CN101999157A - 用于影响内源性褪黑激素平衡的低压气体放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压气体放电灯，该灯利用其红色光谱区域内的光而通过控制褪黑激素分泌来影响生物昼夜节律。管状玻璃放电容器也可以是双螺旋的形状，其被填充有稀有气体或稀有气体混合物和汞。在放电容器的两端处布置有用于供应能量的电极。放电容器在内部被相继施加的磷光体层多层涂覆。位于玻璃表面上的第一磷光体层包含被180nm和400nm之间的紫外汞辐射激发、也被汞放电所发射的400nm和490nm之间的蓝光辐射激发，还被400nm和550nm之间的第二或另外的磷光体层所发射的可见辐射激发的磷光体，其中产生最大发射在500nm和650nm之间的范围内的可见光。与用于褪黑激素抑制的光源相结合，低压气体放电灯利用其暖光而特别适合于在没有外部条件(例如阳光)的情况下，在个体中激励准昼夜节律。由于其良好的颜色再现和高的能量效率，该灯满足用于照明作业的光源的全部必要要求，因此也适合于一般性照明。

Description

用于影响内源性褪黑激素平衡的低压气体放电灯
技术领域
本发明涉及用于影响内源性褪黑激素(melatonin)平衡的低压气体放电灯，其优选地适用于生物/医学应用。目标是借助于根据本发明的光源通过控制褪黑激素分泌来特定地影响生物昼夜节律。
背景技术
从医药学可知，事实上所有的人类过程都经历生物作用功能。这些功能之一是昼夜节律作用功能，其影响褪黑激素分泌。褪黑激素是一种睡眠激素，它产自血清素，通过作为间脑的一部分的松果腺(骨骺)中的松果体细胞排出，并控制人体的白天/夜间节律。在化学意义上，它是具有色胺结构的生物碱。
Morita、Tekeshi和Tokura在Appl Human Sci，17(3)：91-96，1998发表的“The influence of different wavelengths of light on human biological rhythms”(不同波长的光对人类生物节律的影响)描述了光的性质与人类生物节律之间的关系。已经证实，体核温度的状况和褪黑激素分泌的改变随着光波长而改变。具有长波长的光(例如具有低色温的红光)对人类生物节律没有影响，而相反地，具有中短波长和高色温的绿光和蓝光呈现出较大的影响。通过人眼中光感受器的激发与体核温度和褪黑激素的抑制之间的关系可以得出结论，在接收到光信号之后，光感受器借助于褪黑激素分泌的活跃性来确定生物节律。已经观察到，相比于傍晚，在早晨需要更高的光强来启动对褪黑激素分泌的抑制。一整天之中对人类生物节律的影响归因于眼睛的光感受器，其接收用于褪黑激素分泌的信号。
居住和工作的环境在傍晚和夜间期间是通过具有低色温的光照明的，而从早晨到傍晚是通过具有高色温的光照明的。
波长在400nm和500nm之间且波长最大值在450nm的光能够增强褪黑激素抑制作用，并提高个体的性能能力和良好状态。当光在黑暗中消失，褪黑激素抑制作用下降，排出的褪黑激素启动睡眠阶段。
在由于蓝光波长范围的光的影响而在褪黑激素抑制作用与良好状态之间产生的关联变为已知之后，开发出了低压气体放电灯，用于具有增加的蓝光含量的一般性照明。在一般性照明中，色温经常用于区分各种光颜色。蓝光含量的增加相应地不可避免地造成上述灯具有较高的色温。
EP 1735405 A1公开了一种低压气体放电灯，其光感受器由在红光波长范围内发光的铕掺杂的钇磷光体、在绿光波长范围内发光的铈和铽掺杂的磷酸镧磷光体、在蓝光波长范围内发光的铕掺杂的铝酸钡镁磷光体、以及在蓝光波长范围内发光的锰和铕掺杂的铝酸锰锶钡镁磷光体构成。该低压气体放电灯满足一般性照明的所有要求，并优选地实现8000K的色温。还阐述了可以构想色温最高达20,000K的灯。从借助于低压气体放电灯而增加一般性照明中蓝光含量的角度，遵循上述发展方向，以影响昼夜节律、增强褪黑激素抑制作用，从而增强人类良好状态和性能能力。
