CN101189703A - 荧光灯及其制造方法、以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光灯，其含有封入了水银及稀有气体的玻璃管(1)、覆盖于所述玻璃管(1)的内表面的保护膜(3)、以及层叠于保护膜(3)之上的荧光体层(4)；保护膜(3)的厚度为0.5μm～3μm；保护膜(3)由无机粒子所形成，且其体积比为0.1～0.5。所述无机粒子优选为选自氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氧化铈、氧化钇以及卤代磷酸钙之中的至少1种。

Description

荧光灯及其制造方法、以及照明装置
技术领域
本发明涉及荧光灯及其制造方法、以及使用了该荧光灯的照明装置。
背景技术
近年来，荧光灯作为办公室照明和一般家庭的照明而得到了广泛的普及。一般地说，荧光灯的构成是在玻璃管的内表面形成荧光体层，并在玻璃管的内部封入水银和稀有气体。另外，在玻璃管的两端设置有电极，在该电极的作用下，于玻璃管内产生放电，并通过该放电而从水银中产生紫外线，进而在该紫外线的作用下，荧光体层产生可见光，从而使该可见光从玻璃管向外部发射。
该荧光灯与白炽灯泡相比，所具有的特征是发光效率优良，消耗电力较低，但存在的问题是：如果长时间使用，则玻璃管的玻璃中所含有的钠(Na)就会扩散，从而与玻璃管内的水银形成汞齐，引起水银的消耗而使光束维持率降低。为解决这个问题，以前提出了在玻璃管和荧光体层之间形成由无机粒子构成的保护膜等的方案(例如，参照专利文献1、专利文献2)。另外，该保护膜具有如下的效果：使玻璃管内发生的紫外线产生反射，从而防止紫外线向外部的发射，同时提高紫外线的利用效率，以增强荧光灯的光束。
也就是说，专利文献1提出了一种荧光灯，其具有：填充了水银及包含稀有气体在内的封入气体的玻璃管；形成于该玻璃管的内壁面上且以包含勃姆石形氧化铝及γ-氧化铝在内的氧化铝为主体而构成的保护膜；含有设置于该保护膜上的荧光体粒子的荧光体层；以及在封入气体中用于维持放电的机构。
另外，专利文献2提出了一种荧光灯，其具有：玻璃灯泡(glassbulb)；封装在该灯泡内部的电极机构；封入该灯泡内的放电维持介质；形成于该灯泡的内表面部分上，通过以1次粒子的形状呈球状或大致的球形、且粒径的中值为40～75nm的氧化钇为主体，并向其中混合氧化铝而形成的金属氧化物膜；在这个金属氧化物膜上层叠形成的荧光体膜。
如上所述，如果在玻璃管和荧光体层之间设置保护膜，则可以抑制玻璃管内水银的消耗，而且可以提高紫外线的利用率。该保护膜的效果随着保护膜厚度的增加而相应地增大。但是，以前该保护膜的厚度为0.1μm左右，最大被设定为0.2μm左右。这是因为：如果保护膜的厚度超过0.2μm，则在荧光灯的制造时的加热工序中，由于玻璃管和保护膜的膨胀系数不同，所以保护膜有可能从玻璃管上剥离。特别地，在直管状的玻璃管上形成保护膜及荧光体层之后，在通过加热而加工成圆管状的情况下，保护膜在其弯曲部分容易发生剥离。如果保护膜剥离，则荧光体层的剥离也会发生，所以招致光束的降低，从而就会降低作为荧光灯的质量。
专利文献1：特开2001-15017号公报
专利文献2：特开2003-51284号公报
发明内容
本发明为了解决上述的问题，提供一种荧光灯及其制造方法、以及使用了该荧光灯的照明装置，该荧光灯即使将保护膜的厚度增加至超过0.2μm，其保护膜的剥离也不会发生。
本发明提供一种荧光灯，其含有封入了水银及稀有气体的玻璃管、覆盖于所述玻璃管的内表面的保护膜、层叠于所述保护膜之上的荧光体层，所述荧光灯的特征在于：所述保护膜的厚度为0.5μm～3μm，所述保护膜由无机粒子所形成，且所述保护膜的体积比为0.1～0.5。
另外，本发明的照明装置的特征在于：具有所述本发明的荧光灯。
另外，本发明的第1的荧光灯的制造方法的特征在于，其具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在pH被调整到与所述无机粒子的等电点有3以上的差值的水中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布所述保护膜液体的工序；以及使涂布于所述玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序。
另外，本发明的第2的荧光灯的制造方法的特征在于，其具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在含有有机填料的有机溶剂中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布所述保护膜液体的工序；使涂布于所述玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序；以及加热所述保护膜，从而除去所述有机填料的工序。
