TWI578373B - Fluorescent lamp and its manufacturing method - Google Patents

Description

螢光燈及其製造方法

本發明係與螢光燈及其製造方法相關，尤其是，與放射紫外光之螢光燈及其製造方法相關。

最近，光觸媒、廣義之樹脂硬化、除菌、美容、醫療等之各種分野，利用了波長300nm附近之紫外光。此種光之光源，係使用將於波長250~380nm附近具有強度峰值之螢光體塗佈於發光管內面的螢光燈。

此種放射紫外光之螢光燈，係於發光管內，利用放電得到波長相對較短，而得到例如200nm以下之紫外光，將該紫外光照射於螢光體層並激發該螢光體，而變換成特定波長區域例如前述250~380nm之光，藉此所得到之特定波長區域之紫外光，透射螢光體層及發光管，而放射至外部，原理係與得到可見光之螢光燈相同。

然而，放射紫外光之螢光燈當中，例如，放射前述波長250~380nm附近之波長相對較短之紫外光的螢光燈，因為構成發光管之玻璃材質會導致該紫外光被吸收，故為了能有效率地放射該紫外光，故希望能以石英玻璃來構成發光管。

然而，因為石英玻璃之軟化點較高，而有難以使螢光體安定地保持於由石英玻璃所構成之發光管的問題。

因此，例如，如日本特開2010-056007號公報(專利 文獻1)及日本特開2010-153054號公報(專利文獻2)之技術所示，採用於石英玻璃上形成薄薄之低融點的玻璃層來提高螢光體與石英玻璃之密貼性的技術。

其中，專利文獻1所記載之技術，其係在塗佈螢光體前之階段，於發光管之內周面上燒成、形成低融點玻璃粉末之薄層，其後，塗佈螢光體漿再進行燒成之構造。藉由該構造，可以將螢光體之燒成溫度抑制於較低，而安定地保持於石英玻璃製之發光管，參照第10圖、第11圖，針對該技術進行說明。

第10圖，係將傳統技術之螢光燈20相對於管軸從垂直方向進行切斷之剖面圖，(A)係整體剖面圖，(B)係其他之X部的放大剖面圖。發光管21係由石英玻璃所構成，係於其內面上形成著低融點玻璃粉末之層22，再於其上層積著螢光體層23之構成。而且，於發光管21之外壁，配設著相對之一對外部電極24、24。

此種螢光燈，係大致依照第11圖所示之製造工序之流程圖的手續來製作。

如第11圖所示，首先，(1)調製玻璃粉末漿液，(2)將其塗佈於石英玻璃管內面並進行乾燥。(3)以使玻璃粉末層固定於石英玻璃管為目的，而以高溫進行燒成、冷卻。其燒成之條件約為500~1000℃，到達特定溫度後，保持0.2~1h。

其次，(4)調製螢光體漿液，(5)將其塗佈於形成著低融點玻璃粉末層之石英玻璃管並進行乾燥。其後，( 6)進行燒成、冷卻。其燒成溫度約為500~800℃，保持0.2~1h。如此，(7)形成發光管後，進行發光管內部之排氣，封入稀有氣體等之特定封入物並進行密封。而且，(8)於發光管外部形成電極，即完成螢光燈。

是以，上述技術需要實施，在石英玻璃製之發光管內面而於形成低融點玻璃層之階段對發光管實施高溫加熱之工序、及後續之螢光體燒成工序之2次的加熱處理工序，因而有製造工序需要較大熱量及作業時間的問題。

[專利文獻1]日本特開2010-056007號公報

[專利文獻2]日本特開2010-153054號公報

本發明，為了解決上述傳統技術之問題點，而提供具備：由石英玻璃所構成之發光管、及藉由激發而放射紫外光之螢光體層之螢光燈，製造時，可以減少燒成工序而只實施1次即可，不但可將製造成本及時間抑制於較低，尚可使螢光體層強固而安定地保持、形成於發光管之螢光燈之構造及其製造方法。

