CN103137422A

CN103137422A - 稀有气体荧光灯

Info

Publication number: CN103137422A
Application number: CN2012104280854A
Authority: CN
Inventors: 田川幸治; 朝山淳哉
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP5397455B2; CN103137422B; JP2013109991A

Abstract

一种稀有气体荧光灯，在发光管的内表面上形成有通过封入氙气的发光而被激发从而产生紫外光的荧光体层，发光管尤其在缝隙部分不会产生紫外线劣化，不会引起紫外光透射率下降，照度维持率良好。特征在于，在上述发光管与荧光体层之间，在该发光管的整个内表面上形成有含有玻璃粉末和陶瓷粉末的保护层，上述玻璃粉末由与构成上述发光管的石英玻璃相比软化点低的玻璃的粉末构成，上述保护层由对于波长170nm以上的紫外光而言具有透射性、对于波长150nm以下的紫外光而言没有透射性的陶瓷的粉末构成。

Description

稀有气体荧光灯

技术领域

本发明涉及一种放射紫外区域的光的稀有气体荧光灯，尤其涉及能够获得波长170~250nm附近的发光的稀有气体荧光灯。

背景技术

稀有气体荧光灯在透光性的发光管的内部封入包括氙气的稀有气体，并在发光管的内表面上形成荧光体层。

电极由例如在发光管的外表面上向管轴向延伸形成的外部电极构成，夹着发光管的壁面及放电气体即稀有气体而相对配置。若在上述电极之间开始进行隔着发光管及放电气体的放电，则通过氙气的发光而生成波长约172nm的光，该光照射到荧光体层，由此荧光体被激发，放射波长比激发光(波长约172nm的光)长的荧光。在该发光管内生成的荧光向发光管的外部放射。

这种稀有气体荧光灯以往利用于原稿读取用光源、背光等照明领域，只放出可见光区域的光，但近来如日本特开2010-056007号公报(专利文献1)等所示，开发出了放射紫外区域的光的稀有气体荧光灯。

作为利用紫外光的技术领域，包括利用波长约170~200nm的范围的紫外光进行的从气体中、液体中去除有机物分解而产生的杂质的领域、或利用波长约220~240nm的范围的紫外光进行的树脂固化、高分子的聚合反应、半导体的low-k膜的固化等领域。在上述各技术领域，为了执行其处理，分别利用具有最佳波长范围的紫外光。

作为紫外线光源，在使用以往公知的准分子灯的情况下，其放射光的波长为单一波长，例如在封入有氙气的灯中限定为172nm，因此存在难以适应各用途的问题。而根据使用荧光体的稀有气体荧光灯，通过选定荧光体的种类，进一步适当组合多个荧光体，能够放射适应于用途的适当波长范围的紫外光，在各技术领域中能够提供适当波长范围的光源。

在这种放射波长250nm以下的紫外光的稀有气体荧光灯中，为了高效地放射紫外光，作为发光管使用对于短波长区域的紫外光而言透射率高的材料，具体地说使用石英玻璃。

但是，在具有石英玻璃制发光管的荧光灯中，烧成荧光体的温度(烧成温度)与石英玻璃的软化点之间存在背离，在形成荧光体层时在荧光体的烧成温度下发光管不软化，存在该荧光体未充分附着在发光管上的问题。为了解决该问题，若将温度上升至石英玻璃的软化点温度，则存在荧光体劣化的问题，存在难以在石英玻璃制的发光管内表面上稳定地形成荧光体层的问题。

在上述专利文献1中，对于该问题，提出了以下方案：在石英玻璃与荧光体层之间，形成由与构成发光管的石英玻璃相比软化点低的玻璃构成的粉末层，从而将荧光体紧密地附着在石英玻璃制发光管上。由此，能够抑制荧光体的热劣化，可期待能够实现高效的稀有气体荧光灯。

