CN1097294C - 照明装置及该照明装置的放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明装置，包括：a)具有主要包括充气气体氖的放电灯(72)；b)具有反射表面的壳体(70)；以及用于把灯固定在壳体内的装置(73)。按照本发明，放电灯的壁具有发光层。借以大大增加照明装置应用的可能性。

Description

照明装置及该照明装置的放电灯

本发明涉及一种照明装置包括：具有包括充气气体氖的放电灯，

具有反射表面的壳体，以及用于把放电灯固定在壳体中的装置

本发明还涉及适用于这种照明装置的放电灯。

具有主要包括充气气体氖的放电灯应被理解为是这样一种放电灯，它具有包括氖的充气气体成分，从而稳态的灯的工作期间在等离子中产生红光，其在C.I.E.色度图中的颜色点(colour point)处在由线y＝0.300，y＝0.350，y＝-x+1，以及y＝-x+0.99。

上述照明装置从欧洲专利EP0562679中公知了。在该欧洲专利中描述照明装置非常适用于作为在交通工具上的信号灯。公知的放电灯的填充气体只包括氖，并且这种照明装置的寿命比使用白炽灯的传统的停止信号灯的寿命长。通过合适地选择放电灯的尺寸可以使照明装置具有相当扁的尺寸。这种扁的形状相当地增加了照明装置应用的可能性，因为这种扁的形状可被用于和装有这种照明装置的交通工具的部分的许多形状相结合。公知的照明装置比传统的停止信号灯的其他优点是相当高的照明效率和在制动脚蹋被操作之后能相当快地发光，即使在相当低的温度下。公知的照明装置的缺点是放电灯产生红光，这使照明装置不太适合或不适合大量应用中。

本发明的目的在于提供一种具有上述优异性能而且其用途显著增加的照明装置。

按照本发明在开头一段所述的用于这种目的的照明装置的特征在于放电灯的壁具有包括第一发光层的发光屏。

放电灯的操作产生由灯发出的可见的红光以及短波紫外光。这短波紫外光被第一发光层转换成可见光。由放电灯产生的可见光的总量现在包括在灯等离子体中产生的可见光和由第一发光层从短波紫外线辐射产生的可见光。由灯产生的可见光的总量的颜色通过合适地选择第一发光层的成分调节。利用不产生或很少产生红光的相当简单的第一发光层可以产生具有相当高的发光效率各种不同颜色的光。在这种情况下，由放电灯产生的红光是只从或基本上只从等离子体发出的光。因为等离子体中发出的短波紫外线光被转换成可见光，按照本发明的照明装置的发光效率公知的照明装置相比相当高。

如果照明装置被用作信号光源例如交通工具如摩托车的方向指示器，当被激励时，希望照明装置发出黄色光。这种照明装置还非常适用于用作例如交通灯，作为LCD屏的背景光，或用作图象复制和图象扫描器。这种黄色光的实现是因为第一发光层包括绿色发光物质。发现由二价锰激发的锌硅酸盐、由三价铈激发的钇铝石榴(garnet)、由三价铽激发的钇硅酸盐适用于这一应用。具体地说，发现可以利用由三价铈激发的钇铝石榴石实现具有相当高的发光效率的放电灯，其颜色点符合不用滤色器的用于摩托车中的方向指示灯的E.C.E.要求。按照这要求，发射的光的颜色点必须处于由线y＝0.429，y＝0.398，y＝-x+1，和y＝-x+0.993围成的I.E.C色度图的范围内。

更具体的说，在由三价的铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石是用通式Y_3-xAL₅O₁₂：xCe³⁺表示其中0.01≤x≤0.20最好0.02≤x≤0.10的情况下，获得了满意的结果。

应该注意三价的铈激发的钇铝石榴石中铝的部分可以被镓和/或钪代替，如欧洲专利EP124175所述。例如如果一半的铝被镓代替，便会得到通式为Y_3-xAL_2.5Ga_2.5O₁₂：xCe³⁺的发光物质。这种发光物质的颜色点(colour point)比Y_3-xAL₅O₁₂：xCe³⁺的具有较低的x值。在放电灯的第一发光层基本上由Y_3-xAL_2.5Ga_2.5O₁₂：xC_e ³⁺构成的情况下，发现由放电灯发出的可见光几乎是白的。在第一发光层中使用由三价铽激发的钇硅酸盐的情况下，需要包括一个滤色器以便满足上述的指示器光的E.C.E.的要求。滤色器用来滤除由第一发光层发出的兰光。使用具有50％传输的波长范围为450-550nm的短波长阻塞滤色器获得了满意的结果。当发光屏包括在第一发光层和放电壳体的壁之间存在的第二发光层的情况下，在第一发光层中含有由三价的铽激发的钇硅酸盐的灯中不使用滤光器，对于指示器灯光也能满足E.C.E.的要求，所述第二发光层包括由三价的铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石。在这种发光屏中，在第二发光层中被三价的铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石吸收由在第一发光层中被三价铽激发的钇硅酸盐发出的兰光。发光屏的这种成分的主要优点在于由放电灯发出的光的颜色点可以在上述的区域内进行相当宽范围的调节，在上述区域内对于指示器的光颜色点满足E.C.E.要求。发光屏的这一成分的另一主要优点是能够增加灯电流的幅值，从而使放电灯有一相当高的值的光输出同时由放电灯发出的光的颜色点对于指示器光仍然满足E.C.E.的要求。其中存在于铝的这一第二发光层中的由三价铈激发的钇铝石榴石可以被镓和/或钪代替。