有鑑於上述傳統技術之問題點並為了解決上述課題，本發明之特徵為，形成於發光管內面之螢光體層，係由包含螢光體粒子及二氧化矽粒子之物所構成。

此外，其特徵為，前述螢光體層所含有之二氧化矽粒子，其平均粒徑為10~100nm，於前述螢光體層中含有之 比例為2~20wt%。

此外，其特徵為，前述螢光體層所含有之二氧化矽粒子，其平均粒徑為10~50nm。

此外，本發明之放射紫外線之螢光燈之製造方法的特徵為，包含：混合螢光體粒子及二氧化矽粒子及有機溶媒來調製螢光體塗佈液之工序；將前述螢光體塗佈液塗佈於由石英玻璃所構成之管的工序；以及前述螢光體塗佈液乾燥後，進行螢光體及二氧化矽粒子之燒成的工序。

此外，調製前述螢光體塗佈液之工序，其特徵為，使用以矽烷偶合劑實施過表面處理之二氧化矽粒子。

依據本發明之螢光燈，因為螢光體層係由螢光體粒子及二氧化矽粒子所構成，於其製造工序，無需經過以形成低融點玻璃層為目的之加熱燒成工程，只要以直接將螢光體層塗佈於發光管並進行燒成之一次工序，即可具有充份之黏貼性而安定地附著於發光管，而以低熱量即可提供生產性良好之螢光燈。

而且，因為二氧化矽粒子之平均粒徑為10~100nm，螢光體層所含有之比例為2~20wt%，不但可改善上述黏貼性，也可減少二氧化矽粒子所導致之紫外光的擴散，並以放射傳統技術以上之、或其同等程度之強度來放射紫外光，最好，藉由使平均粒徑成為10~50nm，來得到傳統技術以上之紫外光強度。

依據本發明之螢光燈之製造方法，具備由石英玻璃所構成之發光管而放射紫外光之螢光燈，製造時，可以減少 燒成工序而只實施1次即可，不但可以將製造成本及時間抑制於較低，尚可使螢光體層強固且安定地保持、形成於發光管。

第1圖，係本發明之螢光燈之整體立體圖，第2圖係其橫剖面圖，第3圖係第2圖之A部放大剖面圖。

圖中，螢光燈1之構成，係由具備著略呈矩形箱狀之放電空間所構成者，於由石英玻璃等之具有紫外光透射性之介電質所構成之發光管2之上面及下面，具備著一對之外部電極3、4。

於發光管2內，封入著特定封入量之激發放電用氣體，例如，封入10~70kPa之氙氣體作為放電氣體。當然，亦可以混合著其他稀有氣體。

形成於發光管2之上面及下面的電極3、4，例如，係利用鋁等之金屬以印刷、蒸鍍或箔狀貼附來形成，採放電空間內所生成之紫外光可透射之方式，例如，為網目狀之構成。

此外，形成於發光管2之未放射光側之電極，無需光透射性，亦可以為鋁帶等之所謂面狀電極，本例時，為了製造上的方便，如該圖所示，係雙方皆具備透光性之構成。

而且，於發光管2內，形成著螢光體層5，如第3圖所示，該螢光體層5，係以於螢光體粒子6中混入粒子徑 小於該螢光體粒子6之二氧化矽粒子7來製作，而以於螢光體粒子6之間隙充填著二氧化矽粒子7之狀態來構成螢光體層。

以於螢光體層5之螢光體粒子6彼此之間隙充填著二氧化矽粒子7，來使該螢光體粒子6彼此之黏貼性變佳，而增加螢光體層5之強度，因而抑制該螢光體層5之剝離。

此處，螢光體粒子6可以使用一般所使用之螢光體，列舉粒徑之一例的話，例如，粒徑為1~20μm，平均粒徑為2~10μm。

螢光體層5所含有之二氧化矽粒子7，使用粒徑小於前述螢光體粒子6者，例如，粒徑為數nm~200nm，平均粒徑為10~100nm。

此外，本說明書中，粒徑係指粒子之一次粒子徑，平均粒徑則係指累積重量百分率為50%之粒徑(亦即，中值徑)。

此外，上述第2圖中，螢光體層5係形成於發光管2之全內周面，然而，並未受限於此，亦可以為發光管2之圓周方向之一部分未形成該螢光體層5，而將該區域當作開口部而從該部分取出紫外光之構成。

