CN105225919A - 具有所希望的汞消耗和流明启动时间的荧光灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套、向玻璃封套的内部提供放电的装置、玻璃封套的内部内的荧光体层和密封在透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和一定剂量的汞。所述透光玻璃封套可为透光的混合碱玻璃封套，所述荧光体层可为约3mg/cm2的荧光体层。可向透光玻璃封套的内表面施加约0.3mg/cm2或更小的氧化铝阻挡层。其中存在的汞剂量为在灯的基本整个寿命内在透光玻璃封套内提供饱和汞蒸汽压的量。所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，包括0.44mg或更小，预热时间在约40-50秒的范围内或更小，包括30秒或更小。

Description

具有所希望的汞消耗和流明启动时间的荧光灯
本申请是以下申请的分案申请：申请日：2009年1月26日；申请号：200980109943.5(PCT/US2009/031980)；发明名称：“具有所希望的汞消耗和流明启动时间的荧光灯”。
发明背景
总体而言，本发明涉及荧光灯，更具体而言，涉及在灯的耗汞量和预热或流明启动时间方面具有所希望的性质的荧光灯。
荧光灯已在市场上得到广泛接受，被用于大量的应用中，并可以多种形状和形式得到。例如，所述灯可以是直线形、曲线形、弯曲U形和紧凑形状的，这点为本领域技术人员所熟悉。通常，荧光灯包括透光的玻璃封套，玻璃封套有带有装置如电极以例如向玻璃封套的内部提供放电。通常施加于玻璃封套的内表面的荧光体层构成所述灯发射的光的源头。稀有气体和汞被密封在玻璃封套内，汞的作用是激发荧光体的电子，从而使所述灯以本领域技术人员熟悉的方式产生光。
在过了其使用寿命后荧光灯的处置可能成问题，因为灯中的汞可能带来环境问题。因此，出于与灯的环境安全处置相关的原因，最大限度地减少灯的制造过程中引入到玻璃封套中的汞剂量可能有益。在这点上一个令人困惑的因素是在灯的运行过程中荧光灯中的汞可以某种方式被消耗在玻璃封套内，例如被玻璃封套内的组分和表面所吸收。因此有必要在制造过程中向灯中加入足够的汞来应对汞的消耗，以便有足量的汞可用于支持灯的使用寿命过程中灯的正常运行。因此希望有这样的荧光灯，其中汞的消耗是这样以致灯中加入的汞的剂量可让灯在其整个寿命内具有可接受的性能而同时减轻灯被处置时汞所带来的环境问题。
发明内容
根据一个方面，荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套和向玻璃封套的内部提供放电的装置。玻璃封套的内部内提供有荧光体层，且透光玻璃封套内密封有维持放电的填充气体和一定剂量的汞。存在的汞的剂量为在灯的基本整个使用寿命内在灯内提供饱和汞蒸汽压的量。所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，预热时间约为30秒或更小。在一个特别的实施方案中，所述灯的汞消耗值约为0.44mg或更小。
根据另一方面，所述灯可包括施加于透光玻璃封套的内表面的阻挡层。所述阻挡层可为约0.3mg/cm2或更小的氧化铝阻挡层并可含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝。
根据再一方面，所述透光玻璃封套可为透光的混合碱玻璃封套且所述混合碱玻璃的透光玻璃封套可含百分之三到十二的氧化钠。
根据又一方面，所述荧光体层可为约3mg/cm2的荧光体层且所述荧光体层可含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。
根据还一方面，荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套和向玻璃封套的内部提供放电的装置。玻璃封套的内部内提供有荧光体层，且透光玻璃封套内密封有维持放电的填充气体和一定剂量的汞。存在的汞的剂量为在灯的基本整个使用寿命内在灯内提供饱和汞蒸汽压的量。所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，预热时间在约40-50秒范围内或更小。在这个方面，所述透光玻璃封套可为透光的钠钙玻璃封套。此外，可向透光玻璃封套的内表面施加阻挡层。所述阻挡层可包含约0.1mg/cm2的γ氧化铝，所述荧光体层可为约3mg/cm2的荧光体层并可含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。
