CN1139968C - 集成节能灯 - Google Patents

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Abstract

在高标准的实施方式中，本发明的集成节能灯含有一种发光物质混合物，所述混合物在各种情况下含有作为绿色组分的、(Ce，Tb)激活的钆-镁-硼酸盐-硅酸盐(BSCT)来代替至今使用的常规绿色组分。由于硼酸盐-硅酸盐的高量子输出以及高稳定性，除了提高灯的效率，并使光通量提高5%以外，还能将灯的使用寿命延长到12000小时。与Ra(8)为79-81的常规灯相比，本发明的集成节能灯的颜色重现值Ra(8)可达到85。高标准超集成灯含有由三种发光物质BSCT，YOX以及SAPE和/或BSOSE形成的混合物。借助于这种发光物质混合物，集成节能灯在高的光通量和长的使用寿命下，视色温而定，其颜色重现值可达Ra(8)＞87。超C-集成灯的发光物质混合物除了含有YOX，BSCT和SAPE外，还含有BSCM和发光物质BSOSE与SBOSE的混合物，借此，在仅很少的光通量降低的情况下，与标准灯相比，颜色重现级达到IA。在高光通量下，通过涂覆保护层、尤其是含发光物质层覆盖的保护层，与常规灯相比，可额外延长使用寿命，优选地是在含大量的硼酸盐-硅酸盐发光物质时涂覆所述的保护层。本发明应用于在光-和照明技术中的低压-气体放电灯中。

Description

集成节能灯
本发明涉及一种集成节能灯，这种灯的特征是在较长的使用寿命下具有高的光通量并具有极好的颜色重现特性。其应用领域是在光技术和照明技术中用作水银蒸汽-低压-放电管。
荧光灯通常产生用于照明目的可见光，它是在合适的发光物质的共同作用下，通过适当激发的气体放电而工作的。
用于室内照明的是集成水银蒸汽-低压放电管，它们由真空密封制成的、充满水银和稀有气体的玻璃灯泡构成，在灯泡的内壁上涂覆有发光物质层，它们将能量为约6.71eV-4.88eV的短波水银谐振辐射转换成、尤其是散发出可见光。
传统的集成节能灯的使用寿命为约8000小时，视功率、类型和色温而定的光通量为约250-4300lm。
按三光谱带原理工作的节能灯除了含有蓝色水银谐振辐射和一种尤其对于光输出和光通量有用的绿色组分外，还含有发光物质Eu激活的氧化铱(YOX)作为红色组分以及在色温较高的灯中的发光物质Eu激活的铝酸盐例如BAM和/或SAE作为附加的宽光谱带蓝色组分。
在发光物质灯、尤其是在集成发光物质灯、但仍为三光谱带发光物质灯中，优选使用这样的化合物作为绿色组分，由于其典型的、最大波长为541-543nm的铽发射，所以它们在窄光谱带范围内发射。属于这类的最具代表性的发光物质有：根据AT351635的铈-镁-铝酸盐：Tb(CAT)；根据DE3326921和US4891550的磷酸镧：Ce，Tb(LAP)以及根据DE3248809的磷酸镧-硅酸盐：Ce，Tb(LAPS)和根据EP037688的Y2SiO5:Ce，Tb。所有这些发光物质的特征是具有高的温度稳定性和高的光输出。这些化合物的缺点是，要使所需样品制备温度达1300-1600℃的成本高。此外，在发光物质灯点燃时，发光物质的稳定性与放电相比总体上而言太低，其有效使用寿命被限制在约8000小时以内。
EP023068公开了一种发光物质灯，其中发光物质使用了在542nm处具有最大发射的钆-镁-五硼酸盐：Ce，Tb(CBT)。这种发光物质除了具有可比的好的发射特性外，与发光物质CAT或LAP相比，还具有更好的稳定性。
由各种发光物质灯制造商的目录可知，在集成节能灯中，正如下表所示，借助于常规的发光物质能够完全实现不同的发光颜色，其中颜色重现值Ra(8)＝80-82。所给出的使用寿命通常都达到约8000小时。
  灯序号     功率/W  光通量/lm    色温/K    Ra(8)
    1     9-23  600-1500    2700-5600     80
    2     15-23  925-1580    3000     82
    3     5-50  250-4300    2700-5000     82