此外，發光管2之形狀為剖面扁平之4角形狀，然而，並未限於此，例如，剖面亦可以為圓形。

前述二氧化矽粒子7之良好平均粒徑之範圍為10~100nm，與螢光體層5所含有之二氧化矽粒子7之比例， 以在2~20wt%之範圍為佳。其理由如下所示。首先，使二氧化矽粒子7之比例在於2wt%以上之範圍，與傳統之螢光燈(具備低融點玻璃層之螢光燈)比較時，可以為其成為螢光體層5與發光管2之內壁的黏貼力成為同等以上之螢光燈。另一方面，二氧化矽粒子7之含有比例愈多的話，該二氧化矽粒子7所導致之擴散反射影響愈大，而呈現從光取出部放射之光變少的傾向，故以維持燈之實用效率而言，以20wt%以下為佳。

此外，紫外光之放射效率，也會受到二氧化矽之粒徑(平均粒徑)的影響，其過大的話，則光放射面之紫外線的輸出效率呈現降低的傾向。因此，最好使用平均粒徑為10~50nm之二氧化矽粒子，與傳統之螢光燈(具備低融點玻璃層之螢光燈)進行比較時，可以實現同等以上之紫外光的放射效率。

參照第4圖之流程圖，針對本發明之螢光燈的製造方法進行說明。

(1)以特定比例混合螢光體粒子及二氧化矽粒子，將該粉末混合於例如由硝化纖維、乙酸丁酯所構成之有機溶媒，進行十分攪拌來製作螢光體漿(塗佈液)。此時，為了使二氧化矽粒子充份擴散，以對二氧化矽粒子表面實施例如使用矽烷偶合劑之表面處理為佳。

(2)於發光管用之玻璃管塗佈螢光體漿(塗佈液)並進行乾燥。

(3)乾燥後，以約500~800℃、0.2~2h實施螢光 體層之燒成並進行冷卻。

(4)對發光管內部進行排氣並封入特定之封入物(稀有氣體等)並進行燒熔抽氣管(tip-off，密封)。

(5)其次，例如，利用金、銀、鋁、鎳等之材質以真空蒸鍍、網目印刷等手段來形成電極，即完成螢光燈。此外，電極，亦可以使用鋁帶等。

是以，依據本發明之螢光燈，相較於傳統技術之製法(參照第11圖)，因為可以省略形成低融點玻璃層所必要之燒成工序，故可提供生產性良好之螢光燈。

第5圖及第6圖，係本發明之其他實施例之螢光燈的說明圖。

第5圖，係相對於管軸進行垂直切斷之橫剖面圖。該螢光燈，發光管2之下側係用以放射光之側的面。為了以良好效率從下側取出光，除了光取出部9以外，於發光管2與螢光體層5之間形成著紫外光反射層8。

如第6圖所示，此種紫外光反射層8，可以使用上述專利文獻2所示者，係由二氧化矽粒子、或二氧化矽粒子及氧化鋁粒子之混合粒子等所構成。只使用二氧化矽粒子時，係由平均粒徑為例如0.1~0.6μm、膜厚為約10~30μm之層所構成。

藉由此種構成，螢光體層5所生成之紫外光於該反射層8反射，而有效率地從下部之光取出部9放射。

其次，實施以驗證本發明之效果為目的的試驗。

<試料之製作>

以二氧化矽粒子之各種不同粒徑及混合比例，來製作本發明之螢光燈之試料。首先，以特定比例將螢光體粒子及二氧化矽粒子混合於有機溶媒，來調製螢光體之塗佈液。

調製之塗佈液，全部為20種，如第7圖所示，試料1~試料5使用平均粒徑10nm，試料6~試料10使用平均粒徑15nm，試料11~試料15使用平均粒徑50nm，試料16~試料20使用平均粒徑100nm之二氧化矽粒子，此外，針對使用分別為相同平均粒徑之二氧化矽粒子者，以螢光體層所含有之二氧化矽粒子之混合比分別為1wt%、2wt%、5wt%、10wt%、20wt%之方式來進行製作。

