WO2007042689A2 - Lampe uv plane a decharge coplanaire et utilisations - Google Patents

Lampe uv plane a decharge coplanaire et utilisations Download PDF

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WO2007042689A2
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Guillaume Auday
Jingwei Zhang
Didier Duron
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Saint-Gobain Glass France
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    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light

Definitions

  • the present invention relates to the field of ultraviolet (or UV) flat lamps and in particular relates to flat UV co-planar discharge lamps and to the uses of such lamps.
  • Conventional UV lamps are formed by fluorescent UV tubes filled with mercury and arranged side by side to form an emitting surface.
  • Document US5006758 proposes a UV tanning flat lamp consisting of two UVA-transmitting glass plates, which plates are kept at a small distance from each other, and hermetically sealed so as to enclose a gas under reduced pressure. An electrical discharge produces UV radiation that excites a phosphor coating emitting in the UVA.
  • One of the glass plates carries the phosphor coating on its inner face and the other glass plate carries on its inner side sets of conductive coatings or electrodes constituting a cathode and an anode at a given instant.
  • the discharge that occurs between anode and cathode is said to be coplanar, i.e., in a direction along the main surface of the glass plate.
  • the electrodes are protected by a dielectric coating intended, by capacitive limitation of the current, to avoid a loss of material of the electrodes by ion bombardment in the vicinity of the glass plate.
  • a dielectric coating intended, by capacitive limitation of the current, to avoid a loss of material of the electrodes by ion bombardment in the vicinity of the glass plate.
  • it is essential to choose a sufficiently resistant dielectric.
  • this dielectric layer requires an additional manufacturing step involving an additional cost for the UV lamp only for applications to high added value.
  • the object of the invention is to provide a reliable, high-performance planar UV lamp of simpler design that is quick and / or easy to manufacture.
  • the invention proposes a plane lamp transmitting a radiation in the ultraviolet, said UV, comprising:
  • first and second planar or substantially planar glass elements held substantially parallel to each other and delimiting an internal space filled with gas capable of emitting said radiation in the UV or exciting a phosphor material possibly present and emitting said radiation into the UV, said phosphor material being then disposed on a face of the first and / or second glass element, the first and / or second element being made of a material transmitting said UV radiation
  • Electrodes capable of being at different potentials and of being powered by an alternating voltage, said pairs being associated with the first glass element and arranged outside the internal space, electrodes being in the form of strips and / or wires in the first glass element or in another dielectric element associated with the first glass element.
  • Electrodes in the form of strips and / or in a dielectric element are simple to make and the plurality of electrodes guarantees a satisfactory luminous efficiency for all gases.
  • most or all electrodes may be of the same design.
  • the choice of two glass elements simplifies the assembly of the lamp and guarantees a solid and durable flat lamp.
  • the first glass element can be chosen to transmit or absorb UV according to the desired applications or configurations (emission by the two glass elements, through the electrodes, etc.), thus giving freedom of choice.
  • the first glass element acts as capacitive protection of the electrodes against ion bombardment, and in fact forms a dielectric of constant thickness and excellent uniformity, guaranteeing a uniformity of the UV radiation emitted by the lamp.
  • the UV lamp can take dimensions of the order of those currently achieved with fluorescent tubes, or greater, for example of at least 1 m 2 .
  • the transmission factor of the lamp according to the invention around the peak of said UV radiation is greater than or equal to 50%, even more preferably greater than or equal to 70%, and even greater than or equal to 80%.
  • the other glass element may be opaque, for example a glass-ceramic, or even be a non-glass dielectric.
  • the translucent nature can however be used to position the lamp or to view or check the operation of the lamp.
  • the electrodes are at least partially covered or integrated in a dielectric element, preferably a plane and / or common to all, selected from the first glass element, another glass element (then forming a reinforced glass) and / or at least one plastic, or possibly a glass or plastic element associated with a gas blade.
  • a dielectric element preferably a plane and / or common to all, selected from the first glass element, another glass element (then forming a reinforced glass) and / or at least one plastic, or possibly a glass or plastic element associated with a gas blade.
  • the requirements of uniformity or homogeneity are no longer crucial. Also, a wide choice of dielectric and geometry is possible. In addition, in the case where a lamp emitting via both sides is desired, it is easier to choose a dielectric transmitting the UV.
  • This element can form part of an insulating glazing unit, under vacuum, under argon, or with a simple air gap.
  • a simple thick enough varnish (if necessary to absorb UV radiation) can also be used.
  • This dielectric element serves as mechanical or chemical protection and / or forms a lamination interlayer and / or provides a satisfactory electrical insulation if necessary, for example if the electrodes bearing surface is easily accessible.
  • the electrodes may be associated with the first glass element in different ways: they may for example be integrated in the latter or in a common dielectric element, or, when they are in strips, be directly deposited on its outer face or on a carrier element (corresponding to said dielectric element), this carrier element being assembled to the first glass element so that the electrodes are pressed against its outer face.
  • the electrodes may also be sandwiched between a first dielectric and a second dielectric, the assembly being assembled to the first glass element.
  • the first dielectric is a lamination interlayer and the second dielectric is a counter glass or a rigid plastic preferably transparent.
  • the electrodes may alternatively be arranged between said first glass element and the lamination interlayer.
  • the electrodes are on a preferably thin and / or transparent dielectric located between two lamination interleaves, the dielectric being for example a plastic film or a thin sheet of glass.
  • first and second dielectrics can therefore be formed in various combinations associating a glass element or a plastic (rigid, monolithic or laminated) and / or (films) plastic or other resins suitable for joining by gluing with glass products.
  • Suitable plastics are, for example: polyurethane (PU) used as flexible, ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA) or polyvinyl butyral (PVB), these plastics serving as laminating interlayer, for example with a thickness between 0.2 mm and 1.1 mm, in particular between 0.3 and 0.7 mm, optionally incorporating the electrodes, in their mass, or carrying the electrodes, - rigid polyurethane, polycarbonates, acrylates such as polymethylmethacrylate (PMMA), used in particular as a rigid plastic, and possibly electrode carrier. It is also possible to use PE, PEN or PVC or else polyethylene terephthalate (PET), the latter being thin, in particular between 10 and 100 ⁇ m, and capable of carrying the electrodes.
  • PU polyurethane
  • EVA ethylene / vinyl acetate copolymer
  • PVB polyvinyl butyral
  • these plastics serving as laminating interlayer, for example with a thickness between 0.2 mm
  • any aforementioned dielectric element is chosen substantially transparent to said UV radiation if it is disposed on the emitter side of the UV lamp.
  • the strip electrodes may be linear, or be of more complex, nonlinear shapes, for example angled, V-shaped, corrugated, zigzag, the spacing between electrodes being kept substantially constant.
  • the electrodes may for example be in the form of interpenetrated combs with a constant spacing between adjacent teeth.
  • the electrodes are based on a material transmitting said UV radiation or are arranged and / or adapted to allow an overall transmission to said UV radiation (if the material is absorbing or reflecting UV) and the first element is in said material transmitting said UV radiation.
  • the electrode material transmitting said UV radiation may be a very thin layer of gold, for example of the order of 10 nm, or of alkali metals such as potassium, rubidium, cesium, lithium or potassium, for example 0.1 at 1 micron, or be an alloy for example with 25% sodium and 75% potassium.
  • the electrodes may be substantially parallel strips, having a width 11 and spaced apart by a distance d1, the ratio 11 on d1 being between 10% and 50%, to allow a UV overall transmission. at least 50% of the side of the electrodes, the I1 / d1 ratio can also be adjusted according to the transmission of the associated glass element.
  • An electrode material that is relatively opaque to said UV radiation is, for example, fluorine-doped tin oxide (SnO 2: F), mixed indium tin oxide (NTO), silver, aluminum oxide, copper or aluminum.
  • F fluorine-doped tin oxide
  • NTO mixed indium tin oxide
  • silver aluminum oxide
  • copper or aluminum Alternatively, if the UV radiation is transmitted only on the side of the second glass element, the ratio 11 to d1 is indifferent.
  • the strip electrodes may be solid, in particular formed from contiguous conducting wires (parallel or braided, etc.) or from a ribbon (made of copper, to be glued, etc.) or from a coating deposited by any known means of the invention.
