CN101271823A - 荧光灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种荧光灯及以低成本制造该荧光灯的方法，该荧光灯能够对发自荧光物质的荧光展现出显著增强的透光度以获得较高亮度，同时实现电力节约，而无需增加所使用材料的种类数和处理步骤数。这种荧光灯包括将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管，形成于所述透明管内表面的荧光物质层，以及在所述透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、所述透明管外表面的至少一者上配备的折射率调节层，该折射率调节层包含平均颗粒直径不超过300nm的氧化钇。

Description

荧光灯及其制造方法

相关申请的交叉引用

本发明基于并要求了2007年3月23日提交的第2007-77560号日本专利申请的优先权，其公开内容以引用的方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及荧光灯及其制造方法。更具体地，本发明涉及亮度增强的荧光灯及其制造方法。

背景技术

在荧光灯内，跨过电极施加的电压引起封存在诸如玻璃管的透明管之内的稀有气体被电离，并允许被电离的稀有气体与所述电极发生碰撞，引起该电极发出二次电子。这样就出现了辉光放电。被辉光放电所激发的汞发出253.7nm的紫外线。在被所述紫外线照射时，配备在所述透明管的内壁表面上的荧光物质层内所包含的荧光物质发出荧光。为了通过减少所使用灯管的数量或者降低电能消耗实现电能节约，要求这种类型的荧光灯提高来自照明物质的荧光的发光效率，从而提高亮度。

如图5所示，发自荧光物质的荧光在通过诸如玻璃的透明管12时，通过两个界面，即，内部界面12a和外部界面12b。在光通过每个界面的时候，总光量的约4％被反射。从而，透射光Lt的光量被降低到通过透明管之前的荧光量的约92％。有一种通过提高所加载的功率来增强紫外线强度，以提高荧光灯的亮度的方法。然而，这种方法并不可取，因为它导致电极的损蚀和降低的发光效率。更优选的是，提高对发自所述荧光物质的荧光的透光度，以获得具有低功耗和高亮度的灯。在灯配备了在透明管的荧光物质层和内表面之间形成的氧化钇保护层、以用于抑制由于发自汞的紫外线引起的诸如玻璃的透明管的损蚀的情况下，将导致对荧光更低的透光度。由于这种不便，通过用包含细硅颗粒等的低折射介质涂渍所述透明管的内表面，抑制该透明管内表面处的光反射(专利文献1-3)。然而，很难将低折射介质均匀地施加至最佳厚度，特别是对透明管的内表面。如果只有透明管的外表面涂渍所述低折射介质，并不会导致对透明度降低的显著抑制效果，所以，尽管由于使用昂贵的低折射介质导致成本增加和处理步骤的数量增加，但并没有获得十分有优势的效果。

另一方面，已有报道具有发光增强特性且免受层破裂等的荧光灯，其配备有作为主要成分的氧化钇、及氧化铝所组成的金属氧化物层，以及叠加在该金属氧化层上的荧光物质层，其中的氧化钇的原始颗粒为球形或基本球形，且颗粒直径在40nm到75nm之间(专利文献4)。

[专利文献1]日本早期公开专利第2006-342023号

[专利文献2]日本早期公开专利第2006-335881号

[专利文献3]日本早期公开专利第2004-83307号

[专利文献4]日本早期公开专利第2003-51284号

发明内容

本发明的目的在于提供荧光灯，所述荧光灯能够对发自荧光物质的荧光展现出显著增强的透光度以获得较高的亮度，同时实现电力节约，而无需增加所使用材料的种类数和处理步骤数。另一个目的是以低成本制造上述荧光灯的方法。

本发明的发明者对在保护层中使用的氧化钇做了深入研究，该保护层用于保护诸如玻璃的荧光灯透明管免遭发自汞的紫外线伤害。如图6所示，传统的荧光灯11配备了形成于透明管12与荧光物质层13之间的、用于保护所述透明管免遭紫外线伤害的保护层14，使用氧化钇14a等形成该保护层14。因为氧化钇的颗粒是球形或基本球形的，因此自荧光物质发出的荧光被氧化钇颗粒的表面散射。为此，灯对荧光的透射率将变低。为了抑制保护层处的反射，使用如图1所示的薄片状的氧化钇颗粒形成保护层4，在图1示出了电子显微镜的输出图像。已发现配备这种保护层使得有可能将荧光损耗降低到荧光总量的约1％，而与之形成对比的是：配备使用球形或者基本球形氧化钇颗粒形成的传统保护层而导致的荧光总量约10％的损耗。本发明是基于这些发现和知识完成的。

