘플 2∼샘플 4는, 유리 분말층이 박리되지 않고 안정적으로 형광체층을 유지할 수 있었다. 이 이유는, 유리 분말층이 면적비 30∼90%이며, 부분적으로 발광관(석영 유리)의 소지가 노출되기 때문에, 신축에 의한 상태가 부분적으로 완화되기 때문이라고 생각된다.

샘플 5, 6은, 유리 분말층이 면적비 10∼20%이며, 발광관(석영 유리)의 노출 면적이 컸기 때문에, 형광체가 벗겨져 안정되게 형광체층을 유지할 수 없었다.

샘플 7은, 종래 기술에 관련되는 것이며, 형광체가 모두 벗겨져 버리고, 안정되게 형광체층을 유지할 수 없었다.

이상의 결과로부터 분명한 바와 같이, 형광 램프의 발광관의 내표면에 유리 분말층이 30%∼90%의 비율로 형성되어 있음으로써, 형광체층의 박리가 생기기 어렵고 안정적으로 형광체층 및 유리 분말층을 유지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 형광 램프에서는, 석영 유리로 이루어지는 발광관의 내표면에, 석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리 분말층을 분산 배치하고, 상기 발광관 내표면과 그 유리 분말층 상에 형광체층을 형성함으로써, 형광체층이 발광관에 견고하게 유지되고, 이 형광체층이 박리되거나 탈락되거나 하지 않는, 신뢰성이 높은 형광 램프를 제공할 수 있다는 뛰어난 효과를 나타내는 것이다.

1 : 형광 램프 2 : 발광관(석영 유리)
3, 4 : 외부 전극 5 : (저연화점) 유리 분말층
5a : (저연화점) 유리 분말 6 : 형광체층
6a : 형광체 7 : 반사막
S : 방전 공간 10 : 저압 수은 형광 램프
11 : 발광관 12 : (저연화점)유리 분말층
13 : 형광체층 14, 15 : 전극

Claims

석영 유리로 이루어지는 발광관과, 상기 발광관 내표면에 도포된 자외광을 방사하는 형광체층을 구비한 형광 램프에 있어서,
석영 유리보다도 연화점이 낮은 유리 분말층을, 상기 발광관의 내표면 상에 분산시켜 배치하고, 상기 발광관 내표면 상 및 상기 유리 분말층 상에 상기 형광체층을 형성한 것을 특징으로 하는 형광 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 분말층이, 붕규산 유리 및 알루미노규산 유리, 바륨규산 유리 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 유리 분말층의 면적이, 상기 발광관의 내표면에 대해서 30∼90%의 비율인 것을 특징으로 하는 형광 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 발광관의 내주면의 둘레 방향의 일부에, 자외선에 대해서 반사성을 가지는 반사막을 형성한 것을 특징으로 하는 형광 램프.