本发明的荧光灯由于可以抑制玻璃管内水银的消耗，因而可以提高光束维持率，由于可以提高紫外线的利用率，因而使光束得以增强。另外，本发明的荧光灯的制造方法以简便的方法便能够制造保护膜的体积比得以控制的荧光灯。再者，本发明的照明装置由于具有本发明的荧光灯，因而可以提供一种光束、光束维持率等质量特性较高的照明装置。
附图说明
图1是表示本发明的荧光灯的一个实例的局部剖视图。
图2是表示本发明的照明装置的一个实例的台灯型照明装置的立体图。
图3是实施例2的保护膜的电子显微镜照片。
图4是比较例2的保护膜的电子显微镜照片。
图5是表示实施例1及比较例1的光束维持率和照明时间之间的关系的图。
图6是表示实施例2及比较例2的光束维持率和照明时间之间的关系的图。
图7是表示实施例1及实施例8的发射光谱的图。
具体实施方式
本发明的荧光灯含有封入了水银及稀有气体的玻璃管、覆盖于玻璃管的内表面的保护膜、以及层叠于保护膜之上的荧光体层。
另外，上述保护膜的厚度为0.5μm～3μm。由此，可以抑制玻璃管内水银的消耗，而且可以提高紫外线的利用率。当保护膜的厚度低于0.5μm时，由于抑制玻璃管内水银的消耗的效果较小，所以光束维持率低下，由于紫外线的利用率也降低，因而光束得以降低。另外，如果保护膜的厚度超过3μm，则发生保护膜的剥离。保护膜厚度更优选的范围是1μm～2μm。
另外，上述保护膜由无机粒子形成，且其体积比为0.1～0.5。由此，即使将保护膜的厚度设定为0.5～3μm，也可以抑制保护膜的剥离。当保护膜的体积比低于0.1时，由于保护膜的强度低下，所以保护膜的形成变得困难。当保护膜的体积比超过0.5时，则会发生保护膜的剥离。保护膜的体积比更优选的范围是0.2～0.4。
在此，本发明中的所谓“体积比”被定义为：用形成保护膜的无机粒子的粒子密度除形成于玻璃管内表面的保护膜的每单位体积的质量所得到的数值。粒子密度是指粒子的每单位体积的质量，其中粒子的体积是以位于粒子内部的密闭空洞包含在粒子的体积中、而向粒子的外部开放的空洞不包含在粒子的体积中这一方式而求出的。另外，在本说明书中，粒子密度设定由定容积压缩法而求出。
形成保护膜的无机粒子优选为选自氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiO2)、氧化铈(CeO2)、氧化钇(Y2O3)及卤代磷酸钙之中的至少1种，其中，最为优选的是氧化铝和二氧化硅。这是因为：氧化铝和氧化硅都是热稳定的，而且二氧化硅的紫外线的反射率最高，从而可以最大地提高紫外线的利用率。另外，无机粒子的平均粒径优选设定为20nm～200nm。这是因为如果在该范围内，则可以合理地将保护膜的体积比控制在0.1～0.5的范围。
作为上述玻璃管，可以使用直管状玻璃管或圆管状玻璃管，但其它形状的玻璃管也可以使用。
另外，本发明的照明装置是具有上述本发明的荧光灯的照明装置。通过具有本发明的荧光灯，可以提供一种光束维持率及光束得以提高的照明装置。作为照明装置，例如可以列举出室内外照明灯、车内照明灯、紧急灯以及装饰灯等。
另外，本发明的第1的荧光灯的制造方法具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在pH被调整到与无机粒子的等电点有3以上的差值的水中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布保护膜液体的工序；以及使涂布于所述玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序。通过在pH被调配成特定范围的水中，分散具有特定范围的平均粒径的无机粒子，便可以提高无机粒子的分散性，降低保护膜的体积比。
在此，所谓无机粒子的等电点，是指离解后整个无机粒子的电荷平均值为0时的pH。无机粒子的等电点在本说明书中，设定根据日本工业标准(JIS)R1638规定的“精细陶瓷粉末的等电点测量方法”来进行测定。另外，平均粒径在本说明书中，设定采用超声波衰减分光法来进行测定。
具体地说，在上述无机粒子为氧化铝粒子(等电点：7.4～8.6)的情况下，通过将pH设定为4～5.5，便可以将保护膜的体积比设定为0.1～0.5。另外，在上述无机粒子为二氧化硅粒子(等电点：1.8～2.5)的情况下，通过将pH设定为8～10，便可以将保护膜的体积比为0.1～0.5。
另外，本发明的第2的荧光灯的制造方法具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在含有有机填料的有机溶剂中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布保护膜液体的工序；使涂布于玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序；以及加热保护膜，从而除去所述有机填料的工序。在含有有机填料的有机溶剂中，分散具有特定范围的平均粒径的无机粒子，由此可以提高无机粒子的分散性，降低保护膜的体积比。
上述有机填料的含量相对于有机溶剂和有机填料的总计重量，可以设定为1重量％～10重量％。
下面根据附图就本发明的实施方案进行说明。
(实施方案1)
