CN1062380C - 低压汞蒸汽放电灯和使用它的照明装置 - Google Patents

Abstract

一种低压汞蒸汽放电灯包括：一含放电媒体的透光管，一对各安装在管的各端部附近的放电电极，一以金属氧化物为主要成分、涂复在放电电极之间的透光管内表面的透明导电膜，其在管一端的厚度比另一端的薄。荧光粉膜涂复在管内透明导电膜的内表面上。放电灯的特点可以降低透明导电膜上的变黑。导电膜上也涂复一部分能衰减紫外线使电阻改变的厚的荧光粉膜和/或紫外线衰减膜，使此处的电阻稳定性较低。电阻变化在灯泡两端得到补偿。

Description

低压汞蒸汽放电灯和使用它的照明装置

本发明涉及一种放电灯，特别涉及一种低压汞蒸汽放电灯，典型的如灯管内壁上涂有透明导电膜的荧光灯，而且还涉及到使用这种灯的照明装置。

低压汞蒸汽放电灯典型的是指荧光灯，例如快速启动型荧光灯，它有一管壳，管壳内表面上涂有主要成分的氧化锡的导电膜。

完成氧化锡透明导电膜，例如可用将氯化锡溶液喷溅到管壳内表面上的喷雾法，也可用将氧化锡蒸汽喷溅到管壳内表面上的所谓″CVD″法。

由于这种荧光灯呈现良好的启动特性而且不需要启动器灯泡，所以广泛地应用于办公室、百货商店和类似场所。然而此快速启动型荧光灯当长期使用例如大致超过1000小时时，在电极附近的管壳内表面上例如距电极10-30cm区域会产生黄-棕色色带沉淀(下文称之为″变黄″)和变黑。无透明导电膜的荧光灯也同样会变黑。这种类型的荧光灯在使用期间，电极材料溅散并粘附到荧光粉膜上，在该处与汞或荧光粉起反应，随后导致发黑。然而在快速启动型荧光灯中变黄变黑被认为是除电极材料溅散以外的其它原因产生的。

许多文献或出版物已分析了典型的快速启动型荧光灯发黄变黑的原因。按照它们的说法，发生变黄变黑的原因概述如下。也就是说，荧光灯用交流电源点亮时在透明导电膜和电极之间在短时间内发生微观放电，极性反转。此微观放电引起透明导电膜性质变化。汞粘附到电极附近的荧光膜涂层上形成放电通道。因而其上粘附汞的荧光粉涂层被放电的高能量破坏，荧光膜涂层自身与汞起反应，而且汞与透明导电膜起反应。

为抑制变黄和变黑现像的产生，多半必须控制产生这些现像的微观放电。一种公知的控制放电方法是如在日本专利公开56-84861所披露的，使电极附近的透明导电膜的电阻设置的较高。

更具体地说，在上述已有技术文献56-84861中披露了改变透明导电膜电阻分布的技术，在该技术中管壳中央部分沿管轴方向每单位长度的电阻做得低，而在电极附近的管表壳两端部分电阻做得高，以使灯的电极之间的导电膜获得V型电阻分布，从而遏制了电极附近的微小放电。这种技术已应用到市售的快速启动型荧光灯中，在这种灯中管壳中央部分沿轴长度的电阻每10cm大致是2KΩ-50KΩ，或者10cm大致是20KΩ-500KΩ。在这样的荧光灯中，为获得V-型电阻分布，在管壳内表面上导电膜厚度是变化的。在已公开的实例中，通过引入锡化合物的蒸汽并在其内起反应，使氧化锡淀积在管壳的内表面上，制成导电膜。在这种作业中，由于反应速度随管壳温度呈指数变化，所以可通过提高管壳中央部分的温度来增加导电膜的厚度。

然而在常规工艺中，是通过提高管壳温度来提供锡化合物蒸汽，当高于所要求的量时，导电膜的反应和生产速度更快，但未反应的锡化物残留下来使膜状态粗糙。这些未反应的锡化合物在灯工作期间逐渐起反应。已发现由于在膜淀积以后的这种反应，使膜间隙率增大密微性降低，而且甚至在相同的淀积量和相同的电阻时膜的厚度也加工得厚。另外，由于未分解的锡化合物在荧光灯点亮期间起反应和分解，透明导电膜的电阻在灯的使用期间逐渐降低，使V-型电阻分布的角度变宽，因此容易引起灯的发黑现像。此外，通过锡化合物的分解反应产生不纯气体，破坏了荧光灯的启动特性。

在另一种，例如日本专利公开57-32561所公开的方法中，披露了通过向导电膜中增加添加剂，例如锑来稳定透明导电膜电阻分布的技术。然而这种方法只用来在开始生产时稳定电阻分布，而要通过添加锑来获得适当的V-型电阻分布是困难的。

再一种方法是在透明导电膜上涂复一层电绝缘膜，这种方法已在日本专利公开50-12885、52-49683,52-93184和其他文献中披露。

上述引用的已有技术能将变黑、变黄现像控制到一定程度。在研究此问题期间，发明者们发现，当透明导电膜变薄时，甚至在相同的设计条件下，所产生的变黄、变黑程度也产生某些差别。特别是在某些灯中灯管的一边比另一边变黄变黑明显，而在另一些灯中左右两边都以相同程度变黑变黄，因而往往不被注意。

本发明的目的是克服现有技术所存在的缺陷并提供一种低压汞蒸汽放电灯，典型的如能遏制灯左右两边不同程度地变黄变黑的快速启动型荧光灯，也提供一种使用这种放电灯的照明装置。

本发明的另一目的是提供一种低压汞蒸汽放电灯，典型的如一种快速启动型荧光灯，这种荧光灯能在灯的寿命期间使位于灯的管壳内表面上的透明导电膜具有所希望的电阻分布，也能在寿命期间减少变黄变黑而维持高的启动能力，还提供一种使用这样放电灯的照明装置。

