DE69614461T2

DE69614461T2 - Leuchtstofflampe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69614461T2
Application number: DE69614461T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Ikai; Kazuhiro Matsuo; Juichi Sasada
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2016-02-09
Also published as: EP0757376A3; US5869927A; EP0757376A2; KR970008303A; DE69614461D1; EP0757376B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STATEMENT ZUM STAND DER TECHNIK

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Fluoreszenzlampe unter Verwendung der Entladung von Niederdruckquecksilberdampf und ein Verfahren zu deren Herstellung.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Im allgemeinen wird eine Fluoreszenzlampe abgedichtetes Quecksilber in einem Lampengehäuse auf, welches aus einer Glasbirne oder ähnlichem hergestellt ist, und verwendet Licht bei der Anregungswellenlänge von Quecksilber von 254 nm, um den auf der Innenoberfläche des Lampengehäuses niedergeschlagenen Phosphor zu eliminieren.
Vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes stieg in letzter Zeit die Nachfrage zum Reduzieren der in der Fluoreszenzlampe verwendeten Quecksilbermenge und es wird nach der Entwicklung von Techniken gesucht, um den Quecksilberverbrauch im Lampengehäuse zu unterdrücken.
In herkömmlichen Fluoreszenzlampen verwendetes Quecksilber diffundiert in die Glasbirne und Natrium (Na), welches aus der Glasbirne diffundiert, erzeugt durch Reaktion mit Quecksilber Amalgam oder Quecksilber wird an Phosphor adsorbiert. Auf diese Weise wird Quecksilber nach und nach im Lauf der Zeit verbraucht.
Um zu verhindern, dass Quecksilber in die Glasbirne diffundiert oder mit aus der Glasbirne stammenden Natriumionen reagiert, besitzt die herkömmliche Fluoreszenzlampe eine Aluminiumschutzschicht, welche auf der Innenoberfläche der Glasbirne ausgebildet ist.
Die Erfinder haben die Ionenzahl an Quecksilber für die herkömmlichen Fluoreszenzlampe unter Verwendung des sekundären Ionenmassenspektrometers (SIMS) gemessen, um den Quecksilberverbrauch bei der herkömmlichen Fluoreszenzlampe zu prüfen. Fig. 15 zeigt einen Graph, welcher das Ergebnis der bezüglich der sekundären Ionenzahl von Quecksilber durchgeführten Analyse in der Phosphorschicht, der Aluminiumschutzschicht und der Glasbirne einer gewöhnlichen herkömmlichen Dreibandfluoreszenzlampe wiedergibt. Wie in Fig. 15 gezeigt, wird bei einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe eine beträchtliche Quecksilbermenge durch Adsorption durch die Phosphorschicht verbraucht.
Wie oben beschrieben, wird bei einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe eine beträchtliche Menge Quecksilber durch Adsorption an der Phosphorschicht verbraucht, obwohl die Reaktion zwischen dem in dem Lampengehäuse abgedichteten Quecksilber und den Natriumionen in der Glasbirne unterdrückt ist. Zusätzlich erhöht sich der Quecksilberverbrauch im Lauf der Zeit, wenn die Fluoreszenzlampe verwendet wird.
Als Ergebnis wird im Lampengehäuse einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe das für die Umwelt schädliche Quecksilber, welches wünschenswerterweise in so geringem Umfang als möglich verbraucht werden soll, mit großer Menge verbraucht, und zwar beträchtlich über dem Minimum, welches erforderlich ist für die Illuminierung.
Die japanische nicht geprüfte Patentanmeldung (TOKKAI) Hei 4- 245162 offenbart eine herkömmliche Technik zur Verhinderung der Adsorption von Quecksilber an die Oberfläche der Phosphorschicht. Die Aufgabe bei diesem in dieser Patentveröffentlichung offenbarten Stand der Technik ist die Verhinderung der Verminderung des Lichtstroms zur Unterdrückung des Phänomens, welches Schwärzen genannt wird, wobei das Lampengehäuse durch das Quecksilber der Fluoreszenzlampe geschwärzt wird. Die in dieser Publikation offenbarte Fluoreszenzlampe soll zur Erfüllung der oben erwähnten Aufgabe so ausgestaltet sein, dass ein Film auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht ausgebildet wird, wodurch die Adsorption von Quecksilber an die Phosphorschicht vermindert wird, und dadurch das Schwärzen unterdrückt wird.
Bei der wie oben konfigurierten herkömmlichen Fluoreszenzlampe (4-245162) besitzt der auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht ausgebildete Film Abstände oder Zwischenräume, wie Sand, wodurch es schwierig wird, vollständig den Eintritt von Quecksilber in die Phosphorschicht oder ähnliches zu verhindern. Aus diesem Grund kann der Stand der Technik nicht die im Lampengehäuse einzuschließende Quecksilbermenge durch merkliches Vermindern des Quecksilberverbrauchs durch die Fluoreszenzlampe verringern.
Das Dokument EP-A-0 479 299 offenbart Fluoreszenzlampen, umfassend eine Phosphorschicht, welche Phosphorteilchen und ein geeignetes Metalloxid enthält.