首先，根据附图就本发明的荧光灯的实施方案进行说明。图1是表示本发明的荧光灯的一个实例的局部剖视图。在图1中，直管状的玻璃管1通过支柱(stem)2而使两端得以密封，在内部封入有氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)等的稀有气体和水银。在玻璃管1的内表面上，覆盖着厚度为0.5～3μm、体积比为0.1～0.5的保护膜3。另外，在保护膜3上层叠着含有荧光体的荧光体层4。荧光体层4的厚度通常为15～25μm。灯丝电极6通过2根引线5安设在支柱2上。具有电极端子7的灯头8连接在玻璃管1的两端，电极端子7与引线5进行连接。
本实施方案的荧光灯由于在玻璃管的内表面覆盖着厚度为0.5～3μm的保护膜3，所以玻璃管1内的水银的消耗得以抑制，从而光束维持率得以提高，同时提高了紫外线的利用率，从而使光束得以增强。另外，由于保护膜3的体积比设定为0.1～0.5，所以保护膜3的剥离也不会发生。
保护膜3的形成方法并没有特别的限定，例如只要调配将无机粒子均匀分散于水中的保护膜液体，然后在玻璃管的内表面涂布该保护膜液体并使其干燥即可。保护膜液体的覆盖方法及干燥方法也没有特别的限定，例如只要使保护膜液体从直立的玻璃管的上部自然流下而进行涂布，然后向玻璃管通热风而使其干燥即可。保护膜3厚度的控制可以通过增减保护膜液体的涂布量来进行。另外，为了将体积比控制为0.1～0.5，可以将保护膜液体的pH控制在特定的范围，并将保护膜液体中无机粒子的平均粒径控制在特定的范围。关于该体积比的控制，在实施方案2中进行详细的说明。
荧光体层4的形成方法并没有特别的限定，例如只要调配将荧光体、增稠剂、粘结剂分散于溶剂中的荧光体涂布液，然后将该荧光体涂布液涂布于保护膜3上并使其干燥即可。荧光体层4的厚度的控制可以通过增减荧光体涂布液的涂布量来进行。
作为上述荧光体涂布液的溶剂，可以使用水、醋酸丁酯等。另外，作为上述荧光体，可以单独或混合使用铕活化氧化钇荧光体、铈铽活化磷酸镧荧光体、铕活化卤代磷酸锶荧光体、铕活化钡镁铝酸盐荧光体、铕锰活化钡镁铝酸盐荧光体、铽活化铈铝酸盐荧光体、铽活化铈镁铝酸盐荧光体、锑活化卤代磷酸钙荧光体等。
上述增稠剂用于提高荧光体涂布液的附着性，例如优选为聚环氧乙烷、乙基纤维素、硝酸纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等，其中特别优选的是聚环氧乙烷。这是因为：聚环氧乙烷由于可燃性较高，因而在荧光体的烧结时容易除去。增稠剂的量优选相对于每1kg的荧光体，为1g～50g。这是因为：如果在该范围内，则将进一步提高荧光体的涂布膜的均匀性。
上述粘结剂用于使荧光体粒子相互之间发生键合以提高荧光体层的强度，例如可以使用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化锌等，其中，特别优选的是氧化铝。这是因为氧化铝的粘结力较大。粘结剂的平均粒径优选为0.01～2μm。这是因为：如果在该范围内，则荧光体粒子之间均匀地分散，从而可以使荧光体粒子相互之间得以切实地粘结。另外，粘结剂的量优选相对于每1kg的上述荧光体，为5g～60g。这是因为：如果在该范围内，则可以充分发挥出粘结力。
关于本实施方案的荧光灯，其形状、尺寸、瓦数、以及荧光灯发出的光颜色、演色性等并没有有特别的限定。关于形状，不只限于本实施方案的直管，例如可以采用圆形、双环形、成对形(twin shape)、紧凑形、U字形、灯泡形等，也包含液晶背后照明(backlight)用细管等。关于尺寸，例如有4形～110形等。关于瓦数，例如有几瓦～一百几十瓦等。关于光颜色，例如有日光色、白光色、白色、温白色、电灯泡色等。
(实施方案2)
其次，就本发明的荧光灯的制造方法的实施方案进行说明。但是，本实施方案所使用的无机粒子和玻璃管由于可以使用与实施方案1所说明的同样的无机粒子和玻璃管，所以在此省略了其说明。
本发明的第1的荧光灯的制造方法的一个实例具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在pH被调整到与无机粒子的等电点有3以上的差值的水中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布保护膜液体的工序；以及使涂布于玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序。
将保护膜液体的pH控制在特定的范围，且将保护膜液体中无机粒子的平均粒径控制在20nm～200nm，由此可以将保护膜的体积比控制为0.1～0.5。