为达到上述目的，本申请的发明者们进行很多试验，例如注意到左右不对称地变黄变黑的原因在于加工透明导电膜和荧光粉膜的方法。

这些试验结果证明变黄变黑多半是在如下情况下发生：(1)当左边电极附近和右边电极附近的厚度显著不同时，因而灯左边和右边透明导电膜的电阻显著不同时，(2)当灯两边荧光粉膜的厚度显著不同时。

在分析透明导电膜的性质时，电阻的分布引起注意而厚度分布基本上忽略了。这可认为是，由于透明导电膜的厚度约为100nm，精确地调整厚度是困难的，因此甚至已完全不考虑厚度的调整。此外，整个透明导电膜已相当厚，所以就未考虑左右两边的厚度差对灯的性能的影响。

鉴于上述观点，发明者使用荧光X射线技术测量透明导电膜的厚度。特别是，应用其已知的厚度资料确定厚度和荧光X射线强度之间的关系。对透明导电膜进行荧光X射线测量，然后按照测量结果参照已确定的关系来计算透明导电膜的厚度。

由测量结果可见，当在灯的生产中透明导电膜的厚度标准设置到一薄的范围时，灯的特性就发生相当大的变化，这些性能变化导致产生变黄变黑现像，而且透明导电膜越厚，越容易产生变黄、变黑。

发明者继续进行研究，以解答为什么透明导电膜越厚越容易产生变黄变黑的问题。已发现透明导电膜厚时，一些膜构成材料保持不分解。灯在实际使用时，这些未分解的材料逐渐分解，导致透明导电膜的电阻减少。结果，灯容易发生微观放电。业已发现能穿透荧光粉膜的紫外光提供了使未分解材料分解所消耗的能源。

基于上述认识并考虑到紫外光的吸收取决于荧光粉膜的厚度这一事实，发明者已发明了一种防止紫外光达到透明导电膜的装置。本发明也适用于包括除汞以外的其它放电媒体的荧光灯。

按本发明的一种情况，能通过提供低压汞蒸汽型放电灯来达到上述和其它目的，这种灯包括：

一透光管，内含放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每个都安装在管的各个端部附近；

一透明导电膜，它由金属氧化物作为主要成份构成并涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，此透明导电膜的厚度在管的一端部分比在管壳另一端部分相对较薄；和

一荧光粉膜，它涂复在管内的透明导电膜的内表面上，此荧光粉膜的厚度在管的一端部分比在管的另一端部分相对较薄。

此放电媒体不限于汞基媒体。它可以是惰性气体，例如能发射紫外线的氙，也可以是能发射大量含微量紫外线的可见光的氖。

管形透光密封管根据用途可用软玻璃也可用石英玻璃。一对电极可用热阴极也可用冷阴极。

以金属氧化物为基础的透明导电膜，例如可以是由氧化锡组成的膜，通过使之局部还原或者向其中施加微量的锑，使此氧化锡膜成为导电的。尽管金属氧化物本来是绝缘体、作为透明导电膜基础的金属氧化物通过施加添加剂而获得，通过还原它赋予导电性。也可施加添加剂来提高化学稳定性或物理强度。

内表面指的是完全清除了任何覆盖物的内表面。荧光粉膜可以是单层或多层。电绝缘膜不需要能衰减紫外线。

膜厚度指的是在灯的每端的扩展的区域上的平均膜厚。进行平均以控制包括厚度量的变化。扩展的区域指的是，例如从电极向放电方向扩展10cm的区域，该区域是最易出现发黄发黑现像的区域。

按照本发明另一种情况提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内含放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每个都安装在管的各端附近；

一透明导电膜，它由金属氧化物作为主要成分构成并涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，此透明导电膜的厚度在管的一端部分比在管另一端部分相对较薄；

一紫外线衰减膜，它涂复在管壳内的透明导电膜的内表面上；和

一荧光粉膜，它涂复在紫外线衰减膜的内表面上，其中在管壳一端部分的紫外线衰减膜和荧光粉膜的联合厚度比在管壳另一端部分的紫外线衰减膜和荧光粉膜的联合厚度相对薄些。

紫外线衰减膜是这样一种膜，它能通过吸收或反射防止紫外光穿透，典型的是ZnO、TiO₂、CsO、α-晶体Al230金属氧化物粉末的层状的或连续的膜。

按照本发明的第三种情况提供一种低压汞蒸汽型放电灯，这种灯包括：

一透光管，内含放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每个都安装在管的各端附近；

一透明导电膜，它由金属氧化物作为主要成分构成，含有小量的添加剂，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，其中在透明导电膜中添加剂的含量，在管的一端部分比在管的另一端部分相对较高；和

一荧光粉膜，它涂复在管内的透明导电膜的内表面上，此荧光粉膜的厚度在管的一端部分比在管的另一端部分相对较薄。

当透明导电膜由氧化锡构成时，将其局部还原以赋予导电性，也可加进锑以稳定导电性。在这种情况下所加的锑是添加剂。只要能维持透明性和导电性，各种各样添加剂都可用。

按本发明的第四种情况提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，它由金属氧化物作为主要成分构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，此透明导电膜的厚度在管的一端部分比在在管的另一端部分相对较薄，而在管中间部分的厚度比在管壳两端部分都较厚；和

一荧光粉膜，它涂复在管内的透明导电膜的内表面上，此炎光粉膜的厚度在管的一端部分比在管的另一端部分相对较薄，而且其厚度从所说管的一端部分到所说的另一端部分实质上是逐渐增加的。

重要的是荧光粉膜的厚度从管的一端到另一端通常逐渐地增加，而所谓″通常逐渐增加″意味着沿管某些地方其厚度也允许局部减少。

按本发明的第五种情况提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各自的端部附近；

一透明导电膜，它涂复在放电电极之间的透光密封管的内表面上，此透明导电膜的电阻的稳定性在管的一端比在管的另一端低；和

一紫外线衰减膜，它涂复在管壳内的透明导电膜的内表面上，此紫外线衰减膜在管的一端的紫外线衰减能力比在管的另一端高。

透明导电膜电阻的稳定性指的是抗紫外线稳定性。例如，我们注意到在导电膜较厚部分，该部分所含未分解材料的量较多，电阻的稳定性下降，而在导电膜较薄部分电阻的稳定性增加。在以氧化锡为基础的导电膜中，锑作为添加剂的浓度越高，膜的电阻越高。

