WO2008145908A2 - Lampe plane uv a decharge, utilisations et fabrication - Google Patents

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WO2008145908A2
WO2008145908A2 PCT/FR2008/050694 FR2008050694W WO2008145908A2 WO 2008145908 A2 WO2008145908 A2 WO 2008145908A2 FR 2008050694 W FR2008050694 W FR 2008050694W WO 2008145908 A2 WO2008145908 A2 WO 2008145908A2
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gas
dielectric
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Laurent Joulaud
Guillaume Auday
Didier Duron
Jingwei Zhang
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Saint-Gobain Glass France
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    • C02F2103/42—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from bathing facilities, e.g. swimming pools

Definitions

  • the present invention relates to the field of UV flat lamps (UV for ultraviolet) and in particular relates to flat UV discharge lamps and the uses of such UV lamps and its manufacture.
  • UV lamps are formed by fluorescent tubes
  • UV filled with mercury and arranged side by side to form an emitting surface. These tubes have a limited life. In addition, the homogeneity of the emitted UV radiation is difficult to obtain for large areas.
  • first and second planar walls made of sapphire or quartz, held substantially parallel and sealed together, thus delimiting an internal space filled with a source gas of the UV radiation,
  • two electrodes in the form of metal grids integrated in the quartz or on the external main faces of the first and second planar walls and at distinct given potentials for a perpendicular discharge between the walls.
  • US4983881 discloses a similar UV flat lamp with phosphor coatings on the inner major faces of the first and second dielectric walls, the phosphor emitting said UV radiation being excited by the plasma gas.
  • the invention proposes a flat discharge lamp transmitting a radiation in the ultraviolet, said UV, comprising:
  • first and second electrodes at distinct given potentials for a perpendicular discharge between the walls
  • the at least one first electrode being a discontinuous layer thus arranged to allow an overall (optimal) transmission of the UV
  • the flat discharge lamp according to the invention is simpler to manufacture and gives access in particular to opaque materials to make the first electrode and preferably the second electrode.
  • the use of a discontinuous layer makes it possible to adjust even to improve the threshold of transmission in particular to reinforce the homogeneity.
  • the first electrode (and preferably the second electrode) may be discontinuous by forming discrete (spaced apart) electrode regions and / or by being an electroconductive layer with non-layered (insulating) regions. It is possible to form a one-dimensional or two-dimensional network of electrode zones (row (s) of rows, bands, grid, etc.).
  • the UV lamp according to the invention 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 may be greater than or equal to at 50%, even more preferably greater than or equal to 70%, and even greater than or equal to 80%.
  • the lamp must be hermetic, the peripheral seal may be made in different ways: - by a seal (polymeric, silicone type, or mineral, type sintered glass),
  • a peripheral frame bonded to the walls (by gluing or any other means, for example a film based on glass frit), for example made of glass.
  • the frame may optionally be used as a spacer, replace one or more spacers.
  • the dielectric walls serve as capacitive protection of the electrodes against ion bombardment.
  • Each electrode can be associated with the outer face of the dielectric wall in different ways: it can directly deposited on the outer face (preferred solution for the first electrode) or be on a dielectric carrier element, which is assembled to the wall of so that the electrode is pressed against its outer face.
  • This dielectric carrier element which is preferably thin, may be a plastic film, in particular a lamination interlayer with a counter-glass for mechanical protection, or a dielectric sheet, for example glued by a resin or an inorganic seal, preferably at the periphery for passing through. UV where appropriate.
  • 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 carrying an electrode (preferably the second electrode),
  • PU polyurethane
  • EVA ethylene / vinyl acetate copolymer
  • PVB polyvinyl butyral
  • rigid polyurethane polycarbonates and acrylates, such as polymethyl methacrylate (PMMA), used in particular as a rigid plastic, optionally carrying an electrode (preferably the second electrode).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PE polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • any added dielectric element is chosen to transmit said UV radiation if it is disposed on one emitter side of the UV lamp.
  • UV radiation can be transmitted from one side only: the first wall.
  • a second electrode forming a UV-reflective solid layer and / or a second UV-absorbing dielectric wall and preferably with a coefficient of expansion close to the first wall.
  • any type of electrode material for example a wire or interlayer electrode in a lamination of the second wall with a counter glass or a rigid plastic.
  • the UV radiation may be bidirectional, of the same intensity or intensity distinct from both sides of the lamp.
  • the first (and preferably the second electrode chosen as a layer) can preferably be deposited
  • a discontinuous protective layer for example dielectric
  • a functional sub-layer for example dielectric, barrier, hooking, etc.
  • a functional sub-layer may be provided under the electrode layer, and preferably discontinuous and in a manner analogous to the electrode layer.
  • the discontinuities of the layer II can be in particular 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 from 0.1 to 1 micron, or be an alloy for example with 25% sodium and 75% potassium.
  • alkali metals such as potassium, rubidium, cesium, lithium or potassium for example from 0.1 to 1 micron, or be an alloy for example with 25% sodium and 75% potassium.
  • the electrode material is not necessarily sufficiently transparent to UV.
  • An electrode material (first and preferably second electrode) relatively opaque to said UV radiation is, for example: - fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F), or antimony, zinc doped or alloyed with at least one of the following: aluminum, gallium, indium, boron, tin (for example ZnO: Al, ZnO: Ga, ZnO: In, ZnO: B, ZnSnO),
  • indium oxide doped or alloyed in particular with zinc (IZO), gallium and zinc (IGZO), tin (ITO), the conductive oxides are for example deposited under vacuum,
  • - a metal silver, copper or aluminum, molybdenum gold, tungsten, titanium, nickel, chromium, platinum
  • the layer forming first and preferably second electrode may be deposited by any known means of deposition, such as liquid deposits, vacuum deposition (especially magnetron sputtering, evaporation), pyrolysis (powder or gaseous route) or by screen printing, by ink jet by scraping or more generally by printing.
  • deposition such as liquid deposits, vacuum deposition (especially magnetron sputtering, evaporation), pyrolysis (powder or gaseous route) or by screen printing, by ink jet by scraping or more generally by printing.
  • An electrode material (first electrode and preferably second electrode) relatively opaque to said UV radiation is for example based on metal particles or conductive oxides, for example those already mentioned),
  • the (nano) particles are preferably in a binder.
  • the resistivity is adjusted for the concentration of (nano) particles in a binder.
  • the binder can be optionally organic, for example acrylic resins, epoxy, polyurethane, or be developed by sol-gel (mineral, or inorganic organic hybrid ).
  • the (nano) particles can be deposited from a dispersion in a solvent (alcohol, ketone, water, glycol, etc.).
  • a solvent alcohol, ketone, water, glycol, etc.
