CN101045550B - 紫外线截止材料、紫外线截止滤光片、放电灯及照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外线截止材料，其以掺杂着铟的氧化锌微粒1为主要成分，且该微粒包含具有纤维锌矿的结晶构造的固溶体，X射线衍射的(110)面的衍射角20的衍射峰半值宽度处于0.4～0.1°的范围内。本发明可以提供紫外线截止材料以及紫外线截止滤光片F等，因将掺杂着铟的氧化锌微粒1的纤维锌矿结晶构造规定在由X射线衍射所特别规定的规定范围内，所以截止波长的温度依存性提高，尤其是高温状态下的紫外线以及蓝光的吸收特性得到改善。而且，该紫外线截止滤光片适合应用在高压放电灯等放电灯上，也可以应用在照明器具上。
Description
技术领域
本发明涉及紫外线截止材料(ultraviolet cut material)或使用该紫外线截止材料的紫外线截止滤光片(ultraviolet cut filter)、及具有所述的紫外线截止材料和所述紫外线截止滤光片的放电灯(dischargelamp)以及照明器具，所述的紫外线截止材料形成至少截止紫外线的紫外线截止滤光片。
背景技术
众所周知有如下照明用光源以及照明器具：设有遮断(截止)紫外线的光截止滤光片且可以辐射可见光(visible light)。所述光源以及照明器具主要用于紫外线低诱虫用或无尘室(clean room)用照明。
作为先前的低诱虫用的灯或照明器具，众所周知有如下构成：在透光性材料的表面被覆着添加了氧化钛(TiO2)或者氧化铯(CeO2)等紫外线吸收剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)或丙烯酸脂(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate，PMMA)等树脂制滤光片(参照例如专利文献1：日本专利特开平10-21714号公报；专利文献2：日本专利特开2004-247156号公报)。
先前的附有所述紫外线截止滤光片的高压放电灯，因温度会变高，众所周知有附有形成在透光性玻璃表面的紫外线截止滤光片的灯，所述紫外线截止滤光片是在灯泡外表面形成以耐久性以及成本方面优良的氧化锌(ZnO)微粒为主要成分的紫外线吸收膜而获得的
(参照例如专利文献3：日本专利特开2001-143657号公报)。
作为截止紫外线与红外线两者的被膜材料，提出有例如(ZnO)k·In2O3(k＝2～20)的六方晶(hexagonal crystal)复合氧化物(参照专利文献4：日本专利特开2003-336034号公报)。
而且，众所周知有如下的紫外线截止材料：包含粒径小于等于100nm的氧化锌微粒，该氧化锌微粒利用湿式合成而掺杂着包含IIIB族金属元素或IVB族金属元素所组成的族群中的至少一种，例如铟等(参照例如专利文献5：日本专利特开2003-54947号公报)。使该紫外线截止材料分散在涂布液中，并将该涂布液涂布在基底表面，然后实施热处理(heat treating)，由此形成紫外线截止滤光片。
专利文献1以及2的紫外线截止滤光片，可以截止波长约为410nm左右的光，但因为是树脂制滤光片，所以耐热温度约小于等于100℃且耐久性方面也存在问题。
而且，如专利文献3般的紫外线截止滤光片，因为是以作为无机氧化物的氧化锌(ZnO)微粒为主要成分，所以耐热性、耐久性优良，但是截止波长约小于等于380nm，难以截止更长的波长侧的光。
而且，因ZnO在酸·碱中均容易溶解，所以在严酷的环境下，例如沿海附近的盐害、存在较多的SOx、NOx等且湿度高的状态等之下，被膜易于变质，且强度降低从而也有可能产生剥离等。
进而，如专利文献4般的复合氧化物，如果不使用如下的细粉末(finepowder)来形成被膜，则无法形成可见光透射性高的紫外线截止滤光片，所述细粉末是将在大于等于1200℃的高温下以固相合成(solid-phasesynthesis)而得的合成材料粉碎成亚微米(submicron)或亚微米以下，例如小于等于200nm而获得的。因为所述合成材料的粉碎加工烦杂，所以会增加滤光片的制造成本。
而且，专利文献5的紫外线截止材料，其制造步骤接近于较为容易的现有方法，所以制造成本降低，但是紫外线以及蓝光吸收特性未达到充分的水准，尚有改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而开发完成的，其目的在于提供一种紫外线截止材料以及紫外线截止滤光片等，所述紫外线截止材料具有优良的耐久性、耐热性，且可以容易地控制紫外线以及蓝光吸收特性。
本发明的其他目的在于提供一种附有紫外线截止滤光片的放电灯或照明器具，所述附有紫外线截止滤光片的放电灯可以截止更长的波长侧的光，且没有光色变化等，可以防止对不需要紫外线以及一部分蓝光生物等造成损伤或防止纸、布等的劣化，低诱虫用最合适。