紫外线衰减膜由荧光粉膜组成。此紫外线衰减膜可以是由单层荧光粉膜和紫外线吸收膜组成的层状膜。

在上述各个情况中，透明导电膜有一中央部分，该中央部分局部的厚度比两端部分的每一端都厚。此透明导电膜有一中央部分，其局部的电阻比两端部分每一端的电阻都小。此透明导电膜的最大厚度等于或小于100nm。

紫外线衰减膜由荧光粉膜组成。此紫外线衰减膜可以是由一单层荧光粉膜和一紫外光吸收膜组成的层状膜。

当中央部像上述那样做的更厚时，此中央部分并非意味着两端之间管的正中央。稍微向任一端有些偏移也是允许的。

放电灯点亮装置是一快速启动型的起动器。

按照本发明的上述实施例的特性，通过厚的部分的荧光粉膜到达透明导电膜的紫外光量减少了。与厚的部分的荧光粉膜对应的透明导电膜也是厚的，而且含有更多的未分解材料。然而，此减少了数量的紫外线减缓了未分解材料的分解过程，并因而控制了该处电阻的变化。另一方面，通过薄的部分的荧光粉膜到达透明导电膜的紫外线量相对较大。然而该处的透明导电膜也薄，所含未分解的材料小，因而电阻的变化也保持小。结果，在管的两端部分的透明导电膜的电阻变化得到补偿，避免了灯在特别的一端上因该端电阻变化引起的显著的变黄变黑现像。

在本发明的另一种情况中，透明导电膜的电阻在厚的部分易发生较大的变化，在薄的部分易发生较小的变化。紫外线衰减膜和荧光粉膜这两者遏制引起电阻变化的紫外线透过，两个膜的总厚度越厚，紫外线被遏制得越多。在电阻易发生较大变化的透明导电膜的厚的部分，涂复厚的紫外线衰减膜和与之结合的荧光粉膜，它提供高的紫外线衰减能力。在电阻发生较少变化的透明导电膜的薄的部分，涂复薄的紫外线衰减膜和与之结合的荧光粉膜，它提供低的紫外线衰减能力。透明导电膜的电阻变化在管的两端部分被补偿。避免了灯在特别一端上因在该端上电阻变化引起的明显的变黄变黑。

在本发明的第三种情况中，含添加剂越多处透明导电膜的电阻越稳定。厚的荧光粉膜部分含添加剂小，因而电阻稳定性低，但该部分受到的紫外线也小。透明导电膜电阻的变化在管的两端得到补偿。使灯避免了在一特别端上因该端电阻变化引起的明显的变黄变黑。

在本发明的第四中情况中，通过厚的荧光粉膜部分到达透明导电膜的紫外线的量如上所述同样地减少了。与厚的荧光粉膜对应的透明导电膜也厚，并含有更多的未分解材料。然而此减少了的到达的紫外线的量使未分解材料的分解过程变慢，因而控制了该处电阻的变化。另一方面，通过薄的荧光粉膜部分到达透明导电膜的紫外线量比较大。然而，该处的透明导电膜也薄，所含的未分解材料的量也小，所以电阻变化仍维持较小值。结果，在管的两端的透明导电膜的电阻变化被补偿，避免了灯在一特别端上因该端电阻变化引起的明显的变黄变黑。

荧光粉膜通常通过使荧光粉悬浮液流入固定在竖直部分的直玻管中来形成。所以在玻管壁上有最薄的荧光粉膜，当它流下时逐渐变厚。因此，高阻侧即透明导电电膜的薄端部分形成管上壁上与薄的荧光粉膜部分相应的部分上，低阻侧即透明导电膜的厚的部分形成在管底边上的与厚的荧光粉膜部分对应的部分上。透明导电膜的电阻变化在管壳两端部分被补偿，避免了灯在一特别端上因该端电阻变化引起的明显的变黄变黑。

在本发明第五种情况中，紫外线衰减膜如此配置，使其紫外线衰减能力高的部分形成在透明导电膜的电阻稳定性低的部分上。透明导电膜的电阻变化在管的两端部分被补偿，避免了灯在一特殊端上因该端电阻变化引起的明显的变黄变黑。

透明导电膜在两端部分较薄，电阻高，导致灯在寿命过程中电阻变化的未分解材料的含量也小。电阻变化被遏制，因而变黄变黑的产生受到有效地控制。

因透明导电膜两端部分的电阻较大，微观放电受抑制，也有效地控制变黄变黑的发生。

透明导电膜的厚度整体都变薄，在两端上完成电阻变化的补偿，有效地控制变黄变黑的发生。

在本发明的第六种情况中提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，它以金属氧化物为主要成分构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，此透明导电膜包括添加剂，管的两端部分所含添加剂的比率高于中央部分，而且在管的两端部分的电阻也高于中央部分。

在此情况中，透光管通常是玻璃管壳。透明导电膜主要含有金属氧化物，但也包括添加剂、未分解化合物、局部还原的金属或杂质，而且混合物可以用作金属氧化物。所包括的添加剂的总量是能使之导电的小的数量，并用以调整电阻。管的两端部分指的是从电极向管内20cm附近的部分，中央部分指的是放电灯中央附近的部分。靠近中央部分的添加剂含量可接近零。

按照本发明第七种情况提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，以金属氧化物为主要成分构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上，此透明导电膜包括添加剂，管的两端部分所含添加剂的比率比中央部分高，而且管的两端部分的电阻也比中央部分高；和

一荧光粉膜，它涂复在管内的透明导电膜的内表面上。

在这些情况中，金属氧化物是氧化锡，添加剂是锑，锑在管壳两端部分所含的比率是0.8-2.0摩尔％，锑在管壳中央部分所含的比率是0.2-1.0摩尔％。在这些情况中，透明导电膜在管的两端部分比在中央部分要薄。在管的两端部分的每一端的透明导电膜的厚度等于或小于25nm。

