CN204391045U - 热阴极紫外线灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热阴极紫外线灯。根据实施方式，热阴极紫外线灯包括：发光管(10)，具有内径为13mm～17mm的内管(11)、以在内管(11)的内部设置放电空间(12)的方式封闭内管两端，且设置在放电空间(12)的两端的一对电极(14、14)、及包含被封入所述放电空间中的汞的汞齐(13)，所述发光管(10)放射第1紫外光；荧光体层(20)，设置在发光管(10)的外侧，被照射第1紫外光，放出波长比第1紫外光长的第2紫外光；以及外管(21)，形成有荧光体层(20)，所述热阴极紫外线灯的每单位长度的灯输入密度为0.5W/cm～4.0W/cm。本实用新型能够抑制照度下降，并能够抑制启动特性的恶化。

Description

热阴极紫外线灯

技术领域

本实用新型涉及一种热阴极紫外线灯(lamp)。

背景技术

例如，公开了一种双重管结构的热阴极荧光灯，其荧光体是与接触放电弧柱或汞气(mercury gas)的位置隔开地设置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10-112286号公报

实用新型内容

[实用新型所要解决的问题]

本实用新型的实施方式提供一种抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

[解决问题的技术手段]

根据本实用新型的实施方式，热阴极紫外线灯包括：发光管，具有内径为13mm～17mm的内管、以在所述内管的内部设置有放电空间的方式封闭内管两端，且设置在所述放电空间的两端的一对电极、及包含被封入所述放电空间中的汞的汞齐，所述发光管放射第1紫外光；荧光体层，设置在所述发光管的外侧，被照射所述第1紫外光，放出波长比所述第1紫外光长的第2紫外光；以及外管，形成有所述荧光体层，所述热阴极紫外线灯的每单位长度的灯输入密度为0.5W/cm～4.0W/cm。

此外，所述汞齐中的所述汞的封入量为0.1wt％～3.0wt％。

此外，封入所述空间内的所述气体是以6.7kPa以上的压力封入氖、氩、氮中的任一种或者两种以上的混合气体。

此外，与所述发光管延伸的方向垂直的剖面上的所述发光管及所述外管之间产生的间隙的距离D为1mm～5mm。

(实用新型的效果)

根据本实用新型的实施方式，能够提供一种抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

附图说明

图1(a)、图1(b)是例示第1实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。

图2是例示第1实施方式的热阴极紫外线灯的示意剖面图。

图3是例示第1实施方式的热阴极紫外线灯的示意剖面图。

图4是例示第1实施方式的另一热阴极紫外线灯的示意剖面图。

图5是例示第2实施方式的热阴极紫外线灯的示意剖面图。

图6是例示第3实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。

图7是例示第4实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。

附图标记：

10：发光管

11：内管(灯泡)

11a：第1部分

11b：第2部分

11c：第3部分

12：放电空间

13：汞齐

14a、14b、24c、24d：封闭部

15a：第1电极

15b：第2电极

16a、16b：灯丝

17a、17b：灯脚

18a、18b：金属箔

19a、19b、19c：内部导线

20：荧光体层

21：外管

21c、21d：外管封闭部(外部封闭部)

22c、22d：管座

26c、26d：扩口部

28a、28b：外管金属箔(外部金属箔)

29：供电配线

30：空间

31a、31b：外部导线

110、120、130、140、150：热阴极紫外线灯

B：虚线部

D：间隙

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实用新型的各实施方式。

(第1实施方式)

图1(a)、图1(b)是例示第1实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。图1(a)例示热阴极紫外线灯110。图1(b)放大例示图1(a)的虚线部B。而且，图2是图1(a)的A1-A2线剖面图。

