TWI549157B - Fluorescent light - Google Patents

Description

螢光燈

本發明是關於一種放射紫外領域之光的螢光燈者，尤其是，關於一種在發光管內面塗佈有螢光體所成的螢光燈者。

最近，在光觸媒或廣義的樹脂硬化、除菌、美容、醫療等的用途上，利用著波長300nm附近的紫外光。作為此種光的光源，使用著在波長250~380nm近旁發光具有強度峰值的光的螢光體，為放射被塗佈於發光管內表面的紫外線的螢光燈。

在放射此種紫外光的螢光燈中，得到藉由放電勵磁螢光體所用的較短波長(例如200nm以下)的紫外光，將此紫外光照射在螢光體而勵磁螢光體，而將藉由變換成所定波長領域的光所得到的紫外光(200~380nm)，透射螢光體層及發光管，予以放射者，在原理上與得到可視光者同樣者。

作為螢光燈的發光管，一般適用著鈉玻璃、硼矽酸玻璃、鋁矽酸玻璃等的所謂硬質玻璃。

然而，在上述的例如放射波長200~380nm附近的紫外光的螢光燈，將上述的硬質玻璃使用於發光管時，為了產生紫外線的吸收，成為紫外光的透射率，效率低的燈。

因此，作為構成發光管的玻璃，紫外光的透射率更高者較佳。

在此，鑑於此種事情，在發光管使用石英玻璃的螢光燈，例如揭示於專利文獻1、2等。

如記載於此些文獻的技術地，若在發光管使用石英玻璃所構成，可取出紫外光的透射率高，效率優異的光。

然而，一般在螢光燈中，在其製程中，具備昇溫至構成發光管的基材的玻璃的軟化點附近，俾燒成固裝螢光體的工程。

然而，依據上述習知技術在發光管使用石英玻璃時，石英玻璃的軟化點為1600℃近旁之故，因而當加熱至此種高溫度領域，則會產生螢光體的劣化，有無法得到所定之光的問題。

鑑於此，若將螢光體的燒成溫度降低至在發光特性上不會有問題的溫度領域，例如燒成降低至900℃以下，則無法得到石英玻璃的軟化，使得螢光體層從管壁剝落掉下，而產生所定的配光分布的問題。

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

本發明是鑑於上述習知技術的問題點，提供一種在放射紫外線的螢光燈，在發光管使用石英玻璃，作成紫外光的透射率高，效率優異者，而且不會有塗佈於發光管內表面的螢光體的剝離，掉落等的問題的高信賴性的螢光燈，作為目的者。

為了解決上述課題，本發明的螢光燈，是使軟化點比構成發光管的石英玻璃還要低的玻璃粉末，以該玻璃粉末部分地散佈於上述發光管的內表面上之方式加以堆積配置，而將放射紫外光的上述螢光體層形成於上述發光管的內表面之從上述玻璃粉末露出的石英玻璃上及上述玻璃粉末上，為其特徵者。

又，上述玻璃粉末為含有硼矽酸玻璃及鋁矽酸玻璃，鋇矽酸玻璃，或是以此些任何組成為基礎添加鹼土類氧化物或鹼氧化物、金屬氧化物的玻璃的任一種，為其特徵者。

又，上述玻璃粉末的面積為對於上述發光管的內表面30~90%的比率，為其特徵者。

依照本發明的螢光燈，有軟化點比石英玻璃的軟化點還要低的低玻璃所成的玻璃粉末，以分散於發光管的放電空間側的表面上的狀態形成於石英玻璃製發光管與螢光體層之間之故，因而螢光體的燒成工程，不必將該螢光體加熱成1000℃以上的溫度，而在玻璃粉末的軟化點溫度近旁進行燒成，就可將螢光體層與發光管之結合作成牢固。

藉此，成為螢光體的劣化少而對於紫外光的變換效率良好的螢光燈，而且可作成螢光體層不會剝離、脫落，不會產生照度不均勻的螢光燈。

而且，即使構成玻璃粉末的軟化點低的玻璃，對於石英玻璃在熱脹係數具有差異，上述玻璃粉末是在發光 管內表面以分散的狀態，也大約島狀地散佈被配置之故，因而石英玻璃粉末與玻璃粉末之間，很難有因熱脹係數所產生的翹曲，而也不會玻璃粉末從發光管剝離的情形。

