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WO 2008/145908 PCT/FR2008/050694
LAMPE PLANE UV A DECHARGE UTILISATIONS ET FABRICATION
La présente invention concerne le domaine des lampes planes UV
(UV pour ultraviolet) et en particulier a trait aux lampes planes UV à
décharge et aux utilisations de telles lampes UV et à sa fabrication.
Les lampes UV classiques sont formées par des tubes fluorescents
UV remplis de mercure et disposés côte à côte pour former une surface
émettrice. Ces tubes ont une durée de vie limitée. En outre, l'homogénéité
io du rayonnement UV émis est difficile à obtenir pour des grandes surfaces.
Enfin, de telles lampes sont lourdes et encombrantes.
Le document US4945290 décrit une lampe plane UV à décharge
transmettant un rayonnement UV bidirectionnel, comprenant :
- des première et deuxième parois planes, en saphir ou quartz,
maintenues sensiblement parallèles et scellées entre elles,
délimitant ainsi un espace interne rempli d'un gaz source du
rayonnement UV,
- deux électrodes sous forme de grilles métalliques intégrées dans
le quartz ou sur les faces principales externes des première et
deuxième parois planes et à des potentiels donnés distincts pour
une décharge perpendiculaire entre les parois.
Le document US4983881 décrit une lampe plane UV similaire avec
des revêtements luminophores sur les faces principales internes des
première et deuxième parois diélectriques le luminophore émettant ledit
rayonnement UV en étant excité par le gaz plasmagène.
L'invention a pour objet de fournir une lampe UV plane à décharge
fiable performante, de conception et/ou de fonctionnement alternative de
préférence plus simple, facile à réaliser ceci pour une large gamme
d'applications.
A cet effet, l'invention propose une lampe plane à décharge
transmettant un rayonnement dans l'ultraviolet, dit UV, comprenant :
- des première et deuxième parois diélectriques planes en regard,
maintenues sensiblement parallèles entre elles et scellées entre
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elles, délimitant ainsi un espace interne rempli de gaz, la
première paroi au moins étant en un matériau transmettant ledit
rayonnement UV,
- des premières et deuxièmes électrodes, à des potentiels donnés
distincts pour une décharge perpendiculaire entre les parois
( configuration non coplanaire ),
- une première électrode sur la face principale externe de la
première paroi diélectrique, la première électrode au moins étant
une couche discontinue arrangée ainsi pour permettre une
transmission globale (optimale) de l'UV,
- une deuxième électrode intégrée à la deuxième paroi diélectrique
ou sur la face principale externe de la deuxième paroi diélectrique
- une source du rayonnement UV comprenant le gaz et/ou un
revêtement luminophore sur une face principale interne de la
première et/ou de la deuxième paroi diélectrique, le luminophore
émettant ledit rayonnement UV en étant excité par le gaz.
La lampe plane à décharge selon l'invention est plus simple à
fabriquer et donne accès notamment à des matériaux opaques pour faire la
première électrode et de préférence la deuxième électrode
L'utilisation d'une couche discontinue (monocouche ou multicouche)
permet d'ajuster voire d'améliorer le seuil de transmission à façon
notamment pour renforcer l'homogénéité.
La première électrode (et de préférence la deuxième électrode) peut
être discontinue en formant des zones d'électrodes discontinues (espacées
entre elles) et/ou en en étant une couche électrocondutrice avec des zones
sans couche (isolantes). On peut former un réseau unidimensionnel ou
bidimensionnel de zones d'électrodes (rangée(s) de lignes, de bandes, de
grille ...).
La lampe UV selon l'invention peut prendre des dimensions de
l'ordre de celles atteintes actuellement avec les tubes fluorescents, ou bien
supérieures, par exemple d'au moins 1 mz.
De préférence, le facteur de transmission de la lampe selon
l'invention autour du pic dudit rayonnement UV peut être supérieur ou égal
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à 50%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 70%, et même
supérieur ou égal à 80%.
La lampe doit être hermétique, le scellement périphérique peut
être fait de différentes manières :
- par un joint de scellement (polymérique, type silicone, ou encore
minéral, type fritte de verre),
- par un cadre périphérique lié aux parois (par collage ou tout autre
moyen par exemple un film à base de fritte de verre), par
exemple en verre.
Le cadre peut éventuellement servir d'espaceur, remplacer un ou
des espaceurs ponctuels.
Les parois diélectriques font office de protection capacitive des
électrodes contre le bombardement ionique.
Chaque électrode peut être associée à la face externe de la paroi
diélectrique en jeu de différentes manières : elle peut directement déposée
sur la face externe (solution préférée pour la première électrode) ou être
sur un élément porteur diélectrique, lequel est assemblé à la paroi de sorte
que l'électrode soit plaquée contre sa face externe.
