CN100380568C - 低压汞蒸汽放电灯 - Google Patents

Abstract

低压汞蒸汽放电灯有至少部分基本上圆柱型的具有长度为L_dv和内径为D_in的放电管(10)。放电管(10)以气密的方式密封提供有惰性气体混合物和汞的放电空间。该放电管(10)包括用于保持放电空间(13)中放电的放电装置(电极20a、20b)。根据本发明，放电管(10)中汞的重量m_Hg与放电管的内径D_in和放电管长度L_dv乘积的比由以下关系给出：其中C≤0.01μg/mm²。优选，0.0005≤C≤0.005μg/mm²。优选，放电管(10)含有小于0.1mg的汞。根据本发明的放电灯在不饱和汞条件下工作。

Description

低压汞蒸汽放电灯

技术领域

本发明涉及一种低压汞蒸汽放电灯，包括具有长度为L_dv和内径为D_in的至少部分基本上圆柱形的放电管，

该放电管以气密的方式密封提供有惰性气体和汞的混合气体的放电空间，

该放电管包括用于保持放电空间中放电的放电装置。

本发明还涉及一种小型(compact)荧光灯。

背景技术

在汞蒸汽放电灯中，汞构成用于紫外(UV)光(有效)产生的主要成分。在放电管的内壁上有包括发光材料(例如荧光粉末)的发光层以将UV转换成其它的波长例如用于制革目的UV-B和UV-A(阳光板灯)，或用于产生普通照明目的的可见光辐射。因此，也将这种放电灯称作荧光灯。可选地，产生的紫外光可用于杀菌的目的(UV-C)。低压汞蒸汽放电灯的放电管通常是圆形的且包括延长形的(elongate)和小型的装置(embodiment)。通常，小型荧光灯的管状放电管包括具有相对小的直径的相对短的直线型部分的集合(collection)，其直线型部分通过桥部或借助弯曲部件连接在一起。通常，小型荧光灯提供有(一体化的)灯头(lamp cap)。一般，用于保持放电空间中放电的装置是排列于放电空间中的电极。在可选择的实施例中，低压汞蒸汽放电灯包括所谓的无电极的低压汞蒸汽放电灯。

在当前发明的说明书和权利要求书中，名称“额定工作”用来指汞蒸汽压力是灯的辐射输出至少为当光输出为最大值(即在汞蒸汽压力为最佳的工作条件下)时的80％的工作条件。另外，在说明书和权利要求书中，将“初始辐射输出”定义为在放电灯接通1秒后的放电灯的辐射输出，将“起动时间”定义为放电灯达到最佳工作期间辐射输出的80％所需要的时间。

众所周知低压汞蒸汽放电灯包括汞合金(amalgam)。这种放电灯在室温时有相对低的汞蒸汽压力。因此，包含汞合金的放电灯有如下缺点：当通常的电源用于运转所述的灯时初始辐射输出也相对低。另外，由于汞蒸汽压力在接通灯后增加得反而慢，所以起动时间相对较长。

除了包含汞合金的放电灯外，众所周知低压汞蒸汽放电灯不仅包括(主要的)汞合金而且包括所谓辅助的(auxiliary)汞合金。如果辅助的汞合金包括足够的汞，则灯有相对短的起动时间。灯一接通(即在电极预热期间)，辅助的汞合金就通过电极加热，以便它相对迅速地分配(dispense)其包含的大比例的汞。在这方面，希望在接通之前灯停置足够长的时间以允许辅助的汞合金吸收足够的汞。如果灯停置了相对短的时间段，则起动时间的缩减就很少。另外，在这种情况下初始辐射输出甚至低于只包括主要的汞合金的灯的初始辐射输出，其归因的事实是：通过辅助的汞合金在放电空间中调节相对低的汞蒸汽压力。相对长的灯遇到的另外问题是通过辅助的汞合金释放的汞花费相当多的时间扩展到整个放电管，结果在接通这种灯后在辅助的汞合金附近表现出相对亮的区域以及在与辅助的汞合金较大的距离处表现出相对暗的区域，其中上述区域在几分种后出现。

另外，众所周知低压汞蒸汽放电灯不提供汞合金且仅含游离的汞。这些灯也称作汞放电灯，有如下优点：与含汞合金的放电灯以及包括(主要的)汞合金和辅助的汞合金的放电灯相比，在室温的汞蒸汽压力和由此的初始辐射输出是相对高的。另外，起动时间相对短。在接通后，这种类型的相对长的灯在接通后基本在整个长度上具有几乎恒定的亮度，其归因的事实是；在这些灯接通时蒸汽压力(在室温)足够高。

对于本技术领域中公知的低压汞蒸汽放电灯，为了实现足够长的工作时间，相对大量的汞是必要的。公知放电灯的缺点是，它们对环境造成负担。如果在放电灯使用寿命结束之后被不恰当的处理，则尤为如此。

发明内容

本发明的目的是全部或部分消除上述的缺点。特别地，本发明的目的是提供一种用于减少环境负担的低压汞蒸汽放电灯。根据本发明的第一方法(measure)，在开头段中提到的该类低压汞蒸汽放电灯是用于此目的，其特征在于：放电管中汞的重量m_Hg与放电管的内径D_in和放电管长度L_dv乘积的比由以下关系给出：

$\frac{m_{\mathrm{Hg}}}{D_{\mathrm{in}}\×L_{\mathrm{dv}}}=C,$

其中C≤0.01μg/mm²。

根据本发明第一方法的低压汞蒸汽放电灯的放电管含有相对低的数量的汞，其中低压汞蒸汽放电灯的放电管具有汞的重量(用μg表示)与放电管的内径(以mm表示)和放电管长度(以mm表示)乘积的比在0.01μg/mm²以下。该汞含量比在公知的低压汞蒸汽放电灯中通常提供的低很多。假定恒量范围为C≤0.01μg/mm²，则根据本发明第一方法的低压汞蒸汽放电灯作为所谓的“不饱和”汞蒸气放电灯在一定的环境温度下工作。