根据又一方面，荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套，所述封套和向玻璃封套的内部提供放电的装置。玻璃封套的内部内提供有荧光体层，且透光玻璃封套内密封有维持放电的填充气体和一定剂量的汞。所述透光玻璃封套可为混合碱玻璃的透光玻璃封套，所述荧光体层可为约3mg/cm2的荧光体层。在这个方面，可向透光玻璃封套的内表面施加阻挡层且所述混合碱玻璃的透光玻璃封套可含百分之三到十二的氧化钠。所述荧光体层可含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。所述阻挡层可为约0.3mg/cm2或更小的氧化铝阻挡层，所述氧化铝含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施方案的荧光灯的部分横截面示意图。
发明实施方案的详细描述
图1示出了一种荧光灯，总的如10所示。该灯包括具有内表面14的透光玻璃管或封套12、向玻璃封套12的内部提供放电的装置16、玻璃封套12的内部内的荧光体层18和密封在透光玻璃封套内的维持放电的填充气体如氩、氖、氪、氙或其混合物。
该灯由玻璃封套20的两端连接的基座20密封，一对间隔开的电极结构构成当向电极结构施加电流时向玻璃封套12的内部提供放电的装置。如本领域技术人员所熟悉，电流通过固定在灯座或管座中的针脚22供给电极结构，灯座或管座与含电能源的电路相连，未在图中示出。
图1的实施方案也可具有如24所示的阻挡层，阻挡层位于玻璃封套12的内表面14和玻璃封套的内部内的荧光体层18之间。如图1的实施方案所示，阻挡层24可作为涂层施加于玻璃封套12的内表面14，荧光体层18可作为面涂层施加于阻挡层24。本领域技术人员应理解，荧光体涂层是灯10发射的光的源头。阻挡层将玻璃封套12内生成的紫外光有效地反射回荧光体层18而提高灯所生成的光的量。这样的阻挡层的提供可如例如美国专利5,602,444中所讨论的那样实现，该专利通过引用结合到本文中。
图1所示的荧光灯包含许多应用的常规使用类型的直线形玻璃封套。但本发明不限于包含直线形玻璃封套的荧光灯，而是可包括其中灯具有不同形状的实施方案。例如，本发明的实施方案包括曲线形状的灯如所谓的环形灯和U形灯以及本领域技术人员所熟悉的紧凑荧光灯。此外，本发明可用于其中直线形玻璃封套具有多种长度和多种直径的实施方案中。在这点上，本发明可用于例如具有多种长度如两英尺、三英尺、四英尺、六英尺和八英尺的T8和T5灯中。
为如本发明的主题的荧光灯的运行需要汞的存在，汞可在灯的制造过程中加入玻璃封套12的内部内。汞的剂量可呈汞齐或基本纯净的汞的形式。本领域技术人员应理解，汞原子被放电中的电子所激发时将发射紫外光子，紫外光子进而激发荧光体层18中的荧光体的电子而产生光，所述光通过玻璃封套12透射到灯的周围环境中。
向荧光灯的玻璃封套中加入的汞的量是若干变量包括灯的尺寸等的函数。对于许多荧光灯来说，另一考虑事项是向玻璃封套中加入足够的汞以确保可在荧光灯的基本整个使用寿命内维持饱和的汞蒸汽压。如本领域技术人员所熟悉，在饱和汞蒸汽压条件下运行荧光灯将提供某些好处。
荧光灯中的汞将在灯的运行过程中被消耗。此消耗可以多种方式发生，例如作为汞原子被俘获在例如玻璃封套内表面(包括玻璃封套内的涂层)和玻璃封套内的部件如电极处的结果。因此，当确定在灯的制造过程中加入到玻璃封套中的汞的量以便可在荧光灯的整个使用寿命内维持饱和的汞蒸汽压时有必要考虑和补偿灯的运行过程中玻璃封套内预期将被消耗的汞的量。
因为汞可能有毒，故多种政府规章控制了汞包括商品如荧光灯内所含的汞可被处置的方式。因此，限制引入到最终将被处置的制品中的汞的量可能是有利的。在荧光灯情况下，引入到灯中的汞的量可通过减少在灯的使用寿命内在灯内消耗的汞的量来限制。换句话说，降低汞在荧光灯的玻璃封套中被消耗的程度将首先相依存地减少灯的制造过程中为使在荧光灯的基本整个使用寿命内可维持饱和的汞压力而必须加入到玻璃封套中的汞的量。减少向玻璃封套中加入的汞的量可首先便于灯在其使用寿命结束时在管制这类处置的政府规章下的处置。同时，可能特别希望减少汞的量而仍提供具有满意的预热时间的灯。
根据本发明的一个方面，提供了一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套、向玻璃封套的内部提供放电的装置、玻璃封套的内部内的荧光体层和密封在透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和一定剂量的汞，其中存在的汞剂量为在灯的基本整个使用寿命内在灯内提供饱和汞蒸汽压的量，所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，预热时间在约40-50秒的范围内或更小。在另一方面，所述灯的寿命结束时的汞消耗值可为约0.44mg或更小，预热时间为30秒或更小。所述灯可还包括施加于透光玻璃封套的内表面的阻挡层。
