专利名称：冷电子紫外线灯的制作方法
技术领域：
本发明关于一种紫外线灯，特别是指一种利用碳膜做为电子场发射器以 发出电子撞击萤光涂层以产生紫外光的灯。
背景技术：
随着全球工业化所带来的经济荣景，人类的生活与上一世纪相比较，明 显获得许多改善。然而，在享受工业化所带来便利性的同时， 一些对环境改 变敏锐的人仕开始忧心因工业化所带来环境的破坏，而结合政府单位及工程 研发人员来寻求解决方法，以防范环境变得更坏。以目前照明光源而言，绝大部分的照明设备中都含有汞，因其在发光过程中必须使用汞蒸汽作为放电的介质，且目前并无适合的替代品可供使用； 而产业界仍存有其它多种含高浓度汞的照明光源(灯管、灯泡)，如紫外线 (UV)灯具。UV灯具在电子产业制造程序中占有极重要的角色，不论在制作集 成电路、印刷电路板、光电元件、发光二极管、激光二极管、光检测器、太 阳电池以及液晶显示器等相关光刻步骤中的曝光或加热烘干工艺中，均会使 用UV灯具。因此产业界会定期大量产生汰换的废弃高浓度汞灯，由于回收再利用技 术尚未成熟，故仍未^^告为应回收废弃物，而此将成为环境污染的隐忧。因 此，为避免造成环境污染，故许多人投入发明绿色照明设备，以使我们能拥 有更好的环境，并减少污染的程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无汞的冷电子紫外线灯，提供一绿色照明器 具，用以保护环境，以减少污染。本发明的另一目的在于提供一种可杀菌的冷电子紫外线灯，在发光灯管 侧涂布一层二氧化钛，借着紫外线照射二氧化钛产生的氢氧自由基，以达到 杀菌的功效。本发明揭露的一种冷电子紫外线灯，包含 一阴极，由镍基底上部分沉积碳膜层所组成；一阳极，由一导电层与涂布于该导电层上的一萤光涂层所组成，其中该 萤光涂层所发出的光波长范围为280至400纳米；以及一石英灯管，用以容纳该阴极、该阳极并固定于其中。本发明揭露的又一种冷电子紫外线灯，包含一平板阴极，以镍金属板表面沉积碳膜层所组成；一平板阳极，为一玻璃基板上形成一透明导电层与涂布于该透明导电层 上的一萤光涂层所组成，其中该萤光涂层所发出的光波长范围为280至400 纳米；一金属栅，位于该平板阴极与该平板阳极之间，金属栅则连接一电阻连于电源供应器，用以减低该紫外线灯的驱动电压；以及一石英灯管，将该平板阳极、该平板阴极与该金属栅包含并固定于其中。 较佳地，阳极、金属栅和阴极先嵌入于一支撑架上再置入于石英灯管内，或是将阳极、金属栅和阴极直接固定于石英灯管的一侧或两侧，在一起封于石英灯管内。在另一实施例中，不需设有支撑架，阴极固定于石英灯管的两端部，阳 极则由金属形成于曲面灯管上再涂布一萤光涂层所组成。具体地，该方案是 一种冷电子紫外线灯，包含一石英灯管；一条状阴极，由一镍金属条部分表面沉积一碳膜层所组成；
一曲面阳4及，由一^Jt金属层形成于该石英灯管上，且该^Jt金属层上涂布萤光涂层所组成，该萤光涂层所发出的光波长范围为280至400纳米；以及 一金属栅，位于该条状阴极与该曲面阳极之间，用以减低该紫外线灯的 马区动电压；该曲面阳极形成于该石英灯管的管体沿轴向覆盖于该石英灯管，该条状 阴极可位于该石英灯管的中心轴向或相对该曲面阳极上的任一处，因此当该 冷电子紫外线灯施以操作电压时，该条状阴极发出电子撞击该萤光涂层后激 发紫外光。本发明上述的各方案中，上述萤光涂层是由硼酸锶与铅的化合物、氧化 硅钡与铅的化合物或氟氯化钡与铕的化合物以产生紫外线，此营光粉属于高 电压发光型的萤光粉，紫外光波长范围约280至400纳米(nm)。本发明的效果是显著的本发明所揭露的紫外线灯利用碳膜做为电子发 射器，又可添加一金属栅以降低驱动电压，因而不需填充汞蒸汽以作为导电 气体，因此不仅可使用一般电池作为驱动电源，也因不需使用汞蒸汽而成为 兼顾环保的绿色照明器具。本发明的光触媒层为选择性涂层，可依其需要而 选择增加此涂层与否，借着紫外线照射二氧化钛产生的氢氧自由基，以达到 杀菌的功效。
