專利名稱：防uv硼硅玻璃、其應(yīng)用以及一種熒光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防UV硼硅玻璃及其應(yīng)用。本發(fā)明還涉及一種熒光燈。
熒光燈，即通常所說的背景燈，被用作例如個人電腦、便攜式電腦、掌上電腦和車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的顯示器的背景照明。
這種類型的小型化熒光燈的典型尺寸是外徑為2-5mm。典型內(nèi)徑為1.8-4.8mm。
盡管標(biāo)準(zhǔn)熒光燈管是由曝光穩(wěn)定性非常低的軟玻璃構(gòu)成的，但為了保證長期運(yùn)行，也使用曝光穩(wěn)定性更好的玻璃制造背景燈(基本結(jié)構(gòu)與熒光燈管相同)。
由于背景燈的結(jié)構(gòu)，所用玻璃必須適于與燈結(jié)構(gòu)中使用的金屬或金屬合金真空密閉熔合。因此，它們的熱膨脹必須與金屬或金屬合金的熱膨脹相配。例如，如果使用鎢，已知W的熱膨脹系數(shù)α20/300為4.4×10-6/K，則α20/300在3.4×10-6/K和4.3×10-6/K之間的玻璃尤其適合。例如，如果使用柯伐合金即一種鐵鈷鎳合金，則α20/300在4.3×10-6/K和6.0×10-6/K之間的玻璃尤其適合。
為使玻璃可以在相對較低的溫度下工作，其趨向于具有低工作點(diǎn)VA，即VA＜1200℃。轉(zhuǎn)變溫度Tg應(yīng)當(dāng)與其要熔合的金屬或金屬合金的熔融特性相配。例如，與柯伐熔合時，轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)選在440-530℃之間。而Tg高達(dá)580℃尤其適合于與鎢熔合。
透射曲線是玻璃的一個重要性質(zhì)。在可見光區(qū)，為了從燈獲得高的光輸出，需要盡可能最高的光透射，而在UV區(qū)目標(biāo)則是沒有透射或只有很低的透射，以使只有盡可能最少量的有害UV輻射穿過。需要防UV與否取決于玻璃的用途。例如，如果它們被用作熒光燈的燈玻璃，則應(yīng)當(dāng)阻擋特別是253nm的Hg線。
例如，對于背景燈，為確保被照射的塑料部件，如便攜式電腦中的，不會變黃和變脆，可取的是≤253nm的高UV阻斷性。此需求一般是由λ≤254nm時UV透射率τ≤0.1％(試樣厚度0.2mm)的玻璃來滿足的。對于其它用途，在λ≤240nm時UV透射率τ≤0.1％已經(jīng)足夠。在任何情況下，從不透射的波長范圍到透射的波長范圍的轉(zhuǎn)變應(yīng)當(dāng)盡可能短，即透射曲線在此區(qū)域應(yīng)當(dāng)盡可能地陡。
對可見光區(qū)的透射的最低要求是，在λ＞400nm和試樣厚度為0.2mm時，透射率為90％。因此，要求τ(＞400nm；0.2mm)≥90％。
熒光燈特別是背景燈用玻璃的另一重要性質(zhì)就是為使燈獲得長工作壽命所需的抗曝光性，即保持盡可能恒定的光輸出。在本文中，術(shù)語“曝光穩(wěn)定性”應(yīng)理解為包括經(jīng)過15小時的HOK-4輻射(即用高壓Hg燈以365nm的主輻射和在200-280nm之間850μW/cm2的輻射強(qiáng)度，以1m的距離對厚度為0.2mm的玻璃試樣進(jìn)行輻射)之后在300nm透射率損失不超過5％的玻璃。
在專利文獻(xiàn)中已經(jīng)公開了對防UV玻璃特別是燈玻璃進(jìn)行了或多或少記述的各種文獻(xiàn)。但是，這些玻璃具有某些缺點(diǎn)，特別是防UV功能不能滿足現(xiàn)在的高要求。
JP8-12369A中所述的放電燈用硼硅玻璃出于防UV目的而包含總量為0.03-3重量％的選自V2O5、Fe2O3、TiO2和CeO2這四種組分中的至少兩種。使用這些組分(在某些情形下以高個體比例使用)和其組合并不能導(dǎo)致高透射率和高抗曝光性。
US5,747,399中記述了一種小型化熒光燈用玻璃，它期望通過TiO2和/或PbO和/或Sb2O3來保持其曝光穩(wěn)定性及其UV不透過性。但是，摻雜TiO2(特別大量摻雜時)會導(dǎo)致玻璃褪色。由于相關(guān)的環(huán)境問題，也不應(yīng)使用PbO。
因此本發(fā)明的一個目的就是提供一種在可見光區(qū)域(＞400nm)具有高透射率和在UV區(qū)(≤240nm)具有高阻擋水平，而且熱膨脹與鎢或柯伐合金的熱膨脹相配的玻璃。
上述目的是通過主權(quán)利要求中所述的硼硅玻璃達(dá)到的。