根据这些情况的实施例，透明导电膜中添加剂的浓度在其中央部分掺杂的浓度低，而在其两端部分添加的浓度高。虽然金属氧化物基本上有电绝缘的性质，但通过部分地还原此金属氧化物或者施加添加剂可建立导电性，在添加添加剂的情况下，导电性即电阻变化小且稳定。因此在添加剂浓度高的两端部分电阻是稳定的，而在中央部分因为添加剂的浓度低，而且逐渐更低，所以其电阻是不稳定的。也就是说，导电膜中央部分的电阻确实未控制稳定程度，添加剂的浓度也加的较低。因此，在透光管中释放出氧，使透明导电膜的电阻更低，因而使电阻分布接近理想的V形。

此外，按照本发明的这些情况，作为透明导电膜的主要成分的氧化物和作为添加剂的锑被结合起来，这种结合被广泛地应用，因而是可靠的。在这样的结合应用中，在透光管的两端部分用0.8-2.0摩尔％锑含量，在中央部分用0.2-1.0摩尔％锑含量能容易地获得所要示的电阻分布。在管的两端部分锑的浓度低于0.8摩尔％时，电阻稳定性下降，反之在大于2.0摩尔％时因为杂质增加，透明导电膜的透明度很可能降低。在管中央部分锑浓度低于0.2摩尔％时，导电膜电阻的稳定度大大地下降，电阻因而下降，并使管中央部分产生小的放电，引起此部分产生变黄变黑现像。在中央部分地锑浓度大于1.0摩尔％时，电阻过于稳定，以致难以得到理想的V形电阻分布。

此外，根据这种管两端的膜厚比管中央部分薄的情况，膜的厚度与电阻成反比，所以通过控制膜的厚度能得到理想的V形电阻分布，而且通过因控制添加剂浓度使管中央部分电阻降低以获得更理想的V形电阻分布。

透明导电膜的膜厚在管两端部分做成小于25nm，它比常规的导电膜的40-60nm的厚度薄，所以残留的未分解的化合物小，在灯的使用期间电阻的变化也小。不必限定膜厚降低的限度，但当小于10nm时，将难以实现所要求的导电率。

按照本发明第八种情况，提供一种低压汞蒸汽放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各自端部附近；和

一透明导电膜，它由以氧化锡为主的金属氧化物组成，其中还包括0.7-2.0摩尔％的锑，涂复在电极之间的管的内表面上，其中透明导电膜中央部分厚度等于或小于100nm，两端部分厚度等于或小于25nm，透明导电膜中央部分的厚度大于两端部分的厚度，透明导电膜在中央部分沿管纵向长度每10cm的电阻是2KΩ-50KΩ，在两端部分沿管纵向长度每10cm的电阻是20KΩ-1000KΩ。

在这种情况中，透明管通常是玻璃管壳。透明导电膜主要包括金属氧化物，但也含有添加剂，未分解化合物，部分还原了的金属或杂质，可以使用由包括较多氧化锡的其他金属化合物组成的混合物。添加剂的含量是能使之有导电性的小的量，并用以调整电阻。管两端部分指的是由电极向管内约20cm的区域，中央部分指的是除两端部之外的区域。添加剂的量指的是各个部分的平均值。

按照第九种情况，提供了一种低压汞蒸汽的放电灯，这种灯包括：

一透光管，内有放电媒体，并有纵端部分；

一对放电电极，每个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，它由主要含氧化锡的金属氧化物组成，还含0.07-2.0摩尔％的锑，涂复在电极之间的管的内表面上，其中此透明导电膜中央部分的厚度等于或小于100nm，两端部分的每一端的厚度都等于减小于25nm，透明导电膜中央部分的厚度大于两端部分每一端的厚度，在中央部分透明导电膜沿管纵向长度每10cm的电阻是2KΩ-50KΩ，在两端部分每一端的透明导电膜沿管纵向长度每10cm的电阻是20KΩ-1000KΩ；和

一荧光粉膜，它形成在透明导电膜的内表面上。

在这些情况中，管的透明导电膜的中央部分的电阻低于两端部分的电阻。

根据本发明的这些情况，透明导电膜中央部分的厚度比两端部分厚，中央部分电阻在予定范围内，所以能得到黑化小的好的V形电阻分布。此外，由于锑浓度在0.7-2.0摩尔％，在灯的使用期间透明导电膜的电阻变化与锑浓度小于0.7摩尔％的情况相比要小。因为锑浓度不超过2.0摩尔％，还能有效地抑制因锑增加导致的透光性下降。在这种锑浓度的范围内，透明导电膜的电阻接近最小值或在其附近，因而能以薄的厚度制成透明导电膜。

另外，这些实施例的透明导电膜做的比常规的透明导电膜薄。也就是说，其端部厚度小于25nm，这比常规的40-60nm薄。而透明导电薄中内部分的厚度小于100nm，与常规的中央部分厚度大于100nm相比也是薄的。由于本发明实施例的透明导电膜有均匀的电阻和厚度薄，有小的空隙率和细密的结构，所以膜中残留的未分解的化合物小，有效地抑制了灯在使用期间电阻的变化。这样有利的效果，有大的空隙率的常规透明导电膜是不会有的。此外，本发明实施例的透明导电膜在产品灯完工后很少起反应和分解，所以能将因分解反应而产生杂质抑制到最小值，因而获得良好的灯的启动能力。

