CN102891067A

CN102891067A - 荧光灯

Info

Publication number: CN102891067A
Application number: CN2012102479609A
Authority: CN
Inventors: 田川幸治; 朝山淳哉
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2013-01-23
Also published as: JP2013025968A; JP5387626B2; TWI493596B; TW201306089A

Abstract

提供一种荧光灯，包括：由石英玻璃制成的发光管和涂布于该发光管的内表面、放射紫外光的荧光体层，该荧光灯可以高效地放射波长200～260nm的紫外光，并且所述发光管的内表面上的荧光体层不容易剥落。其特征在于所述荧光体层包括用通式(Y_1-x,Pr_x)Al₃B₄O₁₂表示的荧光体。其特征还在于所述荧光体中x为0.05～0.07的范围。

Description

荧光灯

技术领域

本发明涉及放射紫外光的荧光灯，特别是涉及发光波长在200～250nm附近的荧光灯。

背景技术

紫外线用于各种处理对象物的改性或者通过利用了光化学反应的处理而制造物质等场合。并且，在例如用紫外线对粘合剂等树脂进行硬化处理或者印刷基板等的曝光处理中，用到了200nm左右的紫外光。

此外，在近来的半导体制造工序中，提升低电容率膜（low-k膜）的机械强度的工序也用到了同样波长范围的紫外光。

近年来，在上述半导体的低电容率膜（low-k膜）的制造中，随着装置的高集成化，对于精密布线和多层布线结构的需要不断提高，出于降低电力消耗的同时增加装置的处理速度的目的，为减少层间容量，开始使用low-k膜材料。

因此，随着材料电容率的减少，材料的机械强度（弹性率，或者EM）减少的问题不容忽视，出于增大机械强度的目的，开始将之前通过热（退火）进行的硬化处理，改为通过紫外线照射进行硬化处理，从而改善强度低下的问题。

并且，对于用于上述的改善low-k膜强度的紫外光，如专利文献1（特开2009-289996号公报）所记载，包括波长200nm左右光线的紫外线是有效的，特别是200～260nm，更优选220～250nm的光是必要的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-289996号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

众所周知，以往使用的放射200nm左右波长范围紫外光的灯是在发光管内部封入有水银的长弧形高压水银灯。

然而，由于上述紫外线放射灯在发光管内部封入了水银，其性能自然就依赖于水银的蒸发状态，因而由于使用灯的周围的温度条件，存在点亮延迟、发光性能不稳定的问题。

此外，由于作为水银主要的谐振线，高压水银灯放射代表性的250～320nm范围的光，存在对于low-k膜的强度改善来说必要的200～260nm、优选220～250nm的光输出不足的问题。

更进一步地，由于高压水银灯的发光管内部装有电极，电极寿命由电极所包含的发射极的枯竭状态决定，因而通常存在其寿命短至1万小时以内、运行成本变大的问题。

因此，需要开发波长200～260nm、优选220～250nm的光输出大、不使用水银、寿命长的光源。

鉴于上述情况，本发明提供一种不使用水银作为放电气体、波长200～260nm的紫外线发光强度大、换言之变换效率高的荧光灯。

解决问题的手段

为解决上述问题，本发明的荧光灯包括：由石英玻璃制成的、内部封入含有氙气的放电气体的发光管；配置在该发光管外部的一对电极；和形成于所述发光管的内表面的荧光体层，其特征在于，所述荧光体层包括用通式(Y_1-x,Pr_x)Al₃B₄O₁₂表示的荧光体。