在第一发光层包括兰发光物质但没有其他发光物质的情况下由放电灯发出的可见光是等离子体中发出的红光和由第一发光层发出的兰光的混合光。通过合适地选择兰发光物质，能够在宽的范围内调节这光的颜色以便适合于应用的范围，同时发光层以及放电灯的填充气体的成分又非常简单。

在许多应用中，希望由放电灯发出的光的颜色是白的或接近白的。发现在第一发光层包括绿色发光物质的情况下能够使由放电灯发出光的颜色是白的或基本是白的。具有相当高的发光效率的照明装置，在不产生或很少产生红光的发光层的情况下也可以被实现。因为发光层不需要包括发红光的物质，这层可以具有相当简单的成分。在兰发光物质包括一种或几种由MgWO₄，Y_2-xO₂S：xTb³⁺和Y_2-xSiO₅：Ce³⁺形成的组中的发光材料的情况下，已经获得了满意的结果。

已经发现，在室温下放电灯的填充气体的压力小于30mbar以及灯壳体的内径小于5mm的情况下，其中灯电流为恒定幅值的直流放电灯的直流工作产生足够的短波紫外光，以便激发发光屏中的发光物质。这种直流工作的主要优点在于可以用相当简单的而廉价的装置实现，并不产生或仅产生相当少量的电磁干扰。

按照本发明的照明装置的实施例如附图所示，其中：

图1所示为C.I.E.色度图，具有发光材料的颜色点和放电灯的颜色点；

图2表示放电灯的颜色点和光通量，其中第一发光层包括由三价铽激发的绿色发光物质钇硅酸盐；

图3表示包括一个或几个发光层的放电灯的颜色点；

图4表示发黄色光的两个放电灯光通量对于放电灯工作小时数的函数；

图5表示由放电灯发出的光的颜色点的y坐标对于放电灯工作小时数的函数；

图6表示对于交流和直流工作的具有填充气体氖和发光层的放电灯的颜色点和光通量；以及

图7表示按照本发明的照明装置。

图1所示为C.I.E.色度图。横轴为颜色点的x坐标，纵轴为颜色点的y坐标。参考字“氖”由直流工作的包括氖的放电灯红光的颜色点(0.666，0.332)。被由三价铈激发的发光材料钇铝石榴石发出的绿光的颜色点(0.440，0.453)用YAG：Ce表示，这种发光材料是由紫外辐射激发的由被二价锰激发的发光材料锌硅酸盐发出的绿光的颜色点(0.235，0.705)由“硅酸锌”表示，这种发光材料由紫外辐射激发。类似地，YST表示由被三价铽激发的钇硅酸盐发出的光的颜色点(0.341，0.586)。YAGAG：Ce表示由被三价铈激发的钇铝镓石榴石发出的光的颜色点(0.328，0.563)。铝的摩尔量近似等于镓的量。MgWO₄表示由MgWO₄发出的光的颜色点(0.222，0.309)，YSC表示由被三价铈激发的钇硅酸盐发出的光的颜色点(0.180，0.210)。

由标号1-8表示由这样的放电灯发出的光的颜色点，这种灯具有基本上包括氖的填充气体并且包括含一种或几种发光材料的发光层。这些颜色点还称为放电灯的颜色点。氖的填充压力是15mbar，放电灯用5ma的直流电流工作。放电灯的内径是2.5mm，放电壳体的长度是40cm。1表示具有填充气体氖和包括由二价锰激发的锌硅酸盐的发光层的放电灯的颜色点(0.593，0.396)。这种放电灯的颜色点由放电灯的等离子体中直接发出的红光和由发光材料获得的绿光决定，并处于连接颜色点“氖”和“硅酸锌”直线上。在这线上的颜色点1的精确位置被放电灯混合的绿光和红光的比例确定。这比例受例如放电灯中的氖气的填充压力和在放电灯工作期间通过的电流的影响。颜色点1相应于黄色光，因此，含这种灯的照明装置非常适用于例如作为象摩托车的交通工具上的方向指示器。以类似的方式，通过使用在发光层中的由三价铈激发的发光材料钇铝石榴石可以制造具有包括氖的填充气体的放电灯，其颜色点处于颜色点“氖”和YAG：Ce之间的直线上。颜色点2(0.590，0.40)是这种放电灯的颜色点。因为颜色点2具有比颜色点1高一些的y值，所以当利用由三价铈激发的钇铝石榴石制造时比用由二价锰激发的锌硅酸盐制造时，对于方向指示器光比较容易满足E.C.E.要求。