在DE 10 2005 059 518 A1中描述了另一种用于影响昼夜节律的光的使用，以增加哺乳动物的乳汁中的褪黑激素含量。根据昼夜节律，在哺乳动物中，褪黑激素分泌同样在夜间是最大的。由于很难在黑暗中对动物挤奶，在所引用的发明中使用钠蒸气灯或优选地发射红光的LED灯作为光源，以确保不含蓝光。使用这种类型的窄带灯的缺点在于，没有很好的颜色再现，这对于视觉作业(visual task)来说很重要。
US 20050179392 A1公开了一种低压气体放电灯，其同样用于影响褪黑激素分泌。它具有放电容器，该容器被提供有惰性气体混合物和汞。该放电容器包含彼此对称布置并互相连接的两个放电腔。第一和第二放电腔各自都被安装有电极和发光层。第一放电腔中的磷光体在从100nm到1000nm的第一电磁光谱范围内发光，第二放电腔中的磷光体在从100nm到1000nm的第二电磁光谱范围内发光，其中两种磷光体的发射光谱不同。该低压气体放电灯的每个放电腔包含两个电流导体，用于接收直流供应。该灯具有可变的色温，并影响人类生物节律。所产生的光-电流水平与温度无关。该灯优选被用于轮班工作、用于医院中的急救站中等等。
EP 1886708 A1描述了一种照明组件，其具有褪黑激素保护作用。该照明组件借助于三个磷光体灯而被激活，并能够产生不同光谱成分或色温的光，其中，一经激活，所产生的光的光谱成分取决于预先规定的时间方案而自由可选。在预定义的时间段中，特别是在晚上，产生褪黑激素光，该光具有的光谱成分和强度使其在晚上至少基本上不抑制个体中荷尔蒙褪黑激素的分泌。以该褪黑激素光的光谱成分为基准，假定波长阈值以下的蓝光光谱的部分是在480nm和600nm之间，优选在500nm和560nm之间，或者，该褪黑激素光具有低于例如1500K的色温。以此方式，在夜间人造光的情况下，防止了暴露于这种光的个体以不期望的方式抑制自然褪黑激素分泌。根据Christoph Schierz在Bern于2006年9月10-13日在瑞士光协会以及德国、奥地利和荷兰的光协会的Lich 2006：17th Light Community Congress中的Der Mensch im farbigen Licht[People in Coloured Light]，褪黑激素抑制作用的光谱敏感度相对于光谱亮度敏感度的函数V(λ)表现为朝向光谱的呈现蓝光的区域偏移。表明了相似的光谱敏感度一定也适用于生物钟随时间的稳定化，并且在主观上和生理上增加警觉性的程度。关于光和颜色的生物影响的最新科学知识是，蓝色进行激励和激活，红色在这方面没有影响或者甚至有抑制性影响。
已知的现有技术表明，昼夜节律的知识仅仅导致了这样的低压气体放电灯的开发，这种灯具有相对高的色温和相对高的蓝光含量，同时保护视觉作业并符合能量效率的现有规定。
发明内容
本发明的目的是提供一种光源，利用该光源，可以通过褪黑激素分泌而特定地影响昼夜节律。与用于褪黑激素抑制的光源相结合，该光源应该特别适用于在没有外界条件(例如阳光)的情况下激励准昼夜节律。同时，该低压气体放电灯应该满足对通过良好的颜色再现和高能量效率的照明作业的光源的全部必要要求，因此也应该适用于一般性照明。
根据本发明的低压气体放电灯应该同时满足对由这种类型的光源构成的视觉作业的当前要求。这些要求包括高的光通量、良好的颜色再现、以及符合对能量效率的当前规定。
该目的通过制造这样的低压气体放电灯而实现，所述低压气体放电灯的在400nm和500nm之间的波长范围内的光谱能量分布中的蓝光含量极低，并在用于褪黑激素抑制的阈值以下。
根据本发明的用于影响内源性褪黑激素平衡的低压气体放电灯包括公知的玻璃管。根据本发明的玻璃放电容器也可具有双螺旋的形状。所述放电容器还可以包括连接在一起的U形，或者经由连接通道(connecting channel)而接合在一起的短管部(short tube section)。
