TWI515762B

TWI515762B - Fluorescent light

Info

Publication number: TWI515762B
Application number: TW098133847A
Authority: TW
Inventors: Yukiharu Tagawa; Kenichi Hirose; Noritaka Takezoe; Shinichi Endo
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2016-01-01
Also published as: TW201025411A; JP2010153054A; KR20100075368A; KR101373943B1; JP5663836B2

Description

螢光燈

本發明係關於一種放射紫外光的螢光燈。

近年來，在光觸媒或廣義的樹脂硬化、除菌、美容、醫療等用途中已利用波長300nm附近的紫外光。在該用途的光源，係使用具有在波長250～380nm之間具有峰值之螢光體的紫外線放射型的螢光燈。該螢光燈係藉由放電而生成短波長(例如200nm以下)的光，由該短波長的光發生預定波長領域的紫外光。

在螢光燈之發光管，一般而言係使用鈉玻璃、硼矽酸玻璃、鋁矽酸玻璃等所謂的硬質玻璃。但是，硬質玻璃會吸收波長250～380nm的紫外光，因此來自燈的放射光率會降低。

因此，使用石英玻璃而非硬質玻璃作為發光管的螢光燈已在例如專利文獻1、2等中被提出。如上所示，若在發光管使用石英玻璃，則紫外光透過率高，且可有效率地取出光。

但是，在螢光燈之製造工程中，使構成發光管的材料升溫至軟化點附近，在該狀態下使螢光體附著。但是，石英玻璃的軟化點溫度為1600℃附近的高溫，因此若使石英玻璃加熱至如上所示之高溫時，螢光體本身會劣化。

另一方面，亦考慮進行螢光體不會劣化的溫度，例如900℃以下的加熱，但是此時石英玻璃與螢光體的附著會變弱，而會產生螢光體在燈亮燈中剝落等問題。

(專利文獻1)日本特表2008-503046號公報

(專利文獻2)日本特表2007-534128號公報

本發明所欲解決的課題在提供一種在發光管使用石英玻璃的螢光燈，且紫外線放射特性高者。

為了解決上述課題，本發明係一種螢光燈，係具有石英玻璃製發光管的紫外線放射型螢光燈，其特徵為具有：在前述發光管之光照射方向的背面側形成在放電空間側表面之由軟化點比石英玻璃為更低的物質所構成的玻璃層；形成在該玻璃層之放電空間側之表面的螢光體層；及形成在玻璃層與發光管之間的紫外線反射體。此外，反射體係由含有氧化矽粒子與氧化鋁粒子的膜所構成為其特徵。此外，玻璃層係包含硼矽酸玻璃粉末或鋁矽酸玻璃粉末之任一者為其特徵。

藉由上述構成，由於在石英玻璃製發光管與螢光體層之間形成由軟化點比石英玻璃的軟化點為更低的材料所構成的玻璃層，藉由上升至玻璃層的粒子表面呈軟化的溫度，即可使螢光體附著在玻璃層。此外，玻璃層與石英玻璃亦玻璃層的粒子表面呈軟化，藉此可與石英玻璃表面局部性熔接而藉此予以固接。此外，紫外線反射體與玻璃層之間係由於玻璃層的粒子表面呈軟化，可將紫外線反射體表面的氧化矽或氧化鋁粒子與玻璃層之間加以固接。針對紫外線反射體，藉由氧化矽溶膠的燒成，在粒子表面形成氧化矽玻璃層，來進行與石英玻璃的固接。藉由以上構成，由於在玻璃層與發光管之間具有紫外線反射體，因此可使在螢光體所發生的紫外線在特定方向反射而獲得高放射效率。

第1圖係顯示本發明之螢光燈(以下亦僅稱之為「燈」)，(a)係顯示長邊方向的剖面圖，(b)係顯示(a)的A-A剖面圖。

螢光燈係由發光管(玻璃管)1所構成，在發光管1的外壁，以在發光管1的長邊方向為相同地作延伸的方式配設有一對帶狀電極2(2a、2b)。在電極2(2a、2b)係被覆有保護膜3。在發光管1的內部係封入有100Torr之用以藉由介電質阻障放電來生成準分子的氣體，例如氙氣，在各電極連接有省略圖示的交流電源，若供給有交流電力時，則使作為構成發光管1之材料的石英玻璃介在其中而在發光管1的內部發生介電質阻障放電。