  • Commercial products based on particles that can be used to form the first and / or second electrode are the products sold by Sumitomo Metal Mining Co. Ltd.
  • the desired resistivity is adjusted according to the formulation.
  • Particles are also available from Cabot Corporation of USA (e.g. Product No. AG-D-G-100-Sl), or "Harima Chemicals, Inc.” from Japan (NP Series).
  • the particles and / or the binder are essentially mineral.
  • the first electrode and preferably for the second electrode (especially if bidirectional radiation is desired), one chooses:
  • a screen printing paste in particular:
  • a paste loaded with (nano) particles (as already mentioned, preferably with silver and / or gold): a conductive enamel (a silver-glass frit), an ink, a paste conductive organic (polymer matrix), PSS-PEDOT (from Bayer, Agfa) and polyaniline,
  • the first electrode (and the second electrode) is essentially mineral.
  • the arrangement of the first electrode (and preferably the second electrode if appropriate) can be obtained directly by deposition (s) of electroconductive material (s) in order to reduce manufacturing costs. This avoids poststructures, for example dry and / or wet etchings, often using lithography processes (exposure of a resin to radiation and development).
  • This direct network arrangement can be obtained directly by one or more appropriate deposition methods, preferably a liquid deposit, by printing, in particular planar or rotary, for example by using an ink pad, or by ink jet ( with a suitable nozzle), by screen printing ("screen or silk printing” in English), by simple scraping.
  • the first and / or second electrode can thus be mainly in the form of a series of equidistant bands, which can be connected by a particularly peripheral band for a common power supply.
  • the strips may be linear, or be of more complex shapes, non-linear, for example bent, V-shaped, corrugated, zigzag.
  • the strips may be linear substantially parallel, having a width 11 and being spaced apart by a distance dl, the ratio 11 on d1 being between 10% and 50%, to allow a overall UV transmission of at least 50%, the ratio ll / dl can also be adjusted according to the transmission of the associated wall.
  • first and / or second electrode may be at least two sets of crossed strips (or lines), for example organized in fabric, canvas, grid.
  • the same band size and spacing between adjacent bands is chosen.
  • each band can be full or open structure.
  • the solid strips may in particular be formed from contiguous conducting wires (parallel or braided, etc.) or from a ribbon (made of copper, to be glued, etc.).
  • the solid strips may be from a coating deposited by any means known to those skilled in the art such as liquid deposits, vacuum deposits (magnetron sputtering, evaporation), by pyrolysis (powder or gas route) or by serigraphy.
  • Each open-structure band may also be formed of one or more series of conductive patterns forming a network.
  • the pattern is in particular geometric elongated or not (square, round, etc.).
  • Each series of patterns may be defined by equidistant patterns, with a given pitch said pi between adjacent patterns and a width called 12 patterns. Two sets of patterns can be crossed. This network can be organized in particular as a grid, as a fabric, a canvas. These patterns are for example metal such as tungsten, copper or nickel.
  • Each open-structure strip may be based on conductive wires (for the second electrode) and / or conductive tracks.
  • the ratio of width 12 to pitch pi 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 pi 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 network of conductive tracks can be used
  • a network of conducting wires for the second electrode may have a pitch pi between 1 and 10 mm, especially 3 mm, and a width 12 between 10 and 50 microns, especially between 20 and 30 microns.
  • the wires may be integrated at least partly in the second dielectric wall associated, or alternatively at least partially integrated in a lamination interlayer, in particular PVB or PU.
  • the gas When the gas is UV source then in order to change UV, the gas must be replaced and it is then necessary to adapt the conditions of discharge and UV emission (pressure, supply voltage, gas height, etc.) accordingly. If one chooses the phosphor coating (s) according to the UV or UV that one wishes to produce, independently of the conditions of discharge. It is also not necessary to change excitatory gas.
  • luminophores emitting in the UVCs from a VUV radiation for example produced by one or more rare gases (Xe, Ar, Kr, etc.).
  • VUV radiation for example, UV radiation at 250 nm is emitted by phosphors after excitation by VUV radiation of less than 200 nm.
  • Mention may be made of materials doped with Pr or Pb such as: LaPO 4 : Pr, CaSO 4 : Pb etc.
  • UVB also from VUV radiation.
  • gadolinium doped materials such as YBO 3 : Gd; YB 2 O 5 : Gd; LaP 3 O 9 : Gd; the
  • UVA-emitting phosphors from UVB or UVC radiation for example produced by mercury or preferably gas (s) such as rare and / or halogenated gases (Hg, Xe / Br, Xe / I, Xe / F, Cl 2 ,).
  • gas (s) such as rare and / or halogenated gases
  • Hg, Xe / Br, Xe / I, Xe / F, Cl 2 halogenated gases
  • LaPO 4 Ce
  • BaSi 2 O 5 the YPO 4
  • This Ba, Sr, Mg) 3 Si 2 O 7 : Pb
  • SrB 4 O 7 Eu.
  • the gas may consist of a gas or a mixture of gases chosen from rare gases and / or halogens.
  • the level of halogen (mixed with one or more rare gases) may be chosen 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 indicates the radiation peaks of the UV emitting gas emitting UV and / or exciters of the phosphors.
  • the first and second electrodes may extend over surfaces of dimensions at least substantially equal to the surface of the walls inscribed in the internal space.
  • first and second dielectric walls may be of identical materials or at least close expansion coefficient.
  • the material transmitting said UV radiation from the first or second dielectric wall may preferably be chosen from quartz, silica, magnesium fluoride (MgF 2 ) or calcium fluoride (CaF 2 ), a borosilicate glass, a silicosodocalcic glass in particular with less
  • magnesium or calcium fluorides transmit more than 80% or even 90% over the entire range of UVs that is to say UVA (between 315 and 380 nm) ), UVB (between 280 and 315 nm), UVC
  • borosilicate glass such as Schott borofloat, transmits more than 70% over the entire range of UVAs, silicosodocalcic glasses with less than 0.05% Fe III or Fe 2 Cb, in particular Saint Diamond glass.
  • -Gobain Pilkington Optiwhite glass, Schott B270 glass, transmit more than 70% or even 80% over the entire range of UVA.
  • a soda-lime 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.
  • the dielectric walls can be of any shape: the contour of the walls can be polygonal, concave or convex, in particular square or rectangular, or curved, in particular round or oval.
  • the dielectric walls may be slightly curved according to the same radius of curvature, and are preferably maintained at a constant distance, for example by a spacer (for example peripheral frame) or spacers (punctual etc.) at the periphery or preferably distributed (regularly, uniformly ) in the internal space.
  • a spacer for example peripheral frame
  • spacers punctual etc.
  • it is glass beads.