在一种形式的低压气体放电灯中，放电管通过折叠、变形、焊接或接合而成形，其中放电容器的外部尺寸仅仅是放电容器的延伸长度的一小部分(fraction)。
所述低压气体放电灯的放电容器以已知的方式被填充有稀有气体或稀有气体混合物以及汞，并在两端都具有用于供应能量的电极。所述放电容器的内部用磷光体多层涂布。
根据本发明的低压气体放电灯具有磷光体层，所述磷光体层被一层又一层地施加到放电容器内部的玻璃表面上。作为基底层(base layer)而施加到玻璃表面的第一磷光体层包括这样的磷光体，其被180nm和400nm之间的紫外汞辐射激发，也被由汞放电所发射的400nm和490nm之间的蓝光辐射激发，并被400nm和550nm之间的由第二或进一步的磷光体层所发射的可见辐射激发，其中产生最大发射在500nm和650nm之间的区域中的可见光；作为顶层的第二或进一步的磷光体层包括一个或多个窄带发射的磷光体，该磷光体产生可见光。直接施加到玻璃表面的第一磷光体层包括选自硅酸盐或铝酸盐的磷光体或磷光体混合物，并优选地掺杂有铕或铈。该磷光体属于通过二价铕激活的碱土金属正硅酸盐和/或碱土金属氧正硅酸盐(oxyorthosilicate)的组，并且离子可以包含另外的稀土金属以及锰、锌和镁。
包含Eu激活的碱土金属正硅酸盐的磷光体具有化学式(Ba，Sr，Ca)2SiO4:Eu，名称为BOSE。
包含Eu激活的碱土金属氧正硅酸盐的磷光体具有化学式(Ba，Sr，Ca)3SiO5:Eu，名称为SOOS。
选自石榴石的铝酸盐磷光体具有化学式Y3Al5O12:Ce，名称为YAG。
在低压气体放电灯的放电容器内部的第一磷光体层的磷光体具有在560nm和650nm之间的光谱范围内的发射最大值。
第二磷光体层包括一个或多个窄带发射的磷光体，其发射最大发射在440nm和500nm之间的蓝光/蓝绿光，和/或最大发射在535nm和555nm之间的绿光，和/或最大发射在605nm和650nm之间的红光。
红光发射的磷光体优选为氧化钇:Eu和/或钒酸钇:Eu和/或氟锗酸镁:Mn。绿光发射的磷光体为磷酸镧:Ce，Tb和/或铝酸镁:Ce，Tb。蓝光/蓝绿光发射的磷光体为铝酸钡镁:Eu和/或磷酸锶钙钡:Eu和/或铝酸锶:Eu和/或氯磷酸锶:Eu。
蓝光发射的磷光体在混合物中的比例在0％和10％之间。
借助于本发明，可以与具有高色温和导致褪黑激素抑制的相应地较高蓝光含量的现有低压气体放电灯相结合而影响睡眠阶段，从而刺激人类的整个昼夜节律。
在常规设计的低压气体放电灯中，可见光谱中的蓝光含量来自不同类型的两种发射源：磷光体的发射光谱和低压气体放电灯本身在405nm和436nm处的汞谱线的发射。在436nm处的发射谱线为47.5％，是可见光谱中汞谱线的能量分布中最强的，可以在任何低压气体放电灯中以公知方式检测到。
对于使用低压气体放电灯的褪黑激素分泌，在436nm处的汞发射谱线意味着不足以忽略具有在400nm到500nm的范围内的发射的磷光体。
根据本发明的低压气体放电灯的用于褪黑激素分泌的目的仅可以通过吸收在405nm处，特别是在436nm处的汞发射谱线来实现，并用蓝光吸收的磷光体来执行。
蓝光吸收的磷光体具有在180nm和550nm之间的激发光谱，并产生最大发射在500nm和650nm之间的范围内的可见光。
然而，蓝光吸收的磷光体的光谱分布和稳定性不足以满足具有良好视觉值功能的低压气体放电灯的要求。因此，用第二磷光体层涂覆包含蓝光吸收的磷光体的第一磷光体层，该第二磷光体层包含发射红光和绿光的窄带磷光体的混合物。在可见光谱的光谱分布中不存在蓝光含量意味着，色温仅仅为1000K到3000K，优选为2000K。
对基底层中的蓝光吸收的磷光体的发射最大值、顶层的磷光体混合物的组成、以及这两个层的层厚度的优化使得根据本发明的低压气体放电灯具有实现视觉作业所需的特性。
具体实施方式
将参考实施例更详细地解释根据本发明的低压气体放电灯。
表1示出了与两个常规LT 18W低压气体放电灯相比较的根据本发明的两个LT 18W低压气体放电灯的技术光学参数。