所使用之二氧化矽粒子，係預先以矽烷偶合劑實施表面處理者，溶劑則係使用乙烯矽烷。是以，預先以矽烷偶合劑對二氧化矽粒子實施表面處理，而使二氧化矽粒子可均等分散於塗佈液中。將該塗佈液，塗佈於外徑10mm、厚度1mm之試料之玻璃管內，進行乾燥後，以600℃實施燒成而成為螢光體層。

此外，製作比較例之由玻璃層及螢光體層(不含二氧化矽粒子)所構成之傳統技術的試料(以下，稱為傳統技術試料1)，此外，製作於玻璃管之內面形成10μm之低融點玻璃層後，形成膜厚15μm之不含二氧化矽粒子的螢光體層，來製作其他傳統技術之試料(以下，稱為傳統技術試料2)。

此外，全部試料中之螢光體，皆使用鈰活化鋁酸鑭鎂鋁(La-Mg-Al：Ce)，粒子徑為2~15μm，平均粒徑為5.5μm。

<耐衝擊性試驗>

為了檢驗螢光體之附著狀態，實施耐衝擊性試驗。

試驗，係將由塗佈著螢光體之石英玻璃所構成之玻璃管垂直豎立，使玻璃管向下落至厚度10mm之樹脂製(例如，酚樹脂)之平板的表面。落下距離為50mm。重複試驗10次後，以目視確認螢光體層是否剝離。

如第7圖之耐衝擊性試驗之欄所示，耐衝擊性試驗之結果，○為未確認到螢光體層之剝離者，×為確認到螢光體層之剝離者。依據本試驗，傳統技術試料1，螢光體層剝離而無法構成螢光燈。

<黏貼性試驗>

接著，檢驗螢光體層對發光管之黏貼性的程度。

依據第8圖所示之構成，將內徑2mm之空氣噴嘴10插入形成著螢光體層5之玻璃管2之內部，從噴嘴吹出空氣。逐漸提高吹出之空氣壓，測定螢光體層5剝離之噴嘴10的空氣壓。

結果，如第7圖之黏貼性試驗之欄所示。由本實驗可以得知，二氧化矽粒子之混合比為極少之1wt%程度的話，無法發揮對發光管所要求之黏貼機能，螢光體層之黏貼 力不足，然而，2wt%以上的話，則其黏貼力與傳統技術試料2相等或其以上。

此外，表中之0.50(MPa)以上者，並非代表於0.50MPa而螢光體層未發生剝離，而是代表未以其以上之壓力進行實驗。

此外，傳統技術試料1，於上述耐衝擊性試驗中，螢光體層全部剝離，故未實施該黏貼性試驗、及後述之紫外光強度試驗。

<紫外光強度試驗>

依據上述結果，以傳統技術試料2及本發明之試料1~試料16之試料來實際構成螢光燈，施加高頻電壓來進行燈之亮燈實驗。所製作之螢光燈，外觀如第1圖所示，發光管內部則為第5圖所示之構成。

如第9圖所示，於該螢光燈1之光取出部9配置照度計，進行照度測定。發光管之尺寸，首先，整體之大小為14×42×650mm，構成發光管之石英玻璃的厚度為2mm。

此外，本實驗時，係於除了作為光取出部9之發光管2之長邊面以外之部分之發光管內表面，配設紫外光反射層8。該紫外光反射層8，係由二氧化矽粒子所形成，粒子徑為0.1~0.6μm，平均粒徑為0.25μm，紫外光反射層之厚度為30μm。

螢光體，係使用鈰活化鋁酸鑭鎂鋁(La-Mg-Al：Ce)，粒子徑為2~15μm，平均粒徑為5.5μm。以與上述方 法相同之工序來調製螢光體之塗佈液，塗佈於發光管內面並進行乾燥、燒成而形成。最終之螢光體層厚度為15μm。

如此，於發光管內面形成紫外光反射層及螢光體層後，將氙以53kPa封入發光管內部來作為發光氣體，於發光管之外表面，設置格子狀之由金屬所構成之電極。電極之尺寸為32×500mm。