为了实现所述目的而提供的紫外线截止材料，其特征在于以掺杂着铟的氧化锌微粒为主要成分，该微粒包含具有纤维锌矿(wurtzite)的结晶构造的固溶体，X射线衍射的(110)面的衍射角2θ的衍射峰(diffractionpeak)半值宽度(half width)处于0.4～0.1°的范围内。
如果在氧化锌(ZnO)微粒中掺杂着铟(In)则该氧化锌微粒将成为导电性半导体微粒，通过赋予该氧化锌微粒有导电性，而使本来约小于等于380nm的截止波长移动到长波长侧，也可以使例如短波长吸收端侧的透射率50％的波长为400～430nm。
掺杂着铟的氧化锌微粒，根据其结晶构造来规定常温下的截止波长(光吸收特性)。然而，可知该氧化锌微粒的结晶性越高则截止波长的温度依存性就越高，波长小于等于380nm的紫外线截止率就变得越高。本发明者在考虑到该温度依存性并对结晶构造进行研究后已判明的事实如下：所述微粒在紫外线以及蓝光吸收特性方面有利，最适合用作紫外线截止材料，所述微粒具有如X射线衍射的(110)面的衍射角2θ的衍射峰半值宽度处于0.4～0.1°的范围般的纤维锌矿的结晶构造。
另外，所掺杂的铟相对于整个微粒的浓度按照重量百分比为2～30重量百分比。如果所掺杂的铟的掺杂量未满2重量百分比，则几乎无法截止410nm左右的光，所以欠佳。如果掺杂量超过30重量百分比则虽截止410nm的左右的光的效果几乎不变，但对小于等于380nm的光的截止率降低，因此不理想。掺杂量的最佳范围为10～20重量百分比。
较理想的是在所述紫外线截止材料中混合着氧化铈微粒。氧化铈(CeO2)对波长为350nm的紫外线的吸收特性优良，化学性稳定，且通过吸收紫外线而不会引起光触媒(photocatalyst)等的活性反应，因此作为提高紫外线截止率且不会破坏耐久性的添加剂最佳。另外，对于氧化铈微粒而言，优选使用粒径与掺杂着铟的氧化锌微粒的粒径相同或者小于等于该氧化锌微粒的粒径的氧化铈微粒。氧化铈微粒的添加量可以根据截止波长而进行适当调整。
而且，本发明的紫外线截止滤光片的特征在于，其是在透光性基底表面使用所述紫外线截止材料而形成的。
基底具有透射可见光的光学特性，作为基底的材质可列举玻璃、树脂等。
紫外线截止滤光片如果具有规定的紫外线截止功能，则对其构成不加以特别限定，为了截止预期的光且使所截止的波长以外的光良好地透射，其膜厚优选处于0.5～5.0μm的范围内。
而且，优选紫外线截止滤光片在大于等于180℃的温度条件下使用，且以短波长吸收端侧的透射率50％的波长大于等于400nm的方式而构成。
本发明的紫外线截止材料具有当滤光片自身变为高温时紫外线截止率也变高的温度依存性，即使达到大于等于180℃的温度时也发挥此效果。因此，本发明的紫外线截止材料适合在紫外线截止滤光片自身大于等于180℃的温度的条件下使用。
“短波长侧吸收峰的透射率”仅为滤光片的透射率而不考虑形成着滤光片的基底的透射率，且是指可见光线的短波长侧的区域即波长为400～650nm的范围内的规定波长越接近短波长侧，则透射率越变小时的透射率。如果短波长吸收端侧的透射率50％的波长大于等于400nm，则可以有效地截止紫外线以及蓝光，尤其可以发挥抑制昆虫飞来的效果。
为了实现本发明的其他目的而提供的放电灯，其特征在于包括：透光性灯泡，内部含有发光单元；以及紫外线截止滤光片，由所述紫外线截止材料而形成在所述灯泡表面。
此处所谓的放电灯是指白炽灯(incandescent lamp)、卤素灯(halogenlamp)或HID灯(High Intensity Discharge lamp，高强度放电灯)及荧光灯(fluorescent lamp)等放电灯(灯管)。所谓发光单元，当为白炽灯以及卤素灯时是指灯丝(filament)，当为放电灯时是指放电空间(包含荧光体层)。
另外，本发明的照明器具的特征在于包括：器具本体；光源(放电灯)，设置在该器具本体上；透光性灯罩(translucent cover)，以覆盖该光源的方式而设置在所述器具本体上；以及紫外线截止滤光片，由所述紫外线截止材料而形成在所述罩表面上。
照明器具含有吸顶灯、下射灯(downlight)或透光器等，对于灯罩而言除了板状灯罩之外，还包含球形灯罩(globe)。
根据具有所述特征的本发明，可提供一种紫外线截止材料以及紫外线截止滤光片等，所述紫外线截止材料将掺杂着铟的氧化锌微粒的纤维锌矿结晶构造规定在由X射线衍射所特别规定的规定范围内，因此，截止波长的温度依存性增高，尤其使高温状态下的紫外线光吸收特性得到改善。
另外，用以实现本发明的所述目的之其他实施例的放电灯，其特征在于，所述放电灯是高压放电灯，且包括：紫外线截止滤光片，在透光性玻璃基材表面涂布以掺杂着铟(In)的氧化锌(ZnO)微粒为主体的紫外线截止材料而形成紫外线截止被膜，含有透光性玻璃基材的紫外线截止滤光片，对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且对波长大于等于500nm的整个可见光(entire visiblelight)透射率大于等于85％；以及发光管，周围被该紫外线截止滤光片覆盖。