如图1(a)、图1(b)及图2所示，本实施方式的热阴极紫外线灯110包含发光管10及荧光体层20。

本实施方式中，例示了使用热阴极放电灯来作为发光管10的实施方式。

发光管10包含内管11。在内管11的内部设置有放电空间12。在放电空间12内，例如封入汞的合金即汞齐13或稀有气体(未图示)。汞齐13是以汞为主成分的合金，通过汞齐13的一部分熔融而朝放电空间12内放出汞。汞齐13例如为汞-铋-铟-钛这四元素系，汞为0.5wt％，铋为21.2wt％，铟为72.0wt％，钛为6.3wt％。汞齐13的封入量例如为0.05g～10g。稀有气体的压力例如为0.132kPa～13.2kPa(0.1torr～10torr)。

本例中，内管11为直管。内管11具有设置在一端的封闭部14a及设置在另一端的封闭部14b。第1电极15a的一部分埋设在封闭部14a中而设置，第2电极15b的一部分埋设在封闭部14b中而设置。

对于封闭部14a、14b，使用与内管11相同的材料。

第1电极15a例如包含灯(filament)16a、灯脚(pin)17a、17a、金属箔18a、18a及内部导线19a、19a。

灯16a例如是将线圈(coil)卷成三重的所谓三重线圈(triple coil)。对于灯16a，例如使用钨。而且，为了使电子放射性较佳，在灯16a的线圈的间隙内涂布有发射极(emitter)(未图示)。对于发射极，例如使用钙、钡、锆及锶中的至少任一者的氧化物等。

灯脚17a、17a在一端保持并连接灯16，另一端则与金属箔18a连接。对于灯脚17a、17a，例如使用钼棒。

金属箔18a、18a被埋设在封闭部14a中，由封闭部14a予以封闭，从而将内管11的内部保持气密。在金属箔18a、18a的一端连接有灯脚17a、17a，在金属箔18a、18a的另一端连接有内部导线19a、19a。借助金属箔18a、18a，获得内管11的内部与外部的电连接。金属箔18a、18a的线膨胀系数例如与封闭部14a的线膨胀系数实质上相等。对于金属箔18a、18a，例如使用钼。

对于内部导线19a、19a，例如使用导电性的金属。对于内部导线19a、19a，例如使用钼。

对于第2电极15b，适用与第1电极15a同样的结构。即，第2电极15b包含灯16b、灯脚17b、17b、金属箔18b、18b及内部导线19b、19b。

如此，发光管10包含放电空间12，放射包含汞辉线的第1紫外光。第1紫外光包含253.7nm的汞辉线。

荧光体层20设置在发光管10的外侧即外管21的内壁上。本例中，通过在放电空间12与荧光体层20之间设置发光管10的壁部，从而使放电空间12与荧光体层20彼此隔离。本例中，在荧光体层20与发光管10之间还设置有空间30。另外，荧光体层20并不限定于设置在外管21的内壁，例如也可设置在发光管10的外侧。总而言之，荧光体层20若设置在发光管的外侧，则其位置不受限定。

在空间30中封入气体(未图示)。对于气体，例如填充氖、氩、氮中的任一种或或两种以上的混合气体。另外，封入空间30内的气体较为理想的是导热率为0.016W/(m·K)以上。若封入空间30内的气体的导热率小于0.016W/(m·K)，则从发光管10放出的热会滞留在空间30内，从而导致发光管10的温度过度上升。若发光管10的温度过度上升，则从封入发光管10内部的汞齐13放出的汞的蒸气压将过度上升，会产生因汞自身引起的紫外线的自吸收，因此会导致照度下降。因此，封入空间30内的气体的导热率较为理想的是0.016W/(m·K)以上。但是，即使封入空间30内的气体的导热率为0.016W/(m·K)以上，但例如氦般原子半径小的气体并不佳，这是因为气体会侵入发光管10。因此，封入空间30内的气体较为理想的是填充氖、氩、氮中的任一种或两种以上的混合气体。而且，封入空间30内的气体的压力较为理想的是6.7kPa(50torr)以上。若封入空间30内的气体的压力小于6.7kPa，则从发光管10放出的热会滞留在空间30内，从而导致发光管10的温度过度上升。若发光管10的温度过度上升，则从封入发光管10内部的汞齐13放出的汞的蒸气压将过度上升，会产生因汞自身引起的紫外线的自吸收，因此会导致照度下降。因此，封入空间30内的气体的压力较为理想的是6.7kPa(50torr)以上。另外，优选的是，当封入空间30内的气体为氖时，气体的压力较为理想的是6.7kPa以上且111kPa(1.1个大气压)以下，当封入空间30内的气体为氩时，气体的压力较为理想的是40kPa(300torr)以上且111kPa以下，当封入空间30内的气体为氮时，气体的压力较为理想的是33kPa(250torr)以上且111kPa以下。

