CN1245736C - 汞减少的荧光色调灯 - Google Patents

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Abstract

一种具有带内表面的玻璃封壳和位于玻璃封壳每端的两个电极的电灯。电极输送电力，以在充有汞和电荷维持气体的封壳内产生紫外线辐射。封壳内表面的氧化铝预涂层向后反射紫外线到封壳。形成在氧化铝上的荧光层把紫外线转换成可见光。荧光物质层是发蓝光的卤代荧光物质(BH)，发红光的硼酸铈钆镁(CBTM)，和3000K发光的钙卤代荧光物质，也叫暖白(WW)的3种荧光物质混合物。

Description

汞减少的荧光色调灯
技术领域
本发明涉及低压汞蒸汽灯，如众所周知的具有带荧光物质涂层的灯壳，更具体涉及在氧化铝预预涂层上带有3种荧光物质的涂层。
背景技术
低压汞蒸汽灯，及更广为人知的荧光灯，有充有汞和稀有气体的灯壳，以在工作时保持气体放电。由气体放电发射的射线主要在光谱的紫外线(UV)区域中，只有少部分在可见光光谱内。灯壳的内表面有用多种荧光物质混合物形成的荧光物质涂层，当紫外线照射荧光涂层时它发射可见光。
由于耗电减少使荧光灯应用增加，为了进一步减少耗电，需要提高荧光灯效率，荧光灯的效率指发光效率，它是有效光输出与供给灯的能量之比，以每瓦流明计算(LPW)。
因此要求更有效和寿命更长的荧光灯，但是，过量的汞引入灯中可使灯的寿命长达20000小时以上。由于灯的不同构件，例如玻璃封壳，荧光物质涂层和电极必会消耗灯中的汞，但是不希望这种汞用量增大，因为汞会污染环境。因而，需要减小汞消耗量，且不会减少灯的寿命。
为了提高效率和降低汞耗而不减少灯的寿命，用不同的荧光物质混合物作荧光涂层。并在荧光涂层与玻璃封壳间设金属氧化物层。金属氧化物层将紫外线(UV)向后反射到荧光涂层，经过它把已经通过的UV射线转变成可见光，这提高了荧光物质的利用率和增大了光输出。通过减少粘附在灯管部分的汞量的金属氧化层能减少汞耗。
要求的荧光灯特性包括高亮度和高颜色再现性。称作“色调(Colortone)”灯的荧光灯属于有高颜色再现率(CRI)的光源系列。这些特别的荧光灯用于减轻季节性紊乱，和专门用在颜色检验和照相领域。例如这些色调75荧光灯广泛用于美术博物馆，花店，摄影棚以及牙医和医生办公室。
色调灯75的颜色相关温度为7500K，有高于90的高CRI.。诸如美国国家标准局(ANSI)和国际标准化组织(ISO)等组织颁布了CRI规定的最小值和灯的其它规范标准。有关色调灯75，ANSI和ISO标准要求CRI必须在90以上。ISO标准还要求单独的颜色再现率R1-R8在80以上。常规的色调灯75采用高汞耗的荧光物质制成，且不牺牲灯的寿命不可能通过TCLP(毒性特性浸出过程)测试。
特别是，常规的荧光色调灯75是用锶镁荧光物质(Sr.Mag)，即(Sr，Mag))3(PO4)2:Sn，和蓝卤代荧光物质(BH)，即Ca10(PO4)6F2:Sb和硅酸锌(ZS)3种荧光物质混合物构成的。Sr.Mag在光谱的红光区很富裕，而BH和ZS构成色调灯75的可见光谱中的蓝色区和绿色区。
这3种荧光物质组合在可见光区域中形成有大于90的高颜色再现性的宽频谱。但是这些荧光物质混合物有损汞耗。特别是Sr.Mag有最高汞耗，它的高百分率使得常规的色调灯75不符合TCLP规定。
因此，需要有能通过TCLP的高CRI和减少了汞量的荧光色调灯
发明内容
本发明的目的是提供有高CRI和汞耗减少的荧光灯。
为实现上述的和其它的发明目的，提供一种电灯，它有带内表面的玻璃封壳和至少一个电极，如设在封壳两端的两个电极。电极输送电力以在充有汞和保持充电的气体的封壳内产生紫外辐射。封壳的内表面预涂有金属氧化物层，如氧化铝层，以将紫外线向后反射到玻璃封壳内。
具体而言，本发明提供一种电灯，包括：封壳，它具有内表面并包封一定的放电空间，放电空间中充有重量在15mg以下的汞；一个或更多的电极，用于在所述放电空间内产生紫外线辐射；和在所述内表面上形成的荧光物质层，以把所述紫外线辐射转变成可见光；其中，所述荧光物质层配置在7500K的色温下提供等于或大于90的色再现率；和其中所述荧光物质层由蓝卤代荧光物质，硼酸铈钆镁和钙卤代荧光物质组成。
