專利名稱：熒光燈及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光燈及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及亮度增 強的熒光燈及其制造方法。
背景技術(shù)：
在熒光燈內(nèi)，跨過電極施加的電壓引起封存在諸如玻璃管的透明 管之內(nèi)的稀有氣體被電離，并允許被電離的稀有氣體與所述電極發(fā)生 碰撞，引起該電極發(fā)出二次電子。這樣就出現(xiàn)了輝光放電。被輝光放 電所激發(fā)的汞發(fā)出253.7 nm的紫外線。在被所述紫外線照射時，配備在 所述透明管的內(nèi)壁表面上的熒光物質(zhì)層內(nèi)所包含的熒光物質(zhì)發(fā)出熒 光。為了通過減少所使用燈管的數(shù)量或者降低電能消耗實現(xiàn)電能節(jié)約， 要求這種類型的熒光燈提高來自照明物質(zhì)的熒光的發(fā)光效率，從而提 高亮度。如圖5所示，發(fā)自熒光物質(zhì)的熒光在通過諸如玻璃的透明管12時， 通過兩個界面，即，內(nèi)部界面12a和外部界面12b。在光通過每個界面的 時候，總光量的約4%被反射。從而，透射光Lt的光量被降低到通過透 明管之前的熒光量的約92%。有一種通過提高所加載的功率來增強紫 外線強度，以提高熒光燈的亮度的方法。然而，這種方法并不可取， 因為它導(dǎo)致電極的損蝕和降低的發(fā)光效率。更優(yōu)選的是，提高對發(fā)自 所述熒光物質(zhì)的熒光的透光度，以獲得具有低功耗和高亮度的燈。在 燈配備了在透明管的熒光物質(zhì)層和內(nèi)表面之間形成的氧化釔保護(hù)層、以用于抑制由于發(fā)自汞的紫外線引起的諸如玻璃的透明管的損蝕的情 況下，將導(dǎo)致對熒光更低的透光度。由于這種不便，通過用包含細(xì)硅 顆粒等的低折射介質(zhì)涂漬所述透明管的內(nèi)表面，抑制該透明管內(nèi)表面 處的光反射(專利文獻(xiàn)l-3)。然而，很難將低折射介質(zhì)均勻地施加至 最佳厚度，特別是對透明管的內(nèi)表面。如果只有透明管的外表面涂漬 所述低折射介質(zhì)，并不會導(dǎo)致對透明度降低的顯著抑制效果，所以， 盡管由于使用昂貴的低折射介質(zhì)導(dǎo)致成本增加和處理步驟的數(shù)量增 加，但并沒有獲得十分有優(yōu)勢的效果。另一方面，已有報道具有發(fā)光增強特性且免受層破裂等的熒光燈， 其配備有作為主要成分的氧化釔、及氧化鋁所組成的金屬氧化物層， 以及疊加在該金屬氧化層上的熒光物質(zhì)層，其中的氧化釔的原始顆粒為球形或基本球形，且顆粒直徑在40nm到75nm之間(專利文獻(xiàn)4)。 [專利文獻(xiàn)l]日本早期公開專利第2006-342023號 [專利文獻(xiàn)2]日本早期公開專利第2006-335881號 [專利文獻(xiàn)3]日本早期公開專利第2004-83307號 [專利文獻(xiàn)4]日本早期公開專利第2003-51284號發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供熒光燈，所述熒光燈能夠?qū)Πl(fā)自熒光物質(zhì) 的熒光展現(xiàn)出顯著增強的透光度以獲得較高的亮度，同時實現(xiàn)電力節(jié) 約，而無需增加所使用材料的種類數(shù)和處理步驟數(shù)。另一個目的是以 低成本制造上述熒光燈的方法。本發(fā)明的發(fā)明者對在保護(hù)層中使用的氧化釔做了深入研究，該保 護(hù)層用于保護(hù)諸如玻璃的熒光燈透明管免遭發(fā)自汞的紫外線傷害。如 圖6所示，傳統(tǒng)的熒光燈11配備了形成于透明管12與熒光物質(zhì)層13之間 的、用于保護(hù)所述透明管免遭紫外線傷害的保護(hù)層14，使用氧化釔14a 等形成該保護(hù)層14。因為氧化釔的顆粒是球形或基本球形的，因此自 熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光被氧化釔顆粒的表面散射。為此，燈對熒光的透射率將變低。為了抑制保護(hù)層處的反射，使用如圖l所示的薄片狀的氧 化釔顆粒形成保護(hù)層4，在圖l示出了電子顯微鏡的輸出圖像。已發(fā)現(xiàn) 配備這種保護(hù)層使得有可能將熒光損耗降低到熒光總量的約1%，而與 之形成對比的是配備使用球形或者基本球形氧化釔顆粒形成的傳統(tǒng) 保護(hù)層而導(dǎo)致的熒光總量約10%的損耗。