图6是上述现有的稀有气体荧光灯1的一例，通过在与发光管的管轴垂直的剖面剖切形成有缝隙(aperture)的稀有气体荧光灯而得到的剖视图。

在石英玻璃制的发光管2的外表面上，以在轴向上延伸的方式设置有一对外部电极3、4。并且，在其内表面上形成有由与石英玻璃相比软化点低的玻璃粉末构成的玻璃层5，在其内表面上与其层叠地形成有荧光体层6。上述玻璃层5及荧光体层6在圆周状的一部分形成有缺口，形成缝隙7。在发光管2内通过荧光体层6转换的紫外光从该缝隙7向外部放射。

若在上述发光管2的外部电极3、4之间施加高频高电压，则得到由发光管2内部所封入的氙气产生的发光(波长172nm)，荧光体6通过该发光(激发光)而激发，放射波长比该激发光更长的光。

但是，在这种放射波长约250nm以下的紫外光的稀有气体荧光灯中公知较早发生照度维持率下降，无法得到足够的使用寿命。这种现象在为了具有指向性而部分去除荧光体层而形成缝隙的荧光灯中显著地发生。

发明人对该现象刻苦分析的结果是：发现上述照度下降是构成发光管的石英玻璃的紫外光(UV)劣化引起的，由于该劣化，紫外光的透射率下降。

以下，说明该现象。

在稀有气体荧光灯的发光管内部，作为稀有气体封入有氙，通过放电放射该氙的主要发光即波长172nm的光，并且还产生氙的共振线即波长147nm的真空紫外光等短波长的光。

发光管在其内部，尤其在缝隙部分，暴露于该短波长的真空紫外光的结果，发生UV劣化，紫外光的透射率下降，波长250nm以下的所希望的紫外光的放射效率下降。

并且，氙的共振线还与氙气的封入压有关，在封入压低的情况下，其发生率大。因此，在与准分子灯的氙封入压(约30~80kPa)相比封入压设定得低的稀有气体荧光灯(5~50kPa)中，上述短波长的紫外光的生成率大，发光管的UV劣化更显著地发生。

在稀有气体荧光灯中，在放射可见光的情况下，发光管的UV劣化不是问题，但是在提取紫外光的情况(尤其是波长250nm以下的紫外光)下，如上所述引起显著的照度下降。

此外，为了消除该问题，若在该缝隙部分设置上述玻璃层，则原本紫外透射率低的玻璃层吸收所需的紫外光，其透射率变得极为差，因此不能直接在该缝隙部分设置玻璃层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-056007号公报

发明内容

本发明鉴于上述状况，提供一种稀有气体荧光灯，在发光管的内表面上形成有通过封入氙气的发光而被激发从而产生波长与该激发光相比更长的紫外光的荧光体层，发光管尤其在缝隙部分不会产生紫外线劣化，不会引起紫外光透射率下降，照度维持率良好。

为了解决上述课题，本发明的一种稀有气体荧光灯，具有一对电极，包括：发光管，封入有氙气，由石英玻璃构成；和荧光体层，涂布形成在除了缝隙以外的该发光管的内表面上，通过上述氙气的发光而被激发，产生与该激发光的波长相比更长的波长的紫外光，上述稀有气体荧光灯的特征在于，在上述发光管与荧光体层之间，在该发光管的整个内表面上形成有含有玻璃粉末和陶瓷粉末的保护层，上述玻璃粉末由与构成上述发光管的石英玻璃相比软化点低的玻璃的粉末构成，上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言具有透射性。

此外，特征在于，上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言具有80%以上的全透射率，对于波长150nm以下的紫外光而言全透射率小于80%。

此外，特征在于，上述陶瓷粉末含有α-氧化铝、氟化镁中的任一材料。

根据本发明的稀有气体荧光灯，在由石英玻璃构成的发光管的内表面上，设置有含有软化点比石英玻璃低的玻璃和使特定波长紫外光透射的陶瓷粉末的保护层，因此在发光管的内表面尤其在缝隙部分，能够防止暴露于短波长的光的情况，抑制石英玻璃劣化，能够长期维持紫外透光性。