具体地说，例如在使用平均粒径为20～200nm、等电点为7.4～8.6的氧化铝(矾土)作为无机粒子的情况下，通过将保护膜液体的pH设定为4～5.5，便可以将保护膜的体积比设定为0.1～0.5。另外，在使用平均粒径为20～200nm、等电点为1.8～2.5的二氧化硅(硅石)作为无机粒子的情况下，通过将保护膜液体的pH设定为8～10，便可以将保护膜的体积比设定为0.1～0.5。这是因为：一般认为保护膜的体积比与保护膜液体中的无机粒子的分散性有关，如果分散性得以提高，则体积比也就降低。虽然不明确保护膜液体的pH和特定粒径的无机粒子的分散性之间的关系，但一般认为与无机粒子的Zeta电位有关。在此，所谓Zeta电位，是指在异相界面产生的界面电位，常常用于微粒分散体系的稳定性分析中。另外还知道，Zeta电位随粒子的等电点和粒子液体的pH的变化而变化。也就是说，一般认为粒子的等电点与粒子液体的pH之差越小，其粒子的Zeta电位就越小，相反，粒子的等电点和粒子液体的pH之差越大，其粒子的Zeta电位就越大。
也就是说，一般认为通过使含有平均粒径为20～200nm的氧化铝粒子(等电点：7.4～8.6)的保护膜液体的pH为4～5.5，则氧化铝粒子的Zeta电位得以提高，结果氧化铝粒子的静电排斥力增大，从而氧化铝粒子可以维持高分散状态。另外，一般还认为：例如通过使含有平均粒径为20～200nm的硅石粒子(等电点：1.8～2.5)的保护膜液体的pH为8～10，则硅石粒子的Zeta电位得以提高，结果硅石粒子的静电排斥力增大，从而硅石粒子可以维持高分散状态。
另一方面，一般认为不对上述pH进行控制的以前的保护膜液体与进行了pH控制的保护膜液体相比，无机粒子的Zeta电位相对降低，无机粒子的静电排斥力减小，从而由于无机粒子的凝集而使保护膜液体的分散性降低，这样便难以将保护膜的体积比设定为0.5以下。
如上所述，在本实施方案中，保护膜的厚度控制可以通过增减保护膜液体的涂布量来进行，保护膜液体的涂布方法及干燥方法并没有特别的限定。
如上所述，作为上述的无机粒子，可以使用氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiO2)、氧化铈(CeO2)、氧化钇(Y2O3)以及卤代磷酸钙，但是，由于MgO和ZnO是酸或碱可溶的，CeO2及Y2O3是酸可溶的，所以当在这些无机粒子所溶解的pH区域调配保护膜液体的pH时，为了抑制无机粒子的溶解和变质等，必需在短时间内完成从保护膜液体的调配到保护膜的形成的过程。
另外，本发明的第2的荧光灯的制造方法的一个实例具有：使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在含有有机填料的有机溶剂中以调配保护膜液体的工序；在玻璃管的内表面上涂布保护膜液体的工序；使涂布于玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序；以及加热保护膜，从而除去有机填料的工序。
在含有有机填料的有机溶剂中，通过使用分散着平均粒径为20nm～200nm的无机粒子的保护膜液体，便可以将保护膜的体积比控制为0.1～0.5。一般认为这是因为：如果在保护膜液体中含有有机填料，则该有机填料分散在无机粒子的周围，以致无机粒子相互之间的凝集受到抑制，从而无机粒子可以维持高分散状态。也就是说，如果把含有无机粒子和有机填料的保护膜液体涂布于玻璃管上，则在玻璃管的表面所形成的保护膜成为无机粒子和有机填料混合存在的保护膜，其后通过加热使有机填料燃烧或分解等而将其除去，由此便可以将保护膜的体积比设定为0.1～0.5。
作为上述的有机溶剂，并没有特别的限定，例如可以使用醋酸丁酯、二甲苯、丁醇、异丙醇等。
另外，作为上述有机填料，只要是不溶解于上述有机溶剂中而可以在500℃左右的温度下将其除去，就没有特别的限定，例如可以使用乙基纤维素以及硝酸纤维素等。
上述有机填料的含量相对于有机溶剂和有机填料的总计重量，可以设定为1重量％～10重量％。
加热保护膜以除去有机填料的方法并没有特别的限定，但是，有机填料通常在玻璃管中烧结保护膜和荧光体层时，因加热而得以除去。
本发明的第2的荧光灯的制造方法由于不会有无机粒子溶解于保护膜液体中，所以在使用可溶于上述的酸和/或碱的无机粒子而形成保护膜的情况下是特别有效的。
另外，在上述的本发明的第1的荧光灯的制造方法中，在以水作为分散介质的保护膜液体中，也可以进一步添加有机填料。这样，可以进一步降低保护膜的体积比。作为在以水为分散介质的保护膜液体中使用的有机填料，例如可以列举出聚环氧乙烷、羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。另外，这时的有机填料的含量相对于水和有机填料的总计重量，可以设定为1～3重量％。
(实施方案3)
其次，根据附图就本发明的照明装置的实施方案进行说明。图2是表示本发明的照明装置的一个实例的台灯型照明装置的立体图。在图2中，台灯型照明装置11具有2个在实施方案1中说明的荧光灯12，可以通过开关13进行ON-OFF控制和光量控制。
本实施方案的照明装置由于使用实施方案1的荧光灯，故而可以提供一种光束维持率和光束得以提高的照明装置。
下面基于实施例就本发明进行说明。
(实施例1)
<保护膜液体的调配>