本發(fā)明是基于這些發(fā)現(xiàn)和知識完成的。艮口，本發(fā)明涉及熒光燈，其包括將稀有氣體和用于通過放電而產(chǎn) 生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管、配備在所述透明管的兩端部附近的 電極、以及在該透明管內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層，其中，在透明管 內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、透明管的外表面至少一者上配備折射率調(diào)節(jié)層，且該折射率調(diào)節(jié)層包含平均顆粒直徑不高于300 nm 的氧化釔。本發(fā)明還涉及一種制造熒光燈的方法，該熒光燈包括將稀有氣體 和用于通過放電而產(chǎn)生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管、配備在所述透 明管兩端部附近的電極、及在該透明管內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層。 該方法包括將包含平均直徑不超過300 nm的薄片狀氧化釔的分散劑 施加到在透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、透明管的外表 面至少一者上，以形成折射率調(diào)節(jié)層。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈能夠在對發(fā)自熒光物質(zhì)的熒光展現(xiàn)出顯著增 強透光度以獲得較高亮度的同時，實現(xiàn)電力節(jié)約，而無需增加所使用 材料的種類數(shù)和處理步驟數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈制造方法能夠以低成本制造這種熒光燈。


圖l是示出了用于根據(jù)本發(fā)明的熒光燈中的氧化釔的電子顯微鏡 照片的圖形化表示；圖2是標(biāo)示了根據(jù)本發(fā)明的熒光燈中的折射率調(diào)節(jié)層和反射抑制層透光度的圖表；圖3是示意性說明直管熒光燈結(jié)構(gòu)的視圖，其中直管熒光燈作為根據(jù)本發(fā)明的熒光燈的一個例子；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明熒光燈的一個例子的透射熒光的局部視圖； 圖5是示出傳統(tǒng)熒光燈對熒光透射度的局部視圖；以及圖6是示意性說明傳統(tǒng)熒光燈結(jié)構(gòu)的視圖。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的熒光燈的特征在于其包括由將稀有氣體和用于通過放電而產(chǎn)生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管、配備在所述透明管的兩 個端部附近的電極、以及在該透明管的內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層， 其中在透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、透明管的外表面 至少一者上配備了折射率調(diào)節(jié)層，且該折射率調(diào)節(jié)層包含平均顆粒直徑不高于300 nm的氧化釔。在本發(fā)明的熒光燈中所使用的透明管可以由能透過可見光的任何 物質(zhì)所形成，例如玻璃。所述透明管可具有下列之一的形狀直線形、曲線形、環(huán)形、球形等。透明管將用于產(chǎn)生紫外線的汞以及諸如氬或氖的稀有氣體一起封 裝在其內(nèi)。所述透明管內(nèi)放電生成的電子與汞原子碰撞，以激發(fā)該汞原子。被這樣激發(fā)的汞原子產(chǎn)生包括波長為253.7 nm的紫外線在內(nèi)的紫外線。熒光燈發(fā)光期間，封裝在所述透明管內(nèi)汞的蒸氣壓在例如i到ioPa的范圍內(nèi)。在透明管的兩個端部附近配備了一對電極，所述電極造成引發(fā)上 述汞原子發(fā)出紫外線的放電。這樣的電極可以是熱電極或冷陰極型電 極。這種熱電極的實例包括由被諸如鋇、鈣、釔等的氧化物的發(fā)射極 物質(zhì)所覆蓋的、每個都包含鎢絲等的熱電極。當(dāng)電壓跨過所述熱電極施加時，發(fā)射極發(fā)射電子，然后所述電子電離稀有氣體。