如果氧化锌(ZnO)微粒中掺杂了铟(In)，则该氧化锌微粒将成为导电性半导体微粒，通过赋予该氧化锌微粒有导电性，而使本来约小于等于380nm的截止波长移动到长波长侧。
如果使截止波长大幅地移动到长波长侧，则可以防止紫外线损伤生物等的损伤或者防止纸、布等的劣化，且可以改善低诱虫用等，但因一部分蓝光被截止而产生光色变化、透射率降低等。
通过调整该掺杂金属的浓度可以调整截止波长。铟相对于锌的掺杂量，按照重量百分比进行计算为2.5～7.5％。
优选紫外线截止滤光片中所含有的掺杂着铟(In)的氧化锌(ZnO)微粒大于等于90重量百分比，该紫外线截止滤光片中的碳残留量小于等于0.5重量百分比。所述紫外线截止滤光片可以使膜耐热温度大于等于400℃。
而且，优选通过使紫外线截止滤光片的膜厚为0.5～2.0μm，使掺杂着铟(In)的氧化锌(ZnO)微粒的平均粒径为100～200nm，而使紫外线截止滤光片的平均可见透射率大于等于90％。
也可以使用单斜晶构造monoclinic(α型)的氧化铋微粒来代替该掺杂着铟的ZnO微粒，作为紫外线截止材料。众所周知氧化铋是具有光电变换(photoelectric conversion)功能的金属氧化物，是截止紫外线的材料，但该氧化铋并未被用作有效地截止波长大于等于380nm的光的材料。本发明者经过研究后可知，通过使单斜晶构造monoclinic(α型)的氧化铋微粒的粒径以及膜厚最佳化，而可以使截止波长移动到波长大于等于380nm的长波长侧。亦即，通过调整以规定范围内的平均粒径的单斜晶构造monoclinicic(α型)氧化铋微粒为主要成分的被膜的膜厚，可以良好地截止波长约为410nm左右的光。
高压放电灯是指金属卤化物灯(metal halide lamp)、高压钠灯(high-pressure sodium lamp)、水银灯等金属蒸气(metal vapor)放电灯。覆盖高压放电灯的发光管的紫外线截止滤光片，可以将自外侧气密地密封发光管的外管灯泡设置为透光性玻璃基材，且可以将设置在该外管灯泡与发光管间的被称作护罩(Shroud)的飞散防止用的圆筒体设置为透光性玻璃基材。
覆盖高压放电灯的发光管的紫外线截止滤光片的光学特性为，波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。因此，可以获得良好的附有紫外线截止滤光片的高压放电灯或安装着该灯的照明器具，所述附有紫外线截止滤光片的高压放电灯可以防止紫外线损伤生物等的损伤或防止纸、布等的劣化，低诱虫用等良好且无光色变化。
“短波长吸收端侧的透射率50％的波长”是表示，紫外线截止滤光片的透射率中，于紫外线侧的可见光波段中透射率减少的波长区域中的透射率为50％的波长，所述紫外线截止滤光片含有形成着紫外线截止被膜的透光性玻璃基材。
进而，可以在所述微粒的最外表面上，形成以氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)或氧化钇(Y2O3)中的至少一种为主要成分的层。氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)或氧化钇(Y2O3)是化学稳定性优良的材料，且也容易形成被膜，因此通过在所述微粒的最外表面形成为层状，而不会大大地破坏紫外线截止性能且可进一步改善耐久性。较理想的是，该层的厚度为1.0～3.0nm的范围，优选3.0～10nm的范围。如果层的厚度未满1.0nm，则无法获得充分的耐久性改善效果，如果超过30nm，则会破坏紫外线的截止效果，故不理想。
紫外线截止被膜如果具有规定的灯特性，则其构成不会受到过分地限制，为了截止预期的光且使所截止的波长以外的光良好地透射，该紫外线截止被膜的膜厚优选处于1.0～5.0μm的范围内。
所述紫外线截止滤光片的特征可为如下：在透光性基材表面与紫外线截止被膜之间或紫外线截止被膜上，层叠着第2被膜，该第2被膜是涂布氧化锌(ZnO)以及氧化铈(CeO2)中的至少一种微粒而形成的。
通过层叠第2被膜，而可以获得在波长小于等于380nm的UV-A以及UV-B区域中的紫外线截止得到改善的附有滤光片的高压放电灯或器具。
而且，所述紫外线截止滤光片中，可以在紫外线截止被膜中添加氧化锌(ZnO)以及氧化铈(CeO2)中的至少一种微粒。
可以获得在波长小于等于380nm的UV-A以及UV-B区域中的紫外线截止得到改善的附有滤光片的高压放电灯或器具。
通过在紫外线截止被膜中添加氧化锌微粒或氧化铈微粒中的至少一个，可以提高紫外线截止被膜在UV-A以及UV-B区域中的紫外线截止特性，且可以尽可能地抑制可见光透射量的降低。
而且，本发明的其他实施例的照明器具的特征在于包括：器具本体；高压放电灯，设置在该器具本体上且具有上述特征。