其结果，能够提供一种照度维持率良好的使用寿命长的稀有气体荧光灯，能够抑制从缝隙放射的紫外光的照度下降。

附图说明

图1是本发明所涉及的稀有气体荧光灯的剖视图。

图2是图1的X部的放大剖视图。

图3是图1的Y部的放大剖视图。

图4是本发明的稀有气体荧光灯的制造工序图。

图5是表示本发明的稀有气体荧光灯的照度维持率的图表。

图6是现有的稀有气体荧光灯的剖视图。

具体实施方式

图1是本发明所涉及的稀有气体荧光灯的剖视图，(A)是轴向剖视图，(B)是径向剖视图。

如图1(A)所示，在由石英玻璃构成的发光管2的外周面上，相对配置有一对外部电极3、4，该外部电极3、4为在管轴向上延伸的大致带状的形状，例如由混合银(Ag)和烧结玻璃而成的银膏、混合金(Au)和烧结玻璃而成的金膏等导电膜形成。

发光管2由比紫外光的透射性高的石英玻璃构成，熔融石英玻璃、合成石英玻璃、无臭氧(ozoneless)石英玻璃均可使用。并且，在发光管2内封入稀有气体作为放电气体，作为稀有气体，可以只有氙，或也可以是氙和其他稀有气体的混合气体。

如图1(B)中详细表示地那样，在上述发光管2的内表面，保护层8形成在圆周上的整个区域。并且，以层叠在该保护层8的内表面上的方式形成有荧光体层6，该荧光体层6在其圆周状的一部分形成有缺口，该缺口形成缝隙7。

构成荧光体层6的荧光体具有通过由氙的放电而放射的波长172nm的光来激发的特性，所放射的荧光在波长约200~240nm的范围内具有峰值。

作为该荧光体的具体例，包括YPO₄:Nd(Y-P-O:Nd)或LAP:Pr(La-P-O:Pr)、LAP:Nd(La-P-O:Nd)。

荧光体根据技术领域适当选择所需波长的荧光体并单独或以预定的比例混合而使用。

并且，上述保护层8含有玻璃粉末和陶瓷粉末，上述玻璃粉末由与构成上述发光管2的石英玻璃相比软化点低的玻璃的粉末构成，此外，上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言透射性高，对于波长150nm以下的紫外光而言透射性低。

更具体地说，优选的是，对于波长170nm以上的紫外光而言具有80%以上的全透射率，对于波长150nm以下的紫外光而言为小于80%的全透射率。

上述保护层8中所含有的玻璃粉末用于对构成发光管2的石英玻璃附着荧光体层6，作为其玻璃特性，优选的是，软化点在荧光体的烧成温度(400~900℃)范围内。

在石英玻璃制发光管2与荧光体层6之间存在软化点比石英玻璃的软化点低的玻璃粉末，从而不需要将荧光体加热到石英玻璃的软化点温度就能够以适当的烧成温度进行烧成，因此该荧光体的劣化减少，能够获得向紫外光的转换效率良好的荧光体层6，并且即使在该烧成温度下，上述荧光体层6与发光管2之间所存在的保护层8中的玻璃也软化，因此能够使发光管2与荧光体层6的结合牢固，荧光体层6不会剥离、脱落，能够获得不会产生照度不均的稀有气体荧光灯。

具体说明其材质，优选的是，含有硼硅酸玻璃(Si-B-O系玻璃)及铝硅酸玻璃(Si-Al-O系玻璃)中的至少任一种玻璃。

此外，上述保护层8中所包含的陶瓷粉末具备对于170nm以上的紫外光而言具有透射性、且隔断150nm以下的紫外光的特性。更详细地说，使稀有气体荧光灯中所放射的波长带170~250nm的紫外光透射，对波长150nm以下的紫外光具有吸收特性。并且，在最终成为产品的稀有气体荧光灯中，用于吸收点灯中生成的放电及氙的共振线引起的波长147nm的短波长紫外光等来保护发光管2，并且提高波长170nm~250nm的所需的紫外光的透射性。

