CN1199415A - 低压汞放电灯 - Google Patents
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Abstract
按照本发明的低压汞放电灯备有放电容器(1),该容器以气密的方式包围着放电空间(2),其中充有含汞的填充物。该灯还备有用于在该放电空间中维持放电的器件(3a、3b),该放电容器备有发光层(5)。该灯在工作期间所发出光的光谱基本上由第一波长段590～630纳米的辐射、第二波长段520～565纳米的辐射以及第三波长段430～490纳米的辐射构成。其590～600纳米波长区间的辐射占到整个第一波长段辐射功率的至少25%。因此,这种灯对于那些普通演色性已足够的用途来说是个具有吸引力的方案。
Description
本发明涉及一种低压汞放电灯，它备有以气密的方式包围着一个放电空间且其中容纳了含汞填充物的放电容器，所述灯还包括用以在该放电空间中维持放电的器件，该放电容器还备有发光层，所述灯在工作期间所发出光的光谱基本上由590～630纳米的第一波长段辐射、520～565纳米的第二波长段辐射以及430～490纳米的第三波长段辐射构成。
低压汞放电灯广泛用于一般照明目的。放电空间中产生的辐射主要是紫外辐射，这种辐射借助发光层再转化为可见光。放电可由二极间获得了电位差的电极来维持，电极可以布置在放电空间的内部或外部。替代地，放电也可以由一种其工作期间在该放电空间中产生高频磁场的线圈来维持，或者该维持放电的手段可由微波发生器构成。
标准灯大多用于那些演色性仅起有限作用的用途，例如用于工业照明及路灯，在这种情况下，发光层由以Sb和Mn激活的诸如卤代磷酸钙之类的卤代磷酸盐组成。这样做是由于卤代磷酸盐的成本价格低的缘故。这种灯具有中等演色性(Ra＝50～60)和合理的发光效率(η＝80流明/瓦)。Ra代表总演色性指数，其定义可见诸于国际照明委员会1965年的国际照明委员会(CIE)发布号13。
高发光效率的低压汞放电灯公开在美国专利4,075,532中。这种灯的发光层的发射光谱中，蓝色发射带窄而黄色发射带宽。这类灯的缺点是，其演色性大大劣于上面提到的标准灯的演色性。
W.A.Thornton在“三色视觉响应”一文(美国光学学会会志，第62卷，第3期，第457～459页)中指出，靠近450、540及610纳米的谱色对色知觉的贡献最大，与此相反，靠近500和580纳米的波长则是不适宜的。
在开头一段中提到的那种灯已从美国专利3,937,998(PHN 7.137)得知。由稀土金属激活的发光材料，考虑到这种材料的发射光谱总地看比较窄，而被应用于这种灯的发光层中。这种灯在520～565纳米波长段内的发射是通过由铽激活的铝酸盐产生的。此外，该文中还提到由二价铕激活的铝酸钡-镁，以及各种适合于430～490纳米波长段发射的其他发光材料。由三价铕激活的氧化镱，其发射光谱在611纳米处有一个最大值、其半高宽为2纳米，在这里用作590纳米～630纳米波长段发射的发光材料。这种光源具有良好的演色性(Ra≈80)和高发光效率(η≈90流明/瓦)。
应当指出，用于430～490纳米波长段的发光材料在这类型灯中并非总是必须的。由这一波长段的汞放电所发出的可见辐射构成的贡献已足够了，而在那些所发出的辐射具有低色温的灯中尤其如此。
正如美国专利4,335,330(PHN 8.875)中所描述的，许多这类由稀土金属激活的发光材料，只要某些条件得到满足，就适合高壁负荷(＞500W/m2)灯的使用。
但是，一个缺点是，与上面另外提到的标准灯相比，由稀土金属激活的这类发光材料，其成本造价比较高，因此使这种已知的灯在用于那些有普通演色性就已足够的用途时缺乏吸引力。
为此目的，本发明就必须提供一种使得在开头一段所描述的那种灯对所述用途更具吸引力的措施。
按照本发明，在开头一段所描述的那种灯为此目的应具有如下特征：590～600纳米波长区间的辐射占到整个第一波长段总辐射能量的至少25％相对功率。
借助按照本发明的灯的光谱，就实现了与上面提到的标准灯相当的演色性。然而，按照本发明的灯的光谱却具有远高于标准灯光谱的视觉效率，而且该效率也高于由美国专利3,937,998已知的那种灯的光谱视觉效率。以流明/瓦为单位表示的视觉效率应理解为，具有由观察者感知的给定光谱的辐射亮度与辐射功率的比值。视觉效率高意味着，以较小的灯功率可达到相同的光输出。这样，就使得按照本发明的灯对于那些普通演色性已是可接受的用途更具吸引力。