氧化铝上形成荧光物质层，以把紫外线转变成可见光。用于7500k色调灯的荧光层是3种荧光物质的混合物，即发蓝光的蓝卤代荧光物质(BH)，发红光的硼酸铈钆镁(CBTM)，3000K-发光的钙卤代荧光物质，也叫暖白(WW)的混合物。
附图说明.
通过参考下面结合附图对本发明优选实施例的附图进行的详细描述，本发明的特征和优点将变得更清楚。附图中相同的数字指示相同的元件；其中：
图1示出按本发明的色调荧光灯；
图2示出按本发明的7500K色调荧光灯的颜色验收标准
图3示出按本发明的7500K色调荧光灯的发射光谱。
具体实施方式
图1表示出低压汞蒸汽放电灯或荧光灯100，它有以密封方式包封放电空间107的细长的外封壳105。图1所示的灯100是管形灯，例如其长度最好为0.15至2.40米(0.5至8英尺)，工作电流约为0.160-1.500安培，灯功率约为4.0-215瓦。但是该灯可以是小型荧光灯，该灯可以具有其它参数和其它形状，如U形，或环形，或其它要求的任何形状。
图示的灯100在其每一端具有常规电极构件110，它包括例如由钨制成的灯丝115。或者，电极构件110可以只设在一端，特别是对于小型荧光灯，电极构件110可以只设在一端。电极构件110不是本发明的实质，而其它构件也能用于灯操作，以在放电空间107中产生和保持放电。例如，位于放电空间107外的线圈可用于在放电空间内产生交变磁场，用来产生和保持放电。
再看图1所示的灯100，电极构件110的灯丝115支撑在导电引线丝120上，导电引线丝120穿过在灯100的灯头135附近的安装柱130一端设置的玻璃压封条125。引线120经导电馈电装置150连接到固定在灯100的相对端的各个灯头135的针形接头140。
中心引线丝160从每个安装柱130穿过每个压封条125，以支撑位于灯丝115周围的阴极环170。只在一个安装柱130的阴极环170上夹有配有汞的玻璃小管180。另一安装柱上无汞容器，但是，阴极环170可设在它的灯丝115周围，图1中为了显示灯丝115而没画阴极环。
金属丝190绷紧在汞玻璃管盖180上。金属丝190在高频电磁场中感应加热，以切开容器180，使汞释放进封壳105中的放电空间107中。
用封壳105包围的放电空间107充有能离子化的保持放电的填充气体，它包括：在低压下的诸如氩气，或氩气和其他气体的混合气体的惰性气体。在灯工作期间惰性气体和少量的汞维持电弧放电。灯100工作期间，当电极110经接触脚150电连接到有预定的供能电位的电源，在封壳105内的电极-110之间维持气体放电。气体放电产生紫外线(UV)辐射，紫外线通过图1中标号210所示荧光层转换成可见光。
特别是，外封壳105的内表面预涂有金属氧化物单层，例如：Al2O3 200，在它上面形成荧光物质层210。氧化铝预涂层200向后反射紫外线到荧光物质层210，通过它把已经通过的紫外线转换成可见光，这能提高荧光物质利用率和提高光输出。通过减少汞扩散进玻璃灯壳105中铝预涂层也能减少汞耗。玻璃安装柱130和压封条125也可以涂氧化铝预涂层215，以减少粘接到玻璃安装柱130和压封条125上的汞，以进一步减少汞耗。
为了能在灯壳105内表面上施加荧光层，按通用方法施加悬浮液形成氧化铝预涂层200，例如，氧化铝悬浮在水基溶液中，用该溶液向下冲洗灯管或灯壳105，溶液流过灯壳内表面直至溶液从另一端流出为止。在干燥室内干燥溶液，之后，用相同的方式施加荧光物质涂层210并烧结或烘烤一定时间。
用公知方法，如用有悬浮的氧化铝的水溶液涂覆玻璃安装柱130和压封条125，之后，干燥和烧结，以在玻璃安装柱130和压封条125上形成氧化铝预涂层215。