Cet élément porteur diélectrique, de préférence mince, peut être un
film plastique, notamment un intercalaire de feuilletage avec un contre
verre pour une protection mécanique, ou une feuille diélectrique par
exemple collée par une résine ou un joint minéral de préférence en
périphérie pour laisser passer l'UV le cas échéant.
Des matières plastiques qui conviennent sont par exemple
- le polyuréthane (PU) utilisé souple, le copolymère
éthylène/acétate de vinyle (EVA) ou le polyvinyl butyral (PVB),
ces plastiques servant comme intercalaire de feuilletage, par
exemple avec une épaisseur entre 0,2 mm et 1,1 mm,
notamment entre 0,3 et 0,7 mm, éventuellement porteur d'une
électrode (de préférence la deuxième électrode),
- le polyuréthane rigide, les polycarbonates, des acrylates comme
le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), utilisés notamment
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comme plastique rigide, éventuellement porteur d'une électrode
(de préférence la deuxième électrode).
On peut aussi utiliser du PE, du PEN ou du PVC ou encore le
poly(téréphtalate d'éthylène (PET), ce dernier pouvant être mince,
notamment entre 10 et 100 pm, et pouvant porter la deuxième électrode.
Le cas échéant, on veille naturellement à la compatibilité entre
différents plastiques utilisés, notamment à leur bonne adhérence.
Naturellement, tout élément diélectrique rajouté est choisi
transmettant ledit rayonnement UV s'il est disposé d'un côté émetteur de la
lo lampe UV.
Le rayonnement UV peut être transmis par un seul côté : la
première paroi. Dans ce cas, on peut choisir une deuxième électrode
formant une couche pleine réfléchissante aux UV et/ou une deuxième paroi
diélectrique absorbant les UV et de préférence avec un coefficient de
dilation proche de la première paroi. On peut aussi choisir tout type de
matériau d'électrode (opaque ou non) par exemple une électrode à fils ou à
couche intercalé dans un feuilletage de la deuxième paroi avec un contre
verre ou un plastique rigide.
De préférence, le rayonnement UV peut être bidirectionnel, de
même intensité ou d'intensité distincte des deux côtés de la lampe.
Pour gagner en compacité, en temps de fabrication et/ou en
transmission UV, la première (et de préférence la deuxième électrode
choisie sous forme de couche) peut être de préférence déposée
(directement) sur la face externe et n'être pas couverte par un diélectrique
(notamment par un diélectrique (film etc) couvrant la surface.
On peut éventuellement prévoir une surcouche de protection
discontinue (par exemple diélectrique), superposée à la couche.
On peut éventuellement prévoir une sous-couche fonctionnelle (par
exemple diélectrique, barrière, d'accrochage ...) sous la couche d'électrode,
3o et de préférence discontinue et de manière analogue à la couche
d'électrode.
Avec un matériau d'électrode transmettant ledit rayonnement UV,
on peut naturellement augmenter la transmission par les discontinuités de
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la couche Il peut s'agir notamment d'une couche très mince d'or, par
exemple de l'ordre de 10 nm, ou de métaux alcalins tels que potassium,
rubidium, césium, lithium ou potassium par exemple de 0,1 à 1 pm, ou
encore être en un alliage par exemple avec 25% sodium et 75% de
5 potassium.
Le matériau d'électrode n'est pas nécessairement suffisamment
transparent aux UV. Un matériau d'électrode (première et de préférence
deuxième électrode) relativement opaque audit rayonnement UV est par
exemple :
- de l'oxyde d'étain dopé fluor (Sn02:F), ou à l'antimoine, de l'oxyde
de zinc dopé ou allié avec au moins l'un des éléments suivants :
de l'aluminium, du gallium, de l'indium, du bore, de l'étain, (par
exemple ZnO : AI, ZnO :Ga, ZnO : In, ZnO : B, ZnSnO),
- de l'oxyde d'indium dopé ou allié notamment avec le zinc (IZO),
le gallium et le zinc (IGZO), l'étain (ITO),
les oxydes conducteurs sont par exemple déposés sous vide,
- un métal : de l'argent, du cuivre ou de l'aluminium, de l'or
molybdène, tungstène, titane, nickel, chrome, platine
La couche formant première et de préférence deuxième électrode
peut être déposée par tout moyen connu de dépôt, tels que des dépôts par
voie liquide, dépôts sous vide (pulvérisation notamment magnétron,
évaporation), par pyrolyse (voie poudre ou gazeuse) ou par sérigraphie, par
jet d'encre par raclage ou plus généralement par impression.
