CN102985512B - 发射uv-a或uv-b的放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有新颖石榴石型Pr或Tm掺杂磷光体的放电灯，其具有出色的UV-A和UV-B光谱属性。

Description

发射UV-A或UV-B的放电灯
技术领域
本发明涉及用于发光装置的新颖材料，特别涉及用于发射UV辐射的放电灯的新颖材料的领域。 
背景技术
包括发射UV的磷光体的荧光灯被广泛应用于美容和医疗目的。这些灯通常通过例如使用Hg低压放电以及包括UV-B或UV-A磷光体或若干UV-A/B磷光体的混合物的发光屏来产生UV光。最常应用的磷光体为：作为UV-B发射体的LaPO4:Ce、SrAl12O19:Ce,Na或LaB3O6:Bi,Gd，以及作为UV-A发射体的(Y,Gd)PO4:Ce、BaSi2O5:Pb或SrB4O7:Eu。 
然而，用于消毒或净化目的的Hg放电灯不使用发光屏，因为低压或中压Hg放电的发射光谱的光谱功率分布很好地与GAC符合且与分子氧和水的吸收边符合。 
当前应用的低压或中压Hg放电灯的主要缺点是它们强烈依赖于来自(水、空气)温度的辐射输出。这是由液态Hg的蒸气压造成的，该蒸气压是温度的敏感函数。 
此外，Hg放电和玻璃容器之间的化学互作用导致形成彩色中心，该彩色中心进而导致效率降低。一旦纳米尺度颗粒或磷光体颗粒被涂敷在玻璃表面的顶部上，由于彩色中心引起的吸收层的形成被减少。因此，低压和中压Hg放电灯表现强的退化并且在约1000小时操作后必须被更换。 
因此，存在对这样的可替换磷光体，特别是对UV-A和/或UV-B灯的需求，其至少部分克服上述缺点并且具有更长寿命。 
发明内容
本发明的目的是提供一种放电灯，其至少部分地能够克服上述缺点，并且特别是使能构建这样的放电灯，该放电灯具有良好或改进的照明特征以及用于宽范围应用的增加的寿命。 
这个目的是通过根据本发明的权利要求1的放电灯实现。因此，提供了一种放电灯，优选地低压气体放电灯，其中所述放电灯设有放电容器，该放电容器包括具有放电维持成份的气体填充物，其中放电容器的壁的至少一部分设有发光材料，该发光材料包括Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2b，RE1为Tm3+或其与Pr3+的混合物，RE2选自包括下述的群组：Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+或其混合物并且a为>0且≤0.1，b为≥0且≤0.1，x为≥0且≤1，y为≥0且≤1(条件是a+b+x+y为≤1)并且z为≥0且≤5。 
令人惊奇地发现，对于在本发明内的宽范围应用，这种放电灯具有下述优点中的至少其一： 
由于针对应用的作用曲线而优化的发射光谱并且由于磷光体层的再吸收较少，灯效能更高，
UV输出的稳定性更高并且因而UV光源的操作寿命更长，
容易应用快速的切换循环和快速的灯启动时间，
UV发射光谱可调节，
以及灯就其几何和切换而言的灵活性高。
优选地，该放电灯为Xe、Ne或Xe/Ne准分子放电灯。 
根据本发明的优选实施例，特别是如果RE1包括Pr，则z为≥0.5且≤5，即发光材料包括镨和镓。令人惊奇地，发明人发现其结果是，得到的发光材料的蓝移发射可以被观察到，这导致对于本发明内的许多应用而言是非常期望的发光材料。对于具有Tm的许多应用也可以观察到这种效果，不过对于Pr，该效果略微更明显。然而，下述实施例也是优选的：RE1包括Tm并且z为≥0.5且≤5。 
根据本发明的优选实施例，z为≥1且≤3。 
根据另一优选实施例，放电容器的壁的至少一部分设有碱性金属氧化物，该碱性金属氧化物优选地选自包括下述的群组：MgO、MgAl2O4、Al2O3或Ln2O3(Ln=Sc、Y、La、Gd、Lu)或其混合物。对于本发明内的许多应用而言这已经表现出是有利的，因为在寿命上辐射输出下降被观察到减小。 
该碱性金属氧化物优选地被提供为纳米尺度颗粒材料，其平均颗粒尺寸为≥10nm且≤1μm，优选地≥100nm且≤500nm。优选地，或者它与发光材料一起被提供(例如形成一个层，该层包括这两种材料)，或者它被提供为在发光材料上或下的层。 
根据优选实施例，放电容器的壁的至少一部分设有另一发光材料，该另一发光材料选自包括下述的群组：(Y1-x-aLux)BO3:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Bia、La1-aPO4:Pra、(Y1-x-aLux)AlO3:Pra、(Ca1-x-2aSrx)2P2O7:PraNaa、(Ca1-x-2aSrx)Al12O19:CeaNaa或(La1-x-aGdx)PO4:Cea，x≥0且≤1并且a为>0且≤0.1(对于所有材料)或其混合物。 