本例中，在内管11的周围设置有外管21。在外管21的内壁上设置有荧光体层20。对于外管21，例如使用石英。

对荧光体层20照射从发光管10放射的第1紫外光。即，荧光体层20吸收253.7nm的汞辉线的至少一部分。荧光体层20放出与第1紫外光不同的第2紫外光。第2紫外光的波长比第1紫外光的波长要长。第2紫外光的波长(峰值(peak)波长)例如为280nm以上且400nm以下。即，第2紫外光例如为紫外线。本例中，第2紫外光穿过外管21而放出到外部。本例中，通过对外管21使用紫外线透射率高的石英，从而可抑制外管21中的紫外线的吸收，因此第2紫外光的照度高。另外，第2紫外光无须如第1紫外光般为单一波长的紫外光，例如也可具有在360nm处具有峰值的、280nm～400nm的宽(broad)分光分布。

而且，图1(b)中例示了本实施方式的内管11与外管21的连接形式及外管21的封闭。

如图1(b)所示，在热阴极紫外线灯110中，外管21具有外管封闭部21c。外管封闭部21c通过封闭外管21与管座(stem)22c而封闭。管座22c具有封闭部24c及扩口(flare)部26c。封闭部24c具有收缩密封(pinch seal)结构。扩口部26c为外管21与管座22c的封闭部(封接部)。在外管封闭部21c中，设置有内管11的内部导线19a、19a的端部(未与金属箔18a、18a连接的一侧的端部)、外管金属箔28a、28a及外部导线31a、31a。

外管金属箔28a、28a埋设在封闭部24c中并受到封闭，从而将外管21的内部保持气密。而且，借助外管金属箔28a、28a，获得外管21的内部与外部的电连接。对于外管金属箔28a、28a，例如使用钼。

外部导线31a、31a从热阴极紫外线灯110的外部对设置在外管21内的发光管10供给电力。外部导线31a、31a的一端与外管金属箔28a、28a连接。外部导线31a、31a的另一端露出至外管21的外侧。对于外部导线31a、31a，例如使用钼。

对于外管封闭部21d，适用与外管封闭部21c同样的结构。即，具有外管封闭部21d、管座22d、封闭部24d及扩口部26d。而且，在外管封闭部21d中，设置有该管金属箔28b、28b及外部导线31b、31b。

热阴极紫外线灯110例如在液晶面板(panel)的制造工序中使用。在制造工序中的固化工序中，从热阴极紫外线灯出射的光(例如紫外线)照射至被照射物。该光的照度例如为1mJ以上且10,000mJ以下，光的波长(例如峰值波长)例如为300nm以上且400nm以下。将此种紫外线照射至成为液晶面板中所含的构件的材料、例如紫外线固化树脂或聚合引发剂，以使材料固化或使分子聚合，从而制造液晶面板。

此处，热阴极紫外线灯的每单位长度的输入密度W/cm较为理想的是0.5W/cm～4.0W/cm的范围。若每单位长度的输入密度低于0.5W/cm，则紫外线照度会下降，因此不佳。另一方面，若每单位长度的输入密度超过4.0W/cm，则在使发光管10点亮时，从发光管10内产生的放电弧柱(未图示)而来的辐射热变多，封入其中的汞的蒸气压的控制(control)变得困难，因此不佳。因而，每单位长度的输入密度较为理想的是0.5W/cm～4.0W/cm。