将60g平均粒径为70nm、等电点为8.5的氧化铝(矾土)添加到260gpH被调整为5的醋酸水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此调配出保护膜液体。氧化铝的平均粒径是使用调配的保护膜液体并采用超声波衰减分光法所测得的数值，是处于在保护膜液体中被分散的状态时无机粒子的平均粒径的数值。具体地说，采用Matec Applied Sciences公司生产的粒度分布测量装置“APS-100”，测量了氧化铝的平均粒径。在本实施例以外的其它实施例和比较例中，氧化铝等无机粒子的平均粒径也与本实施例同样地进行了测量。
<荧光体涂布液的调配>
首先，作为荧光体涂布液的材料，准备以下的材料。
(1)溶剂：蒸馏水1700g
(2)荧光体：作为红色荧光体，铕活化氧化钇荧光体(Y2O3:Eu3+，以下称为“YOX”)350g；作为绿色荧光体，铈铽活化磷酸锶荧光体(LaPO4:Ce3+，Tb3+，以下称为“LAP”)350g；以及作为蓝色荧光体，铕活化铝酸钡镁荧光体((Sr，Ca，Ba)10(PO4)6 Cl2:Eu2+，以下称为“SCA”)300g
(3)增稠剂：重均分子量约为100万的聚环氧乙烷15g
(4)粘结剂：平均粒径为50nm的氧化铝15g
其次，使用搅拌装置在蒸馏水中使聚环氧乙烷溶解后，依次添加荧光体和氧化铝并进行搅拌，由此便调配出荧光体涂布液。
<直管荧光灯的制作>
使用上述保护膜液体和荧光体涂布液，按以下的方法制作20W直管型荧光灯。首先，向以垂直方向成为长度方向的方式所设置的钠玻璃制直管状的玻璃管中，从上部流入上述的保护膜液体，使其自然流下而在玻璃管的内侧附着保护膜液体。其后，在大约60℃的热风中使附着的保护膜液体干燥4分钟，便在玻璃管的内表面上形成出保护膜。
其次，向形成有保护膜的玻璃管中，从上部流入上述荧光体涂布液，使其自然流下而在保护膜上附着荧光体涂布液。然后，在大约60℃的热风中，使附着的荧光体涂布液干燥大约10分钟，从而将荧光体层层叠于保护膜上。之后，将整个玻璃管放入气体炉中，在空气中于大约550℃的温度下加热大约3分钟，使保护膜和荧光体层烧结并固定在玻璃管上。保护膜的设计厚度为2μm，荧光体层的设计厚度为20μm。接着在玻璃管的两端部，熔合安装有电极的带有排气管的玻璃，从排气管用回转泵抽真空以排出玻璃管内部的空气。最后，封入水银和氩气，安设灯头，从而制作出荧光灯。
(实施例2)
<保护膜液体的调配>
将60g平均粒径为70nm、等电点为2的二氧化硅(硅石)添加到300g pH被调整为8的氨水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此调配出保护膜液体。
<荧光体涂布液的调配>
首先，作为荧光体涂布液的材料，准备了以下的材料。
(1)溶剂：醋酸丁酯400g
(2)荧光体：作为红色荧光体，YOX350g；作为绿色荧光体，LAP350g；以及作为蓝色荧光体，铕活化卤代磷酸锶(BaMgAl10O17:Eu2+，以下称为“BAM”)300g
(3)增稠剂：乙基纤维素40g
(4)粘结剂：60质量％的CaO0.7BaO1.6B2O3和40质量％的CaP2O7的混合陶瓷(粒径：0.5～1μm)30g
其次，使用搅拌装置而使乙基纤维素溶解于醋酸丁酯中，然后，依次添加荧光体和混合陶瓷并进行搅拌，由此便调配出荧光体涂布液。
<圆管荧光灯的制作>
使用上述保护膜液体和荧光体涂布液，按以下的方法制作30W圆管型的荧光灯。首先，向以垂直方向成为长度方向的方式所设置的钠玻璃制直管状的玻璃管中，从上部流入上述的保护膜液体，使其自然流下而在玻璃管的内侧附着保护膜液体。其后，在大约60℃的热风中使附着的保护膜液体干燥4分钟，便在玻璃管的内表面上形成出保护膜。
其次，向形成有保护膜的玻璃管中，从上部流入上述荧光体涂布液，使其自然流下而在保护膜上附着荧光体涂布液。然后，在大约60℃的热风中，使附着的荧光体涂布液干燥大约10分钟，从而将荧光体层层叠于保护膜上。之后，将整个玻璃管放入气体炉中，在空气中于大约550℃的温度下加热大约3分钟，使保护膜和荧光体层烧结并固定在玻璃管上。保护膜的设计厚度为2μm，荧光体层的设计厚度为20μm。接着在玻璃管的两端部，熔合安装有电极的带有排气管的玻璃，将玻璃管加热到700℃而弯曲成环状。其次，从排气管用回转泵抽真空以排出玻璃管内部的空气，然后封入水银和氩气，安设灯头，从而制作出荧光灯。
(比较例1)
<保护膜液体的调配>
将30g平均粒径为70nm、等电点为8.5的氧化铝加入到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。
<直管荧光灯的制作>
除使用上述保护膜液体而形成设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作荧光灯。
(比较例2)
<保护膜液体的调配>
将30g平均粒径为80nm、等电点为2的硅石加入到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。
<圆管荧光灯的制作>
除使用上述保护膜液体而形成设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例2同样地制作荧光灯。