就按本发明的7500K的色调荧光灯而言，色温为约7500K，即绝对温度(7500K)，荧光物质涂层210包括3种荧光物质混合物。7500K色调的3种荧光物质混合物包括用Sb激活的发蓝光的蓝卤代荧光物质(BH)，即Ca10(PO4)6F2:Sb；用Eu激活的发红光的硼酸铈钆镁(CBTM)，即(Ce，Gd，Tb)MgB5O10:Mn和3500K发光的用Sb，Mn激活的钙卤代荧光物质，即Ca10(PO4)6(F，Cl)2:Sb，Mn，也叫暖白(WW)的混合物。
有这3种荧光物质混合物的7500K色调灯的亮度比有Sr.Mag，BH和ZS的荧光物质混合物的常规色调灯75的亮度高。特别是7500K色调荧光灯能发出约2000流明的光，能满足ANSI和ISO的颜色验收要求，如表1-2所示。
表1给出了按本发明的7500K色调荧光灯的6个样品C7500K-1至C7500K-6和常规色调灯75的100小时光度测试结果，表中所列的C75有Sr.Mag，BH和ZS的荧光物质混合物第3和4列表示X和Y色点坐标；第5列表示有关的色温(CCT)；第6列表示测试灯的流明值。
表1
  灯   实际的CRI   X   Y   CCT   流明
  C75   92.7   0.3004   0.3176   7363   1889
  C7500K-1   90.1   0.3006   0.3174   7354   2074
  C7500K-2   90.4   0.3003   0.3168   7383   2082
  C7500K-3   90.4   0.3004   0.3167   7376   2087
  C7500K-4   90.3   0.3005   0.3166   7372   2065
  C7500K-5   90.2   0.3006   0.3169   7361   2166
  C7500K-6   90.1   0.3007   0.3179   7339   2145
从表1看出，按本发明的7500K色调荧光灯样品C7500K-1至C7500K-6的亮度输出高于常规灯C75的亮度输出。此外，XY色点坐标和CRI值应符合结合图2所述的颜色检验标准和ANSI和ISO标准，要求颜色再现率CRI或Ra必须在90以上，CRI＞90，而且，要求单独的专用颜色再现率R1-R8大于80。
表2
常规                               本发明
C75灯                              C7500K灯
X＝0.3004                          X＝0.3006
Y＝0.3176                          Y＝0.3174
Ra＝92.70                          Ra＝90.10
R1＝93.56                          R1＝88.50
R2＝93.56                          R2＝93.10
R3＝88.96                          R3＝92.64
R4＝93.10                          R4＝89.88
R5＝94.02                          R5＝90.34
R6＝9172                           R6＝9080
R7＝93.56                          R7＝92.18
R8＝93.10                          R8＝82.98
表2示出总的颜色再现率Ra，即CRI和专用颜色再现率R1至R8.。从表2看出按本发明的7500K色调荧光灯的总颜色再现率Ra大于90，因此，能满足ANSI标准，具体颜色再现率R1至R8均大于80，因此，也满足ISO标准。
图2显示出7500K色调荧光灯的验收标准，它有3级椭圆轨道，其中心为X＝0.299，Y＝0.316，长轴约在0.297，0.317和0.302，0.320之间，短轴约在0.297，0.317和0.300，0.315之间。
