JP2004342530A

JP2004342530A - Ultraviolet ray emission panel

Info

Publication number: JP2004342530A
Application number: JP2003139788A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Aoki; 正光青木; Katsunori Taguchi; 勝則田口
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultraviolet ray emission panel which can be used stably with a long life without sputtering a discharge electrode and can emit ultraviolet rays with high efficiency. <P>SOLUTION: Front substrates 3 made of an ultraviolet ray transmitting glass such as quartz glass or the like are arranged opposed to each other on a rear substrate 2 made of sheet glass, and its surroundings are sealed and made as an airtight container 4. Discharge electrodes 7 covered with dielectrics 6 are arranged opposed to each other in a discharge space 5 which is made by filling discharge gas containing ultraviolet ray radiation gas in the airtight container. A space between the discharge electrodes is created so that positive column plasma is generated by discharge which is generated by applying an AC voltage between the discharge electrodes, and mercury is mixed with the discharge gas. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を発生する紫外線発光パネルに関し、特に紫外線を高効率で発生させることができるとともに長寿命で安定して使用することのできる紫外線発光パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蛍光体を励起して可視光を発光させる目的や、殺菌効果等を目的とする紫外線発光パネル１１としては、図３及び図４に示すごとく、板ガラスからなる背面基板１２の上に石英ガラス等の紫外線透過ガラスからなる前面基板１３を対向配置し、その周縁部をフリットガラス等の気密封止材で封止して気密容器１４を形成するとともに、背面基板１２の長手方向に沿って陰極１５と陽極１６を対向させて配置し、その気密容器１４内に希ガスを主成分とする紫外線放射ガス封入して放電空間１７を形成したものが存在している。１８は、気密容器１４外に延出した陰極１５と陽極１６に接続するリード端子である。そして、リード端子１８を介して電極間にＤＣパルス電源で直流のパルスを印加し放電させることにより、紫外線放射ガスを励起して紫外線を発生させている。駆動電源としてＤＣパルス電源を用いるのは、直流を連続して印加すると集中放電により電極がすぐに劣化してしまうことから、十数ｋＨｚ程度のＤＣパルス電圧を印加することで間欠的に放電し、発光させているものである。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−３５３５１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の紫外線発光パネルにあっては、いくらＤＣパルス電源を用いて間欠的に放電させるとはいえ、放電空間内に放電電極が露出していることから放電電極がスパッタすることを防ぐことはできず、紫外線出力が経時的に低下し短寿命を余儀なくされていた。
【０００５】
そこで、放電電極がスパッタすることを防いで長寿命特性とすることを企図して、放電電極をガラス等の誘電体で覆った上でＡＣ電源にて駆動する、いわゆる無電極紫外線放電管が案出された。その構成は、放電により発生した電荷が誘電体の表面に残留して壁電荷を生成し、放電空間内の電界を中和するように蓄積されてゆき、放電空間内の電界強度が低下し紫外線放射ガスの電離が継続できなくなって放電が停止する。つぎに、交流電圧が逆極性に切り替わり、誘電体に蓄積された電荷と同極性の電圧が放電電極に印加されると、この場合の放電開始電圧は壁電圧と端子電圧の和となることから、低い電圧で再び放電を開始する。このようにして、一旦放電発光したパネルは、次々と交流電圧での逆電圧を繰り返すことにより放電を持続し、この放電により紫外線を連続的に発光することができるというものである。
【０００６】
しかしながら、この無電極放電管は、有電極放電管と比較すると紫外線出力がかなり弱く、すなわち低効率という、この種紫外線放電管にとって致命的な問題があった。
【０００７】