作为该陶瓷材料，是Al₂O₃、MgF₂等。通过这些材料，隔断波长150nm以下的紫外光，并且波长带为170~250nm范围的紫外光的透射率良好，即使暴露于放电空间，化学方面也稳定，因此能够长期作为保护层8而发挥作用，能够长期较高地维持照度维持率。

在此，关于保护层8的构成材料，若其全部由玻璃粉末构成(不含陶瓷粉末)，则紫外线透射率由于玻璃而变差，若将其还涂布于缝隙部分7，则无法有效地取出本来应放射的紫外光，不可以采用该结构。

因此，在本发明中，关于对紫外光而言透射率低的玻璃粉末的使用量，抑制为在发光管2内表面上能够保持荧光体层6的程度，关于保护功能，由具备紫外线透射性且化学稳定的陶瓷来承担。由此，即使将保护层8涂布形成在缝隙部分7，所希望的紫外光的透射效率也能够得到维持，并且能够隔断使石英玻璃劣化的短波长紫外光。

图2是图1的缝隙7部分即X部放大图，图3是图1的缝隙以外的部分即Y部放大图，示意地表示上述功能。

在图2中，由低软化点玻璃粉末81和透光性陶瓷粉末82构成的保护层8形成在发光管2的内表面的整个圆周上，在发光管2内生成的氙的准分子发光引起的约172nm的光和由此通过荧光体层6转换的200~250nm的光即170nm~250nm的光透射保护层8中的陶瓷粉末82而向发光管2外部放射。另外，玻璃粉末81也不会将这些光完全吸收，因此其一部分透射玻璃粉末81。

另一方面，在缝隙7以外的部分，如图3所示，在发光管2内部通过准分子发光生成的150nm左右的短波长紫外光被玻璃粉末81及陶瓷粉末82吸收，不会到达发光管2。此外，关于该保护功能，在没有荧光体层6的缝隙7部分也完全相同，即在发光管2的全周，150nm左右的短波长紫外光被保护层8吸收而不会到达发光管2。

因此，包括缝隙7部在内，发光管2不会由于上述短波长紫外光而引起劣化。

图4是说明本发明的制造工序的流程图。

(1)清洁用于构成发光管的石英玻璃管。

(2)在发光管上通过印刷涂布金属膏，从而形成电极。

(3)将构成保护层的玻璃粉末及陶瓷粉末与适当的粘合剂混合，调制保护层用的膏液，并涂布在玻璃管的内表面上。

(4)干燥玻璃管的内表面的保护层用的膏液。

(5)烧成已涂布干燥外部电极及保护层的玻璃管。

(6)混合预定的荧光体和粘合剂，调制荧光体浆液，并将该荧光体浆液涂布在玻璃管内表面的保护层上。

(7)干燥玻璃管的内表面的荧光体层用的浆液。

(8)升温并烧成玻璃管，烧成荧光体，并且隔着保护层固定于发光管。

(9)密封玻璃管的端部而形成发光管。

(10)对发光管内进行排气，并封入预定的稀有气体(氙气或氙气的混合气体)。

另外，在上述工序中，为了形成缝隙，在工序6的涂布荧光体浆液的阶段实施遮蔽，在工序7的干燥后进行剥离去除，由此形成缝隙。

这样，制作完成封入有放电气体、且形成有外部电极、荧光体层及保护层的发光管。

以下，参照图1说明本发明的实施例。

<实施例1>

[灯规格]

发光管：外径φ10mm，内径φ9mm，全长450mm

材料熔融石英玻璃

外部电极：银及烧结玻璃

通过印刷、烧成，形成为宽度8mm、长度400mm。

保护层：玻璃粉末Si-B-O系硼硅酸玻璃

陶瓷粉末α-氧化铝

玻璃的比例为3~30%(重量换算)

荧光体层：YPO₄:Nd(Y-P-O:Nd)

