一種柔性有機(jī)平板紫外光源及其制備方法
【專利摘要】柔性平板紫外光源，包括由紫外高透的有機(jī)聚合物和超薄玻璃制備的多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)包括前基板、后基板以及位于其間的有機(jī)腔體層；所述前基板、后基板、有機(jī)腔體層的四周邊緣均密封；所述前基板由30-100μm厚度的超薄玻璃、0.1-1mm厚度的有機(jī)聚合物和超薄玻璃上的電極構(gòu)成，后基板由超薄玻璃、有機(jī)聚合物和能夠選擇的在超薄玻璃上熒光粉涂層構(gòu)成；位于前基板和后基板之間的有機(jī)腔體層,厚度在10μm-1mm，內(nèi)部設(shè)置有10μm-5mm寬度的腔體或通道組成的放電空間?？梢园l(fā)出UVA、UVB、UVC波段輻射的光源，增加了純有機(jī)材料器件的氣密性和工作壽命。
【專利說明】一種柔性有機(jī)平板紫外光源及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外光源，尤其涉及一種同時(shí)采用有機(jī)聚合物和超薄玻璃制作而成的柔性平板紫外光源。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外光源在環(huán)保、能源、加工、照明、醫(yī)療等方面，如殺菌、激光激發(fā)源，光敏材料的固化、材料表面處理、刻蝕、污染物的降解、生物醫(yī)學(xué)檢測及診治等有重要應(yīng)用。紫外輻射指光波長介于X射線和可見光波段的電磁福射，主要分為長波(稱為UVA,波長315nm?400nm)、中波(UVB，280nm ?315nm)、短波(UVC，200nm ?280nm)、真空紫外(VUV，IOOnm ?200nm)四個(gè)波段，相應(yīng)的紫外光源分別稱之為長波、中波、短波和真空紫外光源。例如對(duì)于波長在312nm左右的窄譜中波紫外(NB-UVB)光源，在醫(yī)療行業(yè)尤其是治療皮膚頑癥方面得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的紫外光源的結(jié)構(gòu)形式主要有直管形，U形等管狀結(jié)構(gòu)，工作氣體有兩類，一類是汞蒸氣，由于其對(duì)環(huán)境有污染，逐步在減少使用該類光源。另一類是以Xe、Ne、Ar等惰性氣體為工作氣體的紫外光源。后者其工作方式為介質(zhì)阻擋放電(DBD)，產(chǎn)生受激準(zhǔn)分子發(fā)光，具備單色性好，紫外發(fā)光效率高的優(yōu)點(diǎn)。通過等離子體直接發(fā)光或間接激發(fā)熒光粉發(fā)射紫外光，輻射覆蓋UVA、UVB、UVC波段，可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、能源、加工、照明、醫(yī)療等方面。以目前經(jīng)過長期的研究認(rèn)為對(duì)治療白癜風(fēng)、銀屑癬等皮膚病安全有效的NB-UVB光源為例(2005J.Am.Acad.Dermatol.52(4), 660-670 ；2011J Am Acad Dermatol.64(5)，936-49),目前NB-UVB光源主要是由荷蘭飛利浦公司研發(fā)的紫外燈管，市場上絕大多數(shù)NB-UVB紫外線光療儀設(shè)備皆采用該種燈管。由于管狀結(jié)構(gòu)類似普通的日光燈和節(jié)能燈結(jié)構(gòu)，非柔性可彎曲，皮膚接受到的UVB光分布不均，不易精確控制輻射劑量，對(duì)用于臨床醫(yī)療仍有較大的改善空間。此外，管狀等結(jié)構(gòu)體積較為笨重、發(fā)光面分散，對(duì)大面積平面處理有局限性，使用對(duì)紫外波段的高反射材料會(huì)增加成本，否則其實(shí)際的紫外輻射效率降低。由于需要紫外波段的高透過率的密封材料，所以幾乎所有紫外光源都采用石英玻璃(如2006J.Phys.DiAppl.Phys.39，3777 ；CN101540262, CN202084507)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的:克服現(xiàn)有管狀紫外光源的局限性，以及目前超薄紫外光源的紫外透過率低的問題，提供一種工藝簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)輕巧、應(yīng)用廣泛、柔性可彎曲的平板紫外光源。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案:一種柔性平板紫外光源，包括由紫外高透的有機(jī)聚合物和超薄玻璃制備的多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)包括前基板、后基板以及位于其間的有機(jī)腔體層；所述前基板、后基板、有機(jī)腔體層和排氣管利用有機(jī)聚合物封接后，通過排氣管排出空氣和充入工作氣體。