而且，本发明的照明器具的特征在于包括：器具本体；光源，设置在该器具本体上；透光性玻璃罩，以覆盖该光源的方式设置在所述器具本体上；以及紫外线截止滤光片，将该透光性玻璃罩作为透光性玻璃基材，并在透光性玻璃基材表面涂布紫外线截止材料来形成紫外线截止被膜，其中所述紫外线截止材料以掺杂着铟(In)的氧化锌(ZnO)微粒为主体，含有透光性玻璃基材的紫外线截止滤光片，对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。
照明器具包括吸顶灯、下射灯或透光器等，对于灯罩而言除了包括板状灯罩之外，还可以包括球形灯罩。
所述附有紫外线截止滤光片的高压放电灯或包括附有所述紫外线截止滤光片的透光性灯罩的照明器具，可利用该滤光片的光学特性而不使光输出过度地降低，且可以减少光源的发光色或色温度的变化。
本发明的附有紫外线截止滤光片的高压放电灯或照明器具，在紫外线透光性玻璃表面涂布着以掺杂着铟(In)的氧化锌(ZnO)微粒为主体的紫外线截止材料而形成紫外线截止被膜，附有该紫外线截止被膜的透光性基材，对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％，因此不会有光色变化等，可以防止对不需要紫外线以及一部分蓝光的生物等造成损伤或防止纸、布等的劣化，作为低诱虫用最合适。
附图说明
图1是本发明第1实施形态的光截止滤光片的示意剖面图。
图2是表示图1的紫外线截止滤光片的透射率光谱分布的图表。
图3是表示本发明的紫外线截止材料的X射线衍射图案的图表。
图4是对表示图3的图表的(110)面的X射线衍射图案进行放大的图表。
图5是表示本发明的第2的实施形态的放电灯的示意正视图。
图6是表示图5的放电灯的紫外线截止滤光片的光谱透射率(spectraltransmittance)的图表。
图7是表示图5的金属卤化物灯的光谱辐射特性(spectral radiancecharacteristics)的图表。
图8是对图7的400～500nm的波长范围进行放大的图表。
图9是表示根据图7所示的昆虫的相对光效曲线(relative luminousefficiency curve)而模拟(simulation)表示的诱虫性的图表。
图10是表示根据图7所示的造纸的相对损伤度曲线而模拟表示的损伤系数(damage coefficient)的图表。
图11是表示图5的金属卤化物灯的x-y色度值(chromaticity value)的图表。
图12是表示本发明的第3实施形态的照明器具的示意剖面图。
1：氧化锌微粒 1：Bi2O3微粒
1：透光性基材 2：氧化铈微粒
3：粘结剂成分 3：E形灯头
3：紫外线截止膜 3a：第2膜的表面
11：外管灯泡 30：照明器具
31：反射体 32：插座
33：前面罩玻璃 40：发光管
110、002：面 a、b、c：轴
(A)：粗虚线 (B)：细线
(C)：点划线 (D)：粗线
D(λ)：相对损伤度曲线 (E)：点线
(F)：实线 B：衍射峰强度
M：透光性基底 F：紫外线截止滤光片
L：金属卤化物灯 L2：HID灯、高压放电灯
UV-A、UV-B：区域 x-y色度值
θ、20：角度
具体实施方式
以下，参照图式来说明本发明的实施形态。
图1表示本发明的第1实施形态，是使用紫外线截止材料而形成的紫外线截止滤光片的示意剖面图。
紫外线截止滤光片F包括硬质玻璃制的透光性基底M以及滤光片被膜，所述滤光片被膜是通过如下方式而制成的：使作为紫外线截止材料的掺杂In的氧化锌(ZnO)微粒1以及氧化铈(CeO2)微粒2，分散在该基底M的表面上。该滤光片被膜的膜厚为1.0～5.0μm，且使氧化锌微粒1以及氧化铈微粒2约以50：50的摩尔比来分散。
氧化锌微粒1具有纤维锌矿的结晶构造，且包含掺杂着10重量百分比的铟(In)的固溶体。氧化锌微粒1的平均粒径为50～150nm，氧化铈微粒2的平均粒径约为20nm。通过使所述微粒1、2以规定量分散在规定的无机或有机粘结剂溶液中，并涂布该分散液来制膜，利用所述粘结剂成分3来进行粘结。本实施形态中，无机粘结剂是以如下方式形成的，即，将20～40重量百分比的锆(Zr)化合物添加到分散液中，并将该分散液涂布到基底M的表面上。
图2是表示利用所述制造方法而制作的图1的紫外线截止滤光片的透射率光谱分布的图表。该图表所示的透射率表示的是除基底的透射率以外的值，因此图2实质上表示的是紫外线截止滤光片的透射率光谱分布。根据该光谱分布，大约100％地截止波长直至390nm为止的光(紫外线)，405nm波长的光的透射率小于等于30％。短波长吸收端侧的透射率50％的波长约为435nm。另外，波长为480～780nm的光的平均透射率大于等于90％。
根据图2所示的透射率光谱分布可以理解为，本实施形态的紫外线截止滤光片具有有效地遮断(截止)可见光线的短波长侧的光的功能。
其次，说明紫外线截止材料的制造方法。首先，通过如下方式制造氧化锌微粒1，即，规定量的硝酸锌(Zn(NO3)2)与硝酸铟(In(NO3)3)添加到醇类溶剂(alcohols solvent)中，且在存在微量氨的条件下以100℃的温度反应约2小时之后，将该溶液密封在耐热耐压性的容器内并以150℃～250℃的温度进行加热。通过该加热处理，可以获得掺杂着铟且具有纤维锌矿结晶构造的氧化锌微粒1的固溶体。另外，氧化铈微粒一般可以使用市场上出售的紫外线截止材料。