类似地，颜色点3(0.525，0.438)，4(0.497，0.443)，7(0.503，0.328)和8(0.533，0.301)是包括一种发光层的放电灯的颜色点，这种发光层含有处于通过颜色点“氖”和放电灯的颜色点的线上的发光材料。颜色点5是一种放电灯的颜色点，这种放电灯具有包括由三价铈激发的钇铝镓石榴石和MgWO₄的混合物的发光层。在石榴石中，铝的摩尔量约等于镓的摩尔量。

放电灯的合成的颜色点(x＝0.512，y＝0.412)接近白色。颜色点6是具有包括由三价铽激发的钇硅酸盐和MgWO₄的混合物的发光层的放电灯的颜色点。在这种情况下，放电灯的合成的颜色点(x＝0.525，y＝0.393)接近白色。

在图2中，示出了具有填充气体氖和含有用三价铽激发的钇硅酸盐的发光层的放电灯的颜色点和光通量。图2还表示在I.E.C.色度图中由线y＝0.429，y＝0.398，y＝-x+1和y＝-x+0.993围成的范围。E.C.E.要求用作摩托车的方向指示器光的放电灯的颜色点必须在这范围内。氖填充压力是15mbar，放电灯壳体的内径为2.5mm，放电灯壳体的长度为40cm。颜色点1”表示不包括滤色器的放电灯的颜色点。从图2可以看出，颜色点1”不满足E.C.E.要求。颜色点1-3和1”-3”是对具有同样的发光层还具有短波阻塞滤色器的放电灯测量的。颜色点1和1”是对具有短波阻塞滤色器的放电灯测量的，其在495nm下具有50％的透射。类似地，颜色点2和2”是对在530nm下具有50％透射的短波阻塞滤色器的放电灯测量的。在颜色点1”，2”和3”的情况下，放电灯用接近8ma的直流电流工作。在颜色点1，2和3的情况下，放电灯用接近10ma的直流电流工作。可以看出，对于摩托车的方向指示器光，颜色点1-3和1”-3”都满足E.C.E.的要求。对于用8ma直流电流工作和用10ma直流电流工作的具有滤色器的放电灯的光通量(φ)也示于图2中。可以看出，具有滤色器的放电灯的光通量当它们用10ma直流电流工作时是相当高的。

在图3中示出了具有填充气体氖和发光层的放电灯的颜色点和光通量。氖填充压力是15mbar，放电壳体的内径是2.5mm，长度为40cm，再次示出了相应于E.C.E.要求的方向指示器光颜色点区域。颜色点1是对于具有包括由三价铈激发的钇铝石榴石的发光层并用8ma直流电流工作的放电灯测量的。颜色点2是对于具有包括由三价铽激发的钇硅酸盐的发光层并用10ma直流电流工作的放电灯测量的。颜色点3和4是对于具有包括由三价铽激发的钇硅酸盐的第一发光层以及在第一发光层和放电壳体的壁之间的第二发光层的放电灯测量的，所述第二发光层包括由三价铈激发的钇铝石榴石。颜色点3是当放电灯用10ma的直流电流工作时测量的，颜色点4是当放电灯用14ma的直流电流工作时测量的，可以看出，颜色点1和颜色点4处于满足E.C.E.的要求的区域内。图3还示出了和颜色点同时测量的光通量。可以看出，具有两个发光层的放电灯可以以这种方式操作，使得颜色点对于摩托车指示器光满足E.C.E.要求，同时放电灯的光通量又相当高。图4和图5所示的数据是对于内径为2.5mm，长度为40cm的放电壳体的放电灯获得的。在放电壳体的端部具有由铬镍铁合金制成的电极。放电灯充以25mbar的氖并且每cm²的壁表面涂以大约为2.5mg的发光材料。所用的发光材料是被二价锰激发的锌硅酸盐(Philips，G210型)和由三价铈激发的钇铝石榴石(Phlips，U728型)。图4和图5所示的结果是由在稳定操作期间通过放电灯大约10ma的直流电流获得的。

在另一些放电灯中，灯壳体壁涂以由三价铈激发的钇铝石榴石(2.5mg/cm²)，氖填充压力为15mbar。这些交流放电灯部分具有没有发光材料的电极，部分具有含发光材料的电极。对于这些放电灯，发现在大约8ma或更小的直流电流下由放电灯发出的光的颜色点对用于摩托车的方向指示器光符合上述E.C.E.的要求。当放电灯老化时，颜色点仍留在所需的范围内。