[0006]所述前基板由30-100 μ m的超薄玻璃、有機(jī)聚合物和超薄玻璃上的電極構(gòu)成，后基板由超薄玻璃、有機(jī)聚合物和能夠選擇的在超薄玻璃上熒光粉涂層構(gòu)成。
[0007]位于前基板和后基板之間的有機(jī)腔體層(厚度在10 μ m-lmm)，使用上述有機(jī)聚合物，也可使用PI (如Kapton)或PET薄膜制備，內(nèi)部設(shè)置有10 μ m-5mm寬度的腔體或通道組成的放電空間。
[0008]超薄玻璃由30-100 μ m的鋁硼硅玻璃(如Schott公司的AF32)或石英玻璃等，有機(jī)聚合物層可由室溫硫化娃橡膠(RTV)制備,截止波長在200nm左右。
[0009]所述有機(jī)腔體層的放電空間長度方向?qū)?yīng)著前基板玻璃面上的一組成對(duì)平行排列的電極。所述一組成對(duì)平行排列的電極由銀、銅等導(dǎo)電材料通過絲網(wǎng)印刷或電解光刻制備在超薄玻璃表面，并由紫外高透的有機(jī)聚合物層覆蓋而成。
[0010]所述有機(jī)腔體層含有腔體或通道結(jié)構(gòu)，同時(shí)起到支撐和構(gòu)建放電空間的作用，并在底部后基板玻璃上涂有有熒光粉層。
[0011]紫外輻射基于等離子體發(fā)光以及激發(fā)紫外熒光粉發(fā)光。所充工作氣體主要由Xe、Ne、Ar等惰性氣體，以及其鹵化物如ArCl、KrCl、XeCl等，氣壓在400_760torr，可產(chǎn)生多種波段的紫外輻射。亦可通過等離子體發(fā)光來激發(fā)紫外熒光粉，覆蓋更廣的紫外波段，靈活滿足多種應(yīng)用需求。例如Xe-Ne混合氣體，工作時(shí)可輻射147nm、172nm為主的真空紫外光(VUV);而XeCl準(zhǔn)分子可產(chǎn)生308nm的NB-UVB輻射；通過VUV的紫外輻射激發(fā)紫外熒光粉，可覆蓋UVA、UVB、UVC波段，比如采用紫外熒光粉YA13(B03)4:Gd，可產(chǎn)生312nm紫外輻射，用于制備NB-UVB光源。
[0012]本發(fā)明的制備方法:以絲網(wǎng)印刷或電解光刻制備電極組在超薄玻璃表面，在后基板玻璃上涂復(fù)熒光粉層，在所述前基板玻璃和后基板玻璃之間加入有機(jī)腔體層，使有機(jī)腔體層中的腔體與電極組和電極組對(duì)應(yīng)，最后通過有機(jī)聚合物覆蓋密封前基板玻璃I和后基板玻璃，并連接與有機(jī)腔體層連通的排氣管，使所有放電空間得到有效的充氣和排氣；最后充入工作氣體，氣壓在400-760torr，然后封接排氣管。
[0013]所述排氣管可根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)置為一個(gè)或兩個(gè)；排氣后充入Ar氣，加電運(yùn)行中通過等離子體自身的清潔作用，對(duì)紫外光源前基板和后基板中的有機(jī)聚合物進(jìn)行反應(yīng)，并排出Ar氣再充入工作氣體；減少最終封接后，其碳?xì)漕悮怏w和水氣的排放。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)和制備工藝均簡明可靠，利用介質(zhì)阻擋放電原理，通過等離子體直接發(fā)光或間接激發(fā)熒光粉發(fā)射紫外光，同時(shí)利用有機(jī)聚合物和超薄玻璃作為基板，并使用有機(jī)聚合物封接，內(nèi)部設(shè)置有機(jī)腔體層作為放電空間。除制作電極和熒光粉外只需要100攝氏度或以下的低溫進(jìn)行；不需要制備額外的介質(zhì)層；需要的工作電壓相對(duì)一般等離子體光源較低；通過共面放電設(shè)計(jì)，降低工藝精度要求增加良品率；紫外高透的有機(jī)聚合物與超薄玻璃的有效結(jié)合，使器件柔性可彎曲，并增強(qiáng)了純有機(jī)材料器件的氣密性和工作壽命；回收便利，綠色環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的剖面示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的工作原理示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]圖中1.前基板玻璃，2.電極組，3.后基板玻璃，4.熒光粉層，5.有機(jī)腔體層，6.腔體，7.有機(jī)聚合物，8.排氣管，9.微通道，10.通道。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]如圖1、2所示。在前基板玻璃I上制備電極組2a和電極組2b，在后基板玻璃3上制備熒光粉層4，在所述前基板玻璃I和后基板玻璃3之間加入有機(jī)腔體層5，使有機(jī)腔體層5中的腔體6與電極組2a和電極組2b對(duì)應(yīng)，最后通過有機(jī)聚合物I覆蓋前基板玻璃I和后基板玻璃3，并連接排氣管8。