在發光管1的內壁係在剖面方向約半周形成有紫外線反射體4。該紫外線反射體4係以跨及相當於一方電極2a的位置與相當於另一方電極2b的位置的方式所形成。此外，在發光管1的內壁及紫外線反射體4的內面形成有玻璃層5，此外，在其內面以圓周方向之大致相同厚度形成有螢光體層6。玻璃層5與螢光體層6係形成在發光管1的內周面全域，因此紫外線反射體4係構成為被夾在玻璃管1與螢光體層6。未形成有紫外線反射體4的領域係成為光取出領域。在發光管1的內部，在一端係被塗佈有例如糊膏狀的始動輔助用導電性構件7。

藉由介電質阻障放電(dielectric barrier discharge)所發生的紫外線，例如波長172nm的光係藉由刺激螢光體層6而被轉換成波長250～380nm的紫外光而予以放射。該紫外光係直接或在紫外線反射體4反射而被放射至燈外部。

紫外線反射體4係由氧化矽粒子(SiO₂)及除此以外的粒子，例如氧化鋁粒子(Al₂O₃)所構成。氧化矽粒子由於亦會有與構成放電容器的材料相同的物質，因此在接著性(接著強度)方面極為有用。此外，氧化鋁粒子係基於反射紫外線的能力比氧化矽粒子為高而被加以利用。因此，假設使反射體4僅由氧化矽粒子(SiO₂)構成時，以紫外線反射機能方面來看，相對於由氧化矽粒子(SiO₂)與氧化鋁粒子(Al₂O₃)所構成的反射膜會較為劣等，此外，假設使反射體4僅由氧化鋁粒子(Al₂O₃)構成時，與發光管1的接著性會降低，很可能會有氧化鋁粒子剝離的問題。氧化矽粒子以外的粒子並非限定為氧化鋁粒子，若為紫外線的反射能力高於氧化矽粒子的粒子，即可取而代之。例如可使用氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氟化鈉、氟化鋇、氟化鑭、氟化鈰、氧化鈰、氧化釔、氧化鎂、氧化鈣等粒子。此外，只要同時具有不會使對於放電容器的接著性與真空紫外光的反射特性降低的機能，則除了氧化矽粒子與氧化鋁粒子以外，亦可使上述粒子混在一起。以放電容器的接著性的觀點來看，氧化矽粒子(SiO₂)與其他粒子的混合比率係以將氧化矽粒子設為30重量%以上為佳，此外，以其他粒子而言，若使用氧化鋁粒子時，亦考慮到真空紫外光之反射機能的觀點，氧化矽粒子的比率係以50～100重量%未滿的範圍為佳。

玻璃層5係使用具有軟化點比作為發光管1之基材的石英玻璃的軟化點(1600℃)為更低的玻璃。尤其較佳為軟化點在螢光體之燒成溫度(400～900℃)範圍內的玻璃，且耐熱衝擊性佳的硬質玻璃。其中亦以硼矽酸玻璃(Si-B-O系玻璃、軟化點：約800℃)、鋁矽酸玻璃(Si-Al-O系玻璃、軟化點：約900℃)較為適合。

螢光體6係使用例如銪賦活硼酸鍶(Sr-B-O：Eu(以下稱為SBE)、中心波長368nm)螢光體、鈰賦活鋁酸鎂鑭(La-Mg-Al-O：Ce(以下稱之為LAM)、中心波長338nm(但為broad))螢光體、釓、鐠賦活磷酸鑭(La-P-O：Gd、Pr(以下稱為LAP：Pr、Gd，中心波長311nm)螢光體等。該等螢光體係吸收均為未達波長250nm之領域的紫外光，且轉換成分別所具有的中心波長區域的紫外線。