    4     5-20  250-1200    2700-6000     82
    5     5-50  250-4000    2700-8500     82
    6     18-32  1250-2200    2700     82
    7     5-54  250-3200    2700-4100     80
此外，由出售灯的制造商目录可知，柱状荧光灯由于保护层而延长了有效使用寿命。对此，一种已知的方法是，通过分解气态化合物或沉积含保护剂的悬浮液来涂覆玻璃灯泡。这种含发光物质的层通常被涂覆在保护层上。但是，DE3322390也公开了一种方法，是以相反的方式在涂覆了发光物质层的灯泡上涂覆铝保护层。因此，这种保护层与通常方式中的含发光物质的层类似，都是通过水溶性的悬浮液来涂覆的。DE3023397公开了一种通过离子交换和用保护层熔封来处理玻璃表面的方法。US4923425和US4344016给出了其它的实例。EP0762479公开了一种灯，其中通过水解添加有含发光物质悬浮液的金属有机化合物产生保护层。在DE3322390中，纳米级的稀土氧化物层是通过用相应的金属有机溶液冲洗灯泡，接着进行烧结而制备的。
但是，至今已知的标准集成灯的颜色重现值未超出Ra(8)等于82的值，或者来说是毫无意义的，因此，将它们分类为颜色重现级IB。
EP0550937A2公开了一种颜色重现级为IA的水银蒸汽-低压放电灯。在这里，这种灯具有较高的壁负荷，E(UV)＞500W/m2。颜色点(x，y)在规划曲线上或规划曲线附近，并且发光效果按比例地增加。但是，该发光效果约为可比较的标准集成灯发光效果的25-30％，或者甚至比该效果低很多。根据EP0550937，所使用的发光物质层有三层。第一层是一种用二价铕激活的发射蓝色的发光物质。第二层发光物质用二价锰激活，并且在红色光谱区域内至少有发射光谱带。在黄色光谱区域内有主要发射的第三层发光物质是一种用二价铕激活的(锶、钡、钙)-原硅酸盐。
在EP0596548A1的水银蒸汽-低压放电管中，用五种发光材料作为发光物质，目的是在使灯的老化同样低时，达到极好的颜色重现。当然，与标准集成灯相比，这种De-Luxe灯的光通量降低达30％以上。
本发明的目的是提高集成节能灯的照明质量，在较长的使用寿命下，还应达到具有较高的起始光通量和改进的颜色重现特性。
本发明的目的是通过以下方式实现的，即具有类似色温达2300-6500K的集成节能灯由真空密封制备的、充满水银和稀有气体的放电容器-在其内壁侧上，在含硅和/或铝和/或硼的中间层上涂覆有发光层-以及进行持续放电的装置构成，借此，由发光层决定的柱状功率大于3.5eV。按照本发明，发光层含有发射绿色、用铈和铽激活的钆-镁-硼酸盐-硅酸盐(BSCT)作为第一种发光物质，它的组成为：(Y，La)1-x-y-zGexGdyTbz(Mg，Zn，Cd)1-pMnpB5-q-s(Al，Ga，In)q(X)sO10，其中：X＝Si，Ge，P，Zr，V，Nb，Ta，W或它们的组合，此外条件是：p＝0和z≠0，     0.01≤x≤1-y-z
             0≤y≤0.98
             y+z ≤0.99
             0.01≤z≤0.75
             0≤q≤1.0
             0＜s≤1.0并且使用在红色光谱区域内发射的发光物质、优选氧化钇：Eu3+作为第二种发光物质，它具有的化学式为Y2-xEuxO3，其中0.01＜x＜0.2。
表1列出了一些实施例，用于表示这种经改进的、在椭圆形公差范围内高标准集成灯实施方式的暖色调集成灯。
                            表1
 KL序号 相对光通量     色温/K      x，y坐标x          y    Ra(8)
    1     104     2682  0.4667    0.4207     84
    2     104     2704  0.4650    0.4205     84
    3     105     2727  0.4633    0.4204     84