以上给出的关系示出：放电灯中汞的量与放电管的内径D_in和放电管长度L_dv乘积成正比。大约说来，放电灯中汞的量与放电管的内表面尺寸成正比。实验已显示，公式可以至少应用到具有放电管的直径范围在从约3.2mm(1/8英寸)到约38mm(12/8英寸)及放电管的长度(对应的)范围为从约10cm(1/3英尺)到约27×10²mm(9英尺)的低压汞蒸气放电灯。

在当前发明的说明书和权利要求书中，名称“不饱和”或“不饱和汞条件”用来指的是低压汞蒸汽放电灯，其中注入到该低压汞蒸汽放电灯的放电管(在制造期间)中的汞的量等于或低于在放电灯额定工作时饱和汞蒸汽压力所需汞的量。

在不饱和汞条件下运转汞蒸汽放电灯有许多优点。一般来说，只要汞压力不饱和，则不饱和汞放电灯的性能(光输出、效能、功耗等)就不依赖于环境温度。这导致恒定的光输出，其不依赖于放电灯的燃烧位置(串接(base up)与串接(basedown)，水平与垂直)。实际上，在应用中获得了不饱和汞蒸汽放电灯的较高的光输出。在提高了温度的应用中，不饱和灯结合了提高的功效的较高光输出与最低量的汞含量。这便导致了安装的简便以及照明和发光体设计者的自由。不饱和汞放电灯给出结合相对低的Hg含量的相对高的系统效能。另外，不饱和灯有提高了的流明维持(maintenance)。由于进一步小型化的趋势以及来自一个发光体更多光输出的趋势还将在未来很多年内进一步发展，所以预期在应用中温度的问题在将来会出现得更加频繁。具有不饱和汞蒸汽放电灯，大大减少了这些问题。不饱和的灯将最小汞含量与在高温下提高了流明每瓦特的发光功效特性相结合。

当不饱和灯的性能与所谓的冷点或所谓的汞合金低压汞蒸汽放电灯的性能相比，会提及以下优点。在“冷点”汞放电灯中，汞压力由放电管中某处所谓的冷点温度控制。在汞合金汞放电灯中，依靠汞合金控制汞压力；在许多这种汞合金放电灯中，另外使用了辅助的汞合金。不饱和汞放电灯的初始辐射输出和起动时间以及点火电压可与冷点灯匹敌。其它的特性例如尺寸(在不饱和放电灯中不需要冷点区域；例如，通过引入长的芯柱(stem))、寿命、色温、显色指数和可靠性与公知的汞放电灯有相同的水平。不饱和放电灯的流明保持预期比公知的小型荧光灯(CFL)和荧光放电灯(TL)要更好。因为将热问题减小到最小，所以对于不饱和灯来说最小型化趋于其极限。这会引起新安装不饱和汞放电灯的所有权的总成本降低。

根据本发明的第一方法能够制造经久耐用的低压汞蒸汽放电灯，其在不饱和汞含量的条件下工作。这种不饱和汞蒸汽放电灯有减少环境负担的优点。

优选地，常数C的范围为0.0005≤C≤0.005μg/mm²。在C的该范围内进一步降低了放电灯中汞含量的上限。在本发明的该优选实施例中，根据本发明的低压汞蒸汽放电灯用作不饱和汞蒸汽放电灯。

与根据放电管中提供的汞的数量来表示放电管中汞的含量不同，该汞含量也可以表示为低压汞蒸汽放电灯的放电管中的汞压力。根据本发明的第二方法，在开头段中提到的这种低压汞蒸汽放电灯是用于该目的，其特征在于：汞的压力P_Hg与放电管的内径D_in乘积的范围为0.13≤p_Hg×D_in≤8Pa·cm。

根据本发明第二方法的低压汞蒸汽放电灯的放电管，该放电管包含相对少数量的汞，其中汞的压力(以Pa表示)与放电管的内径(以mm表示)乘积在所述的范围内。该汞含量比在公知的低压汞蒸汽放电灯中通常提供的少很多。根据本发明第二方法的低压汞蒸汽放电灯用作所谓的“不饱和”汞蒸汽放电灯。

优选地，汞的压力p_Hg与放电管的内径D_in乘积的范围为0.13≤p_Hg×D_in≤4Pa·cm。在该优选的p_Hg×D_in的范围内进一步降低了放电灯中的汞含量。在本发明的该优选实施例中，根据本发明的低压汞蒸汽放电灯用作不饱和汞蒸汽放电灯。

根据本发明优选实施例的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：该放电管包含少于约0.1mg的汞。在政府法规中倾向于在低压汞蒸汽放电灯中规定汞存在的最大量值，如果放电灯包括小于所述规定的量，允许使用者处理(dispose)灯而没有环境限制。如果汞放电灯含有少于0.2mg的汞，则大大实现了这种需要。优选地，放电管含有少于或约为0.05mg汞(C≈0.0013)。

根据本发明第一和/或第二方法，当同时实现放电灯的相对长寿命时，在不饱和汞条件下不容易操作低压汞蒸汽放电灯。众所周知，在低压汞蒸汽放电灯中采取各种方法以降低汞的量，在灯的寿命期间，该汞不再有助于放电管的放电空间中的反应气氛。由于汞和存在于灯中材料(例如玻璃、涂层、电极)的相互作用损耗了汞，并使放电管的内壁变黑。壁变黑不仅引起较低的光输出而且使灯外表不美观，特别是因为变黑而以例如暗斑或点的形式不规则出现。

根据本发明的优选实施例的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：放电装置包括排列于放电空间中的电极；电极护罩(electrode shield)至少基本上环绕至少一个电极；电极护罩由陶瓷材料或不锈钢制成。

