CN1138297C - 荧光灯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种可防止水银被荧光物质层吸附的、在灯容器内具有发光所必需的最小限量的水银的荧光灯。其制造方法是，在形成于具有一对电极1且封入有水银的玻璃灯泡2的内表面上的荧光物质层3上，再形成一层由可透过水银的波长为254nm的共振线的二氧化硅或氧化钇等金属氧化物构成的保护膜4。
Description
本申请是1996年4月5日向中国专利局提交的申请号为96104435.7、发明名称为“荧光灯及其制造方法”的专利申请的分案申请。
本发明涉及荧光灯及其制造方法。
通常，在荧光灯中，为使涂覆在由玻璃灯泡等组成的灯容器内面的荧光物质发光，采用封入在其中的水银的激发波长254nm的光。然而，由于水银会由于被荧光物质吸附、氧化等而发生消耗，通常，在玻璃灯泡内封入大于发光所必需的量的过量水银。
但水银是对环境有害的物质，故以将其使用量控制在尽可能少的程度为宜。
在现有技术中，已知有防止由水银引起的黑化和光通量减小的方法，但未有针对水银被消耗的防止方法。
日本专利公开公报1992年第245162号公开了一种在荧光物质层上形成覆膜的技术，但由于所述覆膜乃砂土类物质，不易防止水银的侵入，且没有降低水银消耗量的效果。
本发明者发现，在现有的荧光灯中，水银基本上是被荧光物质吸附和消耗的。也就是说，现有的荧光灯(40W)的水银消耗量的分析结果可用图13加以表示。
本发明的目的在于，提供一种可防止水银被荧光物质吸附、具有的水银量为发光所需的最低限量的荧光灯及其制造方法。
在本发明的荧光灯中，在位于内部封入有水银的灯容器的内表面的荧光物质层的表面，形成有由可透过水银的254nm共振线的二氧化硅或金属氧化物构成的保护膜。
此外，本发明的荧光灯在内部封入有水银的灯容器的内表面上有可透过水银的254nm共振线的二氧化硅或金属氧化物与荧光物质的混合膜。
还有，本发明的荧光灯的制造方法是在位于灯容器的内表面的荧光物质层上，用硅氧烷或醇盐形成一层水银的254nm共振线能透过的由二氧化硅或金属氧化物构成的保护膜。
本发明的另一种荧光灯的制造方法是用金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属羧酸盐、金属的β-二酮配位物代替上述的醇盐。
在本发明中，荧光物质层的保护膜由二氧化硅或金属氧化物组成，在该保护膜中可添加杂质磷或硼。该保护膜可防止水银被荧光物质层吸附(进入荧光物质的粒子间)。
即，由于在荧光物质层上形成有上述保护膜，荧光物质层与水银被隔离开来。因此，由水银吸附引起的荧光物质层的化学变质被抑制，而且，由被荧光物质吸附和氧化而引起的水银的消耗也得到抑制。
还有，由于上述保护膜用与水银的化学亲和力低的元素作为构成物质，从而，可防止与水银的化合。
再有，在本发明中，由于在荧光物质层上形成可透过水银的激发波长的保护膜，不必担心荧光灯的可见光被遮断。
下面，结合附图，说明本发明的一实施例。
图1为本发明的一实施例中荧光灯的截面图。
图1中，玻璃灯泡2为两端具有电极1的灯容器，在玻璃灯泡2上形成有荧光物质层3，在该荧光物质层上形成有由玻璃化的、化学稳定的二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钒、氧化铌及氧化钇的单体或选自上述化合物的二种以上物质组成的保护膜4。保护膜4完全盖覆荧光物质层3。玻璃灯泡2内，与稀有气体一起，封入有水银。
此外，在高负荷的荧光灯的场合，保护膜会由于老化而缺乏稳定性，因此，本发明实施例的荧光灯的负荷与低负荷的直管型荧光灯、环型荧光灯的负荷0.35W/cm同等程度。
接着，结合图2，说明防止水银被荧光物质层吸附的作用。
图2中，由电极1放出的电子21(用a表示电子21的运动)激发水银原子22，水银原子22(用b表示水银原子22的运动)的激发波长254nm的紫外光c透过保护膜4，使荧光物质层3激发而发光。但是，由于保护膜4具有遮断尤其是185nm附近的水银共振线的作用，从而可很大程度地抑制荧光物质的变质。根据斯托克斯定律，该荧光物质层3发出波长较水银的激发波长长的可见光，使灯产生光亮。