[0023]有機(jī)腔體層5中制備有微通道9，與腔體6和排氣管8相通，使所有放電空間得到有效的充氣和排氣?？刹捎靡粋€(gè)或兩個(gè)排氣管8同時(shí)使用，最后充入Ar作為工作氣體，氣壓在400-760torr，然后封接排氣管8.[0024]工作原理如下。分在在電極組2a和電極組2b施加反向的正負(fù)交流脈沖，或只在電極組2a中施加正負(fù)交流脈沖，而電極組2b接地，如圖3所示。Ar氣體放電發(fā)出126nm為主的紫外輻射，激發(fā)位于后基板玻璃3上部的熒光粉層4，使之通過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7，發(fā)射紫外光。前基板玻璃I和后基板玻璃3為30-100 u m的鋁硼硅玻璃，如Schott公司的AF32玻璃，截止波長在220nm附近，有機(jī)聚合物層7由室溫硫化硅橡膠(RTV)制備，截止波長在200nm附近。所以可以透過UVA、UVB和UVC波段的紫外輻射。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]把實(shí)施例1中的工作氣體換成Xe 020%),Ne混合氣體，Xe和Ne混合氣體放電發(fā)出147nm和172nm為主的真空紫外光，然后激發(fā)熒光分層4發(fā)射紫外光。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]把實(shí)施例1中的工作氣體換成純Xe體，由于氣壓處于400_760Torr，加電后基態(tài)
Xe原子和激發(fā)態(tài)Xe原子之間的三體碰撞(如Xe^(3P2) + 2Xe ^ Xe^l*) + Xe )增多，使其
氣體放電發(fā)出172nm為主的真空紫外光，然后激發(fā)熒光分層4發(fā)射紫外光，透過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7射出。
[0029]實(shí)施例4:
[0030]把實(shí)施例1中的工作氣體換為Ar與Cl2混合氣體，加電后形成ArCl準(zhǔn)分子，發(fā)出峰值在175nm (B_X態(tài)躍遷)的真空紫外輻射，從而激發(fā)熒光粉層4發(fā)射紫外光，透過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7射出。
[0031]實(shí)施例5:
[0032]如圖4所示，重新設(shè)計(jì)實(shí)施例1中的有機(jī)腔體層5，用連續(xù)通道10替代腔體6和微通道9。通過兩個(gè)排氣管8連接通道9，在其中I個(gè)排氣管8中充入相對(duì)成本較低的Ar氣，加電后通過Ar等離子體自身清潔作用，使有機(jī)腔體層5和有機(jī)聚合物7中產(chǎn)生的碳?xì)漕悮怏w和水氣的排放出去。之后再充入工作氣體，最后封接排氣管8。
`[0033]實(shí)施例6:
[0034]把實(shí)施例1中的前基板玻璃I和后基板玻璃3的鋁硼硅玻璃換為石英玻璃(截止波長在175nm附近)。從而提高UVC波段的紫外透過率。但是會(huì)降低該柔性平板紫外光源的柔性。
[0035]實(shí)施例7:
[0036]結(jié)構(gòu)如圖1所示，區(qū)別為去掉熒光粉層4。其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1相同，充入工作氣體為惰性氣體Xe和Cl2混合氣體。
[0037]工作原理:通過電極組2a和電極組2b施加反相的正負(fù)交流脈沖，使Xe和Cl激發(fā)形成XeCl準(zhǔn)分子，產(chǎn)生308nm (B-X態(tài)躍遷)的NB-UVB輻射，直接透過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7射出。
[0038]實(shí)施例8:
[0039]同實(shí)施例7，充入工作氣體換為Kr和Cl2混合氣體，加電后由KrCl準(zhǔn)分子發(fā)出222nm (B-X態(tài)躍遷)為主的UVC輻射，直接透過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7射出。