低压汞蒸汽放电灯中的电极包括具有低的所谓功函数的所谓发射体材料，用于提供电子放电(阴极作用)并接收来自放电的电子(阳极作用)。具有低功函数的公知材料例如为钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)。已观察到，电极的材料(钡和锶)在低压汞蒸汽放电灯的工作期间易发生挥发。已发现，发射体材料通常淀积在放电管的内表面上。还发现，上述提到的钡(和锶)当淀积在放电管中的任何位置时，不再参与光产生过程。该淀积的(发射体)材料在内表面上还形成含汞的汞合金，其结果是放电操作可利用的汞量逐渐降低，其不利地影响灯的寿命。为了补偿汞的损失，提供电极护罩，其环绕电极并由陶瓷材料制成，减少了放电管中存在的汞同电极护罩中材料的化学反应，这种反应导致形成汞合金(Hg-Ba、Hg-Sr)。另外，使用电绝缘材料排除了电极导线和/或穿过许多电极线匝中短路的发生。

电极护罩本身不应该吸收汞。为了实现这一目的，电极护罩的材料包括由镁、铝、钛、锆、钇和稀土元素中至少一种元素的至少一种氧化物。优选地，电极护罩由包括氧化铝的陶瓷材料制成。尤其是合适的电极护罩由所谓的致密烧结的Al₂O₃制造，也称作PCA。使用氧化铝另外的优点是由这种材料制成的电极护罩耐受相对高的温度(＞250℃)。在这种相对高的温度下，增加了电极护罩(机械)强度降低的危险，因此不利地影响电极护罩的形状。产生于电极并淀积在非常高温度的氧化铝电极护罩上的材料(发射体)不能或几乎不能与所述高温结果的放电中存在的汞进行反应，结果至少大体上排除了含汞的汞合金的形成。以这种方式，依照本发明使用电极护罩用作双重用途。一方面，有效地排除了产生于电极的材料淀积在放电灯的内表面上，而另一方面，排除了淀积在电极护罩上的(发射体)材料同放电灯中存在的汞形成汞合金。优选，在操作中，电极护罩的温度超过250℃。这样相对高的温度的优点特别是在初始阶段时，电极护罩变得比公知的灯中的更热，结果是附着到电极护罩的任何汞的释放得更快且更容易。在可选实施例中，电极护罩由不锈钢制成。由不锈钢制成的电极护罩尺寸稳定、而腐蚀，且在相对高的温度大(400℃以上)显示出相对低的热发射率。

依照本发明可选实施例的放电灯包括所谓的无电极放电灯，其中用于保持电放电的装置位于由放电管环绕的放电空间外。通常，所述的装置由提供有电导体绕组的线圈形成，在工作中用例如频率约为3MHz的高频电压供给所述的线圈。通常，所述的线圈环绕软磁性材料的核心。

根据本发明可选的优选的实施例的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于隋性气体混合物的压力p_igm与放电管的内径D_in的乘积在p_igm×D_in≥5.2Pa·m的范围内。

本发明的该实施例基于这样的认识：即稀有气体混合物较高的充气压力引起灯中汞损耗减少。常规的低压汞放电灯中的稀有气体混合物的充气压力通常依赖于灯的直径，因此灯的直径越大，选择的充气压力就越低。通常应用的拇指规则是稀有气体混合物的压力与放电管的直径的乘积不得大于某一常数，例如5.0mPa。这导致对于具有10mm直径的放电灯，稀有气体混合物的最大充气压力为500Pa；对于具有15.8mm(5/8英寸)直径的放电灯，稀有气体混合物的最大充气压力为310Pa；以及对于具有25.4mm(8/8英寸)直径的放电灯，稀有气体混合物的最大充气压力为200Pa。一般假设，稀有气体混合物的较高充气压力对灯的发光效能有显著的负作用。然而，稀有气体混合物的较高充气压力对放电灯的汞消耗有积极作用，且由此对灯的寿命也有积极作用。

不希望有任何特别的理论，可以认为，对于在较高的充气压力下较低汞消耗的解释可能是汞离子，该离子用高速率移动穿过放电管，并且通过额外的稀有气体原子减速，结果所述离子以较低速率与放电管壁碰撞并不容易被吸收于其中。结果，放电灯的壁变黑将减少，且在制造期间，只需要将较少的汞引入到灯中，以在灯的整个寿命期间保持不饱和汞蒸汽压力。

优选地，P_igm×D_in≥8Pa·m，更优选至少为12.0Pa·m。在实验中发现，随着充气压力变高汞消耗成比例变低。存在真正的最大充气压力，当超过它时，汞消耗基本上不再降低，同时对发光效能的不利影响也开始变得显著。然而，该最大值似乎依赖于通过灯的电流。稀有气体混合物的较高充气压力的优点尤其表现在本身直径有点大的灯，直到现在，该灯有很低的稀有气体混合物的充气压力，例如具有15.9mm(5/8英寸)直径D_in的灯，或者广泛地被使用的25.4mm(8/8英寸)的灯。优选地，这种灯的稀有气体混合物的充气压力P_igm至少为200Pa，更优选至少为520Pa，甚至更优选至少为800Pa。

根据本发明的可选的优选实施例的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：该放电管的至少一部分内壁提供有保护层；以及该保护层包括选自由钪、钇和稀土金属(further rare-earth metal)的氧化物构成的组的材料，和/或该保护层包括选自由碱土金属、钪、钇和稀土金属的硼酸盐构成的组的材料，和/或该保护层包括选自由碱土金属、钪、钇和烯土金属的磷酸盐构成的组的材料。

根据本发明的该实施例包括氧化物、硼酸盐和/或磷酸盐的保护层表现出乎很好地耐受汞加上稀土气体气氛的影响，在工作中该气氛低压汞蒸汽放电灯的放电管中。已发现，提供有包括所述氧化物、硼酸盐和/或磷酸盐的保护层的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗比公知的低压汞蒸汽放电灯的保护层中的汞消耗低很多。该影响出现在低压汞蒸汽放电灯的放电管的直部和弯曲部(管状的)。例如在钩状的低压汞蒸汽放电灯中使用弯曲的灯部件。