ZIEL UND AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluoreszenzlampe und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, wobei die Adsorption von Quecksilber an die Phosphorschicht oder ähnliches und die Reaktion zwischen Quecksilber und Natrium in der Glasbirne verhindert werden, wodurch es möglich wird, die einzuschließende Quecksilbermenge im voraus auf ein Minimum zu setzen, welches für die Illuminierung erforderlich ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe wird eine Mischschicht, welche Phosphor und Metalloxidkupplungen einschließt, auf der Innenoberfläche des Lampengehäuses ausgebildet, und Quecksilber wird in dem Lampengehäuse gasdicht eingeschlossen, und die Kupplungen in der Mischschicht sind in den Räumen zwischen den Phosphorkörnern angeordnet, und die Kupplungen verbinden die Phosphorkörner im vernetzten Zustand.
Bei der erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe ist eine Mischschicht, einschließend Metalloxidkupplungen und Phosphor, auf der Innenoberfläche des Lampengehäuses ausgebildet, wodurch die Adsorption von Quecksilber an den Phosphor verhindert wird. Zur gleichen Zeit kann die gasdicht in die Fluoreszenzlampe einzuschließende Quecksilbermenge auf ein Minimum reduziert werden, welches für die Illuminierung erforderlich ist. Konsequenterweise kann erfindungsgemäß die Quecksilbermenge, welche das Problem bezüglich des Umweltschutzes darstellt, beträchtlich verringert werden, wodurch eine hochsichere Fluoreszenzlampe geschaffen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe ist ein erster dünner Film aus einem kontinuierlichen Metalloxid zwischen dem Lampengehäuse und der Mischschicht ausgebildet, und/oder ein zweiter dünner Film aus einem kontinuierlichen Metalloxid ist auf der Innenoberfläche der Mischschicht näher zum Birnenzentrum des Lampengehäuses ausgebildet. Als Ergebnis ist das im Lampengehäuse eingeschlossene Quecksilber positiv vom Lampengehäuse und dem Phosphor isoliert. Die Diffusion und Adsorption von Quecksilber zum Lampengehäuse und dem Phosphor wird so verhindert, und daher wird der Quecksilberverbrauch merklich reduziert. Gemäß der Erfindung ist es möglich, den Abfallverbrauch von Quecksilber zu eliminieren und die Quecksilbermenge, welche die Verunreinigung verursacht hat, zu verringern.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe umfasst die Schritte: Ausbilden einer Phosphorschicht durch Beschichten und Trocknen eines Phosphormaterials auf die Innenoberfläche eines Lampengehäuses;
Beschichten und Hydrolysieren einer Metallalkoxidlösung auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht oder Beschichten einer Lösung aus einem Metallnitrat, einem Metallsulfat, einem Metallcarbonat oder einem Metall-β-diketonat-Komplex auf die Innenoberfläche der Phosphorschicht; und
Erhitzen der Phosphorschicht unter Ausbildung eines zweiten dünnen Films aus einem Metalloxid auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht, Ausbilden einer Mischschicht mit Kupplungsverbindungen aus einem Metalloxid, das zwischen den Phosphorkörnern der Phosphorschicht vernetzt ist, und/oder Ausbilden eines ersten dünnen Films aus einem kontinuierlichen Metalloxid zwischen den Innenoberflächen des Lampengehäuses und der Mischschicht durch Verwendung der Metallalkoxidlösung oder der Lösung der weiterhin oben genannten Metallverbindungen, eindringend in die Phosphorschicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe verwendet ein Metallalkoxid oder ähnliches zur Erzeugung eines Schutzfilms und die Polymerisationsreaktion des Metallalkoxids wird auf der Phosphorschicht durchgeführt. Auf diese Weise kann eine starke Mischschicht hergestellt werden. Mit diesem Verfahren kann auch eine chemisch stabile Mischschicht ausgebildet werden.
Während die neuen Merkmale der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen enthalten sind, kann die Erfindung, sowohl hinsichtlich Organisation als auch Inhalt besser verstanden und gewürdigt werden, zusammen mit anderen Zielen und Merkmalen, aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht und eine partiell vergrößerte Schnittansicht mit einem Teilschnitt einer Fluoreszenzlampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer Mischschicht einer Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung,
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Siliciumdioxidfilm wiedergibt,
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Aluminiumoxidfilm wiedergibt,
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Hafniumoxidfilm wiedergibt,