[0040]充入工作氣體為惰性氣體鹵化物如KrCl、XeCl時(shí)，產(chǎn)生的紫外光在UVB和UVC范圍，可直接透過前基板玻璃I和有機(jī)聚合物7發(fā)射出來，不需要熒光粉層(4)。
[0041]本實(shí)施例并非限定本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，還可根據(jù)以上啟示得到的等同變換，這仍被認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明之中。
【權(quán)利要求】
1.柔性平板紫外光源，其特征是包括由紫外高透的有機(jī)聚合物和超薄玻璃制備的多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)包括前基板、后基板以及位于其間的有機(jī)腔體層；所述前基板、后基板、有機(jī)腔體層的四周邊緣均密封；所述前基板由30-100 iim厚度的超薄玻璃、0.1-1mm厚度的有機(jī)聚合物和超薄玻璃上的電極構(gòu)成，后基板由超薄玻璃、有機(jī)聚合物和能夠選擇的在超薄玻璃上熒光粉涂層構(gòu)成；位于前基板和后基板之間的有機(jī)腔體層，厚度在10 u m-lmm,內(nèi)部設(shè)置有10 u m-5mm寬度的腔體或通道組成的放電空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性平板紫外光源，其特征是有機(jī)聚合物層為室溫硫化硅橡膠、PI或PET薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性平板紫外光源，其特征是超薄玻璃由30-100的鋁硼硅玻璃或石英玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的柔性平板紫外光源，所述有機(jī)腔體層的放電空間長度方向?qū)?yīng)著前基板玻璃面上的一組成對(duì)平行排列的電極；所述一組成對(duì)平行排列的電極由銀、銅等導(dǎo)電材料通過絲網(wǎng)印刷或電解光刻制備在超薄玻璃表面，并由紫外高透的有機(jī)聚合物層覆蓋而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性平板紫外光源，所述有機(jī)腔體層含有腔體或通道結(jié)構(gòu)，同時(shí)起到支撐和構(gòu)建放電空間的作用，并在底部后基板玻璃上涂有有熒光粉層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的柔性平板紫外光源，有機(jī)腔體的放電空間內(nèi)所充工作氣體為Xe、Ne、Ar惰性的氣體或ArCl、KrCl、XeCl氣體，及其所述氣體的混合物，氣壓在400-760torr。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的柔性平板紫外光源的制備方法，其特征是以絲網(wǎng)印刷或電解光刻制備電極組在超薄玻璃表面，在后基板玻璃(3)上涂復(fù)熒光粉層4，在所述前基板玻璃(I)和后基板玻璃(3 )之間加入有機(jī)腔體層(5 )，使有機(jī)腔體層(5 )中的腔體(6 )與電極組(2a)和電極組(2b )對(duì)應(yīng)，最后通過有機(jī)聚合物(7 )覆蓋密封前基板玻璃(I)和后基板玻璃(3 )，并連接與有機(jī)腔體層連通的排氣管(8 )，使所有放電空間得到有效的充氣和排氣；然后充入工作氣體，氣壓在400-760torr，最后封接排氣管(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7述的柔性平板紫外光源的制備方法，其特征是所述排氣管可根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)置為一個(gè)或兩個(gè)；排氣后充入Ar氣，加電運(yùn)行中通過等離子體自身的清潔作用，對(duì)紫外光源前基板和后基板中的有機(jī)聚合物進(jìn)行反應(yīng)，排出Ar氣、碳?xì)漕悮怏w和水氣再充入工作氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7述的柔性平板紫外光源的制備方法，其特征是充入工作氣體為惰性氣體鹵化物如KrCl、XeCl時(shí)，產(chǎn)生的紫外光在UVB和UVC范圍，可直接透過前基板玻璃和有機(jī)聚合物發(fā)射出來。
【文檔編號(hào)】H01J9/00GK103681211SQ201310571991
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】匡文劍, 李青, 哈姆托勒, 胡凱 申請(qǐng)人:南京康橋新港光電有限公司