    4     106     2749  0.4632    0.4234     84
    5     106     2783  0.4615    0.4247     84
在该表中，相对光通量是基于色温为2700K的常规集成灯的平均值计的百分数。这种具有发光层(由至少两种发光物质组成)的集成节能灯通过按本发明使用二价铕激活的第三种发光物质(SAPE)后，其质量参数例如颜色重现性得到改进，光通量增大，SAPE的组成为：4(Sr，Ba)(1-a)O·(7-x-y-z)Al2O3·xB2O3·yP2O5·zSiO4:aEu2+其中：           0.0001＜a＜0.8
             0.001＜x，y，z＜0.1或使用用二价铕激活的第三种发光物质(BSOSE)或(SBOSE)，BSOSE的组成为：(2-x-y)BaO·x(Sr，Ca)O·(1-a-b-c)·SiO2·aP2O5·bAl2O3·cB2O3:yEu2+，其中：               0.4＜x＜1.6
                 0.005＜y＜0.5
                 0.001＜a，b，c＜0.1SBOSE的组成为：(2-x-y)SrO·x(Ba，Ca)O·(1-a-b-c)·SiO2·aP2O5·bAl2O3·cB2O3:yEu2+，其中：               0.11＜x＜0.4
                 0.005＜y＜0.5
                0.0001＜a，b，c＜0.3
根据本发明，在具有高色温质量级的集成节能灯中，在高标准超集成灯中使用用二价铕激活的发光物质、钡-镁-铝酸盐(BAM)作为另外的第三种或第四种发光物质，(BAM)的化学式为：Ba1-xEuxMgAl10O17，其中0.02＜x＜0.2。
                    表2
 KL序号 相对光通量     色温/K     x，y坐标x        y   Ra(8)
    6     102     2791  0.4542   0.4121     87
    7     102     2808  0.4542   0.4244     87
    8     103     2792  0.4564   0.4164     86
    9     103     2757  0.4585   0.4156     86
    10     104     2725  0.4623   0.4184     85
    11     103     2712  0.4657   0.4228     87
    12     102     2811  0.4586   0.4230     87
    13     102     2718  0.4652   0.4229     87
    14     103     3000  0.4407   0.4121     88
    15     105     3501  0.4085   0.3999     90
    16     104     3006  0.4395   0.4103     88
    17     104     5003  0.3461   0.3650     92
    18     103     6429  0.3133   0.3343     93
    19     104     6402  0.3131   0.3399     91
表2给出了一些选择结果。相对光通量是基于具有类似色温的标准集成灯计的百分数。
如果按照本发明，作为第四或第五种发光物质使用的、以一种另外的宽光谱带发射的红色组分形式存在的是锰激活的硼酸盐-硅酸盐(BSCM)，且其组成为：(Y，La)1-x-yCexGdy(Mg，Zn，Cd)1-pMnpB5-q-s(Al，Ga，In)q(X)sO10，其中：X＝Si，Ge，P，Zr，且此外条件是：p≠0，          0.01≤x≤1-y
            0≤y≤0.99
            0.01≤p≤0.3