具有期望的透射性質(zhì)的玻璃包括以下基底玻璃體系(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物含量)55-80的SiO2、8-25的B2O3、0.5-10的Al2O3；1-16的Li2O+Na2O+K2O、0-6的MgO+CaO+SrO+BaO、0-3的ZnO和0-5的ZrO2。
MoO3和/或Br2O3的存在，具體總含量為0.01-5重量％，其中為0-3％的MoO3和0-5％的Bi2O3，對本發(fā)明至關(guān)重要。
最低水平的MoO3和/或Bi2O3是實(shí)現(xiàn)高防UV的一個必要條件。高水平的MoO3和/或Bi2O3會導(dǎo)致玻璃褪色。優(yōu)選0.1重量％的最低總量，特別優(yōu)選0.2重量％的最低總量，和3重量％的最高總量。特別優(yōu)選0.4重量％的最低MoO3含量或1.0重量％的最低Bi2O3含量。Bi2O3還能顯著提高玻璃的曝光穩(wěn)定性。特別是在特別優(yōu)選實(shí)施方案中，可以獲得高達(dá)254nm的防UV能力，即對于0.2mm厚的試樣在τ≤254nm時τ≤0.1％。特別優(yōu)選0.6重量％的最低MoO3含量或1.3重量％的最低Bi2O3含量。
優(yōu)選玻璃包括以下玻璃體系(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物)SiO255-79、B2O310-25、Al2O30.5-10、Li2O+Na2O+K2O 1-16、MgO+CaO+SrO+BaO 0-6、ZnO 0-3、ZrO20-1；Bi2O30-5、MoO30-3；其中BiO2+MoO30.1-5。
特別優(yōu)選玻璃包括以下玻璃體系SiO255-79、B2O38-12.5；Al2O30.5-10、Li2O+Na2O+K2O 1-16；MgO+CaO+SrO+BaO 0-6；ZnO 0-3、ZrO20-3；Bi2O30-5、MoO30-3；其中BiO2+MoO30.01-5。
優(yōu)選不添加ZrO2，以使玻璃中除了由原材料和槽爐腐蝕產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)外，不含有ZrO2。
在上述組成范圍的含有70-80重量％SiO2的玻璃的熱膨脹系數(shù)α20/300在3.4×10-6/K和4.3×10-6/K之間，因此尤其適于與鎢熔合。
特別優(yōu)選選自組成范圍(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物)為SiO273-79、B2O312.5-25；Al2O30.5-10；Li2O+Na2O+K2O 1-11；MgO+CaO+SrO+BaO0-6；ZnO 0-3；ZrO20-5；Bi2O30-5；MoO30-3；其中BiO2+MoO30.01-5的玻璃與鎢熔合。
在上述組成范圍的含有55-75重量％SiO2的玻璃的熱膨脹系數(shù)α20/300在4.3×10-6/K和6.0×10-6/K之間，因此尤其適于與柯伐合金熔合。
特別優(yōu)選選自組成范圍(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物)為SiO255-73；B2O315-25；Al2O31-10；Li2O+Na2O+K2O 4-16；MgO+CaO+SrO+BaO 0-6；ZnO 0-3、ZrO20-5；Bi2O30-5；MoO30-3；其中BiO2+MoO30.01-5的玻璃與柯伐合金熔合。
玻璃中可以含有通常量的標(biāo)準(zhǔn)精煉劑，例如蒸發(fā)精煉劑比如Cl-和F-，以及Redox(氧化還原)精煉劑(由于其多價(jià)陽離子所以是活性的)如SnO2和Sb2O3。優(yōu)選玻璃中含有0-1重量％的Sb2O3、0-1重量％的As2O3、0-1重量％的SnO2、0-1重量％的CeO2、0-0.5重量％的Cl、0-1重量％的F、和以SO3計(jì)0-0.5的硫酸鹽。
CeO2有助于精煉，但如果過量的話可能會對曝光穩(wěn)定性起反作用。
此外，玻璃中可以含有0-5重量％、優(yōu)選0-1重量％的TiO2，和0-1重量％的PbO。TiO2通過將UV緣(即吸收和透射之間的轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)移到較長波范圍，來協(xié)助MoO3和Bi2O3。這使得即使以上述的低MoO3和/或Bi2O3含量，也可能獲得直到240nm，甚至高達(dá)254nm及254nm以上的防UV能力。與現(xiàn)有技術(shù)的TiO2摻雜相比，本發(fā)明所述的摻雜使得可以與TiO2一起配料或?qū)⑵浼尤?，其量小到可以使其破壞性褪色不起任何作用?br>
