CN105225921B - 具有高显色指数的荧光灯及其涂层系统 - Google Patents

Abstract

本发明题为具有高显色指数的荧光灯及其涂层系统。本发明公开一种用于荧光灯的涂层系统，以及设置有所述涂层系统的荧光灯。所述涂层系统包括含有荧光体的混合物的含荧光体涂层，所述荧光体的混合物含有少于10％重量的稀土荧光体。所述含荧光体涂层在被UV辐射激发时发射具有至少87的显色指数的可见光。

Description

具有高显色指数的荧光灯及其涂层系统

相关申请案的交叉引用

本申请是2011年9月28日提交的共同待决的美国专利申请序列号13/247,350的部分继续专利申请。所述先前申请的内容以引用的方式并入本说明书中。

技术领域

本发明大体涉及照明系统和相关技术。更具体地，本发明涉及荧光灯和被荧光灯利用以产生可见光的涂层系统。

背景技术

自从20世纪30年代以来，荧光灯就得以使用和商品化。近年来，消费者和生产者都表达了对横跨所有行业(包括照明行业)的产品的能量效率和环境影响的增加的忧虑。因此，荧光灯见证了使用的增长，因为在与常规白炽灯比较时它们的能量效率有所提高。荧光灯见证了来自发光二极管(LED)灯的大量竞争，因为LED可能具有更大的效率和光度。已经做出大量努力和研究以便提高荧光灯流明输出，而不增加功率需求或显著材料成本的增加。

在图1中示意性地示出荧光灯10的非限制性实例。灯10表示为具有密封玻璃管，所述密封玻璃管包括封闭内部腔室14的玻璃罩或壳12。腔室14优选地处于非常低的压力例如约0.3％的大气压力，并且含有具有至少一种成分的气体混合物，所述至少一种成分可被电离来产生包括紫外线(UV)波长的辐射。根据当前的技术状态，这种气体混合物包含一种或多种惰性气体(例如，氩气)，或一种或多种惰性气体和处于低压的其他气体的混合物，以及少量汞蒸气。在腔室14内的电极16电连接至从灯10的相对设置的基座20延伸的电接触管脚18。当接触管脚18连接至电源时，施加的电压使得电流流过电极16，并且使得电子从一个电极16迁移至腔室14的另一端处的另一电极16。在所述过程中，这个能量将少量液体汞从液体状态转化为带电的(电离的)气体(蒸气)状态。电子和带电气体分子移动穿过腔室14，不时地碰撞和激发气态汞分子，从而提高汞原子中的电子的能级。为了返回到它们的原始能级，电子释放光子。

由于汞原子中的电子的排列，由这些电子释放的大部分光子都是处于紫外线(UV)波长。这并不是可见光，并且因此(为了使灯10发射可见光)这些光子必须被转化为可见光波长。这种转化可由图1中表示为设置在玻璃壳12的内表面处的涂层22来执行。涂层22含有荧光体粉末，并且通常通过具有例如氧化铝(Al₂O₃)的UV反射阻挡层24而与玻璃壳12分离。由电离的汞蒸气发射的UV辐射被涂层22内的荧光体组合物吸收，从而导致激发荧光体组合物以产生发射穿过玻璃壳12的可见光。更具体而言，当荧光原子的电子受到光子冲击时，电子变为激发到更高的能级，并且发射光子以返回到它们的原始能级。发射的光子具有比撞击光子更少的能量，并且处于可见光谱中以提供灯10的照明功能。灯10的颜色和光度主要是涂层22中使用的一种或多种荧光体的结果。