Un matériau d'électrode (première électrode et de préférence
deuxième électrode) relativement opaque audit rayonnement UV est par
exemple à base des particules métalliques ou d'oxydes conducteurs, par
exemple ceux déjà cités),
On peut choisir des nanoparticules, donc de taille nanométrique,
(par exemple avec une dimension maximale nanométrique, et/ou un D50
3o nanométrique), notamment de taille entre 10 et 500 nm, voire inférieure à
100 nm, pour faciliter le dépôt formation de fins motifs (pour une
transmission globale suffisante par exemple), notamment par sérigraphie.
Comme (nano)particules métalliques (sphère, paillette ou
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flake ...), on peut choisir notamment des (nano)particules à base d'Ag,
Au, AI, Pd, Pt, Cr, Cu, Ni.
Les (nano)particules sont de préférence dans un liant. On ajuste la
résistivité pour la concentration des (nano)particules dans un liant.
Le liant peut être éventuellement organique, par exemple des
résines acryliques, époxy, polyuréthane, ou être élaboré par voie sol-gel
(minéral, ou hybride organique inorganique...).
Les (nano)particules peuvent être déposées à partir d'une dispersion
dans un solvant (alcool, cétone, eau, glycol...).
Des produits commerciaux à base de particules pouvant être utilisés
pour former la première et/ou la deuxième électrode sont les produits
vendus par la compagnie Sumitomo Metal Mining Co. Ltd suivants :
- X100 , X100 D particules d'ITO dispersées dans un liant résine
(optionnel) et avec solvant cétone,
- X500 particules d'ITO dispersées dans un solvant alcool,
- CKR particules d'argent revêtu d'or, dans un solvant alcool,
- CKRF particules d'or et d'argent agglomérées.
La résistivité souhaitée est ajustée en fonction de la formulation.
Des particules sont aussi disponibles par Cabot Corporation of
USA (e.g. Produit No. AG-IJ-G-100-S1), ou Harima Chemicals, Inc. du
Japon (séries NP).
De préférence, les particules et/ou le liant sont essentiellement
minérales.
Pour la première électrode et de préférence pour la deuxième
électrode (notamment si un rayonnement bidirectionnel est souhaité) on
choisit :
- une pâte de sérigraphie, notamment
- une pâte chargée de (nano)particules (telle que déjà citées, de
préférence à l'argent et/ou à l'or) : un émail conducteur (une
fritte de verre fondue à l'argent), une encre, une pâte organique
conductrice (à matrice polymère), un PSS-PEDOT (de Bayer,
Agfa) et un polyaniline,
- une couche sol-gel avec des (nano)particules conductrices
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(métalliques) précipitant après impression,
- une encre conductrice chargée de (nano)particules (telle que déjà
citées, de préférence à l'argent et/ou à l'or) déposée par jet
d'encre, par exemple l'encre décrite dans le document
US 20070283848
De préférence, la première électrode (et la deuxième électrode) est
essentiellement minérale.
L'arrangement de la première électrode (et de préférence de la
deuxième électrode le cas échéant) peut être obtenu directement par
io dépôt(s) de matériau(x) électroconducteur(s) afin de réduire les coûts de
fabrications. On évite ainsi des poststructurations, par exemple des
gravures sèches et/ou humides, faisant souvent appel aux procédés de
lithographies (exposition d'une résine à un rayonnement et
développement).
Cet arrangement direct en réseau peut être obtenu directement par
une ou plusieurs méthodes de dépôts appropriées, de préférence un dépôt
par voie liquide, par impression, notamment plane ou rotative, par exemple
en utilisant un tampon encreur, ou encore par jet d'encre (avec une buse
appropriée), par sérigraphie ( screen or silk printing en anglais), par
simple raclage.
Par sérigraphie, on choisit une toile synthétique, en soie, en
polyester, ou métallique avec une largeur de mailles et une finesse de
maille adaptées.
La première et/ou la deuxième électrode peut être ainsi
principalement sous forme d'une série de bandes équidistantes, lesquelles
pouvant être reliées par une bande notamment périphérique pour une
alimentation électrique commune. Les bandes peuvent être linéaires, ou
être de formes plus complexes, non linéaires, par exemple coudées, en V,
ondulées, en zigzag.
Les bandes peuvent être linéaires sensiblement parallèles,
présentant une largeur li et étant espacées d'une distance dl, le rapport Il
sur dl pouvant être compris entre 10% et 50%, pour permettre une
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transmission globale UV d'au moins 50%, le rapport li/di pouvant aussi
être ajusté en fonction de la transmission de la paroi associée.
Plus largement, la première et/ou la deuxième électrode peut être
au moins deux séries de bandes (ou lignes) croisées, par exemple
organisées en tissu, toile, grille.
Par exemple, on choisit pour toutes les séries de bandes, la même
taille de bande et d'espacement entre bandes adjacentes.
Par ailleurs, chaque bande peut être pleine ou de structure ouverte.
Pour la deuxième électrode, les bandes pleines peuvent être
notamment formées à partir de fils conducteurs jointifs (parallèles ou en
tresse etc) ou d'un ruban (en cuivre, à coller...)