本发明的特征还在于，所述荧光体中x为0.05～0.07的范围。

本发明的特征还在于，所述发光管和荧光体层之间形成有由软质玻璃或硬质玻璃制成的玻璃层。

本发明的特征还在于，所述发光管的内表面形成有紫外线反射膜。

本发明的特征还在于，所述紫外线反射膜含有焦磷酸钙（Ca₂P₂O₇）、磷酸钙（Ca₃(PO₄)₂）、焦磷酸镁（Mg₂P₂O₇）或者Ba-Na-Si-O中的任一种。

发明效果

本发明的荧光灯具有在200nm左右的发光光谱下有效发光，且长时间点亮导致的劣化程度低的效果。

并且，由于发光管与荧光体层之间形成有玻璃层，荧光体层与发光管牢固结合，不会发生剥离、脱落。

附图说明

图1是本发明的荧光灯的剖视图。

图2是图1中P部分的放大剖视图。

图3是本发明另一实施例的剖视图。

图4是本发明的荧光灯的发光光谱图。

图5是本发明的荧光灯的发光效率（相对值）图。

具体实施方式

图1为本发明一种实施方式的荧光灯的剖视图，（A）是轴向剖视图，（B）是径向剖视图。并且，图2是图1（A）的放大剖视图。

如图1所示，在石英玻璃制成的发光管2的外周面上，一对外部电极3、4相对配置，该外部电极3、4沿管轴方向延伸，大致呈带状，由例如银（Ag）和烧结玻璃混合成的银糊、金（Au）和烧结玻璃混合成的金糊等导电膜形成。

所述外部电极3、4分别与导线W1、W2相连接，并连接到产生高频电压的电源8。

发光管2由对波长200nm范围的紫外线透过性高的石英玻璃制成，可以使用熔融石英玻璃、合成石英玻璃、无臭氧石英玻璃中的任一种。不过，为降低由紫外线引起的劣化，在此优选使用OH基浓度在100ppm以上的石英玻璃。

并且，发光管2内封入作为放电气体的稀有气体，稀有气体可以是单一的氙气，也可以是氙气和其他稀有气体的混合气体。

如图2所详示，所述发光管2的内表面形成有几乎分布于整个范围的玻璃层5。并且该玻璃层5的内表面上层叠形成有荧光体层6。

玻璃层5是为了将荧光体层6附着在构成发光管2的石英玻璃上，该玻璃的特性优选软化点处于荧光体的烧成温度（400～900℃）范围内，材质具体为软质玻璃或硬质玻璃等。特别优选为耐热冲击性良好的硬质玻璃。

通过使这样的玻璃层5介于荧光体层6和发光管2之间，可以获得如下效果。

荧光体层6直接附着在发光管2的情况下，在发光管2的内表面涂布荧光体之后，要经过将烧成温度提升到构成发光管2的玻璃的温度附近的烧成工序。然而，在将石英玻璃用作发光管材料时，其软化点约为1600℃，将荧光体加热到这样高的温度范围时，会使荧光体发生劣化，无法得到所需的光。另一方面，如果将荧光体的烧成温度降低到其发光特性不会产生问题的温度范围，例如900℃以下进行烧成，又会引起石英玻璃无法软化，荧光体层6从管壁剥落的问题。结果造成无法得到所需的配光分布的问题。

根据本实施方式的荧光灯，由于在发光管2内表面上形成的玻璃层5由软化点低于石英玻璃的软质玻璃或硬质玻璃等制成，可以将荧光体的烧成温度设定得更低，并保持荧光体层6的稳定。进一步地，由于将玻璃层5自身的厚度设为3～30μm左右即可保持荧光体层6，玻璃层5并不会造成透过率显著的降低。

作为所述玻璃层5具体的材质，如果是硬质玻璃，优选硼硅酸玻璃（Si-B-O系玻璃，软化点：约800℃）、铝硅酸玻璃（Si-Al-O系玻璃，软化点：约900℃）或者以从中任选的组成为基础再添加碱土类金属氧化物或碱金属氧化物、金属氧化物的玻璃，这样的硬质玻璃可以单独使用，也可以以适当比例混合使用。另外，玻璃的形态优选粉末状。

如上所述，由于在发光管2的内表面上形成有玻璃层5，如上所述，在玻璃层5上层叠形成的荧光体层6牢固地保持在发光管2上，荧光体层6不会剥离、脱落，能够提供可靠性高的荧光灯。

而且，由于使用紫外线透过率高的石英玻璃作为发光管2的材质，可以得到对波长200nm左右（200～260nm，优选220～250nm）的紫外光透过率良好，紫外光的放射效率高的荧光灯。

构成荧光体层6的荧光体，是在被氙气的受激准分子发光放射出的146nm、172nm等真空紫外光的照射后受到激发，波长200nm左右、具体地说波长200～260nm、优选220～250nm的发光特性良好的荧光体，用下述通式表示。

