CN101124651A - 包括金属卤化物的低压放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种低压气体放电灯，这种低压气体放电灯设有包括填充气体的气体放电容器(1)，填充气体具有放电维持组合物，放电维持组合物包括从由铝、镓、铟、铊的化合物形成的组中选择出来的放电维持化合物，从元素锌、镉、汞的组中选择出来的添加剂和缓冲气体，所说低压气体放电灯进一步还设有用于产生和维持低压气体放电的装置(2)。

Description

包括金属卤化物的低压放电灯
技术领域
本发明涉及低压气体放电灯，低压气体放电灯包括具有填充气体的气体放电容器，填充气体包括从包括镓、铟、铊的化合物的组中选择出来的放电维持化合物，所说低压气体放电灯还包括用于产生并维持低压气体放电的装置。
背景技术
在低压气体放电灯中光的产生是基于如下的原理：电荷载体(特别是电子，但还有离子)通过施加到填充气体的电场非常强烈地加速，以致于与灯的填充气体中的气体原子或分子的碰撞使这些气体原子或分子被激发或电离。当填充气体的原子或分子返回到基态时，激发能量中的或多或少的实质部分转换成辐射。
常规的低压荧光气体放电灯包括填充气体中的汞和，此外，还包括涂在气体放电容器内部的磷。汞的低压气体放电灯的缺点在于汞蒸气主要发射高能辐射，还有不可见的UV-C范围的电磁谱，这种辐射必须首先由磷转换成能级低得多的可见辐射。在这个过程中，能量差转换成不期望出现的热辐射。
此外，填充气体中的汞越来越多地被看作环境有害有毒物质，在当前的批量生产中，当它的使用、生产、和处理对于环境具有威胁时，应该尽可能地避免。
已经公知的还有，在用其它物质代替填充气体中的汞时，可能会影响低压气体放电灯的光谱。
例如，US2002047525公开了一种设有气体放电容器的低压气体放电灯，气体放电容器包含具有作为紫外发射体的铟化合物的填充气体和一种缓冲气体，这种低压气体放电灯也设有电极和用于产生和维持低压气体放电的装置。这种含铟的低压气体放电灯在可见光范围以及紫外范围发出辐射。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种低压气体放电灯，它的辐射尽可能地靠近电磁波谱的可见光区，并且它的效率和辐射强度得以改善。
按照本发明，这个目的是通过一种低压气体放电灯实现的，这种低压气体放电灯设有包括填充气体的气体放电容器，填充气体具有放电维持组合物，放电维持组合物包括从铝、镓、铟、铊的化合物形成的组中选择出来的放电维持化合物，从元素锌、镉、汞的组中选择出来的添加剂和缓冲气体，所说低压气体放电灯进一步还设有用于产生和维持低压气体放电的装置。
在按照本发明的灯里，分子气体放电发生在低压，这种气体放电在电磁波谱的可见光区和紫外区发出辐射。除了在铝、镓、铟、铊的化合物中存在的铝、镓、铟、铊特征线以外，所说辐射还包括来自于铝、镓、铟、铊的化合物的分子辐射的范围从320纳米到450纳米的一个很宽的连续谱以及来自于从元素锌、镉、汞的组中选择出来的添加剂的共振辐射。
可能的另外的添加剂、以及灯的内部压力和操作温度可以实现对于连续光谱的精确定位和光谱分布以及等离子体效率的控制。
与磷组合，可使按照本发明的灯具有明显大于传统的低压气体放电灯的视觉效率和辐射强度。用流明/瓦表示的视觉效率是在特定的可见光波长范围内辐射亮度和产生这种辐射的能量之比。按照本发明的灯的高视觉效率意味着以较小的功耗获得特定的光量。此外，避免了使用汞。
按照本发明的灯作为一种UV-A灯，可有益地用作制革灯、消毒灯、或者漆固化(lacquer-curing)灯。为了进行通用的照明，所说的灯最好与适当的磷结合使用。由于斯托克位移引起的损耗很小，所以获得了具有高照明效率的可见光。
在本发明的范围内，特别优选的是，放电维持化合物是从铝、镓、铟、铊的卤化物形成的组中选择出来的。
填充气体可以进一步包括从锌、镉、和汞的卤化物中选择出来的卤化物。
填充气体可以进一步包括从由铝、镓、铟、铊组成的组中选择出来的元素金属。填充气体可以进一步包括从由锌、镉、和汞组成的组中选择出来的元素金属。
特别期望用作缓冲气体的惰性气体是从由氦、氖、氩、氪、和氙形成的组中选择出来的。
有益地，在标称操作的操作温度下惰性气体的气体压力范围从0.1到100毫巴，2毫巴是优选值。
在本发明的说明书和权利要求书中，名称“标称操作”用于表示其中的放电维持组合物的蒸汽压力是使灯的辐射效率是灯的最大辐射效率的至少80％的操作条件，即，该辐射种类的压力是最佳值的操作条件。
在本发明的范围内，优选的作法是，气体放电容器包括涂在壁的内或外表面上的磷。
按照本发明的低压放电灯可以包括用于产生低压气体放电的装置，它是从包括内电极，外电极和无电极的装置中选择出来的。
在按照本发明的低压气体放电灯中，气体放电容器可以包括一个热反射涂层。
参考附图和6个实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚明白。
附图说明
在附图中：
图1示意地表示包括填充气体的低压气体放电灯的光的产生，填充气体包含铟(I)化合物和元素锌；
图2表示包括含有氯化镓和锌的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱；
图3表示包括含有氯化铟和锌的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱；
图4表示包括含有溴化铟和锌的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱；
图5表示包括含有溴化铟、溴化汞和汞的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱；