被這樣電離 的稀有氣體離子與該電極碰撞以造成輝光放電。如上所述，放電生成 的電子激發(fā)汞，以引起汞發(fā)出紫外線。這種冷陰極型電極的實例包括 一對杯狀電極，其以這種方式設(shè)置，以使得它們各自的開口彼此相對， 每個電極由鎳、鉬等模塑成型。當(dāng)電壓跨過所述冷陰極型電極施加時， 存在于所述透明管內(nèi)的少量電子與稀有氣體碰揸以電離該稀有氣體。 被這樣電離的稀有氣體離子與該電極碰撞以造成放電。放電生成的電 子與汞碰撞以激發(fā)汞原子，從而引起汞原子發(fā)出紫外線。這種透明管的內(nèi)壁上所形成的熒光物質(zhì)層包含熒光物質(zhì)，所述熒 光物質(zhì)在被由汞原子發(fā)出的253.7 mn的紫外線照射時將發(fā)出可見光。優(yōu)選地，所述熒光物質(zhì)難以被熱損蝕，且具有較差的汞吸收性。某些情 況下，在熒光燈發(fā)光期間，高汞蒸氣壓的情況會持續(xù)一段時間。即使 在這種情況下，優(yōu)選的熒光物質(zhì)也能夠抑制由于所述熒光物質(zhì)中吸收 的汞所造成的透明管的損蝕。這種熒光物質(zhì)的實例包括Y203:Eu; YV04:Eu; LaP04:Ce，Tb; (Ba，Eu)MgAl10O17; (Ba,Sr，Eu)(Mg,Mn)Al10O17; Sr10(PO4)6C12:Eu;禾口(Sr，Ca,Ba，Mg)K)(P04)6d2:Eu。有可能熒光物質(zhì)層包 含這些熒光物質(zhì)其在被發(fā)自汞的253.7 nm紫外線激發(fā)時發(fā)出綠，紅和 藍(lán)范圍內(nèi)的各自可見光，從而發(fā)出具有卓越色彩再現(xiàn)性能的白光。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈包含被配備在透明管的內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層 之間延展的表面、透明管的外表面至少一者上的折射率調(diào)節(jié)層。對于 從所述熒光物質(zhì)發(fā)出的可見光，配備在透明管內(nèi)表面的折射率調(diào)節(jié)層 具有高于透明管內(nèi)表面折射率、且低于透明管折射率的折射率，從而 起到抑制由于在所述透明管界面上發(fā)生反射而造成的熒光量減少的作 用。對于從所述熒光物質(zhì)發(fā)出的可見光，配備在透明管外表面的折射 率調(diào)節(jié)層具有低于透明管折射率、且高于空氣折射率的折射率，從而 起到抑制由于在所述透明管界面上發(fā)生反射而造成的熒光量減少的作 用。這樣的折射率調(diào)節(jié)層包含平均顆粒直徑不超過300 mn的氧化釔。 氧化釔的平均顆粒直徑優(yōu)選地在20到150nm之間，更優(yōu)選地在50到100nm之間。提供由平均顆粒直徑不超過300 nm的氧化釔所形成的折射率 調(diào)節(jié)層使得可能降低被所述透明管界面反射的熒光量。氧化釔的顆粒優(yōu)選是類似薄片狀的。該薄片狀的氧化釔的顆粒直徑可以定義為對應(yīng)于具有與薄片在平面上投影面積相等的圓的直徑。此處，由激光衍射顆粒尺寸分布分析儀所測定的氧化釔平均顆粒 直徑可以被用作氧化釔的顆粒直徑。在形成這樣的折射率調(diào)節(jié)層時，氧化釔被研磨以具有上述的顆粒 直徑。氧化釔可依靠諸如噴射研磨機、球磨機、砂磨機等研磨。有可能使用這樣的方法，其包括制備包含被這樣研磨的氧化釔的分散劑， 將該分散劑施加到透明管的內(nèi)或外表面，并烘干被這樣施加的分散劑。 用于氧化釔分散劑的特定分散劑介質(zhì)的實例包括水，諸如酒精、乙 酸丁酯和二甲苯的有機溶劑及其混合物。施加分散劑的方法可以是涂 漬、浸漬、噴涂等任意其中之一。烘干被如此施加以具有預(yù)定厚度的 分散劑涂層的方法的實例包括自然烘干、強制烘干等。在強制烘干的 情況下，當(dāng)吹氣的速度或溫度等過高時，涂層表面烘干得較快，而涂 層內(nèi)的烘干速率則較低。這導(dǎo)致作用在涂層的表面和內(nèi)部的應(yīng)力，其 形成可能破裂的因素。由此，烘干優(yōu)選受控于吹氣的溫度和速度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的熒光燈包含在透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì) 層之間延展的表面、透明管的外表面其中之一上形成的折射率調(diào)節(jié)層， 以及在另一表面上形成的反射抑制層。