对以所述方式而获得的紫外线截止材料进行测量之后，可知紫外线以及蓝光吸收特性的改善效果明显。且可知尤其是所述氧化锌微粒1，结晶性越高则截止波长的温度依存性就越高，波长小于等于380nm的紫外线截止率也变得越高。为了对与该结晶性相互关系进行验证，利用X射线衍射来研究所述氧化锌微粒1的结晶构造后可知，如果(110)面的衍射角20的衍射峰半值宽度处于0.4～0.1°的范围内，则作为尤其处于高温状态下的紫外线截止材料时最佳。
图3是表示所述氧化锌微粒1的X射线衍射图案的图表，图4是表示对图3的图表的(110)面的X射线衍射图案进行放大的图表。X射线衍射图案的测量，是利用测角器(goniometer)对各衍射角度(2θ)的X射线强度(CPS)进行测量，所述测角器是使用CuKα线(λ＝0.15418nm)来作为X射线，使试料相对于入射X射线旋转θ，同时使包含比例计数器(proportional counter)的检测部旋转2θ。图3表示该测量结果的一例。图3的“1”以及“2”表示各别不同的紫外线截止材料的氧化锌微粒的X射线衍射图案，最下层的“ZnO”表示一般的氧化锌结晶的X射线衍射图案。根据图3可知，氧化锌微粒1的基本构造是纤维锌矿结晶构造的ZnO。详细研究后的结果如图4所示，可知所述氧化锌微粒1的(110)面的衍射峰的20均为56.6°，如果该衍射峰的半值宽度处于0.4～0.1°的范围内，则作为尤其处于高温状态下的紫外线截止材料时最佳。另外，(110)面的衍射峰的20几乎不会发生偏离，但是如果偏离±1°左右，则确认并不逊色于本实施形态的所述氧化锌微粒1的紫外线截止材料的特性。
尤其是将(110)面的衍射峰的强度设为A，将20约为34.5°的(002)面的衍射峰强度设为B时，可知使用了表示A/B>1.0(A>B)的范围内的结晶状态的氧化锌微粒的紫外线截止材料，在紫外线以及蓝光吸收特性方面有利，作为高温状态下的紫外线截止材料时最佳。
(002)面是c轴方向，(110)面来自于ab轴方向，因此所述(110)面与(002)面的强度比表示定向(orientation)程度，此强度比A/B大于1.0是指c轴方向的定向变小。可认为此是因将In适当地掺杂到ZnO结晶内而使紫外线以及蓝光吸收特性提高。
图5是表示本发明的第2实施形态的灯管(放电灯)的示意正视图。L2是HID灯，该HID灯L2上设置着保护发光管40的外管灯泡11。外管灯泡11上安装着与发光管40导通的作为供电单元的E形灯头3。
在该外管灯泡11的外表面上形成第1实施形态的紫外线截止滤光片F。如果HID灯L2的发光管40点亮，则形成在外管灯泡11的外表面上的紫外线截止滤光片F的温度将大于等于180℃，利用紫外线截止材料的温度依存性来改善紫外线截止效果。因此，利用紫外线截止滤光片F，来吸收并有效地截止由HID灯L2的发光管40辐射的光中的紫外线以及波长400～430nm的光。
另外，紫外线截止滤光片F除形成在HID灯L2上以外，还可以形成在荧光灯的灯泡内表面或灯泡外表面。形成在荧光灯的灯泡内表面时，可以利用所述方法在形成荧光体膜之前，在玻璃灯泡内表面上形成紫外线截止滤光片F，其后形成荧光体膜。
而且，根据本发明的其他实施例来提供具备所述HID灯L2的照明器具。该照明器具的外观示意性地表示在之后所说明的图12中，包括：照明器具本体；作为光源的所述放电灯；以及插座，在开口部具备作为所述紫外线截止滤光片F的透光罩。
作为所述放电灯的其他实施形态的放电灯，可以列举高压放电灯。另外，因该高压放电灯的示意外观与图5所示的灯管(放电灯)相同，所以使用图5所示的灯管进行说明。
本实施例中的L2是作为高压放电灯的250W级的金属卤化物灯，该金属卤化物灯L2中，在发光管40的周围设置着保护发光管40的透明的外管灯泡11。外管灯泡11上安装着与发光管40导通的作为供电单元的E形灯头3。
在该外管灯泡11的外表面形成紫外线截止滤光片F。紫外线截止滤光片F对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。利用该紫外线截止滤光片F，有效地截止由发光管40辐射的光中的紫外线以及波长400～425nm的光。由此，从金属卤化物灯L2的外管11基本上仅辐射可见光。
根据本实施形态的金属卤化物灯L2，可以提供附有紫外线截止滤光片的高压放电灯，其几乎没有光色变化等，可以防止对不需要紫外线以及一部分蓝光的生物等造成损伤或防止纸、布等的劣化，作为低诱虫用最佳。
构成紫外线截止滤光片F的紫外线截止材料是以掺杂着铟的氧化锌(ZnO)微粒为主体的。该掺杂着铟的氧化锌(ZnO)微粒大致为球形状，且粒径为10～200nm，优选处于100～200nm的范围，例如约为150nm。
其次，说明本实施例中所使用的紫外线截止滤光片F的制造方法。