明显的或感知的光源的颜色可根据色温来描述，所述色温是发射具有与考虑的辐射大约相同的色度的辐射的黑体的温度。具有3000K色温的光源具有比具有4100K色温的光源更大的红色组分。正如随附实例，具有感知的“暖白色”颜色的荧光灯可具有约3000K的CCT，而具有感知的“冷白色”颜色的荧光灯可具有约4000K的CCT。荧光灯性能的另一量度是显色指数(CRI)。光源的CRI不指示光源的明显颜色，但替代地是光源与理想或自然光源相比较与之相当地再现物体的颜色的能力的定量测量。仅可在具有相同CCT的两个光源中精确地比较CRI。最高可能CRI数值是100。本质上为黑体的白炽灯具有100的CRI。典型的LED具有80或更多的CRI，其中声称CRI至多是98，而荧光灯典型地具有在约50至约90的范围内的CRI。在这点上，荧光灯的高CRI可被认为是约80和更高，具体地是至少87。

由于荧光灯利用荧光体以产生可见光，荧光灯的CRI和CCT受到所使用的荧光体的具体数量和它们的组合物的强烈影响。已用稀土荧光体实现了荧光灯的CRI的显著改进，所述稀土荧光体具体地是含有通常被认为包括15种镧系元素、钪和钇的一种或多种稀土元素的荧光体。虽然相当丰富，但获得稀土元素的成本正变得越来越昂贵，因为大部分已知的稀土储备被发现于有限的位置，并且在各种开采的化合物中发现了从相对较低浓度分离单独的稀土元素或化合物的需求。此外，在各种各样的技术(例如，医疗技术、风力涡轮机、混合动力汽车、电视机、智能电话和计算机)中，对稀土元素的需求已经增加。因此，在荧光灯的荧光体涂层中使用稀土元素的成本已经或可能会变得越来越昂贵，并且正在寻找有效的替代性解决方案。然而，合适的替代物优选地应不会有害地影响荧光灯的CRI或CCT。

发明内容

本发明提供适合于在荧光灯中使用以产生可见光的荧光体组合物，以及利用此类荧光体组合物的灯。

根据本发明的第一方面涉及一种包括含有荧光体的含荧光体涂层的涂层系统，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种白色卤代荧光体和少于10重量百分比的至少一种稀土荧光体，所述含荧光体涂层在被UV辐射激发时发射具有至少87的显示指数的可见光。

本发明的第二方面涉及一种具有涂层系统的荧光灯，所述涂层系统包括含有荧光体的含荧光体涂层，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种白色卤代荧光体和少于10重量百分比的至少一种稀土荧光体，所述荧光灯在操作中发射具有至少87的显色指数的可见光。

本发明的第三方面涉及一种具有涂层系统的荧光灯，所述涂层系统包括含有荧光体的含荧光体涂层，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种白色卤代荧光体、至少一种红色锶荧光体、至少一种蓝色卤代荧光体和少于10重量百分比的至少一种稀土荧光体，所述荧光灯在操作中发射具有至少87的显色指数的可见光，其中由所述荧光灯发射的所述可见光具有约3000K至约4100K的范围内的CCT值。

本发明的其他方面包括具有涂层系统的荧光灯，所述涂层系统包括上述组合物和特征。

本发明的技术效果是配备有含荧光体涂层的荧光灯通过非常有限地使用稀土荧光体来展现高显色指数(CRI)的能力。含荧光体涂层特别适合于在期望具有约3000K至约4100K的范围内的CCT值的荧光灯中使用。此类荧光灯具有展现所需照明特征，同时最小化与稀土元素的使用有关的某些不利方面的能力。

从以下详细说明中将更好地了解本发明的其他方面和优点。

附图说明

图1表示包括灯的玻璃管和所述管的内表面的荧光灯的局部截面图，所述内表面设置有UV反射涂层和含荧光体涂层。

具体实施方式

本发明之后将参考图1中所示的灯10进行描述，但将了解本发明的教义不限于灯10，并且相反更普遍地适用于在其中通过使用荧光体化合物来产生可见光的各种照明应用(如非线型荧光灯、或紧凑型荧光灯(CFL)、或其他类型的灯)。