該反射抑制層優(yōu)選具有低于所 述透明管的折射率。用于形成這種反射抑制層的材料的實例包括一 種、兩種或更多種選擇自硅、鋁、釔氧化物，鋯、鎂氧化物，鈦氧化 物，鈽氧化物的金屬氧化物或氟化鎂。所述反射抑制層可包含具有低 折射率的硅等的中空微細(xì)顆粒。這樣的中空微細(xì)顆粒的實例包括那些原始顆粒的直徑約在5到100nm之間，且空隙比約在30到90%之間的中 空微細(xì)顆粒。反射抑制層的厚度在例如300到800 nm范圍之內(nèi)。形成反射抑制層可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合上述材料。類似折射率調(diào)節(jié)層， 所述反射抑制層可以通過下述方法形成使用選定的粉末形式的混合 物來制備的分散劑，將該分散劑施加到?jīng)]有配備折射率調(diào)節(jié)層的透明 管的內(nèi)或外表面，并烘干被這樣施加的分散劑?？墒褂锚毩⒂谒鰺晒鉄襞鋫涞膯悠黝愋驼彰麟娐纷鳛轵?qū)動本 發(fā)明熒光燈的照明電路，該照明電路預(yù)熱電極并產(chǎn)生高壓脈沖。與熒 光燈整體成型、并含有包括電極預(yù)熱電路和升壓電路的穩(wěn)壓器的快速 啟動類型照明電路可被用作照明電路。含有高頻逆變電路的逆變型照 明電路也可被用作照明電路。集成有此種照明電路的熒光燈可以是球 型的熒光燈，或者是具有能夠?qū)⑼该鞴鼙┞对谕獾慕Y(jié)構(gòu)類型的熒光燈， 所述球型的熒光燈包括被球形器皿沿圓周覆蓋的曲型的或彎曲的透明 管，以及連接到所述照明電路的基座。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈被配置成配備有熒光物質(zhì)，以通過發(fā)自汞原子的253.7 nm紫外線所激發(fā)而發(fā)出可見光，以及配備有折射率調(diào)節(jié) 層，以允許所述可見光通過透明管的同時抑制在該透明管的界面上的 熒光反射，從而顯著地增強燈亮度。根據(jù)制造這樣熒光燈的方法，在所述透明管上形成上述折射率調(diào) 節(jié)層和反射抑制層。優(yōu)選地，其后制備在溶劑中的、熒光物質(zhì)被分散 其中的分散劑，然后通過浸漬、噴涂等過程將所述分散劑施加到折射 率調(diào)節(jié)層或反射抑制層，以形成具有預(yù)定厚度的涂層。然后，將電極 布置在透明管的端部，接著用基座等來密封所述透明管，其中所述基 座的每一個都具有與相關(guān)電極相連的外部導(dǎo)線。這樣就能夠制造熒光 燈。在下文中，將通過示例性實施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這些實施 例無意限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。[示例性實施例l]將顆粒直徑為800 nm的薄片狀氧化釔加入異丙醇以制備5X質(zhì)量 百分比的分散劑。以這樣制備的分散劑，對鈉玻璃以150 rpm (轉(zhuǎn)數(shù)/ 分)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式涂漬30秒，然后烘干，以形成厚度為400 nm的折射率 調(diào)節(jié)層，以給出樣本2。將顆粒直徑為10到20 nm的低折射硅顆粒加入乙醇以制備分散劑。 以這樣制備的分散劑，對納玻璃進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式涂漬，然后烘干，以形成 具有100nm厚度的反射抑制層，以給出樣本l。進(jìn)一步地，在鈉玻璃的相對面上形成與樣本l相同的折射率調(diào)節(jié)層 和與樣本2相同的反射抑制層，以給出樣本3。使用分光光度計UV-2300PC (由Shimadzu公司制造)來測量由此 獲得的樣本1-3以及作為對比例的鈉玻璃G的各自透光性。結(jié)果如圖2所 示。[示例性實施例2]圖3示出了使用本發(fā)明熒光燈的冷陰極熒光燈的一個實例。上文描 述的折射率調(diào)節(jié)層4和熒光物質(zhì)層3在厚度為0.5 mm的硼硅玻璃透明管 2的內(nèi)表面上順序形成，同時反射抑制層6在所述透明管的外表面上形 成。熒光物質(zhì)層3的厚度是20/xm。每個鎳電極5被布置在所述透明管的 相對端的各一端，然后通過未示出的密封件來密封該透明管的相對端。 汞被封裝在透明管內(nèi)，從而在燈發(fā)光時具有1-10 Pa的蒸氣壓，同時諸 如氬的稀有氣體被封裝其中，以具有約50托的壓力。