即使水银原子22由于布朗运动而与保护膜4撞击，但由于保护膜4为平坦的、覆盖住荧光物质层3的玻璃化的膜，水银原子22被荧光物质层3氧化、产生氧化汞的可能性极小。而且，水银原子22到达玻璃灯泡2的可能性变得极小。因此，也可防止水银原子22与玻璃灯泡2中含有的钠原子23形成汞齐。其结果，可抑制水银的消耗，可将封入玻璃灯泡2内的水银量控制在发光所必需的最小量。
图3为表示二氧化硅(SiO2)保护膜的紫外透射率的图。由图3可知，由于该保护膜可基本上100％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图4为表示氧化铝(Al2O3)保护膜的紫外透射率的图。由图4可知，由于该保护膜可基本上100％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图5为表示氧化铪(HfO2)保护膜的紫外透射率的图。由图5可知，由于该保护膜可基本上100％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图6为表示氧化锆(ZrO2)保护膜的紫外透射率的图。由图6可知，由于该保护膜可基本上95％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图7为表示氧化钒(V2O5)保护膜的紫外透射率的图。由图7可知，由于该保护膜可基本上85％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图8为表示氧化铌(Nb2O5)保护膜的紫外透射率的图。由图8可知，由于该保护膜可基本上85％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
图9为表示氧化钇(Y2O3)保护膜的紫外透射率的图。由图9可知，由于该保护膜可基本上85％地透过水银的254nm共振线的光，对荧光物质的发光没有不良影响。
本发明实施例的荧光灯由于具有保护膜4，可防止水银被荧光物质层3吸附。
此外，由于荧光物质层3上形成有保护膜4，荧光物质层3与水银被隔离开来。因此，由水银吸附引起的荧光物质层3的化学变质被抑制，同时，由水银被吸附和被氧化而引起的水银消耗也得到抑制。
还有，也不存在水银通过荧光物质层3、与玻璃灯泡2中含有的钠生成汞齐而使水银被消耗的可能性。
另外，由于在荧光物质层3上形成有可透过水银的激发波长的保护膜4，不存在遮断荧光灯的可见光的可能性。
下面，结合图10所示的流程图，说明本发明的荧光灯的制造方法。
首先，调制荧光物质，再将该荧光物质涂布在玻璃灯泡内表面，干燥，形成荧光物质层。然后，在荧光物质层上涂布硅氧烷或醇的金属盐，室温下干燥，将硅氧烷或醇盐水解。再汽化除去随着硅氧烷或醇盐的聚合反应的进行而产生的醇，然后，将玻璃灯泡在烧结炉中适当地进行加热处理，生成保护膜。
以下，通过通常的荧光灯的制造方法，即，将玻璃灯泡抽气，再在其中封入稀有气体和水银，将玻璃灯泡封合等工艺，制得荧光灯。
在本发明中，在玻璃灯泡内表面上所形成的保护膜为二氧化硅或金属氧化物与荧光物质的混合膜的场合，也同样可按上述方法进行。同样地，在该混合膜中，也可添加杂质磷或硼。
以硅氧烷或醇的金属盐为出发材料的保护膜变成高分子结构(M-O-M-O…)而非低分子结构。由此，可形成上述保护膜。
作为保护膜的一个例子，以四乙氧基硅(TEOS)为例，根据硅氧烷的化学反应进程，说明荧光物质层的保护膜的生成工艺。具体如下：
四乙氧基硅经过水解，产生乙醇，四乙氧基硅的乙氧基(-OC2H5)被羟基(-OH)取代，变成硅烷醇。该硅烷醇进一步脱水，聚合。反复进行该反应和在约500℃进行熟炼，得到牢固的SiO2保护膜。
另外，业已证实，在本发明的方法中，使用金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属羧酸盐、金属的β-二酮配位物等无机金属化合物和有机金属化合物作为出发材料，也可以不经过水解反应过程，通过热分解反应氧化有机金属化合物，得到作为最终生成物的与上述同样的金属氧化物保护膜。
