CN101305073A - 低压汞蒸气放电灯和紧凑型荧光灯 - Google Patents

Abstract

低压汞蒸气放电灯，具有以气密方式围起放电空间(13)的光透射放电容器(10)，放电空间(13)提供有汞和稀有气体填充物。该放电容器包含保持放电空间中放电的放电装置。放电容器提供有含有至少红色发光材料和绿色发光材料的混合物的发光层(17)。红色发光光材料含有(Y，Gd)₂O₃:Eu。绿色发光材料含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu。绿色发光材料的颗粒被氧化铝涂层包围。优选地，至少50％的绿色和红色发光材料的颗粒具有大于或等于约5μm的平均直径。红色和绿色发光材料的混合物导致具有改进的流明当量的低压汞蒸气放电灯。

Description

低压汞蒸气放电灯和紧凑型荧光灯

技术领域

本发明涉及一种低压汞蒸气放电灯，其含有提供有发光层的发光放电容器。

本发明还涉及紧凑型荧光灯(compact fluorescent lamp)。

技术背景

在汞蒸气放电灯中，汞组成(有效)产生紫外(UV)光的主要成分。含有发光材料的发光层可以存在于放电容器的内壁，从而把UV转换成其它波长，例如转换成用于晒黑目的的UV-B和UV-A(仿日晒灯(suntanning lamps))或转换成用于普通照明目的的可见发光。此类放电灯因此也称为荧光灯。用于普通照明目的的荧光灯通常含有三种发光材料的混合物，例如蓝色发光铕激发钡镁铝酸盐BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(也称为BAM)，绿色发光铈-铽共激发磷酸镧LaPO₄:Ce，Tb(也称为LAP)和红色发光铕激发氧化钇Y₂O₃:Eu(也称为YOX)。

低压汞蒸气放电灯的放电容器一般是圆形的并包括伸长和紧凑这两种具体形状。通常，紧凑型荧光灯的管状放电容器含有具有相对小直径的相对短直部件的集合，其中所述直部件以桥部件的方式或通过弯曲部件连接在一起。紧凑型的荧光灯通常提供有一体化的(integrated)灯头(lamp cap)。通常，保持放电空间中放电的装置是布置在放电空间中的电极。作为替代，低压汞蒸气放电灯包含所谓的无电极低压汞蒸气放电灯。

从国际申请WO-A 00/67 295中得知在开头段落中描述的类型的低压汞蒸气放电灯。该已知的放电灯包含具有管状部分的放电容器，其中管状部分朝向放电空间的表面提供有金属氧化物层和发光层。放电空间的管状部分优选具有作为防碱金属层(alkali metal-repellent layer)的另外的金属氧化物层。在一个实施方案中，金属氧化物含有纳米晶体氧化铝颗粒，也称为Alon-C，晶体尺寸在约20nm和40nm之间。在另一实施方案中，金属氧化物层含有颗粒尺寸在约100nm和1000nm之间的较大颗粒，其分别作为在放电中产生的光的反射器和荧光层。也可以使用其它的氧化物如氧化钇、氧化锆或氧化钇和碱土硼酸盐的混合物代替氧化铝。已知的低压汞蒸气放电灯具有比较低的汞消耗。

使用已知的低压汞蒸气放电灯的缺点是近年来发光效率没有提高，而高强度放电(HID)灯和发光二极管(LED)的发光效率则得到了提高。这一发展导致了HID和LED灯与荧光灯之间距离的缩小。

发明内容

本发明的目的在于完全或部分消除以上缺点。根据本发明，在开头段落中提及种类的用于该目的的低压汞蒸气放电灯含有：

-发光放电容器，其以气密方式围起提供有汞和稀有气体填充物的放电空间，

-该放电容器包含保持放电空间中的放电的放电装置，

-该放电容器提供有发光层，该发光层含有至少红色发光材料(redluminescent material)和绿色发光材料的混合物，

-该红色发光材料含有(Y，Gd)₂O₃:Eu，

-该绿色发光材料含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu，

-该绿色发光材料颗粒被氧化铝涂层包围。

令人惊奇的是，含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料和氧化铝包覆的含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu的绿色发光材料的这种混合物，与在已知低压汞蒸气放电灯中使用的已知发光材料相比，导致具有改善的发光效率的低压汞蒸气放电灯。

发光材料(磷光体(phosphor))的流明当量(也用LE(lumen equivalent)表示)是以瓦特表示的磷光体发光P(λ)在产生以流明表示的光通量时的效率的量度。其定义为：