            0≤q≤1.0
            0＜s≤1.0其中钆可部分地被铽取代，且由此，除了锰发射外，还具有了在542nm处具有最大发射的特征铽发射，则颜色重现级为IA的超级-C-集成灯的Ra(8)值为90以上，正如选自表3所示的实施例所示出的。
表3
 KL序号 相对光通量    色温/K     x，y坐标x       y    Ra(8)
    20     97     6374   0.3146   0.3325     94
    21     99     5008   0.3460   0.3654     93
    22     99     3527   0.4088   0.4039     90
    23     98     6448   0.3125   0.3378     93
    24     87     2995   0.4369   0.4036     92
    25     94     3493   0.4143   0.4141     91
    26     88     2860   0.4494   0.4117     91
    27     87     2804   0.4533   0.4120     91
    28     89     2783   0.4563   0.4150     90
    29     90     2756   0.4566   0.4120     90
    30     90     2716   0.4600   0.4131     90
相对光通量是基于具有类似色温的标准集成灯计的百分数。
由表3可知，与常规标准集成灯类型相比，在使用本发明硼酸盐-硅酸盐基的发光物质时光通量损失要比与标准集成灯相比的常规De-Luxe灯类型的光通量损失明显低很多。
表4给出了表1-3中示出的集成节能灯中可使用的发光物质混合比的实施例。这里应注意地是，混合比只有在列举的实施例的一些条件下才具有严格的有效性。因为要求的混合比还要由灯功率、光学特性和发光物质的颗粒大小分布、悬浮液制剂和层厚确定，所以必须分别确定在特定情况下所需的发光物质混合物，但是，无论是按经验还是通过数学模式确定，都不会改变由集成灯中使用的发光物质应达到的参数。
              表4
KL序号 发光物质混合物/按克计
1 YOX：46.0 BSCT：31.0
2 YOX：45.5 BSCT：31.0
3 YOX：45.0 BSCT：31.0
4 YOX：45.0 BSCT：32.0
5 YOX：44.5 BSCT：32.5
6 YOX：44.9 BSCT：27.3 SAPE：4.8
7 YOX：44.6 BSCT：28.2 SAPE：4.2
8 YOX：44.6 BSCT：29.1 SAPE：3.0
9 YOX：45.2 BSCT：28.8 SAPE：3.0
10 YOX：45.5 BSCT：30.0 SAPE：1.5
11 YOX：46.7 BSCT：21.7           BSOSE：9.6
12 YOX：45.3 BSCT：20.0 SAPE：0.8 BSOSE：11.3
13 YOX：46.8 BSCT：25.3 SAPE：0.1 BSOSE：11.3
14 YOX：43.0 BSCT：40.0 SAPE：8.3 BSOSE：1.5
15 YOX：37.3 BSCT：27.8 SAPE：9.8             BAM：2.3
16 YOX：42.5 BSCT：26.3 SAPE：8.3             BAM：0
17 YOX：27.3 BSCT：26.5 SAPE：14.5            BAM：7.5
18 YOX：23.0 BSCT：25.5 SAPE：15.8            BAM：12.8
19 YOX：22.3 BSCT：26.3 SAPE：15.8            BAM：12.0
20 YOX：24.0 BSCT：23.0 SAPE：18.0 BSOSE：0   BAM：12.0