  • skilled in the art such as liquid deposits, vacuum deposits (magnetron sputtering, evaporation), by pyrolysis (powder or gaseous route) or by screen printing.
  • Electrodes may also each be in the form of a network of essentially elongated conductive patterns such as conducting lines (similar to very fine bands) or conducting wires themselves, these patterns being substantially rectilinear or wavy, zigzag, etc. .
  • This network can be defined by a given step said p1 (not minimum in case of plurality of steps) between patterns and a so-called width of 12 patterns (maximum in case of plurality of widths). Two sets of patterns can be crossed.
  • This network can to be organized in particular as a grid, as a fabric, a canvas. These patterns are for example metal such as tungsten, copper or nickel.
  • the ratio of width 12 to pitch p1 may preferably be less than or equal to 50%, preferably less than or equal to 10%, even more preferably less than or equal to 1%.
  • the pitch p1 may be between 5 ⁇ m and 2 cm, preferably between 50 ⁇ m and 1.5 cm, even more preferably 100 ⁇ m and 1 cm, and the width 12 may be between 1 ⁇ m and 1 mm, preferably between 10 and 50 microns.
  • a conductive network can be used on a plastic sheet, for example of the PET type, with a pitch p1 between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m, and a width 12 of 10 to 20 ⁇ m or a network of at least partially integrated conductive son in a lamination interlayer, in particular PVB or PU, with a pitch p1 between 1 and 10 mm, in particular 3 mm, and a width 12 between 10 and 50 microns, especially between 20 and 30 microns.
  • the lamp may comprise a material reflecting said UV radiation covering partially or entirely a face of the first or second glass element, for example aluminum.
  • this material covers the preferably internal face of the second glass element.
  • the electrodes themselves can be in said reflecting material.
  • the material transmitting said UV radiation may be chosen preferably from quartz, silica, magnesium fluoride (MgF 2 ) or calcium fluoride (CaF 2 ), a borosilicate glass, a glass with less than 0.05% Fe 2 ⁇ 3 .
  • thicknesses of 3 mm As examples for thicknesses of 3 mm:
  • magnesium or calcium fluorides transmit more than 80% or even 90% over the entire range of UVs ie UVA (between 315 and 380 nm), UVB (between 280 and 315 nm), UVC (between 200 and 280 nm), or VUV (between about 10 and 200 nm),
  • silicosodocalcic glasses with less than 0.05% of Fe III or Fe 2 2 3 , in particular Saint-Gobain's Diamant glass, Pilkington's Optiwhite glass and Schott's B270 glass, transmit more than 70% or even 80% on the full range of UVA.
  • a silica-based glass such as Planilux glass sold by Saint-Gobain, has a transmission greater than 80% beyond 360 nm, which may be sufficient for certain embodiments and applications.
  • the gas pressure in the internal space can be of the order of 0.05 to 1 bar.
  • a gas or a mixture of gases is used, for example a gas that effectively emits said UV radiation, in particular xenon, or mercury or halogens, and an easily ionizable gas capable of constituting a plasma (plasma gas) such as a rare gas such as whether neon, xenon or argon or helium, or halogens, or air or nitrogen.
  • the level of halogen (mixed with one or more noble gases) is chosen to be less than 10%, for example 4%.
  • Halogenated compounds can also be used.
  • Rare gases and halogens have the advantage of being insensitive to climatic conditions. Table 1 below shows the radiation peaks of the particularly efficient UV emitting gases.
  • the phosphor material forms a coating on an inner face of the first element or on one face (internal or external) of the second glass element.
  • UV radiation at 250 nm is emitted by phosphors after excitation by VUV radiation of less than 200 nm such as mercury or a rare gas.
  • phosphors emitting in the UVA or near UVB from a VUV radiation Mention may be made of gadolinium doped materials such as YBO 3 : Gd; YB 2 O 5 : Gd; LAP 3 O g: Gd; NaGdSiO 4 ; the
  • YAI 3 (BO 3 ) 4 Gd; YPO 4 : Gd; the YAIO 3 : Gd; SrB 4 O 7 : Gd; LaPO 4 : Gd; the LaMgB 5 O 0: Gd, Pr; LaB 3 O 8 : Gd, Pr; (CaZn) 3 (PO 4 ) 2 : TI.
  • UVA There are also phosphors emitting in UVA from UVC radiation.
  • LaPO 4 Ce; the (Mg, Ba) AI 11 Oi 9 ) Ce; BaSi 2 O 5 Pb; the YPO 4 : This; (Ba 1 Sr 1 Mg) 3 Si 2 O 7 Pb; SrB 4 O 7 : Eu.
  • UV lamp 318 nm and 380 nm, is emitted by phosphors after excitation by UVC radiation of the order of 250 nm.
  • a coating having a given functionality may be an anti-fouling or self-cleaning coating, in particular a TiO 2 photocatalytic coating deposited on the glass element opposite the emitting face, this coating being able to be activated by UV radiation.
  • the lamp may comprise a coating of another phosphor material emitting in the visible associated with the second glass element and disposed on a limited area (inner and / or outer) of this second element.
  • This zone may possibly constitute decorative motifs or constitute a display such as a logo or a mark or a lamp indicator.
  • the glass elements can be of any form: the outline of the elements can be polygonal, concave or convex, in particular square or rectangular, or curve, in particular round or oval.
  • the glass elements may be slightly curved according to the same radius of curvature, and are preferably maintained at a constant distance for example by spacers such as glass beads. These spacers, which can be described as punctual when their dimensions are considerably smaller than the dimensions of the glass elements, can affect various shapes, including spherical, spherical bi-truncated parallel faces, cylindrical, but also parallelepiped polygonal section, including in cross, as described in WO 99/56302.
  • the spacing between the two glass elements can be fixed by the spacers to a value of the order of 0.3 to 5 mm.
  • a technique for depositing spacers in vacuum insulating glass units is known from FR-A-2 787 133. According to this method, glue points, in particular enamel deposited by screen printing, are deposited on a glass plate. a diameter less than or equal to the diameter of the spacers, the spacers are rolled on the glass plate preferably inclined so that a single spacer is glued on each point of glue. The second glass plate is then applied to the spacers and the peripheral seal is deposited.
  • the spacers are made of a non-conductive material to not participate in discharges or short circuit. Preferably, they are realized glass, in particular of soda-lime type. To avoid loss of light by absorption in the material of the spacers, it is possible to coat the surface of the spacers with a transparent or UV reflective material or with a phosphor material identical to or different from that used for the element (s) ( s) glassmaker (s).
  • the lamp may be produced by first producing a sealed enclosure where the intermediate air gap is at atmospheric pressure, then evacuating and introducing the plasma gas to the desired pressure.
  • one of the glass elements comprises at least one hole drilled in its thickness obstructed by a sealing means.
  • the UV lamp as described above can be used both in the industrial field for example for aesthetics, biomedical, electronics or food than in the domestic field, for example for the decontamination of tap water, pool drinking water, air, UV drying, polymerization.
  • the UV lamp as described above can be used:
  • photochemical activation processes for example for a polymerization, in particular of adhesives, or a crosslinking or for the drying of paper, for the activation of fluorescent material, such as the ethidium bromide used in gel, for nucleic acid or protein analyzes,
  • the lamp serves to promote the formation of vitamin D on the skin.
  • the UV lamp as described above can be used for the disinfection / sterilization of air, water or surfaces by germicidal effect, especially between 250 nm and 260 nm.
  • the UV lamp as described above is used in particular for the treatment of surfaces, in particular before deposition of active layers for electronics, computing, optics, semiconductors
  • the lamp can be integrated for example in household appliances such as refrigerator, kitchen shelf.
  • FIG. 1 schematically represents a sectional view of an external coaxial discharge UV flat lamp in a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically represents a sectional view of an external coplanar discharge UV flat lamp in a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically represents a sectional view of an external coplanar discharge UV flat lamp in a third embodiment of the invention
  • FIG. 4 schematically represents a sectional view of a coaxial discharge UV flat lamp. external in a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a coplanar discharge flat UV lamp 1 having first and second glass plates 2, 3 each having an outer face 21, 31 and an inner face 22, 32.
  • the lamp 1 emits UV radiation (symbolized by a arrow F) only by its face 31. This also allows to protect UV radiation the other side possibly accessible.
  • each glass plate 2, 3 is for example of the order of 1 m 2 or beyond and their thickness of 3 mm.