$\mathrm{LE}=683\frac{\mathrm{lm}}{W}\frac{\underset{380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\∫}}P\left(\mathrm{\λ}\right)\×\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{\underset{380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\∫}}P\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

其中y(λ)是三刺激值(tristimulus value)或可见度函数值。通常在低压汞蒸气灯中使用的发光材料的典型值是：

70lm/W  BaMgAl₁₀O₁₇:Eu(蓝色磷光体)，

495lm/W LaPO₄:Ce，Tb(绿色磷光体)，和

285lm/W Y₂O₃:Eu(红色磷光体)。

在用于2700K和6500K之间的相关色温的已知发光材料混合物中，主要组分是红色和绿色。一般来说，蓝色组分的体积分数在约1％和约25％之间变化，绿色组分的体积分数在约20％到约50％之间，而红色组分的体积分数在约20％到约70％之间。在具有高相关色温的混合物中，绿色发光组分的贡献是最高的。其中一种组分对体系发光效率的总贡献由体积分数乘以流明当量决定(假设所使用的发光材料的量子效率一般接近或大于0.9)。由于在已知低压汞蒸气放电灯中共振辐射(resonant radiation)的自吸收相对较小(在0％和约30％之间)，所以反射光吸收的影响相对次要，因为磷光体组分的平均吸收大于大约80％。

绿光发光材料(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu具有相对高的流明当量(大于已知的LaPO₄:Ce，Tb(LAP)，CeMgAl₁₁O₁₉:Tb(CAT)或GdMgB₅O₁₀:Ce，Tb(CBT)的流明当量)。使用oxonitridosilicate的一个缺点是合成的相对困难导致了相对高的价格。可替代(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu的是具有通式(Ba，Sr，Ca)₂SiO₄:Eu的Eu-掺杂的Ba-Sr-Ca-原硅酸盐。后一个发光材料是oxonitridosilicate的低价替代品。Eu-掺杂的Ba-Sr-Ca-原硅酸盐可以从相对便宜的原材料相对容易地制得。但是，其在潮湿的环境中和尤其在汞放电灯中的稳定性相对较差。就发明者所知，Eu-掺杂的Ba-Sr-Ca-原硅酸盐从来没有在低压汞蒸气放电灯中使用过。

通过在(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu绿色发光材料颗粒上提供氧化铝保护涂层，所述发光材料的稳定性大大提高。认为不需要在含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料颗粒上提供保护涂层。

含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料和氧化铝包覆的绿色发光材料(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu的混合物导致了氧化铝包覆的绿色发光材料(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu的流明当量高达505lm/W的低压汞蒸气放电灯。

含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料和氧化铝包覆的含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu的绿色发光材料的混合物，与在已知低压汞蒸气放电灯中使用的已知发光材料比较产生具有改善的流明当量的低压汞蒸气放电灯。

根据本发明的低压汞蒸气放电灯的一个优选实施方案的特征在于绿色发光材料的颗粒和红色发光材料的颗粒具有大于或等于约2μm的平均直径。如果增大颗粒尺寸，能够提高红色发光材料的吸收。但是，颗粒尺寸不应该太大，以避免与用于涂覆荧光灯灯管的悬浮液的稳定性相关的问题。

根据本发明的低压汞蒸气放电灯的另一个优选实施方案的特征在于绿色和红色发光材料颗粒的至少50％具有大于或等于约5μm的平均直径。例如，颗粒尺寸为约5微米的含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料在254nm具有约0.85到约0.92的吸收。如果增大颗粒尺寸，能够提高吸收。但是，颗粒尺寸不应该太大，以避免与用于涂覆荧光灯灯管的悬浮液的稳定性相关的问题。

可以改善在绿色发光材料颗粒上的保护涂层的效果。为了达到这一目的，根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施方案特征在于绿色发光材料的颗粒提供有被氧化铝涂层包围的二氧化硅涂层。

用于普通照明目的的荧光灯一般包含三种发光材料，即蓝色发光材料、绿色发光材料和红色发光材料的混合物。为了达到这一目的，根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施方案特征在于发光层进一步含有蓝色发光材料。优选地，所述蓝色发光材料含有BaMgAl₁₀O₁₇:Eu或(Sr，Ca，Mg)₅(PO₄)₃Cl:Eu。