<保护膜的厚度和体积比的测量>
按如下的方法求出实施例1、2及比较例1、2的各荧光灯的保护膜的厚度和体积比。
保护膜的厚度根据玻璃管的表面所形成的保护膜的断面的电子显微镜照片进行测量。具体地说，测量玻璃管的两端及中央部这3点的保护膜厚度，将其平均值设定为保护膜的厚度。
作为参考，图3表示了实施例2的保护膜的电子显微镜照片，图4表示了比较例2的保护膜的电子显微镜照片。从图3及图4可知，在玻璃管1和荧光体层4之间形成了保护膜3。
其次，使用上述的电子显微镜照片，求出玻璃管表面上保护膜的整个占有体积V。接着，用毛刷除去保护膜上的荧光体层之后，用刮刀从玻璃管上剥离保护膜，测量剥下的保护膜粒子的整个质量M。然后，使用筒井理化学器械公司生产的筒井空气-氦气式粒子密度测量装置，根据定容积压缩法测量了保护膜粒子的粒子密度D。由这些测量值计算M/(V×D)，将其作为保护膜的体积比。
<荧光灯的总光束的测量>
使用实施例1、2及比较例1、2的各荧光灯，用积分球测量100小时照明时的总光束。
以上的结果如表1所示。
表1
保护膜的厚度(μm) 保护膜的体积比  总光束(1m)
    实施例1     2.2     0.32     1379
    实施例2     2.1     0.28     2078
    比较例1     0.19     0.62     1349
    比较例2     0.23     0.58     2018
从表1可知，在直管型荧光灯的情况下，实施例1与比较例1相比，总光束大约提高2％，在圆管型荧光灯的情况下，实施例2与比较例2相比，总光束大约提高3％。
<荧光灯的光束维持率的测量>
连接如上述那样测量了总光束的各荧光灯并点亮，求出在各照明时间的光束维持率。光束维持率被定义为：在将荧光灯照明100小时时的总光束设定为A(1m)，将此后荧光灯照明特定时间时的总光束设定为B(1m)的情况下，用(B/A)×100表示的数值(％)。其结果如图5及图6所示。从图5可知，在直管型荧光灯的情况下，照明时间为10000小时的实施例1的光束维持率是85％，与此相对照，比较例1则为80％。另外，从图6可知，在圆管型荧光灯的情况下，照明时间为9000小时的实施例2的光束维持率维持在80％以上，与此相对照，比较例2则降低至60％。
<保护膜的体积比的最优化>
其次，尝试了保护膜的体积比的最优化。首先，使用与实施例1同样的材料，使保护膜的厚度和体积比发生变化而制作直管荧光灯，根据目测观察保护膜的剥落。其结果如表2所示。在表2中，完全没有观察到保护膜的剥落的荧光灯用“○”表示，观察到5mm见方以上的膜剥落的荧光灯用“×”表示，观察到小于5mm见方的膜剥落的荧光灯用“△”表示。
表2
    厚度(μm)                                      保护膜的体积比
    0.1     0.2   0.3   0.4   0.5     0.6     0.7     0.8
    0.2     -     -   -   -   -     ○     ○     ○
    0.5     ○     ○   ○   ○   ○     △     △     △
    1     ○     ○   ○   ○   ○     ×     ×     ×
    2     ○     ○   ○   ○   ○     -     -     -
    3     ○     ○   ○   ○   ○     -     -     -
    4     ×     ×   ×   ×   ×     -     -     -
从表2可知，当保护膜的厚度在0.5～3μm的范围，且保护膜的体积比在0.1～0.5的范围时，完全没有观察到保护膜的剥落。再者，将完全没有观察到保护膜的剥落的该荧光灯照明到10000小时而测量了光束维持率，结果当保护膜的厚度为1～2μm的范围，且保护膜的体积比为0.2～0.4的范围时，可以维持85％以上的光束维持率。
另一方面，体积比低于0.1的保护膜由于膜强度减小，所以保护膜的形成比较困难。另外，如果保护膜的厚度为4μm，则即使将体积比设定为0.5以下，也会有剥落的发生。
此外，在表2中，保护膜的体积比的数值及厚度0.2μm和0.5μm的数值，分别是小数点后2位四舍五入的数值，保护膜厚度1～4μm的数值，分别是小数点后1位四舍五入的数值。下表3也是同样的。
其次，使用与实施例2同样的材料，改变保护膜的厚度和体积比而制作圆管荧光灯，根据目测观察了保护膜的剥落。其结果如表3所示。在表3中，完全没有观察到保护膜的剥落的荧光灯用“○”表示，观察到5mm见方以上的膜剥落的荧光灯用“×”表示。
表3
    厚度(μm)                                        保护膜的体积比
    0.1   0.2   0.3   0.4   0.5   0.6   0.7   0.8