Les bandes pleines peuvent être à partir d'un revêtement déposé
par tous moyens connus de l'homme du métier tels que des dépôts par voie
liquide, dépôts sous vide (pulvérisation magnétron, évaporation), par
pyrolyse (voie poudre ou gazeuse) ou par sérigraphie.
Pour former des bandes, en particulier, il est possible d'employer
des systèmes de masquage pour obtenir directement la répartition
recherchée, ou encore, de graver un revêtement uniforme par ablation
laser, par gravure chimique ou mécanique.
Chaque bande à structure ouverte peut aussi être formée d'une ou
plusieurs séries de motifs conducteurs, formant un réseau. Le motif est
notamment géométrique allongé ou non (carré, rond, etc).
Chaque série de motifs peut être définie par des motifs équidistants,
avec un pas donné dit pi entre motifs adjacents et une largeur dite 12 de
motifs. Deux séries de motifs peuvent être croisées. Ce réseau peut être
notamment organisé comme une grille, comme un tissu, une toile. Ces
motifs sont par exemple en métal comme le tungstène, le cuivre ou le
nickel.
Chaque bande à structure ouverte peut être à base de fils
conducteurs (pour la deuxième électrode) et/ou de pistes conductrices.
Aussi, on peut obtenir une transmission globale aux UV en adaptant
le rapport li sur di de la ou des séries de bandes en fonction de la
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transmission souhaitée et/ou en adaptant, en fonction de la transmission
souhaitée, la largeur 12 et/ou le pas pi de bandes à structure ouverte.
Ainsi, le rapport largeur 12 sur pas pi peut être de préférence
inférieur ou égal à 50% de préférence inférieur ou égal à 10%, encore plus
préférentiellement inférieur ou égal à 1%.
Par exemple, le pas pi peut être compris entre 5 pm et 2 cm, de
préférence entre 50 pm et 1,5 cm, encore plus préférentiellement 100 pm
et 1 cm, et la largeur 12 peut être entre 1 pm et 1 mm, de préférence entre
10et50pm.
A titre d'exemple, on peut utiliser un réseau de pistes conductrices
(en grille, etc) avec un pas pi entre 100 pm et 1 mm, voire 300 pm, et une
largeur 12 de 5 pm à 200 pm, inférieur ou égal à 50 pm voire entre 10 à
pm.
Un réseau de fils conducteurs pour la deuxième électrode peut avoir
15 un pas pi entre 1 et 10 mm, notamment 3 mm, et une largeur 12 entre 10
et 50 pm, notamment entre 20 et 30 pm.
Pour la deuxième électrode, les fils peuvent être intégrés au moins
en partie dans la deuxième paroi diélectrique associée, ou alternativement
au moins en partie intégrés dans un intercalaire de feuilletage, notamment
20 PVB ou PU.
Lorsque le gaz est source UV alors afin de changer d'UV, le gaz doit
être remplacé et il est alors nécessaire d'adapter les conditions de décharge
et d'émission d'UV (pression, tension d'alimentation, hauteur de gaz, etc)
en conséquence.
Si l'on choisit le(s) revêtement(s) luminophore(s) en fonction du ou
des UV que l'on souhaite produire, indépendamment des conditions de
décharge. Il n'est aussi pas nécessaire de changer de gaz excitateur.
Il existe notamment des luminophores émettant dans les UVC à
partir d'un rayonnement VUV par exemple produit par un ou des gaz rares
(Xe, Ar, Kr, etc). Par exemple, un rayonnement UV à 250 nm est émis par
des luminophores après excitation par un rayonnement VUV inférieur à
200 nm. On peut citer les matériaux dopés au Pr ou Pb tels que : LaPO4: Pr,
CaS04: Pb etc.
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Il existe aussi des luminophores émettant dans les UVA ou proche
UVB également à partir d'un rayonnement VUV. On peut citer les matériaux
dopés au gadolinium tels que le YBO3:Gd ; le YB205 :Gd ; le LaP3O9:Gd ; le
NaGdSiO4 ; le YAI3(BO3)4: Gd ; le YPO4: Gd ; le YAIO3: Gd ; le SrB4O7: Gd ; le
5 LaPO4:Gd ; le LaMgBSO1o:Gd, Pr ; le LaB3O$:Gd, Pr ; le (CaZn)3(PO4)z:Tl.
Il existe en outre des luminophores émettant dans les UVA à partir
d'un rayonnement UVB ou UVC par exemple produit par du mercure ou de
préférence un (des) gaz comme les gaz rares et/ou halogènes (Hg, Xe/Br,
Xe/I, Xe/F, CIZ, ...). On peut citer par exemple le LaPO4:Ce ; le
10 (Mg,Ba)AI11O1g:Ce ; le BaSizO5:Pb ; le YPO4:Ce ; le (Ba,Sr,Mg)3SizO7:Pb ;
le
SrB4O7: Eu. Par exemple, un rayonnement UV supérieur à 300 nm,
notamment entre 318 nm et 380 nm, est émis par des luminophores après
excitation par un rayonnement UVC de l'ordre de 250 nm.