根据本发明该实施例的低压汞蒸汽放电灯中的保护层还满足光和辐射透射率的需要。在低压汞蒸汽放电灯的放电管的内壁上，容易提供相对薄的、紧密的且均质的该保护层。所述保护层例如可以通过合适的金属有机化合物的混合物溶液(例如，丙酮酸盐或醋酸盐，例如，混合有醋酸钙、醋酸锶或醋酸钡的醋酸钪、醋酸钇、醋酸镧或醋酸锆)以及硼酸或在水中冲淡的磷酸冲刷放电管来制造，烘干和烧结后，在其上获得所期望的层。

优选地，碱土金属是钙、锶和/或钡。具有所述碱土金属的保护层显示出对于可见光相对高的传输系数。而且，具有包括硼酸钙或磷酸钙、硼酸锶或磷酸锶或硼酸钡或磷酸钡的保护层的低压汞蒸汽放电灯有良好的流明保持。优选地，稀土金属是镧、铈和/或钆。具有所述稀土金属的保护层对于紫外线辐射和可见光有相对高的传输系数。而且，可以以相对简单的方式(例如，用混合有硼酸或冲淡了的磷酸的醋酸镧、醋酸铈或醋酸锆)提供该层，特别是在低压汞蒸汽放电灯的大量制造工艺中，其有节省成本的效果。优选地，保护层包括氧化钇和/或氧化锆。这种保护层对于紫外线辐射和可见光有相对高的传输系数。而且，可以以相对容易的方式(例如，用醋酸钇或醋酸锆)提供该层，其有额外的节省成本的效果。优选地，该保护层有大约5nm至大约200nm的厚度。在大于200nm厚度的层处，在放电空间中产生的辐射吸收很强。在小于5nm厚度的层处，在放电管的放电和壁之间有相互作用。特别合适的是至少大致90nm厚度的层。在这种厚度的层处，保护层在254nm左右的波长范围中有相对高的反射率。

根据本发明的可选的优选实施例的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：该放电管由包括二氧化硅和氧化钠的玻璃制成，玻璃组分包括以下基本成分，以重量百分比(重量％)给出：60-80重量％SiO₂和10-20重量％Na₂O。具有以上玻璃组分且包括保护层的低压汞蒸汽放电灯的放电管表现出很好地耐受汞稀有气体气氛的作用。另外，该玻璃相对廉价。在公知的放电灯中是由具有相对低的SiO₂含量的所谓混合的碱性玻璃制成。所述玻璃的成本价格相对较高。在公知的玻璃和根据本发明的玻璃的组分之间的比较显示出碱性含量不同。根据本发明的玻璃是具有所谓相对低的钾含量的富钠(sodium-rich)玻璃，而公知的玻璃是所谓的具有约Na₂O和K₂O的等摩尔比的混合碱性玻璃。其优点是：富钠玻璃中碱离子的迁移率与混合的碱性玻璃中的迁移率相比相对较高。另外，富钠玻璃的熔融比混合的碱性玻璃熔融容易。

优选地，玻璃组分包括以下成分：70-75重量％SiO₂、15-18重量％Na₂O和0.25-2重量.％K₂O。这种富钠玻璃的组分与普通的窗户玻璃的组分相似，且比公知放电灯中使用的玻璃相对低廉。另外，所述富钠玻璃的电导相对低；在250℃时电导约为logρ＝6.3，而对应的混合碱性玻璃的值约为logρ＝8.9。

结合所描述的保护层适合地使用上述的富钠玻璃。在下文描述的可选实施例中，没有保护层时使用一种玻璃显示很低的汞消耗。为此，根据本发明的可选的优选的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：放电管由基本上无PbO且包括由以下成分的玻璃制成，用重量百分比表示(用重量.％表示)：55-70重量.％SiO₂、小于0.1重量.％Al₂O₃、0.5-4重量.％Li₂O、0.5-3重量.％Na₂O、10-15重量.％K₂O、0-3重量.％MgO、0-4重量.％CaO、0.5-5重量.％SrO、7-10重量.％BaO。该玻璃有液相线温度(T_liq)，其比通常使用的玻璃的液相线温度至少低100℃。这种玻璃有良好的熔点和工艺性能。该玻璃组分非常适合于拉(drawing)玻璃管且适合于用作荧光灯中的灯壳，特别是用于小型荧光灯(CFL)的管状灯壳，其中由于灯壳的较小直径，壁载荷比“TL”灯(一般的直管状荧光灯)中高。该玻璃也会适合用于制造荧光灯的球状灯壳，例如所谓的无电极或“QL”汞蒸汽放电灯。该玻璃也适合用于制造灯外壳的其它部件，例如管茎(stems)。

该玻璃组分不包括有害的成分PbO、F、As₂O₃和Sb₂O₃。根据本发明的玻璃的SiO₂含量限定为55-70重量％。结合其它的成分，所述的SiO₂含量导致易熔的玻璃。如本领域公知的，SiO₂用作交联剂。如果SiO₂含量低于55重量.％，则降低了玻璃的粘着力和耐化学性。SiO₂含量在70重量％以上妨碍玻璃化工艺，导致粘性变得太高，并增加了表面结晶化的危险度。缺少Al₂O₃有以下优点。通过避免形成例如微斜长石或正长石(K₂O·Al₂O₃·6 SiO₂)的长石类晶体来缩减液相线温度(T_liq)。没有Al₂O₃的玻璃组分，同本技术中公知的玻璃组分相比对耐化学性或耐玻璃的风化都没有有害的影响。另外，没有Al₂O₃的玻璃显示出低的结晶化倾向以及粘性和软化温度(T_soft)，这能实现良好的玻璃加工。

