螢光燈的製作方法

2023-06-19 23:54:41

專利名稱：螢光燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一种放射紫外線區域的光的螢光燈，尤其涉及一種可獲得波長200 250nm左右的發光的螢光燈。
背景技術：
紫外線用於各種處理對象物的改性，或者在通過應用了光化學反應的處理來製造物質時使用。並且，例如在紫外線進行粘合劑等樹脂的硬化處理、印刷基板等的曝光處理中，使用波長200nm左右的紫外線。並且，近來在半導體的製造工藝中，在提高低介電常數膜(low-k膜)的機械強度的處理中，也使用同樣波長帶的紫外線。在上述半導體的低介電常數膜(low-k膜)的製造中，近年來，因設備的高集成化， 對細密布線及多層布線構造的要求越來越高，為了降低耗電的同時增加設備的處理速度， 而減少層間容量，因而開始使用low-k膜材料。因此，伴隨著材料的介電常數減少的材料機械強度(彈性模量或EM)的減少變得無法忽略，從現有的熱(退火)硬化處理，變為為了增大機械強度而採用照射紫外線並進行硬化處理、從而改善強度下降的方法。並且，作為該low-k膜的強度改善所使用的紫外線，如專利文獻1(特開 2009-289996號公報)所示，包括大約波長200nm 300nm的發光在內的紫外線較有效，尤其是200 ^Onm、優選波長220 250nm的光。專利文獻1 日本特開2009-289996號公報一直以來，作為放射大約200nm 300nm的波長區域的紫外線的燈，公知有在發光管內部封入有水銀的長弧型高壓水銀燈。但這種紫外線放射燈在發光管的內部封入有水銀，其特性當然取決於水銀的蒸發狀態，因此根據使用燈的周圍溫度條件的不同，出現上升遲緩、或發光特性不穩定的問題。並且，高壓水銀燈作為水銀的共振線，主要放射代表性的250 320nm範圍的光， 存在low-k膜的強度改善所需的200 ^OmiK優選220 250nm的光輸出不足的問題。進一步，高壓水銀燈是在發光管內部具有電極的構造，因此通過電極中含有的放射體的枯竭狀態來決定電極壽命，通常其壽命為1萬小時以內，存在壽命較短、運行成本較大的問題。因此，要求開發出波長200 ^Onm、優選220 250nm的光輸出較大、不使用水銀
的使用壽命較長的光源。

發明內容
本發明鑑於以上情況，提供一種作為放電氣體不使用水銀、波長200 ^Onm的紫外線發光強度較大、換言之變換效率高的螢光燈。為解決上述課題，本發明涉及的螢光燈中，在發光管的內表面形成有螢光體層，上述發光管的外部配置有一對電極，內部封入有包含氙氣的放電氣體，其特徵在於，上述螢光體層具有(La、Pr) PO螢光體，該螢光體的通式表示為(Ι^_χ，Prx) PO4,上述χ在0. 02 0. 04 的範圍。並且其特徵在於，在上述發光管和螢光體層之間，形成有由軟質玻璃或硬質玻璃構成的玻璃層。進一步，其特徵在於，上述發光管的內表面形成有包含焦磷酸鈣(Ca2P2O7)、磷酸鈣 (Ca3(PO4)2)、焦磷酸鎂(M^P2O7)、或Ba-Na-Si-O中的任意一種的紫外線反射膜。發明的效果根據本發明涉及的螢光燈，能夠獲得使大約200nm 300nm的發光光譜有效發光， 長時間開燈導致退化減少的效果。並且，通過在發光管和螢光體層之間形成玻璃層，螢光體層牢固地與發光管結合， 不會剝離、脫落。


圖1是本發明涉及的螢光燈的剖視圖。
圖2是圖1的P部的放大剖視圖。圖3是本發明的其他實施例的剖視圖。圖4是本發明的螢光燈的發光光譜圖表。圖5是本發明的螢光燈的累計光量圖表。