そこで本発明にあっては、上述した課題を解決すべく、放電電極がスパッタすることなく長寿命で安定して使用することができ、かつ紫外線を高効率で発光させることのできる紫外線発光パネルの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の紫外線発光パネルは、気密容器に紫外線放射ガスを含む放電ガスを封入してなる放電空間内に、誘電体で被覆してなる放電電極を、上記放電電極間に交流電圧を印加して生じる放電により陽光柱プラズマが発生し得る間隔で対向配置するとともに、上記放電ガスに水銀を混合したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、放電ガスは、アルゴンと水銀、アルゴンとキセノンと水銀、又はアルゴンとネオンと水銀を混合したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の紫外線発光パネル１を示すものであり、長方形状の板ガラスからなる背面基板２の上に、紫外線を透過して放射するための石英ガラス等の紫外線透過ガラスからなる前面基板３（背面基板２よりも若干幅径が小さい）を対向配置し、その周縁部をフリットガラス等の気密封止材で封止してなる気密容器４に、紫外線放射ガスを含む放電ガスを封入して放電空間５を形成し、さらにその放電空間５内の背面基板２両端にガラス等の透明な誘電体６で被覆した放電電極７を対向配置している。
【００１１】
放電電極７は、背面基板２の長手方向の両端にニッケル、鉄、ステンレス等の金属電極や、酸化錫等の透明電極を配置して形成され、そして気密容器４内に位置する部分の表面をガラス等からなる誘電体６が覆うことで、放電電極７を放電空間５内に直接露出させない構造としている。また、この誘電体６の表面には、耐イオン衝撃性を有する酸化マグネシウム等からなる保護膜（図示せず）を適宜な厚さに被着形成している。さらに放電電極７は、気密封止材を貫通して気密容器４外に延出し、背面基板２の両端部においてリード端子８を接続するための接続部としている。そして、相対向する放電電極７の間隔は、グロー放電による陽光柱プラズマを生じさせることのできる充分大きな幅径とするものであるが、単純に放電電極の間隔を大きくしたからといって陽光柱が生じることにはならない。すなわち、放電ガスの種類とそのガス圧力、そして印加電圧（電源）を本実施例のごとく適宜に設定する必要があり、後述するごとく放電ガスに水銀を混合することが陽光柱を発生させるための条件となるものである（一般に、放電電極間隔を大きくすると放電しづらくなるので、放電開始電圧を高くすることを余儀なくされる。）。
【００１２】
プラズマ放電であるグロー放電は、圧力が０．０１〜１０００Ｐａ程度の気体を封入した放電管に、電流を流すときに発生し、ここに生じるプラズマとしては主に陰極側に生じる負グロー、陽極側に生じる陽極グロー、そして負グローと陽極グローの間で赤紫色に輝く陽光柱がある。この陽光柱は、プラズマ状態としては電気的に中性であり、放電電極間に幅広く持続的に発光させることができる。このように高効率の陽光柱が生じることで、紫外線放射ガスが励起され高い紫外線出力が得られるものである。この放電電極７の間隔が小さい場合には、陽光柱プラズマは生じることなく、主に陰極側に青白い負グローだけが発光することとなる。
【００１３】
気密容器４に封入する放電ガスとしては、所望する紫外線の波長に応じて、アルゴンと水銀、アルゴンとキセノンと水銀、又はアルゴンとネオンと水銀を混合した混合ガスを用い、その内部ガス圧は６ｋＰａ〜１２ｋＰａの範囲とする。このように放電ガスに水銀を混合させることで、放電開始電圧が下がることとなる。このことは、逆をいえば放電開始電圧が同じ場合には、水銀を混合した分に応じて放電電極の間隔を大きくすることができ、これにより放電開始電圧を上げることなく高効率で陽光柱を発生させることが可能となるものである。
【００１４】
然して、上述した如き構成からなる紫外線発光パネル１において、リード端子８間に図示しないＡＣインバーター電源により２０〜１００ｋＨｚで数〜十数Ｖの所定の交流電圧を印加し、放電電極７間に交流電圧が印加されると、まず放電空間５内の電界強度が紫外線放射ガスの電離を引き起こす程度に高まる。そして一旦電離が起こると、生成した電子が次々と他の気体分子に衝突して、さらに電離を加速し、これにより放電が生じる。そして、放電電極７と放電空間５との間の誘電体６に電流経路がないことから、この放電により発生した電荷（イオン・電子）は誘電体６の表面に残留して、壁電荷が生成される。この壁電荷は、放電空間５内の電界を中和するように蓄積されていくことから、放電空間５内の電界強度が低下しついには電離が継続できなくなって放電が停止する。
【００１５】
つぎに、交流電圧が逆極性に切り替わり、誘電体６に蓄積された電荷と同極性の電圧が放電電極７に印加されると、この場合の放電開始電圧は壁電圧と端子電圧の和となることから、低い電圧で再び放電を開始する。このようにして、一旦放電発光したパネルは、次々と逆電圧を繰り返すことにより放電を持続し、この放電により紫外線を連続的に発光することができる。
【００１６】
この次々と逆電圧を繰り返すための電源としては、汎用のＡＣインバーター電源を用いることができ、従来の紫外線発光パネルに用いるＤＣパルス電源のごとく特殊な電源装置を用意する必要がないので便宜である。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の紫外線発光パネルによれば、紫外線放射ガスに水銀を用い放電電極間に交流電圧を印加して生じる放電による陽光柱プラズマを生じさせることで、放電電極が誘電体に覆われて放電空間内に露出しないことから従来の紫外線発光パネルのごとく放電電極がスパッタすることなく長寿命で安定して使用することができるとともに、陽光柱プラズマにより高効率の紫外線発光が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紫外線発光パネルを示す平面図である。