按照本发明第十种情况，提供一种照明装置，此装置包括：

一主照明单元；

低压汞蒸汽放电灯，在各种情况中它具有上述特征，并与主照明的单元相连；和

一种放电灯点亮装置，它安装在主照明单元上用以驱动低压汞蒸汽型放电灯。

此放电灯点亮装置是一快速启动型放电启动器。

装备了具有上述特性的低压汞蒸汽型放电灯的这种照明装置能达到像上述那样同样的效果。

图1A是表示本发明低压汞蒸汽放电灯一实施例的前视图；

图1B是图1A中的IB所包围的部分的局部放大图；

图2是表示图1中的放电灯的透明导电膜的制造工艺的说明图；

图3是表示装备了图1中的放电灯的照明装置的前视图；

图4是图1中放电灯的截面图；

图5A是表示该实施例的放电灯的透明导电电膜的厚度和电阻关系的曲线图；

图5B是表示所体现的放电灯的荧光粉膜厚度分布的曲线图；

图5C是表示所体现的放电灯的绝缘膜(保护膜)的厚度分布的曲线图；

图5D是表示所体现的放电灯的透明导电膜中添加剂含量的分布的曲线图；

图5E是其纵向长度与图5A-5D的横座标轴相应的本实施例的放电灯的实例；

图6是表示本发明的另一实施例的低压汞蒸汽放电灯的透明导电膜电阻分布和沿长度方向透明导电膜的位置之间的关系的曲线图；

图7A和7B是表示按照本发明另一实施例图1的放电灯的透明导电膜制造工艺的说明图；

图8是表示本发明的再一个实施例的低压汞蒸汽放电灯的透明导电膜的锑浓度和相应的电阻之间关系的曲线图；

图9是表示本发明的再一实施例的低压汞蒸放电灯的透明导电膜的锑浓度和相应电阻变化之间关系的曲线图；

图10是表示本发明的再一实施例的低压汞蒸汽放电灯的透明导电膜的锑浓度和全光透射率之间关系的曲线图；

图11是表示本发明的再一实施例的低压汞蒸汽放电灯的透明导电膜的厚度和在点亮5000小时以后距电极不同位置处放电灯管壳产生黑化之间关系的曲线图；

图12是表示本发明再一实施例的低压汞蒸汽放电灯电极附近区域的透明导电膜的平均厚度和在灯管亮5000小时以后在电极不同部位产生管壳黑化之间关系的曲线图。

参照附图说明本发明的优选实施例，其中图1-图3是通常用于各个实施例的。

图1A是作为本发明的低压汞蒸汽放电灯的典型例子的荧光灯的第一实施例的前视图，图1B是图1A中的IB部分放大的剖面图。图1A中的基本结构满足日本工业标准(JIS)中规定的FLR 40S.W/M标准。此荧光灯有一对包括灯丝的电极2，密封在管形透光密封外壳中或玻璃管壳1中，每个电极都支承在管壳1的纵向的一端上。支承灯丝的支承导杆以气密的方式穿过玻璃管壳1并联接到灯脚3a上，灯脚3a从位于玻璃管壳1两端的灯帽3伸出。玻璃管壳内含有小量汞和266-400巴(2-3乇)的氩。

管壳内表面涂复透明导电膜4，此透明导电膜4以氧化锡作为主要成分，并将一部分氧化锡还原以使透明导电膜具有导电性。此透明导电膜也含有微量的锑以稳定导电性。三价的锑代替透明导电膜4中四价的锡，由于还原了氧化锡而有导电性。

透明导电膜4中锑含量在两端部分是1.5摩尔％，在其中间部分是0.7摩尔％。

透明导电膜4在右端部分R和左端部分L厚度是10nm，在中间部分厚度是60nm。在两端部分的厚度最好为25nm或更小。而在中间部分最好是100nm或更小。像已经说过的那样，厚度由荧光X射线的强度在锡的校准曲线上确定。沿长度方向每单位长度(10cm)的透明导电膜4的电阻在右端部分R是200Ω，在左端部分L是300Ω，在中间部分上是1KΩ。

在本发明的一个实施例中透明导电膜沿管的长度方向每10cm长的电阻在中央部分是2KΩ-50KΩ，在两端部分的每一端都在20KΩ-1000KΩ。

电绝缘膜5涂复在透明导电膜4的顶上(内表面)，此绝缘膜5是由氧化铝粉末组成的层状体。此绝缘膜5无吸收紫外线的能力。氧化铝粉末颗粒的直径为0.05-0.1μm。在两端部分绝缘膜5的平均厚度是1-3μm，而在右端部分R的厚度比在左端部分L的厚度要厚些。绝缘膜5使汞不与透明导电膜4接触，所以汞可以不与透明导电膜4中的锡或锑起反应。绝缘膜5防止透明导电膜4特性的改变。绝缘膜5完成了抑制因其电绝缘不良引起微观放电的功能。

朝向放电通道的荧光粉膜6涂复在绝缘膜5的上面(内表面)。荧光粉膜6其主要成分为含锑、锰、活性卤化钙的荧光粉。此荧光粉膜6在右端部分R厚约为35μm，在左端部分L厚为约25μm。现代在日本工业标准中规定的三基色荧光灯中广泛用的稀土荧光粉也容许作为荧光粉膜材料。绝缘膜5和荧光粉膜6的厚度用公知的荧光X射线法确定。

透明导电膜4用如下工艺制造。图2是表示透明导电膜制造工艺的图。准备一两端敞开的管形玻壳1。使此管形玻壳保持水平位置放进加热炉中加热。玻壳中间部分加热到约560℃，玻壳两端部分加热到约500℃。在这种情况下将四氯化锡和三氯化锑的混合蒸汽通过一开口注入玻璃管壳中，然后通过另开口从玻管壳1流出。此工艺使二甲基锡的二氯化物和三氯化锑与已加热的玻壳1接触并分解、氧化，然后以氧化锡和氧化锑的形态淀积在玻壳1的内表面上。二甲基锡的氯化物对三氯化锑的克分子比近似为99.3∶0.7。此比率确定在已完工状态玻壳1中间部分上透明导电膜4中锑的含量。

在玻壳1两端，加热温度相对要低，足以使反应速度缓慢，因而使能够不起反应地通过的供给蒸汽成分从玻壳1的另一开口出来。由于与低压蒸汽相比高压蒸汽容易流出，所以低压蒸汽材料起反应并更多地淀积在低温部分上。二甲基锡氯化物的蒸汽压力(在分解和淀积之前锡氯化物的蒸汽压力)比三氯化锑的高，因而两端上淀积物中锑含量高于混合蒸汽的锑含量。与此对比，在管壳1的中间部分上，所供给的蒸汽照原样起反应和淀积，而淀积物中锑含量与所供给的蒸汽中锑的含量相等。结果，管壳1中间部分锑的含量低于管壳1两端部分锑的含量。加热的温度差不仅使锑含量不同，而且也导致厚度不同，因为所产生的淀积物的量不同，管壳1中间部分厚，两端部分薄。其厚度分布如此构成。以致中间部分电阻低。