而且，内管11的内径较为理想的是13mm～17mm。这是因为，当在每单位长度的灯输入密度W/cm为0.5W/cm～4.0W/cm的范围内使发光管10点亮时，若内管11的内径处于13mm～17mm的范围内，则可将汞的蒸气压抑制在所需的范围内，可保持紫外线的发光强度适当。

而且，较为理想的是，汞是作为汞齐而封入。为了提供本实施方式的热阴极紫外线灯，即使欲以灯输入密度满足0.5W/cm～4.0W/cm的条件的方式来封入汞单体，但在从对发光管供给电力时形成的放电弧柱而来的辐射热的影响下，汞的蒸气压会大幅超过所需的范围，从而难以控制汞的蒸气压。因此，较为理想的是，以可较汞单体降低蒸气压的汞齐、具体而言以汞-铋-铟-钛的汞齐的形式而存在，汞-铋-铟-钛的汞齐中的汞的重量％(wt％)尤为理想的是0.1wt％～3.0wt％的范围，特别是0.3wt％最佳。这是因为，在汞-铋-铟-钛的汞齐中，若汞为0.3wt％，则紫外线照度最高，在0.1wt％～3.0wt％的范围内，与汞为0.3wt％时的紫外线照度相比较，可获得90％的相对照度值。另外，灯内管中所含的汞齐的组成例如可通过以下方式来决定，即，用液体氮来冷却热阴极紫外线灯，使汞齐溶解于硝酸中，利用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)装置(发光光谱分析装置)来对溶解有汞齐的硝酸溶液进行定量分析。

而且，图1(a)中例示了本实施方式的汞齐13的配设形式。本实施方式中，例示了将汞齐13从第1电极15a朝放电空间12侧隔开地配置的实施方式。

如图1(a)所示，在热阴极紫外线灯110中，汞齐13被设置在发光管10的放电空间12内。而且，汞齐13通过化学性的相互作用而与发光管10的内管11结合。这是汞齐13中所含的钛产生影响所致。汞齐13中所含的钛容易与构成内管11的石英玻璃(SiO2)发生化学性的相互作用，因此会化学性地弱结合。即，汞齐13与内管11结合。一般而言，在热阴极灯中，汞齐13多设置在最冷部，但在本实施方式般的双重管的热阴极灯中，难以有意识地在设置在外管中的内管上设置最冷部。若从内管分支地设置最冷部，则与外管的封闭将变得困难。而且，与在一重管中设置汞齐13时不同，若在双重管的内管中设置汞齐13，则内管难以受到来自外部的温度影响，从而难以局部性地冷却内管的一部分。因而，难以有意识地设置最冷部。而且，若不在汞齐13中加入容易与内管相互作用的Ti等金属，则汞齐13能够在内管中自由移动，尤其会因移动的冲击等而导致汞齐13分散。若汞齐13分散，则在灯点亮时，紫外线强度会不均匀，因此不佳。因而，优选的是在汞齐13中封入容易与内管11结合的钛等。而且，汞齐13中的钛的重量％(wt％)较为理想的是1～10。这是因为，若汞齐13中的钛的重量％低于1.0，则汞齐13与内管11结合的力较弱，汞齐13会自由移动。另一方面，若汞齐13中的钛的重量超过10，则汞齐13自身的融点将变高，因此汞蒸气朝放电空间12中放出的量将变少，汞蒸气压下降，从而导致紫外线照度下降。另外，汞齐13中所含的金属并不限定于钛，只要是与内管11的石英玻璃进行弱相互作用的金属元素，则采用何种金属均可，例如也可为铝或硅。若汞齐13中所含的金属为铝，则在汞齐13中的重量％(wt％)较为理想的是0.5wt％～3.0wt％的范围，若为硅，则在汞齐13中的重量％(wt％)较为理想的是2wt％～12wt％的范围。