图3中以实线画出按本发明的75000K色调荧光灯的发射频谱，以虚线画出常规色调荧光灯C75的发射频谱。
本发明的7500K色调荧光灯的三种荧光物质混合物允许灯100用氧化铝预涂层200来将封壳105与汞隔开，以减小汞耗。除氧化铝预涂层200外，荧光物质层210的汞耗小于其它荧光物质层的汞耗，还能增大亮度。
用在UV氧化铝预涂层上的3种荧光物质混合物层代替常规灯的荧光物质层，能增大亮度和减小汞耗。特别地，表1-2中给出用于获得100小时的光度测试结果的灯是F40T12，它是1.2米(4英尺)长的直管灯。所用原料荧光物质重量约是6.5±0.2克。反之，能要求减少3种荧光物质混合物的重量，例如为5.5-6.0克。因此，本发明的灯每0.3米(每英尺)的荧光物质重1.375至1.5克。铝预涂层200重量约为120至240mg。
表3列出了按本发明的7500K色调荧光灯C7500K的3种荧光物质混合物的具体组成，与常规的75色调荧光灯C75相比，给出了近似的重量百分比。
                 表3
  灯   荧光物质   wt％
  C75   Sr，MagBHZS   32.4066.867.40
  C7500K   BHCBTMWW   60.9413.5925.47
常规用约15至50mg的汞制造1.2米(4英尺)色调灯。相反，本发明的色调灯用3种荧光物质混合物，灯的长度为1.2米(4英尺)，灯的寿命为20,000小时，所需的汞低于15mg，通常长度为8英尺以下的荧光灯需要的汞量约为3至8mg，例如1.2米(4英尺)长的灯需要的汞量约为4.4mg，而且，仍能保持较长的额定灯寿命和高亮度输出，如表1所示。就7500K灯而言，亮度通常为2500流明。因此，本发明的灯每0.3米(每英尺)需要的汞量约为1.0至1.1mg。
由于荧光物质210有优良的组分，以及UV预涂层200减少汞离子与玻璃封壳105的相互作用，和更有效地使UV射线向后反射进荧光层，所以，提高了光输出和减少了汞耗，以提高荧光物质的利用率，和增强可见光的产生率。
已特别详细地描述了本发明，但应了解，在本发明构思和发明范围内还会有各种改进。在解释所附权利要求书时，应了解：
(a)词“包括”是指除权利要求书中所列的元件外不排除还有其它元件存在；
(b)词“组成”是指除权利要求书中所列的那些元件外没有其它元件存在；
(c)在元件前面的词“一个”不排除多个这种元件的存在；
(d)符号不限制它的范围；
(e)几种“装置”可用同样的硬件或软件实施的结构或功能来代表。

Claims (5)

1.一种电灯(100)，包括：
封壳(105)，它具有内表面并包封一定的放电空间(107)，放电空间中充有重量在15mg以下的汞；
一个或更多的电极(110)，用于在所述放电空间(107)内产生紫外线辐射；和
在所述内表面上形成的荧光物质层(210)，以把所述紫外线辐射转变成可见光；
其中，所述荧光物质层(210)配置在7500K的色温下提供等于或大于90的色再现率；和
其中所述荧光物质层(210)由蓝卤代荧光物质，硼酸铈钆镁和钙卤代荧光物质组成。
2.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述荧光物质层(210)由61wt％的蓝卤代荧光物质，14wt％的硼酸铈钆镁和25wt％的钙卤代荧光物质组成。
3.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述汞重量为1.0至1.1mg/0.3m。
4.按权利要求1的电灯(100)，还包括在所述内表面与所述荧光物质层(210)之间形成的氧化铝层(200)。
5.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述荧光物质层(210)的重量为1.375至1.5g/0.3m。
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