在本文中称为“寿命结束时的汞消耗值”的荧光灯性质指在灯的制造过程中加入到灯的玻璃封套中的汞在灯的整个寿命过程中(其可为30,000小时)因在灯的运行过程中通过某种方式被消耗或吸收在玻璃封套中的量。相关地，在本文中称为“预热时间”的灯性质指灯开启后达到其稳定的流明输出的80%所花的时间。在某些情况下，其可用于确定荧光灯的寿命结束时的汞消耗值，而无需将灯运行其大约30,000小时的整个使用寿命。如本领域技术人员所熟悉，这样的确定可通过使灯运行较短的时间而测定在该较短的时间内被消耗的汞的量然后采用适当的统计学方法确定在灯的整个预期寿命如30,000小时内将被消耗的汞的量来进行。在这点上，寿命结束时的汞消耗值的预测上限可在95%的置信度下确定。本文中任何时候提及寿命结束时的汞消耗值时意在包括通过使灯运行其整个寿命所得到的实际消耗值以及通过使灯运行较短的时间并在预测上限和95%的置信度下计算灯在整个寿命内的汞消耗所得到的消耗值。
已确定荧光灯的玻璃封套的组成、阻挡层的性质和荧光体的性质可能影响灯的寿命结束时的消耗值和预热时间。就玻璃封套的组成而论，已确定与钠钙玻璃相比可有利地使用混合碱玻璃。术语“混合碱玻璃”意在指含多于一种碱金属氧化物如氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)的玻璃且其中氧化钠的存在量低于其在钠钙玻璃中的存在量。例如，可采用含约3%重量到12%重量的Na2O加K2O和67%重量到68%重量的氧化硅(SiO2)的混合碱玻璃。相比之下，钠钙玻璃通常含16%重量到17%重量的Na2O、0.3%重量到1.2%重量的K2O和70%重量到73%重量的Si2O。
就所采用的阻挡层的性质而论，可满意地使用氧化铝特别是涂布量为约0.3mg/cm2的氧化铝及这样的涂布量并含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝的氧化铝。就所采用的荧光体层的性质而论，荧光灯所采用的任何类型的荧光体均可采用，特别地，可满意地使用约3mg/cm2的荧光体层及约3mg/cm2并含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂的荧光体层。下面给出结合了前述特征的荧光灯的实施例：
实施例
用自混合碱玻璃产生的透光玻璃封套制造54W的T5荧光灯，所述混合碱玻璃含7.7%重量的Na2O、5%重量的K2O和67.5%重量的Si2O，其余为典型的混合碱玻璃成分。向该玻璃封套的内表面施加含85%的α氧化铝和15%的γ氧化铝的氧化铝阻挡涂层至涂布量为0.3mg/cm2，并向所述阻挡涂层施加含为荧光体重量的百分之一重量的γ氧化铝添加剂的荧光体涂层作为面涂层至涂布量为3mg/cm2。放电维持量的氩气与氪气的9:1混合物和一定剂量的汞被密封在玻璃封套内。汞以在灯的基本整个寿命内提供饱和的汞蒸汽压的量存在。试验时该灯的预热时间小于30秒，且对于30,000小时的预计寿命，预计的寿命结束时的汞消耗值为0.44mg。
根据本发明的另一方面，可自含例如15%摩尔到18%摩尔的Na2O的钠钙玻璃而不是混合碱玻璃并采用涂布量为例如约0.1mg/cm2的γ氧化铝阻挡层和如本领域技术人员所熟悉的荧光灯所采用的任何稀土类型的荧光体的荧光体层制造具有良好的预热和寿命结束时的汞消耗值的荧光灯。此外，特别地，可满意地使用约3mg/cm2并含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂的荧光体层。根据本发明的此方面制造的荧光灯的实施例如下：
实施例
用自钠钙玻璃产生的透光玻璃封套制造54W的T5荧光灯，所述钠钙玻璃含15%重量到18%重量的Na2O。向该玻璃封套的内表面施加γ氧化铝阻挡涂层至涂布量为0.1mg/cm2，并向所述阻挡涂层施加含为荧光体重量的1%重量的γ氧化铝的荧光体涂层作为面涂层至涂布量为3mg/cm2。放电维持量的氩气与氪气的9:1混合物和一定剂量的汞被密封在玻璃封套内。汞以在灯的基本整个寿命内提供饱和的汞蒸汽压的量存在。试验时该灯的预热时间在40-50秒范围内，且在30,000小时的预计寿命下预计的寿命结束时的汞消耗值为0.63mg。
根据再一方面，本发明涉及一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套、向玻璃封套的内部提供放电的装置、玻璃封套的内部内的荧光体层和密封在透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和一定剂量的汞，所述透光玻璃封套为混合碱玻璃的透光玻璃封套，所述荧光体层为约3mg/cm2的荧光体层。也可提供约0.3mg/cm2或更小的氧化铝阻挡层。此方面涉及一种荧光灯而不考虑灯的寿命结束时的汞消耗值和预热时间。
