CN1266736C

CN1266736C - 荧光灯和具有改进了发光效率的高强度放电灯

Info

Publication number: CN1266736C
Application number: CN01125470.XA
Authority: CN
Inventors: 安宅知子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-07
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: US6906475B2; CN1333549A; EP1174905A1; US20020070682A1

Abstract

本发明提高了由于放电而发光的灯的发光效率，例如荧光灯和HD灯。荧光灯包括一个用作荧光管的玻璃管，它是由含有放射成分的玻璃材料制成的。当被暴露在由水银受激发出的紫外线光(峰值波长为251nm)下时，放射成分发出比其波长更长的紫外线光。HID灯包括由含有放射成分的玻璃材料制成的外壳。当被暴露在由弧管中密封的放射材料受到激励所发出的紫外线光下时，该放射成分发出比其波长更长的紫外线光。

Description

荧光灯和具有改进了发光效率的高强度放电灯

技术领域

本发明涉及荧光灯和高强度放电灯。

背景技术

众所周知，荧光灯和高强度放电(HID)灯能够高效发光。

荧光灯包括密封有水银和稀有气体的弧管。在弧管的内表面涂有一层荧光体。弧管中进行的放电激励水银发出主波长为254nm的紫外线光。该紫外线光激励荧光体从而发出可见光。这样，就可以获得光通量。传统上这类典型的荧光灯是直管型荧光灯或是环形荧光灯，以及近年来广泛得到介绍的灯泡型荧光灯和紧凑型荧光灯。

HID灯是高压水银灯、金属卤化及高压钠灯的类属名。

高压水银灯是由于100到1000kPa的水银蒸汽放电而发光的。

金属卤化物灯如下所述发光。通过放电，金属卤化物被分解成金属原子和卤素原子。然后金属原子被激励从而发出可见光。

高压钠灯是由于钠蒸汽放电发光的。

作为这些荧光灯和HID灯的基本特性，一直寻求以较少的电功率损耗来获取较大的光通量并得到长的使用期限。为完成这些基本特性已经进行的了有效的研究和开发。

举一个例子，日本专利申请特开平No.H11-167899公开了一种用于延长荧光灯使用期限的技术。根据该公开，由于荧光灯在制造或是被点亮时，钠被从钠玻璃中洗提出来，并且洗提出的钠会与水银反应，因此使用钠玻璃的传统的荧光灯，其发光强度很可能会被降低。鉴于这一点，依照该技术所述的荧光灯使用了这样一种玻璃，该玻璃中的钠不像传统的钠玻璃那样可能从中被提洗出来，以此来防止发光强度被减弱。

同样，举例来说，为了以更小的电功率损耗获得荧光灯的更大光通量，对提高荧光体亮度进行了研究和开发，并通过使弧管更细来确保长的弧长。

这些研究和开发使得荧光灯和HID灯的性能提高到了某种程度。然而，近年来对这些性能进一步进行改进的需求不断提高。为了满足这些需求，需要有进一步降低电功率损耗并提供更大光通量的技术。

发明内容

本发明的目的在于提高通过放电而发光的灯的发光效率，例如荧光灯和HID灯。

鉴于上述目的，本发明的荧光灯包括荧光管，它是一个包含放射成分的玻璃材料制成的玻璃管。当其暴露在水银受到激励所发出的紫外线光之下时(具有254nm的峰值波长)，放射成分发出波长更长的紫外线光。

换句话说，本发明的荧光灯包括一个玻璃管，其内表面上覆盖着包含上述放射成分的保护层。在由金属氧化物作为基础材料而制成的保护层上，形成了一个荧光层。

根据本发明中的荧光灯，荧光管中的水银蒸汽放电产生峰值波长为254nm的紫外线光。这种紫外线光照射到放射成分上，产生长波的紫外线光和可见光。这种长波紫外线光激励荧光层而发出次级可见光，通过这种作用，用于荧光灯光通量的、由水银受到激励所发出的紫外线光的利用效率得到了提高。由此，与传统的没有放射成分的灯相比，光通量的总量可以被提高至少2％。为了提高玻璃管或保护层中可见光的传输率，最好是将放射成分溶入到形成玻璃管的玻璃材料中，或是溶入到作为保护层基础材料的金属氧化物中。