碱土金属氧化物Li₂O、Na₂O和K₂O用作熔化剂并导致玻璃的瓦粘性(tileviscosity)降低。如果以上组分使用该碱土金属氧化物，则所谓的混合的碱土效应将致使电阻增加和T_liq减小。另外，主要是碱土金属氧化物决定玻璃的热膨胀系数α。这是重要的，因为它必须能够将玻璃密封到高脚杯(stem glass)和/或例如镀铜的铁/镍导线供电导体，以这种方式玻璃不会受到应力。如果碱土金属氧化物含量在指示的限制(indicated limits)以下，则玻璃将有非常低的α值(热膨胀系数)，且T_soft(软化点)将非常高。在指示的限制以上，α值将非常高。Li₂O致使T_soft的减小比K₂O大，希望其获得宽的所谓的“工作范围”(＝T_work-T_soft)。太高的Li₂O含量致使T_liq过多的增加。另外，Li₂O为昂贵的成分，所以从经济的观点也限制了Li₂O的含量。

BaO有好的特性，这导致玻璃的电阻增加和T_soft减少。在7重量％以下，熔化温度(T_melt)、T_soft和工作温度(T_work)增长太多。在10重量％以上，液相线温度(T_liq)并由此结晶化倾向增加很多。碱土金属氧化物SrO、MgO和CaO有好的特性，结果它们导致T_melt缩减。

优选地，玻璃组分包括：65-70重量％SiO₂、1.4-2.2重量％Li₂O、1.5-2.5重量.％Na₂O、11-12.3重量.％K₂O、1.8-2.6重量.％MgO、2.5-5重量.％CaO、2-3.5重量％SrO、8-9.5重量.％BaO。根据本发明的该优选实施例的玻璃有有利的(favorable)T_liq≤800℃，因此在玻璃制造期间和在从所述玻璃拉制玻璃管期间几乎不倾向结晶化。由于至少为310℃的宽工作范围和低的T_soft(700℃)，所以可以毫无问题的将玻璃成形为管，例如利用本领域中公知的丹纳(Danner)或Vello工艺。所述的玻璃有合适的熔点和工艺性能。可以调节热膨胀系数以与具有其它眼镜(glasses)的玻璃匹配。根据本发明的优选实施例的玻璃组分非常适合于拉制玻璃管和用作荧光灯中的灯壳或管茎(stem)。

优选地，Li₂O、Na₂O和K₂O的浓度总和范围从14至16重量％。优选地，SrO和BaO的浓度总和范围从10至12.5重量％。保持浓度在优选范围中缩减玻璃的成本价格。可以利用Na₂SO₄精炼与本发明相一致的玻璃组分，以便玻璃可以包含多达0.2重量％的SO₃。该玻璃还可以包含最大含量为0.2重量.％Fe₂O₃形式存在的杂质，该杂质来源于使用的原材料。如果需要，将至多0.2重量.％的CeO₂添加到玻璃中以吸收不希望的UV辐射。

为了获得灯的满意的流明保持和抑制的汞消耗，本领域公知的是提供具有保护涂层例如Y₂O₃的灯壳的内表面。在根据以上描述的本发明低压汞蒸汽放电灯的优选实施例的玻璃组分的情况下，不再需要保护涂层以及额外的工艺步骤，这在灯制造中致使成本降低。

附图说明

本发明的这些和其它方面将是显而易见的且将参照下文描述的实施例给于阐述。

在附图中：

图1A是依照本发明的低压汞蒸汽放电灯实施例的纵剖面图；

图1B示出图1A的细节，其被部分的绘制为透视图；

图2是根据本发明包括低压汞蒸汽放电灯的小型荧光灯实施例的剖面图；

图3示出根据本发明的可选择实施例的低压汞蒸汽放电灯；

图4示出低压汞蒸汽放电灯的相对光通量值与相对环境温度的特征函数；

图5示出根据本发明低压汞蒸气放电灯的相对光通量值，以及

图6示出汞的量与内径D_in和放电管的长度L_dv乘积的特征函数。

图仅仅是图解的且不成比例。特别地，为了清楚起见，特别夸张地示出了一些尺寸。在图中用相同的参考数字尽可能多地表示相似的成分。

具体实施方式

图1示出包括在纵轴2周围具有管状部分11的玻璃放电管的低压汞蒸汽放电灯，其放电管传送放电管10中产生的辐射且分别提供有第一和第二端部12a、12b。在该实施例中，管状部分11的长度L_dv为120cm和内径D_in为24mm。放电管10以气密的方式密封放电空间13，该空间含有汞和例如氩的惰性气体混合物的填充物。根据本发明的实施例，面向放电空间13的管状部分11的一侧提供有保护层17。在可选择的实施例中，第一和第二端部12a、12b同样涂覆有保护层。在荧光放电灯中，面向放电空间13的管状部分11的一侧另外涂覆有包括荧光材料(例如荧光粉末)的荧光层16，其中该荧光材料将由受激的汞的回降物产生的紫外线(UV)光转换成(一般)可见光。在可选实施例中，荧光层16另外还提供有保护层(图1A中未示出)。在图1A的例子中，在放电空间13中用于保持放电的装置是安排于放电空间13中的电极20a、20b，所述的电极20a、20b由端部12a、12b支撑。每个电极20a、20b是覆盖有电发射物质的钨的线圈，在该情况下该物质为氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。电极20a、20b的供电导体30a、30a ′、30b、30b′分别经过端部12a、12b并从放电管10传到外部。供电导体30a、30a′、30b、30b′连接接触针31a、31a′、31b、31b′，其受灯头32a、32b保护。通常，电极环(图1A中未示出)安排于每个电极20a、20b的周围，在其环上夹住用于分送汞的玻璃膜片(capsule)。