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Zirkonoxidfilm wiedergibt,
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Vanadinoxidfilm wiedergibt,
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Nioboxidfilm wiedergibt,
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, welches den Lichtdurchlassgrad durch einen Yttriumoxidfilm wiedergibt,
Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm, welches einen partiell ausgebrochenen Abschnitt aus einer Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung wiedergibt,
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Quecksilberdiffusion und der Tiefe des Yttriumoxidfilms, des Aluminiumoxidfilms oder ähnlichem wiedergibt,
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der gesamten Lichtstromretention und der Einschaltzeit einer erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe und einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe wiedergibt,
Fig. 13 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Quecksilberverbrauch und der Einschaltzeit einer Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung und einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe wiedergibt,
Fig. 14 zeigt ein Fließdiagramm zur Erklärung des Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe und
Fig. 15 zeigt ein Diagramm, welches die Menge der Quecksilberdiffusion bei einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe (40 W) wiedergibt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen für eine erfindungsgemäße Fluoreszenzlampe sind unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht, welche einen Teilschnitt einer Fluoreszenzlampe einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, wobei der Teilschnitt in vergrößerte Ansicht gezeigt ist. Jede Schicht in der vergrößerten Ansicht ist idealisiert und in flachem Zustand gezeichnet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform eine Glasröhre in linearer Form, welche ein Lampengehäuse bildet, und eine Elektrode 1, welche an jedem der beiden Enden der Glasröhre 2 angeordnet ist. Eine Mischschicht 3 mit einem Phosphormaterial ist auf der Innenoberfläche der Glasröhre 2 ausgebildet. Quecksilber ist zusammen mit einem Edelgas in der Glasröhre 2 gasdicht eingeschlossen.
Die Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform ist nicht für eine Hochlast- sondern für eine lineare oder kreisförmige Niederlast-Fluoreszenzlampe mit einem Lastäquivalent von 0,35 W/cm.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, welche vergrößert die Mischschicht 3 oder ähnliches mit einem Phosphormaterial in einer Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform wiedergibt. Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt die Mischschicht 3 darauf ausgebildete Kupplungsverbindungen 6, einschließlich eines chemisch stabilen glasigen Metalloxids, oder eines Yttriumoxids gemäß dieser Ausführungsform, auf solche Weise, dass die Räume zwischen den Phosphorkörnern 7 ausgefüllt sind. Ein erster dünner Film 4, welche ein Yttriumoxid einschließt und das gleiche Metalloxid als Kupplungsverbindungen 6 bereitstellt, ist zwischen der Glasröhre 2 und der Mischschicht 3 auf solche Weise ausgebildet, dass die Innenoberfläche der Glasröhre 2 bedeckt ist. Weiterhin ist die Innenoberfläche (obere Oberfläche) in Fig. 2 der Mischschicht 3 mit einem zweiten dünnen Film 5 aus Yttriumoxid bedeckt, welcher das gleiche Metalloxid als Kupplungsverbindungen bereitstellt. Das glasige Metalloxid ist aus Yttriumoxid gebildet und lässt daher Licht der Anregungswellenlänge von Quecksilber von 254 nm durch. Die Phosphorkörner 7 in der Mischschicht 3 werden daher mit Licht von 254 nm bei der Anregungswellenlänge von Quecksilber zum Leuchten gebracht.
Die Existenz der Kupplungsverbindungen 6 in der Mischschicht 3, des ersten dünnen Films 4 und des zweiten dünnen Films 5 der Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform wurde durch die Erfinder unter Verwendung einer Analyseausrüstung, wie SEM (Abtastelektronenmikroskop) und XMA (Röntgenstrahlmikroanalysiervorrichtung) bestätigt.
Abgesehen von dieser Ausführungsform, bei welcher Yttriumoxid als Metalloxid verwendet wird, wurde ein ähnlicher Effekt erhalten unter Verwendung von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Vanadinoxid und Nioboxid.
Der Lichtdurchlässigkeitsgrad eines Metalloxids, welches für den ersten dünnen Film 4, den zweiten dünnen Film 5 und die Kupplungen 6 verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf die entsprechende Ausführungsform erklärt. Die Fig. 3 bis 9 zeigen einen Graph, welcher den Durchlässigkeitsgrad von ultraviolettem Licht in einem Film (etwa 0,5 um Dicke) aus verschiedenen Metalloxiden repräsentiert.