即，本发明涉及荧光灯，其包括将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管、配备在所述透明管的两端部附近的电极、以及在该透明管内表面上形成的荧光物质层，其中，在透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、透明管的外表面至少一者上配备折射率调节层，且该折射率调节层包含平均颗粒直径不高于300nm的氧化钇。

本发明还涉及一种制造荧光灯的方法，该荧光灯包括将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管、配备在所述透明管两端部附近的电极、及在该透明管内表面上形成的荧光物质层。该方法包括：将包含平均直径不超过300nm的薄片状氧化钇的分散剂施加到在透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、透明管的外表面至少一者上，以形成折射率调节层。

根据本发明的荧光灯能够在对发自荧光物质的荧光展现出显著增强透光度以获得较高亮度的同时，实现电力节约，而无需增加所使用材料的种类数和处理步骤数。

根据本发明的荧光灯制造方法能够以低成本制造这种荧光灯。

附图说明

图1是示出了用于根据本发明的荧光灯中的氧化钇的电子显微镜照片的图形化表示；

图2是标示了根据本发明的荧光灯中的折射率调节层和反射抑制层透光度的图表；

图3是示意性说明直管荧光灯结构的视图，其中直管荧光灯作为根据本发明的荧光灯的一个例子；

图4是说明根据本发明荧光灯的一个例子的透射荧光的局部视图；

图5是示出传统荧光灯对荧光透射度的局部视图；以及

图6是示意性说明传统荧光灯结构的视图。

具体实施方式

根据本发明的荧光灯的特征在于其包括：由将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管、配备在所述透明管的两个端部附近的电极、以及在该透明管的内表面上形成的荧光物质层，其中在透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、透明管的外表面至少一者上配备了折射率调节层，且该折射率调节层包含平均颗粒直径不高于300nm的氧化钇。

在本发明的荧光灯中所使用的透明管可以由能透过可见光的任何物质所形成，例如玻璃。所述透明管可具有下列之一的形状：直线形、曲线形、环形、球形等。

透明管将用于产生紫外线的汞以及诸如氩或氖的稀有气体一起封装在其内。所述透明管内放电生成的电子与汞原子碰撞，以激发该汞原子。被这样激发的汞原子产生包括波长为253.7nm的紫外线在内的紫外线。荧光灯发光期间，封装在所述透明管内汞的蒸气压在例如1到10Pa的范围内。

在透明管的两个端部附近配备了一对电极，所述电极造成引发上述汞原子发出紫外线的放电。这样的电极可以是热电极或冷阴极型电极。这种热电极的实例包括由被诸如钡、钙、钇等的氧化物的发射极物质所覆盖的、每个都包含钨丝等的热电极。当电压跨过所述热电极施加时，发射极发射电子，然后所述电子电离稀有气体。被这样电离的稀有气体离子与该电极碰撞以造成辉光放电。如上所述，放电生成的电子激发汞，以引起汞发出紫外线。这种冷阴极型电极的实例包括一对杯状电极，其以这种方式设置，以使得它们各自的开口彼此相对，每个电极由镍、钼等模塑成型。当电压跨过所述冷阴极型电极施加时，存在于所述透明管内的少量电子与稀有气体碰撞以电离该稀有气体。被这样电离的稀有气体离子与该电极碰撞以造成放电。放电生成的电子与汞碰撞以激发汞原子，从而引起汞原子发出紫外线。

这种透明管的内壁上所形成的荧光物质层包含荧光物质，所述荧光物质在被由汞原子发出的253.7nm的紫外线照射时将发出可见光。优选地，所述荧光物质难以被热损蚀，且具有较差的汞吸收性。某些情况下，在荧光灯发光期间，高汞蒸气压的情况会持续一段时间。即使在这种情况下，优选的荧光物质也能够抑制由于所述荧光物质中吸收的汞所造成的透明管的损蚀。这种荧光物质的实例包括：Y₂O₃:Eu；YVO₄:Eu；LaPO₄:Ce，Tb；(Ba，Eu)MgAl₁₀O₁₇；(Ba，Sr，Eu)(Mg，Mn)Al₁₀O₁₇；Sr₁₀(PO₄)₆C₁₂:Eu；和(Sr，Ca，Ba，Mg)₁₀(PO₄)₆C₁₂:Eu。有可能荧光物质层包含这些荧光物质：其在被发自汞的253.7nm紫外线激发时发出绿，红和蓝范围内的各自可见光，从而发出具有卓越色彩再现性能的白光。