  • a plurality of electrodes 41, 51 are coupled in pairs. They are in the form of strips directly deposited on the outer face 21, for example serigraphed in silver or are bonded copper strips.
  • the electrodes could also be strips formed of networks of conducting wires.
  • the outer face 21 itself - at least in the regions of the electrodes - is coated with an electrically insulating and protective plastic film 14. In this mode, this dielectric 14 can be translucent or opaque, depending on the needs.
  • the electrodes 41, 51 are disposed on this outer plastic 14 (or between two plastic films) which is assembled so that the electrodes 41, 51 are pressed against the face 21
  • the electrodes are in the glass 2, forming for example an armored glass.
  • the plates 2, 3 are associated with facing their internal faces 22, 32 and are assembled via a sintering frit 8, for example a glass frit thermal expansion coefficient neighbor that of the plates of glass 2, 3 such as a lead frit.
  • a sintering frit 8 for example a glass frit thermal expansion coefficient neighbor that of the plates of glass 2, 3 such as a lead frit.
  • the plates are assembled by an adhesive for example silicone or by a heat-sealed glass frame. These sealing methods are preferable if plates 2, 3 are chosen with coefficients of expansion that are too distinct.
  • the first plate 2 may be all glass material or more largely dielectric material suitable for this type of lamp, transmitting or not the UV, opaque or translucent.
  • the spacing between the glass plates is imposed (at a value generally less than 5 mm) by glass spacers 9 arranged between the plates.
  • the spacing is for example 1 to 2 mm.
  • the spacers 9 may have a spherical shape, cylindrical, cubic or other polygonal cross-section for example cruciform.
  • the spacers may be coated, at least on their side surface exposed to the plasma gas atmosphere, with a UV reflective material.
  • the second glass plate 3 has near the periphery a hole 13 pierced in its thickness, a few millimeters in diameter, the outer orifice is obstructed by a sealing pad 12, in particular copper welded to the outer face 31.
  • a phosphor 6 emitting in the visible is deposited on a limited area and peripheral of the inner face 21 - or in a variant on the inner face 22 or outer 31 - in the form of letters 'ON' to indicate the operating state.
  • the electrodes 41, 51 are fed via a flexible foil 11 or, alternatively, via a soldered wire, by a high frequency voltage signal (not shown), for example with an amplitude of the order of 1500 V and a frequency between 10 and 100. kHz. More specifically, each electrode 41 (respectively electrode 42) is connected to a same 'bus bar' - not shown for the sake of clarity - which is disposed at the periphery of the glass sheet 2 which is connected to said foil, only the electrodes 41 are powered by the high frequency signal, electrodes 51 are then grounded. Alternatively, the electrodes 41 and 51a are fed, for example, signals in phase opposition.
  • the gas height may be between 0.5 mm and a few mm high, for example 2 mm.
  • high purity silica is preferably selected for high VUV transmission at low cost. Its coefficient of expansion is about 54 10 -8 K -1 .
  • This compact and reliable lamp 1 is used for example for the treatment of even large surfaces.
  • the structure 1 of the external co-planar discharge UV lamp resumes the structure of FIG. 1 apart from the elements detailed below.
  • the electrodes 42, 52 are strips each formed of a network of conductive wires (for example grid and tungsten), which are integrated in the lamination interlayer 14 'with a pitch p1 of 3 mm, and a width 12 of the order of 20 microns.
  • the electrodes 42, 52 are arranged on a plastic film, for example a PET thin film, for example with a pitch p1 of 100 ⁇ m, and a width 12 of 10 ⁇ m located between the lamination interlayer 14 'and another lamination insert added.
  • a plastic film for example a PET thin film, for example with a pitch p1 of 100 ⁇ m, and a width 12 of 10 ⁇ m located between the lamination interlayer 14 'and another lamination insert added.
  • the electrodes 42, 52 are solid and for example arranged in a layer on the face 21, in particular deposited on the face 21 and made by etching.
  • the internal faces 22, 32 carry a coating 6 'of phosphor material emitting radiation in the UVA preferably above 350 nm such as YPO 4 : Ce (peak at 357 nm) or (Ba 1 Sr 1 Mg) 3 Si 2 O 7 Pb (peak at 372 nm), or SrB 4 O 7 : Eu (peak at 386 nm).
  • At least for the plate 3, and preferably for the two plates 2, 3 is chosen a silicosodocalcique glass such as the Planilux sold by Saint-Gobain company which provides UVA transmission around 350 nm greater than 80% at low cost. Its coefficient of expansion is about 90 10 -8 K -1 .
  • the proposed UVA lamp for example serves as a tanning lamp.
  • a gadolinium-based phosphor is chosen, and, at least for the plate 3, a borosilicate glass (for example with a coefficient of expansion of approximately 32 10 -8 K -1 ) or a silicosocalocalic glass with less 0.05% Fe 2 O 3 and a rare gas such as xenon alone or in admixture with argon and / or neon.
  • a borosilicate glass for example with a coefficient of expansion of approximately 32 10 -8 K -1
  • a silicosocalocalic glass with less 0.05% Fe 2 O 3 and a rare gas such as xenon alone or in admixture with argon and / or neon.
  • UV coplanar discharge 1 "takes the structure of Figure 1 apart from the items detailed below.
  • the lamp 1 "emits UV radiation by its face 21, the plastic 14 being deleted.
  • the electrodes 43, 53 are each in the form of a network of thin conductive wires integrated in the glass 2,.
  • the size of the wires and / or the distance between the wires and / or the width of the electrodes and / or the interelectrode space are adapted accordingly to increase the overall UV transmission.
  • the electrodes 43, 53 are silver screen-printed strips deposited on the face 1. This electrode material is relatively opaque to UV, the electrode width ratio 11 is then adapted to the width of the interelectrode space d1. consequence to increase the overall UV transmission.
  • a ratio of width 11 to width d 1 of the interelectrode space of the order of 20% or less is chosen, for example the width 11 is equal to 4 mm and the width d 1 of the interelectrode space is equal to 2 cm.
  • a reduced pressure of a mixture of rare gases and halogens 73 - or diatomic halogen or mercury - for a UVC radiation preferably between 250 and 260 nm for a germicidal effect used especially for the disinfection / sterilization of air, water or surfaces.
  • a germicidal effect used especially for the disinfection / sterilization of air, water or surfaces.
  • C or XeI or KrF can be mentioned.
  • the plate 2 of the fused silica or quartz.
  • the overall transmission with this glass and the electrodes 43, 53 is 80% at 250 nm.
  • a UV-transmitting electrode material is chosen for freedom on the electrode structure.
  • the outer face 31 (or in a variant the inner face 32) carries a coating 61 of UV reflective material, for example aluminum, to enhance the transmission and protect the radiation, regardless of the dielectric chosen for the plate 3.
  • the structure 1 "of the external co-planar discharge UV lamp resumes the structure of FIG. 3 apart from the elements detailed hereinafter.
  • the Planilux glass is chosen and for the plate 2 the Planilux glass is chosen with a fluorine-doped tin oxide layer which is etched to forming the electrodes 44, 54 with a width equal to 1 mm and a gap equal to 5 mm to obtain an overall transmission of about 85% from 360 nm, keeping a very satisfactory homogeneity.
  • the electrodes are in the glass 2, forming an armored glass.
  • the internal faces 22, 32 carry a coating 6 "of phosphor material emitting radiation in the UVA beyond 350 nm such that the YPO 4 : Ce (peak at 357 nm), the (Ba 1 Sr 1 Mg) 3 Si 2 O 7 Pb (peak at 372 nm), or SrB 4 O 7 : Eu (peak at 386 nm)
  • YPO 4 Ce
  • Ba 1 Sr 1 Mg 3 Si 2 O 7 Pb
  • SrB 4 O 7 Eu
  • other phosphors and a borosilicate glass can be chosen to transmit UVA at around 300-330 nm.
  • the outer face 31 carries a coating 62 of UV reflective material, for example aluminum, to reinforce the transmission and to protect the radiation whatever the glass chosen for the plate 3.
  • This UVA lamp can be used by example to initiate photochemical processes.
  • one or more features illustrated in one of the embodiments described above may also be transposed to another of the embodiments.
  • the lamination of the second embodiment may alternatively be used in the first embodiment.

