CN102034676A

CN102034676A - 荧光灯

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Publication number: CN102034676A
Application number: CN2010102905170A
Authority: CN
Inventors: 朝山淳哉; 田川幸治
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: TW201112306A; KR20110033026A; JP2011070780A; TWI549157B; CN102034676B; KR101444501B1; JP5581635B2

Abstract

本发明提供一种荧光灯，具有石英玻璃构成的发光管以及涂布于该发光管内表面上、放射紫外光的荧光体层，从而涂布于上述发光管的内表面上的荧光体层不容易剥落。软化点比构成发光管的石英玻璃低的玻璃粉末层分散地配置于上述发光管的内表面，在该发光管内表面上及上述玻璃粉末层上形成有上述荧光体层。

Description

荧光灯

技术领域

本发明涉及一种放射紫外区域的光的荧光灯，尤其是涉及一种在发光管内表面涂布荧光体而构成的荧光灯。

背景技术

最近，在光触媒或广义的树脂硬化、除菌、美容、医疗等用途中利用波长为300nm附近的紫外光。作为这种光的光源，使用在波长250～380nm附近发出具有强度峰值的光的荧光体被涂布于发光管内表面的放射紫外线的荧光灯。

在放射这种紫外光的荧光灯中，通过放电得到用于激发荧光体的较短波长(例如200nm以下)的紫外光，将该紫外光照射到荧光体，激发荧光体，使通过变换成预定的波长区域的光而得到的紫外光(200～380nm)透射荧光体层及发光管，进行放射，在原理上与得到可视光的灯同样。

作为荧光灯的发光管，一般适当地使用钠玻璃、硼硅酸玻璃、铝硅酸玻璃等所谓的硬质玻璃。

然而，在上述的例如放射波长200～380nm附近的紫外光的荧光灯中，发光管使用上述硬质玻璃时，会产生紫外线的吸收，因而导致紫外光的透射率低、效率差。

因此，作为构成发光管的玻璃，优选紫外光的透射率更高。

因此，鉴于这种情况，在例如专利文献1、2等中公开了发光管使用石英玻璃的荧光灯。

如上述文献的记载所述，使用石英玻璃构成发光管时，紫外光的透射率高，能够高效地获取光。

然而，一般在荧光灯中，在其制造工序中，包括升温至构成发光管的基材的玻璃的软化点附近，将荧光体烧成固定的工序。

然而，在基于上述现有技术在发光管使用石英玻璃的情况下，由于石英玻璃的软化点为1600℃附近，因而当加热到这种高温度区域时，会产生荧光体的劣化，存在无法得到预定的光的问题。

鉴于此，若将荧光体的烧成温度降低至在发光特性上没有问题的温度区域，例如降低烧成至900℃以下，则无法得到石英玻璃的软化，荧光体层会从管壁剥落掉下，产生无法获得预定的配光分布的问题。

专利文献1：日本特表2008-503046号公报

专利文献2：日本特表2007-534128号公报

发明内容

本发明鉴于上述现有技术的问题点，提供一种放射紫外线的荧光灯，通过发光管使用石英玻璃，使得紫外光的透射率高、效率优异，而且不会产生涂布于发光管内表面的荧光体剥离、掉落等问题，可靠性高。

为了解决上述课题，本发明的荧光灯的特征在于，软化点比构成发光管的石英玻璃低的玻璃粉末层分散地配置于上述发光管的内表面，在该发光管内表面上及上述玻璃粉末层上形成有上述荧光体层。

并且，其特征在于，上述玻璃粉末层包含：硼硅酸玻璃、铝硅酸玻璃、钡硅酸玻璃，或在上述任意的组成的基础上添加了碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃的任一种。