同样，本发明中的HID灯包括一个由包含上述放射成分的玻璃材料所制成的外壳。当放射成份暴露在弧管中所密封的放射材料激发出的紫外线光之下时，放射成分受到激励从而发出波长更长的紫外线光。

由于放射成分是包含在用于荧光灯和HID灯的玻璃中的，因此最好使用下面列出的元素的氧化物。

这些元素是：

Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Tl、Sn、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu。

本发明同样可以应用于白炽灯。在白炽灯中，灯泡含有从上面的元素中选出的放射成分，使得用于白炽灯光通量的，由于放电所发出光的使用效率能够得到提高。

本发明这些和其他目的、优点以及特性将通过下面与说明本发明具体实施例的附图一起的描述，而变得更为清楚。

附图说明

图1所示是涉及本发明第一实施例的紧凑型荧光灯的外形；

图2是构成荧光灯的荧光管的玻璃管的剖视图；

图3用于解释荧光灯发光的机制；

图4所示是实验2中的发射频谱的测量方法；

图5所示是从实验2得到的发射频谱；

图6是表示由实验3得到的玻璃板厚度和可见光传输率之间关系的特征图；

图7是玻璃管厚度和相关的发光强度之间关系的特征图；

图8是表示荧光层厚度和相关的发光强度之间关系的特征图；

图9是与本发明第二实施例有关的荧光灯弧管的剖视图；

图10所示是与本发明第三实施例有关的水银荧光灯；

图11A所示是与本发明第三实施例有关的金属卤化物灯；

图11B所示是与本发明第三实施例有关的高压钠灯。

具体实施方式

[第一实施例]

图1所示是与本发明第一实施例有关的紧凑型荧光灯的外形。紧凑型荧光灯是由一个固定到底座20的荧光管10构成的。该荧光管10由六个直的玻璃管(玻璃灯泡)11组成。

相邻的玻璃管11被桥连接使得六个玻璃管11彼此相连，从而在其中形成一个单独的放电空间。一种稀有气体，例如氩，以及水银被密封在该放电空间中。同样，在放电空间的两端，荧光管10配有电极(未示出)。

底座20内部配有一个点火电路(未示出)，用于点燃荧光管10。

图2是构成荧光管10的玻璃管11的剖视图。

玻璃管11由钠玻璃制成。需要注意的是钠玻璃中包含有一种元素，当该元素暴露在波长为254nm的紫外线光下时，该元素受到激励能发出波长范围是从紫外线光到可见光区域的光(这种元素在下文中称作“放射成分”)。

放射成分的例子是族4A、5A和6A中元素的氧化物；族3B、4B和5B中元素的氧化物；以及镧系元素中元素的氧化物。

族4A、5A和6A中元素的具体例子是钛(Ti)，锆(Zr)，钒(V)，铌(Nb)，钽(Ta)，钼(Mo)和钨(W)。

族3B、4B和5B中元素的具体例子是铊(T1)，锡(Sn)，铅(Pb)和铋(Bi)。

镧系元素中元素的具体例子是镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)，钐(Sm)，铕(Eu)，钆(Gd)，铽(Tb)，镝(Dy)，钬(Ho)，铒(Er)，铥(Tm)，镱(Yb)和镥(Lu)。

为了形成玻璃管11，在熔化钠玻璃材料之前，至少有一种从上面所列元素中选出的元素的氧化物与钠玻璃相混合。这种混合粉末经过了一个溶化过程和之后的形成过程。

荧光层12是通过向玻璃管11的内表面提供三段荧光体而形成的。

注意本说明书的稍后部分将对玻璃管11和荧光层12厚度的最适宜的范围进行说明。

(效果)

图3用于说明上述荧光灯的发光机制。

本实施例中的荧光灯是基于实质上与传统荧光灯相同的机制来产生光通量的。详细的说，点火电路向荧光管10中装配的电极施加压力，使在荧光管中形成的放电空间产生放电。这种放电激励密封在放电空间中的水银和稀有气体，从而产生紫外线光“UV1”(具有254nm的主波长)。紫外线光“UV1”照射到荧光层12上，激励荧光体产生可见光“V1”(具有近似400nm或更高的波长)。可见光“V1”通过玻璃管11被传输，从荧光管10中形成了主要的光通量。