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Abstract

L'invention concerne une lampe plane (1 ) transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet dit UV, comprenant : - des premier et deuxième éléments verriers plans (2, 3) ou sensiblement plans maintenus sensiblement parallèles entre eux et délimitant un espace interne rempli de gaz (10) susceptible d'émettre ledit rayonnement dans l'UV ou d'exciter un matériau luminophore éventuellement présent et émettant ledit rayonnement dans l'UV, ledit matériau luminophore étant alors disposé sur une face du premier et/ou du deuxième élément verrier, le premier et/ou le deuxième élément verrier (2, 3) étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV - une pluralité de paires d'électrodes (41, 51 ) susceptibles d'être à des potentiels distincts et d'être alimentées par une tension alternative, lesdites paires étant associées au premier élément verrier et disposées en dehors de l'espace interne, des électrodes étant sous forme de bandes et/ou de fils dans le premier élément verrier ou dans un autre élément diélectrique associé au premier élément verrier. L'invention concerne aussi ses utilisations.

Description

LAMPE UV PLANE A DECHARGE COPLANAIRE ET UTILISATIONS
La présente invention concerne le domaine des lampes planes ultraviolet (ou UV) et en particulier a trait aux lampes planes UV à décharge coplanaire et aux utilisations de telles lampes.
Les lampes UV classiques sont formées par des tubes fluorescents UV remplis de mercure et disposés côte à côte pour former une surface émettrice.
Ces tubes ont une durée de vie limitée. En outre, l'homogénéité du rayonnement UV émis est difficile à obtenir pour des grandes surfaces. Enfin, de telles lampes sont lourdes et encombrantes.
Le document US5006758 propose une lampe plane UV à bronzer constituée de deux plaques de verre transmettant les UVA, plaques maintenues avec un faible écartement l'une par rapport à l'autre, et scellées hermétiquement de manière à renfermer un gaz sous pression réduite. Une décharge électrique produit un rayonnement UV qui vient exciter un revêtement luminophore émettant dans l'UVA.
L'une des plaques de verre porte le revêtement luminophore sur sa face interne et l'autre plaque de verre porte sur sa face interne des séries de revêtements conducteurs ou électrodes constituant une cathode et une anode à un instant donné. La décharge qui se produit entre anode et cathode est dite coplanaire, c'est-à-dire dans une direction longeant la surface principale de la plaque de verre.
Les électrodes sont protégées par un revêtement diélectrique destiné, par limitation capacitive du courant, à éviter une perte de matière des électrodes par bombardement ionique au voisinage de la plaque de verre. Pour une protection efficace des électrodes, il est indispensable de choisir un diélectrique suffisamment résistant.
Parallèlement, il est indispensable de contrôler l'uniformité du diélectrique et son homogénéité, par exemple d'éviter la présence de bulles, pour éviter des arcs et obtenir des performances optiques satisfaisantes.
En outre, cette couche diélectrique nécessite une étape supplémentaire de fabrication impliquant un surcoût ne destinant la lampe UV qu'à des applications à haute valeur ajoutée.
Enfin, la fiabilité de la lampe UV est difficile à obtenir, ses propriétés d'émission UV variant d'une lampe à l'autre et obligeant en outre à tester les capacités. Le document JP2004152534 décrit une lampe plane émettant dans l'UV avec un élément verrier transmettant l'UV, un élément diélectrique et deux d'électrodes disposées sur la face externe de l'élément verrier et les plus éloignées possible l'une de l'autre pour laisser passer le rayonnement UV. Cette lampe n'est pas efficace pour tous les gaz. Le document US6049086 propose une lampe plane émettant dans l'UV avec un élément verrier et un élément diélectrique avec des paires d'électrodes sur sa face externe, chacune des électrodes étant un fil dans un tube diélectrique. Cette lampe est complexe.
L'invention a pour objet de fournir une lampe UV plane fiable, performante, de conception plus simple, et rapide et/ou facile à fabriquer.
A cet effet, l'invention propose une lampe plane transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet, dit UV, comprenant :
- des premier et deuxième éléments verriers plans ou sensiblement plans maintenus sensiblement parallèles entre eux et délimitant un espace interne rempli de gaz susceptible d'émettre ledit rayonnement dans l'UV ou d'exciter un matériau luminophore éventuellement présent et émettant ledit rayonnement dans l'UV, ledit matériau luminophore étant alors disposé sur une face du premier et/ou du deuxième élément verrier, le premier et/ou le deuxième élément étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV
- une pluralité de paires d'électrodes susceptibles d'être à des potentiels distincts et d'être alimentées par une tension alternative, lesdites paires étant associées au premier élément verrier et disposées en dehors de l'espace interne, des électrodes étant sous forme de bandes et/ou de fils dans le premier élément verrier ou dans un autre élément diélectrique associé au premier élément verrier.
Des électrodes sous forme de bandes et/ou dans un élément diélectrique (verre et/ou plastique par exemple) sont simples à réaliser et la pluralité d'électrodes garantit une efficacité lumineuse satisfaisante pour tous les gaz. De préférence, la majorité voire toutes les électrodes peuvent être de même conception.
Le choix des deux éléments verriers simplifie le montage de la lampe et garantit une lampe plane solide et durable. Le premier élément verrier peut être choisi transmettant ou absorbant les UV suivant les applications ou configurations souhaitées (émission par les deux éléments verriers, à travers les électrodes etc), donnant ainsi une liberté de choix.
Avec les électrodes externes en bandes ou les électrodes intégrées, le premier élément verrier fait office de protection capacitive des électrodes contre le bombardement ionique, et de fait forme un diélectrique d'épaisseur constante et d'uniformité excellente, garantissant une uniformité du rayonnement UV émis par la lampe.
Cette structure, en plaçant les électrodes à l'extérieur de l'enceinte sous pression réduite de gaz à plasma, permet d'abaisser considérablement le coût de fabrication de la lampe UV. La fabrication de la lampe UV est également simplifiée et est rendue fiable en supprimant les erreurs de fabrication.
En outre, le problème de connexion à l'alimentation électrique trouve des solutions bien plus simples que pour les systèmes connus où les connecteurs électriques doivent traverser l'enceinte hermétique contenant le gaz.
La lampe UV peut prendre des dimensions de l'ordre de celles atteintes actuellement avec les tubes fluorescents, ou bien supérieures, par exemple d'au moins 1 m2.
De préférence, le facteur de transmission de la lampe selon l'invention autour du pic dudit rayonnement UV est supérieur ou égal à 50%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 70% , et même supérieur ou égal à 80%.
Dans une configuration de lampe avec une seule face d'un élément verrier transmettant les UV, l'autre élément verrier peut être opaque, par exemple une vitrocéramique, voire être un diélectrique non verrier. Le caractère translucide peut toutefois servir à positionner la lampe ou pour visualiser ou vérifier le fonctionnement de la lampe.
Dans un mode de réalisation préféré, les électrodes sont couvertes ou intégrées au moins partiellement dans un élément diélectrique, de préférence plan et/ou commun à toutes, choisi parmi le premier élément verrier, un autre élément verrier (formant alors un verre armé) et/ou au moins un plastique, ou éventuellement un élément verrier ou plastique associé à une lame de gaz.
Pour cet élément diélectrique, les exigences d'uniformité ou d'homogénéité ne sont plus cruciales. Aussi, un vaste choix de diélectrique et de géométrie est possible. En outre, dans le cas ou l'on souhaite une lampe émettant via les deux côtés, il est plus facile de choisir un diélectrique transmettant les UV.
Cet élément peut former une partie d'un vitrage isolant, sous vide, sous argon, ou avec une simple lame d'air. Un simple vernis suffisamment épais (le cas échéant pour absorber des rayonnements UV) peut aussi être utilisé.
Cet élément diélectrique sert de protection mécanique ou chimique et/ou forme un intercalaire de feuilletage et/ou fournit une isolation électrique satisfaisante en cas de besoin par exemple si cette face porteuse des électrodes est facilement accessible. Ainsi, les électrodes peuvent être associées au premier élément verrier de différentes manières : elles peuvent par exemple être intégrés dans ce dernier ou dans un élément diélectrique commun, ou, lorsqu'elles sont en bandes, être directement déposées sur sa face externe ou sur un élément porteur (correspondant audit élément diélectrique), cet élément porteur étant assemblé au premier élément verrier de sorte que le électrodes soient plaquées contre sa face externe.