虽然管壳的蒸汽供应侧(在右侧R)和管壳的放电侧(在左侧L)在相同温度下加热进行反应，但两侧淀积物的量是不同的，蒸汽供应侧淀积物厚而放电侧的淀积物薄。这是因为放电侧淀积材料不足。

如果要求不同位置锑含量相同，则使二甲基二氯化物和三氯化锑的蒸汽进入玻壳，将管壳1的中间部分和两端部分在500℃下加热预定时间以进行构成膜的分解工艺。此后，再将管壳1的中间部分在500℃下加热以完成透明导电膜4。

当要求在左端部分L和右端部分R之间锑含量不同时，就用不同的加热温度分别加热两端部分。然而，在这种情况下，荧光粉膜6薄的左端部分锑含量最好高于右端部分。这有助于稳定左端部分L的电阻，该部分更多地暴露于引起透明导电膜4电阻变化的紫外线。

含锡和锑的不同的化合物在加热温度范围内导致不同蒸汽压力，因而在透明的导电膜4中两端部分的锑含量设置得比中间部分的低。

将含氧化铝粉末的涂复溶液涂复在管壳1内的透明导电膜4的上面然后使之干燥形成绝缘膜5。接着向玻壳1上涂复荧光粉涂层溶液。在使荧光粉涂层干燥后，然后进行烧结。将放电电极2安装到玻璃管壳1的两端。然后在管壳1内部加热时通过排气管将玻璃管壳1抽真空。再向管壳1中注入小量的汞和氩，然后将管壳1密封。灯帽3安装在管壳1两端。引线连接到灯脚3a。这就完成了荧光灯的制造工艺。

每种荧光粉涂复溶液和氧化铝粉涂复溶液通过在已涂复了透明导电膜4的玻管1内从顶部向下流动来涂复。在这种操作中管壳1保持垂直位置，与右端部分相比透明导电膜4薄的左端部分L朝上。然后使每个涂层干燥。当每种涂复液在处于垂直位置的玻壳1中从顶部向下流时，管壳1的顶侧即左端部分L比右端部分R形成的薄。

这样制成的荧光灯安装在照明装置主单元20上，其上配备有电路元件22，例如快速启动荧光灯的启动器电路用的镇流器。此照明装置主单元20还配备有灯座21，此灯座21机械固定并与荧光灯电连接。

图5示出透明导电膜4、绝缘膜5和荧光粉膜6的厚度分布图以及添加剂如锑的含量分布图。由图5A可见，透明导电膜4的电阻与其厚度成反比。

当用通常的启动器装置驱动这样制成的荧光灯时，由起阴极功能的放电极灯丝发射的热电子经由透明导电膜4运行并到达另一个起阳极功能的放电灯丝，构成放电通道。灯立即点亮并通过荧光粉膜6发射给定谱段的光。

当灯点亮时，管壳1中的汞粒子和透明导电膜4之间发生微观放电。这导致透明导电膜4和等离子放电通道之间的荧光粉膜6被破坏，而且氧化锡与汞起反应，引起放电极灯丝附近变黄和变黑。然而按照本发明，左端部分和右端部分之间的变黄变黑被抵消，与常规荧光灯相比，实际上变得不明显。此外，这种荧光灯在使用寿命期间在光通量作用下反应缓慢。

防止变黄和变黑的机构简述如下。由于在加工完膜之后残留有更多的未分解材料的右端部分R处的透明导电膜4的内表面上涂复的荧光粉膜厚部分，所以当灯工作时，荧光粉膜6的厚的部分吸收更多的紫外线，与其相对的位置(在该处透明导电膜厚的部分上涂复薄的荧光粉膜)比较，透射较小的紫外线。这种结构遏制了紫外线在透明导电膜4的右端部分上更多的未分解材料的反应。此厚的部分也使变黄变黑不明显。

在透明导电膜4和荧光粉膜6的薄的部分中，虽然荧光粉薄的部分使更多的紫外线透过，但因为透明导电膜4中所含的未分解材料小，所以在应用期间起反应率是低的。这种结构使电阻变化保持最小值，而且变黄变黑像在另一边上一样，基本上是不明显的。在上述按照本发明例举的荧光灯中，管壳内表面涂复透明导电膜4、电绝缘膜5和荧光粉膜6。另一种情况省去了绝缘膜5，这种没有绝缘膜5的荧光灯已像带绝缘膜5的荧光灯一样好地付诸实施。

发明者已生产和试验了带按照本发明的这些膜和其他多种膜的各种灯以便进一步根据灯的变黄、变黑和光通量的减少率研究灯的特性。

第一种试验灯是一种ELR40W灯，其内表面以这样顺序涂复有透明导电膜4、含氧化铝粉的绝缘膜5和由卤钙磷酸盐组成的荧光粉膜6。第二种试验灯除了用三基色荧光粉代替卤钙磷酸盐荧光粉用作荧光粉膜6外，其余都与第一种试验灯一样。第三种试验灯除了省去绝缘膜5外，其余也与第一种试验灯相同。第四种试验灯除省去绝缘膜5外，其余与第二种试验灯相同。第二第四种试验除上述提到的不同外都与第一种试验灯完全相同。

第一-第四种比较灯除了在所有比较灯中透明导电膜4的厚度部分相反之外，其余都与第一-第四种试验灯相同。在这些比较灯中，荧光粉膜6的厚的部分和薄的部分分别与透明导电膜4的薄的部分和厚的部分相对应。

用这些灯进行连续点燃试验，在试验中比较样品的变黄和变黑情况，在3000小时和5000小时点检测光通量的减少。下面的表示试验结果。在表中○代表优良，△代表一般，和×代表差。