具有以上特征的位于第一波长段内的发射是这样实现的，即用于发射第一波长段辐射的发光层包含一种含有基质晶格和激活剂的发光材料，该激活剂由Eu3+离子构成，该离在子基质晶格中处于反对称位置。由于在基质晶格中的这种反对称性，与位于590～600纳米波长区间的，尤其是与约595纳米波长的发射相联系的5D0→7F1跃迁，优先于其他跃迁，得到有力的促进。符合这一条件的材料例如是：Ba2YTaO6∶Eu3+或Gd1-x-yBixBO3∶Eu3+ y，如Gd0.945Bi0.005BO3∶Eu3+ 0.05。
按照本发明的灯的优选实施方案是一种其中所述发光材料符合通式
M1xM2(1-x-y)BO3∶Eu3+ y的方案，
其中M1是选自Sc、In以及Lu的元素，且其中M2是选自Sc、Y、La、Gd、Ga、In以及Lu的元素，M1不同于M2，且0.01≤y≤0.2，x＞0，x+y＜1，同时发光材料具有方解石的晶格结构。
已发现，方解石晶格结构可按照这样的组成获得：其中0.061纳米≤x*r(M1)+(1-x-y)*r(M2)+y*r(Eu3+)≤0.086纳米，其中r(M1)、r(M2)及r(Eu3+)分别是三价阳离子M1、M2及Eu3+的半径。
另外，恰当选择一种或几种上述材料，就可以改变590～630纳米波长段内的600～620纳米波长区间的辐射功率份额与590～600纳米波长区间的辐射功率份额之间的比值。
按照本发明的低压汞放电灯获得了有利的结果，其中发光层包含一种或几种选自下列的发光材料：In0.56Y0.40(BO3)∶Eu3+ 0.04、In0.48Lu.48(BO3)∶Eu3+ 0.04、In0.48Sc0.48(BO3)∶Eu3+ 0.04、Lu0.48Sc0.48(BO3)∶Eu3+ 0.04。
当按照本发明的低压汞放电灯中的M1和M2分别由In和Gd构成时获得了非常有利的效果。
希望的话，可加入其他主要发射波长区间位于600～620纳米的发光材料，例如由Eu3+激活的氧化镱。借此可进一步影响600～620纳米波长区间的辐射功率份额与590～600纳米波长区间的辐射功率份额的比值。演色性与效率之间达到富有吸引力的折中发生在，当590～600纳米波长区间的辐射功率份额至少是50％，而所述比值位于0.2～1.0之间时。
可采用单一种类的发光材料来实现位于两个或多个所述波长段的发射，譬如采用含有几种激活剂的此种材料。替代地，可采用几种不同的发光材料实现单个波长段的发射。
例如，要实现第二波长段的发射，可采用如下的发光材料，譬如Ce.67Tb.33MgAl11O19(CAT)、Ce.3Gd.5Tb.2MgB5O10(CBT)以及Ce.45La.40Tb.15PO4(LAP)。
在灯具有较低色温的情况下，第三波长段的辐射可通过由汞放电产生的直接发射，特别是位于436纳米线的发射得到完全实现。在具有较高色温的灯中，这种发射可用来自如下发光材料的发射加以补充：例如采用(Ba，Ca)1.29Al12O19.29∶Eu2+(BAL)、Sr5(PO4)3Cl∶Eu2+(SCAP)、BaMgAl10O17∶Eu2+(BAM)以及Sr2Al6O11∶Eu2+(SAL)。
符合通式M1xM2(1-x-y)BO3∶Eu3+ y的适用于按照本发明的低压汞放电灯的发光材料可依如下方法制备。M1及M2的氧化物与氧化铕，按照对应于要制备的发光材料的要求组成进行混合。将该混合物研磨，并与一定摩尔数量的硼酸混合，该摩尔数量约为混合物中存在的M1、M2及铕的总摩尔数量的2倍。然后，该氧化物与硼酸的混合物在600℃的温度下煅烧30分钟。将得到的物料经过研磨，并在1250℃的温度下煅烧24小时。完全冷却后，如此得到的粉末用冷水清洗2小时以除去任何残留的硼酸。最后，粉末在80℃进行干燥。
下面，将参照附图更详细地解释按照本发明低压汞放电灯的上述及其他诸方面，其中
图1表示按照本发明的低压汞放电灯的第一实施方案。图2A～C给出若干发光材料的发射光谱。按照本发明的低压汞放电灯的第二实施方案示于图3。