Les électrodes peuvent aussi être prises en sandwich entre un premier diélectrique et un second diélectrique, l'ensemble étant assemblé au premier élément verrier. Dans un premier exemple, le premier diélectrique est un intercalaire de feuilletage et le second diélectrique est un contre verre ou un plastique rigide de préférence transparent. Les électrodes peuvent en variante être disposées entre ledit premier élément verrier et l'intercalaire de feuilletage.
Dans un deuxième exemple, les électrodes sont sur un diélectrique de préférence mince et/ou transparent situé entre deux intercalaires de feuilletage, le diélectrique étant par exemple un film plastique ou une feuille mince de verre.
Ces premier et deuxième diélectriques peuvent donc être formés selon diverses combinaisons associant un élément verrier ou un plastique (rigide, monolithique ou feuilleté) et/ou des (films) plastiques ou autres résines aptes à s'assembler par collage avec des produits verriers.
Des matières plastiques qui conviennent sont par exemple : - le polyuréthane (PU) utilisé souple, le copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA) ou le polyvinyl butyral (PVB), ces plastiques servant comme intercalaire de feuilletage, par exemple avec une épaisseur entre 0,2 mm et 1 ,1 mm, notamment entre 0,3 et 0,7 mm, intégrant éventuellement les électrodes, dans leur masse, ou portant les électrodes, - le polyuréthane rigide, les polycarbonates, des acrylates comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), utilisés notamment comme plastique rigide, et éventuellement porteur d'électrodes. On peut aussi utiliser du PE, du PEN ou du PVC ou encore le poly(téréphtalate d'éthylène (PET), ce dernier pouvant être mince, notamment entre 10 et 100 μm, et pouvant porter les électrodes.
Le cas échéant, on veille naturellement à la compatibilité entre différents plastiques utilisés, notamment à leur bonne adhérence.
Naturellement, tout élément diélectrique précité est choisi sensiblement transparent audit rayonnement UV s'il est disposé du côté émetteur de la lampe UV.
Les électrodes en bandes peuvent être linéaires, ou être de formes plus complexes, non linéaires, par exemple coudées, en V, ondulées, en zigzag, l'espacement entre électrodes étant maintenu sensiblement constant. Les électrodes peuvent être par exemple sous forme de peignes interpénétrés avec un écart constant entre dents adjacentes.
Dans un mode de réalisation avantageux, les électrodes sont à base d'un matériau transmettant ledit rayonnement UV ou sont arrangées et/ou adaptées pour permettre une transmission globale audit rayonnement UV (si le matériau est absorbant ou réfléchissant aux UV) et le premier élément est en ledit matériau transmettant ledit rayonnement UV.
Le matériau d'électrode transmettant ledit rayonnement UV peut être une couche très mince d'or, par exemple de l'ordre de 10 nm, ou de métaux alcalins tels que potassium, rubidium, césium, lithium ou potassium par exemple de 0,1 à 1 μm, ou encore être en un alliage par exemple avec 25% sodium et 75% de potassium.
Dans ce dernier mode de réalisation, on peut choisir un deuxième élément verrier qui absorbe ledit rayonnement UV, pour une lampe UV à une seule face transmettant les UV.
Dans ce dernier mode de réalisation, les électrodes peuvent être des bandes sensiblement parallèles, présentant une largeur 11 et étant espacées d'une distance d1 , le rapport 11 sur d1 pouvant être compris entre 10% et 50%, pour permettre une transmission globale UV d'au moins 50% du côté des électrodes, le rapport I1/d1 pouvant aussi être ajusté en fonction de la transmission de l'élément verrier associé.
Un matériau d'électrode relativement opaque audit rayonnement UV est par exemple de l'oxyde d'étain dopé fluor (Snθ2:F), de l'oxyde mixte d'indium et d'étain (NTO), de l'argent, du cuivre ou de l'aluminium. Alternativement, si le rayonnement UV n'est transmis que du côté du deuxième élément verrier, le rapport 11 sur d1 est indifférent.
Les électrodes en bandes peuvent être pleines notamment formées à partir de fils conducteurs jointifs (parallèles ou en tresse etc) ou d'un ruban (en cuivre, à coller..) ou à partir d'un revêtement déposé par tous moyens connus de l'homme du métier tels que des dépôts par voie liquide, dépôts sous vide (pulvérisation magnétron, évaporation), par pyrolyse (voie poudre ou gazeuse) ou par sérigraphie.
Pour former des bandes, en particulier, il est possible d'employer des systèmes de masquage pour obtenir directement la répartition recherchée, ou encore, de graver un revêtement uniforme par ablation laser, par gravure chimique ou mécanique.
Des électrodes peuvent aussi chacune être sous forme d'un réseau de motifs conducteurs essentiellement allongés tels que de lignes conductrices (assimilées à des bandes très fines) ou de fils conducteurs proprement dits, ces motifs pouvant être sensiblement rectilignes ou ondulés, en zigzag, etc.
Ce réseau peut être défini par un pas donné dit p1 (pas minimal en cas de pluralité de pas) entre motifs et une largeur dite 12 de motifs (maximale en cas de pluralité de largeurs). Deux séries de motifs peuvent être croisées. Ce réseau peut être notamment organisé comme une grille, comme un tissu, une toile. Ces motifs sont par exemple en métal comme le tungstène, le cuivre ou le nickel.
Aussi, on peut obtenir une transparence globale aux UV en adaptant le rapport 11 sur d1 en fonction de la transparence souhaitée comme déjà décrit et/ou en utilisant le réseau des motifs conducteurs et en adaptant, en fonction de la transparence souhaitée, la largeur 12 et/ou le pas p1.
Ainsi, le rapport largeur 12 sur pas p1 peut être de préférence inférieur ou égal à 50% de préférence inférieur ou égal à 10%, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 1%. Par exemple, le pas p1 peut être compris entre 5 μm et 2 cm, de préférence entre 50 μm et 1 ,5 cm, encore plus préférentiellement 100 μm et 1 cm, et la largeur 12 peut être entre 1 μm et 1 mm, de préférence entre 10 et 50 μm.
A titre d'exemples, on peut utiliser un réseau conducteur (grille etc) sur une feuille plastique par exemple de type PET avec un pas p1 entre 100 μm et 300 μm, et une largeur 12 de 10 à 20 μm ou encore un réseau de fils conducteurs intégrés au moins en partie dans un intercalaire de feuilletage, notamment PVB ou PU, avec un pas p1 entre 1 et 10 mm, notamment 3 mm, et une largeur 12 entre 10 et 50 μm, notamment entre 20 et 30 μm.
La lampe peut comprendre un matériau réfléchissant ledit rayonnement UV couvrant partiellement ou entièrement une face du premier ou deuxième élément verrier, par exemple en aluminium.
Dans une première configuration où le rayonnement UV est transmis via le premier élément verrier, ce matériau revêt la face de préférence interne du deuxième élément verrier. Dans une deuxième configuration où le rayonnement UV est transmis via le deuxième élément verrier, les électrodes elles-mêmes peuvent être en ledit matériau réfléchissant.
Le matériau transmettant ledit rayonnement UV peut être choisi de préférence parmi le quartz, la silice, le fluorure de magnésium (MgF2) ou de calcium (CaF2), un verre borosilicate, un verre avec moins de 0,05% de Fe2θ3. A titre d'exemples pour des épaisseurs de 3 mm :
- les fluorures de magnésium ou de calcium transmettent à plus de 80% voire 90% sur toute la gamme des UVs c'est-à-dire les UVA (entre 315 et 380 nm), les UVB (entre 280 et 315 nm), les UVC (entre 200 et 280 nm), ou les VUV (entre environ 10 et 200 nm),
- le quartz et certaines silices haute pureté transmettent à plus de 80% voire 90% sur toute la gamme des UVA, UVB et UVC, - le verre borosilicate, comme le borofloat de Schott, transmet à plus de
70% sur toute la gamme des UVA,
- les verres silicosodocalcique avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fβ2θ3, notamment le verre Diamant de Saint-Gobain, le verre Optiwhite de Pilkington, le verre B270 de Schott, transmettent à plus de 70% voire 80% sur toute la gamme des UVA.
Toutefois, un verre silicosodocalcique, tel que le verre Planilux vendu par la société Saint-Gobain, présente une transmission supérieure à 80% au delà de 360 nm ce qui peut suffire pour certaines réalisations et certaines applications.