【図２】本発明の紫外線発光パネルを示す側断面図である。
【図３】従来の紫外線発光パネルを示す平面図である。
【図４】従来の紫外線発光パネルを示す側断面図である。
【符号の説明】
１紫外線発光パネル
２背面基板
３前面基板
４気密容器
５放電空間
６誘電体
７放電電極
８リード端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultraviolet light emitting panel that generates ultraviolet light, and more particularly to an ultraviolet light emitting panel that can generate ultraviolet light with high efficiency and that can be used stably for a long life.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an ultraviolet light emitting panel 11 for the purpose of exciting a fluorescent substance to emit visible light or for the purpose of sterilizing effect, as shown in FIGS. 3 and 4, quartz glass is placed on a back substrate 12 made of plate glass. A front substrate 13 made of an ultraviolet transmitting glass such as an ultraviolet ray transmitting glass is disposed to face the peripheral substrate, and a peripheral portion thereof is sealed with an airtight sealing material such as frit glass to form an airtight container 14 and a cathode along the longitudinal direction of the rear substrate 12. 15 and an anode 16 are arranged to face each other, and a discharge space 17 is formed in the hermetic container 14 by filling an ultraviolet radiation gas containing a rare gas as a main component. Reference numeral 18 denotes a lead terminal connected to the cathode 15 and the anode 16 extending outside the hermetic container 14. Then, a DC pulse is applied between the electrodes via a lead terminal 18 by applying a DC pulse from a DC pulse power supply to discharge, thereby exciting an ultraviolet radiation gas and generating ultraviolet rays. When a DC pulse power supply is used as the drive power supply, the electrode is immediately deteriorated due to the concentrated discharge when DC is continuously applied. Therefore, the discharge is intermittent by applying a DC pulse voltage of about several tens of kHz. , And emit light. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-59-35351
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ultraviolet light emitting panel described above, although the discharge is intermittently performed using a DC pulse power source, the discharge electrode is sputtered because the discharge electrode is exposed in the discharge space. It could not be prevented, and the ultraviolet output decreased with time, forcing a short life.