在图1A示出的例子中，由电极护罩22a、22b环绕电极20a、20b，这些护罩依照本发明的实施例由陶瓷材料制成。优选地，电极护罩由包括氧化铝的陶瓷材料制成。特别适合的电极护罩由所谓浓密烧结的Al₂O₃制造，也称作PCA。优选地，电极护罩22a、22b的温度在额定工作期间为450℃。在所述温度下，解离导致在电极护罩22a、22b上与BaO或SrO建合的汞再次释放，从而有利于在放电空间中放电。在可选择的实施例中，电极护罩22a、22b由不锈钢制成。在所述的高温度下，这种电极护罩在尺寸上稳定、耐蚀且显示出相当低的热发射率。可以适合用于制造电极护罩的材料是具有以下成分(按重量百分比计)的铬-镍-钢(AlSi316)：至多0.08％的C，至多2％的Mn，至多0.0045％的P，至多0.030％的S，至多1％的Si、16-18％的Cr、10-14％的Ni、2-3％的Mo和其余为Fe。已观察到，这种电极护罩的外表面颜色在放电灯的制造期间略变得黑。特别适合于电极护罩制造的另一材料是Duratherm 600，其为具有增强耐腐蚀的CoNiCrMo合金，其成分如下：41.5％的Co、12％的Cr、4％的Mo、8.7％的Fe、3.9％的W、2％的Ti、0.7％的Al和其余的Ni。

图1B是图1A中示出的细节的部分透视图，该端部12a借助供电导体30a、30a′支撑电极20a。在该例子中，电极护罩22a由在端部12a中提供的支座线(supportwire)26a、27a支撑。在可选的实施例中，支座线26a、27a连接至供电导体30a、30a′中之一。在图2中示出的例子中，支座线26a、27a由具有大约0.9mm的厚度和不锈钢段27a的铁段26a构成。支座线26a、27a的段27a依靠焊接接头在一侧连接电极护罩22a并在另一侧连接支座线26a、27a的段26a。相对于用作支座线的公知材料(例如铁)，不锈钢有非常低的热传导系数。因为支座线26a、27a的段27a有效地降低了来自电极护罩22a的热耗散，所以电极护罩22a能够保持它的相对高的温度。具有0.4mm厚度的支座线的不锈钢段27a是特别合适的。在又一可选的实施例中，电极护罩直接提供在供电导体上，例如其中电极护罩提供有收缩了的部分，该部分为供电导体上的压配合。

图2示出了包括低压汞蒸汽放电灯的小型荧光灯。图2中相似的元件尽可能多的用与图1A和1B中一样的参考数字表示。在该情况下，低压汞蒸汽放电灯提供具有管状部分11的辐射-传送放电管10，该管状部分11以气密的方式密封具有大约25cm³容积的放电空间13。放电管10为玻璃管，其剖面至少大体上为圆形且(有效的)内径D_in大约为10mm。在该例子中，管状部分11有40cm的总长度L_dv(图2中未示出)。该管以所谓钩的形式弯曲，且在该实施例中有许多直部，其中两个直部(参考的31、33)示于图2中。放电管还包括许多弧形部件，其中两个部件(参考32、34)示于图2中。在优选实施例中，放电管10可以以气密的方式通过圆盘杆(disc stem)闭合。圆盘杆技术对于常规的TV制造来说十分常见。通过在小型荧光灯中使用该技术，可以应用熔接密封来密封燃烧器。熔化的玻璃则使燃烧管和圆盘杆之间真空密封。该工艺通常出现在600℃以下。由于这样低的温度，所以内环境可以保持比常规工艺更洁净。根据本发明的实施例，面向放电空间13的管状部分11的一侧提供有保护层17且提供有荧光层16。在可选实施例中，已省略了荧光层。在另一可选实施例中，荧光层涂覆有另一保护层(图2中未示出)。放电管10由外壳70支撑，该外壳70也支撑提供有电性且机械的触点73a、73b的灯头71，其中触点本身是公知的。另外，放电管10由贴附于灯外壳70的光发送外壳60环绕。该光发送外壳60通常有无光外表。

优选地，低压汞蒸汽放电灯的放电管的玻璃有包括作为主要成分的二氧化硅和氧化钠的组分。在图2示出的例子中，依照本发明的放电管由所谓的富钠玻璃构成。特别优选的是以下组分的玻璃：70-74重量％的SiO₂、16-18重量％的Na₂O、0.5-1.3重量.％的K₂O、4-6重量.％的CaO、2.5-3.5重量.％的MgO、1-2重量.％的Al₂O₃、0-0.6重量％的Sb₂O₃、0-0.15重量％的Fe₂O₃和0-0.05重量％的MnO。

在低压汞蒸汽放电灯的实施例中，各种浓度的Me(Ac)₂溶液，其中将Me＝Sr或Ba和H₃BO₃添加到包括各种浓度的Y(Ac)₃(乙酸钇)的溶液中用于制造保护层17。保持Me(Ac)₂和H₃BO₃之间的摩尔比不变。为了比较这一目的，同样制备重量比为1.25％的Y(Ac)₃溶液。在冲洗和烘干后，通过使过量的上述溶液通过管状放电管，从而为该管提供涂层。涂覆后，在大约70℃的温度下在空气中烘干放电管。随后，放电管装配有包括三种公知磷光体的荧光涂层，也就是具有活性的铽硼酸铈镁(terbium-activated cerium magnesium borate)的发绿光的材料(在CFL中的CBT和在TL中的CAT)、具有二价活性的铕铝酸钡镁的发蓝光的材料(europium-activated barium magnesium aluminate)和具有三价活性铕的氧化钇的发红光的材料(europium-activated yttrium oxide)。涂覆后，将放电管弯曲成公知的具有直部31、33和弓形部34的钩形(参见图2)。随后以通常的方式将许多放电管装配到低压汞蒸汽放电灯中。在可选择的实施例中，首先弯曲放电管然后涂覆。

举例来说，表I示出各种低压汞蒸汽放电灯(过渡环境(EcotoneAmbiance)20W)的汞消耗量(用μgHg表示)。表I的例子涉及一种如图2所示具有包括Sr的保护层的低压汞蒸汽放电灯，其中将管状放电管弯曲成钩状并有四个直部31、33和三个弓部34。在几千工作小时后测量(破坏性地)了六盏灯的保护层的汞含量(以μgHg计)。平均了所发现的汞消耗量值。