結果，可得到螢光體不容易剝落，玻璃粉末也不容易剝落，而紫外光的發射效率高的螢光燈。

又，如上述地，玻璃粉末以大約島狀地散佈所配置之故，因而針對於以螢光體所發生的紫外線，直接透射石英玻璃而取出在外部的比率，與以玻璃層一樣地被覆發光管內容面的情形相比較也有增加的優點。

又，上述玻璃粉末含有以硼矽酸玻璃(Si-B-O系玻璃)及鋁矽酸玻璃(Si-Al-O系玻璃)、鋇矽酸玻璃，或以此些任一組成為基礎，添加鹼土類氧化物或鹼氧化物、金屬氧化物的玻璃中至少任一玻璃，藉此，耐熱衝擊性良好之故，因而使用作為螢光燈之際的溫度變化也可充分地忍受，不會發生該玻璃粉末剝落，或與螢光體層的結合降低的問題，也發揮確實地可保持螢光體層的效果。

如第1圖、第2圖所示地，螢光燈1是由大約矩形箱狀的發光管2所構成，而在其內部形成有放電空間S。該發光管2是由具有石英玻璃等的紫外線透射性的介質所構成，而在其上面與下面具備一對外部電極3、。

在上述發光管2的放電空間S，以所定封入量封入有準分子放電用的氣體，例如作為放電氣體有氙氣體被封入10~70kPa。當然，與其他稀有氣體混合也可以。10~70kPa。當然，與其他稀有氣體混合也可以。

又，發光管的斷面形狀，是並未限定於上述的大約矩形箱狀，也可適當使用大約圓筒狀管或扁平狀管等。

上述螢光燈1的下面側的電極4，是印刷、蒸鍍或作成箔狀黏貼鋁等的金屬所形成者，放電空間S內所生成的紫外光可透射的方式，例如網眼狀地所構成。

未放射光的一邊，亦即上面側的電極3是不需要針對於光透射性，惟由製造上的觀點，以與下面側的電極4同樣的形態所構成也可以，而與該下面側電極4同樣地利用鋁等所形成。

如第2圖、第3圖所示地，在發光管2的內面局部地，且擴展至大約全領域地形成有玻璃粉末層5，積層於此玻璃粉末層5及發光管2的內表面上的方式形成有螢光體層6。

亦即，如第3圖所示地，低軟化點玻璃粉末5a局部地島狀地被固定於發光管2的內表面上而形成玻璃粉末層5，在發光管2的放電空間S側，局部地形成有玻璃粉末層5，而且，發光管2的內表面本體成為露出的形態。

螢光體粉末6a是被塗佈於該玻璃粉末層5上之故，因而該螢光體粉末6a是局部被積層於玻璃粉末5a上，而且一部分是成為直接被積層於發光管2的內表面的形態。

玻璃粉末層5是由軟化點比構成發光管2的石英玻璃(軟化點：1600℃)還要低的玻璃粉末的單體或聚合體所構成。(作為玻璃粉末層5，較佳是軟化點為在螢光體的燒成溫度(400~900℃)的範圍者，具體地說明材質，更佳為耐熱衝擊性優異的硬質玻璃。

其中，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℃)，鋇矽酸玻璃，或是以此些任一組成為基礎添加鹼土類氧化物或鹼氧化物，金屬氧化物的玻璃較佳，此種硬質玻璃是單獨使用也可以，或是以適當的比率混合地使用也可以。

此種玻璃粉末5a的單體或聚合體所成的玻璃粉末層5，以局部地露出發光管2內表面的狀態下所形成，藉此積層形成於其上面的螢光體層6，牢固地被保持在發光管2，成為可提供不會有螢光體層6的剝離或脫落，信賴性高的螢光燈。