Ainsi, le gaz peut consister en un gaz ou un mélange de gaz choisi
parmi les gaz rares et/ou les halogènes. Le taux d'halogène (en mélange
avec un ou des gaz rares) peut être choisi inférieur à 10% par exemple 4%.
On peut aussi utiliser des composés halogénés. Les gaz rares et les
halogènes présentent l'avantage d'être insensibles aux conditions
climatiques.
Le tableau 1 ci-après indique les pics de rayonnement des gaz
émetteurs d'UV émetteur(s) d'UV et/ou excitateurs des luminophores.
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Gaz émetteur(s) d'UV et/ou Pic(s) (nm)
excitateur(s) de luminophore
Xe 172
F2 158
Br2 269
C 259
IZ 342
XeI /KrI 253
ArBr / KrBr / XeBr 308 / 207 / 283
ArF / KrF / XeF 351 / 249 / 351
ArCI / KrCI / XeCI 351 / 222 / 308
Hg 185, 254, 310, 366
Tableau 1
Encore plus préférentiellement, on choisira comme gaz excitateur un
ou des gaz rares, notamment le xénon.
Naturellement, pour maximiser la zone de décharge et pour une
décharge homogène, les première et deuxième électrodes, continue ou par
morceau, peuvent s'étendre sur des surfaces de dimensions au moins
sensiblement égales à la surface des parois inscrite dans l'espace interne.
Pour plus de simplicité et pour faciliter le scellement, les première et
io deuxième parois diélectriques peuvent être en matériaux identiques ou au
moins de coefficient de dilatation proche.
Le matériau transmettant ledit rayonnement UV du premier voire de
la deuxième paroi diélectrique peut être choisi de préférence parmi le
quartz, la silice, le fluorure de magnésium (MgF2) ou de calcium (CaF2), un
verre borosilicate, un verre silicosodocalcique notamment avec moins de
0,05% de Fe203.
A titre d'exemple pour des épaisseurs de 3 mm
- les fluorures de magnésium ou de calcium transmettent à plus de
80% voire 90% sur toute la gamme des UVs c'est-à-dire les UVA
(entre 315 et 380 nm), les UVB (entre 280 et 315 nm), les UVC
(entre 200 et 280 nm), ou les VUV (entre environ 10 et 200 nm),
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- le quartz et certaines silices de haute pureté transmettent à plus
de 80% voire 90% sur toute la gamme des UVA, UVB et UVC,
- le verre borosilicate, comme le borofloat de Schott, transmet à
plus de 70% sur toute la gamme des UVA,
- les verres silicosodocalciques avec moins de 0,05% de Fe III ou
de Fe203, notamment le verre Diamant de Saint-Gobain, le verre
Optiwhite de Pilkington, le verre B270 de Schott, transmettent à
plus de 70% voire 80% sur toute la gamme des UVA.
Un verre silicosodocalcique, tel que le verre Planilux vendu par la
lo société Saint-Gobain, présente une transmission supérieure à 80% au-delà
de 360 nm ce qui peut suffire pour certaines réalisations et certaines
applications.
Dans la structure de lampe plane UV selon l'invention, la pression de
gaz dans l'espace interne peut être de l'ordre de 0,05 à 1 bar.
Les parois diélectriques peuvent être de toute forme : le contour des
parois peut être polygonal, concave ou convexe, notamment carré ou
rectangulaire, ou courbe, notamment rond ou ovale.
Les parois diélectriques peuvent être légèrement bombées selon un
même rayon de courbure, et sont de préférence maintenues à distance
constante par exemple par un espaceur (par exemple cadre périphérique)
ou des espaceurs (ponctuels etc) en périphérie ou de préférence répartis
(régulièrement, uniformément) dans l'espace interne. Par exemple il s'agit
de billes de verre. Ces espaceurs, que l'on peut qualifier de ponctuels
lorsque leurs dimensions sont considérablement inférieures aux dimensions
des parois verrières, peuvent affecter des formes diverses, notamment
sphériques, sphériques bi-tronquées à faces parallèles, cylindriques, mais
aussi parallélépipédiques à section polygonale, notamment en croix, tels
que décrits dans le document WO 99/56302.