Fig. 3 zeigt den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Siliciumdioxid (SiO&sub2;), Fig. 4 den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Fig. 5 den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Hafniumoxid (HfO&sub2;). Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, erlaubt der Film dieser Metalloxide eine weitgehende vollständige Durchlässigkeit für Licht von 254 nm im Anregungswellenbereich von Quecksilber. Aus diesem Grund besitzen der erste dünne Film 4, der zweite dünne Film 5 und die Kupplungsverbindungen 6, welche aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Hafniumoxid ausgebildet sind, keinen nachteiligen Effekt auf die Illuminierung der Phosphorkörner 7.
Fig. 6 zeigt den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Zirkonoxid (ZrO&sub2;), Fig. 7 den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Vanadinoxid (V&sub2;O&sub5;), Fig. 8 den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Nioboxid (Nb&sub2;O&sub5;) und Fig. 9 den Lichtdurchlässigkeitsgrad für Yttrium- OXld (Y2O3).
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass etwa 95% des Lichts mit der Anregungswellenlänge von Quecksilber von 254 nm durch Zirkonoxid durchgelassen wird. Der erste dünne Film 4, der zweite dünne Film 5 und die Kupplungsverbindungen 6, welche aus Zirkonoxid hergestellt sind, besitzen daher keinen nachteiligen Effekt auf die Illuminierung der Phosphorkörner 7. Der Zirkonoxidfilm besitzt einen niedrigen Lichtdurchlässigkeitsgrad für Licht einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger und schneidet wenigstens 80% von solchem Licht ab.
Wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt, erlauben Vanadinoxid, Nioboxid und Yttriumoxid den Durchlass von etwa 85% Licht mit einer Anregungswellenlänge von Quecksilber von 254 nm. Die Il- luminierung der Phosphorkörner 7 wird daher nicht durch den ersten dünnen Film 4, den zweiten dünnen Film 5 und die Kupplungsverbindungen, hergestellt aus Vanadinoxid, Nioboxid und Yttriumoxid, nachteilig beeinflusst. Der aus Yttriumoxid hergestellte Film besitzt einen niedrigen Lichtdurchlässigkeitsgrad für Licht mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger, und besitzt die Funktion zum Abschneiden von wenigstens 70% solchen Lichts.
Wie der Niederschlag von Quecksilber auf Phosphor in der Fluoreszenzlampe gemäß der entsprechenden Ausführungsform verhindert wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erklärt. Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm, welches einen Teilschnitt einer Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform wiedergibt.
Gemäß Fig. 10 regen Elektronen 21, welche aus der Elektrode 1 emittiert werden (die Bewegung der Elektroden 21 ist durch den Pfeil a angezeigt), Quecksilberatome 22 an. Das ultraviolette Licht c mit einer Anregungswellenlänge von 254 nm von so angeregten Quecksilberatomen (die Bewegung der Quecksilberatome 22 ist durch den Pfeil b angezeigt) wird durch den zweiten dünnen Film 5 und die Kupplungsverbindungen 6 durchgelassen und bombadiert die Phosphorkörner 7. Diese Phosphorkörner 7 strahlen sichtbares Licht mit langer Wellenlänge aufgrund der Lichtanregungswellenlänge für Quecksilberatome 22 von 254 nm gemäß dem Stoke'schen Gesetz aus, so dass die Fluoreszenzlampe eingeschaltet wird.
Bei dem Fall, bei welchem der erste dünne Film 4, der zweite dünne Film 5 und die Kupplungsverbindungen 6 gemäß dieser Ausführugnsform aus Yttriumoxid oder Zirkonoxid ausgebildet sind, wird Licht mit der Anregungswellenlänge von Quecksilber von etwa 185 nm weitgehend abgeschnitten. Bei der Fluoreszenzlampe mit dem ersten dünnen Film 4, dem zweiten dünnen Film 5 und den Kupplungsverbindungen 6 aus Zirkonoxid oder Yttriumoxid wird Licht mit der Wellenlänge von 185 nm, welches spezifisch die Phosphorkörner 7 zerstört, auf diese Weise durch ein Metalloxid abgeschnitten, und daher wird die Zerstörung der Phosphorkörner 7 in beträchtlichem Maße unterdrückt.
Die Innenoberfläche der Mischschicht 3 gemäß der Erfindung ist mit einem glasigen flachen zweiten dünnen Film 5 bedeckt, der so ausgebildet ist, dass er die Phosphorkörner 7 bedeckt.
Wenn daher selbst Quecksilberatome 22 der Brown'schen Bewegung unterzogen werden, werden die Phosphorkörner 7 in der Mischschicht nicht bombadiert. Daher werden die Quecksilberatome 22 davor geschützt, an die Phosphorkörner 7 adsorbiert zu werden und Quecksilber auszubilden.
Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform, bei welcher der erste dünne Film 4 zwischen der Mischschicht 3 und der Glasröhre 2 ausgebildet ist, es nicht wahrscheinlich, dass die Quecksilberatome 22 die Glasröhre 2 erreichen. Als Ergebnis können die in der Glasröhre 2 enthaltenen Natriumatome 23 nicht mit den Quecksilberatomen 22 reagieren, um Amalgam zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, werden bei einer Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform die Quecksilberatome nicht oxidiert durch Adsorption an die Phosphorkörner 7, noch reagieren sie mit den Natriumatomen 23 der Glasröhre 2. Aus diesem Grund kann der Quecksilberverbrauch im Lampengehäuse beträchtlich reduziert werden, und die Menge an in der Fluoreszenzlampe eingeschlossenem Quecksilber kann auf ein Minimum gesteuert werden, welches für die Illuminierung notwendig ist.
Im folgenden wird beschrieben, wie Quecksilber in das Metalloxidmaterial, welche für den ersten dünnen Film 4, den zweiten dünnen Film 5 und die Kupplungsverbindungen 6 verwendet wird, eindringt, unter Bezugnahme auf Fig. 11.
Fig. 11 zeigt einen Graph, welcher die Menge der Quecksilberdiffusion in verschiedenen Materialien längs deren Tiefe wiedergibt. In Fig. 11 werden Quecksilberionen unter Verwendung von SIMS (sekundäres Ionenmassenspektrometer) als Quecksilberdiffusionsmenge gezählt.
Die für diese Messung verwendeten Lampen schlossen ein (a) eine Lampe mit einer klaren Röhre aus Natriumglas, (b) eine Lampe, hergestellt durch Niederschlagen eines Aluminiumoxidfilms mit 0,5 um Dicke auf die Innenoberfläche der gleichen klaren Röhre, und (c) eine Lampe, hergestellt durch Niederschlagen eines Yttriumoxidfilms mit etwa 0,5 um Dicke auf die Innenoberfläche der gleichen klaren Röhre. Nach Halten dieser Lampen für 2000 Stunden wurde die Quecksilberdiffusionsmenge entlang der Tiefe für jede Lampe analysiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 gezeigt.
In Fig. 11 repräsentiert Kurve A die Quecksilberdiffusion für eine klare Röhre, welche nur aus Natriumglas besteht, und Kurve B die Quecksilberdiffusion in den Aluminiumoxidfilm auf der klaren Röhre. Kurve C gibt andererseits die Quecksilberdiffusion in den Yttriumoxidfilm auf der klaren Röhre an.
In Fig. 11 repräsentiert die Abszisse die Tiefe (um) auf normaler Dezimalskala und die Ordinate die sekundäre Ionenzahl der Quecksilberionen (Zahl der Ionen in logarithmischem Maßstab). Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, besitzt die mit dem Metalloxidfilm versehene Lampe eine sehr geringe Meine an eingedrungendem Quecksilber und besitzt den Effekt zur Verhinderung der Adsorption von Quecksilber auf den Quecksilberkörnern. Experimente haben daher bestätigt, dass eine Fluoreszenzlampe mit dem Metalloxidfilm gemäß dieser Ausführungsform den Quecksilberverbrauch reduziert.
Im folgenden wird die Quecksilbermenge, welche in der Fluoreszenzlampe gasdicht einzuschließen ist, gemäß dieser Ausführungsform erklärt.
Eine Fluoreszenzlampe (linearer Typ von 20 W; FL2OSS·EX- N/18) unter Verwendung von Yttriumoxid als Metalloxidfilm gemäß dieser Ausführungsform wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
Fig. 12 zeigt einen Graph, welcher die Beziehung zwischen dem gesamten Lichtstrom und der Einschaltzeit für eine Fluoreszenzlampe analysiert, welche nur eine Phosphorschicht aufweist, und für eine Fluoreszenzlampe, welche Yttriumoxid als Metalloxid verwendet.
Die Quecksilbermenge, welche für die herkömmliche 20 W- Fluoreszenzlampe vom linearen Röhren-Typ verwendet wird, beträgt etwa 10 mg. Mit einer 20 W-Fluoreszenzlampe vom linearen Röhren-Typ gemäß dieser Ausführungsform, welche für die Analyse verwendet wird, wurde jedoch das Quecksilber auf eine sehr geringe Menge von 0,5 mg limitiert.
In Fig. 12 bedeutet Kurve D eine Lichtstromänderung einer Referenzfluoreszenzlampe, welche nur mit einer Phosphorschicht ausgestattet ist, und Kurve E eine Lichtstromänderung einer Fluoreszenzlampe mit Yttriumoxid als Metalloxid gemäß dieser Ausführungsform.
Wie aus dem Graph gemäß Fig. 12 offensichtlich ist, verschwand bei der nur mit der Phosphorschicht ausgestatteten Fluoreszenzlampe (Kurve D) das Quecksilber bei Abschalten der Lampe nach etwa 2000 Stunden. Bei der Fluoreszenzlampe mit Yttriumoxid als Metalloxid (Kurve E) waren im Gegensatz hierzu etwa 90% des Lichtstroms nach Ablauf von 5000 Stunden erhalten geblieben.
Der Graph gemäß Fig. 12 zeigt, dass die Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform, umfassend die Mischschicht 3 mit einem Metalloxid, den ersten dünnen Film 4 und den zweiten dünnen Film 5, hergestellt aus dem Metalloxid, den Effekt erzeugt, dass die verwendete Quecksilbermenge beträchtlich reduziert wird.