而且，作為發光管2的素材，使用紫外線透射率高的石英玻璃之故，因而可作成紫外光的透射率良好，紫外光的放射效率高的螢光燈。

以下，依照表示於第4圖的流程圖來說明本發明的螢光燈的螢光體層的形成方法。

1.　調配玻璃粉末的漿料。

以所定比率混合構成玻璃粉末層5的玻璃粉末5a，及硝化纖維素，乙酸丁酯液。充分地混合來製作懸濁液，而製作分散玻璃粉末的玻璃粉末漿料。

調配成此種濃度範圍，就成為可將玻璃粉末5a的單體或聚合體所成的玻璃粉末層5，以局部地露出於發光管內表面的狀態下形成於發光管2內表面上。

又，使用於玻璃粉末層的玻璃是可由：硼矽酸玻璃(Si-B-O系玻璃)及鋁矽酸玻璃(Si-Al-O系玻璃)，鋇矽酸玻璃，或是以此些任一的組成為基礎而添加鹼土類氧化物或鹼氧化物，金屬氧化物的玻璃選擇，例如可使用日本電氣玻璃股份有限公司所製的玻璃，型式BFK或BS，PS-94等。

2.　在發光管內部塗佈玻璃粉末漿料。

作為塗佈方法，可採用澆注或吸引等的適當的方法。

3.　乾燥玻璃粉末漿料。

在發光管構成用玻璃管的兩端形成有開口，而從一方的開口流入乾燥氮氣體(乾燥空氣也可以)，就可蒸發被含在玻璃漿料的乙酸丁酯。結果，玻璃粉末5a以局部地堆積的狀態下形成厚度為3~10 μm於玻璃管的內表面上。

作為乾燥後的玻璃粉末層5的分布狀態，為30~90%較佳。又，玻璃粉末的厚度較佳為3~10 μm，更佳為3~6 μm。

作為玻璃粉末層5的形成比率在濃度低時，最終地構成螢光燈時，使得石英玻璃的露出面過寬而很難保持螢光體。另一方面，濃度比90%大時，構成玻璃粉末層5的玻璃粉末5a彼此間成為無裂縫的狀態，而藉由為了製造燈時溫度變化或重複燈點亮/熄滅所產生的熱脹，在發光管2與玻璃粉末層5之界面發生空隙而有玻璃粉末層5剝離的情形。因此，作為玻璃粉末層5的分布狀態控制在30~90%較佳。

4.　燒成玻璃粉末之層。

燒成條件是在大氣中約500~1000℃，作為時間，以最高溫度的保持時間，為0.2~1小時。在使用上述的硼矽酸玻璃，鋁矽酸玻璃，鋇矽酸玻璃時，則以600~900℃進行較佳，而使用以此些任一的組成為基礎添加鹼土類氧化物或鹼氧化物，金屬氧化物的玻璃時，以500~800℃進行較佳。藉由此燒成工程，局部地結合粒子彼此間，而且成為熔合於玻璃管2，使得玻璃粉末層5牢固地黏合於基材。

又，玻璃粉末層5是不會昇溫至熔融溫度，一般為維持粉末狀的形態。

燒成後，將玻璃管冷卻至常溫。

5.　調配螢光體漿料。

螢光體是例如，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(以下稱為LAM。)，中心波長338nm(但是寬頻帶響應(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。

此些螢光體都是吸收波長不足250nm的領域的紫外光，變換成各該具有的中心波長帶的紫外線，進行放射。

6.　在發光管內部塗佈螢光體漿料。

將螢光體漿料塗佈於發光管2內。塗佈方法是抽吸法，澆注法等較適當。

7.　乾燥螢光體。

在玻璃管內部流著乾燥氮氣體(乾燥空氣也可以)而蒸發含在螢光體漿料的乙酸丁酯。

8.　燒成螢光體。

將發光管用的玻璃管放進爐內，進行燒成。燒成條件是大氣雰中，大約500~800℃，在最高溫度的保持時間，加熱0.2~1小時。在該燒成工程中，任螢光體層6與玻璃粉末層5的境界面產生玻璃的軟化而把螢光體6a黏合於玻璃粉末層5，結果，得到牢固的結合狀態。