图6表示包括含有碘化铟和镉的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱；
图7表示包括含有氯化铟和镉的填充气体的低压气体放电灯的发射光谱。
具体实施方式
在如图1所示的本发明的实施例中，按照本发明的低压气体放电灯由管状灯泡1组成，管状灯泡1包围一个放电空间。在管的两端，密封内部电极2，经过这些电极可以启动气体放电。低压气体放电灯包括一个灯座和一个灯帽3。一个电子镇流器按照已知的方式集成在灯座或灯帽内，电子镇流器用于控制气体放电灯的点火和操作。在图1未示出的另一个实施例中，低压气体放电灯可以按照另外一种方式经过外部的镇流器操作和控制。
还可以按照另外一种方式实施所说的气体放电容器，以使得可以是由外部灯泡包围的多弯曲管或盘绕管。气体放电容器的壁优选由对波长在320和400纳米之间的UV-A辐射透明的玻璃类、石英、或透明陶瓷(如氧化铝)制造出来。
在一个实施例中，对于填充气体，使用一种从铝、镓、铟、铊的卤化物中选择出来的数量为2×10-11摩尔/cm3到2×10-8摩尔/cm3的卤化物和一种惰性气体制成。惰性气体用作缓冲气体，以使气体放电更容易启动。对于缓冲气体，优选使用氩。可以用另外的惰性气体如氦、氖、氪或氙来代替氩，全部代替或者部分地代替。
与现有技术的灯相比，通过向填充气体添加从由元素锌、镉、和汞形成的组中选择出来的一种添加剂，可以极大地改善等离子体效率。通过在气体气氛中组合两种或多种化合物也可以改善所说的效率。
通过优化操作期间灯的内部压力可以进一步改善这个效率。缓冲气体的冷填充压力最大为100毫巴。优选地，所说的压力在1.0到5.0毫巴之间的一个范围，更加优选地为2.0毫巴。
已经发现，通过借助于合适的结构方面的措施来控制灯的操作温度，可以实现低压气体放电灯的发光效率的增加。对灯的直径和长度进行选择，以使在外部温度为25℃的操作期间获得在140℃-290℃范围内的内部温度。这个内部温度涉及到当气体放电容器内放电发生温度梯度时气体放电容器的最冷点。
为了增加内部温度，还可以为气体放电容器涂敷红外辐射反射涂层。优选地，使用氧化锡的红外辐射反射涂层。
按照本发明的低压气体放电灯可以包括用于产生和维持低压气体放电的装置，该装置包括内部电极或者外部电极或者无电极的装置。
在按照本发明的低压气体放电灯中用于电极的合适材料例如包括镍、镍合金、或者高熔点的金属，特别是钨和钨合金。还可以适当地使用钨与氧化钍或氧化锌的复合材料。通过在电极上提供发射体材料，可以进一步减小电极的功函数。
在按照图1的实施例中，灯的气体放电容器4的内表面涂有磷层4，。来源于气体放电的紫外辐射激发磷层中的磷，从而产生可见光区5的光辐射。
磷层的化学组分确定了光谱或者光的色调。适合用作磷的材料必须能够吸收产生的辐射并且发射合适波长范围内的所说辐射，例如三基色红、蓝、绿，并且能够实现高的荧光量子产额。
合适的磷和磷组合物不一定非得加入到气体放电容器的内部；它们可以按照另一种方式加到气体放电容器的外部，因为通常的玻璃类并不吸收UV-A辐射。
按照另一个实施例，使用高频场按照电容方式激发所说的灯，电极设置在气体放电容器的外侧。
按照下一个实施例，借助于高频场或者借助于使用感应线圈或高频天线的微波设备，按照电感方式激发所说的灯。
当灯点火时，由电极发射的电子激发填充气体的原子和分子从而发射辐射。
放电使填充气体加热，从而可以达到期望的蒸汽压力和范围从200℃到300℃的期望操作温度，这时的光输出是最佳的。
在操作期间从包括铝、镓、铟、铊的化合物以及由包括元素锌、镉、和汞在内的组中选择出来的添加剂的填充气体产生的辐射展现出在化合物中存在的元素铝、镓、铟、铊的特征线光谱以及元素锌、镉、和汞的特征线光谱。
除了这些元素的特征线发射以外，填充气体还发射在320和450纳米之间的一个增强的、宽的、连续的分子光谱，它是通过铝、镓、铟、铊的化合物的分子放电产生的。当卤化物的分子量增加时，这个连续的分子光谱的最大发射范围移动到更长的波长。
例1
长度为25cm、直径为2.5cm的石英的圆筒形放电容器设有铜的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.1毫克的氯化镓和0.2毫克的锌。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为270℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图2中表示出发射光谱，其中包括在403纳米和417纳米的蓝色Ga线、在288纳米和294纳米的Ga紫外线、氯化镓的宽带发射以及在214纳米和308纳米的锌的紫外共振线、以及在468纳米、472纳米、481纳米的可见光发射。
例2
长度为25cm、直径为2.5cm的石英的圆筒形放电容器设有导电材料的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.1毫克的氯化铟和0.1毫克的锌。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为287℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图3中表示出发射光谱，其中包括在410纳米和451纳米的蓝色In线、在326纳米和在250纳米和300纳米之间的In的紫外线、在340纳米和380纳米之间的氯化铟的宽带发射、以及在214纳米和308纳米的锌的紫外共振线、以及在468纳米、472纳米、481纳米的可见光发射。
例3