通過以下方法形成折射率調(diào)節(jié)層4。將顆粒直徑為800 nm的薄片狀 氧化釔加入異丙醇，以制備3%質(zhì)量百分比的分散劑。通過將玻璃管的 內(nèi)表面浸入這樣制備的分散劑，然后吹干，可以形成厚度為400 nm的折射率調(diào)節(jié)層。通過以下方法形成反射抑制層6。將具有10到20 nm的平均顆粒直 徑的中空硅顆粒加入乙醇以制備分散劑。通過浸漬可以在透明管的外 表面上形成厚度為IOO nm的反射抑制層。作為對比例，除了既不配備折射率調(diào)節(jié)層4，也不配備反射抑制層 6外，用與上述相同的方式制造熒光燈折射率。利用亮度計(SR-3:T0PC0N公司的產(chǎn)品)，分別測量這樣獲得的熒光燈的從透明管透出的透射光亮度。示例性實施例的熒光燈亮度比 對比例的熒光燈亮度高約6%。圖4示出了通過所述示例性實施例的熒光燈的熒光。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈可被有效地應(yīng)用到帶有熱電極或冷陰極型電 極的熒光燈上。此外,所述熒光燈能夠展現(xiàn)增強的亮度而沒有增加功耗， 且能以低成本制造。
權(quán)利要求
1.一種熒光燈，其包括將稀有氣體和用于通過放電而產(chǎn)生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管、配備在所述透明管兩端部附近的電極、以及在所述透明管內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層，其中，在所述透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、所述透明管的外表面的至少一者上配備折射率調(diào)節(jié)層，且所述折射率調(diào)節(jié)層包含平均顆粒直徑不高于300nm的氧化釔。
2. 如權(quán)利要求l所述的熒光燈，其中所述折射率調(diào)節(jié)層包含平均 直徑不高于300 nm的薄片形的氧化釔。
3. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其中在所述透明管內(nèi)表面與熒光 物質(zhì)層之間延展的表面、所述透明管的所述外表面其中之一上配備所 述折射率調(diào)節(jié)層，同時在另一表面上配備反射抑制層。
4. 如權(quán)利要求2所述的熒光燈，其中在所述透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、所述透明管的所述外表面其中之一上配備所 述折射率調(diào)節(jié)層，同時在另一表面上配備反射抑制層。
5. 如權(quán)利要求4所述的熒光燈，其中所述反射抑制層包括中空微 細(xì)顆粒。
6. 如權(quán)利要求4所述的熒光燈，其中所述反射抑制層包括金屬氧 化物。
7. —種制造熒光燈的方法，所述熒光燈包括將稀有氣體和用于通 過放電而產(chǎn)生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管、配備在所述透明管兩端 部附近的電極、以及在所述透明管內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層，所述 方法包括將包含平均直徑不超過300 nm的薄片狀氧化釔的分散劑施加到在所述透明管內(nèi)表面與所述熒光物質(zhì)層之間延展的表面、所述透 明管的外表面至少一者上，以形成折射率調(diào)節(jié)層。
全文摘要
提供了一種熒光燈及以低成本制造該熒光燈的方法，該熒光燈能夠?qū)Πl(fā)自熒光物質(zhì)的熒光展現(xiàn)出顯著增強的透光度以獲得較高亮度，同時實現(xiàn)電力節(jié)約，而無需增加所使用材料的種類數(shù)和處理步驟數(shù)。這種熒光燈包括將稀有氣體和用于通過放電而產(chǎn)生紫外線的汞封裝在內(nèi)的透明管，形成于所述透明管內(nèi)表面的熒光物質(zhì)層，以及在所述透明管內(nèi)表面與熒光物質(zhì)層之間延展的表面、所述透明管外表面的至少一者上配備的折射率調(diào)節(jié)層，該折射率調(diào)節(jié)層包含平均顆粒直徑不超過300nm的氧化釔。
文檔編號H01J9/20GK101271823SQ20081008725
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者今田浩二, 真野泰廣 申請人:Nec照明株式會社