在图4中，横轴是以小时表示的灯的发光时间(t)，纵轴是以流明表示的光通量(Φ)。放电灯随着发光时间的增加，能维持相当高的光通量。显然，具有包括由三价铈激发的钇铝石榴石的发光层的放电灯(在图4和5中由YAG-Ce表示)与其发光层包括由二价锰激发的锌硅酸盐的放电灯(在图4和5中由G210表示)比较发出相当高的光通量。此外，具有YAG-Ce的放电灯的光通量在第一个250小时期间稍微增加，而具有G210的放电灯的光通量在第一个100小时发光期间减少，然后基本保持恒定。

在图5中，横轴是以小时表示的灯的发光时间(t)，纵轴是由放电灯发出的光的y坐标。显然，具有YAG-Ce的放电灯的y坐标在第一个250小时期间略微上升，而具有由二价锰激发的锌硅酸盐的放电灯的y坐标在大约第一个100小时发光期间显著地减少。

在图6a中示出了通过操作具有5mbar压力的填充气体氖的放电灯获得的颜色点。灯壳体的内径是3.5mm，长度为40cm。灯壳体具有包括由三价铈激发的钇铝石榴石的发光层。在图6a中还示出了对于指示器光相应于E.C.E.要求的区域。可以看出，在放电灯借助于在幅值基本恒定的直流电流工作的情况下，颜色点处于E.C.E.的要求内。直流电流的幅值是10，15和20ma，相应的颜色点分别用DC-10，DC-15和DC-20表示。在放电灯用有效值分别为10，15和20mA的交流电流工作的情况下获得的颜色点AC-10，AC-15和AC-20处在相应于E.C.E.要求的区域外面。

在图6b中示出了对于直流和交流工作的这种放电灯的光通量(Φ)对于灯电流有效值的函数。可以看出，由直流工作获得的光通量显著高于由交流工作获得的光通量。因此，可以断定，在光通量和颜色点的位置方面，直流工作比交流工作具有显著优点。此外，可以使用相对简单的装置实现直流工作，并不产生或仅产生少量的电磁干扰。

在图7中，图7a是按照本发明的照明装置的主视图。图7b是其侧视图。La是被弯成平面的并具有包括氖的填充气体的放电灯。放电灯壁具有发光层。H是具有矩形孔的壳体。壳体内装有反光镜R，在本实施例中形成反射平面。壳体的矩形孔由透光盖D封闭。在本实施例中，夹子K1-K5形成用于把放电灯固定在壳体内的装置。图7c是图7a和图7b的照明装置沿图中的虚线垂直于放电灯La被弯曲的平面取的截面图。

Claims (16)

1.一种照明装置包括：

具有包括充气气体氖的放电灯，

具有反射表面的壳体，以及

用于把放电灯固定在壳体中的装置，

其特征在于，放电灯的壁具有包括第一发光层的发光屏。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中第一发光层包括绿色发光物质。

3.如权利要求2所述的照明装置，其中第一发光层包括由二价锰激发的锌硅酸盐。

4.如权利要求2所述的照明装置，其中第一发光层包括由三价铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石。

5.如权利要求4所述的照明装置，其中由三价铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石的通式是Y_3-xAL₅O₁₂：xC_e ³⁺，其中0.01≤x≤0.20。

6.如权利要求5所述的照明装置，其中0.02≤x≤0.10。

7.如权利要求4，5或6所述的照明装置，其中由三价铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石中的铝的部分用镓与/或钪代替。

8.如权利要求2所述的照明装置，其中第一发光层包括由三价铽激发的绿色发光物质钇硅酸盐。

9.如权利要求8所述的照明装置，其中放电灯包括滤色器。

10.如权利要求8所述的照明装置，其中发光屏包括位于第一发光层和放电壳体的壁之间的第二发光层，所述第二发光层包括由三价铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石。

11.如权利要求10所述的照明装置，其中由三价铈激发的绿色发光物质钇铝石榴石中的铝的部分用镓与/或钪代替。

12.如权利要求1，2，3，4，5，6，8，9，10或11所述的照明装置，其中第一发光层包括兰色发光物质。

13.如权利要求12所述的照明装置，其中的兰色发光物质包括属于由MgWO₄，Y_2-xO₂S：xTb³⁺和Y_2-xSiO₅：Ce³⁺形成的组中的发光材料的一种或几种。

14.如权利要求1，2，3，4，5，6，8，9，10或11所述的照明装置，其中放电灯的填充气体的压力在室温下小于30mbar。

15.如权利要求14所述的照明装置，其中灯壳体的直径小于5mm。

16.一种放电灯，适用于权利要求2-15之一的一种照明装置。

Images