图1A为本发明第一实施例紫外线灯的示意图。图1B为本发明第二实施例紫外线灯的示意图。图2 为本发明第二实施例紫外线灯的剖面示意图。图3A为本发明第三实施例紫外线灯的示意图。图3B为本发明第三实施例紫外线灯源的立体分解图。图4 为本发明第四实施例紫外线灯的示意图。主要元件符号说明300....................................紫外线灯源38、 48 ..............................反射性涂层121、 221 ...........................反射金属层321、 421 ...........................玻璃基板322、 422 ...........................透明导电层24、 34、 44 ........................金属栅27、 37、 47 ........................电源供应器I、 2、 3、 4 ........................紫外线灯13、 23、 33、 43 ..................光触々某II、 21、 31、 41 ..................阴极12、 22、 32、 42 ..................阳极III、 211、 311、 411 ............镍金属112、 212、 312、 412 ............碳膜层122、 222、 323、 423 ............萤光涂层10、 20、 30、 40、 401、 402…石英灯管25、 26、 35、 36、 45、 46……金属线具体实施方式
为了解决环境污染，但又能持续使用紫外线灯进行所需的工作，本发明 提供一种紫外线灯，利用镍基底上沉积碳膜作为阴极，发射电子，撞击阳极 上涂布的萤光材质以发出紫外光，再选择涂布一光触々某(二氧化钛)于灯管放 光侧，以紫外线触发二氧化钛产生氢氧自由基，以作为杀菌之用。请参考图1A及图1B所示，为本发明第一与第二两实施例的紫外线灯。 图1A所示的紫外线灯1包括有一圆柱型的石英灯管10，于石英灯管内部部 分表面之上有一反射金属层121 (导电层)形成于其上， 一萤光涂层122形 成于金属层121上，此反射金属层121与萤光涂层122形成一 (曲面)阳极 12，石英灯管10的中心轴向(X轴)容置一场发射阴极11由一圆柱形镍金属 线111表面部分涂布一层具有高效能场电子发射特性的碳膜层112组成，以 及一二氧化钛(TiOJ薄膜13形成于石英灯管IO的部分内表面上，其位于放 光处且与阳极位置相对。图1B所示的紫外线灯2包括有一圆柱型的石英灯管20，于石英灯管内部 部分表面之上有一反射金属层221形成于其上， 一萤光涂层222形成于^^射金 属层221上，此反射金属层221与萤光涂层222形成一(曲面)阳极22,石英 灯管20的中心轴向(X轴)容置一条状阴极21 (场发射阴极)由一圓柱形镍金 属线211表面部分涂布一层具有高效能场电子发射特性的碳膜层212组成，一 金属栅24串联一电阻241，设置于阳极与阴极之间，以及一二氧化钬薄膜23 形成于石英灯管20的部分内表面上，其位于放光处且与阳极位置相对。其中，镍金属线lll、 211表面上的碳膜层112、 212,是通过化学气相 沉积法(CVD)沉积而得，其碳膜层112、 212不需完全包覆镍金属线111、 211, 仅需包覆适当面积即可达成场发射阴极11、 21的效果；图1A与图1B的差 别，在于图1B中的紫外线灯2中还包含金属栅24，金属栅24会串联一电阻 241后连于电源供应器，由电源供应器提供一偏压，且金属栅24的直径需小 于场发射阴极21的直径且置于阳极22与阴极21之间。此金属栅24的目的 是提供由阴极21射出的电子跃迁的能阶，诱发阴^U史射电子，而达到降低 操作电压的目的。金属栅24可用铜(Cu)、钽(Ta)、鵠(W)或铁(Fe)制成。以 一较佳实施例而言，电阻值为数百万(M)至数千万(1(^M)欧姆、阳极电压约 为5至15kV，而金属栅所施加的偏压约为5至10kV。以下将以图1B作为上述两实施例制作过程的说明首先，制作场发射阴极21,以烷类气体为碳来源气体，氢为还原气体施 以化学气相沉积法，在一镍金属线211上成长一厚约1至10微米(Mm)的碳 膜层212做为阴极，成长的温度约为850至100(TC。接着，在石英灯管20上形成一反射金属层221，其中，反射金属层"l