进而，上述玻璃粉末层的面积相对于上述发光管的内表面占30～90％的比率。

发明的效果

根据本发明的荧光灯，由软化点比石英玻璃的软化点低的玻璃构成的玻璃粉末层，以分散于发光管的放电空间侧的表面上的状态形成于石英玻璃制发光管与荧光体层之间，因而在荧光体的烧成工序中，不必将该荧光体加热到1000℃以上的温度，在玻璃粉末层的软化点温度附近进行烧成，就可将荧光体层与发光管牢固结合。

由此，能够得到荧光体的劣化少、向紫外光变换的效率良好的荧光灯，而且可得到荧光体层不会剥离、脱落，不会产生照度不均匀的荧光灯。

而且，即使构成玻璃粉末层的软化点低的玻璃，对于石英玻璃热膨胀系数存在差异，上述玻璃粉末层是在发光管内表面以分散的状态大致岛状地散布配置，因而石英玻璃粉末层与玻璃粉末层之间，很难有因热膨胀系数而产生的形变，也不会出现玻璃粉末层从发光管剥离的情况。

结果，可得到荧光体不容易剥落、玻璃粉末层也不容易剥落、紫外光的发射效率高的荧光灯。

另外，如上所述，玻璃粉末层大致岛状地散布而配置，因而具有对于由荧光体产生的紫外线，与以玻璃层同样地覆盖发光管内容面的情形相比较，直接透射石英玻璃而取出到外部的比率增加的优点。

另外，上述玻璃粉末层包含：硼硅酸玻璃(Si-B-O类玻璃)、铝硅酸玻璃(Si-Al-O类玻璃)、钡硅酸玻璃，或在上述任意组成的基础上添加碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃中至少任一玻璃，由此，耐热冲击性良好，因而可以充分耐受用作荧光灯时的温度变化，不会发生该玻璃粉末层剥落、或与荧光体层的结合降低的问题，能够获得切实地保持荧光体层的效果。

附图说明

图1是本发明的荧光灯的立体图。

图2是图1的横剖面图。

图3是图2的A部分的放大剖面图。

图4是说明本发明的荧光灯的制造工序的流程图。

图5是本发明的其它实施例的低压荧光灯的剖面图。

图6是本发明又一实施例的剖面图及放大图。

具体实施方式

如图1、图2所示，荧光灯1由大致矩形箱状的发光管2构成，在其内部形成有放电空间S。该发光管2由石英玻璃等具体紫外线透射性的电介质构成，在其上表面与下表面具备一对外部电极3、4。

在上述发光管2的放电空间S中，以预定封入量封入有准分子放电用的气体，例如作为放电气体封入有10～70kPa的氙气。当然，也可以与其它稀有气体混合。

并且，发光管的断面形状并不限于上述大致矩形箱状，也可适当使用大致圆筒状的管或扁平状的管等。

上述荧光灯1的下表面侧的电极4是通过将铝等金属印刷、蒸镀或制成箔状并粘贴而形成的，构成为例如网眼状，以使放电空间S内生成的紫外光可以透射。

不放射光的一侧，即上面侧的电极3不需要针对光透射性，但从制造的观点出发，可以以与下面侧的电极4同样的形态构成，与该下面侧电极4同样地由铝等形成。

如图2、图3所示，在发光管2的内表面局部地且扩展至大致整个区域地形成有玻璃粉末层5，以积层于该玻璃粉末层5及发光管2的内表面上的方式形成有荧光体层6。

即，如图3所示，低软化点玻璃粉末5a局部地、岛状地固定于发光管2的内表面上，形成玻璃粉末层5，在发光管2的放电空间S侧，局部地形成有玻璃粉末层5，而且形成发光管2的内表面自身露出的形态。

荧光体粉末6a涂布于该玻璃粉末层5上，因而该荧光体粉末6a的一部分积层于玻璃粉末5a上，而且一部分形成为直接积层于发光管2的内表面的形态。

玻璃粉末层5由软化点比构成发光管2的石英玻璃(软化点：1600℃)低的玻璃的粉末的单体或聚合体构成。作为玻璃粉末层5，优选是软化点在荧光体的烧成温度(400～900℃)的范围，具体地说明材质，更优选为耐热冲击性优异的硬质玻璃。