虽然已结合特定的实施方案和方面对本发明加以了描述，但本领域技术人员应理解，可对所描述的要素、部件和特征做各种改变并可取代以等价物而不偏离本发明的范围。因此，本发明的范围不限于所描述的特定实施方案和方面，而是包括附随的权利要求书的范围内所涵盖的所有实施方案和方面。

Claims (22)

1.一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套、向所述玻璃封套的内部提供放电的装置、所述玻璃封套的内部内的荧光体层、密封在所述透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和密封在所述透光玻璃封套内的一定剂量的汞，其中存在的汞剂量为在所述灯的基本整个寿命内在所述透光玻璃封套内提供饱和汞蒸汽压的量，所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，预热时间约为30秒或更小。
2.权利要求1的灯，所述灯还包括施加于所述透光玻璃封套的内表面的阻挡层。
3.权利要求2的灯，其中所述阻挡层包含约0.3mg/cm2的氧化铝。
4.权利要求3的灯，其中所述氧化铝阻挡层含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝。
5.权利要求1的灯，其中所述透光玻璃封套为透光的混合碱玻璃封套。
6.权利要求5的灯，其中所述混合碱玻璃的透光玻璃封套含约百分之三到十二的氧化钠。
7.权利要求1的灯，其中所述荧光体层为约3mg/cm2的荧光体层。
8.权利要求7的灯，其中所述荧光体层含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。
9.权利要求3的灯，其中所述透光玻璃封套为透光的混合碱玻璃封套。
10.权利要求3的灯，其中所述荧光体层为约3mg/cm2的荧光体层。
11.权利要求9的灯，其中所述荧光体层为约3mg/cm2的荧光体层。
12.权利要求11的灯，其中所述氧化铝阻挡层含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝，所述混合碱玻璃的透光玻璃封套含百分之三到十二的氧化钠，所述荧光体层含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。
13.权利要求1的灯，其中所述灯的寿命结束时的汞消耗值为约0.44mg或更小。
14.一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的透光玻璃封套、向所述玻璃封套的内部提供放电的装置、所述玻璃封套的内部内的荧光体层、密封在所述透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和密封在所述透光玻璃封套内的一定剂量的汞，其中存在的汞剂量为在所述灯的基本整个寿命内在所述灯内提供饱和汞蒸汽压的量，所述灯的寿命结束时的汞消耗值约为0.63mg或更小，预热时间在约40-50秒的范围内或更小。
15.权利要求14的灯，其中所述透光玻璃封套为透光的钠钙玻璃封套。
16.权利要求15的灯，所述灯还包括施加于所述透光玻璃封套的内表面的阻挡层，所述阻挡层包含约0.1mg/cm2的γ氧化铝，所述荧光体层为约3mg/cm2并含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂的荧光体层。
17.一种荧光灯，所述荧光灯包括具有内表面的混合碱玻璃的透光玻璃封套、向所述玻璃封套的内部提供放电的装置、所述玻璃封套的内部内约3mg/cm2的荧光体层、密封在所述透光玻璃封套内的维持放电的填充气体和密封在所述透光玻璃封套内的一定剂量的汞。
18.权利要求17的灯，所述灯包括施加于所述透光玻璃封套的内表面的阻挡层。
19.权利要求18的灯，其中所述混合碱玻璃的透光玻璃封套含约百分之三到十二的氧化钠。
20.权利要求19的灯，其中所述荧光体层含为荧光体重量的约百分之一重量的γ氧化铝添加剂。
21.权利要求19的灯，其中所述阻挡层包含约0.3mg/cm2的氧化铝。
22.权利要求21的灯，其中所述氧化铝阻挡层含约85%的α氧化铝和约15%的γ氧化铝。
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