L'écartement entre les deux parois diélectriques peut être fixé par
les espaceurs à une valeur de l'ordre de 0,3 à 5 mm. Une technique de
dépose des espaceurs dans des vitrages isolants sous vide est connue de
FR-A-2 787 133. Selon ce procédé, on dépose sur une plaque de verre des
points de colle, notamment de l'émail déposé par sérigraphie, d'un diamètre
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inférieur ou égal au diamètre des espaceurs, on fait rouler les espaceurs sur
la plaque de verre de préférence inclinée de manière à ce qu'un unique
espaceur se colle sur chaque point de colle. On applique ensuite la seconde
plaque de verre sur les espaceurs et on dépose le joint de scellage
périphérique.
Les espaceurs sont réalisés en un matériau non-conducteur pour ne
pas participer aux décharges ou faire de court-circuit. De préférence, ils
sont réalisés en verre, notamment de type sodocalcique. Pour éviter une
perte de lumière par absorption dans le matériau des espaceurs, il est
lo possible de revêtir la surface des espaceurs d'un matériau transparent ou
réfléchissant les UV ou avec un matériau luminophore identique ou différent
de celui utilisé pour la(les) paroi(s).
Suivant une réalisation, la lampe UV peut être produite en
fabriquant tout d'abord une enceinte scellée où la lame d'air intermédiaire
est à pression atmosphérique, puis en faisant le vide et en introduisant le
gaz à plasma à la pression souhaitée. Suivant cette réalisation, l'une des
parois comporte au moins un trou percé dans son épaisseur obstrué par un
moyen de scellement.
La lampe UV peut avoir une épaisseur totale inférieure ou égale à
2o 30 mm, préférentiellement inférieure ou égale à 20 mm.
De préférence les parois sont scellées par un joint de scellement
périphérique qui est minéral, par exemple à base de fritte de verre.
La première électrode peut être à un potentiel inférieur à la
deuxième électrode notamment dans une configuration avec un coté
émetteur, la deuxième électrode pouvant alors être protégée par du
diélectrique.
La première électrode peut être à un potentiel inférieur ou égal à
400 V (typiquement tension crête), de préférence inférieur ou égal à 220 V,
encore plus préférablement inférieur ou égal à 110 V et/ou à une fréquence
f est inférieure ou égale à 100 Hz, de préférence inférieure ou égale à 60 et
encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 Hz.
V1 est de préférence inférieur ou égal à 220 V et la fréquence f est
de préférence inférieure ou égale à 50 Hz.
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La première électrode peut être de préférence à la masse.
L'alimentation de la lampe UV peut être alternative, périodique,
notamment sinusoïdale, impulsionnelle, en créneau (carré etc).
La lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée tant
dans le domaine industriel par exemple pour l'esthétique, l'électronique ou
pour l'alimentaire que dans le domaine domestique, par exemple pour la
décontamination d'eau du robinet, d'eau potable de piscine, d'air, le
séchage UV, la polymérisation.
En choisissant un rayonnement dans l'UVA voire dans l'UVB, la
io lampe UV telle que décrite précédemment peut être utilisée :
- comme lampe à bronzer (notamment 99,3% dans l'UVA et 0,7%
dans l'UVB selon les normes en vigueur), notamment intégrée
dans une cabine de bronzage,
- pour les processus d'activation photochimique, par exemple pour
une polymérisation, notamment de colles, ou une réticulation ou
pour le séchage de papier,
- pour l'activation de matière fluorescente, telle que l'éthidium
bromide utilisée en gel, pour des analyses d'acides nucléiques ou
de protéines,
- pour l'activation d'un matériau photocatalytique par exemple pour
réduire les odeurs dans un réfrigérateur ou les saletés.
En choisissant un rayonnement dans l'UVB, la lampe sert pour
favoriser la formation de vitamine D sur la peau.
En choisissant un rayonnement dans l'UVC, la lampe UV telle que
décrite précédemment peut être utilisée pour la désinfection/stérilisation
d'air, d'eau ou de surfaces par effet germicide, notamment entre 250 nm et
260 nm.
En choisissant un rayonnement dans l'UVC lointain ou de préférence
dans le VUV pour la production d'ozone, la lampe UV telle que décrite
précédemment sert notamment pour le traitement de surfaces, en
particulier avant dépôt de couches actives pour l'électronique,
l'informatique, l'optique, les semi-conducteurs, ...
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La lampe peut être intégrée par exemple dans un équipement
électroménager tel que réfrigérateur, tablette de cuisine.
L'invention a aussi pour objet le procédé de fabrication de lampe
UV, notamment du type de celle décrite précédemment, dans lequel l'on
5 forme une électrode discontinue (première électrode et/ou deuxième
électrode) pour une transmission globale aux UV directement par dépôt par
voie liquide sur la face principale d'une paroi diélectrique l'on forme
l'arrangement de la directement par dépôt par voie liquide sur la face
externe (revêtue d'une sous couche ou non) de la première paroi
10 On préfère notamment une technique d'impression, (flexographie,
tampographie, au rouleau..) et notamment la sérigraphie ou le jet d'encre.