其中，优选硼硅酸玻璃(Si-B-O类玻璃，软化点：约800℃)、铝硅酸玻璃(Si-Al-O类玻璃，软化点：约900℃)、钡硅酸玻璃、或在上述任意组成的基础上添加碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃，这种硬质玻璃可以单独使用，也可以以适当的比率混合使用。

这种玻璃粉末5a的单体或聚合体构成的玻璃粉末层5，在使发光管2内表面局部露出的状态下形成，由此积层形成于其上的荧光体层6牢固地保持在发光管2，能够提供不会有荧光体层6的剥离或脱落，可靠性高的荧光灯。

而且，作为发光管2的素材，使用紫外线透射率高的石英玻璃，因而可得到紫外光的透射率良好、紫外光的放射效率高的荧光灯。

以下，依照图4所示的流程图来说明本发明的荧光灯的荧光体层的形成方法。

1.调配玻璃粉末的浆料。

以预定比率混合构成玻璃粉末层5的玻璃粉末5a、硝化纤维素、乙酸丁酯液。充分地混合来制作悬浊液，制作分散有玻璃粉末的玻璃粉末浆料。

通过调配成这种浓度范围，可以将玻璃粉末5a的单体或聚合体构成的玻璃粉末层5以使发光管内表面局部露出的状态形成于发光管2内表面上。

另外，玻璃粉末层所使用的玻璃可以选自硼硅酸玻璃(Si-B-O类玻璃)及铝硅酸玻璃(Si-Al-O类玻璃)、钡硅酸玻璃、或在上述任意组成的基础上添加碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃，例如可使用日本电气玻璃股份有限公司制(日本電気硝子株式会社制)的玻璃，型号BFK或BS，PS-94等。

2.在发光管内部涂布玻璃粉末浆料。

作为涂布方法，可采用流入或吸引等适当的方法。

3.干燥玻璃粉末浆料。

在发光管构成用玻璃管的两端形成有开口，从一方的开口流入干燥氮气体(干燥空气也可以)，使玻璃浆料中包含的乙酸丁酯蒸发。

结果，以局部地堆积的状态在玻璃管的内表面上形成厚度为3～10μm的玻璃粉末5a。

作为干燥后的玻璃粉末层5的分布状态，优选30～90％。另外，玻璃粉末的厚度优选为3～10μm，更优选为3～6μm。

作为玻璃粉末层5的形成比率，在浓度低时，最终构成荧光灯时，石英玻璃的露出面过宽而很难保持荧光体。另一方面，浓度比90％大时，构成玻璃粉末层5的玻璃粉末5a之间形成无裂缝的状态，由于制造灯时的温度变化或重复灯点灯/熄灭所产生的热膨胀，会在发光管2与玻璃粉末层5的界面产生空隙，产生玻璃粉末层5剥离的情况。因此，作为玻璃粉末层5的分布状态，优选控制在30～90％。

4.烧成玻璃粉末的层。

烧成条件是在大气中约500～1000℃，作为时间，以最高温度的保持时间来表示的话为0.2～1小时。在使用上述硼硅酸玻璃、铝硅酸玻璃、钡硅酸玻璃的情况下，优选以600～900℃进行，在使用在上述任意组成的基础上添加碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃时，优选以500～800℃进行。通过该烧成工序，粒子之间部分地结合，熔合于玻璃管2，使得玻璃粉末层5牢固地粘合于基材。

另外，玻璃粉末层5不会升温至熔融温度，一般维持粉末状的形态。

烧成后，将玻璃管冷却至常温。

5.调配荧光体浆料。

荧光体例如是铕活化的硼酸锶(Sr-B-O:Eu(以下称为SBE)，中心波长368nm)荧光体、铈活化的铝酸镁镧(La-Mg-Al-O:Ce(以下称为LAM)，中心波长338nm(其中宽频带响应(broad)))荧光体、钆、镨活化的磷酸镧(La-P-O:Gd，Pr(以下称为LAP:Pr，Gd，中心波长311nm))荧光体等。