可利用铝(A1)、铁、不锈钢或导电金属制成，然后，在反射金属层221上涂 布一萤光涂层222以做为阳极22。萤光涂层222可为硼酸锶与铅的化合物 (SrB^。 Pb)、氟氯化钡与铕的化合物(BaFCl: Eu)或氧化硅钡与铅的化合物 (BaSiA: Pb)等等可发出紫外光波长的材料。这种萤光粉属于高电压发光型 的萤光粉，所发出的紫外光波长范围约为280至400纳米(nm)。并在和阳极22相对处选择性形成一二氧化钛薄膜23 (光触媒层)，二氧 化钛在这作为光触媒，当阴极所发射电子撞击阳极所产生的紫外光，照射到 二氧化钛薄膜23后，将产生各带正负电的空穴与电子载子，而空穴具有强 大的氧化能力，电子也具有超强还原能力，在经与二氧化钛上的水气反应后 会制造出氧化威力强大的氢氧自由基，如氧分子(O)、氧(02)、氢氧自由基 (-OH)等，氢氧自由基可针对细菌、有机物质、臭味与有机气体做分解处理， 若与紫外线相互配合更能使光触媒的活性速率加倍(即二氧化钛分解反应加 快)，可因分解反应而使空气或用品具有防污、杀菌、除臭、抗病毒等多种 功能。当然也可以选择其它相类似功能的光触媒，作为二氧化钛的替代材质。最后，再将阴极21置放于石英灯管20的中心轴向，并于放置时将表面 为碳膜层212面转向使面向于阳极22，将金属栅24放置于阳极22与阴极 21之间，即可将石英灯管20进行封装。石英灯管20内完全封装前先进行真 空处理，真空度约为l(T至10—'拖耳(torr)，典型值约为l(Ttorr，或者可 选择填充惰性气体。本发明的紫外线灯耗电量极低，功率约为15瓦特(W)，而在阳极和阴极 的距离d为5至15毫米(mm)，电压5至30千伏特(kV),典型操作电压约为 15000V，电流0. 3至1毫安(mA)， 一般典型值约为0. 5mA即可进行操作。本 发明的电源供应器可以是二颗至三颗9V的干电池彼此串联，再经过升压电 路升压后以提供电力；或另一种电源供应器，使用周期性方波产生电路提供 电力，方波电压的峰对峰值约为0V对15kV，周期约为50至200赫兹(Hz)。上述图1B的实施例紫外线灯其侧剖面图如图2所示。图2为本发明第
二实施例的紫外线灯的侧剖面示意图，其中，可看出其阴极21至少有一弯 折处，是因镍金属线211在以化学气相沉积碳膜层212时并非完全将镍金属 线211包覆，而是在镍金属线211的半圆柱表面形成一碳膜层212,因此在做 化学气相沉积之前，先^^金属线211做弯折，使之沉积于镍金属线,211其中 一面(或为沉积在弯折向上面、或为沉积在弯折向下面)，而便利于封装时辨认 镍金属线211的碳膜层212方向，其弯折处可以在镍金属线211端部做成。紫外线灯阴极21的镍金属线211经由灯管一侧连结一金属线25连于电 源供应器27的负端，阳极的反射金属221经由灯管一侧连结一金属线26连 于电源供应器27的正端。以一较佳实施例而言，石英灯管20直径D约为0. 5至3公分(cm),而 镍金属线211直径约为0. 5至1. 5毫米(mra)，其中镍金属线211沿长轴向的 半圆柱面以化学气相沉积法CVD，以成长一碳膜层212,碳膜层厚度约为1 至10微米。为方便封装时区隔成长碳膜层的一面，镍金属线211接近两端 部处都具有一弯折，再使端部固定于石英玻璃管20的两端。经弯折后镍金 属线211上碳膜层212与金属栅24的距离约为2至5隨、与萤光涂层22的 距离d约为3至12mm、阳极和阴极在上述距离下操作电压约为5至15 kV。上述图1A、 1B实施例中，其中阴极21除了可位于灯管的中心轴向处(X 轴)，也可将阴极21延正向Y轴(与中心轴向垂直)设置于其中任一处，或者 可将阴极设置于相对阳极的上半球面中的任一处，皆可达到一样的功效，其 发光效果也不会受到影响。本发明的实施例也可以做如下变化，如图3A、 3B及图4为本发明第三、 第四实施例。请同时参考图3A与图3B,图3A为本发明第三实施例紫外线灯 管的剖面图，图3B为本发明第三实施例紫外线灯源的立体分解图。紫外线 灯3包括有一石英灯管30内部部分表面涂布一光触媒层33与一反射金属层 38、 一平板阳极32、 一平板阴极31、 一金属栅34、 一电阻341以及一固定 架39。