借此，对于许多应用，针对给定应用的作用光谱来优化灯光谱是可行的。 
本发明还涉及(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2b在发射UV-A和/或UV-B的照明系统中作为活化剂的用途，其中RE1为Tm3+或其与Pr3+的混合物，RE2选自包括下述的群组：Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+或其混合物并且a为>0且≤0.1，b为≥0且≤0.1，x为≥0且≤1，y为≥0且≤1(条件是a+b+x+y为≤1)并且z为≥0且≤5。 
一种包括如此处所述的放电灯或者利用如上所述的磷光体材料的系统，该系统可以在一个或多个下述应用中使用： 
用于医学疗法的设备(例如治疗诸如银屑病的皮肤疾病)
用于美容皮肤护理的设备(例如晒黑装置)
水消毒和/或净化应用，例如通过使用附加TiO2光催化剂
化学反应器，例如用于光化学合成例如维生素D3的先进化学产物。
前述成份、以及所要求保护的成份和依据本发明在所描述实施例中将使用的成份，在它们的尺寸、形状、放电灯选择和技术构思方面不受到任何特殊的例外，使得相关领域中已知的选择准则可以不受限制地被应用。 
附图说明
本发明目的的附加细节、特征、特性和优点在从属权利要求、附图以及下述对各图和示例的描述中公开，所述图和示例以示例性方式示出根据本发明的放电灯的若干实施例和示例。 
图1示出根据本发明的第一实施例的放电灯的非常示意性截面视图。 
图2示出根据本发明的第一发光材料的发射光谱(示例I)。 
图3示出图2的材料的激发光谱。 
图4示出根据本发明的第二发光材料的发射光谱(示例II)。 
图5示出图4的材料的激发光谱。 
图6示出根据本发明的第二发光材料的发射光谱(示例III)。 
图7示出图6的材料的激发光谱。 
图8示出包括示例I和II的材料的Xe准分子放电灯的发射光谱。 
具体实施方式
图1示出根据本发明第一实施例的放电灯的非常示意性截面视图。放电灯10(其主要为现有技术)包括玻璃管14，磷光体12提供在该玻璃管内。此磷光体包括本发明的发光材料。取决于应用，另外的磷光体和碱性金属氧化物纳米颗粒也可以存在于此区域中。另外，两个电极(例如由Al制成)18被提供。 
通过下述发明示例将进一步理解本发明，所述发明示例纯粹是仅仅用于说明本发明并且不是限制性的。 
示例I 
示例I涉及Lu3Al5O12:Tm，其按下述方式制成。
开始材料59.093g(148.5mmol)Lu2O3、24.471g(240mmol)Al2O3以及1.014g(3.0mmol)Tm2O3溶解于浓HNO3中。随后通过蒸发移除溶剂，并且将剩余粉末在600℃烧制2小时以分解硝酸盐。 
随后，将所得物粉末化并且添加1.680g(20mmol)AlF3作为助熔剂。接着，将该粉末在CO气氛中在1300℃退火2小时，粉末化并且在CO气氛中在1500至1700℃再次烧制4小时。最后，粉碎所获得的粉饼，并且将该粉末筛滤通过36μm筛子。 
图2示出示例I的材料的发射光谱，图3示出示例I的材料的激发光谱。可以清楚地看出，此材料为用于在用于UV-A辐射的放电灯中使用的出色材料。 
示例II 
示例II涉及Lu3GaAl4O12:Pr，其按下述方式制成。
开始材料59.093g(148.5mmol)Lu2O3、19.577g(192mmol)Al2O3、8.997g(48mmol)Ga2O3以及3.064g(3.0mmol)Pr6O11溶解于浓HNO3中。随后通过蒸发移除溶剂，并且将剩余粉末在600℃烧制2小时以分解硝酸盐。 
随后，将所得物粉末化并且添加1.680g(20mmol)AlF3作为助熔剂。接着，将该粉末在CO气氛中在1300℃退火2小时，粉末化并且在CO气氛中在1500至1700℃再次烧制4小时。最后，粉碎所获得的粉饼，并且将该粉末筛滤通过36μm筛子。 
图4示出示例I的材料的发射光谱，图5显示示例I的材料的激发光谱。显然，此材料为用于在用于UV-B辐射的放电灯中使用的出色材料。 
示例III 
示例III涉及Lu3Ga2Al3O12:Pr，其按照与示例II的材料类似的方式制成。
图6示出示例I的材料的发射光谱，图7示出示例I的材料的激发光谱。可以清楚地看出，此材料为用于在用于UV-B辐射的放电灯中使用的出色材料。 
示例性XE准分子放电灯 
将借助使用示例I和II的材料的示例性Xe准分子放电灯来进一步说明本发明。此灯其按下述方式制成。