電極係由例如銀或金、鋁帶(aluminum tape)等所構成。其中，亦可為直線狀電極，而非限定於帶狀電極。

本發明之螢光燈係在石英玻璃製發光管1與螢光體層6之間形成有由軟化點比石英玻璃的軟化點為更低的材料所構成的玻璃層5。因此，可藉由以玻璃層5的軟化溫度使其加熱，而使螢光體(螢光體層6的構成材料)附著在玻璃層5。此外，玻璃層5與石英玻璃1的固接亦可以玻璃層5的軟化溫度來進行。此外，由於在玻璃層5與發光管1之間具有紫外線反射體4，因此可藉由使紫外線在特定方向反射而獲得高放射效率。

第2圖係顯示第1圖(b)所示之螢光燈之剖面構造的變形例。具體而言，第1圖(b)所示之螢光燈係螢光體層6的厚度在圓周方向為大致相同，相對於此，第2圖(a)所示之螢光燈係螢光體層的厚度在圓周方向產生變化。更具體而言，螢光體層6中，存在有紫外線反射體4的領域係變厚，未存在有紫外線反射體4的領域(亦即光取出領域)係變薄。

該構造的優點係藉由使光取出領域的螢光體層6變薄，可提升在紫外線反射體4所反射的紫外線的透過率，同時可在螢光體層6施加已將藉由介電質阻障放電所發生的紫外線轉換成波長250～380nm的紫外光，而可提升合計的紫外線強度。

此外，第2圖(b)所示之螢光燈中，螢光體層係僅存在於具有紫外線反射體4的領域，並不存在於未具有紫外線反射體4的領域，亦即光取出領域。

該構造的優點在於：藉由使光取出領域的螢光體層6消失，可提升在紫外線反射體4所反射的紫外線的透過率，相較於第2圖(a)的情形，製作較為容易。

第3圖亦顯示第1圖所示之螢光燈之剖面構造的變形例。具體而言，第1圖所示之螢光燈係發光管的剖面形狀為圓形，相對於此，第3圖所示之螢光燈係發光管的剖面形狀為矩形狀。因此，第3圖所示之實施形態，成為整體而言為扁平形狀的發光管。

在發光管1之其中一方外表面設有一方電極2a，在另一方外表面設有另一方電極2b。各電極係形成為網目狀，以使光透過。

在該螢光燈中，亦在發光管1的內壁形成有紫外線反射體4，在其內面形成有玻璃層5及螢光體層6。在第1圖中所說明的始動輔助導電性構件係予以省略。

第4圖所示之螢光燈係2個電極均存在於發光管1之中的類型。與第1圖所示之螢光燈相同地，在發光管1的內面依序形成有紫外線反射體4、玻璃層5、螢光體層6。發光管1係由石英玻璃所構成，在單部安裝有密封板11，貫穿密封板11而安裝有燈絲型電極2。通常，在發光管進行被封入有作為緩衝氣體之以Ar為主成分的稀有氣體、及水銀的低壓水銀放電的燈。

接著說明第1圖所示之螢光燈之製造方法。第4圖係顯示第1圖所示之螢光燈之製造步驟的流程圖。

步驟1係形成紫外線反射體的工程。

由氧化矽粒子與含有氧化鋁粒子的溶膠凝膠液製作懸濁液，藉由在發光管用材料的內表面流動該溶液，可製作紫外線反射體。紫外線反射體的厚度係可藉由控制所流下的次數或懸濁液流動速度來進行控制。在形成紫外線反射體之後，進行500～1000℃下的大氣中燒成，而使紫外線反射體固接。