优选地，用于保持放电空间中的放电的装置包含布置在放电空间内的电极。

本发明还涉及紧凑型荧光灯，其中灯罩(lamp housing)与低压汞蒸气放电灯的放电容器连接，该灯罩提供有灯头。

附图简述

参照下文描述的实施方案本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐述。

在附图中：

图1A是根据本发明的低压汞蒸气放电灯的纵断剖面的实施方案，和

图1B是图1的放电灯的细节，取自图1的线II处。

这些图完全是示意性的而非按照比例绘制。尤其为了清楚，大大地夸大了一些尺寸。在图中类似的部件尽可能用相同的附图标记表示。

优选实施方案详述

图1A示意性地示出了包含玻璃放电容器10的低压汞蒸气放电灯，该玻璃放电容器10具有管状部分11(管状部分11对放电容器10中产生的辐射是透射性的)，以及第一和第二末端部分12a、12b。对于所谓的T8荧光灯管状部分11具有约120cm的长度和2.5cm的外径，对于所谓的T5荧光灯管状部分具有1.6cm的外径。放电容器10以气密方式围起包含几毫克汞和稀有气体填充物的放电空间13，在该实施例中稀有气体为氩气。末端部分12a；12b各自支持布置在放电空间13中的电极20b(在第一末端部分12a上的电极未在图1A中示出)。所述电极20b组成低压汞蒸气放电灯的该实施方案的放电装置。电极20b的供电导体30a，30a’；30b，30b’穿过末端部分12a；12b延伸到放电容器10的外部。供电导体30a，30a’；30b，30b’与固定到灯座(lamp base)32a；32b的接触针(contact pin)31a，31a’；31b，31b’连接。电极环(electrodering)21a布置在每个电极20b的周围(在图1A中没有示出第二末端部分12b上的电极环)。

将玻璃腔(glass capsule)22夹紧到电极环21a上，通过该玻璃腔在放电灯制造的过程中投放水银。为了达到这一目的，将固定在玻璃腔22上的金属线23在高频电磁场中电感加热，在这个过程中玻璃腔22被切断并将将要从玻璃腔22中投放的水银释放到放电空间13。

在图1A和图1B的实施例中，在管状部分11面对放电空间的表面14上提供保护层15(也参见图1B)。保护层15含有例如涂层重量为约30μg/cm²的纳米晶体氧化铝(Al₂O₃)或氧化钇(Y₂O₃)层。对于颗粒尺寸在约100nm和约1μm之间的氧化铝层，需要更高的涂层重量。对于这些材料典型的涂层重量在约0.2和1.5mg/cm²之间。此外，保护层15提供有涂层重量大于1.0mg/cm²的发光层17，其中发光层17含有作为红色发光材料的(Y，Gd)₂O₃:Eu，作为绿色发光材料的(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂，以及作为蓝色发光材料的BaMgAl₁₀O₁₇:Eu或(Sr，Ca，Mg)₅(PO₄)₃Cl:Eu。绿色发光材料的颗粒G被氧化铝涂层21包围。优选地，绿色发光材料的颗粒G提供有一层氧化铝涂层。优选地，绿色发光材料的颗粒G提供有二氧化硅和氧化铝的两层涂层，二氧化硅涂层包围氧化铝涂层。

优选地，绿色发光材料的颗粒G和红色发光材料的颗粒R具有大于或等于约2μm的平均直径。一方面，如果增大颗粒尺寸，红色发光材料的吸收提高。另一方面，为了避免与用于涂覆荧光灯灯管的悬浮液的稳定性相关的问题，颗粒尺寸不应该太大。优选地，绿色和红色发光材料的颗粒G、R的至少50％具有大于或等于约5μm的平均直径。例如，颗粒尺寸为约5微米的含有(Y，Gd)₂O₃:Eu的红色发光材料在254nm具有在约0.75和约0.85之间的吸收。

对于绿色发光材料(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu，可以选择以下化学计量(stochiometrics)：

(Sr_1-a-b-c-d-eCa_bBa_cMg_dZn_e)Si_xN_yO_z:Eu_a，

其中

0.002≤a≤0.2，

0.0≤b≤0.25，

0.0≤c≤0.25，

0.0≤d≤0.25，

0.0≤e≤0.25，

1.5≤x≤2.5，

1.5≤y≤2.5，和

1.5≤z≤2.5。

此类绿色发光材料的优选例子是流明当量与标准绿色磷光体LaPO₄:Ce，Tb的495lm/W相比为约527lm/W的oxonitridosilicateSrSi₂N₂O₂:Eu。此类绿色发光材料的另一个优选例子是流明当量为约524lm/W的化学计量为SrSi_2.24N_2.11O_2.26Eu_0.020的oxonitridosilicate。