Dans la structure de lampe plane selon l'invention, la pression de gaz dans l'espace interne peut être de l'ordre de 0,05 à 1 bar. On utilise un gaz ou un mélange de gaz, par exemple un gaz émettant de manière efficace ledit rayonnement UV notamment le xénon, ou le mercure ou les halogènes et un gaz facilement ionisable susceptible de constituer un plasma (gaz plasmagène) comme un gaz rare tel que le néon, le xénon ou l'argon ou encore l'hélium, ou les halogènes, ou encore l'air ou l'azote.
Le taux d'halogène (en mélange avec un ou des gaz rares) est choisi inférieur à 10% par exemple 4%. On peut aussi utiliser des composés halogènes. Les gaz rares et les halogènes présentent l'avantage d'être insensibles aux conditions climatiques. Le tableau 1 ci-après indique les pics de rayonnement des gaz émetteurs d'UV particulièrement efficaces.
Figure imgf000011_0001
Tableau 1
Selon une caractéristique de l'invention, le matériau luminophore forme un revêtement sur une face interne du premier élément ou sur une face (interne ou externe) du deuxième élément verrier.
Il existe notamment des luminophores émettant dans les UVC à partir d'un rayonnement VUV. Par exemple, un rayonnement UV à 250 nm est émis par des luminophores après excitation par un rayonnement VUV inférieur à 200 nm tel que le mercure ou un gaz rare.
Il existe aussi des luminophores émettant dans les UVA ou proche UVB à partir d'un rayonnement VUV. On peut citer les matériaux dopés au gadolinium tels que le YBO3:Gd ; le YB2O5:Gd ; le LaP3Og:Gd ; le NaGdSiO4 ; le
YAI3(BO3)4:Gd ; le YPO4:Gd ; le YAIO3:Gd ; le SrB4O7:Gd ; le LaPO4:Gd ; le LaMgB5Oi0:Gd, Pr ; le LaB3O8:Gd, Pr ; le (CaZn )3(PO4)2:TI.
Il existe aussi des luminophores émettant dans les UVA à partir d'un rayonnement UVC. On peut citer par exemple le LaPO4:Ce ; le (Mg, Ba)AI11Oi9)Ce ; le BaSi2O5Pb ; le YPO4:Ce ; le (Ba1Sr1Mg)3Si2O7Pb ; le SrB4O7:Eu. Par exemple, un rayonnement UV supérieur à 300 nm, notamment entre
318 nm et 380 nm, est émis par des luminophores après excitation par un rayonnement UVC de l'ordre de 250 nm. En outre, il peut être avantageux d'incorporer dans la lampe UV selon l'invention un revêtement ayant une fonctionnalité donnée. Il peut s'agir d'un revêtement anti-salissures ou autonettoyant notamment un revêtement photocatalytique en Tiθ2 déposé sur l'élément verrier opposé à la face émettrice, ce revêtement pouvant être activé par le rayonnement UV.
La lampe peut comprendre un revêtement en un autre matériau luminophore émettant dans le visible associé au deuxième élément verrier et disposé sur une zone limitée (en face interne et/ou externe) de ce deuxième élément. Cette zone peut éventuellement constituer des motifs décoratifs ou constituer un affichage tel qu'un logo ou une marque ou un indicateur de marche de la lampe.
Les éléments verriers peuvent être de toute forme : le contour des éléments peut être polygonal, concave ou convexe, notamment carré ou rectangulaire, ou courbe, notamment rond ou ovale. Les éléments verriers peuvent être légèrement bombés selon un même rayon de courbure, et sont de préférences maintenues à distance constante par exemple par des espaceurs tels que des billes de verre. Ces espaceurs, que l'on peut qualifier de ponctuels lorsque leurs dimensions sont considérablement inférieures aux dimensions des éléments verriers, peuvent affecter des formes diverses, notamment sphérique, sphérique bi-tronquée à faces parallèles, cylindrique, mais aussi parallélépipédique à section polygonale, notamment en croix, tels que décrits dans le document WO 99/56302.
L'écartement entre les deux éléments verriers peut être fixé par les espaceurs à une valeur de l'ordre de 0,3 à 5 mm. Une technique de dépose des espaceurs dans des vitrages isolants sous vide est connue de FR-A-2 787 133. Selon ce procédé, on dépose sur une plaque de verre des points de colle, notamment de l'émail déposé par sérigraphie, d'un diamètre inférieur ou égal au diamètre des espaceurs, on fait rouler les espaceurs sur la plaque de verre de préférence inclinée de manière à ce qu'un unique espaceur se colle sur chaque point de colle. On applique ensuite la seconde plaque de verre sur les espaceurs et on dépose le joint de scellage périphérique.
Les espaceurs sont réalisés en un matériau non-conducteur pour ne pas participer aux décharges ou faire de court-circuit. De préférence, ils sont réalisés en verre, notamment de type sodocalcique. Pour éviter une perte de lumière par absorption dans le matériau des espaceurs, il est possible de revêtir la surface des espaceurs d'un matériau transparent ou réfléchissant les UV ou avec un matériau luminophore identique ou différent de celui utilisé pour le(s) élément(s) verrier(s).
Suivant une réalisation, la lampe peut être produite en fabriquant tout d'abord une enceinte scellée où la lame d'air intermédiaire est à pression atmosphérique, puis en faisant le vide et en introduisant le gaz à plasma à la pression souhaitée. Suivant cette réalisation, un des éléments verriers comporte au moins un trou percé dans son épaisseur obstrué par un moyen de scellement.
La lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée tant dans le domaine industriel par exemple pour l'esthétique, le biomédical, l'électronique ou pour l'alimentaire que dans le domaine domestique, par exemple pour la décontamination d'eau du robinet, d'eau potable de piscine, d'air, le séchage UV, la polymérisation.
En choisissant un rayonnement dans l'UVA voire dans l'UVB, la lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée :
- comme lampe à bronzer (notamment 99,3% dans l'UVA et 0,7% dans l'UVB selon les normes en vigueur), - pour les traitements dermatologiques (notamment, un rayonnement dans l'UVA à 308 nm),
- pour les processus d'activation photochimique, par exemple pour une polymérisation, notamment de colles, ou une réticulation ou pour le séchage de papier, - pour l'activation de matière fluorescente, telle que l'éthidium bromide utilisée en gel, pour des analyses d'acides nucléiques ou de protéines,
- pour l'activation d'un matériau photocatalytique par exemple pour réduire les odeurs dans un réfrigérateur ou les saletés.
En choisissant un rayonnement dans l'UVB, la lampe sert pour favoriser la formation de vitamine D sur la peau.
En choisissant un rayonnement dans l'UVC, la lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée pour la désinfection/stérilisation d'air, d'eau ou de surfaces par effet germicide, notamment entre 250 nm et 260 nm. En choisissant un rayonnement dans l'UVC lointain ou de préférence dans le VUV pour la production d'ozone, la lampe UV telle que décrite précédemment sert notamment pour le traitement de surfaces, en particulier avant dépôt de couches actives pour l'électronique, l'informatique, l'optique, les semi-conducteurs
La lampe peut être intégrée par exemple dans un équipement électroménager tel que réfrigérateur, tablette de cuisine.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture des exemples des lampes planes UV illustrés par les figures suivantes :
• La figure 1 représente schématiquement une vue de coupe d'une lampe plane UV à décharge coplanaire externe dans un premier mode de réalisation de l'invention,
• La figure 2 représente schématiquement une vue de coupe d'une lampe plane UV à décharge coplanaire externe dans un deuxième mode de réalisation de l'invention,
• La figure 3 représente schématiquement une vue de coupe d'une lampe plane UV à décharge coplanaire externe dans un troisième mode de réalisation de l'invention, • La figure 4 représente schématiquement une vue de coupe d'une lampe plane UV à décharge coplanaire externe dans un quatrième mode de réalisation de l'invention.
On précise que par un souci de clarté les différents éléments des objets représentés ne sont pas nécessairement reproduits à l'échelle. La figure 1 présente une lampe plane UV 1 à décharge coplanaire comportant des première et deuxième plaques 2, 3 en verre présentant chacune une face externe 21 , 31 et une face interne 22, 32. La lampe 1 émet un rayonnement UV (symbolisé par une flèche F) uniquement par sa face 31. Cela permet en outre de protéger des rayonnements UV l'autre coté éventuellement accessible.