这些荧光体均吸收波长不足250nm的区域的紫外光，变换成分别具有的中心波长带的紫外线，进行放射。

6.在发光管内部涂布荧光体浆料。

将荧光体浆料涂布于发光管2内。涂布方法适宜是抽吸法、流入法等。

7.干燥荧光体。

在玻璃管内部流过干燥氮气体(干燥空气也可以)，使荧光体浆料中含有的乙酸丁酯蒸发。

8.烧成荧光体。

将发光管用的玻璃管放进炉内，进行烧成。烧成条件是大气氛围中大约500～800℃，在最高温度的保持时间为加热0.2～1小时。在该烧成工序中，在荧光体层6与玻璃粉末层5的边界面产生玻璃的软化而将荧光体6a粘合于玻璃粉末层5，结果，得到牢固的结合状态。

另外，在大气中的劣化激烈的荧光体的情况下，升温至在大气中硝化纤维素烧失的温度为止之后，通过非氧化气氛或还原气氛，可以进行到大约800度左右为止的加热。

烧成后，冷却发光管。

如此形成有荧光体层6的发光管2将其内部排气，封入放电用气体而进行气密密封(拆离：tip off)。

封入的放电用气体是稀有气体，例如氙(Xe)，氪(Kr)，氩(Ar)，氖(Ne)，可以单独使用，也可以以适当的组合加以混合地使用。另外，利用上述稀有气体的放电得到的波长是氙160～190nm，氪124，140～160nm，氩107～165nm，氖80～90nm。

在如此构成的荧光灯1中，在图1中，当由未图示的电源向一对外侧电极3、4施加高频电压时，在电极3、4间形成有介有电介质(发光管2的上下壁)的放电，而利用作为放电气体的例如氙(Xe)气体的发光，产生波长172nm的紫外光。

在此得到的紫外光是荧光体的激发用的发光，通过该波长172nm的紫外光照射荧光体层6，荧光体被激发，例如通过选择荧光体的种类，放射波长200～380nm的紫外光。这样所得到的波长200～380nm的紫外光透射该荧光体层6、玻璃粉末层5、发光管2，放射至外部。

在玻璃粉末层5中，作为紫外光的透射率，虽比石英玻璃差，但介在状态是局部的，而且其厚度为例如30μm以下，因而波长200～380nm的紫外光的吸收较少，大部分透射并被放射至外部。

结果，与以低软化点的玻璃形成发光管2整体相比较，能够以特别高的效率放射所希望的波长带的紫外光。

以上，所说明的荧光灯是一对电极均位于放电空间的外部的灯，但并不限于这种例子，例如任一方的电极配置于内部也可适用。

另外，当然也可适用于放电形式不相同的水银激发型的荧光灯。在放电空间内配置电极时，则在涂布荧光体层的发光管的密封工序之前安装电极就可以。

图5是本发明的其它实施例的内部电极型的低压水银荧光灯10。

构成发光管11的玻璃管由熔融石英玻璃构成。

在该发光管11的内部，利用与上述方法同样的方法，将玻璃浆料进行涂布、干燥、烧成，从而以分散于发光管11的内表面上的状态形成玻璃粉末层12。用于该玻璃浆料的玻璃粉末由软化点比石英玻璃低的玻璃构成，即使在最终的荧光灯的状态下，也维持着粉末的形态。

在该玻璃粉末层12及石英玻璃管11的露出面部上，形成有荧光体层13。

另外，在发光管11的内部，作为一对内部电极14、15，灯丝座被支撑并配置于发光管11的端部的密封部件17、18，另外，封入有4kPa(30Torr)的稀有气体的氩，封入有10mg/cm³的水银。并且，在该图中，19、20是引线。