步驟2係生成玻璃層的工程。

首先，將塊狀玻璃微細粉碎而施加於球磨機。經粉碎後的玻璃粉末係藉由篩網來將粒徑作分類，抽出例如平均粒徑為0.5～10μm(最好為1～5μm)的玻璃粉末。將該玻璃粉末與例如硝化纖維素(nitrocellulose)、乙酸丁酯液以重量比1：4～1：10的比例加以混合，將該混合液連同氧化鋁球藉由球磨機充分研磨而生成漿體(slurry)。以下將使該玻璃粉末分散的漿體稱為「玻璃漿體」。接著，將該玻璃漿體塗佈在發光管用材料的內表面。發光管用材料係在一方端部形成有2個排氣管的管。將其垂直保持，在已充滿前述玻璃漿體的容器液面，放入其中一方排氣管來抽吸漿體。所被抽吸的玻璃漿體係被填充在發光管用材料的內部，但是可藉由由另一方排氣管中抽出而塗佈在內表面。其中，藉由調整玻璃漿體的黏度或塗佈次數，可調整最終獲得的玻璃層的厚度。玻璃漿體的厚度係以形成在1～30μm的範圍為佳。其中，為了針對預定的紫外光而獲得高透過率，玻璃層的厚度係以在可保持後工程中所形成的螢光體層的範圍內儘可能為小者為佳。此係基於將在玻璃層的紫外線吸收止於最小限度之故。

接著，使玻璃漿體乾燥。

使用被安裝在發光管用材料的2個排氣管而使乾燥氮氣作循環，藉此使玻璃漿體所含有的乙酸丁酯蒸發。結果，在發光管用材料的內表面形成堆積有厚度為1～30μm的玻璃粉末的層(玻璃層)。其中，用在乾燥的氣體亦可為乾燥空氣。接著，使玻璃層燒成。具體而言，藉由將玻璃管加熱而使玻璃粉末燒成，但是燒成條件為在大氣中，約500～1000℃，以時間而言，以最高溫度下的保持時間予以表示時，為0.2～1小時。上述使用硼矽酸玻璃粉末或鋁矽酸玻璃粉末時，以在600～900℃下進行為佳。接著，藉由如上所示之燒成工程而使粒子彼此相結合並且融著在玻璃管，玻璃層會強力結著在基材。此外，玻璃層若為粉末狀態，亦具有作為在螢光體所發生之紫外線之反射層的機能。其中，玻璃層由於不會升溫至熔融溫度，因此通常係維持粉末狀的形態，但是亦可形成為更加提高溫度而使其熔融的狀態。

步驟3係將螢光體塗佈在發光管用材料之內面的工程。

螢光體的塗佈方法係與步驟2相同，將發光管形成材料垂直保持，在充滿螢光體漿體的容器液面置入排氣管的其中一方，由其中一方排氣管進行抽吸，將螢光體漿體上吸而在管內部充填螢光體漿體，之後，由另一方排氣管抽出而進行塗佈。接著，使螢光體漿體乾燥。由發光管用材料的其中一方排氣管A朝向另一方排氣管流通乾燥氮氣，藉此使螢光體漿體所含有的乙酸丁酯蒸發。用在乾燥的氣體亦可為乾燥空氣。此外，為燒成螢光體的工程。將發光管用材料放入爐內而進行燒成。燒成條件係在大氣環境中約為500～800℃，以最高溫度下的保持時間而言，加熱0.2～1小時。在該燒成工程中，在螢光體層與玻璃層的交界面發生玻璃表面軟化而使螢光體結著在玻璃層，結果獲得強固的結合狀態。結果，獲得在由石英玻璃所構成的發光管構成用材料的內表面上，依序層積有由低軟化點玻璃粉末所構成的玻璃層、螢光體層的狀態。其中，若為在大氣中的劣化激烈的螢光體，係在升溫至硝化纖維素在大氣中燃燒的溫度之後，藉由形成為非氧化雰圍氣或還原雰圍氣，而可進行至約800度程度的加熱。

步驟4係封入稀有氣體而予以密封的工程。具體而言，在將附著在排氣管內面的螢光體層及玻璃層去除之後，將其中一方排氣管進行加熱密封，由另一方排氣管進行排氣，封入預定的稀有氣體(封入物)而作氣密密封(tip-off)。結果，獲得形成有氣密放電空間的螢光燈用發光管。所封入的稀有氣體例如為氙(Xe)、氪(Kr)、氬(Ar)。若為第4圖的情形，係在排氣時亦同時封入水銀。