具體實施例方式圖1是本發明的一個實施方式涉及的螢光燈的剖視圖，㈧是橫向剖視圖，⑶是徑向剖視圖。並且，圖2是圖I(A)的放大剖視圖。如圖1所示，在由石英玻璃構成的發光管2的外周面上，一對外部電極3、4相對配置，該外部電極3、4具有向管軸方向延伸的大概帶狀的形狀，例如由混合了銀(Ag)和燒結玻璃的銀膏、混合了金(Au)和燒結玻璃的金膏等導電模形成。上述外部電極3、4分別連接到導線Wl、W2，它們連接到產生高頻電壓的電源8。發光管2由相對于波長200nm區域的紫外線透過性強的石英玻璃構成，可使用熔融石英玻璃、合成石英玻璃的任意一種。但這種情況下，為了降低紫外線造成的退化，優選使用OH基濃度為IOOppm以上的石英玻璃。並且，發光管2內，作為放電氣體封入有稀有氣體，作為稀有氣體，可以僅是氙氣， 或者也可以是氙氣和其他稀有氣體的混合氣體。如圖2所示，上述發光管2的內表面上，玻璃層5基本在整個區域內擴散形成。並且，層積在該玻璃層5的內表面上地形成螢光體層6。玻璃層5用於使螢光體層6附著到構成發光管2的石英玻璃上，該玻璃的特性優選軟化點在螢光體的燒制溫度GOO 900°C)範圍，具體而言，其材質是軟質玻璃或硬質玻璃。特別優選耐熱衝擊性良好的硬質玻璃。通過將這種玻璃層5加入到螢光體層6和發光管2之間，可起到以下效果。將螢光體層6直接附著到發光管2的情況下，在將螢光體塗布到發光管2的內表面後，經歷使燒制溫度升溫到構成發光管2的玻璃的溫度附近為止並進行燒制的工序。但當發光管材料使用石英玻璃時，其軟化點約是1600°C，將螢光體加熱到這種高溫區域時，產生螢光體退化，無法獲得預定的光。另一方面，將螢光體的燒制溫度降低到其發光特性不會產生問題的溫度區域、例如900°C以下來燒制時，無法獲得石英玻璃的軟化，產生螢光體層 6從管壁剝落的問題。結果產生無法獲得預定的配光分布的問題。根據本實施方式涉及的螢光燈，將軟化點低於石英玻璃的軟質玻璃或硬質玻璃構成的玻璃層5形成在發光管2內表面上，因此可使螢光體的燒制溫度設定得較低，可穩定保持螢光體層6。進一步，如果將玻璃層5自身的厚度設定為3 30μπι左右，則可保持螢光體層6，因此通過玻璃層5不會明顯降低透過率。作為上述玻璃層5的具體材質，當是硬質玻璃時，優選硼矽酸玻璃(Si-B-O類玻璃，軟化點約800°C )、鋁矽酸玻璃(Si-Al-O類玻璃，軟化點約900°C )、或以該任意一種組成為基礎添加了鹼土類氧化物或鹼氧化物、金屬氧化物的玻璃，這些硬質玻璃可單獨使用，也可以適當比例混合使用。此外，玻璃形態優選粉末狀。玻璃層5形成在發光管2的內表面上，從而如上所述，玻璃層5上層積形成的螢光體層6牢固在保持在發光管2上，可提供一種螢光體6不會剝離、脫落的可靠性強的螢光燈。並且，作為發光管2的材質，使用紫外線透過率高的石英玻璃，所以可形成波長大約200nm 300ηπΚ200 ^Onm,優選220 250nm)的紫外線的透過率良好、紫外線的放射效率高的螢光燈。構成螢光體層13的螢光體被照射由氙氣的準分子發光所放射的146nm或172nm 等真空紫外線，從而被激勵，是波長大約200nm 300nu、具體而言是波長200 260nm、優選220 250nm的發光特性良好的螢光體，以下述通式表示。(La1^x, Prx) PO4其中，χ = 0. 02 0. 04。通過使用上述螢光體，可使波長200 ^Onm、優選220 250nm的發光特性最大化，提供一種效率極高的螢光燈。在本發明中，燈的構造可進行各種變形，圖3示例了幾種例子。在圖3(A)中，螢光體層6的圓周狀的一部分被去除，該部分變為用於取出光的光圈10。通過這一構成，在發光管2的內部產生的200 ^Onm的紫外線通過螢光體層6表面的反射被引導到光圈部分，紫外線從該光圈10高效地放射。並且，在圖3(B)中，在發光管2的內表面形成有紫外線反射膜7，切開其圓周狀的一部分形成光圈10，在該紫外線反射膜7上層積形成有玻璃層5和螢光體層6。