    0.2     -   -   -   -   -   ○   ○   ○
    0.5     ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×   ×
    1     ○   ○   ○   ○   ○   -   -   -
    2     ○   ○   ○   ○   ○   -   -   -
    3     ○   ○   ○   ○   ○   -   -   -
    4     ×   ×   ×   ×   ×   -   -   -
从表3可知，当保护膜的厚度在0.5～3μm的范围，且保护膜的体积比为0.1～0.5的范围时，完全没有观察到保护膜的剥落。再者，将完全没有观察到保护膜的剥落的该荧光灯照明到9000小时而测量了光束维持率，结果当保护膜的厚度在1～2μm的范围，且保护膜的体积比为0.2～0.4的范围时，可以维持80％以上的光束维持率。
另一方面，体积比低于0.1的保护膜由于膜强度减小，所以保护膜的形成比较困难。另外，如果保护膜的厚度为4μm，则即使将体积比设定为0.5以下，也会有剥落的发生。
(实施例3)
将40g平均粒径为20nm的氧化锌(ZnO)添加到300cm3含有5％重量的乙基纤维素(有机填料)的醋酸丁酯溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度为2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作荧光灯。
(实施例4)
将60g平均粒径为50nm、等电点为6的氧化钛(TiO2)添加到260g pH被调整为9的氨水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度为2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(实施例5)
将50g平均粒径为100nm、等电点为12的氧化镁(MgO)添加到260gpH被调整为5的醋酸水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(实施例6)
将110g平均粒径为50nm、等电点为7的氧化铈(CeO2)添加到300gpH被调整为4的醋酸水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(实施例7)
将70g平均粒径为150nm、等电点为9.3的氧化钇(Y2O3)中添加到300g pH被调整为5的醋酸水溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(比较例3)
将20g平均粒径为20nm的氧化锌(ZnO)添加到300cm3醋酸丁酯溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(比较例4)
将20g平均粒径为50nm、等电点为6的氧化钛(TiO2)添加到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(比较例5)
将15g平均粒径为100nm、等电点为12的氧化镁(MgO)添加到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(比较例6)
将50g平均粒径为50nm、等电点为7的氧化铈(CeO2)添加到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成了设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
(比较例7)
将20g平均粒径为150nm、等电点为9.3的氧化钇(Y2O3)添加到300g蒸馏水中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成了设计厚度为0.2μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
<保护膜的厚度和体积比的测量>
与实施例1同样，求出了实施例3～7及比较例3～7的各荧光灯的保护膜的厚度和体积比。
<荧光灯的总光束的测量>
使用实施例3～7和比较例3～7的各荧光灯，用积分球测量了100小时照明时的总光束。
<荧光灯的光束维持率的测量>
使用如上述那样测量了总光束的实施例3～7及比较例3～7的各荧光灯，与实施例1同样地求出了各照明时间的光束维持率。
以上的结果如表4所示。在表4中，表示了照明时间为10000小时的光束维持率。
表4
保护膜的厚度(μm)    保护膜的体积比 总光束(1m) 光束维持率(％)
  实施例3     2.9     0.35     1362     80
  实施例4     2.6     0.45     1340     80
  实施例5     1.3     0.48     1375     88