根据本发明的荧光灯包含被配备在透明管的内表面与荧光物质层之间延展的表面、透明管的外表面至少一者上的折射率调节层。对于从所述荧光物质发出的可见光，配备在透明管内表面的折射率调节层具有高于透明管内表面折射率、且低于透明管折射率的折射率，从而起到抑制由于在所述透明管界面上发生反射而造成的荧光量减少的作用。对于从所述荧光物质发出的可见光，配备在透明管外表面的折射率调节层具有低于透明管折射率、且高于空气折射率的折射率，从而起到抑制由于在所述透明管界面上发生反射而造成的荧光量减少的作用。这样的折射率调节层包含平均颗粒直径不超过300nm的氧化钇。氧化钇的平均颗粒直径优选地在20到150nm之间，更优选地在50到100nm之间。提供由平均颗粒直径不超过300nm的氧化钇所形成的折射率调节层使得可能：降低被所述透明管界面反射的荧光量。氧化钇的颗粒优选是类似薄片状的。该薄片状的氧化钇的颗粒直径可以定义为：对应于具有与薄片在平面上投影面积相等的圆的直径。

此处，由激光衍射颗粒尺寸分布分析仪所测定的氧化钇平均颗粒直径可以被用作氧化钇的颗粒直径。

在形成这样的折射率调节层时，氧化钇被研磨以具有上述的颗粒直径。氧化钇可依靠诸如喷射研磨机、球磨机、砂磨机等研磨。有可能使用这样的方法，其包括：制备包含被这样研磨的氧化钇的分散剂，将该分散剂施加到透明管的内或外表面，并烘干被这样施加的分散剂。用于氧化钇分散剂的特定分散剂介质的实例包括：水，诸如酒精、乙酸丁酯和二甲苯的有机溶剂及其混合物。施加分散剂的方法可以是涂渍、浸渍、喷涂等任意其中之一。烘干被如此施加以具有预定厚度的分散剂涂层的方法的实例包括自然烘干、强制烘干等。在强制烘干的情况下，当吹气的速度或温度等过高时，涂层表面烘干得较快，而涂层内的烘干速率则较低。这导致作用在涂层的表面和内部的应力，其形成可能破裂的因素。由此，烘干优选受控于吹气的温度和速度。

优选地，根据本发明的荧光灯包含：在透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、透明管的外表面其中之一上形成的折射率调节层，以及在另一表面上形成的反射抑制层。该反射抑制层优选具有低于所述透明管的折射率。用于形成这种反射抑制层的材料的实例包括：一种、两种或更多种选择自硅、铝、钇氧化物，锆、镁氧化物，钛氧化物，铈氧化物的金属氧化物或氟化镁。所述反射抑制层可包含具有低折射率的硅等的中空微细颗粒。这样的中空微细颗粒的实例包括那些原始颗粒的直径约在5到100nm之间，且空隙比约在30到90％之间的中空微细颗粒。反射抑制层的厚度在例如300到800nm范围之内。

形成反射抑制层可以适当地结合上述材料。类似折射率调节层，所述反射抑制层可以通过下述方法形成：使用选定的粉末形式的混合物来制备的分散剂，将该分散剂施加到没有配备折射率调节层的透明管的内或外表面，并烘干被这样施加的分散剂。

可使用独立于所述荧光灯配备的启动器类型照明电路作为驱动本发明荧光灯的照明电路，该照明电路预热电极并产生高压脉冲。与荧光灯整体成型、并含有包括电极预热电路和升压电路的稳压器的快速启动类型照明电路可被用作照明电路。含有高频逆变电路的逆变型照明电路也可被用作照明电路。集成有此种照明电路的荧光灯可以是球型的荧光灯，或者是具有能够将透明管暴露在外的结构类型的荧光灯，所述球型的荧光灯包括被球形器皿沿圆周覆盖的曲型的或弯曲的透明管，以及连接到所述照明电路的基座。

根据本发明的荧光灯被配置成：配备有荧光物质，以通过发自汞原子的253.7nm紫外线所激发而发出可见光，以及配备有折射率调节层，以允许所述可见光通过透明管的同时抑制在该透明管的界面上的荧光反射，从而显著地增强灯亮度。

根据制造这样荧光灯的方法，在所述透明管上形成上述折射率调节层和反射抑制层。优选地，其后制备在溶剂中的、荧光物质被分散其中的分散剂，然后通过浸渍、喷涂等过程将所述分散剂施加到折射率调节层或反射抑制层，以形成具有预定厚度的涂层。然后，将电极布置在透明管的端部，接着用基座等来密封所述透明管，其中所述基座的每一个都具有与相关电极相连的外部导线。这样就能够制造荧光灯。