  • These spacers which may be described as punctual when their dimensions are considerably smaller than the dimensions of the glass walls, may 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 dielectric walls 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
  • glue dots in particular enamel deposited by screen printing, of a diameter, are deposited on a glass plate. 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 made of glass, in particular of soda-lime type. To avoid a 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 wall (s) ( s).
  • the UV lamp can 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 walls comprises at least one hole pierced in its thickness obstructed by a sealing means.
  • the UV lamp may have a total thickness less than or equal to 30 mm, preferably less than or equal to 20 mm.
  • the walls are sealed by a peripheral sealing gasket which is inorganic, for example based on glass frit.
  • the first electrode may be at a potential lower than the second electrode, especially in a configuration with an emitter side, the second electrode may then be protected by dielectric.
  • the first electrode may be at a potential less than or equal to
  • 400 V (typically peak voltage), preferably less than or equal to 220 V, still more preferably less than or equal to 110 V and / or at a frequency f is less than or equal to 100 Hz, preferably less than or equal to 60 and again more preferably less than or equal to 50 Hz.
  • Vl is preferably less than or equal to 220 V and the frequency f is preferably less than or equal to 50 Hz.
  • the first electrode may preferably be grounded.
  • the supply of the UV lamp can be alternative, periodic, especially sinusoidal, impulse, square (square etc.).
  • the UV lamp as described above can be used both in the industrial field for example for aesthetics, electronics or for food or in the domestic field, for example for the decontamination of tap water, water Pool drinking, air, UV drying, polymerization.
  • the UV lamp as described above can be used:
  • tanning lamp in particular 99.3% in the UVA and 0.7% in the UVB according to the standards in force
  • a tanning booth in particular integrated in a tanning booth
  • photochemical activation processes for example for a polymerization, in particular of glues, or a crosslinking or for the drying of paper,
  • 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.
  • the subject of the invention is also the UV lamp manufacturing method, in particular of the type described above, in which a discontinuous electrode (first electrode and / or second electrode) is formed for global UV transmission directly by deposit.
  • a discontinuous electrode first electrode and / or second electrode
  • by liquid on the main face of a dielectric wall is formed by the arrangement of the directly by liquid deposition on the outer face (coated with a layer or not) of the first wall is particularly preferred a technique printing, (flexography, pad printing, roll ..) and in particular screen printing or inkjet.
  • a peripheral electrical supply zone of the electrodes is generally formed.
  • This zone for example forming a strip is called "bus bar", and itself connected, for example by brazing or welding to a supply means (via a foil, a wire, a cable ..).
  • This area may extend along one or more sides.
  • This power supply zone can be screen printed, in particular enamel with silver.
  • At least one peripheral power supply zone of the discontinuous electrode during the step of depositing said electrode by screen printing (preferably of a conductive enamel) or even by ink jet.
  • This method of manufacturing the UV electrode is suitable for the UV lamp as described above or for a lamp
  • FIG. 1 shows a flat UV 1 discharge lamp comprising first and second plates 2, 3, for example rectangular, each having an outer face 21, 31 and an inner face 22, 32.
  • the lamp 1 emits a bidirectional UV radiation by its outer faces 21, 31.
  • the surface of each plate 2, 3 is for example of the order of Im 2 or beyond and their thickness of 3 mm.
  • the plates 2, 3 are associated with facing their internal faces 22, 32 and are assembled by means of a peripheral seal delimiting the internal space, here by a sealing frit 8, for example a glass frit thermal expansion coefficient close to that of the plates 2, 3.
  • a sealing frit 8 for example a glass frit thermal expansion coefficient close to that of the plates 2, 3.
  • the plates are assembled by an adhesive for example silicone (forming a seal) 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 spacing between the 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 first plate 2 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 21.
  • the lamp 1 serves for example as a tanning lamp.
  • the internal faces 22, 32 carry a coating 6 of luminophor material emitting radiation in the UVA preferably above 350 nm such as YPO 4 : Ce (peak at 357 nm) or (Ba, Sr, Mg) 3 If 2 0 7 : Pb (peak at 372 nm) or SrB 4 O 7 : Eu (peak at 386 nm).
  • a soda-lime glass such as the Planilux sold by the Saint-Gobain company is chosen which ensures a UVA transmission around 350 nm greater than 80% at low cost. Its coefficient of expansion is about 90 10 -8 K -1 .
  • a gadolinium-based phosphor and a borosilicate glass (for example with an expansion coefficient of about 32 ⁇ 10 -8 K -1 ) or a silicodio-calcium glass with less than 0.05% Fe 2 are chosen.
  • O 3 and a rare gas such as xenon alone or mixed with argon and / or neon.
  • the lamp 1 emits in the UVC, for a germicidal effect, then a luminophore is chosen such as LaPO 4 : Pr or CaSO 4 : Pb and for the walls, silica or quartz as well as a rare gas such as xenon, preferably alone or mixed with argon and / or neon.
  • a luminophore such as LaPO 4 : Pr or CaSO 4 : Pb and for the walls, silica or quartz as well as a rare gas such as xenon, preferably alone or mixed with argon and / or neon.
  • the first electrode 4 is on the outer face 21 of the first wall 2 (always transmitting side).
  • the second electrode 5 is on the outer face 31 of the second wall 3 (possibly emitter side).
  • Each electrode 4, 5 is in the form of a discontinuous layer at a single potential.
  • Each electrode 4, 5 is in the form of at least one series or even two crossed series of strips 41, 51, for example solid strips.
  • the strips 41, 51 are of width 11 and of similar interband spacings d1.
  • the material of the first electrode (at least) is relatively opaque to UV, the band width ratio 11 is then adapted to the width of the interband space d1 accordingly to increase the overall UV transmission (for each series).
  • a ratio of width 11 to width d1 of the interband space of the order of 20% or less is chosen, for example the width 11 is equal to 4 mm and the width d1 of the interelectrode space is equal to 2 cm.
  • the electrode material 4, 5 is for example silver preferably deposited by screen printing: for example a silver enamel or an ink with nanoparticles of silver and / or gold.
  • the electrode material may alternatively be deposited in a thin layer by spraying and then etched.
  • Planilux glasses can also be chosen for the walls, each having a fluorine-doped tin oxide layer which is etched to form the electrodes 4, 5 with a width equal to 1 mm and a gap equal to 5 mm to obtain an overall transmission of about 85% from
  • each strip has an open structure (for example 15 to 50 ⁇ m wide and spaced apart by 500 ⁇ m and is screen printed) and may for example be formed of a network of conductive patterns, for example geometric (square, round , ... lines, grid), to further increase the overall UV transmission.
  • the electrodes 4, 5 are discontinuous layers extending on the faces and arranged in a grid, for example with a track width of between 15 and 50 ⁇ m and spaced apart by 500 ⁇ m, made by screen printing.