在醋酸丁酯基础上利用硝化纤维作为结合剂，制作纳米颗粒MgO的悬浮液。通过使用浇涂相关工序，将该悬浮液应用到标准UV透明玻璃管的内壁。随后，在醋酸丁酯基础上利用硝化纤维作为结合剂，制作Lu3GaAl4O12:Pr(示例II)和Lu3Al5O12:Tm(示例I)的悬浮液。借助类似的浇涂相关工序，将该悬浮液应用到预涂敷灯管的内壁，典型磷光体层重量的范围为2-6mg/cm2。在峰值温度为500至600℃的标准加热循环中灼烧该结合剂。利用彻底泵浦循环，用Xe填充玻璃管，从而严格排除氧杂质，并且最终密封。典型气体压力为200-300mbar纯Xe。借助粘附或印刷，Al电极附着到管的外侧。利用脉冲驱动方案，灯典型地在5kV和25kHz操作。发射光谱利用光谱多分析仪来确定并且示于图8。 
上文详细实施例中的元件和特征的具体组合仅仅是示例性的；这些教导与此专利和通过引用被结合的专利/申请中的其它教导的互换和替代也明确被考虑。本领域技术人员将理解，对此处所描述内容进行的变动、调整和其它实施方式可以被本领域普通技术人员所想到，而不背离所要求保护的本发明的精神和范围。因此，前述说明书仅仅是示例的方式并且不是旨在限制。在权利要求中，措词"包括"不排除其它元件或步骤，并且不定冠词"一"("a"或"an")不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不指示无法有利地使用这些措施的组合。本发明的范围在下述权利要求及其等同特征中定义。另外，说明书和权利要求中使用的附图标记不限制所要求保护的本发明的范围。 

Claims (8)

1.一种放电灯，该放电灯设有放电容器，该放电容器包括具有放电维持成份的气体填充物，其中放电容器的壁的至少一部分设有发光材料，该发光材料包括(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2b，RE1为Tm3+或其与Pr3+的混合物，RE2选自包括下述的群组：Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+或其混合物并且a为>0且≤0.1，b为≥0且≤0.1，x为≥0且≤1，y为≥0且≤1，条件是a+b+x+y为≤1并且z为≥0且≤5。
2.权利要求1的放电灯，其中该放电灯为Xe、Ne或Xe/Ne准分子放电灯。
3.权利要求1或2的放电灯，其中z为≥0.5且≤5。
4.权利要求3的放电灯，其中z为≥1且≤3。
5.权利要求1或2的放电灯，其中放电容器的壁的至少一部分设有碱性金属氧化物，该碱性金属氧化物选自下述的群组：MgO、MgAl2O4、Al2O3或Ln2O3，或其混合物，Ln=Sc、Y、La、Gd、Lu。
6.权利要求1或2的放电灯，其中放电容器的壁的至少一部分设有另一发光材料，该另一发光材料选自包括下述的群组：(Y1-x-aLux)BO3:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Pra、(Y1-x-aLux)PO4:Bia、La1-aPO4:Pra、(Y1-x-aLux)AlO3:Pra、(Ca1-x-2aSrx)2P2O7:PraNaa、(Ca1-x-2aSrx)Al12O19:CeaNaa或(La1-x-aGdx)PO4:Cea，x≥0且≤1并且a为>0且≤0.1(对于所有材料)或其混合物。
7.(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3Al5-zGazO12:RE1a:RE2b在发射UV-A和/或UV-B的照明系统中作为活化剂的用途，其中RE1为Tm3+或其与Pr3+的混合物，RE2选自包括下述的群组：Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+或其混合物并且a为>0且≤0.1，b为≥0且≤0.1，x为≥0且≤1，y为≥0且≤1，条件是a+b+x+y为≤1，并且z为≥0且≤5。
8.一种包括根据权利要求1至6中任意一项的放电灯的系统，该系统在一个或多个下述应用中使用：
用于医学疗法的设备，
用于美容皮肤护理的设备，
水消毒和/或净化应用，
化学反应器。
9. 权利要求8的系统，其中用于医学疗法的设备包括治疗皮肤疾病。
10. 权利要求9的系统，其中皮肤疾病包括银屑病。
11. 权利要求8的系统，其中用于美容皮肤护理的设备包括晒黑装置。
12. 权利要求8的系统，其中水消毒和/或净化应用包括使用附加TiO2光催化剂。
13. 权利要求8的系统，其中化学反应器用于光化学合成先进化学产物。
14. 权利要求13的系统，其中光化学合成包括维生素D3。
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