Im folgenden wird die Verbrauchsmenge an in der Fluoreszenzlampe eingeschlossenem Quecksilber beschrieben. Um den Quecksilberverbrauch in der Fluoreszenzlampe zu messen, wurde die Kathagoresenanalyse (H. Tomioka, T. Higashi und K. Iwama, The 7th International Symposium an the Science & Technology of Light Sources (1995), S. 323) verwendet, welche eine nicht destruktive quantitative Analyse von Quecksilber in der Fluoreszenzlampe gestattet. Fig. 13 zeigt einen Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Quecksilberverbrauch und der Einschaltzeit der Fluoreszenzlampe wiedergibt.
Eine 20 W-Fluoreszenzlampe vom linearen Röhren-Typ (FL2OSS EX-N/18), in welche 3,0 mg Quecksilber gasdicht eingeschlossen waren, wurde für diese Analyse verwendet. In Fig. 13 repräsentiert Kurve F den Quecksilberverbrauch einer Fluoreszenzlampe, welche nur mit einer Phosphorschicht ausgestattet ist, und Kurve G den Quecksilberverbrauch einer Fluoreszenzlampe, welche Yttriumoxid als Metalloxid aufweist.
Wie aus dem Graph gemäß Fig. 13 ersichtlich ist, verbraucht die Fluoreszenzlampe mit einem Metalloxid weniger Quecksilber im Vergleich zu einer Fluoreszenzlampe, die nur mit einer Phosphorschicht ausgestattet ist. Es wird vom Graph gemäß Fig. 13 verstanden, dass eine Fluoreszenzlampe mit einem Metalloxid die Menge des Quecksilberverbrauchs um etwa 65% im Vergleich zu einer Fluoreszenzlampe, welche nur mit einer Phosphorschicht ausgestattet ist, bei einer Einschaltzeit von 5000 Stunden verringert werden kann.
Im folgenden wird daher die Herstellung einer Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf das Fließbild in Fig. 14 gezeigt.
In Schritt 1 wird Phosphor oder beispielsweise ein Dreiband- Phosphormaterial gemischt. Dieser Phosphor wird auf die Innenoberfläche der Glasröhre 2 angewandt und getrocknet, um eine Phosphorschicht (Schritt 2) auszubilden. Danach wird durch Schritt 3 ein gelöstes Metallalkoxid, wie Yttriumisopropoxid, angewandt, und dieses wird bei etwa 100ºC etwa 15 Minuten getrocknet, während das Metallalkoxid der Hydrolyse unterzogen wird. Der Alkohol, welcher mit Fortlauf der Polymerisationsreaktion des Metallalkoxids erzeugt wird, wird durch Verdampfen entfernt.
In Schritt 4 wird die Phosphorschicht in einem Sinterofen geeignet wärmebehandelt (etwa 500ºC, etwa 2 Minuten), wodurch die Mischschicht 3, der erste dünne Film 4 und der zweite dünne Film 5 ausgebildet werden.
Die Fluoreszenzlampe gemäß dieser Ausführungsform wird über einen normalen Herstellungsprozess für Fluoreszenzlampen hergestellt, umfassend folgende Schritte: Schritt 5 zum Entgasen der Glasröhre 2, Schritt 6 zum gasdichten Einschließen von Edelgas und Quecksilber in die Glasröhre 2, und Schritt 7 zum Abdichten der Glasröhre.
Bei dem oben erwähnten Herstellungsverfahren wird eine Metallverbindung aufgeschichtet, nachdem die Phosphorschicht mittels Phosphor ausgebildet ist. Das Verfahren zum Herstellen der Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung ist jedoch nicht auf das vorhergehende Verfahren beschränkt. Spezifischerweise kann die Mischschicht 3 auf der Innenoberfläche der Glasröhre 2 durch Mischen der Metallverbindung und des Phosphors im voraus ausgebildet werden. Der Fall, bei welchem die Metallverbindung und der Phosphor im voraus zur Ausbildung einer Mischschicht gemischt werden, richtet sich nach dem Bedürfnis, den Schritt 3 und 4 im vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren durchzuführen. In diesem Fall ist es jedoch notwendig, das Festsetzen der Trocknungszeit und der Temperatur in Schritt 1 zu modifizieren.
Die Metallverbindung aus Metallalkoxid gemäß dieser Ausführungsform bildet einen starken Film unter Verwendung eines Metallalkoxids, bei welchem die molekulare Struktur des Films, welcher aus einer Metallverbindung hergestellt ist, kein Oxid mit einer niedrigen Molekularstruktur (MOx) ist, sondern ein Oxid in einer hohen Molekularstruktur (M-O-M-O- ....).
Als nächstes wird ein Metalloxidfilm, welcher Yttriumisopropropoxid mit einem Metallelement aus Yttrium (Y) einschließt, als Beispiel für einen Metalloxidfilm erklärt. Das Verfahren, durch welches das zwischen den Phosphorkörnern ausgebildete Metalloxid erzeugt wird, wird unten basierend auf das chemische Reaktionsschema des Metallalkoxids beschrieben.
Die Isopropylgruppe (-OC&sub3;H&sub7;) von Yttriumisopropopoxid wird durch die Hydroxylgruppe (-OH) durch Hydrolyse ersetzt, wodurch Propanol erzeugt wird. Diese Reaktion wird wiederholt und Glühen bei etwa 500ºC erzeugt ein kontinuierliches Metalloxid in Form von Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;).