  • a track width of between 15 and 50 ⁇ m and spaced apart by 500 ⁇ m, made by screen printing.
  • InkTec Nano Silver Paste Inks TEC PA 030 TM ink is selected or a glass frit made of silver is screen printed.
  • the second electrode 5 is a full aluminum layer forming a UV mirror.
  • the second electrode 5 is a grid integrated in the wall 3 or embedded in an EVA or PVB interlayer type of lamination with a counter glass.
  • Each of the electrodes 4, 5 is fed via a flexible foil 11, 11 'or alternatively via a welded wire.
  • the first electrode 4 is at a VO potential of the order of 1100 V and of frequency between 10 and 100 kHz, for example 40 kHz.
  • the second electrode 5 is grounded.
  • the electrodes 4 and 5 are fed for example by signals in phase opposition, for example respectively at 550 V and -550 V.
  • the first electrode is preferably grounded and the second electrode is powered by the high frequency signal when only one side is emitter. Indeed, the second electrode can be protected.
  • the first electrode 4 may be in electrical connection with a current supply band (commonly called “bus bar”) which covers the crossed strips 51 (or the gate in the variant), at the periphery of at least one edge (for example). longitudinal example) of the first wall 2 and on which is welded a wire or a foil.
  • the second electrode 5 may be in electrical connection with a current supply strip (commonly called “bus bar”) which covers the crossed strips (or the grid in the variant), at the periphery of at least one edge (for example longitudinal) of the second wall and on which is welded a wire or a foil.
  • These strips can be enameled with silkscreened silver or be deposited by ink jet, in particular at the same time as the electrodes (thus providing a solid peripheral band and sufficiently wide).

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Abstract

L'invention concerne une lampe plane (1) transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet, dite lampe UV, comprenant : des première et deuxième parois diélectriques (2, 3) planes en regard, maintenues sensiblement parallèles et scellées entre elles, délimitant ainsi un espace interne (10) rempli de gaz (7), la première paroi diélectrique au moins étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV; des électrodes constituées des première et deuxième électrodes (4, 5), à des potentiels donnés distincts, pour une décharge perpendiculaire entre les parois, la première électrode au moins étant à base d'une couche arrangée pour permettre une transmission globale de l'UV; un gaz émetteur ou un revêtement luminophore (6) sur une face principale interne (22, 32) de la première et/ou de la deuxième paroi diélectrique (2, 3), le luminophore émettant ledit rayonnement UV en étant excité par le gaz. L'invention concerne aussi ses utilisations et sa fabrication.

Description

LAMPE PLANE UV A DECHARGE UTILISATIONS ET FABRICATION
La présente invention concerne le domaine des lampes planes UV (UV pour ultraviolet) et en particulier a trait aux lampes planes UV à décharge et aux utilisations de telles lampes UV et à sa fabrication.
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 US4945290 décrit une lampe plane UV à décharge transmettant un rayonnement UV bidirectionnel, comprenant :
- des première et deuxième parois planes, en saphir ou quartz, maintenues sensiblement parallèles et scellées entre elles, délimitant ainsi un espace interne rempli d'un gaz source du rayonnement UV,
- deux électrodes sous forme de grilles métalliques intégrées dans le quartz ou sur les faces principales externes des première et deuxième parois planes et à des potentiels donnés distincts pour une décharge perpendiculaire entre les parois.
Le document US4983881 décrit une lampe plane UV similaire avec des revêtements luminophores sur les faces principales internes des première et deuxième parois diélectriques le luminophore émettant ledit rayonnement UV en étant excité par le gaz plasmagène.
L'invention a pour objet de fournir une lampe UV plane à décharge fiable performante, de conception et/ou de fonctionnement alternative de préférence plus simple, facile à réaliser ceci pour une large gamme d'applications. A cet effet, l'invention propose une lampe plane à décharge transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet, dit UV, comprenant :
- des première et deuxième parois diélectriques planes en regard, maintenues sensiblement parallèles entre elles et scellées entre elles, délimitant ainsi un espace interne rempli de gaz, la première paroi au moins étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV,
- des premières et deuxièmes électrodes, à des potentiels donnés distincts pour une décharge perpendiculaire entre les parois
(« configuration non coplanaire »),
- une première électrode sur la face principale externe de la première paroi diélectrique, la première électrode au moins étant une couche discontinue arrangée ainsi pour permettre une transmission globale (optimale) de l'UV,
- une deuxième électrode intégrée à la deuxième paroi diélectrique ou sur la face principale externe de la deuxième paroi diélectrique
- une source du rayonnement UV comprenant le gaz et/ou un revêtement luminophore sur une face principale interne de la première et/ou de la deuxième paroi diélectrique, le luminophore émettant ledit rayonnement UV en étant excité par le gaz. La lampe plane à décharge selon l'invention est plus simple à fabriquer et donne accès notamment à des matériaux opaques pour faire la première électrode et de préférence la deuxième électrode L'utilisation d'une couche discontinue (monocouche ou multicouche) permet d'ajuster voire d'améliorer le seuil de transmission à façon notamment pour renforcer l'homogénéité.
La première électrode (et de préférence la deuxième électrode) peut être discontinue en formant des zones d'électrodes discontinues (espacées entre elles) et/ou en en étant une couche électrocondutrice avec des zones sans couche (isolantes). On peut former un réseau unidimensionnel ou bidimensionnel de zones d'électrodes (rangée(s) de lignes, de bandes, de grille ...).
La lampe UV selon l'invention 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 peut être supérieur ou égal à 50%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 70%, et même supérieur ou égal à 80%.
La lampe doit être hermétique, le scellement périphérique peut être fait de différentes manières : - par un joint de scellement (polymérique, type silicone, ou encore minéral, type fritte de verre),
- par un cadre périphérique lié aux parois (par collage ou tout autre moyen par exemple un film à base de fritte de verre), par exemple en verre. Le cadre peut éventuellement servir d'espaceur, remplacer un ou des espaceurs ponctuels.
Les parois diélectriques font office de protection capacitive des électrodes contre le bombardement ionique.
Chaque électrode peut être associée à la face externe de la paroi diélectrique en jeu de différentes manières : elle peut directement déposée sur la face externe (solution préférée pour la première électrode) ou être sur un élément porteur diélectrique, lequel est assemblé à la paroi de sorte que l'électrode soit plaquée contre sa face externe.
Cet élément porteur diélectrique, de préférence mince, peut être un film plastique, notamment un intercalaire de feuilletage avec un contre verre pour une protection mécanique, ou une feuille diélectrique par exemple collée par une résine ou un joint minéral de préférence en périphérie pour laisser passer l'UV le cas échéant.