(钕激活磷酸钇荧光体)

将构成保护层的玻璃粉末和陶瓷粉末混合并进行调制，制作出保护层用膏液。

在形成有外部电极的玻璃管上通过丝网印刷涂布该膏，并进行干燥。

在干燥该保护层用膏之后，将玻璃管在600~700℃下保持1小时，从而进行烧成。在烧成后，确认了玻璃适度熔融，且玻璃粉末和陶瓷粉末一起以熔敷的状态固定在发光管的内表面上。

接着，在形成有保护层的状态的玻璃管的内表面上吸附荧光体浆料，通过自然下落法进行涂布。干燥荧光体浆料，形成缝隙之后，在500~600℃下加热1小时，从而烧成荧光体而形成荧光体层。密封玻璃管的一端部，以静压13kPa(100Torr)封入稀有气体(Xe气体)，将玻璃管的另一端也气密地密封，从而制作出发光管。

在通过上述实施例的步骤得到的发光管上安装供电部件，制作出具有缝隙的实施例1所涉及的稀有气体荧光灯。

<实施例2>

与上述实施例1相比，除了将混合到保护层的陶瓷粉末的材质变更为氟化镁(MgF₂)以外，以相同的规格制作出实施例2所涉及的稀有气体荧光灯(有缝隙)。

<比较例>

与上述实施例1相比，作为保护层，不混合陶瓷，即仅通过Si-B-O系硼硅酸玻璃构成保护层，除此之外，制作出相同规格的稀有气体荧光灯(有缝隙)作为比较例。

图5表示测定上述实施例1、2及比较例的照度维持率的结果。该图表表示照度累计值维持率，横轴为时间轴对数表示。

从该结果证实了：在保护层内混合有陶瓷粉末的本发明的实施例1及实施例2与没有混合陶瓷粉末的比较例相比，照度维持率均优异。

如上所述，在本发明的稀有气体荧光灯中，在发光管与具有缝隙的荧光体层之间，在该发光管的整个内表面形成有含有玻璃粉末和陶瓷粉末的保护层，上述玻璃粉末由与构成上述发光管的石英玻璃相比软化点低的玻璃的粉末构成，上述陶瓷粉末由对于波长170nm以上的紫外光而言具有透射性、对于波长150nm以下的紫外光而言没有透射性的陶瓷的粉末构成，从而上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言具有透射性，对于波长150nm以下的紫外光而言没有透射性，更优选的是，波长170nm以上的紫外光的全透射率为80%以上，且波长150nm以下的紫外光的全透射率小于80%，由此在发光管的尤其缝隙部分，所希望的波长170nm~250nm的紫外光透射保护层中的陶瓷粉末而向外部放射，而比其短波长的150nm左右的短波长紫外光被玻璃粉末及陶瓷粉末吸收而不会到达发光管。

因此，尤其在缝隙部分，发光管不会由于短波长紫外光而劣化，能够获得所希望的紫外光的照度维持率长期良好的效果。

Claims

1.一种稀有气体荧光灯，具有一对电极，包括：发光管，封入有氙气，由石英玻璃构成；和荧光体层，涂布形成在除了缝隙以外的该发光管的内表面上，通过上述氙气的发光而被激发，产生与该激发光的波长相比更长的波长的紫外光，上述稀有气体荧光灯的特征在于，

在上述发光管与荧光体层之间，在该发光管的整个内表面上形成有含有玻璃粉末和陶瓷粉末的保护层，

上述玻璃粉末由与构成上述发光管的石英玻璃相比软化点低的玻璃的粉末构成，

上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言具有透射性。

2.根据权利要求1所述的稀有气体荧光灯，其特征在于，

上述保护层对于波长170nm以上的紫外光而言具有80%以上的全透射率，对于波长150nm以下的紫外光而言全透射率小于80%。

3.根据权利要求1所述的稀有气体荧光灯，其特征在于，

上述陶瓷粉末含有α-氧化铝、氟化镁中的任一材料。