又，大氣中的劣化激烈的螢光體時，加溫至在大氣中硝化纖維素燒失的溫度為止之後，藉由作成非氧化氣氛或還原氣氛，可進行一直到大約800度左右的加熱。

燒成後，冷卻發光管。

如此形成有螢光體層6的發光管2，是排氣其內部，封入放電用氣體而進行氣密密封(封離：tip off)。

被封入的放電用氣體是稀有氣體，例如氙(Xe)，氪(Kr)，氬(Ar)，氖(Ne)，單獨使用也可以，或是適當的組合加以混合地使用也可以。又，利用此些稀有氣體的放電所得到的波長，是氙160-190nm，氪124，140-160nm，氬107-165nm，氖80~90nm。

在如此所構成的螢光燈1中，在第1圖，當高頻電壓由未圖示的電源施加於一對外側電極3、4，則在電極3、4間形成有介裝介質(發光管2的上下壁)的放電，而利用放電氣體的例如氙(Xe)氣體的發光，發生著波長172nm的紫外光。

在此所得到的紫外光是螢光體的勵磁用的發光，利用該波長172nm的紫外光來照射螢光體層6，螢光體被勵磁，例如利用選擇螢光體的種類，有波長200~380nm的紫外光被放射。如此所得到的波長200~380nm的紫外光，是透射該螢光體層6，玻璃粉末層5，發光管2，而被放射至外部。

在玻璃粉末層5，作為紫外光的透射率，雖比石英玻璃還要差，惟介裝狀態是局部性，而且其厚度為如30 μm以下之故，因而波長200~380nm的紫外光的吸收較少，成為大部分透射而被放射至外部。

結果，與以低軟化點的玻璃形成發光管2全體者相比較，成為以特別高的效率可放射所期望的波長帶的紫外光。

以上，所說明的螢光燈是一對電極部位於放電空間的外部者，惟並未被限定於此種例子，例如任一方的電極配置於內部者也可適用。

又，當然也可適用在放電形式不相同的水銀勵磁型的螢光燈。在放電空間內配置電極時，則在塗佈有螢光體層的發光管的密封工程之前安裝電極就可以。

第5圖是本發明的其他實施例的內部電極型的低壓水銀螢光燈10。

構成發光管11的玻璃管是由熔融石英玻璃所構成。

在該發光管11的內部，利用與上述的方法同樣的方法，使得玻璃漿料藉由進行塗佈，乾燥，燒成，而以分散於發光管11的內表面上的狀態下形成有玻璃粉末層12。使用於該玻璃漿料的玻璃粉末，是軟化點比石英玻璃還要低的玻璃所成，即使在最終的螢光燈的狀態下，也維持著粉末的形態。

在該玻璃粉末層12，及石英玻璃管11的露出面部上面，形成有螢光體層13。

又，在發光管11的內部，作為一對內部電極14、15，燈絲座被支撐而配置於發光管11的端部的密封構件17、18，又，封入有4kPa(30Torr)的稀有氣體的氬，又封入有10mg/cm³的水銀。又，在同圖中，19、20是引線。

在該實施例的螢光燈10，當依水銀的輝線的波長185nm與254nm的光照射螢光體層13，則被轉換成例如波長大致300nm的光。依照此種螢光燈10，與僅利用僅得到通常的水銀的放電所得到的波長320~370nm近旁相比較，更有效率可放射波長大致300nm的光。

又，在以上的說明中，作為螢光體的種類代表性地列舉SBE，LAM，LAP：Pr，Gd加以說明，當然視用途也可使用各種螢光體。

以下，依放射光的波長帶別地列舉螢光體。藉由放電物質與利用的紫外線的波長帶，由此些螢光體使用適當者就可以。

〈表示300~400nm的發光的螢光體〉

鈰賦活鋁酸鎂鑭(La-Mg-Al-O：Ce)

鈰賦活磷酸鑭(La-P-O：Ce)

鈰賦活磷酸釔(Y-P-O：Ce)

鈰賦活鎂鋇鋁酸鹽(Ce-Mg-Ba-Al-O)