(Y_1-x,Pr_x)Al₃B₄O₁₂，优选x=0.05～0.07

由于使用上述荧光体，可以提供良好的荧光灯，其在波长200～260nm、优选220～250nm的发光特性最佳，效率极高。

本发明中，灯的构造可以有各种变形，图3示例地显示了其中几种。

图3(A)中，去掉了荧光体层6的圆周形的一部分，该部分即成为光线放出用的缝隙10。由于这样的结构，发光管2内部产生的200～260nm的紫外光，由荧光体层6表面的反射引导至缝隙部分，从该缝隙10高效地放射出紫外光。

另外，在图3(B)中，在发光管2的内表面形成有紫外线反射膜7，其圆周形缺少一部分而形成缝隙10，在该紫外线反射膜7上层叠形成玻璃层5和荧光体层6。

所述紫外线反射膜7含有焦磷酸钙（Ca₂P₂O₇）、磷酸钙（Ca₃(PO₄)₂）、焦磷酸镁（Mg₂P₂O₇）以及Ba-Na-Si-O中的任一种，优选其总量在膜中超过50%。

由此，发光管2内产生的紫外线在该发光管内经紫外线反射膜7反射，依次透过缝隙10部分的荧光体层6、玻璃层5，向发光管2的外部有指向性地放射。

图3(C)中示例了在图(B)的基础上荧光体层6也形成缝隙10，紫外线从该缝隙部分10部分仅需透过玻璃层5，高效地向发光管2的外部放射。

以下是本发明的制作步骤的一个实例。

1、作为发光管材料，选用熔融石英玻璃制成的圆筒状石英管。

2、在发光管的内表面涂布玻璃粉末浆液。

首先，将软化点比石英玻璃低的玻璃粉末与硝化纤维素、醋酸丁酯溶液按照规定的比例混合，制作悬浊液，制成玻璃粉末分散在其中的玻璃粉末浆液。

用于玻璃层的玻璃可以选自硼硅酸玻璃（Si-B-O系玻璃）以及铝硅酸玻璃（Si-Al-O系玻璃）或者以从中任选的组成为基础再添加碱土类金属氧化物或碱金属氧化物、金属氧化物的玻璃，例如日本电气硝子株式会社制玻璃，型号BFK或BS、PS-94等。

将所述玻璃粉末的浆液用浇注法或吸引法等方式涂布到石英玻璃制发光管的内表面上。

3、干燥玻璃粉末层。

浆液固定后，从发光管一侧开口流入干燥氮气（干燥空气也可），将玻璃浆液中所含的醋酸丁酯蒸发。结果在玻璃管的内表面上得到厚度3～10μm、由玻璃粉末形成的层。

而且，优选干燥后的玻璃层的分布状态以30～90%的面积比例均匀分散。并且，玻璃层的厚度优选为3～10μm，特别优选为3～6μm。

对于玻璃层的形成比例，浓度低时，在最终构成荧光灯时，会因石英玻璃的露出面过大造成荧光体难以保持。另一方面，当其大于90%时，构成玻璃层的玻璃粉末之间形成无缝隙的状态，由于灯制造时的温度变化、反复开灯/关灯所引起的热膨胀，发光管和玻璃层之间的界面会就形成空隙，造成玻璃层的剥离。

4、烧成玻璃粉末层。

对干燥后的玻璃粉末形成的层在大气中、800℃下烧成1小时。而且，在使用上述硼硅酸玻璃、铝硅酸玻璃时，最适宜的烧成温度优选为600～900℃。并且，在使用向上述这些玻璃中添加例如碱土类金属氧化物、碱金属氧化物以及金属氧化物中任一种的玻璃时，优选为500～800℃。

通过上述烧成工序，玻璃粉末的粒子之间部分结合，同时与石英玻璃制成的玻璃管熔融固定，使得玻璃层与基材牢固粘结。

5、调制荧光体浆液。

荧光体为镨活化的硼铝酸盐化合物制成的荧光体，用下述通式表示。

(Y_1-x，Pr_x)Al₃B₄O₁₂，优选x=0.05～0.07

6、在发光管内表面上涂布荧光体浆液。

将荧光体浆液涂布到发光管2内。涂布方法可以是吸引法、浇注法等。

7、干燥荧光体。

向玻璃管内部流入干燥氮气（干燥空气也可），将荧光体浆液中所含的醋酸丁酯蒸发。

8、烧成荧光体。

将用于制作发光管的玻璃管放入炉内进行烧成。烧成条件为，大气压下、约500～800℃，在最高温度下保持加热0.2～1小时。在该烧成工序中，荧光体层6和玻璃粉末层5之间的界面处玻璃发生软化，荧光体与玻璃粉末层5粘合，结果得到牢固的粘结状态。