在该实施例的荧光灯10中，当水银的辉线产生的波长185nm与254nm的光照射荧光体层13，被变换成例如波长大致为300nm～400nm的光。根据这种荧光灯10，与仅利用仅得到通常的水银的放电所得到的波长320～370nm附近的光相比较，能够更有效率地放射波长大致300nm～400nm的光。

另外，在以上的说明中，作为荧光体的种类代表性地列举了SBE、LAM、LAP：Pr，Gd加以说明，当然视用途也可使用各种荧光体。

以下，按照放射光的波长带的类别列举荧光体。通过放电物质与利用的紫外线的波长带，由这些荧光体适当使用即可。

<表示300～400nm的发光的荧光体>

铈活化的铝酸镁镧(La-Mg-Al-O:Ce)

铈活化的磷酸镧(La-P-O:Ce)

铈活化的磷酸钇(Y-P-O:Ce)

铈活化的镁钡铝酸盐(Ce-Mg-Ba-Al-O)

镨及钆活化的磷酸镧(La-P-O:Gd，Pr)

铕活化的硼酸锶(Sr-B-O:Eu)

<表示200～300nm的发光的荧光体>

镨活化的磷酸镧(La-P-O:Pr)

镨活化的磷酸钇(Y-P-O:Pr)

镨活化的磷酸镥(Lu-P-O:Pr)

铋活化的磷酸钇(Y-P-O:Bi)

<表示180～200nm的发光的荧光体>

钕活化的磷酸镥(Lu-P-O:Nd)

钕活化的磷酸镧(La-P-O:Nd)

钕活化的磷酸钇(Y-P-O:Nd)

在图6(A)、(B)中表示除了上述荧光体之外还形成有对于紫外线具有反射性的反射膜的实施例。

在图中，在发光管2的内周面分散配置有软化点比石英玻璃低的玻璃粉末层5，形成为大致岛状，在与该内周面的周方向的光出射侧的相反侧的一部分，在图示的例子中，在上面侧形成有反射膜7。并且，包含该反射膜7在整个周面形成有荧光体层6。

由此，可提高在光出射侧的紫外线输出，可得到适合实用的荧光灯。作为用于构成这种反射膜7的反射材料，具体而言，可以使用二氧化硅粉末(SiO₂)，氧化铝粉末(Al₂O₃)，及它们的混合粉末，进而，可使用以上述作为主成分混合了其它反射材料的粉末。

上述反射材料也可以以高温进行烧成，但通过形成本发明的玻璃粉末层7，即使烧成温度是较低温，也可将反射材料确实地固定于发光管2，并且，可以同时地进行反射材料与荧光体的烧成，因而在制造具备反射膜的荧光灯上也能起到具有很大优势的功能。

另外，在上述例子中，在形成玻璃粉末层5之后形成反射膜7，但也可以先形成反射膜7，之后，在除了该反射膜以外的剩余部分上形成玻璃粉末层5。在这种情况下，在包含反射膜7将荧光体层6形成于全内周面是很实用的。

(实验例)

将混合于粘合剂的具有低软化点的玻璃粉末(以下称为“特定的玻璃粉末”)的量(重量)进行各种变更，来制作特定的玻璃粉末的混合比率不相同的玻璃粉末浆液。

使用各玻璃粉末浆液来形成玻璃粉末层，而且以在其上积层有荧光体层的方式将荧光体涂布、烧成，制作荧光灯的半成品。为了评价该荧光体层的附着状态，切出形成有荧光体层的部分来制作样品1～样品6。

另外，利用上述顺序5至9制作了不具有特定的玻璃粉末层的样品7，亦即制作了在发光管内面直接形成有荧光体层的现有技术的样品7。

针对以上的样品1～样品7，依照下述的分析方法来测定特定的玻璃粉末的附着面积比率，而且以棉花棒擦各样品表面来评价荧光体层及玻璃粉末层的剥离的状态。在此时的评价中，荧光体多少出现剥离是无法避免的，因而将与现有技术(样品7)同样地产生荧光体层剥离或玻璃粉末层剥离的情况作为×。