图3例示了本实施方式的另一实施方式的热阴极紫外线灯120的发光管10及外管21的位置关系。图3是观察图1(a)的一点链线A1-A2的剖面的图。

发光管10在外管21中隔着间隙D而设置。而且，间隙D较为理想的是1mm～5mm。若D小于1mm，则发光管10与荧光体层20过度接近，在发光管10的点亮过程中，发光管10的热会传至荧光体层20，从而导致紫外线照度下降。而且，若D大于5mm，则发光管10与荧光体层20过度隔开，从而导致紫外线照度下降。

此处，与参考例进行比较，该参考例是以与用于普通照明的荧光灯相同的方式，在发光管的放电空间内设置荧光体层。已知的是，在以1A来使本实施方式的热阴极紫外线灯与参考例的热阴极紫外线灯点亮时，荧光体层的特性容易发生劣化。其理由是，本实施方式与参考例的适当的电流值不同。参考例的适当的电流值为0.8A左右。另一方面，本实施方式的适当的电流值为1A～4A。若电流值上升，则放电空间的温度上升，因此，例如会因对荧光体层20给予的热而导致荧光体发生劣化。而且，由于放电空间12的温度上升，因此激发状态的汞或稀有气体元素更容易碰撞到荧光体，从而导致荧光体发生劣化，荧光体的转换效率下降。而且，例如汞容易附着于荧光体，荧光体的转换效率下降。而且，例如因电流值增大，即使对荧光体照射253.7nm的光，荧光体有时也会发生劣化。由于这些因素，在参考例中，照度下降，难以维持照度。

作为出射此种紫外线的热阴极紫外线灯，有如下结构，即，将用于普通照明用途的热阴极荧光灯中的涂布在灯泡(bulb)内面的荧光体，变更为在280nm以上且400nm以下的波长范围内发光的荧光体(紫外光(ultraviolet，UV)荧光体)。但是，根据创作人的研究已判明，在此结构中，荧光体比普通照明用的荧光体容易劣化。

本实施方式中，使发光管10的放电空间12与荧光体层20隔开。由此，能够抑制荧光体层20中的劣化。根据本实施方式，能够提供抑制了照度下降并抑制了上升特性恶化的热阴极紫外线灯。

根据本实施方式的热阴极紫外线灯110，能够提供可用于此类用途的、抑制了照度下降并抑制了上升特性恶化的热阴极紫外线灯。

进而，本实施方式的热阴极紫外线灯110中，通过使用对紫外线的透射率高的材料(例如石英)来作为外管21，从而可抑制照度下降。由此，制造工序中的生产性高。

另外，用于外管21的材料并不限定于石英。例如也可使用钠钙玻璃或所谓的无铅的软质玻璃。总而言之，只要是使经荧光体层20转换后的光透射的材料，则使用何种材料均可。

而且，外管21的封闭形式并不限定于经由管座22c、22d的封闭。例如，也可如图4所示，通过直接收缩密封外管21，从而形成外管封闭部21c、21d。

(第2实施方式)

图5是例示第2实施方式的热阴极紫外线灯的示意剖面图。

如图5所示，在本实施方式的热阴极紫外线灯130中，发光管10即内管11的形状为U字状。内管11包含第1部分11a、第2部分11b及第3部分11c。第1部分11a及第2部分11b沿着第1方向延伸。第2部分11b沿着相对于第1方向而交叉(本例中为正交)的第2方向而与第1部分11a并排。第3部分11c连接第1部分11a的一端与第2部分11b的一端。本例中，在第1部分11a的另一端设置第1电极15a，在第2部分11b的另一端设置第2电极15b。

第3部分11c成为内管11的弯折部。如此，在实施方式中，也可在内管11中设置弯折部。弯折部的数量既可为1个，也可为2个以上。例如，内管11也可具有S字形状或W字形状。如此，通过在内管11中设置弯折部，从而即使不使用多台热阴极紫外线灯，也能够对更广范围照射紫外线。