上述紫外線反射膜7含有焦磷酸鈣(Ca2P207)、磷酸鈣(Qi3(PO4)2)、焦磷酸鎂 (Mg2P2O7)、及Ba-Na-Si-O中的任意一種，它們的總量優選在膜中含量超過50%。這樣一來，在發光管2內生成的紫外線在該發光管內被紫外線反射膜7反射的同時，按照光圈10部分的螢光體層6、玻璃層5的順序依次透過，向發光管3的外部有指向性地放射。圖3(C)表示在圖(B)的裝置中，進一步在螢光體層6上也形成光圈10的例子，紫外線在該光圈10部分僅透過玻璃層5，高效地放射到發光管2的外部。
以下表示本發明的製作步驟的一例。1，作為發光管材料，使用由熔融石英玻璃構成的圓筒狀石英管。2，向發光管的內表面塗布玻璃粉末漿。首先，以預定比例混合軟化點和石英玻璃相比處於低溫區域的玻璃粉末、及硝化纖維素、醋酸丁酯液，製作懸濁液，製成分散了玻璃粉末的玻璃粉末漿。玻璃層中使用的玻璃可從以下選擇硼矽酸玻璃(Si-B-O類玻璃)、及鋁矽酸玻璃 (Si-Al-O類玻璃)、或以該任意一種組成為基礎添加了鹼土類氧化物或鹼氧化物、金屬氧化物的玻璃，例如是日本電氣硝子株式會社製造的玻璃、型號ΒΠ(或BS、PS-94。將上述玻璃粉末的漿液用流入法或吸引法等塗布到石英玻璃制的發光管的內表3，乾燥玻璃粉末的層。漿液定著後，從發光管的一個開口流過乾燥氮氣(也可以是乾燥空氣)，蒸發玻璃漿中含有的醋酸丁酯。結果獲得玻璃管內表面上厚3 10 μ m、由玻璃粉末構成的層。此外，作為乾燥後的玻璃層的分布狀態，優選以30 90%的面積比平均分散。並且，玻璃層的厚度優選是3 ΙΟμπι，尤其優選3 6μπι。作為玻璃層的形成比例，在濃度較低的情況下，當最終構成螢光燈時，石英玻璃的暴露面過寬，難於保持螢光體。而當其大於90 %時，變為構成玻璃層的玻璃粉末之間無裂縫形成的狀態，因製造燈時的溫度變化、重複開燈/關燈而產生的熱膨脹，在發光管和玻璃層的界面上形成空隙，出現玻璃層剝離的情況。4，燒制玻璃粉末的層將乾燥後的玻璃粉末構成的層在大氣中以800°C燒制1小時。並且，作為最佳的燒制溫度，在使用上述硼矽酸玻璃、鋁矽酸玻璃時，優選以600 900°C進行。並且，使用例如對這些玻璃添加鹼土類氧化物、鹼氧化物、金屬氧化物的任意一種的玻璃時，優選在500 800°C下進行。玻璃粉末通過該燒制工序使粒子之間部分結合，並且與石英玻璃構成的玻璃管熔融，玻璃層強力地粘合到基材上。5，調製螢光體漿螢光體是鐠活化的磷酸鑭類螢光體，通式如下(La1^x, Prx) PO4(其中，χ = 0. 02 0. 04)6，向發光管內表面塗布螢光體漿。將螢光體漿塗布到發光管2內。塗布方法是吸上法、流入法等，可適當選擇。7，乾燥螢光體。向玻璃管內部流過乾燥氮氣(也可是乾燥空氣)，使螢光體漿中含有的乙酸丁酯蒸發。8，燒制螢光體。將發光管用的玻璃管放到爐中燒制。燒制條件是在大氣氣氛中，約500 800°C， 最高溫度下的保持時間是加熱0. 2 1小時。在該燒制工序中，在螢光體層6和玻璃粉末層5的邊界面上產生玻璃的軟化，螢光體粘合到玻璃粉末層5，結果獲得牢固的結合狀態。
最後，在燒制完並冷卻發光管後，使該發光管內部排氣，封入放電用氣體，進行氣體密封(切掉，chip-off)，形成外部電極。這樣構成的螢光燈在圖1中，從電源8向一對外側電極3、4施加高頻電壓時，形成在電極3、4之間介有電介質(發光管2的上下壁)的放電，通過作為放電氣體的例如氙氣 (Xe)的發光，產生波長172nm的紫外線。在此獲得的紫外線是用於螢光體激勵的發光，該波長172nm的紫外線照射螢光體層6，使螢光體被激勵，獲得在波長200 ^Onm、優選在220 250nm中發光特性良好的螢光燈。