Beim Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung wird ein Film oder ähnliches aus einem kontinuierlichen Metalloxid in Form von Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;) auch ausgebildet, ausgehend von einer organischen Metallverbindung, repräsentiert durch die Alkylgruppe. Däs allgemeine chemische Reaktionsschema ist unten gezeigt.
Als nächstes wird Tetraethoxysilan (TEOS) mit einem Metallelement aus Silicium (Si) als weiteres Beispiel für ein Metalloxidfilm erklärt. Das Verfahren zum Erzeugen des Metalloxids zwischen den Phosphorkörnern wird unten gezeigt, basierend auf dem chemischen Reaktionsschema des Metallalkoxids.
Die Ethoxygruppe (-OC&sub2;H&sub5;) von Tetraethoxysilan wird mittels Hydrolyse durch die Hydroxylgruppe (-OH) ersetzt, so dass TEOS zu Silanol transformiert wird, wodurch Ethanol erzeugt wird. Silanol wird weiter dehydratisiert und polymerisiert. Dieser Prozess wird wiederholt und nachfolgendes Glühen bei etwa 500ºC bildet einen starken SiO&sub2;-Film oder ähnliches aus Metalloxid aus.
Weiterhin kann bei dem Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung eine anorganische Metallverbindung oder eine organische Metallverbindung verwendet werden, einschließlich Metallnitrat, Metallsulfat, Metallcarbonat oder Metall-β-diketonat-Komplex als Ausgangsmaterial zur Ausbildung einer Metallverbindung. Bei den Fällen, bei welchen solch eine Metallverbindung verwendet wird, wurde bestätigt, dass eine organische Metallverbindung durch thermische Zersetzungsreaktion oxidiert wird ohne Hydrolysereaktion, und ein Film oder ähnliches gleichartig zu dem oben erwähnten Metalloxid wird als Endprodukt erzeugt. Bei jeder der oben beschriebenen anorganischen oder organischen Verbindungen ist es bevorzugt, diese bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 800ºC auszuglühen, um einen Film oder ähnliches über thermische Zersetzungs- und Oxidationsprozesse zu erzeugen. Dieser Temperaturbereich wird positiv durch thermische Differenzialanalyse bestätigt.
Abgesehen von der obigen Ausführungsform, bei welcher die Fluoreszenzlampe wenigstens ein Elektrodenpaar im Lampengehäuse aufweist, kann eine modifizierte Ausführungsform derart sein, dass die Fluoreszenzlampe eine Elektrode im Lampengehäuse aufweist.
Für die erfindungsgemäße Fluoreszenzlampe können auch folgende von Yttriumoxid und Siliciumdioxid verschiedene Metalloxide verwendet werden: die einfache Substanz aus Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Vanadinoxid oder Nioboxid, oder eine Kombination aus zwei oder mehreren davon, ausgewählt aus den vorhergehenden Elementen. Bei diesem Fall kann die Erfindung auf ähnliche Weise, wie bei dem Fall, bei welchem Yttriumoxid oder Siliciumdioxid, wie im oben erwähnten Fall, verwendet wird, ausgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Fluoreszenzlampe kann die Mischschicht durch Zugeben eines Antioxidanz zu der Metallalkoxidlösung zugegeben werden. Auf diesem Weg kann die Oxidation von Quecksilber verhindert werden, wodurch die Erzeugung von Quecksilberoxid in der Fluoreszenzlampe unterdrückt wird.
Die erfindungsgemäße Fluoreszenzlampe ist derart ausgestaltet, dass die Mischschicht durch Zugeben von Phosphor oder Bor als Verunreinigungen zu der Metallalkoxidlösung ausgebildet werden kann. Die Bewegung von Natrium aus der Glasröhre kann so gehemmt werden, wodurch die Reaktion zwischen Natrium und Quecksilber positiv unterdrückt wird. Abgesehen von der obigen Ausführungsform, bei welcher die Metallalkoxidlösung beim Verfahren zur Herstellung der Fluoreszenzlampe verwendet wird, kann eine modifizierte Ausführungsform derart sein, bei welcher ein Mitglied, ausgewählt aus Metallnitrat, Metallsulfat, Metallcarbonat und Metall-β-diketonat-Komplex anstelle der Metallalkoxidlösung verwendet wird, und ein Antioxidanz und Verunreinigungen, wie Phosphor oder Bor, zu dem oben erwähnten ausgewählten Material zugegeben werden.
Die Erfindung kann nicht nur auf eine normale Statorfluoreszenzlampe angewendet werden, sondern auch auf eine starterlose Fluoreszenzlampe mit einem leitenden Film mit gleichwertigem Effekt.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird verstanden, dass solch eine Offenbarung nicht als beschränkend interpretiert werden kann. Verschiedene Änderungen und Modifikationen sind dem Fachmann, an welchen sich die Erfindung richtet und welcher die Offenbarung gelesen ist, zweifellos ersichtlich.