首先，将例如水溶液中的醋酸锌与氯化铟水解后干燥，并进行热处理，以此制造作为紫外线截止材料的掺杂In的ZnO粒子。该紫外线截止材料的铟掺杂量相对于Zn而为2.5～7.5重量百分比。使作为该紫外线截止材料的掺杂着In的ZnO粒子分散在乙醇+水的溶剂中，添加二氧化硅粘结剂等，调整分散液的浓度使其处于预期的10～20重量百分比的范围内。将该分散液涂布在外管灯泡11的外表面，使紫外线截止材料涂膜(coating film)的厚度形成为处于0.5～2.0μm的范围，例如约1.0μm。在300～700℃的大气环境下以规定时间对该涂膜进行热处理，从而形成紫外线截止被膜3。
对于紫外线截止滤光片F而言，通过适当调整紫外线截止被膜3的作为主要的紫外线截止材料、即掺杂着In的ZnO粒子的光学特性以及膜厚，可以获得如下特性：波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。由此，可以提供附有紫外线截止滤光片的金属卤化物灯，其没有光色变化等，可以防止对不需要紫外线以及一部分蓝光的生物等造成损伤或防止纸、布等的劣化，作为低诱虫用最佳。
另外，紫外线截止滤光片F并不限定于涂布在金属卤化物灯L的外管灯泡11的外表面，可以形成在外管灯泡11的内表面及外表面中的任一个面上。而且，紫外线截止滤光片F的较理想的光学特性是，50％截止波长约为400～425nm，且大于等于500nm的全透射率大于等于85％。如果50％截止波长是短于波长400nm的短波长侧，则仅可以获得与使用ZnO微粒的先前的紫外线截止滤光片大致相同程度的效果，无法实现低诱虫效果。如果50％截止波长为长于波长425nm的长波长侧，则滤光片的透射光呈现黄色色彩(yellow tinge)，因此无法以自然色来照明被照明物，从而不理想。
而且，紫外线截止滤光片F的大于等于90重量百分比是掺杂了In的ZnO微粒，通过使滤光片中的碳残留量小于等于0.5重量百分比，可以使滤光片的耐热温度大于等于400℃，因此在点亮时成为高温的高压放电灯上涂布且形成紫外线截止滤光片F时可以获得最佳的耐热特性。如果碳残留量超过0.5重量百分比，则易于因使灯继续点亮而导致透射率降低。
而且，通过使紫外线截止滤光片F的膜厚为0.5～2.0μm，掺杂着In的ZnO微粒的平均粒径为100～200nm，则可以获得更高的透射率与降低诱虫性的效果明显的灯或照明器具。
当代替所述掺杂着In的ZnO微粒，而使用单斜晶构造monoclinic(α型)的氧化铋微粒来作为紫外线截止材料时，可以利用如下的方法来制膜。首先，对氯化铋水溶液进行水解之后，进行干燥、热处理，制造出平均粒径为10～100nm，例如约为50nm的单斜晶构造mnoclinic(α型)Bi2O3微粒1。使所获得的微粒分散在含有乙醇以及水的溶剂中，添加适量的二氧化硅(SiO2)等无机粘结剂成分，调整涂布液使微粒的浓度为10～20重量百分比。利用流涂(flow coat)等将该涂布液涂布在玻璃灯泡11的表面，以规定时间进行加热处理，由此在基材1的表面形成厚度约为1.0μm的紫外线截止被膜3。氧化铋(Bi2O3)是化学稳定性优良的材料，且也较容易形成被膜，因此可以较容易地形成耐久性优良的紫外线截止被膜。
图6是表示所述实施形态的紫外线截止滤光片F的光谱透射率的图表。图6的图表中，(A)以及(B)表示将掺杂着In的ZnO粒子用作紫外线截止材料时的紫外线截止滤光片，(C)表示将所述专利文献1中所记载的ZnO用作紫外线截止材料时的先前的紫外线截止滤光片。另外，(A)表示作为紫外线截止材料的掺杂着In的ZnO粒子的In/Zn(摩尔比)约为5.0，(B)表示所述In/Zn(摩尔比)约为3.5的材料。
如图6所示，各紫外线截止滤光片的短波长吸收端侧的透射率50％的波长中，(A)为约418～420nm，(B)为约415nm，(C)为约385nm。而且，对于波长大于等于450nm的可见光的透射率而言，与(A)的紫外线截止滤光片的透射率相比，(B)的紫外线截止滤光片的透射率更高。根据所述情形，通过形成使用(B)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯，可以提供良好的金属蒸气放电灯，该金属蒸气放电灯的紫外线截止良好，且光束降低，没有光色或色温度变化。
图7是表示第1实施形态的金属卤化物灯的光谱辐射特性的图表，图8是表示对图7的400～500nm的波长范围进行放大的图表。图7以及图8的图表中，(A)表示粗虚线，(B)表示细线，(C)表示点划线(dash-dottedline)。(D)所示的粗线表示的是未在外管灯泡11上设置紫外线截止滤光片时的光谱辐射特性，波长大于等于450nm时几乎未发现(A)～(D)的辐射特性中存在差异，所以仅记载粗线(D)。而且，波长小于等于380nm时，也几乎未发现(A)～(C)的辐射特性中存在着差异。
另外，图7以及图8的(E)所示的点线表示昆虫的相对光效曲线，(F)所示的实线表示造纸的相对损伤度曲线D(λ)。