本发明涉及涂层系统，所述涂层系统包括含荧光体涂层如图1的单个含荧光体涂层22，所述含荧光体涂层被施加至透明或半透明的衬底如荧光灯10的玻璃壳或罩12。在图1的非限制性实例中，离散UV反射层24表示为包括含荧光体涂层22的涂层系统的组成部分。UV反射层24可含有基于它在灯10的腔室14内散射从电离成分(例如，汞)发射的入射UV射线的能力而选择的散射剂。散射的UV射线之后被邻近的含荧光体涂层22吸收，因此发射可见光。

根据本发明的一方面，含荧光体涂层22具有使得灯10能够具有至少87的CRI，并且优选地发射可见光的组合物，所述可见光具有在约3000K至约4100K的范围内例如，3000K、3500K、或4100K的CCT值。此外，含稀土的荧光体构成不超过约10重量百分比的涂层22的荧光体含量，其余的荧光体含量是非稀土荧光体，所述非稀土荧光体中的至少一种是至少一种白色卤代荧光体。

本发明的优选方面是通过使用白色卤代荧光体来提高荧光灯流明输出而不显著降低CRI的能力。根据本发明的优选的但非限制性的实施例，含荧光体涂层22的总荧光体含量是由以下各项组成的荧光体的混合物：至少一种白色卤代荧光体、至少一种红色锶荧光体、至少一种蓝色卤代荧光体和至少一种发出蓝绿色的稀土荧光体。红色锶荧光体以及蓝色和白色卤代荧光体是具有宽频发射分布的“非RE”荧光体，认为所述“非RE”荧光体会显著提高灯CRI。发出蓝绿色的稀土(RE)荧光体表示荧光体混合物的一个相对较小的部分(不超过10重量百分比)，还优选地以能够提高涂层22的CRI同时还获得与前述CCT范围一致的色温的数量存在。

可由本发明采用的各种荧光体可商业制造并且是可商购的。用于制造这些荧光体并将这些荧光体引入到荧光体混合中的方法是所属领域技术人员已知的，并且因此本说明书中不需要进一步论述。适合于在本发明中使用的知名的荧光体的非限制性列表参见于表1。

表1

在进行本发明的调查中，在荧光体混合物上执行的评价证实向含有红色锶荧光体、蓝色卤代荧光体和发出蓝绿色的稀土荧光体的荧光体混合物适当添加白色卤代荧光体，能够提高灯的流明输出，同时维持几乎相同的CRI性能。在下表2中，相对于荧光体混合物指示了作为白色卤代荧光体(白色卤代)的Ca₅(PO4)₃(F，Cl)：Sb³⁺，Mn²⁺的相对数量(按重量百分比计)，所述荧光体混合物分别含有约72％、约22％和约6％(按重量计)的(分别)作为红色锶(SR)荧光体、蓝色卤代荧光体(蓝色卤代)和发出蓝绿色的稀土荧光体(BAMn)的Sr₃(PO₄)₂：Sn²⁺、Ca₅F(PO₄)₃：Sb和BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Mn²⁺。

表2

测试数据指示增加白色卤代荧光体在荧光体混合物内的比例提高了流明输出而未显著降低灯CRI。这种能力使得灯能够实现改进的流明性能，同时减少混合物内的稀土荧光体的数量，并且不会不利地影响明显的或感知的光的颜色(根据色温描述)。在调查期间评估的具体实例中，添加15重量百分比的白色卤代荧光体使流明输出增加约6％，而CRI仅降低3个点，但仍满足用于评定光源在各种各样的应用(包括零售、住宅、酒店等)中使用的适合性的标准。

除了表2的样品B和C之外，基于调查结果，总结出利用红色锶荧光体、蓝色卤代荧光体和蓝绿色稀土荧光体的荧光体混合物，以及修改成含有白色卤代荧光体的灯应能够展现与仅利用相同或类似的红色锶荧光体、蓝色卤代荧光体和蓝绿色稀土荧光体的三荧光体混合物的灯相比改进的CRI。在本发明的荧光体混合物中的每种荧光体组分的相对数量包括(但不限于)，按重量计的约55％至约90％以及更优选地约65％至约80％的红色锶(非RE)荧光体；约10％至约30％以及更优选地约15％至约25％的蓝色(非RE)卤代荧光体；高于0％至约20％以及更优选地约5％至约15％的白色(非RE)卤代荧光体；和约0％至约10％以及更优选地约4％至约8％的蓝绿色稀土荧光体。