除了主要的光通量之外，本发明中的荧光灯以下面的方式还发出次级光通量(可见光“V2”和可见光“V3”)。

在荧光管10中产生的紫外线光“UV1”中部分通过荧光层12传输并照射到玻璃管11上。这里，玻璃管11包含前面说明过的放射成分。放射成分被紫外线光“UV1”的传输部分所激励，发出接近紫外线光的“UV2”(具有大于254nm的波长)，并从玻璃管11发出可见光“V2”。

另外，玻璃管11发出的接近紫外线光“UV2”中有部分照射到了荧光层12上。这部分接近紫外线光“UV2”激励构成荧光层12的荧光体，从而发出可见光“V3”。

注意在这里放射成分几乎不吸收可见光，并被均匀的溶入构成玻璃管11的玻璃中。因此，放射成分不可能成为可见光通过玻璃管11传输的障碍。因此，可见光“V1”、“V2”和“V3”通常是没有被衰减的通过玻璃管11而传输，从而形成荧光灯的光通量。

如上所述，本发明中的荧光灯具有改进的发光效率，这是因为玻璃管11中包含了放射成分，因此它不仅能产生主要的光通量(可见光“V1”)，还能产生次级光通量(可见光“V2”和“V3”)。

同样，玻璃管11是由溶入了放射成分的钠玻璃制成的。与溶入了放射成分的石英玻璃所制成的玻璃管相比，这将是更有效的，因为将放射成分与钠玻璃相结合，在将波长大约为254nm的紫外线光转换为长波紫外线光或可见光时将更为有效。

这里，玻璃管11中所含放射成分的浓度可以如下考虑。如果浓度太低，放射成分仅仅发出很少量的光。而另一方面，如果浓度过高，由于自吸收性质，放射成分将会吸收紫外线光。将这种平衡关系加以计算，放射成分的浓度最好应被设置在一个能够实现较高发光效率的范围中。

浓度的最适宜的范围也是取决于放射成分的类型而变化的。对族4A、5A和6A中元素和镧系元素中元素的氧化物来说，该浓度最好被设置在0.01到10wt％的范围以内。对族3B、4B和5B中元素的氧化物来说，该浓度最好被设置在0.01到0.5wt％的范围以内。

如在以后将要描述的实验结果中所指出的那样，包含在玻璃管11中的适量放射成分能够产生达到总光通量(可见光V1、V2和V3)2％或更多的次级光通量(可见光V2和V3)。

注意在这里上面所列元素的氧化物中每一种都具有唯一的发射频谱，并且在不同的条件下是不同的，如它的利用度。

例如，镧系元素中元素的氧化物大部分的发射频谱都具有包含很多相对尖锐的波峰的波长。发射频谱峰值波长是处于从紫外线光到可见光这么大的范围中的。

另一方面，族3B、4B和5B中元素的氧化物具有宽峰波长范围从300到400nm的发射频谱。尤其氧化铊(TlO)具有高的发光强度。

将这些不同的条件加以考虑，当决定作为荧光管使用的玻璃的成分时，可以从上面所列元素中选出一种或多种适合元素的氧化物并将其用作放射成分。放射成分的这种较大选择范围是很有利的，因为它使得对荧光管的玻璃成分所做的设计能够根据其用途来进行。

考虑到对发光效率所做的改进，镧系元素中元素的氧化物，尤其是Gd和Tb的氧化物更为适合使用。

这是因为这些元素的氧化物，其放射频谱适于有效激励荧光灯中的荧光体。

更为具体一点，当荧光灯的荧光层被紫外线光照射时，紫外线光转换成可见光的转换效率取决于紫外线光的波长。这些元素的氧化物在其发射频谱中发出更多波长范围在260到400nm之间的光。在该范围中，将对普通荧光灯的荧光体进行激励的紫外线光转换成可见光的转换效率是非常高的。

同样，这些元素的氧化物发出更多波长大约为550nm的光，在这个位置上人眼的灵敏度是很高的。基于这一点，这些放射成分被认为是适于改进发光效率的。

(实验1)