鐠及鎘賦活磷酸鑭(La-P-O：Gd，Pr)

銪賦活硼酸鍶(Sr-B-O：Eu)

〈表示200~300nm的發光的螢光體〉

鐠賦活磷酸鑭(La-P-O：Pr)

鐠賦活磷酸釔(Y-P-O：Pr)

鐠賦活磷酸鑥(Lu-P-O：Pr)

鉍賦活磷酸釔(Y-P-O：Bi)

〈表示180~200nm的發光的螢光體〉

釹賦活磷酸鑥(Lu-P-O：Nd)

釹賦活磷酸釔(Y-P-O：Nd)

在第6(A)、(B)圖，表示著如上述的螢光體，而且對於紫外線形成具有反射性的反射膜的實施例。

在圖中，在發光管2的內周面，分散配置有軟化點比石英玻璃還要低的玻璃粉末層5，被大約島狀地形成，而在與該內周面的周方向的光出射側相反側的一部分，在圖示的例子中，在上面側形成有反射膜7。又，含有該反射膜7有螢光體層6形成於全周面。

藉由構成如此，可提高在光出射側的紫外線輸出，而可作成實用上適用的螢光燈。作為構成此種反射膜7所用的反射材料，具體而言，可使用二氧化矽粉末(SiO₂)，氧化鋁粉末(Al₂O₃)，及此些混合物，又，可使用以此些作為主成分而混合其他反射材料者。

上述反射材料是也可以以高溫進行燒成，惟形成本發明的玻璃粉末層5，即使將燒成溫度作成較低溫，也可將反射材料確實地固定於發光管2，又，成為可同時地進行反射材料與螢光體的燒成之故，因而在製造具備反射膜的螢光燈上也很優勢地進行功能。

又，在上述例子中，在形成玻璃粉末層5之後，作成形成反射膜7，惟先形成反射膜7，之後，在除了該反射膜所留下的部分作成形成玻璃粉末層5也可以。這時候，在含有反射膜7將螢光體層6形成於全內周面也很實用性。

(實驗例)

將具有混合於黏合劑的低軟化點的玻璃粉末(以下稱為「特定的玻璃粉末」)的量(重量)變更成各種來製作特定的玻璃粉末的混合比率不相同的玻璃粉末漿液。

使用各玻璃粉末漿液來形成玻璃粉末層，而且在其上面積層有螢光體層的方式，塗佈，燒成螢光體而進行螢光燈的中間成品。為評價此螢光體層的附著狀態，切出形成有螢光體層的部分來製作樣品1~樣品6。

又，利用上述順序5至9，來製作未具有特定的玻璃粉末層的樣品7，亦即製作在發光管內面直接形成有螢光體層的習知技術的樣品7。

針對於以上的樣品1~樣品7，依照下述的分析方法來測定特定的玻璃粉末的附著面積比率，而且以棉花棒搓各樣品表面來評價螢光體層及玻璃粉末層的剝離的狀態。在此時的評價中，無法避免產生螢光體稍些剝離之故，因而與習知技術(樣品7)同樣地有螢光體層剝離，或是有玻璃粉末層剝離的情形作成×。

將此結果與包含於玻璃粉末漿料的黏合劑的玻璃粉末的混合比率一起表示於表1。

〈玻璃粉末的附著面積的分析方法〉

將發光管的斷面安裝於被附屬在EPMA(電子線微量分析器)的SEM(掃描型電子顯微鏡)的樣品台，開始抽分析器)的SEM(掃描型電子顯微鏡)的樣品台，開始抽取真空進行觀察。

這時候，將螢光體粒子設定於可充分地分離的程度倍率(約1萬倍左右)而加以擴大。

當進行SEM的測定來確認粒子形狀之同時，使用EPMA的面分析或藉由部位朝管徑方向進行線分析，就可測定元素的分布。

當測定元素的分布狀態，則螢光體的主要構成與玻璃的構成元素是不相同之故，因而可明確地分離螢光體與玻璃。

螢光體為LAM的情形，則La、Al、Mg為主要元素，而YPC的情形，則Y、P為主要元素。對此，軟化點低的玻璃成分，是例如軟質玻璃的情形，則含有K、Na等的鹼元素，B、Ti、Al等的任一元素。