                                 表

试验灯	膜结构	变黄	变黑	光通量率
						2000小时	5000小时
				第一种灯	透明导电膜：氧化铝绝缘膜卤磷酸盐荧光粉膜			○	○	95％	93％
第一种比较灯	×	△	92％			91％
				第二种灯第二种			透明导电膜：氧化铝绝缘膜三基色荧光粉膜	○	○	95％	94％
比较灯	×	△	92％		91％
				第三种灯		透明导电膜：氧化铝卤磷酸盐荧光粉膜		○	○	94％	92％
第三种比较灯	×	×	90％		89％
				第四种灯			透明导电膜：氧化铝三基色荧光粉膜	○	○	93％	92％
第四种比较灯	×	△	91％		90％

由表可见，按照本发明这些灯(试验灯)减少了变黄和变黑，并给出了令人满意的光通量减少率。

本发明不限于上述实施例。例如绝缘体5可以是有紫外线衰减能力型的，如ZnO、TiO₂、CsO。紫外线衰减绝缘体5更有效地屏蔽了会使电阻变化的紫外线，从而稳定透明导电膜4的电阻。在这种情况下绝缘体5的厚度分布设计得与荧光粉膜和透明导电膜相一致。

应考虑有衰减紫外线能力的绝缘体5的厚度分布设计成与荧光粉膜6的相反。在这种情况下绝缘膜5和荧光粉膜6两者被看作一组合膜，而且有较高衰减紫外线能力的任一端部分(即较大的组合厚度侧)涂复在透明导电膜4的厚的部分上。从而可获得等效的结果。

此外，另一方面可用氙代替汞作为放电气体。氙发射使透明导电膜4的电阻大大改变的高强度的紫外线。这引起在放电电极附近的微现放电，尽管没有与汞发生反应，但激发与荧光粉和玻璃的种种反应。会发生外观上和透光度变坏。然而使用本发明可控制上述问题。

可用喷雾法加工透明导电膜。运用本发明，透明导电膜4的电阻分布不限于V形曲线。

此外，对适用图1～3的其他实施例的低压汞蒸汽放电灯即荧光灯来说，在如下时间测量荧光灯透明导电膜的电阻分布：(a)刚形成透明导电膜4之后，(b)刚将荧光灯加工成产品之后，(c)在点亮1000小时之后；而在如下时刻也测量常规荧光灯透明导电膜的电阻分布：(e)刚形成透明导电膜4之后，(f)刚将荧光灯加工成产品之后，(g)在点亮1000小时之后。

两端厚约50nm，管壳中央部分厚约100nm的透明导电膜中未添加锑。测量结果如图6所示，横座标轴代表荧光灯的位置，纵轴代表每单位长度的电阻即电阻率。横座标轴的位置在右边是+1/2L，在左边是-1/2L。

按照测量结果，本实施例的透明导电膜的电阻，在呈现高锑含量的管壳1的端部变化小，在呈现低锑含量的的中央部分变化大。在荧光灯生产期间，例如，由于在荧光体烧结工艺中锡的氧化作用和在气体放电过程中氧化锡的还原作用(脱氧)，导致电阻这样的变化。此外，在荧光灯的点亮期间氧化锡被还原出锡，因而也增加导电性。按照此实施例，锑在荧光灯中有稳定导电性的特性，在管壳两端部分透明导电膜的电阻变化小，在其中央部分变化大。因为这个原因，导电膜的电阻分布达到理想的V形。

反之，常规结构的荧光灯的透明导电膜的电阻值在管壳每一部分都改变，因而其电阻分布永不会得到理想的V形。

在灯点亮时使有上述(a)-(c)电阻分布的荧光灯A与有上述(d)-(e)电阻分布的荧光灯B进行比较，在A灯点亮1500小时后用肉眼观察到的发黑现像，B灯点亮1000小时后就出现。

如上所述，参照图2，有上述电阻分布的透明导电膜将参照图7A和7B用下述方法同样制造。

如图7A所示，准备一两端开口的管形玻壳1。将此玻璃管壳1以水平位置改进加热炉，然后仅将其两端部分加热到约580℃。在这种状态下将四氯化锡和三氧化锑的混合蒸汽从玻璃管壳1一端的开口注入玻璃管壳1，然后从其另一端排出。在此工艺期间二甲基锡的二氯化物和三氯化锑与已加热的玻璃管壳1接触，然后分解、氧化、并以氧化锡和氧化锑的形式淀积在管壳1的内表面上。二甲基锡氯化物对三氯化锑的克分子比近似为99.3∶0.7。在管壳1两端部分透明导电膜4中锑含量因为处于高温下而与克分子比一致。这时，在玻璃管壳1中央部分因为未加热，透明导电膜4形成得小。

此后，如图7B所示，当仅管壳1的中央部分在加热炉加热到约580℃时将四氯化锡和三氯化锑的混合蒸汽以比如约99.5∶0.5的克分子比从一端的开口注入玻璃管壳1，在管壳1的中央部分形成含0.5％锑的透明导电膜。

按照上述工艺，所形成的透明导电膜，在其两端部分含1.5％的锑，在其中央部分含0.5％的锑。具有用这种工艺制造的透明导电膜的荧光灯实质上达到图2所示的上述同样的功能和效果。

此外，按照通常适用于图1-3的再一个实施例的低压汞蒸汽放电灯，将具有薄的透明导电膜的本发明荧光灯A′与具有原透明导电膜，中央部分厚度约120nm的常规结构的荧光灯B′在点亮时相比较，灯A′在点亮约1500小时后用肉眼观察到的发黑现像，灯B′在点燃约1000小时后即可用肉眼观察到。进而比较荧光灯A′和灯B′的启动电压，在刚生产出来后两者的启动特性是没有差别的，在点燃约1000小时之后，本实施例的荧光灯A′的启动特性就优于荧光灯B′。

本实施例的透明导电膜4含锑的浓度为0.7-2.0摩尔％，此浓度由透明导电膜在经过的时间内取决于锑浓度，透明导电膜的着色度(全光透过度)和电阻值的最适当的电阻大小范围来确定。这当然涉及到具有包括小的未分解的锡化合物的薄的(微观)结构透明导电膜的情况，这将在下面参照图8进行说明。