Par ailleurs, on forme généralement une zone périphérique
d'alimentation électrique des électrodes. Cette zone, par exemple formant
une bande est dite bus bar , et elle-même reliée, par exemple par
15 brasure ou soudure à un moyen d'alimentation (via un clinquant, un fil, un
câble ..). Cette zone peut s'étendre le long d'un ou plusieurs côtés.
Cette zone d'alimentation électrique peut être sérigraphiée,
notamment en émail à l'argent.
Aussi, on peut préférer former au moins une zone périphérique
2o d'alimentation électrique de l'électrode discontinue pendant l'étape de
dépôt
de ladite électrode par sérigraphie (de préférence d'un émail conducteur)
voire par jet d'encre. Ce procédé de fabrication de l'électrode UV convient
pour la lampe UV telle que celle décrite précédemment ou pour une lampe
UV avec des électrodes sur les faces internes, ou encore l'une sur une face
interne, l'autre sur une face externe.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention
apparaissent à la lecture de l'exemple de la lampe plane UV illustrée par la
figure 1 suivante qui représente schématiquement une vue de coupe
latérale d'une lampe plane UV à décharge dans un mode de réalisation de
l'invention.
On précise que pour un souci de clarté les différents éléments des
objets représentés ne sont pas nécessairement reproduits à l'échelle.
La figure 1 présente une lampe plane UV 1 à décharge comportant
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des première et deuxième plaques 2, 3, par exemple rectangulaires,
présentant chacune une face externe 21, 31 et une face interne 22, 32. La
lampe 1 émet un rayonnement UV bidirectionnel par ses faces externes 21,
31.
La surface de chaque plaque 2, 3 est par exemple de l'ordre de 1m2
voire au-delà et leur épaisseur de 3 mm.
Les plaques 2, 3 sont associées avec mise en regard de leurs faces
internes 22, 32 et sont assemblées par l'intermédiaire d'un joint
périphérique délimitant l'espace interne, ici par une fritte de scellage 8,
par
io exemple une fritte de verre de coefficient de dilation thermique voisin de
celui des plaques 2, 3.
En variante, les plaques sont assemblées par une colle par exemple
silicone (formant un joint) ou encore par un cadre en verre thermoscellé.
Ces modes de scellement sont préférables si l'on choisit des plaques 2, 3
avec des coefficients de dilation trop distincts.
L'écartement entre les plaques est imposé (à une valeur
généralement inférieure à 5 mm) par des espaceurs 9 en verre disposés
entre les plaques. Ici, l'écartement est par exemple de 1 à 2 mm.
Les espaceurs 9 peuvent avoir une forme sphérique, cylindrique,
cubique ou une autre section polygonale par exemple cruciforme. Les
espaceurs peuvent être revêtus, au moins sur leur surface latérale exposée
à l'atmosphère de gaz à plasma, d'un matériau réfléchissant les UV.
La première plaque 2 présente à proximité de la périphérie un trou
13 percé dans son épaisseur, de quelques millimètres de diamètre dont
l'orifice externe est obstrué par une pastille de scellement 12 notamment en
cuivre soudée sur la face externe 21.
Dans l'espace 10 entre les plaques 2, 3 règne une pression réduite
de 200 mbar de xénon 7 pour émettre un rayonnement excitateur dans
l'UVC.
La lampe 1 sert par exemple de lampe à bronzer.
Les faces internes 22, 32 portent un revêtement 6 de matériau
luminophore émettant un rayonnement dans l'UVA de préférence au-delà de
350 nm tel que le YPO4:Ce (pic à 357 nm) ou le (Ba,Sr,Mg)3SizO7:Pb (pic à
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372 nm) ou le SrB4O7:Eu (pic à 386 nm).
On choisit un verre silicosodocalcique tel que le Planilux vendu par la
société Saint-Gobain qui assure une transmission UVA autour de 350 nm
supérieure à 80% à bas coût. Son coefficient de dilatation est d'environ
90 10-$ K-1.
Dans une autre variante, on choisit un luminophore à base de
gadolinium, et un verre borosilicate (par exemple de coefficient de dilatation
d'environ 32 10-$K-1) ou un verre silicosodocalcique avec moins de 0,05%
de Fe203, ainsi qu'un gaz rare comme le xénon seul ou en mélange avec
io l'argon et/ou le néon.
Naturellement, on peut choisir d'autres luminophores et un verre
borosilicate pour transmettre un UVA vers 300-330 nm.
Dans une autre variante, la lampe 1 émet dans l'UVC, pour un effet
germicide, on choisit alors un luminophore comme le LaPO4:Pr ou le
CaS04:Pb et pour les parois, de la silice ou du quartz ainsi qu'un gaz rare
comme le xénon de préférence seul ou en mélange avec l'argon et/ou le
néon.