将该结果与玻璃粉末浆料的粘合剂中含有的玻璃粉末的混合比率一起表示于表1。

<玻璃粉末的附着面积的分析方法>

将发光管的剖面安装在附属于EPMA(电子线微量分析器)的SEM(扫描型电子显微镜)的样品台，抽取真空，开始进行观察。

此时，设定为将荧光体粒子充分地分离的程度的倍率(约1万倍左右)而加以放大。

在进行SEM的测定来确认粒子形状的同时，通过进行使用EPMA的面分析或根据部位在管径方向进行线分析，可以测定元素的分布。

如果测定元素的分布状态，则荧光体的主要构成元素与玻璃的构成元素不同，因而可明确地分离荧光体与玻璃。

荧光体为LAM的情况下，La、Al、Mg为主要元素，在YPC的情况下，Y、P为主要元素。对此，软化点低的玻璃成分例如是软质玻璃的情况下，含有K、Na等碱元素、B、Ti、Al等任一元素。

因此，利用EPMA附属的SEM进行的面分析或线分析，测定粒子的元素分布，从而可以分离荧光体粒子与软质玻璃粒子，也可把握其形状。

表1

样品1是玻璃粉末的附着面积比率为100％、具有低软化点的玻璃粉末层(以下称为“玻璃粉末层”)形成于发光管内面的整个面。在该样品1中，发光管成为高温时，玻璃粉末层浮起，在与发光管的基底之间有空间，产生剥落的现象。该理由可以认为是，构成发光管的石英玻璃与玻璃粉末层的热膨胀系数不同，因而当发光管成为高温时，由于伸缩的程度不同而无法维持接合，容易弯曲的一方，即玻璃粉末层剥离，会产生空间。

样品2～样品4的玻璃粉末层不会剥离，可稳定地保持荧光体层。该理由可以认为是，玻璃粉末层的面积比是30～90％，部分地露出发光管(石英玻璃)的基底，因而可局部地缓和伸缩导致的状态。

样品5、6的玻璃粉末层的面积比是10～20％，发光管(石英玻璃)的露出面积较大，因而荧光体剥离而无法稳定地保持荧光体层。

样品7是现有技术，荧光体都剥离，无法稳定地保持荧光体层。

由以上的结果可知，通过在荧光灯的发光管内表面以30％～90％的比率形成有玻璃粉末层，不容易产生荧光体层的剥离而可稳定地维持荧光体层及玻璃粉末层。

如上所述，在本发明的荧光灯中，在石英玻璃构成的发光管的内表面分散配置有软化点比石英玻璃低的玻璃粉末层，通过在上述发光管内表面与该玻璃粉末层上形成荧光体层，使得荧光体层牢固地保持在发光管，不会有该荧光体层剥离或脱落的问题，起到了能够提供可靠性高的荧光灯的优异效果。

Claims

1.一种荧光灯，具有石英玻璃构成的发光管以及涂布于该发光管内表面、放射紫外光的荧光体层，其特征在于：

软化点比石英玻璃低的玻璃粉末层分散地配置于上述发光管的内表面，在该发光管内表面上及上述玻璃粉末层上形成有上述荧光体层。

2.根据权利要求1所述的荧光灯，其特征在于，

上述玻璃粉末层含有硼硅酸玻璃、铝硅酸玻璃及钡硅酸玻璃中的任一种。

3.根据权利要求1所述的荧光灯，其特征在于，

上述玻璃粉末层的面积相对于上述发光管的内表面占30～90％的比率。

4.根据权利要求1所述的荧光灯，其特征在于，

在上述发光管的内周面的周方向的一部分上形成有对于紫外线具有反射性的反射膜。