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, éventuellement porteur d'une électrode (de préférence la deuxième électrode),
- le polyuréthane rigide, les polycarbonates, des acrylates comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), utilisés notamment comme plastique rigide, éventuellement porteur d'une électrode (de préférence la deuxième électrode).
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 la deuxième électrode.
Le cas échéant, on veille naturellement à la compatibilité entre différents plastiques utilisés, notamment à leur bonne adhérence.
Naturellement, tout élément diélectrique rajouté est choisi transmettant ledit rayonnement UV s'il est disposé d'un côté émetteur de la lampe UV.
Le rayonnement UV peut être transmis par un seul côté : la première paroi. Dans ce cas, on peut choisir une deuxième électrode formant une couche pleine réfléchissante aux UV et/ou une deuxième paroi diélectrique absorbant les UV et de préférence avec un coefficient de dilation proche de la première paroi. On peut aussi choisir tout type de matériau d'électrode (opaque ou non) par exemple une électrode à fils ou à couche intercalé dans un feuilletage de la deuxième paroi avec un contre verre ou un plastique rigide.
De préférence, le rayonnement UV peut être bidirectionnel, de même intensité ou d'intensité distincte des deux côtés de la lampe.
Pour gagner en compacité, en temps de fabrication et/ou en transmission UV, la première (et de préférence la deuxième électrode choisie sous forme de couche) peut être de préférence déposée
(directement) sur la face externe et n'être pas couverte par un diélectrique (notamment par un diélectrique (film etc) couvrant la surface.
On peut éventuellement prévoir une surcouche de protection discontinue (par exemple diélectrique), superposée à la couche.
On peut éventuellement prévoir une sous-couche fonctionnelle (par exemple diélectrique, barrière, d'accrochage ...) sous la couche d'électrode, et de préférence discontinue et de manière analogue à la couche d'électrode.
Avec un matériau d'électrode transmettant ledit rayonnement UV, on peut naturellement augmenter la transmission par les discontinuités de la couche II peut s'agir notamment d'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.
Le matériau d'électrode n'est pas nécessairement suffisamment transparent aux UV. Un matériau d'électrode (première et de préférence deuxième électrode) relativement opaque audit rayonnement UV est par exemple : - de l'oxyde d'étain dopé fluor (SnO2: F), ou à l'antimoine, de l'oxyde de zinc dopé ou allié avec au moins l'un des éléments suivants : de l'aluminium, du gallium, de l'indium, du bore, de l'étain, (par exemple ZnO : Al, ZnO :Ga, ZnO : In, ZnO : B, ZnSnO),
- de l'oxyde d'indium dopé ou allié notamment avec le zinc (IZO), le gallium et le zinc (IGZO), l'étain (ITO), les oxydes conducteurs sont par exemple déposés sous vide,
- un métal : de l'argent, du cuivre ou de l'aluminium, de l'or molybdène, tungstène, titane, nickel, chrome, platine
La couche formant première et de préférence deuxième électrode peut être déposée par tout moyen connu de dépôt, tels que des dépôts par voie liquide, dépôts sous vide (pulvérisation notamment magnétron, évaporation), par pyrolyse (voie poudre ou gazeuse) ou par sérigraphie, par jet d'encre par raclage ou plus généralement par impression.
Un matériau d'électrode (première électrode et de préférence deuxième électrode) relativement opaque audit rayonnement UV est par exemple à base des particules métalliques ou d'oxydes conducteurs, par exemple ceux déjà cités),
On peut choisir des nanoparticules, donc de taille nanométrique,
(par exemple avec une dimension maximale nanométrique, et/ou un D50 nanométrique), notamment de taille entre 10 et 500 nm, voire inférieure à
100 nm, pour faciliter le dépôt formation de fins motifs (pour une transmission globale suffisante par exemple), notamment par sérigraphie.
Comme (nano)particules métalliques (sphère, paillette ou « flake »...), on peut choisir notamment des (nano)particules à base d'Ag, Au, Al, Pd, Pt, Cr, Cu, Ni.
Les (nano)particules sont de préférence dans un liant. On ajuste la résistivité pour la concentration des (nano)particules dans un liant. Le liant peut être éventuellement organique, par exemple des résines acryliques, époxy, polyuréthane, ou être élaboré par voie sol-gel (minéral, ou hybride organique inorganique...).
Les (nano)particules peuvent être déposées à partir d'une dispersion dans un solvant (alcool, cétone, eau, glycol...). Des produits commerciaux à base de particules pouvant être utilisés pour former la première et/ou la deuxième électrode sont les produits vendus par la compagnie Sumitomo Métal Mining Co. Ltd suivants :
- X100®, X100®D particules d'ITO dispersées dans un liant résine (optionnel) et avec solvant cétone, - X500® particules d'ITO dispersées dans un solvant alcool,
- CKR® particules d'argent revêtu d'or, dans un solvant alcool,
- CKRF® particules d'or et d'argent agglomérées.
La résistivité souhaitée est ajustée en fonction de la formulation. Des particules sont aussi disponibles par « Cabot Corporation » of USA (e.g. Produit No. AG-D-G-IOO-Sl), ou « Harima Chemicals, Inc. » du Japon (séries NP).
De préférence, les particules et/ou le liant sont essentiellement minérales.
Pour la première électrode et de préférence pour la deuxième électrode (notamment si un rayonnement bidirectionnel est souhaité) on choisit :
- une pâte de sérigraphie, notamment :
- une pâte chargée de (nano)particules (telle que déjà citées, de préférence à l'argent et/ou à l'or) : un émail conducteur (une fritte de verre fondue à l'argent), une encre, une pâte organique conductrice (à matrice polymère), un PSS-PEDOT (de Bayer, Agfa) et un polyaniline,
- une couche sol-gel avec des (nano)particules conductrices (métalliques) précipitant après impression,
- une encre conductrice chargée de (nano)particules (telle que déjà citées, de préférence à l'argent et/ou à l'or) déposée par jet d'encre, par exemple l'encre décrite dans le document US 20070283848
De préférence, la première électrode (et la deuxième électrode) est essentiellement minérale.
L'arrangement de la première électrode (et de préférence de la deuxième électrode le cas échéant) peut être obtenu directement par dépôt(s) de matériau(x) électroconducteur(s) afin de réduire les coûts de fabrications. On évite ainsi des poststructurations, par exemple des gravures sèches et/ou humides, faisant souvent appel aux procédés de lithographies (exposition d'une résine à un rayonnement et développement). Cet arrangement direct en réseau peut être obtenu directement par une ou plusieurs méthodes de dépôts appropriées, de préférence un dépôt par voie liquide, par impression, notamment plane ou rotative, par exemple en utilisant un tampon encreur, ou encore par jet d'encre (avec une buse appropriée), par sérigraphie (« screen or silk printing » en anglais), par simple raclage.