根据图1，根据本发明的用于影响内源性褪黑激素平衡的低压气体放电灯具有玻璃放电容器1，其具有直管形状，在其两端具有用于供应能量的电极并被填充有稀有气体或稀有气体混合物和汞。将作为基底层的磷光体层2和作为顶层的磷光体层3相继施加到放电容器的内玻璃表面，其中磷光体层2在磷光体层3的顶上。
图2示出昼夜节律作用函数c(λ)和根据本发明的LT 18W低压气体放电灯的光谱亮度敏感性曲线V(λ)。
图3示出具有暖白色舒适光颜色的已知的LT 18W三带低压气体放电灯的光谱。
图4示出具有红色的光颜色的已知的LT 18W低压气体放电灯的光谱。
为了对比，图5示出根据本发明的LT 18W低压气体放电灯的光谱，该低压气体放电灯包括用作基底层并被称为BSCOSE(F612)的磷光体(Ba，Sr，Ca)正硅酸盐:Eu；图6示出根据本发明的LT 18W低压气体放电灯的光谱，该低压气体放电灯包括作为基底层的磷光体YAG。
在这两个实施例中，描述了其中灯功率为18W、具有590mm的标准长度和26mm的玻璃管直径的LT 18W低压气体放电灯。
实例1
将Eu激活的碱土金属正硅酸盐用作LT 18W低压气体放电灯的放电容器中的蓝光吸收的磷光体。
通过将该蓝光吸收的磷光体涂覆到玻璃瓶的内部作为悬浮液，其中将羟乙基纤维素作为黏合剂且将二羟甲基脲作为交联剂，来形成基底层。基底层的层厚度根据本发明在0.2mg/cm2和2.0mg/cm2之间，优选为1.25mg/cm2。
用于作为顶层的第二层的涂层为磷光体混合物，其包含窄带红光发射的磷光体氧化钇:Eu(YOX)和窄带绿光发射的磷光体磷酸镧盐:Ce，Tb(LAP)作为悬浮液，其中聚环氧乙烷作为黏合剂。该磷光体混合物包含60％到99％的磷光体YOX和1％到40％的磷光体LAP，优选包含85％的磷光体YOX和15％的磷光体LAP。
顶层的层厚度根据本发明在1.0mg/cm2和6.0mg/cm2之间，优选为3.25mg/cm2。
烧制被涂覆的玻璃瓶，然后对其进行用于低压气体放电灯的常规制造技术。
用BSCOSE磷光体F612作为基底层制造的LT 18W低压气体放电灯具有如下技术光学参数：
光通量：1341lm
灯功率：18.0W
色温：1995K
颜色再现：81.3
实例2
用磷光体YAG作为基底层来进行对LT 18W低压气体放电灯的玻璃瓶的涂覆。与实例1类似地进行对顶层的涂覆。
利用以此方式制造的LT 18W低压气体放电灯实现了如下的技术光学参数：
光通量：1408lm
灯功率：18.0W
色温：1995K
颜色再现：81.3
光通量是根据如图2所示的最大波长为550nm的光谱亮度敏感度曲线V(λ)而评估的。为了表征根据本发明的低压气体放电灯的褪黑激素分泌，利用昼夜节律影响因子，该因子是通过辐照强度与昼夜节律作用函数c(λ)的积分乘积和辐照强度与光谱亮度敏感度曲线V(λ)的积分乘积的比例而计算出的。
表1示出来自实例1和2的根据本发明的LT 18W低压气体放电灯的昼夜节律影响因子与同样灯功率的暖白色舒适色和红光色的常规低压气体放电灯相比较。同时，表1示出四个LT 18W低压气体放电灯相互比较的技术光学参数。
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表1
暖白色舒适光色的LT 18W低压气体放电灯具有在四个低压气体放电灯当中最高的昼夜节律影响因子。除汞谱线之外，如图3所示，该低压气体放电灯的光谱还具有来自磷光体发射的蓝光含量，从而使其与其他三个低压气体放电灯相比昼夜节律因子最高。
如图4所示，红光色的LT 18W低压气体放电灯没有来自磷光体侧的磷光体发射的蓝光含量。该低压气体放电灯的蓝光含量仅由来自汞放电的可见光谱线的发射导致。该低压气体放电灯因而具有比暖白色舒适光色的低压气体放电灯更低的昼夜节律因子，但是由于非常低的颜色再现系数而不适合用于视觉作业。