  实施例6     1.3     0.36     1365     78
  实施例7     2.5     0.42     1360     82
  比较例3     0.3     0.62     1325     70
  实施例4     0.5     0.62     1305     63
  实施例5     0.15     0.57     1338     81
  实施例6     0.1 5     0.5     1328     60
  实施例7     0.5     0.53     1326     75
从表4可知，当对使用了同种无机粒子的实施例和比较例进行比较时，则实施例3～7与比较例3～7相比较，总光束分别提高了大约2％。另外还知道，如果进行同样的比较，则实施例3～7与比较例3～7相比较，光束维持率也得以提高。
(实施例8)
将20g平均粒径为20nm的氧化锌(ZnO)和40g平均粒径为70nm的氧化铝(矾土)添加到300cm3含有重量％乙基纤维素(有机填料)的醋酸丁酯溶液中，使用搅拌装置进行搅拌，由此便调配出保护膜液体。除使用该保护膜液体而形成了设计厚度为3μm的保护膜以外，其余与实施例1同样地制作了荧光灯。
<保护膜的厚度和体积比的测量>
与实施例1同样，求出了实施例8的荧光灯的保护膜的厚度和体积比。其结果是，体积比为0.5，厚度为2.8μm。
<荧光灯的总光束的测量>
使用实施例8的荧光灯，用积分球测量了100小时照明时的总光束。其结果为1370(lm)。该数值是仅使用了氧化铝的实施例1的总光束1379(lm)和仅使用了氧化锌的实施例3的总光束1362(lm)的大致中间值。一般认为这是因为：氧化锌的折射率1.9比氧化铝的折射率1.7高，所以可见光可取出的发射强度(光束)与只有氧化铝的情况相比，随添加氧化锌的量而相应地降低。
<发射光谱的测量>
使用实施例1及实施例8的荧光灯，测量了在紫外线区域(300～400nm)的发射光谱。其结果如图7所示。从图7可知，在实施例8中，近紫外线区域中的近紫外线的发射强度的峰值与实施例1相比，可以降低到大约1/10。这是因为：氧化锌与氧化铝相比较，近紫外线的遮断性能较高。
本发明在不脱离其宗旨的范围内，即使作为上述以外的方案，也是可以实施的。本申请所公开的实施方案只是一个实例，本发明并不局限于此。附加的权利要求书的记载比上述说明书的记载更优先地解释本发明的范围，在与权利要求书等同的范围内的所有变更，均包含在权利要求书中。
正如以上所说明的那样，本发明可以提供一种光束维持率和光束得以提高的荧光灯及该荧光灯的制造方法、以及使用了该荧光灯的照明装置，从而其具有较大的工业价值。

Claims (11)

1.一种荧光灯，其含有封入了水银及稀有气体的玻璃管、覆盖于所述玻璃管的内表面的保护膜、以及层叠于所述保护膜之上的荧光体层，所述荧光灯的特征在于：
所述保护膜的厚度为0.5μm～3μm，
所述保护膜由无机粒子所形成，且所述保护膜的体积比为0.1～0.5。
2.根据权利要求1所述的荧光灯，其中，所述体积比为0.2～0.4。
3.根据权利要求1所述的荧光灯，其中，所述保护膜的厚度为1μm～2μm。
4.根据权利要求1所述的荧光灯，其中，所述无机粒子为选自氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氧化铈、氧化钇以及卤代磷酸钙之中的至少1种。
5.根据权利要求1所述的荧光灯，其中，所述玻璃管为选自直管状玻璃管及圆管状玻璃管之中的任一种。
6.一种照明装置，其特征在于：具有权利要求1～5的任一项所述的荧光灯。
7.一种根据权利要求1～5的任一项所述的荧光灯的制造方法，其特征在于，具有：
使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在pH被调整到与所述无机粒子的等电点有3以上的差值的水中以调配保护膜液体的工序；
在玻璃管的内表面上涂布所述保护膜液体的工序；以及
使涂布于所述玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序。
8.根据权利要求7所述的荧光灯的制造方法，其中，在所述无机粒子为氧化铝粒子的情况下，所述pH为4～5.5。
9.根据权利要求7所述的荧光灯的制造方法，其中，在所述无机粒子为二氧化硅粒子的情况下，所述pH为8～10。
10.一种根据权利要求1～5的任一项所述的荧光灯的制造方法，其特征在于，具有：
使平均粒径为20nm～200nm的无机粒子分散在含有有机填料的有机溶剂中以调配保护膜液体的工序；
在玻璃管的内表面上涂布所述保护膜液体的工序；
使涂布于所述玻璃管上的保护膜液体干燥，从而在玻璃管的表面形成保护膜的工序；以及
加热所述保护膜，从而除去所述有机填料的工序。
11.根据权利要求10所述的荧光灯的制造方法，其中，所述有机填料的含量相对于所述有机溶剂和所述有机填料的总计重量，为1重量％～10重量％。
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