CN101069262B - 无汞组合物及包含无汞组合物的辐射源 - Google Patents

无汞组合物及包含无汞组合物的辐射源 Download PDF

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Abstract

一种包含可电离无汞组合物(12)的辐射源(10)。可电离组合物至少包含锌或者至少一种锌的化合物，或者包含两者。

Description

无汞组合物及包含无汞组合物的辐射源
背景技术
本发明涉及一种受激发时能够发射辐射的无汞组合物。特别地，本发明涉及一种包含受激发时能够发射辐射的可电离组合物的辐射源。
可电离组合物用于放电源中。在放电辐射源中，通过介质放电产生辐射。放电介质通常为气体或蒸气，优选包含在能够让所产生的辐射透过的外罩中。通常，通过对置于介质中的一对电极施加电压来产生电场从而使放电介质电离。荷能带电粒子(例如：电子和离子)与放电介质中的气体原子或分子撞击使原子和分子电离或激发，气体放电产生辐射。当这些原子和分子降为低能态时，大部分激发能转换为辐射，并在此过程中发射辐射。
气体放电辐射源可在一定内压范围内获得并工作。在该压力范围的一端，可产生放射的化学物质只有很少的量，在工作过程中产生的压力只有几百帕斯卡或更少。放射性化学物质有时仅占总压力的0.1％。
包括磷光体涂层的气体放电辐射源在压力范围低端具有一个总工作压，并且至少部分辐射处于紫外光谱范围内，该气体放电辐射源能够将紫外光转换为可见光，通常称为荧光源。荧光源的颜色属性取决于涂在灯管上的磷光体。通常用磷光体的混合物来产生想要的颜色外观。
其它气体放电源，包括高强放电源，在相对较高压力(从约0.05MPa到约20MPa)和相对较高的温度(高于约600℃)下工作。这些放电源通常包括一个包含在外罩中的内弧管。
很多常用放电辐射源的可电离组合物中包含汞成分。废弃这种含汞辐射源对环境有潜在的危害。因此，需要提供能发射辐射、可用于辐射源的无汞放电组合物。
发明概述
一般而言，本发明提供受激发时能够发射辐射的可电离无汞组合物以及包括这种组合物之一的辐射源。
本发明的一方面，可电离无汞组合物至少包括锌。辐射源工作时，锌的蒸气压低于约1×103Pa。
另一方面，本发明提供一种包含可电离无汞组合物的辐射源，其中可电离无汞组合物包括锌及至少一种锌的化合物。锌的化合物选自卤化物、氧化物、硫属元素化物、氢氧化物、氢化物、有机金属化合物及其组合。
本发明又一方面，辐射源包含一种可电离无汞组合物，所述电离无汞组合物包括至少一种锌的化合物。锌的化合物选自卤化物、氧化物、硫属元素化物、氢氧化物、氢化物、有机金属化合物及其组合。辐射源工作时，锌的化合物的蒸气压低于约1×103Pa。
附图说明
参照附图阅读以下详细描述将能更好理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，图中相同的符号代表相同的部件。其中：
图1是本发明一实施方案中的辐射源。
图2是本发明第二实施方案中的辐射源。
图3是本发明辐射源的第三实施方案中的辐射源。
图4是本发明一实施方案中辐射源的发射光谱。
发明详述
本发明一实施方案中，辐射源的可电离无汞组合物中锌的含量使辐射源工作时锌蒸气压低于约1×103Pa。工作时锌蒸气压优选低于约100Pa，更优选低于约10Pa。
在一实施方案中，锌以非激发态金属锌的形式存在。在另一实施例中，锌与至少另一种金属(汞除外)以合金形式存在。
本发明的另一实施方案中，辐射源包括含锌及至少一种锌的化合物的可电离无汞组合物。锌的化合物选自卤化物、氧化物、硫属元素化物、氢氧化物、氢化物、有机金属化合物及其组合。