表I

有和没有保护层的放电灯各部分(过渡环境20W)的汞消耗量(以μgHg计)。

表I示出汞的消耗量在放电管的直部31、33和弯曲部34两者处比在没有保护层或具有公知Y₂O₃层的放电灯中低很多。在表I的例子中，保护层包括氧化钇和硼酸锶。大约说来，没有保护层的放电灯与具有提供公知的Y₂O₃保护层的放电灯相比，汞的消耗量提高了二倍，即消耗了较少的汞，且提供有公知Y₂O₃保护层的放电灯与具有根据本发明实施例的保护层的放电灯相比，汞的消耗量还提高了二倍。在弯曲或弧形部中增益基本上比较大(4倍)。由于保护涂层，特别是在放电管的弯曲部34中的汞消耗量显著地提高。当使用比较厚的保护层时后者特别显著，因为在弯曲期间放电管伸展了大约30％，以致保护层在弯曲部34处比放电管10的直部31、33处薄。要注意的是，提供有保护层的低压汞蒸汽放电灯的色点(color point)满足通常的需要(x≈0.31，y≈0.32)。

特别合适的玻璃组分包括68重量.％的SiO₂、小于0.1重量.％的Al₂O₃、1.6重量.％的Li₂O、1.9重量.％的Na₂O、11重量.％的K₂O、2.4重量.％的MgO、4.5重量.％的CaO、2.1重量％的SrO、8.3重量.％的BaO，其中放电管可以由上述玻璃组分制成，可以没有保护层而使用。玻璃组分还包括大约0.05重量％的Fe₂O₃、大约0.06重量％的SO₃和大约0.05重量％的CeO₂。在本实施例的玻璃组分中Li₂O、Na₂O和K₂O的浓度总和大约为14.5重量.％，且SrO和BaO的浓度的总和大约为10.4重量.％，这给了该玻璃相对低的成本价。在气体燃料加热炉的铂坩锅中在1450℃进行熔化操作。使用的原材料是石英砂、白云石(CaCO₃，MgCO₃)以及Li、Na、K、Sr和Ba的碳酸盐。使用的提炼剂为Na₂SO₄。在熔化和进一步的处理期间没有出现特别的问题。在25℃和300℃之间热膨胀的平均系数：α_{25- 300}＝9.2。另外，T_liq＝775℃、T_soft＝700℃、T_work＝1015℃，且工作范围＝T_work-T_soft＝315℃。

图3示出根据本发明低压汞蒸汽放电灯的可选实施例。这种所谓无电极低压汞蒸汽放电灯的放电管210有梨形的外壳部分(enveloping portion)216和管状内陷部分(tubular invaginated portion)219，该管状内陷部分219借助扩张部分(flaredportion)218连接外壳部分216。内陷部分219容纳了由放电管210环绕的放电空间211外面的线圈233，其中线圈有电导体的绕组234，由此构成了用于保持放电空间211中电子放电的装置。在工作期间，借助具有高频电压的供电导体252、252′供给线圈233，即频率超过大约20kHz，例如大约3MHz。线圈233环绕软磁性材料(以虚线示出)的磁心235。可选地，可以没有磁心。在可选实施例中，例如在放电空间211中安排线圈。在图3中也表示了放电管的内径D_in和长度L_dv。通常，内径D_in在从大z约80mm至大约140mm的范围内变化。在图3的例子中，放电管的内径D_in和长度L_dv大约相等。

图4示出低压汞蒸汽放电灯的相对光通量值与对于各种常数C的值的相对环境温度的特征函数。将光输出或光通量Ф表示为最大光通量Ф_max的百分比，相对于在最大光通量处的温度T_max给出环境温度T_amb。图4中的曲线(a)描述在放电灯的制造期间在公知低压汞蒸汽放电灯放电管中注入相对高数量的汞的情况。从曲线(a)可以观察到光通量Ф依赖于环境温度T_amd，即环境温度越高，放电灯光输出就越低。这种依赖温度的行为大大限制了低压汞蒸汽放电灯进一步小型化的可能性，特别是具有由光传送外壳60围绕的放电管10的小型荧光灯(参见图2)。

图4中的曲线(b)描述了根据本发明的不饱和低压汞蒸汽放电灯的情形。在该例子中C≈0.0013。在图4中的曲线(b)的情形中，当环境温度大约等于最大温度T_max时，为放电灯提供一定量的汞，从而促使放电灯在不饱和的汞条件下工作。可以看出，由于环境温度比T_max高光通量不依赖温度。在不饱和汞的条件下用汞蒸汽放电灯工作，随之而来的是在市场中倾向朝着更小型化和朝着更多的光输出。

图4中的曲线(c)描述根据本发明的不饱和低压汞蒸汽放电灯的情形。在该例子中C≈0.0021。在图4中的曲线(c)的情形中，当灯变得不饱和(相当于最佳Hg剂量的大约21/13倍)时，供给放电灯一定量的汞以便产生比最佳条件下少5％的光。可以看出，由于环境温度在最大温度以上大约10℃光通量不依赖温度。

图4中的曲线(d)描述根据本发明的不饱和低压汞蒸汽放电灯的情形。在该例子中C≈0.0040。在图4中的曲线(d)的情形中，当灯变得不饱和(相当于最佳Hg剂量的大约40/13倍)时，供给放电灯一定量的汞以便产生比最佳条件下少10％的光。可以看出，由于环境温度在最大温度以上大约15℃光通量不依赖温度。

图4中的曲线(e)描述根据本发明的不饱和低压汞蒸汽放电灯的情形。在该例子中C≈0.008。在图4中的曲线(e)的情形中，当灯变得不饱和(相当于最佳Hg剂量的大约80/13倍)时，供给放电灯一定量的汞以便产生比最佳条件下少20％的光。可以看出，由于环境温度在最大温度以上大约25℃光通量不依赖温度。