針對上述構成，依下述手續測定紫外光照度。

首先，於與光出射部之中央部相對之位置，於距離燈1表面5mm處固定分光器受光部11。分光器受光部11，係以光纖連結於分光器(皆未圖示)。對燈之電極之間，施加交流高電壓，使放電容器內部發生放電，測定通過格子狀電極4從光取出部9放射之紫外光。

燈輸入為250W。

使用由分光器之測定光譜積算300~400nm之照度之值，來比較紫外光強度。

採用以具備玻璃層及螢光體層(不含二氧化矽粒子)之傳統技術試料2之燈之紫外光照度為100之相對值，試料1~20之燈之紫外光照度之測定結果如第7圖之紫外光強度之欄所示。

結果，螢光體層所含有之二氧化矽粒子之平均粒徑為10nm以上的話，可以判定紫外光強度高於傳統技術之傳統燈。但是，平均粒徑為100nm以上的話，紫外光強度稍為降低，然而，實用上並沒有問題。

如以上之說明所示，本發明之螢光燈，藉由以螢光體粒子及二氧化矽粒子來構成螢光體層，於發光管形成螢光體層時，燒成螢光體層之工序只需要1次，相較於傳統之必須進行低融點玻璃層之燒結及螢光體層之燒結的2次燒結工序，其作業工序大幅獲得改善。

而且，藉由前述螢光體層所含有之二氧化矽粒子之平均粒徑為10~100nm，混合比為2~20wt%，可以改善螢光體層對發光管之黏貼力，藉由平均粒徑為10~50nm，不但上述黏貼力更佳，也同時具有紫外光強度大於傳統技術之效果。

1‧‧‧螢光燈

2‧‧‧發光管

3、4‧‧‧外部電極

5‧‧‧螢光體層

6‧‧‧螢光體粒子

7‧‧‧二氧化矽粒子

8‧‧‧紫外光反射層

9‧‧‧光取出部

10‧‧‧空氣噴嘴

11‧‧‧分光器受光部

第1圖係本發明之螢光燈之整體立體圖。

第2圖係第1圖之橫剖面圖。

第3圖係第2圖之A部的放大剖面圖。

第4圖係本發明之螢光燈之製造方法的流程圖。

第5圖係本發明之其他實施例的剖面圖。

第6圖係第5圖之B部的放大剖面圖。

第7圖係本發明之效果的實驗結果表。

第8圖係以測定本發明之螢光燈之黏貼性為目的的裝置例。

第9圖係以測定本發明之螢光燈之紫外光照度為目的的裝置例。

第10圖係傳統例之剖面圖。

第11圖係傳統例之製造方法的流程圖。

2‧‧‧發光管

5‧‧‧螢光體層

6‧‧‧螢光體粒子

7‧‧‧二氧化矽粒子

Claims (5)

1. 一種螢光燈，其係具備：由石英玻璃所構成之發光管、及藉由激發而放射紫外光之螢光體層的螢光燈，其特徵為：前述螢光體層，係含有螢光體粒子及粒徑比該螢光體粒子還小之二氧化矽粒子，前述二氧化矽粒子，於前述螢光體層中含有之比例為2~20wt%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之螢光燈，其中前述螢光體層所含有之二氧化矽粒子，其平均粒徑為10~100nm。
3. 如申請專利範圍第2項所述之螢光燈，其中前述螢光體層所含有之二氧化矽粒子，其平均粒徑為10~50nm。
4. 一種螢光燈之製造方法，其係具備用以放射紫外線之螢光體層之螢光燈的製造方法，其特徵為含有：用以混合螢光體粒子及二氧化矽粒子及有機溶媒來調製螢光體塗佈液，而使前述二氧化矽粒子於前述螢光體層中含有之比例成為2~20wt%之工序；用以將前述螢光體塗佈液塗佈於由石英玻璃所構成之管的工序；以及用以使前述螢光體塗佈液乾燥後，進行前述螢光體及前述二氧化矽粒子之燒成的工序。
5. 如申請專利範圍第4項所述之螢光燈之製造方法 ，其中在調製前述螢光體塗佈液之工序，係使用以矽烷偶合劑實施過表面處理之前述二氧化矽粒子。