21 YOX：28.0 BSCT：25.0 SAPE：17.0 BSOSE：0   BAM：7.0
22 YOX：37.0 BSCT：26.0 SAPE：12.0 BSOSE：0   BAM：1.0
23 YOX：23.0 BSCT：23.0 SAPE：19.0            BAM：11.0
24 YOX：21.0 BSCT：11.0 SAPE：9.0 SBOSE：18               BSCM：19.0
25 YOX：29.0 BSCT：22.0 SAPE：10.0            BAM：0      BSCM：10.0
26 YOX：25.0 BSCT：16.0 SAPE：7.0 SBOSE：12   BSOSE：1.0  BSCM：20.0
27 YOX：24.0 BSCT：16.0 SAPE：6.0 SBOSE：12   BSOSE：1.0  BSCM：22.0
28 YOX：27.0 BSCT：17.0 SAPE：5.0 BSOSE：2    SBOSE：11   BSCM：19.0
29 YOX：28.0 BSCT：17.0 SAPE：6.0 BSOSE：0    SBOSE：13   BSCM：17.0
30 YOX：29.0 BSCT：16.0 SAPE：5.0 BSOSE：2    SBOSE：12   BSCM：17.0
所有列举的集成灯类型的特征是玻璃灯泡的内侧可涂覆一层由具有良好反射辐射和放电稳定性能的材料组成的薄保护层和/或在发光物质层的内侧上可涂覆一层保护层。
在灯泡的内壁上涂覆发光物质层通常是通过在粘性介质中分散发光物质或发光物质混合物来进行的，粘性介质由一种有机粘合剂例如羟乙基纤维素或Polyox和一种溶剂组成。在玻璃灯泡上分布发光物质悬浮液以形成均匀的膜，在供热和输入空气的情况下，通过蒸发溶剂、通常是水而进行干燥。在一个燃烧过程中，在供入空气或氧气的条件下，通过在最高660℃的温度下短时间地加热涂覆了发光物质层的玻璃灯泡，除去粘合剂的有机组分。
悬浮液的可加工性可通过增溶剂、润湿剂和脱泡剂来改善。此外，可向悬浮液中添加提高层的附着力的添加剂如硼酸盐或磷酸盐或提高单个发光物质稳定性的添加剂，以及调节pH值的物质。通过同时混合具有高表面积的物质，可以增大层厚并减少发光物质用量。
除了在玻璃和发光物质层之间把保护层涂覆在玻璃灯泡上外，也可在发光物质层的内侧上涂覆由此或多或少被完全覆盖的保护层，以延长灯的使用寿命。
所有所说的保护层可按各种方式产生，第一种方式是，在干燥和燃烧各层后，按次序地涂覆多种悬浮液，第二种方式是，对每一单层涂覆不同组合的两种有机粘合剂并共同进行燃烧，第三种方式是，分离和分解加入到灯泡中的挥发性化合物。
下面是用具有表4中各种组成的本发明发光物质混合物制备集成节能灯的实施例。实施例1：
使用根据表4中序号为1-10的发光物质混合物制备试验灯，其中将100g的发光物质混合物分散在33ml脱离子水、0.5ml Dispex、80ml5％Polyox/2.5ml Arkopal和35ml 10％Alon-C-溶液中。添加单乙醇胺，将pH值调节到9.5。在空气流中干燥后，在550℃下燃烧灯。在悬浮液的粘度为1.5dPas时，经燃烧的灯的涂覆量约为4.5mg·cm-2。实施例2：
使用根据表4中序号为11-19的发光物质混合物制备试验灯，其中将100g的发光物质混合物分散在70ml脱离子水、0.5ml Dispex，80ml5％Polyox和2.5ml Arkopal中。在空气流中进行干燥，并在550℃下燃烧灯。
实施例3：
使用根据表4中序号为20-30的发光物质混合物制备集成节能灯，其中将100g的发光物质混合物分散在70ml脱离子水、0.5ml Dispex、80ml 5％Polyox和2.5ml Arkopal中。添加硼酸将pH值调节到9.5。在悬浮液的粘度为1.5dPas时，经燃烧的灯的涂覆量约为5mg·cm-2。在空气流中干燥后，在550℃下进行燃烧。
实施例4：
将实施例1-3的发光物质悬浮液涂覆在具有二氧化硅保护层的灯泡上。保护层具有的涂覆量为0.4mg·cm-2。
实施例5：