虽然本发明根据特定实施例进行了描述，显而易见的是所属领域技术人员可采用其他形式。例如，灯的物体配置可不同于示出的那种，并且可使用除指出的那些材料之外的材料和方法。因此，本发明的范围仅受随附权利要求书的限制。

Claims (18)

1.一种包括含有荧光体的含荧光体涂层的涂层系统，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种非稀土蓝色卤代荧光体和至少一种白色卤代荧光体，其中含稀土的荧光体构成不超过10重量百分比的涂层的荧光体含量，所述含荧光体涂层在被UV辐射激发时发射具有至少87的显示指数的可见光。

2.根据权利要求1所述的涂层系统，其中所述荧光体的混合物含有高于0至20重量百分比的所述至少一种白色卤代荧光体。

3.根据权利要求1所述的涂层系统，其中所述荧光体的混合物进一步包含至少一种红色锶荧光体。

4.根据权利要求1所述的涂层系统，其中所述荧光体的混合物包括至少一种发出蓝绿色的稀土荧光体。

5.根据权利要求1所述的涂层系统，其中由所述含荧光体涂层发射的所述可见光具有在3000K至4100K的范围内的CCT值。

6.根据权利要求1所述的涂层系统，其中由所述含荧光体涂层发射的所述可见光具有约3000K的CCT。

7.根据权利要求1所述的涂层系统，其中由所述含荧光体涂层发射的所述可见光具有约3500K的CCT。

8.根据权利要求1所述的涂层系统，其中由所述含荧光体涂层发射的所述可见光具有约4100K的CCT。

9.根据权利要求1所述的涂层系统，其中所述含荧光体涂层由所述涂层系统内的单个层组成，并且所述涂层系统内的所有荧光体都处于所述含荧光体涂层内。

10.一种具有涂层系统的荧光灯，所述涂层系统包括含有荧光体的含荧光体涂层，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种非稀土蓝色卤代荧光体和至少一种白色卤代荧光体，其中含稀土的荧光体构成不超过10重量百分比的涂层的荧光体含量，所述荧光灯在操作中发射具有至少87的显色指数的可见光。

11.根据权利要求10所述的荧光灯，其中所述荧光体的混合物含有5至15重量百分比的所述至少一种白色卤代荧光体。

12.根据权利要求10所述的荧光灯，其中所述荧光体的混合物进一步包含至少一种红色锶荧光体。

13.根据权利要求10所述的荧光灯，其中所述荧光体的混合物包括至少一种发出蓝绿色的稀土荧光体。

14.根据权利要求10所述的荧光灯，其中由所述荧光灯发射的所述可见光具有约3000K的CCT。

15.根据权利要求10所述的荧光灯，其中由所述荧光灯发射的所述可见光具有约3500K的CCT。

16.根据权利要求10所述的荧光灯，其中由所述荧光灯发射的所述可见光具有约4100K的CCT。

17.根据权利要求10所述的荧光灯，其中所述含荧光体涂层由所述涂层系统内的单个层组成，并且所述涂层系统内的所有荧光体都处于所述含荧光体涂层内。

18.一种具有涂层系统的荧光灯，所述涂层系统包括含有荧光体的含荧光体涂层，所述含荧光体涂层内的所述荧光体由荧光体的混合物组成，所述荧光体的混合物包括至少一种白色卤代荧光体、至少一种红色锶荧光体、至少一种非稀土蓝色卤代荧光体，其中含稀土的荧光体构成不超过10重量百分比的涂层的荧光体含量，

所述荧光灯在操作中发射具有至少87的显色指数的可见光，

其中由所述荧光灯发射的所述可见光具有3000K至4100K的范围内的CCT值。