表1

样本号		1	2	3	4	5	6
样本号		1	2	3	4	5	6	成分	TlO(wt％)	0	0.001	0.01	0.1	0.3	0.5
特性	初始光通量值(100h)，1m	2300	2300	2350	2450	2480	2500	成分	TlO(wt％)	0	0.001	0.01	0.1	0.3	0.5
	初始光通量值(100h)，1m	2300	2300	2350	2450	2480	2500	光通量保持系数(4000h)，％	75.5	75.6	76	75.8	75.5	76

在上面的表1中，样本1是一个与用于比较的例子相关的紧凑型荧光灯。样本2到6是与本实施例相关的紧凑型荧光灯。

这些实验中所使用的荧光灯，每一个的全长都是145mm，玻璃管的直径是12.5mm，并具有32W的额定电压。

与本实施例相关的荧光灯2到6中，每一个都包含有用钠玻璃制成的玻璃管11，其中钠玻璃的成分是SiO₂ 68wt％，Al₂O₃ 1.5wt％，Na₂O 5wt％，K₂O7wt％，MgO 5wt％，CaO 4.5wt％，SrO 5wt％，BaO 6wt％以及Li₂O 1wt％。注意在这里TlO是被作为放射成分加入到钠玻璃中的。如表1所示，玻璃管中TlO的浓度被设置成了不同的值{0.001，0.01，0.1，0.3和0.5wt％}。

荧光层12是由三段色温为5000K的荧光体形成的。

除了TlO没有被加入到玻璃管中之外，与比较实验相关的荧光灯1和本实施例中的荧光灯具有相同的浓度。

这些与比较的实验和本实施例相关的荧光灯，其初始光通量值和光通量保持系数是根据以下测量方法进行测量的。

测量方法：

初始光通量值(100h，1m)是对每一个进行了100小时使用期限试验后的荧光灯的光通量进行测量而得到的。

光通量保持系数是通过测量每一个进行了4000小时使用期限试验(重复45分钟照明/15分钟关闭的循环)后的荧光灯的光通量，并将其与上面所得的初始光通量值相比而得到的比值。

测量结果和因素：

测量结果如表1所示。

对表1中所示的初始光通量值进行比较，仅包含0.001wt％TlO的样本2其初始光通量值与不包含TlO的样本1的光通量值是相同的。然而，分别包含0.01wt％到0.5wt％TlO的样本3到样本6的初始光通量值都高出样本1至少2％。另一方面，对这些样本的光通量保持系数进行考察，仅仅能看出微小的差异。

通过该实验可以发现，玻璃管中包含适量的放射成分可以将荧光灯的光通量值提高至少2％，而且不会使光通量保持系数被降低。同样可以发现的是，最好是将玻璃管中的TlO浓度设置在0.01wt％或是更高。

(实验2)

当暴露在254nm波长的紫外线光之下时，用于样本5并与本实施例相关的、包含0.3wt％TlO的钠玻璃的发射频谱，以及与比较用的例子相关的、用于样本1的钠玻璃的发射频谱，是根据以下测量方法进行测量的。

测量方法：

准备测试用的钠玻璃，其中每块的厚度为2mm，每边长为20mm。如图4所示，每个测试块31都被波长为254nm、入射辐射强度为0.4mW/cm²的激发光32照射。使用即时分光镜对测试块31的发射频谱进行测量。

测量结果和因素：

测量结果如图5所示。在该图中，每个标记◇表示样本1的测量结果，每个标记□表示样本5的测量结果。

可以从图5所示的测量结果看出，不包含TlO的样本1所发出的光很少有波长大于254nm的，然而包含0.3wt％TlO的样本5所发出的光具有从峰值315nm到大约450nm的可见区域的范围中的较宽波长。

如上面图3所说明的，以下所述可以通过这些测试结果得到证明。通过用峰值波长为254nm的紫外线光“UV1”照射包含有TlO的玻璃，可以得到激发的紫外线光“UV2”和激发的可见光“V2”。

注意，尽管在实验1和2中是将TlO用作放射成分的，同样也可以进行将其他上面所列元素的氧化物用作放射成分的实验。在这些实验中，包含了与实验1和2相近似的结果。

同样，每种元素其浓度的最佳范围是如下进行检验和判定的。对族4A、5A和6A以及镧系元素中元素的氧化物来说，最佳范围是0.01到10wt％。对族3B、4B和5B中元素的氧化物来说，最佳范围是0.01到0.5wt％。