[0005]
Therefore, in order to prevent the discharge electrode from being sputtered and to have a long life characteristic, a so-called electrodeless ultraviolet discharge tube in which the discharge electrode is covered with a dielectric material such as glass and driven by an AC power supply has been proposed. Was issued. The structure is such that the charges generated by the discharge remain on the surface of the dielectric to generate wall charges, and are accumulated so as to neutralize the electric field in the discharge space. Discharge stops because ionization of the radiated gas cannot be continued. Next, when the AC voltage is switched to the opposite polarity and a voltage having the same polarity as the charge stored in the dielectric is applied to the discharge electrode, the discharge starting voltage in this case is the sum of the wall voltage and the terminal voltage. Then, discharge is started again at a low voltage. In this way, the panel that once discharges and emits light continues the discharge by repeating the reverse voltage with the AC voltage one after another, and can continuously emit ultraviolet light by this discharge.
[0006]
However, this electrodeless discharge tube has a fatal problem for this type of ultraviolet discharge tube, in that the ultraviolet output is considerably weaker than that of the electrodeed discharge tube, that is, low in efficiency.
[0007]
Therefore, in the present invention, in order to solve the above-described problems, a discharge electrode can be used stably with a long life without spattering, and an ultraviolet light emitting panel that can emit ultraviolet light with high efficiency. For the purpose of providing.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the ultraviolet light emitting panel of the present invention includes a discharge space formed by sealing a discharge gas containing an ultraviolet radiation gas in an airtight container, and a discharge electrode covered with a dielectric material. Characterized in that mercury is mixed with the discharge gas, while being opposed to each other at an interval at which positive column plasma can be generated by a discharge generated by applying an AC voltage to the discharge gas.
[0009]
The discharge gas is a mixture of argon and mercury, argon, xenon and mercury, or argon, neon and mercury.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an ultraviolet light emitting panel 1 of the present invention, in which a front substrate made of an ultraviolet transmitting glass such as quartz glass for transmitting and radiating ultraviolet light is provided on a rear substrate 2 made of a rectangular plate glass. 3 (slightly smaller in width than the rear substrate 2) are arranged opposite to each other, and a discharge gas containing an ultraviolet radiation gas is sealed in an airtight container 4 whose peripheral edge is sealed with an airtight sealing material such as frit glass. A discharge space 5 is formed, and a discharge electrode 7 covered with a transparent dielectric 6 such as glass is disposed on both ends of the rear substrate 2 in the discharge space 5 so as to face each other.
[0011]
The discharge electrode 7 is formed by arranging a metal electrode such as nickel, iron, stainless steel or the like or a transparent electrode such as tin oxide at both ends in the longitudinal direction of the rear substrate 2. The structure is such that the discharge electrode 7 is not directly exposed in the discharge space 5 by being covered with the dielectric 6 made of glass or the like. A protective film (not shown) made of magnesium oxide or the like having ion impact resistance is formed on the surface of the dielectric 6 to a suitable thickness. Further, the discharge electrodes 7 extend outside the hermetic container 4 through the hermetic sealing material, and serve as connection portions for connecting lead terminals 8 at both ends of the back substrate 2. The distance between the opposing discharge electrodes 7 is set to a sufficiently large width capable of generating a positive column plasma by glow discharge. Does not occur. That is, it is necessary to appropriately set the type of the discharge gas, its gas pressure, and the applied voltage (power supply) as in the present embodiment. As described later, mixing mercury with the discharge gas is necessary to generate a positive column. (Generally, if the distance between the discharge electrodes is increased, it becomes difficult to discharge, so the discharge starting voltage must be increased.)
[0012]
Glow discharge, which is a plasma discharge, is generated when an electric current is applied to a discharge tube filled with a gas having a pressure of about 0.01 to 1000 Pa. The plasma generated here is mainly a negative glow generated on the cathode side, an anode side. There is an anode glow that occurs in the positive glow, and a positive column that shines reddish purple between the negative glow and the anode glow. The positive column is electrically neutral as a plasma state, and can emit light widely and continuously between discharge electrodes. The generation of such a highly efficient positive column excites the ultraviolet radiation gas and provides a high ultraviolet output. When the distance between the discharge electrodes 7 is small, the positive column plasma does not occur, and only the pale white negative glow emits light mainly on the cathode side.