如图7以及图8所示可知，附有(A)以及(B)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯，可以有效地截止波长为405～425nm区域的蓝光。与此对应，可知附有(C)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯，截止各种波长未满405nm的紫外线，但几乎不截止波长大于等于405nm的光，因此与(D)的光谱辐射特性相比几乎未发生变化。
另外，附有(A)以及(B)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯，有效地截止波长为405～425nm区域的蓝光，因此与没有紫外线截止滤光片的(D)的光谱辐射特性相比，总光通量(total luminous flux)已降低了若干，在实际应用方面即使降低5％左右，作为一般照明用途也不会成为问题，从而可以被利用。
图9是表示根据图7的(E)所示的昆虫的相对光效曲线而模拟表示的各短波长吸收端侧的透射率50％的波长的诱虫性的图表。附有(A)以及(B)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯的诱虫性因数(factor)(任意值)为较低的小于等于0.3，相对于此，附有(C)所示的习知的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯的诱虫性因数超过0.5，所以不理想。
图10是表示根据图7的(F)所示的造纸的相对损伤度曲线D(λ)而模拟表示的各短波长吸收端侧的透射率50％的波长的损伤系数的图表。附有(A)以及(B)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯的损伤系数为较低的小于等于0.25，即使在造纸工厂等使用该金属卤化物灯，其对纸片的损伤也不会成为问题，相对于此，附有(C)所示的先前的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯的损伤系数超过0.4，因此作为造纸工厂等所使用的照明用光源则欠佳。
图11是表示附有(A)至(C)的紫外线截止滤光片的金属卤化物灯的x-y色度值的图表。可知短波长吸收端侧的透射率50％的波长依(C)→(B)→(A)而增大，伴随此波长使x-y色度值也上升，但并未达到对一般照明用的显色性(color rendering)造成影响的水准。
如所述的实施形态中所说明般，紫外线截止被膜可以通过如下方式而制作：使作为紫外线截止材料的掺杂着In的ZnO粒子分散在乙醇+水的溶剂中，并调整成规定浓度的分散液之后，在5～50重量百分比的范围内添加规定量的大致相同粒径的氧化锌微粒，其后利用流涂等将所述涂布液涂布在透光性基材1的表面上，在300～500℃的大气环境下以规定时间进行热处理从而制作出紫外线截止被膜。通过添加规定量的氧化锌微粒，可以提高紫外线截止滤光片F在UV-A以及UV-B区域中的紫外线截止特性，且可以尽可能地抑制可见光透射量的降低。另外，还可以代替添加氧化锌微粒而添加氧化铈微粒，或者在添加该氧化锌微粒之后而追加添加氧化铈微粒。
此之前的实施形态中，在外管灯泡11的表面形成紫外线截止被膜而构成紫外线滤光片F，但也可以在该外管灯泡11的表面与紫外线截止膜之间层叠着含有氧化锌微粒以及氧化铈微粒的第2被膜。第2被膜是通过如下方式而形成的：调整以同等比率而分散着20重量百分比的粒径约为50nm的氧化锌微粒以及氧化铈微粒的乙醇，并利用流涂等将该分散液涂布在外管灯泡的外表面。其后，利用流涂等将本实施形态中所调整的分散液涂布在第2被膜3a的表面，从而形成紫外线截止被膜的涂膜，所述分散液中分散着作为紫外线截止材料的掺杂着In的ZnO粒子。继而，可在300～500℃的大气环境下对所层叠的两个被膜同时进行热处理以此进行制膜。具有该层叠被膜的紫外线截止滤光片，可以提高紫外线截止被膜在UV-A以及UV-B区域中的紫外线截止特性，且可以尽可能地抑制可见光透射量的降低。另外，该第2膜可以形成在紫外线截止被膜的外侧表面。
图12是表示本发明的另外其他实施形态的照明器具的示意剖面图。本实施形态中的照明器具是将所述紫外线截止滤光片F用作前面罩玻璃(透光罩)33。高压放电灯L2是未在外管灯泡11上设置着紫外线截止滤光片的250W级的金属卤化物灯，且被收容在照明器具30中而使用。本例的照明器具30具有下面打开的反射体31，该反射体31的顶面具有插座32。反射体31的开口部上设置着作为紫外线截止滤光片F的前面罩玻璃。通过使所述灯头与所述插座32旋接可以将金属卤化物灯L2安装在照明器具30上。
前面罩玻璃33(紫外线截止滤光片F)，是在其外表面以作为紫外线截止材料的掺杂In的ZnO粒子作为主体，且以与第1实施形态相同的方法而形成的。前面罩玻璃F的光学特性为：波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。