Par sérigraphie, on choisit une toile synthétique, en soie, en polyester, ou métallique avec une largeur de mailles et une finesse de maille adaptées.
La première et/ou la deuxième électrode peut être ainsi principalement sous forme d'une série de bandes équidistantes, lesquelles pouvant être reliées par une bande notamment périphérique pour une alimentation électrique commune. Les bandes peuvent être linéaires, ou être de formes plus complexes, non linéaires, par exemple coudées, en V, ondulées, en zigzag. Les bandes peuvent être linéaires sensiblement parallèles, présentant une largeur 11 et étant espacées d'une distance dl, le rapport 11 sur dl pouvant être compris entre 10% et 50%, pour permettre une transmission globale UV d'au moins 50%, le rapport ll/dl pouvant aussi être ajusté en fonction de la transmission de la paroi associée.
Plus largement, la première et/ou la deuxième électrode peut être au moins deux séries de bandes (ou lignes) croisées, par exemple organisées en tissu, toile, grille.
Par exemple, on choisit pour toutes les séries de bandes, la même taille de bande et d'espacement entre bandes adjacentes.
Par ailleurs, chaque bande peut être pleine ou de structure ouverte.
Pour la deuxième électrode, les bandes pleines peuvent être notamment formées à partir de fils conducteurs jointifs (parallèles ou en tresse etc) ou d'un ruban (en cuivre, à coller...)
Les bandes pleines peuvent être 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. Chaque bande à structure ouverte peut aussi être formée d'une ou plusieurs séries de motifs conducteurs, formant un réseau. Le motif est notamment géométrique allongé ou non (carré, rond, etc).
Chaque série de motifs peut être définie par des motifs équidistants, avec un pas donné dit pi entre motifs adjacents et une largeur dite 12 de motifs. 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.
Chaque bande à structure ouverte peut être à base de fils conducteurs (pour la deuxième électrode) et/ou de pistes conductrices.
Aussi, on peut obtenir une transmission globale aux UV en adaptant le rapport 11 sur dl de la ou des séries de bandes en fonction de la transmission souhaitée et/ou en adaptant, en fonction de la transmission souhaitée, la largeur 12 et/ou le pas pi de bandes à structure ouverte.
Ainsi, le rapport largeur 12 sur pas pi 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 pi 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'exemple, on peut utiliser un réseau de pistes conductrices
(en grille, etc) avec un pas pi entre 100 μm et 1 mm, voire 300 μm, et une largeur 12 de 5 μm à 200 μm, inférieur ou égal à 50 μm voire entre 10 à 20 μm.
Un réseau de fils conducteurs pour la deuxième électrode peut avoir un pas pi entre 1 et 10 mm, notamment 3 mm, et une largeur 12 entre 10 et 50 μm, notamment entre 20 et 30 μm.
Pour la deuxième électrode, les fils peuvent être intégrés au moins en partie dans la deuxième paroi diélectrique associée, ou alternativement au moins en partie intégrés dans un intercalaire de feuilletage, notamment PVB ou PU.
Lorsque le gaz est source UV alors afin de changer d'UV, le gaz doit être remplacé et il est alors nécessaire d'adapter les conditions de décharge et d'émission d'UV (pression, tension d'alimentation, hauteur de gaz, etc) en conséquence. Si l'on choisit le(s) revêtement(s) luminophore(s) en fonction du ou des UV que l'on souhaite produire, indépendamment des conditions de décharge. Il n'est aussi pas nécessaire de changer de gaz excitateur.
Il existe notamment des luminophores émettant dans les UVC à partir d'un rayonnement VUV par exemple produit par un ou des gaz rares (Xe, Ar, Kr, etc). Par exemple, un rayonnement UV à 250 nm est émis par des luminophores après excitation par un rayonnement VUV inférieur à 200 nm. On peut citer les matériaux dopés au Pr ou Pb tels que : LaPO4: Pr, CaSO4: Pb etc. II existe aussi des luminophores émettant dans les UVA ou proche
UVB également à partir d'un rayonnement VUV. On peut citer les matériaux dopés au gadolinium tels que le YBO3: Gd ; le YB2O5: Gd ; le LaP3O9: 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 en outre des luminophores émettant dans les UVA à partir d'un rayonnement UVB ou UVC par exemple produit par du mercure ou de préférence un (des) gaz comme les gaz rares et/ou halogènes (Hg, Xe/Br, Xe/I, Xe/F, Cl2, ...)- On peut citer par exemple le LaPO4: Ce ; le (Mg, Ba)AI11Oi9) Ce ; le BaSi2O5) Pb ; le YPO4: Ce ; le (Ba,Sr,Mg)3Si207: Pb ; 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.
Ainsi, le gaz peut consister en un gaz ou un mélange de gaz choisi parmi les gaz rares et/ou les halogènes. Le taux d'halogène (en mélange avec un ou des gaz rares) peut être 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 émetteur(s) d'UV et/ou excitateurs des luminophores.
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Tableau 1
Encore plus préférentiellement, on choisira comme gaz excitateur un ou des gaz rares, notamment le xénon. Naturellement, pour maximiser la zone de décharge et pour une décharge homogène, les première et deuxième électrodes, continue ou par morceau, peuvent s'étendre sur des surfaces de dimensions au moins sensiblement égales à la surface des parois inscrite dans l'espace interne.
Pour plus de simplicité et pour faciliter le scellement, les première et deuxième parois diélectriques peuvent être en matériaux identiques ou au moins de coefficient de dilatation proche.
Le matériau transmettant ledit rayonnement UV du premier voire de la deuxième paroi diélectrique peut être choisi de préférence parmi le quartz, la silice, le fluorure de magnésium (MgF2) ou de calcium (CaF2), un verre borosilicate, un verre silicosodocalcique notamment avec moins de
0,05% de Fe2O3.
A titre d'exemple 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 de 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 silicosodocalciques avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fe2Cb, 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. 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 UV selon l'invention, la pression de gaz dans l'espace interne peut être de l'ordre de 0,05 à 1 bar. Les parois diélectriques peuvent être de toute forme : le contour des parois peut être polygonal, concave ou convexe, notamment carré ou rectangulaire, ou courbe, notamment rond ou ovale.
Les parois diélectriques peuvent être légèrement bombées selon un même rayon de courbure, et sont de préférence maintenues à distance constante par exemple par un espaceur (par exemple cadre périphérique) ou des espaceurs (ponctuels etc) en périphérie ou de préférence répartis (régulièrement, uniformément) dans l'espace interne. Par exemple il s'agit de billes de verre. Ces espaceurs, que l'on peut qualifier de ponctuels lorsque leurs dimensions sont considérablement inférieures aux dimensions des parois verrières, peuvent affecter des formes diverses, notamment sphériques, sphériques bi-tronquées à faces parallèles, cylindriques, mais aussi parallélépipédiques à section polygonale, notamment en croix, tels que décrits dans le document WO 99/56302.