如图3B所示，由平板阴极31、平板阳极32与金属栅34组成紫外线灯 源300，其中，阴极31为一镍金属平板311上沉积一碳膜层312组成，阳极 32是在一玻璃基板321上形成一透明导电薄膜322后再涂布一萤光涂层323 组成，金属栅34则由一金属条弯折成平面指状排列且串联一电阻341所组 成，最后再依序将阴极31、金属栅34与阳极32放置于固定架39上。其中， 电阻值约为数百万(M)至数千万(1(^M)欧姆；金属栅34则用以提供阴极射出 的电子跃迁的能阶，以降低操作电压；透明导电薄膜322可用氧化铟锡(ITO) 或氧化锌(ZnO)制成，又在放置阴极31与阳极32时须注意，阴极的碳膜层 312与阳极的萤光涂层323需相向摆放。如图3A所示，其中紫外线灯源300置入石英灯管30时，需将阳极32 朝向灯管中涂布光触媒处，而灯管中除了涂布光触媒处外，其余皆涂布反射 性金属层38，以减低紫外线灯的光损耗；阴极31与阳极32分别经由灯管一 侧连结一金属线35、 36连于电源供应器37的负端与正端。以一较佳实施例而言，阳极32和金属栅34距离dl为3至12mm，金属 栅34与阴极31距离d2为2至5mm时，可使操作电压由15kV降至5至15kV。参阅图4所示，为本发明第四实施例紫外线灯的示意图。图4与图3A、 B 的差别在于此一实施例并不需要固定架，而是直接将阴极41、金属栅44与 阳极42依其相对关系固定于灯管的一侧402，再将石英灯管一侧402与石英 灯管体401封装在一起，且此一实施例的反射性涂层48涂布于灯管外侧。其中，阴极41为一镍金属平板411上沉积一碳膜层412组成，阳极42 是在一玻璃基板421上形成一透明导电薄膜422后再涂布一萤光涂层423组 成，金属栅44则由一金属条弯折成平面指状排列且串联一电阻441所组成。 阴极41与阳极42分别经由灯管一侧连结一金属线45、 46连于电源供应器 47的负端与正端。本发明虽以较佳实施例阐明如上，然而其并非用以限定本发明的精神及 发明实体。对所属技术领域中具有通常知识者，当可轻易了解并利用其它元
件或方式来产生相同的功效。因此，在不脱离本发明的精神及范围内所作的 修改，均应包含在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种冷电子紫外线灯，其特征在于，包含一阴极，由镍基底上部分沉积碳膜层所组成；一阳极，由一导电层与涂布于该导电层上的一萤光涂层所组成，其中该萤光涂层所发出的光波长范围为280至400纳米；以及一石英灯管，用以容纳该阴极、该阳极并固定于其中。
2. 如权利要求1所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，更包含一金属栅， 设置于阳极与阴极之间，用以降低该紫外线灯的驱动电压。
3. 如权利要求2所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，于该石英灯管中 更包含一固定架，以固定该阳极、该阴极和该金属栅。
4. 如权利要求2所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该金属栅与该阴 极碳膜层之间距离为Q. 2至0. 5公分，该金属栅与该阳极萤光涂层之间距离 为0. 3至1. 2公分，该碳膜层厚度为1至10微米，而该阳极与该阴极间的 距离为0. 5至1. 5公分，而该冷电子紫外线灯的操作电压为5至15千伏特。