长度为25cm、直径为2.5cm的石英的圆筒形放电容器设有导电材料的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.12毫克的溴化铟和0.1毫克的锌。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为287℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图4中表示出发射光谱，其中包括在410纳米和451纳米的蓝色In线、在326纳米和在250纳米和300纳米之间的In的紫外线、在355纳米和395纳米之间的溴化铟的宽带发射、以及在214纳米和308纳米的锌的紫外共振线、以及在468纳米、472纳米、481纳米的可见光发射。
例4
长度为25cm、直径为2.5cm的对UV-A辐射透明的玻璃的圆筒形放电容器设有导电材料的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.2毫克的溴化铟、0.05毫克溴化汞和0.2毫克的铟。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为228℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图5中表示出发射光谱，其中包括在410纳米和451纳米的蓝色In线、在326纳米和在250纳米和300纳米之间的In的紫外线、在355纳米和395纳米之间的溴化铟的宽带发射、在254纳米的汞的相互组合线、以及在405纳米、436纳米、和546纳米的可见光发射。
例5
长度为25cm、直径为2.5cm的对UV-A辐射透明的玻璃的圆筒形放电容器设有导电材料的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.1毫克的碘化铟、和0.1毫克的镉。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为260℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图6中表示出发射光谱，其中包括在410纳米和451纳米的蓝色In线、在326纳米和在250纳米和300纳米之间的In的紫外线、在400纳米的碘化铟的宽带发射、在326纳米和299纳米的镉的相互组合线、以及在477纳米、480纳米、和509纳米的可见光发射。
例6
长度为25cm、直径为2.5cm的对UV-A辐射透明的玻璃的圆筒形放电容器设有导电材料的外部电极。抽空放电容器，同时加入剂量为0.1毫克的氯化铟、和0.1毫克的镉。还要在2.5毫巴的冷压力下引入氩。从一个外部源提供频率为13.5兆赫兹的一个高频场，并且在操作的壁温度为279℃的情况下测量等离子体效率的最大值。
在图7中表示出发射光谱，其中包括在410纳米和451纳米的蓝色In线、在326纳米和在250纳米与300纳米之间的In的紫外线、在340纳米和380纳米之间的氯化铟的宽带发射、在326纳米的镉的相互组合线、在229纳米的允许共振线、以及在477纳米、480纳米、和509纳米的可见光发射。
图6还表示包括氯化铟但没有由本发明公开的添加剂的灯的较小强度的发射。

Claims (10)

1.一种低压气体放电灯，这种低压气体放电灯设有包括填充气体的气体放电容器，填充气体具有放电维持组合物，放电维持组合物包括从由铝、镓、铟、铊的化合物形成的组中选择出来的放电维持化合物，从元素锌、镉、汞的组中选择出来的添加剂和缓冲气体，所说低压气体放电灯进一步还设有用于产生和维持低压气体放电的装置。
2.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其中：放电维持化合物是从铝、镓、铟、铊的卤化物形成的组中选择出来的。
3.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：填充气体进一步包括从锌、镉、和汞的卤化物中选择出来的卤化物。
4.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：填充气体进一步包括从由铝、镓、铟、铊组成的组中选择出来的元素金属。
5.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：填充气体进一步包括从由锌、镉、和汞组成的组中选择出来的元素金属。
6.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其中：填充气体包括用作缓冲气体的惰性气体，所说惰性气体是从由氦、氖、氩、氪、和氙形成的组中选择出来的。
7.根据权利要求5所述的低压气体放电灯，其中：填充气体包括用作缓冲气体的惰性气体，所说惰性气体是从由氦、氖、氩、氪、和氙形成的组中选择出来的，并且，惰性气体在标称操作的操作温度下的气体压力范围小于100毫巴。
8.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：气体放电容器包括磷涂层。
9.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：用于产生低压气体放电的装置是从包括内电极、外电极、和无电极的装置中的装置选择出来的。
10.根据权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于：气体放电容器包括一个红外反射涂层。
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C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080213