在来自实例1和2的根据本发明的低压气体放电灯中(其光谱示于图5和图6中)，基底层中的磷光体的激发通过在405nm和436nm处的汞谱线而发生，并且在从黄色到橙红色的可见范围内进行发射。
来自实例1和2的根据本发明的低压气体放电灯高度适合于视觉作业。在基底层中具有磷光体BSCOSE(F612)的实例1中的低压气体放电灯由于更接近黑体上的标准照明而具有比包含磷光体YAG的实例2的低压气体放电灯更好的视觉功能，然而实例2的低压气体放电灯具有更低的昼夜节律影响因子，从而会增加褪黑激素分泌。
与用于褪黑激素抑制的光源相结合，根据本发明的具有暖光的低压气体放电灯因而特别适合于在没有外部条件(例如阳光)的情况下在个体中模拟准昼夜节律。同时，该新颖的低压气体放电灯通过良好的颜色再现和高能量效率而满足用于照明作业的光源的全部必要要求，因此也适合于一般性照明。

Claims (11)

1.一种低压气体放电灯，用于影响内源性褪黑激素平衡，其包括由玻璃制成的放电管，所述放电管在内部被涂覆有磷光体，并且在所述放电管两端处具有用于供应能量的电极，所述放电管被填充有稀有气体或稀有气体混合物和汞，其特征在于，相继地施加磷光体层，其中第一磷光体层(2)位于玻璃表面(1)上，包含被在180nm和400nm之间的紫外汞辐射激发、也被在第二或另外的磷光体层(3)和汞放电所发射的400nm和550nm之间的可见辐射激发的磷光体，其中产生最大发射在500nm和650nm之间的范围内的可见光。
2.一种低压气体放电灯，用于影响内源性褪黑激素平衡，其特征在于，作为基底层的第一磷光体层的层厚度在0.2mg/cm2和2.0mg/cm2之间，优选为1.25mg/cm2，并且作为顶层的第二磷光体层的层厚度在1.0mg/cm2和6.0mg/cm2之间，优选为3.25mg/cm2。
3.根据权利要求1和2的低压气体放电灯，其特征在于，被直接施加到玻璃表面的所述第一磷光体层包含选自硅酸盐或铝酸盐的组的磷光体或磷光体混合物，并且优选地被掺杂有铕或铈。
4.根据权利要求1至3的低压气体放电灯，其特征在于，所述磷光体属于通过二价铕激活的碱土金属正硅酸盐和/或碱土金属氧正硅酸盐的组，离子可包含另外的稀土金属以及锰、锌和镁。
5.根据权利要求1至4的低压气体放电灯，其特征在于，所述磷光体包含具有化学式(Ba，Sr，Ca)2SiO4:Eu(BOSE)的Eu激活的碱土金属正硅酸盐、或者具有化学式(Ba，Sr，Ca)3SiO5:Eu(SOOS)的Eu激活的碱土金属氧正硅酸盐、或者是选自具有化学式Y3Al5O12:Eu(YAG)的石榴石的组的铝酸盐。
6.根据权利要求1至5的低压气体放电灯，其特征在于，所述第一磷光体层中的磷光体具有的最大发射在560nm和620nm之间的光谱区域中。
7.根据权利要求1和2的低压气体放电灯，其特征在于，所述第二磷光体层包含一个或多个窄带发射的磷光体，所述窄带发射的磷光体磷光体发射最大发射在440nm和500nm之间的蓝光/蓝绿光、和/或最大发射在535nm和555nm之间的绿光、和/或最大发射在605nm和630nm之间的红光。
8.根据权利要求1、2和7的低压气体放电灯，其特征在于，红光发射的磷光体为氧化钇:Eu和/或钒酸钇:Eu和/或氟锗酸镁:Mn，绿光发射的磷光体为磷酸镧:Ce，Tb和/或铝酸镁:Ce，Tb，蓝光/蓝绿光发射的磷光体为铝酸钡镁:Eu和/或磷酸锶钙钡:Eu和/或铝酸锶:Eu和/或氯磷酸锶:Eu。
9.根据权利要求1、2、7和8的低压气体放电灯，其特征在于，蓝光发射的磷光体在混合物中的比例在0％和10％之间。
10.根据权利要求1的低压气体放电灯，其特征在于，所述放电管通过折叠、变形、焊接或接合而成形，其中放电容器的外部尺寸仅仅是所述放电容器延伸长度的一小部分。
11.根据权利要求1和10的低压气体放电灯，其特征在于，所述放电容器为双螺旋的形状，或者由连接在一起的U形和经由连接通道而接合在一起的短管部制成。
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