(实验3)对玻璃厚度所做的实验和因素

进行该实验是为了对包含0.3wt％放射成分(TlO)，但厚度各不相同的钠玻璃的可见光传输率进行检查。

图6是实验结果的特征图。从该图中可以发现，随着玻璃板厚度的增加，传输率减小。

同样，由包含0.3wt％TlO的玻璃材料制成的、固定直径为12.5mm、但厚度各不相同的每种玻璃管，其相关的发光强度也都被加以检查。

图7是基于该实验结果所绘出的特征图。在该图中，标记表示当玻璃的厚度被相关的设置在1、2、3mm处时，测量所得的相关的发光强度。在该曲线图中，曲线表示玻璃管厚度与基于这些被测值而计算得到的相关的发光强度之间的关系。从该图中可以发现，当玻璃管的厚度相对较小时，相关的发光强度将随玻璃管厚度的增加而减小，该值为1.5mm或是更小。

概括起来，通过使包含放射成分的玻璃管变细，可以使传输率和相关的发光强度都能得到提高。鉴于这一点，为了提高与本实施例有关的荧光管的相关的发光强度，玻璃管11的厚度将被设置得更小。

以下所述可以从这些实验中得知。当以厚度超出0.62mm的玻璃管作为常规的普通荧光管时，对与本实施例相关的荧光管来说，玻璃管11的厚度被设置在0.62mm或是更小将是有益的。

(实验4)关于荧光层厚度的实验和因素

使用了包含0.3wt％放射成分(TIO)的玻璃的荧光灯，其相关的发光强度与使用传统的不包含该放射成分的钠玻璃的荧光灯的相关的发光强度都被进行了测量，在该情况下，每个荧光灯中荧光层的厚度在0到40μm的范围中变化。

图8所示是表示荧光层厚度和相关的发光强度之间的关系的特性图。

在图8中，当荧光层厚度大于20μm时，使用通常钠玻璃的荧光灯，其相关的发光强度是最高的，然而使用了包含TlO的钠玻璃的荧光灯，其相关的发光强度在当荧光层的厚度小于20μm时则是最高的。

以下所述可以从实验结果中得出。对普通的荧光灯来说，将荧光层厚度设置为20μm或是更高是有益的，而对与本实施例相关的荧光灯来说，为了提高发光强度而将荧光层厚度设置为小于20μm是有益的。

[第二实施例]

图9是与本实施例有关的荧光灯的弧管的剖视图。

与本实施例有关的荧光灯和与本实施例中第一实施例相关的荧光灯具有相同的结构，仅仅在使用荧光管40而不是荧光管10这一点上存在差异。在荧光管40中，荧光层42和玻璃管41之间形成了一个保护层43。

保护层43是由一个包含氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)的组中选出的金属氧化物作为基础材料，并附加包含了处于溶入基础材料的状态的放射成分的透明的层。

有关放射成分的具体的例子是第一实施例中所列元素(Ti、Zr、......)的氧化物。在这些氧化物中，镧系元素中元素的氧化物，尤其是Gd和Tb的氧化物，特别适于在这种情况下使用。

需要注意的是荧光层42与第一实施例中的荧光层12是相同的。

同样需要注意的是玻璃管41中并不包含放射成分。

保护层43是通过下面的方法形成的。

粉末状的放射成分材料与作为保护层43基础材料的粉末状金属氧化物材料相混合，这种混合粉末被溶解并加以研磨而形成混合的粉末混合物。然后该混合的粉末混合物与分散剂一起被加入到溶剂，例如有机溶剂(异丙醇)中，以使其被扩散到溶剂中。通过这种方法来准备涂覆用的液体。然后将这种涂覆液体以喷雾或者相近的方法应用到玻璃管41的内表面，弄干并加以烘烤，从而形成保护层43。

通过如上所述将放射成分溶入保护层43的基础材料中，形成了由基础材料的金属氧化物(ZnO、TiO₂、SiO₂或Al₂O₃)和放射成分的金属氧化物组成的氧化物的混合物。