L'écartement entre les deux parois diélectriques 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 la(les) paroi(s).
Suivant une réalisation, la lampe UV 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, l'une des parois comporte au moins un trou percé dans son épaisseur obstrué par un moyen de scellement.
La lampe UV peut avoir une épaisseur totale inférieure ou égale à 30 mm, préférentiellement inférieure ou égale à 20 mm.
De préférence les parois sont scellées par un joint de scellement périphérique qui est minéral, par exemple à base de fritte de verre.
La première électrode peut être à un potentiel inférieur à la deuxième électrode notamment dans une configuration avec un coté émetteur, la deuxième électrode pouvant alors être protégée par du diélectrique.
La première électrode peut être à un potentiel inférieur ou égal à
400 V (typiquement tension crête), de préférence inférieur ou égal à 220 V, encore plus préférablement inférieur ou égal à 110 V et/ou à une fréquence f est inférieure ou égale à 100 Hz, de préférence inférieure ou égale à 60 et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 Hz.
Vl est de préférence inférieur ou égal à 220 V et la fréquence f est de préférence inférieure ou égale à 50 Hz. La première électrode peut être de préférence à la masse.
L'alimentation de la lampe UV peut être alternative, périodique, notamment sinusoïdale, impulsionnelle, en créneau (carré etc).
La lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée tant dans le domaine industriel par exemple pour l'esthétique, 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), notamment intégrée dans une cabine de bronzage,
- 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.
L'invention a aussi pour objet le procédé de fabrication de lampe UV, notamment du type de celle décrite précédemment, dans lequel l'on forme une électrode discontinue (première électrode et/ou deuxième électrode) pour une transmission globale aux UV directement par dépôt par voie liquide sur la face principale d'une paroi diélectrique l'on forme l'arrangement de la directement par dépôt par voie liquide sur la face externe (revêtue d'une sous couche ou non) de la première paroi On préfère notamment une technique d'impression, (flexographie, tampographie, au rouleau..) et notamment la sérigraphie ou le jet d'encre.
Par ailleurs, on forme généralement une zone périphérique d'alimentation électrique des électrodes. Cette zone, par exemple formant une bande est dite « bus bar », et elle-même reliée, par exemple par brasure ou soudure à un moyen d'alimentation (via un clinquant, un fil, un câble ..). Cette zone peut s'étendre le long d'un ou plusieurs côtés.
Cette zone d'alimentation électrique peut être sérigraphiée, notamment en émail à l'argent.
Aussi, on peut préférer former au moins une zone périphérique d'alimentation électrique de l'électrode discontinue pendant l'étape de dépôt de ladite électrode par sérigraphie (de préférence d'un émail conducteur) voire par jet d'encre. Ce procédé de fabrication de l'électrode UV convient pour la lampe UV telle que celle décrite précédemment ou pour une lampe
UV avec des électrodes sur les faces internes, ou encore l'une sur une face interne, l'autre sur une face externe.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture de l'exemple de la lampe plane UV illustrée par la figure 1 suivante qui représente schématiquement une vue de coupe latérale d'une lampe plane UV à décharge dans un mode de réalisation de l'invention.
On précise que pour 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 comportant des première et deuxième plaques 2, 3, par exemple rectangulaires, présentant chacune une face externe 21, 31 et une face interne 22, 32. La lampe 1 émet un rayonnement UV bidirectionnel par ses faces externes 21, 31. La surface de chaque plaque 2, 3 est par exemple de l'ordre de Im2 voire au-delà et leur épaisseur de 3 mm.
Les plaques 2, 3 sont associées avec mise en regard de leurs faces internes 22, 32 et sont assemblées par l'intermédiaire d'un joint périphérique délimitant l'espace interne, ici par une fritte de scellage 8, par exemple une fritte de verre de coefficient de dilation thermique voisin de celui des plaques 2, 3.
En variante, les plaques sont assemblées par une colle par exemple silicone (formant un joint) 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.
L'écartement entre les plaques 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 première plaque 2 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 21.
Dans l'espace 10 entre les plaques 2, 3 règne une pression réduite de 200 mbar de xénon 7 pour émettre un rayonnement excitateur dans l'UVC. La lampe 1 sert par exemple de lampe à bronzer.
Les faces internes 22, 32 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 (Ba,Sr,Mg)3Si207: Pb (pic à 372 nm) ou le SrB4O7: Eu (pic à 386 nm).
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.
Dans une autre variante, on choisit un luminophore à base de gadolinium, et 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.
Naturellement, on peut choisir d'autres luminophores et un verre borosilicate pour transmettre un UVA vers 300-330 nm.
Dans une autre variante, la lampe 1 émet dans l'UVC, pour un effet germicide, on choisit alors un luminophore comme le LaPO4: Pr ou le CaSO4 : Pb et pour les parois, de la silice ou du quartz ainsi qu'un gaz rare comme le xénon de préférence seul ou en mélange avec l'argon et/ou le néon.
La première électrode 4 est sur la face externe 21 de la première paroi 2 (côté toujours émetteur). La deuxième électrode 5 est sur la face externe 31 de la deuxième paroi 3 (côté éventuellement émetteur).
Chaque électrode 4, 5 est sous forme d'une couche discontinue à un potentiel unique. Chaque électrode 4, 5 est sous forme d'au moins une série voire de deux séries croisées de bandes 41, 51, bandes par exemple pleines. De préférence les bandes 41, 51 sont de largeur 11 et d'espacements interbandes dl similaires.
Le matériau de la première électrode (au moins) est relativement opaque aux UV, on adapte alors le rapport largeur des bandes 11 sur largeur de l'espace interbandes dl en conséquence pour augmenter la transmission globale aux UV (pour chaque série).
Par exemple, on choisit un rapport largeur 11 sur largeur dl de l'espace interbandes de l'ordre de 20% ou moins, par exemple la largeur 11 est égale à 4 mm et la largeur dl de l'espace interélectrodes est égale à 2 cm.
Le matériau d'électrode 4, 5 est par exemple de l'argent déposé de préférence par sérigraphie : par exemple un émail à l'argent ou une encre avec des nanoparticules d'argent et/ou d'or. Le matériau d'électrode peut alternativement être déposé en couche mince par pulvérisation et être gravé ensuite.
Ainsi on peut par exemple choisir le verre Planilux avec une couche cuivre, ou argent ou encore d'oxyde d'étain dopé fluor qui est gravée pour former les électrodes 4, 5 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.