所以，以利用EPMA附屬的SEM的面分析或線分析，藉由測定粒子的元素分布，可分離螢光體粒子與軟質玻璃粒子，也可把握其形狀。

樣品1是玻璃粉末的附著面積比率為100%而具有低軟化點的玻璃粉末層(以下稱為「玻璃粉末層」)形成於發光管內面的全面者。在此樣品1中，當發光管成為高溫，則玻璃粉末層浮起，而在發光管的底子之間有空間，產生剝落的現象。該理由是構成發光管的石英玻璃與玻璃粉末層為熱脹係數不相同之故，因而當發光管成為高溫，則藉由伸縮的程度無法維持接著，而容易彎曲之一邊，亦即玻璃粉末層剝離，會產生空間。

樣品2~樣品4，是玻璃粉末層不會剝離而可穩定地保持螢光體層。該理由是玻璃粉末層為面積比30~90%局部地露出發光管(石英玻璃)的底子之故，因而可局部地緩和依伸縮之狀態。

樣品5、6是玻璃粉末層為面積比10~20%，而發光管(石英玻璃)的露出面積較大之故，因而螢光體剝離而無法穩定地保持螢光體層。

樣品7是關於習知技術者，螢光體都被剝離，無法穩定地保持螢光體層。

由以上的結果可知，藉由在螢光燈的發光管內表面以30%~90%的比率形成有玻璃粉末層，不容易產生螢光體層的剝離而可穩定地維持螢光體層及玻璃粉末層。

如上述地，在本發明的螢光燈中，在石英玻璃所成的發光管的內表面，分散配置軟化點比石英玻璃還要低的玻璃粉末層，而藉由在上述發光管內表面與該玻璃粉末層上形成螢光體層，使得螢光體層牢固地被保持於發光管，不會有該螢光體層剝離或脫落，發揮可提供信賴性高的螢光燈的優異效果。

1．．．螢光燈

2．．．發光管(石英玻璃)

3、4．．．外部電極

5．．．(低軟化點)玻璃粉末層

5a．．．(低軟化點)玻璃粉末

6．．．螢光體層

6a．．．螢光體

7．．．反射膜

S．．．放電空間

10．．．低壓水銀螢光燈

11．．．發光管

12．．．(低軟化點)玻璃粉末層

13．．．螢光體層

14、15．．．電極

第1圖是本發明的螢光燈的立體圖。

第2圖是第1圖的橫斷面圖。

第3圖是第2圖的A部分的擴大斷面圖。

第4圖是說明本發明的螢光燈的製造工程的流程圖。

第5圖是本發明的其他實施例的低壓螢光燈的斷面圖。

第6(A)圖及第6(B)圖是本發明又一實施例的斷面圖及擴大圖。

2．．．發光管(石英玻璃)

5．．．(低軟化點)玻璃粉末層

5a．．．(低軟化點)玻璃粉末

6．．．螢光體層

6a．．．螢光體

Claims (4)

1. 一種螢光燈，是具備：石英玻璃所成的發光管，及將塗佈於該發光管內表面的紫外光予以放射的螢光體層的螢光燈，其特徵為：使軟化點比石英玻璃還要低的玻璃粉末，以該玻璃粉末部分地散佈於上述發光管的內表面上之方式加以堆積配置，而將放射紫外光的上述螢光體層形成於上述發光管的內表面之從上述玻璃粉末露出的石英玻璃上及上述玻璃粉末上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的螢光燈，其中，上述玻璃粉末為含有硼矽酸玻璃及鋁矽酸玻璃，鋇矽酸玻璃的任一種。
3. 如申請專利範圍第1項所述的螢光燈，其中，上述玻璃粉末的面積為對於上述發光管的內表面30~90%的比率。
4. 如申請專利範圍第1項所述的螢光燈，其中，在上述發光管的內周面的周方向的一部分，形成對於紫外線具有反射性的反射膜。