在实施例1-4的集成节能灯上涂覆氧化铝的通用层，所述的氧化铝层是涂覆在发光物质层的表面上的。这种保护层是如下产生的：通过在异丙醇铝中，在约160℃下输入氮气和氧气组成的载气混合气，接着在向加热到500℃的灯泡中输入载气的情况下，热分解异丙醇铝蒸汽。

Claims (8)

1.类似色温达2300-6500K的集成节能灯，它由一种真空密封制备的、充满水银和稀有气体的放电容器-在放电容器的内侧上涂覆有一层发光层-以及进行持续放电的装置构成，借此由发光层决定的柱吸收功率密度大于500W/m2，紫外线的能量大于3.5eV，其特征在于：发光层至少含有两种发光物质，第一种发光物质由发射绿色、用铈和铽激活的钆-镁-硼酸盐-硅酸盐BSCT组成，BSCT的组成为：(Y，La)1-x-y-zGexGdyTbz(Mg，Zn，Cd)1-pMnpB5-q-s(Al，Ga，In)q(X)sO10，其中：X＝Si，Ge，P，Zr，V，Nb，Ta，W或它们的组合，此外条件是：X必须包含Si，p＝0和z≠0，  0.01≤x≤1-y-z
          0≤y≤0.98
          y+z≤0.99
          0.01≤z≤0.75
          0≤q≤1.0
          0＜s≤1.0并且第二种发光物质是在红色光谱区域内发射的发光物质氧化钇：Eu3+，其具有的化学式为Y2-xEuxO3，其中0.01＜x＜0.2。
2.根据权利要求1的集成节能灯，其特征在于：为了改进颜色重现性，所述发光层含有用二价铕激活的第三种发光物质，它是一种(a)下式的SAPE：4(Sr，Ba)(1-a)O·(7-x-y-z)Al2O3·xB2O3·yP2O5·zSiO4:aEu2+其中：            0.0001＜a＜0.8
              0.001＜x，y，z＜0.1或(b)是BSOSE或SBOSE，其中BSOSE的组成为：(2-x-y)BaO·x(Sr，Ca)O·(1-a-b-c)·SiO2·aP2O5·bAl2O3·cB2O3:yEu2+，其中：               0.4＜x＜1.6
                 0.005＜y＜0.5
             0.001＜a，b，c＜0.1SBOSE的组成为：(2-x-y)SrO·x(Ba，Ca)O·(1-a-b-c)·SiO2·aP2O5·bAl2O3·cB2O3:yEu2+，其中：               0.11＜x＜0.4
                 0.005＜y＜0.5
                 0.0001＜a，b，c＜0.3。
3.根据权利要求1的集成节能灯，其特征在于：为了改进颜色重现性，所述发光物质层含有用二价铕激活的第三种发光物质钡-镁-铝酸盐BAM，BAM的化学式为：Ba1-xEuxMgAl10O17，其中0.02＜x＜0.2。
4.根据权利要求1的集成节能灯，其特征在于：为了改进颜色重现性，所述发光层含有一种  为宽光谱带发射的红色组分的锰激活的硼酸盐-硅酸盐BSCM，其组成为：(Y，La)1-x-yCexGdy(Mg，Zn，Cd)1-pMnpB5-q-s(Al，Ga，In)q(X)sO10，其中：X＝Si，Ge，P，Zr，p≠0，               0.01≤x≤1-y
                 0≤y≤0.99
                 0.01≤p≤0.3
                 0≤q≤1.0
                 0＜s≤1.0其中钆可部分地被铽替代，且由此，除了锰发射外，还产生在542nm处具有最大发射的特征铽发射。
5.根据权利要求1的集成节能灯，其特征在于：放电容器是玻璃质的，在玻璃和发光层之间涂覆含铝和/或硼的保护层。
6.根据权利要求1的集成节能灯，其特征在于：将由氧化铝和/或氧化硅组成的保护层再涂覆在发光层的内侧。
7.根据权利要求6的集成节能灯，其特征在于：放电容器是一个灯泡，借助于湿法在灯泡表面上涂覆保护层。
8.根据权利要求5的集成节能灯，其特征在于：所述保护层由氧化铝和/或氧化硅组成。
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