如果为所述照明器具30，则可以提供如下的照明器具：没有光色变化等，可以防止对不需要紫外线以及一部分蓝光的生物等造成损伤或防止纸、布等的劣化，作为低诱虫用最佳。
另外，如果使所述实施形态中所说明的紫外线截止滤光片F与具有抗反射效果的SiO2保护膜组合使用，则可以增大可见光透射率。例如，可以在紫外线截止滤光片F之上形成以具有抗反射效果的SiO2微粒为主体的抗反射膜，或者可以在形成着紫外线截止滤光片F的面的相反侧的表面上，形成以SiO2微粒为主体的抗反射膜。具有该抗反射效果的SiO2保护膜，可以通过对有机Si化合物进行热解而由多孔质的SiO2被膜构成。
例如，照明器具的硬质灯泡制灯罩玻璃的透射率，理想的是最大约为92％(实际为92～90％左右)，通过形成以SiO2微粒为主体的抗反射膜，即使为设置着紫外线截止滤光片F的情形，也可以获得比未形成紫外线截止滤光片F的情形更高的透射率。
以SiO2微粒为主体的抗反射膜可以通过如下方式而形成。以成为例如5～15重量百分比的浓度的方式使SiO2粒子(粒径约为50nm)分散在乙醇等溶剂中，适时地将添加了Si化合物等的溶液作为粘结剂而涂布在紫外线截止滤光片F的表面或紫外线截止滤光片F的形成面的相反侧的灯罩玻璃表面上，并进行干燥。或者，使整个灯罩玻璃浸渍在所述溶液中，并将其捞出来之后加以干燥。之后，以200～500℃进行热处理，形成0.2～0.5μm的抗反射膜。由此，可以提供如下高透射率的具有UV截止功能的照明器具，该照明器具的前面玻璃的光学特性为：50％截止波长约为400～425nm且大于等于500nm的全透射率为大于等于92％的高透射率。而且，可以提供如下高透射率的具有UV截止功能的照明器具，该照明器具通过在紫外线截止滤光片F之上形成抗反射膜来作为最外层，即使在严酷的使用条件、环境下使用时耐久性也较 高。另外，毋庸置言，在高压放电灯的外管灯泡上形成该抗反射膜时也可以获得相同的效果。
Claims (13)
1.一种紫外线截止材料，其特征在于：以掺杂着铟的氧化锌微粒为主要成分，该微粒包含具有纤维锌矿的结晶构造的固溶体，且X射线衍射的(110)面的衍射角2θ的衍射峰半值宽度为0.4～0.1°的范围内。
2.如权利要求1所述的紫外线截止材料，其特征在于混合着氧化铈微粒。
3.一种紫外线截止滤光片，其特征在于：其是在透光性基底表面使用了如权利要求1或2所述的紫外线截止材料而形成的。
4.如权利要求3所述的紫外线截止滤光片，其特征在于：在大于等于180℃的温度条件下使用，且以短波长吸收端侧的透射率50％的波长大于等于400nm的方式而构成。
5.一种放电灯，其特征在于包括：
透光性灯泡，内部含有发光单元；以及
紫外线截止滤光片，由如权利要求1或2所述的紫外线截止材料而形成在所述灯泡表面。
6.一种照明器具，其特征在于包括
器具本体；
光源，设置在该器具本体上；
透光性灯罩，以覆盖该光源的方式设置在所述器具本体上；以及
紫外线截止滤光片，由如权利要求1或2所述的紫外线截止材料而形成在所述灯罩表面上。
7.一种放电灯，其特征在于包括：
紫外线截止滤光片，在透光性玻璃基材表面涂布由如权利要求1所述的紫外线截止材料而形成紫外线截止被膜，含有透光性玻璃基材的紫外线截止滤光片，对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％；以及
发光管，周围被该紫外线截止滤光片覆盖。
8.如权利要求7所述的放电灯，其特征在于：所述放电灯是高压放电灯，在透光性玻璃基材表面与紫外线截止被膜之间或紫外线截止被膜上，层叠着第2被膜，该第2被膜是涂布氧化锌以及氧化铈中的至少一种微粒而形成的。
9.如权利要求7或8所述的放电灯，其特征在于：在紫外线截止被膜中添加着氧化锌以及氧化铈中的至少一种微粒。
10.如权利要求7所述的放电灯，其特征在于：在紫外线截止滤光片上含有大于等于90重量百分比的掺杂着铟的氧化锌微粒，且该紫外线截止滤光片中的碳残留量小于等于0.5重量百分比。
11.如权利要求7所述的放电灯，其特征在于：紫外线截止滤光片的膜厚为0.5～2.0μm，掺杂着铟的氧化锌微粒的平均粒径为100～200nm，且紫外线截止滤光片的平均可见透射率大于等于90％。
12.一种照明器具，其特征在于包括：
器具本体；以及
如权利要求7所述的放电灯，设置在该器具本体上。
13.一种照明器具，其特征在于包括：
器具本体；
光源，设置在该器具本体上；
透光性玻璃罩，以覆盖该光源的方式设置在所述器具本体上；以及
紫外线截止滤光片，将该透光性玻璃罩作为透光性玻璃基材，并在该透光性玻璃基材表面上涂布由如权利要求1所述的紫外线截止材料来形成紫外线截止被膜，含有透光性玻璃基材的紫外线截止滤光片，对波长390nm的截止率大于等于90％，短波长吸收端侧的透射率50％的波长为405～425nm，且波长大于等于500nm的整个可见光透射率大于等于85％。
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