本发明的又一实施方案中，辐射源包括含至少一种锌的化合物的可电离无汞组合物。锌的化合物选自卤化物、氧化物、硫属元素化物、氢氧化物、氢化物、有机金属化合物及其组合。上述至少一种锌的化合物的含量使辐射源工作时上述至少一种锌的化合物的蒸气压低于约1×103Pa，优选低于约100Pa，更优选低于约10Pa。
本发明的一方面，辐射源中的可电离组合物为锌的卤化物。另一方面，锌的卤化物为碘化锌。再一方面，锌的卤化物为溴化锌。
可电离无汞组合物还包括一种选自氦、氖、氩、氪、氙及其组合的惰性气体。惰性气体更容易激发气体放电。作为缓冲气体的惰性气体还控制稳态工作，并优化灯的性能。在一个非限定性的实施例中，以氩作为缓冲气体。氩可以全部或部分用另一惰性气体取代，例如：氦、氖、氪、氙或其组合。
本发明一方面，在工作温度下，惰性气体的气压在约1帕斯卡到约1×104Pa之间，优选在约100Pa到约1×103Pa之间。
在本发明的范围内，可以通过在可电离组合物中包括两种或多种锌的化合物以提高辐射源的效率。还可以通过优化工作中放电的内压来进一步提高效率。可以通过控制锌和/或锌的化合物的分压，或者通过控制惰性气体的压力，或者通过控制锌和/或锌的化合物的分压以及惰性气体的压力来实现该优化。并且，申请人还发现可以通过控制放电的工作温度来提高发光效率。发光效率用流明/瓦特表示，它是可见光波长范围内辐射亮度与产生该辐射的能量之比。
图1表示气体放电辐射源10。图1表示包含本发明的可电离组合物的管状外壳或容器14。外壳14所用的材料可以透明或者不透明。外壳14的横截面可以为环形或非环形，并且不必是直的。在一实施方案中，希望通过与电压电源20连接的热离子发射电极16激发放电。可以用为组合物提供能量的其它激发方法来激发放电。在本发明的范围内，预期可以使用不同波形的电压和电流(包括交流或直流)。在本发明范围内，还可以使用附加电压电源来使电极维持足以使电子热离子放射的温度。
图2表示气体放电辐射源10的另一个实施方案。外壳包括一个内罩24和一个外罩26。二者中间的空隙为真空或填充一种气体。
如图3所示，气体放电辐射源外壳可以是多弯曲管或内罩24被外罩或球26所包围的形式。
包含可电离组合物的辐射源外壳或外罩优选使用基本透明材料制成。术语“基本透明”意思是当入射光线与外壳或外罩表面上任一点切线的垂直夹角在10度以内时，总透射度至少为约50％，优选至少为约75％，更优选至少为90％。
在本发明范围内，可以用磷光体来吸收放电发射的辐射并发射出可见光波长区域的其它辐射。在一个实施例中，磷光体或磷光体的组合物可以施加在辐射源罩的内侧。作为选择，磷光体或磷光体的组合物可以施加在辐射源罩的外侧，前提是所用外罩材料不会吸收大量放电发射的辐射。此实施例合适的材料为石英，它几乎不吸收紫外光谱范围内的辐射。
在辐射源一实施方案中，其中包含可电离组合物的外壳有一个内罩和一个外罩。磷光体可以涂在内罩的外表面，和/或外罩的内表面。
磷光体的化学组成决定了所发射辐射的光谱。可以作为磷光体使用的材料至少能吸收部分放电产生的辐射并发射出另一合适波长范围的辐射。例如，磷光体吸收紫外范围内的辐射并发射出可见光波长范围(例如：红，蓝和绿光波长范围)内的辐射，并能实现高荧光量子产率。
如图4所示，在一个非限定性的实施例中，对于包含锌和碘化锌的气体放电辐射源，其中辐射输出波长由在约214纳米和约308纳米的光谱跃迁决定，所使用的磷光体至少转换其中一种波长的辐射。
在本发明范围内，可用于产生蓝光的磷光体的非限定性的实施例为SECA/BECA；SPP：Eu；Sr(P，B)O:Eu；Ba3MgSi2O8:Eu；BaAl8O13:Eu；BaMg2Al16O27:Eu；BaMg2Al16O27:Eu，Mn；Sr4Al14O25:Eu；(Ba，Sr)MgAl10O17:Eu；Sr4Si3O8Cl2:Eu；MgWO4；MgGa2O4:Mn；YVO4:Dy；(Sr，Mg)3(PO4)2:Cu，(Sr，Ba)Al2Si2O8:Eu；ZnS:Ag；Ba5SiO4Cl6:Eu及其混合物。