Eu²⁺-掺杂的oxonitridosilicate与例如Eu-掺杂的BaMgAl₁₀O₁₇或(Y，Gd)₂O₃:Eu的组合，导致与标准发光材料相比具有较高流明当量和较高效率的磷光体混合物。如果量子效率是可比较的并且吸收不低于80％，那么组分的流明当量乘以磷光体的体积分数决定整个混合物的流明当量。由于Eu-掺杂的SrSi₂N₂O₂的流明当量高于标准LaPO₄:Ce，Tb的流明当量约5到6％，并且绿色组分的体积百分数在大约20-50％，所以发光效率可望提高1-3％。

在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的制造过程中，将包覆后的含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu的绿色发光材料颗粒G与红色发光材料(Y，Gd)₂O₃:Eu颗粒R以及标准蓝色发光材料BaMgAl₁₀O₁₇:Eu颗粒B以适合的比例混合，以产生在2700K和6500K之间，在极限情况下高达14,000K的用于普通照明的普通色温。将磷光体涂层用水-或溶剂-基悬浮液沉积在玻璃管上，例如T8或T5管。一般的溶剂是醋酸丁酯，其中使用硝化纤维素作为粘合剂以分别调整粘度和层厚度。在水中，可以使用聚丙烯酸作为稳定剂，使用例如具有高分子量的聚醚或多元酸(polyacids)作为粘合剂。随后将悬浮液倒入管中并用气流干燥。通过在空气或氧气中的短加热步骤除去粘合剂。在放电容器制造过程中荧光层的烧结在约500℃到约600℃的温度范围进行。

根据本发明的放电灯的可选实施方案包含所谓的无电极放电灯，其中保持放电的装置布置在被放电容器包围的放电空间的外部。通常所述装置由提供有电导体绕组(winding)的线圈(coil)形成，在运行中向所述线圈提供高频电压(例如具有约3MHz的频率)。通常，所述线圈围绕软磁材料核。

根据本发明的放电灯的替代实施方案包含所谓的紧凑型荧光灯。此类紧凑型荧光灯含有与低压汞蒸气放电灯的放电容器连接的灯室，其中该灯室提供有灯头。

应该注意，以上提到的实施方案是说明而非限制本发明，本领域技术人员能够设计多种替代实施方案而不背离附加权利要求的范围。在权利要求中，任何在括号中的参考标识都不应该认为是限制权利要求。动词“含有”及其变化形式的使用不排除除权利要求中所陈述的以外存在其它要素或步骤。要素之间的冠词“一个”或“一种”并不排除存在多个此类要素。本发明可以通过包含几个不同元件的硬件实施，和通过合适编程的计算机实施。在列举几种装置的器件权利要求中，这些装置中的几种可以具体化为一种并且是相同的硬件。在相互不同的从属权利要求中描述某些方案的事实并不说明不能有利地使用这些方案的组合。

Claims (8)

1.一种低压汞蒸气放电灯，其含有：

——发光放电容器(10)，其以气密方式围起提供有汞和稀有气体填充物的放电空间(13)，

——放电容器(10)包含用于保持放电空间(13)中的放电的放电装置，

——放电容器(10)提供有发光层(17)，发光层(17)含有至少红色发光材料和绿色发光材料的混合物，

——所述红色发光材料含有(Y，Gd)₂O₃:Eu，

——所述绿色发光材料含有(Ba，Ca，Sr)₂SiO₄:Eu和/或(Sr，Ca，Ba，Mg，Zn)Si₂N₂O₂:Eu，

——所述绿色发光材料的颗粒(G)被氧化铝涂层(21)包围。

2.如权利要求1所述的低压汞蒸气放电灯，其中所述绿色发光材料的颗粒(G)和红色发光材料的颗粒(R)具有大于或等于约2μm的平均直径。

3.如权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯，其中所述绿色发光材料和红色发光材料的颗粒(G，R)的至少50％具有大于或等于约5μm的平均直径。

4.如权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯，其中所述绿色发光材料的颗粒(G)提供有被该氧化铝涂层包围的二氧化硅涂层。

5.如权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯，其中所述发光层进一步含有蓝色发光材料。

6.如权利要求5所述的低压汞蒸气放电灯，其中所述蓝色发光材料含有BaMgAl₁₀O₁₇或(Sr，Ca，Mg)₅(PO₄)₃Cl:Eu。

7.如权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯，其中保持放电空间(13)中的放电的装置包含布置在放电空间(13)内的电极(20b)。

8.包含如权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯的紧凑型荧光灯，其特征在于灯罩与低压汞蒸气放电灯的放电容器连接，该灯罩提供有灯头。

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