La première électrode 4 est sur la face externe 21 de la première
paroi 2 (côté toujours émetteur). La deuxième électrode 5 est sur la face
2o externe 31 de la deuxième paroi 3 (côté éventuellement émetteur).
Chaque électrode 4, 5 est sous forme d'une couche discontinue à un
potentiel unique. Chaque électrode 4, 5 est sous forme d'au moins une série
voire de deux séries croisées de bandes 41, 51, bandes par exemple
pleines.
De préférence les bandes 41, 51 sont de largeur Il et
d'espacements interbandes dl similaires.
Le matériau de la première électrode (au moins) est relativement
opaque aux UV, on adapte alors le rapport largeur des bandes Il sur largeur
de l'espace interbandes dl en conséquence pour augmenter la transmission
globale aux UV (pour chaque série).
Par exemple, on choisit un rapport largeur Il sur largeur dl de
l'espace interbandes de l'ordre de 20% ou moins, par exemple la largeur Il
est égale à 4 mm et la largeur dl de l'espace interélectrodes est égale à
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2 cm.
Le matériau d'électrode 4, 5 est par exemple de l'argent déposé de
préférence par sérigraphie : par exemple un émail à l'argent ou une encre
avec des nanoparticules d'argent et/ou d'or.
Le matériau d'électrode peut alternativement être déposé en couche
mince par pulvérisation et être gravé ensuite.
Ainsi on peut par exemple choisir le verre Planilux avec une couche
cuivre, ou argent ou encore d'oxyde d'étain dopé fluor qui est gravée pour
io former les électrodes 4, 5 avec une largeur égale à 1 mm et un espace égal
à 5 mm permettant d'obtenir une transmission globale de 85% environ à
partir de 360 nm, en gardant une homogénéité très satisfaisante.
On peut aussi choisir pour les parois des verres Planilux avec chacun
une couche d'oxyde d'étain dopé fluor qui est gravée pour former les
électrodes 4, 5 avec une largeur égale à 1 mm et un espace égal à 5 mm
permettant d'obtenir une transmission globale de 85% environ à partir de
360 nm, en gardant une homogénéité très satisfaisante.
En variante, chaque bande est à structure ouverte (par exemple de
largeur de 15 à 50 pm et espacées de 500 pm et fait par sérigraphie) et
peut être par exemple formée d'un réseau de motifs conducteurs, par
exemple géométriques (carré, rond,... lignes, en grille), pour augmenter
encore la transmission globale aux UV.
En variante, les électrodes 4, 5 sont des couches discontinues
s'étendant sur les faces et arrangées en grille, par exemple de largeur de
pistes entre 15 à 50 pm et espacées de 500 pm, fait par sérigraphie. Par
exemple on choisit l'encre TEC PA 030TM de InkTec Nano Silver Paste Inks
ou on sérigraphie une fritte de verre à l'argent.
Dans une autre variante de réalisation, la deuxième électrode 5 est
une pleine couche d'aluminium formant un miroir UV.
Dans une dernière variante de réalisation, la deuxième électrode 5
est une grille intégrée dans la paroi3 ou noyé dans un intercalaire type EVA
ou PVB de feuilletage avec un contre verre.
Chacune des électrodes 4, 5 est alimentée via un clinquant souple
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11, 11' ou en variante via un fil soudé. La première électrode 4 est à un
potentiel VO de l'ordre de 1100 V et de fréquence entre 10 et 100 kHz, par
exemple 40 kHz. La deuxième électrode 5 est à la masse.
Alternativement, les électrodes 4 et 5 sont alimentées par exemple
par des signaux en opposition de phase, par exemple respectivement à
550 V et -550 V.
La première électrode est de préférence à la masse et la deuxième
électrode alimenté par le signal haute fréquence lorsque qu'un seul côté est
émetteur. En effet, la deuxième électrode peut être alors protégée.
La première électrode 4 peut être en liaison électrique avec une
bande d'amenée de courant (couramment appelée bus bar ) qui
recouvre les bandes 51 croisées (ou la grille dans la variante), en périphérie
d'au moins un bord (par exemple longitudinal) de la première paroi 2 et sur
laquelle est soudé un fil ou un clinquant.
La deuxième électrode 5 peut être en liaison électrique avec une
bande d'amenée de courant (couramment appelée bus bar ) qui
recouvre les bandes croisées (ou la grille dans la variante), en périphérie
d'au moins un bord (par exemple longitudinal) de la deuxième paroi et sur
laquelle est soudé un fil ou un clinquant.
Ces bandes peuvent être en émail à l'argent sérigraphiée ou être
déposée par jet d'encre, notamment en même temps que les électrodes (on
prévoit ainsi une bande périphérique pleine et suffisamment large).
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