La surface de chaque plaque de verre 2, 3 est par exemple de l'ordre de 1 m2 voire au-delà et leur épaisseur de 3 mm.
Une pluralité d'électrodes 41 , 51 sont couplées deux à deux. Elles sont sous forme de bandes directement déposées sur la face externe 21 , par exemple sérigraphiées en argent ou encore sont des bandes de cuivre collées.
Les électrodes pourraient aussi être des bandes formées de réseaux de fils conducteurs. La face externe 21 elle-même - au moins dans les régions des électrodes - est revêtue d'un film plastique 14 isolant électrique et protecteur. Dans ce mode, ce diélectrique 14 peut être translucide ou opaque, en fonction des besoins.
Dans une variante, les électrodes 41 , 51 sont disposées sur ce plastique externe 14 (ou entre deux films plastiques) qui est assemblé de sorte que les électrodes 41 , 51 soient plaquées contre la face 21
Dans une autre variante (non représentée), les électrodes sont dans le verre 2, formant par exemple un verre armé.
Les plaques 2, 3 sont associées avec mise en regard de leurs faces internes 22, 32 et sont assemblées par l'intermédiaire d'une fritte de scellage 8, par exemple une fritte de verre de coefficient de dilation thermique voisin de celui des plaques de verre 2, 3 telle qu'une fritte au plomb.
En variante, les plaques sont assemblées par une colle par exemple silicone ou encore par un cadre en verre thermoscellé. Ces modes de scellement sont préférables si l'on choisit des plaques 2, 3 avec des coefficients de dilation trop distincts. En effet, la première plaque 2 peut être tout en matériau verrier ou plus largement en matériau diélectrique adapté pour ce type de lampe, transmettant ou non l'UV, opaque ou translucide.
L'écartement entre les plaques de verre est imposé (à une valeur généralement inférieure à 5 mm) par des espaceurs 9 en verre disposés entre les plaques. Ici, l'écartement est par exemple de 1 à 2 mm.
Les espaceurs 9 peuvent avoir une forme sphérique, cylindrique, cubique ou une autre section polygonale par exemple cruciforme. Les espaceurs peuvent être revêtus, au moins sur leur surface latérale exposée à l'atmosphère de gaz à plasma, d'un matériau réfléchissant les UV. La deuxième plaque de verre 3 présente à proximité de la périphérie un trou 13 percé dans son épaisseur, de quelques millimètres de diamètre dont l'orifice externe est obstrué par une pastille de scellement 12 notamment en cuivre soudée sur la face externe 31. Un luminophore 6 émettant dans le visible est déposé, sur une zone limitée et périphérique de la face interne 21 - ou dans une variante sur la face interne 22 ou externe 31 - sous forme des lettres 'ON' pour indiquer l'état de marche.
Les électrodes 41 , 51 sont alimentées via un clinquant souple 11 ou en variante via un fil soudé, par un signal en tension haute fréquence (non représenté) par exemple d'amplitude de l'ordre de 1500 V et de fréquence entre 10 et 100 kHz. Plus précisément, chaque électrode 41 (respectivement électrode 42) est reliée à un même 'bus bar' - non représenté par souci de clarté - qui est disposé en périphérie de la feuille de verre 2 lequel est connecté audit clinquant, Seules les électrodes 41 sont alimentées par le signal haute fréquence, électrodes 51 étant alors mises à la masse. Alternativement, les électrodes 41 et 51a sont alimentées par exemple des signaux en opposition de phase.
Naturellement, on peut prévoir un système de pilotage pour faire varier la tension et donc l'éclairage. II se produit une décharge coplanaire entre chaque couple d'électrodes 41 ,
51.
Dans l'espace 10 entre les plaques de verre 2, 3 règne une pression réduite de 250 mbar d'un mélange de néon et de xénon 71 pour émettre un rayonnement dans les VUV. La hauteur de gaz peut être comprise entre 0,5 mm et quelques mm de hauteur, par exemple 2 mm.
Au moins pour la plaque 3, on choisit de préférence de la silice haute pureté pour une transmission VUV élevée à bas coût. Son coefficient de dilatation est d'environ 54 10"8 K"1.
Cette lampe 1 compacte et fiable est utilisée par exemple pour le traitement de surfaces même de grande taille.
Dans la forme de réalisation de la figure 2, la structure l' de la lampe plane UV à décharge coplanaire externe reprend la structure de la figure 1 mis à part les éléments détaillés ci-après.
Viennent en remplacement du film plastique 14, un intercalaire de feuilletage 14' de type PVB, ou EVA ou polyuréthane et un contre verre 15 (ou en variante un polycarbonate, ou un PMMA) formant ainsi un verre feuilleté (composite) avec la plaque en verre 2. Les électrodes 42, 52 sont des bandes chacune formée d'un réseau de fils conducteurs (par exemple en grille et en tungstène), qui sont intégrés dans l'intercalaire de feuilletage 14' avec un pas p1 de 3 mm, et une largeur 12 de l'ordre de 20 μm. Dans une variante, les électrodes 42, 52 sont disposées sur un film plastique par exemple un film mince en PET, par exemple avec un pas p1 de 100 μm, et une largeur 12 de 10 μm située entre l'intercalaire de feuilletage 14' et un autre intercalaire de feuilletage rajouté.
Dans une autre variante, les électrodes 42, 52 sont pleines et par exemple disposées en couche sur la face 21 , notamment déposées sur la face 21 et réalisées par gravure.
Dans l'espace 10 entre les plaques 2, 3 règne une pression réduite de 200 mbar d'un mélange de xénon et d'indium 72 pour émettre un rayonnement excitateur dans l'UVC. Les faces internes 22, 32 (ou, dans une variante, la face interne 22 seule voire avec la face externe avec un verre adapté) portent un revêtement 6' de matériau luminophore émettant un rayonnement dans l'UVA de préférence au delà de 350 nm tel que le YPO4:Ce (pic à 357 nm) ou le (Ba1Sr1Mg)3Si2O7Pb (pic à 372 nm), ou le SrB4O7:Eu (pic à 386 nm). Au moins pour la plaque 3, et de préférence pour les deux plaques 2, 3 on choisit un verre silicosodocalcique tel que le Planilux vendu par la société Saint- Gobain qui assure une transmission UVA autour de 350 nm supérieure à 80% à bas coût. Son coefficient de dilatation est d'environ 90 10"8 K"1.
La lampe UVA proposée sert par exemple de lampe à bronzer. Dans une autre variante, on choisit un luminophore à base de gadolinium, et, au moins pour la plaque 3, un verre borosilicate (par exemple de coefficient de dilatation d'environ 32 10"8K"1) ou un verre silicosodocalcique avec moins de 0,05% de Fe2O3, ainsi qu'un gaz rare comme le xénon seul ou en mélange avec l'argon et/ou le néon. Dans la forme de réalisation de la figure 3, la structure de la lampe plane
UV à décharge coplanaire 1" reprend la structure de la figure 1 mis à part les éléments détaillés ci-après.
La lampe 1" émet un rayonnement UV par sa face 21 , le plastique 14 étant supprimé. Les électrodes 43, 53 sont chacune sous forme de réseau de fils conducteurs minces intégrés dans le verre 2,.
On adapte la taille des fils et/ou la distance entre les fils, et/ou la largeur des électrodes et/ou l'espace interélectrodes en conséquence pour augmenter la transmission globale aux UV.
Dans une variante, les électrodes 43, 53 sont des bandes sérigraphiées en argent déposées sur la face 1. Ce matériau d'électrodes est relativement opaque aux UV, on adapte alors le rapport largeur des électrodes 11 sur largeur de l'espace interélectrodes d1 en conséquence pour augmenter la transmission globale aux UV.
Par exemple, on choisit un rapport largeur 11 sur largeur d1 de l'espace interélectrodes de l'ordre de 20% ou moins, par exemple la largeur 11 est égale à 4 mm et la largeur d1 de l'espace interélectrodes est égale à 2 cm.