玻璃中可以含有高達(dá)1重量％的Fe2O3而不會有任何負(fù)面影響。Fe2O3也有助于將吸收緣轉(zhuǎn)移到較長波區(qū)域。
玻璃中可以還含有少量的對玻璃系統(tǒng)無負(fù)面影響的V2O5、Nb2O5和WO3。
Fe2O3、CeO2、V2O5、Nb2O5、WO3、TiO2、PbO、As2O3、Sb2O3的總量不應(yīng)超過5重量％，因?yàn)槿绻^5重量％的話玻璃在可見光區(qū)域會嚴(yán)重褪色。
示例性實(shí)施方案使用標(biāo)準(zhǔn)原材料制造實(shí)施例玻璃和對比玻璃。
在實(shí)驗(yàn)室中，于1600℃下在石英玻璃坩鍋中將充分?jǐn)噭虻呐淞先刍⒕坪途|(zhì)化。然后將玻璃澆鑄并以20K/h的速度冷卻。
表中顯示了根據(jù)本發(fā)明的玻璃的13個實(shí)施例(A1到A13)和2個對比實(shí)施例(C1、C2)，包括它們的組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物)和主要性質(zhì)。
表中給出了以下性質(zhì)·熱膨脹系數(shù)α20/300[10-6/K]·轉(zhuǎn)變溫度Tg[℃]·工作點(diǎn)VA[℃]·軟化點(diǎn)EW[℃]·證明UV區(qū)的阻擋(“防UV”)的τ為至多0.1％(試樣厚度0.2mm)時的最高波長。
表根據(jù)本發(fā)明所述的玻璃(A)和對比玻璃(C)的組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物)和重要性質(zhì)
對比實(shí)施例C1具有一個在很低波長的UV緣，即它不能充分地阻擋UV區(qū)。
含有TiO2的對比實(shí)施例C2具有良好的防UV功能，同樣根據(jù)本發(fā)明所述的未添加TiO2的摻雜玻璃也獲得了良好的防UV功能。
示范實(shí)施方案A1、A3、A7、A9和A10顯示了僅摻雜Bi2O3的玻璃。A2、A4、A8、A11和A12顯示了僅摻雜MoO3的玻璃。A6和A13是混合摻雜Bi2O3和MoO3的實(shí)施例。A5顯示了任選的TiO2組分的輔助作用或，與C2相比，本發(fā)明不必增加TiO2含量而獲得的阻擋效果的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的玻璃具有高抗曝光性，表現(xiàn)為Δ15τ(300nm；0.2mm)＜5％，和在可見光區(qū)域的高透射性，表現(xiàn)為τ(＞400nm；0.2mm)≥90％，以及優(yōu)良的防UV功能，具體表現(xiàn)為τ(≤240nm；0.2mm)≤0.1％或在最高波長下τ至多為0.1％(試樣厚度0.2mm)。此波長為240nm或更高。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，玻璃的UV透射率在λ≤254nm時為τ≤0.1％。
此外，玻璃的工作點(diǎn)VA＜1200℃，從而可以良好地工作。
玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg在440℃到580℃之間。從而它們適于與柯伐合金或鎢熔合，用于與柯伐合金熔合時優(yōu)選使用Tg在440-530℃之間的玻璃，用于與鎢熔合時優(yōu)選使用Tg更高的玻璃。
此外，玻璃的熱膨脹系數(shù)α20/300在3.4×10-6/K和6.0×10-6/K之間。從而它們與鎢或柯伐合金的熱膨脹充分相配，即可以以真空密閉的方式與這些材料中的一種熔合。
具有了這些性質(zhì)以及在λ≤254nm時τ≤0.1％，所述玻璃特別適合于制造熒光燈。
所述玻璃具有高抗結(jié)晶性。從而，非常適于拔管，特別是適于上述小直徑管的拉拔。因此，熒光燈玻璃同樣非常適于制造小型化熒光燈，如用于例如個人電腦、便攜式電腦、筆記本電腦、掌上電腦、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、掃描器的顯示器以及鏡子和圖片的背景照明的小型化熒光燈。
用根據(jù)本發(fā)明的玻璃制造的熒光燈，特別是小型化熒光燈，滿足了對這些燈的要求。
權(quán)利要求