在下文中，将通过示例性实施例更详细地描述本发明，这些实施例无意限定本发明的技术范围。

[示例性实施例1]

将颗粒直径为800nm的薄片状氧化钇加入异丙醇以制备5％质量百分比的分散剂。以这样制备的分散剂，对钠玻璃以150rpm(转数/分)进行旋转式涂渍30秒，然后烘干，以形成厚度为400nm的折射率调节层，以给出样本2。

将颗粒直径为10到20nm的低折射硅颗粒加入乙醇以制备分散剂。以这样制备的分散剂，对纳玻璃进行旋转式涂渍，然后烘干，以形成具有100nm厚度的反射抑制层，以给出样本1。

进一步地，在钠玻璃的相对面上形成与样本1相同的折射率调节层和与样本2相同的反射抑制层，以给出样本3。

使用分光光度计UV-2300PC(由Shimadzu公司制造)来测量由此获得的样本1-3以及作为对比例的钠玻璃G的各自透光性。结果如图2所示。

[示例性实施例2]

图3示出了使用本发明荧光灯的冷阴极荧光灯的一个实例。上文描述的折射率调节层4和荧光物质层3在厚度为0.5mm的硼硅玻璃透明管2的内表面上顺序形成，同时反射抑制层6在所述透明管的外表面上形成。荧光物质层3的厚度是20μm。每个镍电极5被布置在所述透明管的相对端的各一端，然后通过未示出的密封件来密封该透明管的相对端。汞被封装在透明管内，从而在灯发光时具有1-10Pa的蒸气压，同时诸如氩的稀有气体被封装其中，以具有约50托的压力。

通过以下方法形成折射率调节层4。将颗粒直径为800nm的薄片状氧化钇加入异丙醇，以制备3％质量百分比的分散剂。通过将玻璃管的内表面浸入这样制备的分散剂，然后吹干，可以形成厚度为400nm的折射率调节层。

通过以下方法形成反射抑制层6。将具有10到20nm的平均颗粒直径的中空硅颗粒加入乙醇以制备分散剂。通过浸渍可以在透明管的外表面上形成厚度为100nm的反射抑制层。

作为对比例，除了既不配备折射率调节层4，也不配备反射抑制层6外，用与上述相同的方式制造荧光灯折射率。

利用亮度计(SR-3：TOPCON公司的产品)，分别测量这样获得的荧光灯的从透明管透出的透射光亮度。示例性实施例的荧光灯亮度比对比例的荧光灯亮度高约6％。图4示出了通过所述示例性实施例的荧光灯的荧光。

根据本发明的荧光灯可被有效地应用到带有热电极或冷阴极型电极的荧光灯上。此外，所述荧光灯能够展现增强的亮度而没有增加功耗，且能以低成本制造。

Claims (7)

1.一种荧光灯，其包括：将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管、配备在所述透明管两端部附近的电极、以及在所述透明管内表面上形成的荧光物质层，其中，在所述透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、所述透明管的外表面的至少一者上配备折射率调节层，且所述折射率调节层包含平均颗粒直径不高于300nm的氧化钇。

2.如权利要求1所述的荧光灯，其中所述折射率调节层包含平均直径不高于300nm的薄片形的氧化钇。

3.如权利要求1所述的荧光灯，其中在所述透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、所述透明管的所述外表面其中之一上配备所述折射率调节层，同时在另一表面上配备反射抑制层。

4.如权利要求2所述的荧光灯，其中在所述透明管内表面与荧光物质层之间延展的表面、所述透明管的所述外表面其中之一上配备所述折射率调节层，同时在另一表面上配备反射抑制层。

5.如权利要求4所述的荧光灯，其中所述反射抑制层包括中空微细颗粒。

6.如权利要求4所述的荧光灯，其中所述反射抑制层包括金属氧化物。

7.一种制造荧光灯的方法，所述荧光灯包括将稀有气体和用于通过放电而产生紫外线的汞封装在内的透明管、配备在所述透明管两端部附近的电极、以及在所述透明管内表面上形成的荧光物质层，所述方法包括：将包含平均直径不超过300nm的薄片状氧化钇的分散剂施加到在所述透明管内表面与所述荧光物质层之间延展的表面、所述透明管的外表面至少一者上，以形成折射率调节层。

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