On peut aussi choisir pour les parois des verres Planilux avec chacun une couche d'oxyde d'étain dopé fluor qui est gravée pour former les électrodes 4, 5 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.
En variante, chaque bande est à structure ouverte (par exemple de largeur de 15 à 50 μm et espacées de 500 μm et fait par sérigraphie) et peut être par exemple formée d'un réseau de motifs conducteurs, par exemple géométriques (carré, rond,... lignes, en grille), pour augmenter encore la transmission globale aux UV.
En variante, les électrodes 4, 5 sont des couches discontinues s'étendant sur les faces et arrangées en grille, par exemple de largeur de pistes entre 15 à 50 μm et espacées de 500 μm, fait par sérigraphie. Par exemple on choisit l'encre TEC PA 030™ de InkTec Nano Silver Paste Inks ou on sérigraphie une fritte de verre à l'argent.
Dans une autre variante de réalisation, la deuxième électrode 5 est une pleine couche d'aluminium formant un miroir UV. Dans une dernière variante de réalisation, la deuxième électrode 5 est une grille intégrée dans la paroi3 ou noyé dans un intercalaire type EVA ou PVB de feuilletage avec un contre verre.
Chacune des électrodes 4, 5 est alimentée via un clinquant souple 11, 11' ou en variante via un fil soudé. La première électrode 4 est à un potentiel VO de l'ordre de 1100 V et de fréquence entre 10 et 100 kHz, par exemple 40 kHz. La deuxième électrode 5 est à la masse.
Alternativement, les électrodes 4 et 5 sont alimentées par exemple par des signaux en opposition de phase, par exemple respectivement à 550 V et -550 V.
La première électrode est de préférence à la masse et la deuxième électrode alimenté par le signal haute fréquence lorsque qu'un seul côté est émetteur. En effet, la deuxième électrode peut être alors protégée. La première électrode 4 peut être en liaison électrique avec une bande d'amenée de courant (couramment appelée « bus bar ») qui recouvre les bandes 51 croisées (ou la grille dans la variante), en périphérie d'au moins un bord (par exemple longitudinal) de la première paroi 2 et sur laquelle est soudé un fil ou un clinquant. La deuxième électrode 5 peut être en liaison électrique avec une bande d'amenée de courant (couramment appelée « bus bar ») qui recouvre les bandes croisées (ou la grille dans la variante), en périphérie d'au moins un bord (par exemple longitudinal) de la deuxième paroi et sur laquelle est soudé un fil ou un clinquant. Ces bandes peuvent être en émail à l'argent sérigraphiée ou être déposée par jet d'encre, notamment en même temps que les électrodes (on prévoit ainsi une bande périphérique pleine et suffisamment large).

Claims

REVENDICATIONS
1. Lampe plane à décharge (1) transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet, dit UV, comprenant : - des première et deuxième parois diélectriques (2, 3) planes en regard, maintenues sensiblement parallèles et scellées entre elles, délimitant ainsi un espace interne (10) rempli de gaz (7), la première paroi diélectrique au moins étant en un matériau transmettant ledit rayonnement UV, - des première et deuxième électrodes (4, 5), à des potentiels donnés distincts, pour une décharge perpendiculaire entre les parois,
- une première électrode sur la face principale externe (21) de la première paroi diélectrique, - une deuxième électrode (5) intégrée à la deuxième paroi diélectrique ou sur la face principale externe (31) de la deuxième paroi diélectrique,
- une source du rayonnement UV comprenant le gaz (7) et/ou un revêtement luminophore (6) sur une face principale interne (22, 32) de la première et/ou de la deuxième paroi diélectrique (2, 3), le luminophore émettant ledit rayonnement UV en étant excité par le gaz, caractérisée en ce que la première électrode au moins étant une couche discontinue, arrangée pour permettre une transmission globale de l'UV.
2. Lampe UV (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première électrode (4) est déposée sur la face externe (21) et de préférence n'est pas couverte par un diélectrique couvrant la surface.
3. Lampe UV selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la deuxième électrode est une couche de préférence arrangée pour permettre une transmission globale de l'UV.
4. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rayonnement UV est bidirectionnel, c'est à- dire des deux côtés de la lampe.
5. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première électrode (4) est sous forme d'une série de bandes équidistantes (41) ou d'au moins deux séries croisées de bandes parallèles, chaque bande présentant une largeur 11 et étant espacée d'une distance dl d'une bande adjacente, et en ce que le rapport 11 sur dl est compris entre 10% et 50%.
6. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la deuxième électrode (5) est discontinue, notamment sous forme d'une série de bandes équidistantes (51), en couche, ou d'au moins deux séries croisées de bandes parallèles, chaque bande présentant une largeur 11 et étant espacée d'une distance dl d'une bande adjacente, et en ce que le rapport 11 sur dl est compris entre 10% et 50%.
7. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première électrode et/ou la deuxième électrode est sous forme de bandes, chacune formée d'une ou plusieurs séries de motifs conducteurs, en pistes conductrices, définie par un pas donné dit pi entre motifs et une largeur dite 12 de motifs, le rapport largeur 12 sur pas pi étant inférieur ou égal à 50%.
8. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première électrode, et de préférence la deuxième électrode, est organisée comme une grille.
9. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première électrode, et de préférence la deuxième électrode, est à base de particules conductrices , notamment à l'argent et/ou à l'or, éventuellement dans un liant.
10. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première électrode, et de préférence la deuxième électrode, est un émail conducteur ou une encre conductrice notamment à l'argent et/ou à l'or.
11. Lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes, 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 silicosodocalcique notamment avec moins de 0,05% de Fe2O3.
12. Lampe UV selon la revendication, caractérisée en ce que le gaz (7) consiste en un gaz rare, notamment le xénon, ou un mélange de gaz choisis parmi les gaz rares et les gaz halogènes.
13. Utilisation de la lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes dans le domaine de l'esthétique, de l'électronique, pour l'alimentaire.
14. Utilisation de la lampe UV (1) selon l'une des revendications précédentes comme lampe à bronzer, notamment intégrée dans une cabine de bronzage, , 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.
15. Procédé de fabrication d'une lampe UV caractérisé en ce que l'on forme une électrode discontinue pour une transmission globale aux UV directement par dépôt par voie liquide sur la face principale d'une paroi diélectrique.
16. Procédé de fabrication de la lampe UV selon la revendication 15 caractérisé en ce que l'on forme ledit arrangement d'électrode par impression, notamment par sérigraphie ou jet d'encre.
17. Procédé de fabrication de la lampe UV selon l'une des revendications 15 ou 16 caractérisé en ce que l'on forme au moins une zone périphérique d'alimentation électrique de I' électrode discontinue pendant l'étape de dépôt de la première électrode par sérigraphie ou par jet d'encre.
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