Claims

1. Fluoreszenzlampe, worin

eine Mischschicht (3) aus Phosphor und Metalloxid auf der Innenoberfläche eines Lampengehäuses (2), welches Quecksilber darin einschließt, ausgebildet ist,

die Mischschicht (3) Kupplungsverbindungen (6) aus einem Metalloxid aufweist, welche in den Räumen zwischen den Körnern (7) des Phosphors ausgebildet sind, und

die Körner (7) des Phosphors kontinuierlich mittels der Kupplungsverbindungen (6) vernetzt sind, und

worin ein erster dünner Film (4)aus einem kontinuierlichen Metalloxid zwischen der Innenoberfläche des Lampengehäuses (2) und der Mischschicht ausgebildet ist, und/oder

ein zweiter dünner Film (5) aus einem kontinuierlichen Metalloxid auf der Innenoberfläche der Mischschicht (3) näher zum Kolbenzentrum des Lampengehäuses (2) ausgebildet ist.

2. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1,

worin das Metalloxid ein Material zum Durchlassen von Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm einschließt.

3. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1,

worin das Metalloxid wenigstens eines einschließt, ausgewählt aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Vanadinoxid, Nioboxid und Yttriumoxid.

4. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1,

worin das Metalloxid ein Material zum Abtrennen von wenigstens 50% Licht der Wellenlänge von etwa 185 nm einschließt.

5. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1, worin die Mischschicht (3) ein Antioxidans enthält.

6. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1, worin die Mischschicht (3) wenigstens ein Element enthält, ausgewählt aus Phosphor und Bor, als Verunreinigungen.

7. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe, umfassend die Schritte:

Ausbilden einer Phosphorschicht durch Beschichten und Trocknen eines Phosphormaterials auf die Innenoberfläche eines Lampengehäuses (2);

Beschichten und Hydrolysieren einer Metallalkoxidlösung auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht oder Beschichten einer Lösung aus einem Metallnitrat, einem Metallsulfat, einem Metallcarbonat oder einem Metall-β-diketonat-Komplex auf die Innenoberfläche der Phosphorschicht; und

Erhitzen der Phosphorschicht unter Ausbildung eines zweiten dünnen Films (5) aus einem Metalloxid auf der Innenoberfläche der Phosphorschicht, Ausbilden einer Mischschicht (3) mit Kupplungsverbindungen (6) aus einem Metalloxid, das zwischen den Phosphorkörnern der Phosphorschicht vernetzt ist, und Ausbilden eines ersten dünnen Films (4) mit Kupplungsverbindungen (6) aus einem kontinuierlichen Metalloxid zwischen der Innenoberfläche des Lampengehäuses (2) und der Mischschicht (3).

8. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe nach Anspruch 7, worin das durch die Metallalkoxidlösung gebildete Metalloxid wenigstens ein Mitglied einschließt, ausgewählt aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Vanadinoxid, Nioboxid und Yttriumoxid.

9. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe nach Anspruch 7, worin die Kupplungsverbindungen (6) der erste dünne Film (4) und der zweite dünne Film (5) aus dem Metalloxid aus einer Metallverbindung bestehen, welche Licht der Wellenlänge 254 nm durchlässt.

10. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe nach Anspruch 7, worin ein Antioxidans zu der Metallalkoxidlösung zugegeben wird.

11. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe nach Anspruch 7, worin ein Mitglied, ausgewählt aus Phosphor und Bor, als Verunreinigungen der Metallalkoxidlösung zugegeben werden.

12. Verfahren zur Herstellung einer Fluoreszenzlampe nach Anspruch 7, worin eine Metallalkoxidlösung im voraus mit dem Phosphormaterial gemischt wird.