在本实施方式中，也能够提供抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

本实施方式的结构也可适用于第1实施方式的热阴极紫外线灯及其变形。

(第3实施方式)

图6是例示第3实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。

如图6所示，在本实施方式的热阴极紫外线灯140中，设置有多个发光管10。当多个发光管10、10各自具有沿着1个方向延伸的形状时，多个发光管10、10各自的延伸方向例如可设定为彼此平行。多个发光管10、10中的至少2个发光管的延伸方向也可彼此交叉。如此，通过设置多个发光管10、10，即使用于热阴极紫外线灯的发光管的光量小，通过使用多个发光管10，也能够增大作为热阴极紫外线灯的光量。

本实施方式中，也能够提供抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

本实施方式的结构也可适用于第1实施方式及第2实施方式的热阴极紫外线灯及其变形。

(第4实施方式)

图7是例示第4实施方式的热阴极紫外线灯的示意图。

如图7所示，热阴极紫外线灯150也可为从外管21的一端进行供电的所谓单侧供电的热阴极紫外线灯。此时，除了与内管11的一端连接的内部导线19a、19a以外，还设置有内部导线19c、19c。内部导线19c、19c与供电配线29、29连接，该供电配线29、29与设置在内管11另一端的第2电极15b连接。

如此，通过采用单侧供电的结构，在对热阴极紫外线灯供给电力时，能够将电力供给部件汇集到热阴极紫外线灯的一侧，从而能够缩短热阴极紫外线灯长度方向的空间。

本实施方式中，也能够提供抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

根据实施方式，能够提供抑制了照度下降并抑制了启动特性恶化的热阴极紫外线灯。

另外，本申请说明书中，“垂直”及“平行”不仅包括严格意义上的垂直及严格意义上的平行，例如也包括制造工序中的偏差等，只要是实质上垂直及实质上平行即可。

以上，参照具体例对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型并不限定于这些具体例。例如关于热阴极紫外线灯中所含的发光管、汞齐、内管、电极、荧光体层等各要素的具体结构，只要本领域技术人员通过从公知的范围内适当选择而同样实施本实用新型，并获得同样的效果，则均包含在本实用新型的范围内。

而且，对于将各具体例中的任意2个以上的要素在技术可行的范围内组合而成者，只要包含本实用新型的主旨，则也包含在本实用新型的范围内。

另外，对于本领域技术人员以作为本实用新型的实施方式而上述的热阴极紫外线灯为基础来适当地进行设计变更并可实施的所有热阴极紫外线灯，只要包含本实用新型的主旨，则也属于本实用新型的范围。

对本实用新型的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式仅为例示，并不意图限定实用新型的范围。这些新颖的实施方式能以其他的各种方式来实施，在不脱离实用新型的主旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在实用新型的范围或主旨内，并且包含在与其均等的范围内。

Claims (4)

1.一种热阴极紫外线灯，其特征在于，包括：

发光管，具有：内管，内径为13mm～17mm；一对电极，以在所述内管的内部设置有放电空间的方式封闭所述内管两端，且设置在所述放电空间的两端；及汞齐，包含被封入所述放电空间中的汞，且所述发光管放射第1紫外光；

荧光体层，设置在所述发光管的外侧，被照射所述第1紫外光，放出波长比所述第1紫外光长的第2紫外光；以及

外管，形成有所述荧光体层，

所述热阴极紫外线灯的每单位长度的灯输入密度为0.5W/cm～4.0W/cm。

2.根据权利要求1所述的热阴极紫外线灯，其特征在于，所述汞齐中的所述汞的封入量为0.1wt％～3.0wt％。

3.根据权利要求1所述的热阴极紫外线灯，其特征在于，封入所述空间内的所述气体是以6.7kPa以上的压力封入氖、氩、氮中的任一种或者两种以上的混合气体。

4.根据权利要求1所述的热阴极紫外线灯，其特征在于，与所述发光管延伸的方向垂直的剖面上的所述发光管及所述外管之间产生的间隙的距离D为1mm～5mm。