还有，在使用任一的无机金属化合物和有机金属化合物，通过热分解反应和氧化反应形成保护膜的场合，以在300℃-800℃的范围内进行熟炼为宜。此点可通过差示热分析确认。
再有，除二氧化硅外，在使用氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钒、氧化铌和氧化钇的单体、或选自上述化合物的二种以上作为保护膜的场合，本发明的方法也可如上述同样地实施。
下面，结合图11，说明各种保护膜的抑制水银扩散的作用。
图11中，以氧化钇保护膜和氧化铝保护膜为例，表明了不涂敷保护膜的钠玻璃构成的透明灯泡的荧光灯、在上述透明灯泡内表面上涂布了约0.6μm厚的氧化钇保护膜的荧光灯，和在上述透明灯泡内表面上涂布了约0.6μm厚的氧化铝保护膜的荧光灯进行2000小时的寿命试验后，水银在深度方向的扩散量的分析结果。
图中，横轴为以通常的10进位制刻度表示的深度方向，纵轴为以对数刻度表示的水银量。
图中，曲线A表示不涂敷保护膜的由钠玻璃构成的透明灯泡的荧光灯的水银扩散量，曲线B表示水银向上述透明灯泡内表面上的氧化铝膜扩散的量，曲线C表示水银向上述透明灯泡内表面上的氧化钇膜扩散的量。
图11实验性地确认，上述保护膜具有抑制由吸附引起的水银消耗的效果。
下面，以使用氧化钇作为保护膜的荧光灯为例，结合图12，说明削减水银使用量的作用。
将水银的使用量由现有荧光灯的10mg减至极小量的5mg，就不涂敷保护膜的荧光灯和具有氧化钇保护膜的荧光灯的光通量分别进行了测定，结果见图12。
图12中，曲线D、E分别代表不具有保护膜的荧光灯和具有氧化钇保护膜的荧光灯。
由图12可清楚地知道，不具有保护膜的荧光灯的寿命为4000小时，而具有氧化钇的荧光灯，在经过8000小时后，仍保持90％的光通量维持率。并且，在经过12000小时后，仍具有80％以上的光通量维持率。
由图12，证实了上述保护膜具有可大幅削减荧光灯的水银使用量的效果。
还有，本发明不仅可应用于起动器式荧光灯，本发明也可应用于具有导电性膜的快速起动器式荧光灯，此点不言自明。
另外，在上述实施例中，就灯容器内有电极的场合进行了说明，本发明也可应用于无电极的荧光灯。
如上所述，本发明由于通过在灯容器的内表面上的荧光物质层的表面形成可透过水银的254nm共振线的、由二氧化硅或金属氧化物组成的保护膜，有效地抑制了水银被荧光物质层吸附而无谓地被消耗，从而可显著减少成为公害问题的水银的使用量、提供一种能提高环境安全性的荧光灯。
此外，根据本发明的荧光灯制造方法，通过使用硅氧烷或醇的金属盐等制造保护膜，可在荧光物质层上进行上述硅氧烷或醇的金属盐的聚合反应，得到牢固的保护膜。还有，由于保护膜将荧光物质层和水银原子隔离开来，可用于提高荧光物质层的化学稳定性。
图1为本发明一实施例的荧光灯的截面图。
图2为说明本发明的荧光灯的点灯作用和形成在荧光物质层上的保护膜的作用的图。
图3为表示二氧化硅保护膜的紫外透射率的图。
图4为表示氧化铝保护膜的紫外透射率的图。
图5为表示氧化铪保护膜的紫外透射率的图。
图6为表示氧化锆保护膜的紫外透射率的图。
图7为表示氧化钒保护膜的紫外透射率的图。
图8为表示氧化铌保护膜的紫外透射率的图。
图9为表示氧化钇保护膜的紫外透射率的图。
图10为说明本发明的荧光灯制造方法的流程图。
图11为表示氧化钇和氧化铝保护膜的防止水银扩散的能力的图。
图12为表示具有保护膜的荧光灯和现有的荧光灯的寿命与光通量维持率的关系的图。
图13为表示现有的荧光灯(40W)的水银消耗量的分析结果的图。符号说明：
1电极 2玻璃灯泡 3荧光物质层
4保护膜
Claims (1)
1.一种荧光灯的制造方法，其特征在于，在灯容器的内表面上，涂布下列化合物与荧光物质的混合液，形成由可透过水银的254nm共振线的二氧化硅或金属氧化物与荧光物质的混合膜：硅氧烷或醇的金属盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属羧酸盐、金属的β-二酮配位物。
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