5. 如权利要求1所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该石英灯管内侧 部分表面更包括一光触媒薄膜，该光触媒可为二氧化钛。
6. —种冷电子紫外线灯，其特征在于，包含 一平板阴极，以镍金属板表面沉积碳膜层所组成；一平板阳极，为一玻璃J^l上形成一透明导电层与涂布于该透明导电层上 的 一萤光涂层所组成,其中该萤光涂层所发出的光波长范围为28 0至4 00纳米； 一金属栅，位于该阴极与该阳极之间，用以减低该紫外线灯的驱动电压；以及一石英灯管，将该阳极、该阴极与该金属栅包含并固定于其中。
7. 如权利要求6所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，于该石英灯管中 更包含一固定架，以固定该平板阳极、该平板阴极和该金属栅，且该平板阴极的碳膜层与该平板阳极的萤光涂层为相对位置摆放。
8. 如权利要求6所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该碳膜层厚度为 1至IO微米，而该平板阳极与该平板阴极间的距离为0. 5至1. 5公分，而该 冷电子紫外线灯的操作电压为5至15千伏特，该金属栅与该平板阴极碳膜 层之间距离为0. 2至0. 5公分，该金属栅与该平板阳极萤光涂层之间距离为 0. 3至1. 2公分。
9. 如权利要求6所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该石英灯管内侧 部分表面更包括一光触^ 某薄膜，该光触J^某可为二氧化钛。
10. —种冷电子紫外线灯，其特征在于，包含 一石英灯管；一条状阴极，由一镍金属条部分表面沉积一碳膜层所组成； 一曲面阳极，由一反射金属层形成于该石英灯管上，且该反射金属层上涂布萤光涂层所组成，该萤光涂层所发出的光波长范围为280至400纳米；以及一金属栅，位于该阴极与该阳极之间，用以减低该紫外线灯的驱动电压； 该曲面阳极形成于该石英灯管的管体沿轴向覆盖于该石英灯管，该条状 阴极位于该石英灯管的中心轴向或相对该曲面阳极上的任一处，因此当该冷 电子紫外线灯施以操作电压时，该条状阴极发出电子撞击该萤光涂层后激发 紫外光。
11. 如权利要求10所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该条状阴极至 少在其一端具有弯折处，以利于辨认该碳膜层的沉积面。
12. 如权利要求10所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该碳膜层厚度 为1至10微米，而该曲面阳极与该条状阴极间的距离为0.5至1. 5公分， 而所述的操作电压为5至15千伏特，该金属栅与该条状阴极碳膜层之间距 离为0. 2至0. 5公分,该金属栅与该曲面阳极萤光涂层之间距离为0. 3至1. 2 公分。
13.如权利要求10所述的冷电子紫外线灯，其特征在于，该石英灯管内 侧部分表面更包括一光触媒薄膜，该光触媒可为二氧化钛。
全文摘要
一种冷电子紫外线灯，包含石英灯管，形成于镍基底的碳膜层所组成的阴极，一阳极由一导电层及涂布于其上的荧光涂层组成，该荧光涂层发出的光波长范围为280至400纳米。另一种冷电子紫外线灯，在前述冷电子紫外线灯的基础之上设置一金属栅，介于阳极与阴极之间。再一种冷电子紫外线灯，包含一平板阴极，以镍金属板表面沉积碳膜层组成；一平板阳极，由一玻璃基板上形成一透明导电层与涂布于该透明导电层上的荧光涂层组成，该荧光涂层所发出的光波长范围为280至400纳米；一金属栅，位于该阴极与该阳极之间，用以减低该紫外线灯的驱动电压；以及一石英灯管，将该阳极、该阴极与该金属栅包含并固定于其中。本发明为绿色照明器具，能保护环境，减少污染。
文档编号H01J63/02GK101106064SQ20061010131
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者贾淑瑜 申请人:方针集团科技有限公司