Dans l'espace 10 entre les plaques de verre 2, 3 règne une pression réduite d'un mélange de gaz rares et d'halogènes 73 - ou d'halogène diatomique ou encore de mercure - pour un rayonnement UVC de préférence entre 250 et 260 nm pour un effet germicide servant notamment pour la désinfection/stérilisation d'air, d'eau ou de surfaces. On peut citer par exemple le C, ou le mélange XeI or KrF. Pour laisser passer ce rayonnement UVC, on choisit pour la plaque 2 de la silice fondue ou du quartz. La transmission globale avec ce verre et les électrodes 43, 53 est de 80% à 250 nm.
Dans une autre variante, on choisit un matériau d'électrodes transmettant les UV pour une liberté sur la structure des électrodes. Par ailleurs, la face externe 31 (ou dans une variante la face interne 32) porte un revêtement 61 de matériau réfléchissant les UV, par exemple de l'aluminium, pour renforcer la transmission et protéger des rayonnements, quel que soit le diélectrique choisi pour la plaque 3.
Dans la forme de réalisation de la figure 4, la structure l'" de la lampe plane UV à décharge coplanaire externe reprend la structure de la figure 3 mis à part les éléments détaillés ci-après.
Pour la plaque 3, on choisit le verre Planilux et pour la plaque 2 on choisit le verre Planilux avec une couche d'oxyde d'étain dopé fluor qui est gravée pour former les électrodes 44, 54 avec une largeur égale à 1 mm et un espace égal à 5 mm permettant d'obtenir une transmission globale de 85% environ à partir de 360 nm, en gardant une homogénéité très satisfaisante.
Dans une variante (non représentée), les électrodes sont dans le verre 2, formant un verre armé.
Les faces internes 22, 32 portent un revêtement 6" de matériau luminophore émettant un rayonnement dans l'UVA au delà de 350 nm tel que le YPO4:Ce (pic à 357 nm), le (Ba1Sr1Mg)3Si2O7Pb (pic à 372 nm), ou le SrB4O7:Eu (pic à 386 nm). Naturellement, on peut choisir d'autres luminophores et un verre borosilicate pour transmettre un UVA vers 300-330 nm.
Par ailleurs, la face externe 31 porte un revêtement 62 de matériau réfléchissant les UV par exemple de l'aluminium pour renforcer la transmission et protéger des rayonnements quel que soit le verre choisi pour la plaque 3. Cette lampe UVA l'" peut servir par exemple pour initier des processus photochimiques.
Bien entendu, l'une ou des caractéristiques illustrées dans l'un des modes de réalisation précédemment décrits peuvent aussi bien se transposer sur un autre des modes de réalisations. Ainsi, le feuilletage du deuxième mode de réalisation peut aussi bien être utilisé en variante dans le premier mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Lampe plane (1 , l', 1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet dit UV, comprenant : un premier élément diélectrique et un deuxième élément verrier (2, 3) qui sont sensiblement plans et maintenus sensiblement parallèles entre eux et délimitant un espace interne (10) rempli de gaz (71 à 74) susceptible d'émettre ledit rayonnement dans l'UV ou d'exciter un matériau luminophore (6, 6', 6") éventuellement présent et émettant ledit rayonnement dans l'UV, ledit matériau luminophore étant alors disposé sur une face (22, 32) du premier et/ou du deuxième élément (2, 3), une pluralité de paires d'électrodes (41 à 44, 51 à 54) susceptibles d'être à des potentiels distincts et d'être alimentées par une tension alternative, les paires étant associées au premier élément (2) et disposées en dehors de l'espace interne (10), le premier et/ou le deuxième élément (2, 3) étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV, caractérisée en ce que le premier élément est verrier et en ce que des électrodes (41 à 44, 51 à 54) sont sous forme de bandes et/ou de fils dans le premier élément verrier ou dans un autre élément diélectrique associé au premier élément verrier.
2. Lampe plane transmettant un rayonnement dans l'UV selon la revendication 1 caractérisée en ce que les électrodes (41 , 42, 51 , 52) sont couvertes ou intégrées au moins partiellement dans un élément diélectrique (14, 14', 15) choisi parmi le premier élément verrier (2, 3), un autre élément verrier (15) et/ou au moins un plastique (14, 14').
3. Lampe plane (1 ') transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les électrodes (42, 52) sont disposées dans un verre feuilleté (2, 14', 15) incluant ledit premier élément verrier (2).
4. Lampe plane (1 , 1 ', 1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les électrodes (41 , 43, 44, 51 , 53, 54) sont disposées directement sur le premier élément (2).
5. Lampe plane (1 , 1 ', 1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les bandes sont de forme linéaire notamment sous forme de peignes interpénétrés avec un écart constant entre dents adjacentes ou de formes non linéaires, notamment coudées, en V, ondulées, en zigzag, l'espacement entre électrodes étant maintenu sensiblement constant.
6. Lampe plane (1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les électrodes (43, 44, 53, 54) sont à base d'un matériau transmettant ledit rayonnement UV ou sont arrangées et/ou adaptées pour permettre une transmission globale suffisante à l'UV et en ce que le premier élément verrier (2) est en ledit matériau transmettant ledit rayonnement UV.
7. Lampe plane transmettant un rayonnement dans l'UV selon la revendication 6 caractérisée en ce que le deuxième élément verrier absorbe ledit rayonnement UV.
8. Lampe plane (1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que les électrodes (43 à 54) sont des bandes sensiblement parallèles et présentent une largeur 11 et sont espacées d'une distance d1 , et en ce que le rapport 11 sur d1 est compris entre 10% et 50%.
9. Lampe plane transmettant un rayonnement dans l'UV selon les revendications précédentes 1 à 8 caractérisée en ce qu'au moins certaines des bandes sont pleines notamment formées à partir de fils conducteurs jointifs, notamment parallèles ou en tresse, ou d'un ruban ou à partir d'un revêtement.
10. Lampe plane (1 ', 1") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'au moins certaines des électrodes (42 à 53) sont sous forme de réseau(x) de motifs conducteurs essentiellement allongés notamment de lignes conductrices ou de fils conducteurs , sensiblement rectilignes ou ondulés ou en zigzag ou organisés comme une grille, un tissu, une toile.
11. Lampe plane (1', 1 ") transmettant un rayonnement dans l'UV selon la revendication 10 caractérisée en ce que le réseau est défini par une largeur dite 12 donnée de motifs conducteurs et un pas entre les motifs conducteurs dit p1 , le pas p1 est compris entre 5 μm et 2 cm et la largeur 12 est comprise entre 1 μm et 1 mm.
12. Lampe plane (1', 1 ") transmettant un rayonnement dans l'UV selon la revendication 11 caractérisée en ce que le rapport largeur 12 sur pas p1 est inférieur ou égal à 50%.
13. Lampe plane (1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisée en ce qu'elle comprend un matériau (61 , 62) réfléchissant ledit rayonnement UV couvrant partiellement ou entièrement une face (31 ) du premier ou deuxième élément verrier (3).
14. Lampe plane (1', 1 ", 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisée en ce que le matériau transmettant ledit rayonnement UV est choisi parmi le quartz, la silice, le fluorure de magnésium ou de calcium, un verre borosilicate, un verre avec moins de 0,05% de Fβ2θ3.
15. Lampe plane (1 ', 1 '") transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisée en ce que le matériau luminophore (6', 6'") forme un revêtement sur une face interne (22) du premier élément verrier (2), et/ou sur une face (32) du deuxième élément verrier (3).
16. Lampe plane (1 ) transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisée en ce qu'elle comprend un revêtement
(6) en un autre matériau luminophore émettant dans le visible associé au deuxième élément verrier (3) et disposé sur une zone périphérique limitée.
17. Utilisation de la lampe plane transmettant un rayonnement dans l'UV (1 à l'") selon l'une des revendications précédentes dans le domaine de l'esthétique, du biomédical, de l'électronique, pour l'alimentaire.
18. Utilisation de la lampe plane transmettant un rayonnement dans l'UV selon l'une des revendications 1 à 16 comme lampe à bronzer, pour le traitement dermatologique, pour la désinfection ou la stérilisation de surfaces, d'air, d'eau du robinet, d'eau potable, de piscine, pour le traitement de surfaces en particulier avant dépôt de couches actives, pour activer un processus photochimique de type polymérisation ou réticulation, pour un séchage de papier, pour des analyses à partir de matières fluorescentes, pour une activation d'un matériau photocatalytique.
19. Produit électroménager incorporant la lampe plane selon l'une des revendications 1 à 16.
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