[0013]
As a discharge gas sealed in the hermetic container 4, a mixed gas of argon and mercury, argon, xenon, and mercury, or a mixture of argon, neon, and mercury is used according to a desired wavelength of ultraviolet light, and the internal gas pressure is 6 kPa. To 12 kPa. By mixing mercury with the discharge gas in this manner, the discharge starting voltage is reduced. Conversely, if the discharge firing voltage is the same, the distance between the discharge electrodes can be increased according to the amount of mercury mixed, thereby increasing the efficiency of the positive column without increasing the discharge firing voltage. Can be generated.
[0014]
However, in the ultraviolet light emitting panel 1 having the above-described configuration, a predetermined AC voltage of several to several tens of volts at 20 to 100 kHz is applied between the lead terminals 8 by an AC inverter power supply (not shown). Is applied, first, the electric field intensity in the discharge space 5 is increased to such an extent that the ultraviolet radiation gas is ionized. Then, once ionization occurs, the generated electrons collide with other gas molecules one after another, further accelerating the ionization, thereby generating a discharge. Since there is no current path in the dielectric 6 between the discharge electrode 7 and the discharge space 5, charges (ions / electrons) generated by this discharge remain on the surface of the dielectric 6, and wall charges are generated. Is done. Since the wall charges are accumulated so as to neutralize the electric field in the discharge space 5, the intensity of the electric field in the discharge space 5 decreases, so that the ionization cannot be continued and the discharge stops.
[0015]
Next, when the AC voltage is switched to the opposite polarity and a voltage having the same polarity as the electric charge stored in the dielectric 6 is applied to the discharge electrode 7, the discharge starting voltage in this case is the sum of the wall voltage and the terminal voltage. Therefore, the discharge is started again at a low voltage. In this way, the panel that once discharges and emits light continues the discharge by repeating the reverse voltage one after another, and can continuously emit ultraviolet light by this discharge.
[0016]
As a power supply for repeating the reverse voltage one after another, a general-purpose AC inverter power supply can be used, and there is no need to prepare a special power supply device unlike a DC pulse power supply used for a conventional ultraviolet light emitting panel, which is convenient. .
[0017]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the ultraviolet light emitting panel of the present invention, mercury is used as an ultraviolet radiating gas, and a positive column plasma is generated by a discharge generated by applying an AC voltage between the discharge electrodes, whereby the discharge electrode is made of a dielectric material. As it is covered with and is not exposed in the discharge space, it can be used stably with a long life without spattering of the discharge electrode like a conventional ultraviolet light emitting panel, and highly efficient ultraviolet light emission is obtained by positive column plasma. It is something that can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an ultraviolet light emitting panel of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing an ultraviolet light emitting panel of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a conventional ultraviolet light emitting panel.
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional ultraviolet light emitting panel.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 ultraviolet light emitting panel 2 back substrate 3 front substrate 4 airtight container 5 discharge space 6 dielectric 7 discharge electrode 8 lead terminal

Claims

気密容器に紫外線放射ガスを含む放電ガスを封入してなる放電空間内に、誘電体で被覆してなる放電電極を、上記放電電極間に交流電圧を印加して生じる放電により陽光柱プラズマが発生し得る間隔で対向配置するとともに、上記放電ガスに水銀を混合したことを特徴とする紫外線発光パネル。Positive column plasma is generated by a discharge generated by applying an AC voltage between the discharge electrodes to a discharge electrode covered with a dielectric in a discharge space in which a discharge gas containing an ultraviolet radiation gas is sealed in an airtight container. An ultraviolet light-emitting panel, wherein the panel is disposed facing each other at a certain interval and mercury is mixed with the discharge gas.

放電ガスは、アルゴンと水銀、アルゴンとキセノンと水銀、又はアルゴンとネオンと水銀を混合したことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光パネル。2. The ultraviolet light emitting panel according to claim 1, wherein the discharge gas is a mixture of argon and mercury, argon, xenon and mercury, or argon, neon and mercury.