图1画出的低压汞放电灯备有放电容器1，它以真空密封的方式包围着放电空间2，其中容纳有含汞及氩的填充物。这里的放电容器1是一个石灰玻璃管，其两端分别装有电极3a、3b。电极的作用是作为在放电空间2中维持放电的器件。放电容器1的内表面4上备有发光层5。按照本发明的灯的发光层5包含发光材料：In0.835Gd0.12BO3∶Eu3+ 0.045(IBO)、Ce.3Gd.5Tb.2MgB5O10(CAT)以及BaMgAl10O17∶Eu2+(BAM)。该第一种发光材料的发射光谱主要位于第一波长段590～630纳米内。第二种发光材料的发射光谱主要位于第二波长段520～565纳米内，而第三种发光材料的发射光谱则主要位于第三波长段430～490纳米内。
In0.835Gd0.12BO3∶Eu3+ 0.045的发射光谱示于图2A。在该光谱中，590～600纳米波长区间的辐射占到整个第一波长段总功率的至少25％。更具体地说，该功率份额大于50％，在这种情况下为64％。600～620纳米波长区间的辐射功率份额与590～600纳米波长区间的辐射功率份额的比值是0.38，即落在上述优选极限值0.2与1.0之间。
在该实施方案的一种修改方案中，灯的发光层包含发光材料Gd0.945Bi0.005BO3∶Eu3+ 0.005，用于第一波长段的发射。该材料的发射光谱示于图2B。在该发射光谱中，590～600纳米波长区间辐射的相对功率占到整个第一波长段功率的32％。
在一种不符合本发明的灯内的发光层仅包含用于590～630纳米波长段发射的发光材料YOX。YOX的发射光谱示于图2C。在该发射光谱中，590～600纳米波长区间的辐射功率份额不超过整个第一波长段辐射功率份额的9％。600～620纳米波长区间的辐射功率份额与590～600纳米波长区间的辐射功率份额的比值是8.47。
在图1灯的光谱的第一波长段中，辐射的视觉效率为343流明/瓦。该数值比仅采用发光材料YOX实现第一波长段发射的不符合本发明的灯的视觉效率高出17％。后一种材料的视觉效率为292流明/瓦。按照本发明的灯的演色性指数为65.5，该数值甚至比标准灯的对应值还要高。
按照本发明的灯的第二实施方案示于图3。该图中各组成部分的数字代号比图1中对应部分的代号大10。在示于图3的按照本发明灯的实施方案中，放电容器11包括外套部分11a和凹进部分11b，在凹进部分11b中装有电气线圈13，它构成用以在放电容器11内维持放电的器件。在所说明的实施方案中，发光层包括放电容器外套部分11a上的第一部分15a以及其凹进部分11b的第二部分15b。部分15a和15b可具有相同的组成。替代地，二者的组成也可不同，例如，在外套部分的发光层中仅存在用于第三波长段发射的发光材料。为了实现第一波长段的发射，可提供用于590～600纳米波长区间发射的发光材料，譬如将该材料置于发光材料的第一部分15a中，同时又提供用于600～620纳米波长区间发射的发光材料，譬如置于发光层的第二部分15b中。在另一个修改方案中，提供一个反射材料层，用以替代发光层的第二部分15b或者置于它的下面。
Claims (6)
1.一种备有放电容器(1；11)的低压汞放电灯，该容器以气密的方式包围着放电空间(2；12)，其中充有含汞的填充物，所述灯还包括用于在该放电空间中维持放电的器件(3a、3b；13)，该放电容器备有发光层(5；15a、15b)，所述灯在工作期间所发出光的光谱基本上由第一波长段590～630纳米的辐射、第二波长段520～565纳米的辐射以及第三波长段430～490纳米的辐射构成，其特征在于，590～600纳米波长区间的辐射占到整个第一波长段总辐射功率的至少25％相对功率。
2.如权利要求1所要求的低压汞放电灯，其特征在于，所述相对功率为至少50％，而且600～620纳米波长区间辐射的相对功率为590～600纳米波长区间辐射的相对功率的0.2～1.0倍。
3.如权利要求1或2所要求的低压汞放电灯，其特征在于，用于发射第一波长段辐射的发光层包含一种发光材料，它包括基质晶格和激活剂，该激活剂由Eu3+离子构成，该离子在该基质晶格内处于反对称位置。
4.如权利要求3所要求的低压汞放电灯，其特征在于，所述发光材料符合通式
M1xM2(1-x-y)BO3∶Eu3+ y，其中M1是选自Sc、In以及Lu的元素，且其中M2是选自Sc、Y、La、Gd、Ga、In以及Lu的元素，M1不同于M2，且0.01≤y≤0.2，x＞0，x+y＜1，同时该发光材料具有方解石的晶格结构。
5.如权利要求4所要求的低压汞放电灯，其特征在于，M1和M2分别由In和Gd构成。
6.如权利要求-4或5所要求的低压汞放电灯，其特征在于，0.03≤y≤0.06。
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