最后，烧成后的发光管冷却后，排出该发光管内部的气体，封入放电用气体并气密密封（焊开），形成外部电极。

这样构成的荧光灯，如图1，由电源8向一对外侧电极3、4施加高频电压，形成在电极3、4之间介有介电质（发光管2的上下壁）的放电，通过作为放电气体的例如氙气（Xe）气的发光，产生波长172nm的紫外光。

这里得到的紫外光是激发荧光体用的发光，由于该波长172nm的紫外光对荧光体层6的照射，荧光体受到激发，就得到波长200～260nm、优选220～250nm的发光特性良好的荧光灯。进一步地，通过使用石英玻璃作为发光管的材质，可以得到200nm左右的紫外光透过性良好的荧光灯。

<实施例>

接着，按照上述实施例的要点对荧光体的组成进行变化构成荧光灯，用分光分布计（ウシオ电机制：USR40）对发光光谱进行测定。

具体地，荧光体为镨活化的硼铝酸钇盐系荧光体（(Y_1-x,Pr_x)Al₃B₄O₁₂），变换x的值为0、0.005、0.01、0.03、0.05、0.07进行制作。

并且每一个荧光灯都以21kPa（160托）的封入压力封入氙气。向该灯施加V_0-P=1700V的矩形波电压将其点亮进行测试。

上述各荧光灯的波长（λ）200～350nm范围的发光光谱的例子如图4所示。

并且在图4中，为了避免各荧光灯的发光光谱图形的重叠，表示方式为以x=0时的荧光灯的发光光谱为基准，按照x的值增加的顺序，依次沿着纵轴发光强度的值逐步加“1”，将发光光谱错开以避免重叠。

从该图中可以明显看出，每个荧光灯都在200～300nm之间有良好的发光状态，由于荧光体组成（Y与Pr之比）的不同，发光强度有很大差异。

进一步地，将上述所有灯在波长200～300nm范围内的累计光量除以灯的功率，对发光效率对于x的比例的依赖性进行讨论。其结果如图5所示。

分光器使用ウシオ电机制造的USR-40D，在距离发光管中央25mm处进行分光测定。此时，向灯的点灯电源8的输入为灯长平均1m，10W/m。

该图中，x为0.05时得到了最高的发光效率。而以x为0.05时的发光效率为100%的话，x为0.05～0.07时可得到发光效率达到98%以上的良好的荧光灯。

如上所述，本发明的荧光灯由于在由石英玻璃制成的发光管的内表面上具有用通式(Y_1-x,Pr_x)Al₃B₄O₁₂表示的荧光体，可以高效地放射波长200～260nm、优选220～250nm的紫外光，并且，由于所述发光管和该荧光体层之间形成有由软质玻璃或硬质玻璃制成的玻璃层，可以取得荧光体层牢固保持在发光管上，该荧光体层不会剥离或脱落，提供可靠性高的荧光灯的优异效果。

Claims

1.一种荧光灯，包括：由石英玻璃制成、内部封入含有氙气的放电气体的发光管；配置在该发光管外部的一对电极；和形成于所述发光管的内表面的荧光体层，其特征在于：

所述荧光体层包括用通式(Y_1-x，Pr_x)Al₃B₄O₁₂表示的荧光体。

2.根据权利要求1所述的荧光灯，其特征在于：所述荧光体中x为0.05～0.07的范围。

3.根据权利要求1所述的荧光灯，其特征在于：所述发光管和荧光体层之间形成有由软质玻璃或硬质玻璃制成的玻璃层。

4.根据权利要求1或2所述的荧光灯，其特征在于：所述发光管的内表面形成有紫外线反射膜。

5.根据权利要求4所述的荧光灯，其特征在于：所述紫外线反射膜含有焦磷酸钙（Ca₂P₂O₇）、磷酸钙（Ca₃(PO₄)₂）、焦磷酸镁（Mg₂P₂O₇）或者Ba-Na-Si-O中的任一种。