1.一種硼硅玻璃，其組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))為SiO255-80B2O38-25Al2O30.5-10Li2O+Na2O+K2O 1-16MgO+CaO+SrO+BaO0-6ZnO0-3ZrO20-5Bi2O30-5MoO30-3其中Bi2O3+MoO30.01-5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼硅玻璃，其特征在于組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))為SiO255-79B2O310-25Al2O30.5-10Li2O+Na2O+K2O 1-16MgO+CaO+SrO+BaO0-6ZnO0-3ZrO20-1Bi2O30-5MoO30-3其中Bi2O3+MoO30.01-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼硅玻璃，其特征在于組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))為SiO273-79B2O312.5-25Al2O30.5-10Li2O+Na2O+K2O 1-11MgO+CaO+SrO+BaO0-6ZnO0-3ZrO20-5Bi2O30-5MoO30-3其中Bi2O3+MoO30.01-5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼硅玻璃，其特征在于組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))為SiO255-73B2O315-25Al2O31-10Li2O+Na2O+K2O 4-16MgO+CaO+SrO+BaO0-6ZnO0-3ZrO20-5Bi2O30-5MoO30-3其中Bi2O3+MoO30.01-5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼硅玻璃，其特征在于組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))為SiO255-79B2O38-12.5Al2O30.5-10Li2O+Na2O+K2O 1-16MgO+CaO+SrO+BaO0-6ZnO0-3ZrO20-3Bi2O30-5MoO30-3其中Bi2O3+MoO30.01-5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中至少一項(xiàng)所述的硼硅玻璃，其特征在于Bi2O3和MoO3總計(jì)在0.1-5重量％之間，優(yōu)選在0.2-3重量％之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中至少一項(xiàng)所述的硼硅玻璃，其特征在于還含有(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物計(jì))Fe2O30-1CeO20-1TiO20-5PbO 0-3As2O30-1Sb2O30-1其中Fe2O3+CeO2+TiO2+PbO+As2O3+Sb2O3+V2O5+Nb2O5+WO30-5SnO20-1F 0-1Cl 0-0.5SO30-0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中至少一項(xiàng)所述的硼硅玻璃，其轉(zhuǎn)變溫度Tg為440-580℃，熱膨脹系數(shù)α20/300為3.4×10-6/K-6.0×10-6/K，透射率τ在λ≤240nm時為≤0.1％(試樣厚度為0.2mm)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中至少一項(xiàng)所述的硼硅玻璃，其轉(zhuǎn)變溫度Tg為440-580℃，熱膨脹系數(shù)α20/300為3.4×10-6/K-6.0×10-6/K，透射率τ在λ≤254nm時為≤0.1％(試樣厚度為0.2mm)。
10.權(quán)利要求9所述的玻璃在制造熒光燈中的應(yīng)用。
11.權(quán)利要求9所述的玻璃在制造小型化熒光燈中的應(yīng)用。
12.一種用權(quán)利要求9所述的玻璃制造的熒光燈。
13.一種小型化的如權(quán)利要求12所述的熒光燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有以下組成(重量百分?jǐn)?shù)，基于氧化物組分計(jì))的硼硅玻璃55－80的SiO
文檔編號C03C3/23GK1653007SQ03810803
公開日2005年8月10日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者J·費(fèi)希納, F·奧特, R·哈斯佩爾, R·迪策爾 申請人:肖特股份有限公司