图8是一表示锑浓度和透明导电膜相对电阻之间关系的曲线图其中在锑浓度为0时相对电阻是1.0。这时，随锑浓度增加相对电阻减小，在锑浓度达到1.5摩尔％时电阻达最小值，然后又增加。

图9是表示在经过的时间内电阻变化程度的曲线图，其中在点燃100小时后导电膜相对电阻为数值1.0。这时，在点燃约1000小时后，电阻随锑浓度增加也接近数值1.0，在锑浓度高于0.7摩尔％的情况下电阻实际上不变化。在透明导电膜未连续不断形成的情况下，电阻变化大，甚至在锑浓度高的情况下也不稳定。

图10是表示透明导电膜着色程度(全光透过度)的曲线，如图10所示，它随锑浓度的增加而逐渐减少。作为着色度的这些特征值的最适当的范围，选择为大于0.7摩尔％和小于2.0摩尔％。也就是说，在大于0.7摩尔％和小于2.0摩尔％的情况下，在使用期内电阻变化小，透明导电膜着色小，因而保持高的透光度，并能使厚的导电薄厚度实现低电阻的恒定导电性。

为研究透明导电膜4的厚度在点燃约5000小时之后的发黑产生率之间的关系，进行了一种试验。其试验结果如图11所示，其中纵座标轴代表试验灯的发黑现像的产生率。

如图11所示，电极附近发黑产生率，也就是在从电极即管壳两端到距电极约20cm区域的导电膜部分发黑产生率随透明导电膜的厚度是变化的。然而可看到在距电极20cm外的管壳内部黑化发生率低，而且与透明导电膜的厚度无关。根据上述事实发现，通过使除管壳中央部分外的距电极如约20cm内的电极附近区域形成薄的透明导电膜能降低黑化发生率。还观察到厚度低于25nm时黑化发生率也较低。在这样情况下，可有意改变导电膜的状态，甚至在导电膜厚度不同时也使电阻不变化。

图12是通过试验得到的表示在电极附近即距电极向内约20cm范围内透明导电膜的平均厚度与点燃约5000小时后在这些部分上黑化发生率之间的关系的曲线图，在此情况下整个这些部分电阻相等。由图12的特性曲线可见，随着透明导电膜的结构越薄和细使黑化发生率变得越小。

以上所述，按照本实施例的荧光灯，通过形成厚度薄的透明导电膜，可使黑化发生率减小，此厚度可通过将锑浓度选择在0.7-2.0摩尔％之间，降低电阻而使之减小，从而容易减少黑化发生率。此外，按照此实施例，由于能使透明导电膜的电阻变化小，能在长时间应用中抑制或控制黑化现像的发生。在0.7-2.0摩尔％范围内的锑浓度使透明导电膜保持高的透明度。

在上述实施例中，可用氙气代替汞蒸汽，氙气放射能使透明电膜电阻大大变化的强紫外射线。因此在电极附近区域引起微观放电，此微观放电可引起对荧光粉膜和玻璃管壳有害的各种反应，而这些有害反应可通过本发明来抑制。

此外，透明导电膜可用诸如喷雾法等其它方法来形成。

尽管透明导电膜的电阻分布未达到理想的V形，也将达到与上述类似的效果和优点。

按照上述本发明的实施例，有高的紫外线衰减特性的透明导电膜形成到电阻多半会变化的部分上，因此电阻分布被双向补偿，从而消除了高质量放电灯在长期使用期间发生黑化现像。

由于作为主要成份的氧化锡和作为添加齐的锑结合应用，从而实现了高质量高可靠性的低压汞蒸汽放电灯。

通过特别限定所加的锑的含量，使透明导电膜厚度薄，能消除黑化现像的发生，使灯在长时间使用中具有高性能和高透光度。

Claims (6)

1．一种低压汞蒸汽放电灯，它包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，其主要成分由金属氧化物构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上；以及

一荧光粉膜，它涂复在管内透明导电膜的内表面上；其特征在于：

所说的透明导电膜包括添加剂，在管的两端部分所含添加剂的比率高于中央部分，管的两端部分的电阻也高于中央部分。

2．根据权利要求1的低压汞蒸汽放电灯，其特征是所说的金属氧化物是氧化锡，所说的添加剂是锑，在管的两端部分含锑的比率在0.8-2.0摩尔％范围内，在管的中央部分含锑比率在0.2-1.0摩尔％。

3．根据权利要求1的低压汞蒸汽放电灯，其特征是所说的透明导电膜在管的两端部分的厚度比在管的中央部分的厚度薄。

4．根据权利要求1的低压汞蒸汽放电灯，其特征是在管的两端部分的每一端透明导电膜的厚度都等于或小于25nm。

5．一种低压汞蒸汽放电灯，它包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，其主要成分由金属氧化物构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上；以及

一荧光粉膜，它涂复在管内透明导电膜的内表面上；其特征在于：

所述透明导电膜包括0.7-2.0摩尔％锑的添加剂，所说的透明导电膜在中央部分的厚度等于或小于100nm，在两端部分各自的厚度等于或小于25nm，所说的透明导电膜中央部分的厚度比两端部分的每一端都厚，所说的透明导电膜的电阻在中央部分沿管的长度方向每10cm长是2KΩ-50KΩ，在两端部分的每一端沿管的长度方向每10cm长都在20KΩ-1000KΩ。

6．一种采用独立权利要求1的低压汞蒸汽放电灯的照明装置，包括：

一主照明单元，所述低压汞蒸汽放电灯连接到主照明单元；和

一放电灯点亮装置，它安装在主照明单元上，用以驱动低压蒸汽放电灯；

所述低压汞蒸汽放电灯包括：

一透光管，内有放电媒体并有纵端部分；

一对放电电极，每一个都安装在管的各端部附近；

一透明导电膜，其主要成分由金属氧化物构成，涂复在放电电极之间的透光管的内表面上；以及

一荧光粉膜，它涂复在管内的透明导电膜的内表面上；其特征在于：

所说的透明导电膜包括添加剂，在管的两端部分所含添加剂的比率高于中央部分，管的两端部分的电阻也高于中央部分。

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