在本发明范围内，可用于产生绿光的磷光体的非限定性的实施例为Zn2SiO4:Mn；Y2SiO5:Ce，Tb；YAlO3:Ce，Tb；(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce；Tb3Al15O12:Ce；ZnS:Au，Cu；Al；ZnS:Cu；Al，YBO3:Ce，Tb及其混合物。
在本发明范围内，用于产生红光的磷光体的非限定性的实施例为Y(V，P)O4:Eu；Y(V，P)O4:Dy；Y(V，P)O4:In；MgFGe；Y2O2S:Eu；(Sr，Mg，Zn)3(PO4)2:Sn及其混合物。
本发明的一方面，辐射源具有一种产生和维持气体放电的装置。在一实施例中，产生和维持放电的装置是安装在辐射源外壳或罩的两点上的电极，以及为电极加压的电压电源。此发明的一方面，电极被密封于外壳内。另一方面，辐射源没有电极。在另一无极辐射源的实施例中，产生和维持放电的装置是一个安装在至少一个包含有可电离组合物的罩的外部或内部的射频发射器。
本发明再一实施方案，把电极安装在气体放电容器的外面，用高频电场电容激发可电离组合物。本发明又一实施方案，可以用高频电场感应激发可电离组合物。
实施例1
提供一可以透过UV-A辐射的长14英寸直径1英寸的圆柱形石英放电容器。将放电容器抽为真空，在环境温度下加入10.3mg锌和一定量氩气，得到267Pa的内压。将容器插入熔炉，通过外部铜电极以13.56MHz的激发频率将电能电容耦合于气体介质。测量辐射发射和辐射效率。约390℃下测得紫外线输出能量为输入电能的约55％。当紫外辐射被合适的磷光体掺混物转换为可见光时，测得发光效率为100
Figure S05841587X20070606D00005075959QIETU
m/W。
实施例2
提供一可以透过UV-A辐射的长14英寸直径1英寸的圆柱形石英放电容器。将放电容器抽为真空，加入3.4mg Zn、5.6mg ZnI2和氩气，氩气压力大约为267Pa。将容器插入熔炉，通过外部铜电极以13.56MHz的激发频率将电能电容耦合于气体介质。测量辐射发射和辐射效率。用与实施例1类似的步骤测得在工作温度约255℃下发光效率为100lm/W。
本发明还包括其它以锌的卤化物和惰性气体(例如：氩气)为放电介质的实施方案。特别的，使用溴化锌或碘化锌更有利。
尽管在此描述了各种实施方案，但从说明书我们可以理解到，在所附权利要求书所定义的本发明范围内，本领域的技术人员可以预见并对其中的元素作各种组合，或者对本发明作出变化、等同替换或改进。

Claims (6)

1.一种包含可电离无汞组合物(12)的辐射源(10)，该组合物包含锌的量使得在所述辐射源工作过程中所述锌的蒸气压低于100Pa，
所述可电离无汞组合物还含有至少一种锌的化合物，所述锌的化合物选自卤化物、氧化物、硫属元素化物、氢氧化物、氢化物、有机金属化合物及其组合，所述锌的化合物的量使得所述锌的化合物的蒸气压在所述辐射源工作过程中低于1×103Pa；
其中所述辐射源还含有一个容纳所述可电离无汞组合物的外壳，所述外壳包括一个内罩和一个外罩，其中磷光体被施加在内罩的外表面，和/或外罩的内表面。
2.如权利要求1所述的辐射源，还包括一种惰性缓冲气体，其中，所述惰性缓冲气体在所述辐射源工作过程中的压力范围从1Pa到1×104Pa。
3.如权利要求1所述的辐射源，其中所述锌的化合物为卤化锌。
4.如权利要求3所述的辐射源，其中所述卤化锌为碘化锌。
5.如权利要求1所述的辐射源，其中该组合物包括至少两种锌的化合物。
6.如权利要求1所述的辐射源，其中所述磷光体的涂层包括能转化308纳米的辐射的磷光体。
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