進一步，作為發光管的材質使用石英玻璃，從而可形成大約200nm 300nm的紫外線的透過性良好的螢光燈。(實驗例)接著以上述實施例的要點來改變螢光體的組成，構成螢光燈，用分光分布計(, *才電機製造USR40)測定發光光譜。螢光體是鐠活化的磷酸鑭類螢光體((Lai_x，ft~x)P04)，x的值分別變為0. 01,0. 02、 0. 03,0. 04,0. 05,0. 08,0. 11 來製造。此外，所有螢光燈的封入氣體均為氙氣，封入壓力為21kPa(160Torr)。向該燈施加 V。_p = 1700V的矩形波電壓並點燈，進行測定。首先，圖4表示上述燈中，螢光體的χ值為0.01、0.03、0.08、0. 11的各螢光燈的、 波長(λ ) 200 350nm區域的發光光譜的例子。從該圖可知，所有螢光燈在波長200 300nm之間可獲得良好的發光狀態，但因螢光體的組成(La和ft·的比)不同，發光強度大為不同。進一步，測定上述所有燈的波長200 250nm區域的累計光量，研究對χ的比例的依賴性。其結果如圖5所示。分光器使用,*才電機製造的USR-40D，進行距發光管中央的距離為25mm時的分光測定。此時，對燈點燈電源8的輸入是，燈的長度每Im為10W/m。將在此獲得的每Inm的光強度數據與在200 250nm範圍下累計的光量進行比較。根據該圖可知，χ為0. 03時，獲得最高的光量，設其累計光量為100%，以相對值表示各濃度下的累計光量。並且可知，當χ為0. 02 0. 04時，可獲得效率良好的螢光燈。如上所述，在本發明的螢光燈中，在由石英玻璃構成的發光管的內表面上，形成具有(La、Pr) PO螢光體的螢光體層，上述螢光體以通式(Ι^_χ，PO4表示，上述χ在0. 02 0. 04的範圍，因此可高效地放射出波長200 ^Onm、優選220 250nm的紫外線，並且在上述發光管和該螢光體層之間，形成並介入有由軟體玻璃或硬質玻璃構成的玻璃層，從而能夠獲得使發光體層強固地保持於發光管，該螢光體層不會剝離、脫落，可提供一種可靠性強的螢光燈的優異效果。
權利要求
1.一種螢光燈，具有發光管，其由石英玻璃構成，內部封入有包含氙氣的放電氣體； 一對電極，配置在該發光管的外部；以及螢光體層，形成於上述發光管的內表面， 該螢光燈的特徵在於，上述螢光體層具有(La、Pr) PO螢光體，該螢光體通式表示為(Lai_x，ft~x)P04，上述χ在 0. 02 0. 04的範圍。
2.根據權利要求1所述的螢光燈，其特徵在於，在上述發光管和螢光體層之間，形成有由軟質玻璃或硬質玻璃構成的玻璃層。
3.根據權利要求1或2所述的螢光燈，其特徵在於， 上述發光管的內表面形成有紫外線反射膜。
4.根據權利要求3所述的螢光燈，其特徵在於，上述紫外線反射膜包含焦磷酸鈣(Cii2P2O7)、磷酸I丐(Qi3(PO4)2)、焦磷酸鎂(Ife2P2O7)、或 Ba-Na-Si-O中的任意一種。
全文摘要
本發明提供一種螢光燈，該螢光燈具有由石英玻璃構成的發光管、及塗布在該發光管的內表面上的放射紫外線的螢光體層，可高效放射波長200～260nm的紫外線，且上述發光管的內表面上的螢光體層不會輕易剝落，其特徵在於，上述螢光體層具有(La、Pr)PO螢光體，其通式表示為(La1-x，Prx)PO4，上述x在0.02～0.04的範圍，並且在上述發光管和螢光體層之間形成有由軟質玻璃或硬質玻璃構成的玻璃層。
文檔編號H01J61/30GK102169801SQ201110025168
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月20日 優先權日2010年2月24日
發明者田川幸治 申請人:優志旺電機株式會社