不饱和汞蒸汽放电灯为快速起动器且有快的起动时间。例如，典型的不饱和汞蒸气放电灯的初始辐射输出大约为38％，反之提供有汞的公知放电灯的初始辐射输出大约为6％。相同的不饱和汞蒸汽放电灯的“起动时间”大约为75秒，反之提供有汞合金的公知放电灯的时间大约为210秒。另外，不饱和汞蒸汽放电灯有比提供有汞合金的公知放电灯低25％的点火电压。不饱和汞蒸汽放电灯通常包含小于0.1mg的汞。

从实验观察到，不饱和汞蒸汽放电灯的流明保持在10,000小时高于大约98％。图5示出根据本发明的不饱和低压汞蒸汽放电灯的相对光输出的典型例子(相当于图4中的在曲线(d)(C≈0.004)的条件下的放电灯)。将光输出或光通量Ф表示为最大光通量Ф_max的百分比，且时间t以小时计。注意到不饱和汞蒸汽放电灯的行为有点不同于通常观察到的用于包含公知数量汞的放电灯。直至大于5000小时后才达到最大光输出。

图6示出对于C的三个不同的值，汞的量与放电管的内径D_in和放电管的长度L_dv乘积的特征函数，即C＝0.0013，C＝0.0021和C＝0.004。在公知的低压汞蒸汽放电灯中，在放电灯的制造期间注入汞的量相当高。对于通常的管状荧光灯，D_in×L_dv的范围从12×10³到35×10³mm²，汞的量在3×10³-15×10³μgHg。对于公知的具有D_in×L_dv的范围从约10³到10×10³mm²的小型荧光灯，汞的量的范围在3×10³-10×10³μgHg内。

根据本发明的这些方法，不饱和灯结合了最低汞含量和在提高温度时提高流明每瓦特的特性。

很显然的是，对于本领域那些技术人员来说，可以考虑在本发明范围内的许多改变。

本发明的范围并不限于这些实施例。本发明在于各个新的特征和新颖特征的各个组合。任何参考符号并不用于限定权利要求的范围。各种形式的动词“包括”不排除存在除了权利要求中列出的那些之外的其它元件或步骤。在元件前述的单词“一”不排除存在多个这种元件。

Claims (20)

1.一种低压汞蒸汽放电灯，包括放电管，该放电管具有的长度为L_dv并且是内径为D_in的圆柱形，

该放电管以气密的方式密封提供有惰性气体混合物和汞的放电空间，

该放电管包括用于保持放电空间中放电的放电装置，

其特征在于：放电管中汞的重量m_Hg与放电管的内径D_in和放电管长度L_dv乘积的比由以下关系给出：

$\frac{m_{\mathrm{Hg}}}{D_{\mathrm{in}}\×L_{\mathrm{dv}}}=C,$

其中C≤0.01μg/mm²。

2.根据权利要求1的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于：0.0005≤C≤0.005μg/mm²。

3.根据权利要求1的低压汞蒸汽放电灯，

其特征在于：

汞的压力p_Hg与放电管的内径D_in乘积的范围为：

0.13≤p_Hg×D_in≤8Pa·cm。

4.根据权利要求3的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于汞的压力p_Hg与放电管的内径D_in乘积的范围为：

0.13≤p_Hg×D_in≤4Pa·cm。

5.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于放电管含有小于0.1mg的汞。

6.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于

该放电装置包括排列于放电空间中的电极，

电极护罩至少基本上环绕至少一个电极，以及

电极护罩由陶瓷材料或不锈钢制成。

7.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于

将用于保持电子放电的装置定位在由放电管环绕的放电空间外，以及

所述的装置包括提供有电导体绕组的线圈，在操作中将高频电压供给所述的线圈。

8.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于惰性气体混合物的压力P_igm与放电管的内径D_m乘积在p_igm×D_in≥5.2Pa·m的范围内。

9.根据权利要求8的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于p_igm×D_in≥8Pa·m。

10.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于

放电管的至少一部分内壁提供有保护层，以及

该保护层包括选自由钪、钇和稀土金属的氧化物构成的组的材料，和/或选自由碱土金属、钪、钇和稀土金属的硼酸盐构成的组的材料，和/或选自由碱土金属、钪、钇和稀土金属的磷酸盐构成的组的材料。

11.根据权利要求10的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于碱土金属是钙、锶和/或钡。

12.根据权利要求10的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于稀土金属是镧、铈和/或钆。

13.根据权利要求10的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于氧化物是氧化钇和/或氧化钆。

14.根据权利要求10的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于放电管由包括二氧化硅和氧化钠的玻璃制成，玻璃组分包括以下基本成分，以重量百分比(重量％)给出：60-80重量.％SiO₂和10-20重量.％Na₂O。

15.根据权利要求14的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于该玻璃组分包括以下成分：70-75重量.％SiO₂、15-18重量.％Na₂O和0.25-2重量.％K₂O。

16.根据权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于该放电管由无PbO且包括以下成分的玻璃制成，用重量百分比表示：55-70重量.％SiO₂、＜0.1重量.％Al₂O₃、0.5-4重量.％Li₂O、0.5-3重量.％Na₂O、10-15重量.％K₂O、0-3重量.％MgO、0-4重量.％CaO、0.5-5重量.％SrO、7-10重量.％BaO。

17.根据权利要求16的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于该放电管的组分包括：65-70重量.％SiO₂、1.4-2.2重量.％Li₂O、1.5-2.5重量.％Na₂O、11-12.3重量.％K₂O、1.8-2.6重量.％MgO、2.5-5重量.％CaO、2-3.5重量.％SrO、8-9.5重量.％BaO。

18.根据权利要求16的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于该放电管的组分还包括：0.01-0.2重量.％Fe₂O₃和/或0.01-0.2重量.％CeO₂和/或0.01-0.15重量.％SO₃。

19.根据权利要求16的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于Li₂O、Na₂O和K₂O的浓度总和范围从14至16重量％和/或SrO和BaO的浓度总和范围从10至12.5重量.％。

20.包括如权利要求1、2、3或4的低压汞蒸汽放电灯的小型荧光灯，其特征在于：灯壳贴附到低压汞蒸汽放电灯的放电管，其中灯壳提供有灯头。

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