步驟5係安裝電極的工程。

在上所示之製造工程中，針對螢光燈列舉具體數值例。

發光管的全長係由300～2000mm的範圍中作選擇，例如1500mm，發光管壁厚為1～4mm，例如2mm。此外，螢光體層的平均厚度係由10～20μm的範圍中作選擇，例如15μm，形成在螢光體層與發光管之間之由低軟化點玻璃所構成的玻璃層的厚度係由1～30μm的範圍中作選擇，例如10μm。

接著說明表現本發明之效果的實驗。

將與第3圖所示之螢光燈為相同形態的燈設為燈1，由第3圖所示之螢光燈，將未存在有紫外線反射體4的燈設為燈2，測定出出射面中的相對照度。相對照度係使用相對於比較燈之照度的相對值。

在第6圖顯示相對照度值，在第7圖顯示發光光譜。

根據實驗結果，使用紫外線反射體的燈1相對於比較燈，在波長300～340nm中，相對照度值為「4.4」，在波長340～400nm中，相對照度值為「3.8」。此外，僅設有螢光體層的燈2相對於比較燈，在波長300～340nm中，相對照度值為「3.1」，在波長340～400nm中，相對照度值為「2.6」。

此外，第7圖所示之發光光譜係在縱軸表示以比較燈之波長340nm中的照度為基準的相對值。設有紫外線反射體的燈1或僅有螢光體層的燈2均在波長340nm附近具有峰值，可知與燈2的照度相比較，燈1的照度係非常高。

以上說明的螢光燈係一對電極均位於放電空間之外部的位置者，但是並非限定於如上所示之例，若為例如至少一方電極被配置在內部者亦可適用。其中，當在放電空間內配置電極時，則在密封工程之前安裝電極即可。

如以上所示，本發明之螢光燈係在石英玻璃製發光管與螢光體層之間形成有由軟化點比石英玻璃的軟化點為更低的材料所構成的玻璃層，因此僅以玻璃層的軟化溫度來使其加熱，即可使螢光體附著在玻璃層。此外，玻璃層與石英玻璃亦可以玻璃層的軟化溫度加以固接。此外，由於在玻璃層與發光管之間具有紫外線反射體，因此藉由使紫外線在特定方向反射，可獲得高放射效率。

1．．．發光管

2、2a、2b．．．電極

3．．．保護膜

4．．．紫外線反射體

5．．．玻璃層

6．．．螢光體層

7．．．始動輔助用導電性構件

11．．．密封板

第1圖係顯示本發明之螢光燈之構成。

第2圖係顯示本發明之螢光燈之其他實施形態。

第3圖係顯示本發明之螢光燈之其他實施形態。

第4圖係顯示本發明之螢光燈之其他實施形態。

第5圖係顯示本發明之螢光燈之製造方法。

第6圖係顯示本發明之實驗結果。

第7圖係顯示本發明之實驗結果。

1．．．發光管

2．．．電極

4．．．紫外線反射體

5．．．玻璃層

6．．．螢光體層

11．．．密封板

Claims

一種螢光燈，係具有石英玻璃製發光管，沿著該石英玻璃製發光管的長邊方向形成有光取出領域的紫外線放射型螢光燈，其特徵為具有：在前述石英玻璃製發光管之光照射方向的背面側形成在放電空間側表面之由軟化點比石英玻璃為更低的玻璃粉末的層經燒成而成的玻璃層；形成在該玻璃層之放電空間側之表面之放射紫外線的螢光體層；及形成在前述玻璃層與石英玻璃製發光管之間且除了前述光取出領域所形成的含有氧化矽粒子的紫外線反射體。
如申請專利範圍第1項之螢光燈，其中，前述紫外線反射體係由含有氧化矽粒子與氧化鋁粒子的膜所構成。
如申請專利範圍第1項之螢光燈，其中，前述玻璃層係包含硼矽酸玻璃粉末及鋁矽酸玻璃粉末之任一者。