要将该混合粉末用到玻璃管41的内表面，不仅可以用上面的湿法，而且可以使用静电喷涂方法，或是使用通过将醇盐溶解到有机溶剂中而得到液体的溶胶凝胶的方法。

如上所述，包含放射成分的保护层43可以由于其中含有的基础材料而产生提高光通量保持系数的作用，还能由于其中包含的放射成分而产生提高发光效率的效果。

保护层43中的基础材料使得钠很难从玻璃中扩散并传送到荧光层12中。因此，通过防止使荧光层12变黑的水银与玻璃中所具有的钠的反应，保护层43还产生了提高光通量保持系数的效果。更进一步，放射成分产生了提高光通量的效果。与在第一实施例中一样，这里所做的改进不仅仅是对由波长为254nm的紫外线光激发荧光层42中荧光体所产生的可见光发出的光通量的提高。此外，包含在保护层43中的放射成分发光产生另外的光通量，从而使得发光效率得到提高。

更为具体一点，荧光管中放电发出的紫外线光有部分通过荧光层42传输。紫外线光的传输部分照射到保护层43，激励包含在保护层43中的放射成分。被激励的放射成分从保护层43中发出近紫外线光和可见光。更进一步，从保护层中发出的紫外线光有部分照射到了荧光层42上。这部分紫外线光激励荧光层42中的荧光体发出可见光。

同样，放射成分是溶入到保护层43的基础材料中的，因此放射成分不会成为可见光通过保护层传输的障碍。

需要注意的是因为放射成分是溶入基础材料中而形成上述氧化物混合物的，因此可以得到放射成分发出近紫外线光和可见光的效果。而当基础材料的金属氧化物和放射成分的金属氧化物仅仅是简单的以微粒形式混合在一起时，这些效果被认为是不可能产生的。

保护层43中放射成分浓度的最佳范围与第一实施例的是相同的。族4A、5A和6A中元素的氧化物和镧系元素中元素的氧化物，其浓度的最佳范围是0.01到10wt％，然而族3B、4B、5B中元素浓度的最佳范围是0.01到0.5wt％。

保护层43的厚度最好被设置在1到30μm这个范围中。

需要注意的是本实施例描述了玻璃管41中不包含放射成分的情况。然而，作为一个经过修改过的例子，放射成分可以被包含在保护层43和玻璃管41这二者中。

同样，如TiO₂这样的元素既具有防止水银传输的效果，又具有激励放射的效果，因此，单独使用TiO₂似乎可以产生与本实施例相同的效果。然而，仅仅单独使用这一种元素，因为元素的自吸收特性，激励放射的效果将会戏剧性的减小。更进一步，单独使用该元素限制了形成保护层的方法，这是因为它限制了可以用于形成保护层的材料的类型。相反的，通过将基础材料和放射材料组合起来使用，可以减少放射成分的自吸收。更进一步，在这种情况下，基础材料的材料类型和放射材料的材料类型的多种组合都是可行的。当决定保护层的成分时，本发明是具有优势的，这是因为它能为形成保护层的材料和方法提供较宽的选择范围。

作为一种优选组合，可以考虑将二氧化硅或氧化铝作为基础材料，并将氧化钆和/或氧化铽作为放射成分。

[第三实施例]

本实施例描述了将本发明应用到HID灯的情况，并以荧光水银灯、金属卤化物灯以及高压钠灯举例。

图10是荧光水银灯的一个例子。

荧光水银灯是高压水银灯的一种，如图所示，一般说来它是由弧管51、底座52以及外壳53所组成的。

弧管51是由透明的石英玻璃制成的，并在两端配有电极54。弧管51内部密封着水银和氩。

外壳53由玻璃管55组成从而将弧管围住。玻璃管55的内表面覆盖着荧光层56。

在弧管51中，100到1000kPa的高压水银蒸汽下所产生的放电发出可见光。除了可见光之外，弧管51中还发出紫外线光。紫外线光照射外壳53中的荧光层56，激发出可见光。

这里，外壳53的玻璃管55是由溶入了至少一种从第一实施例(Ti、Zr......的氧化物)中选出的放射成分的硼硅酸盐制成的。

有了这种结构，外壳53产生出与第一实施例中图3所描述的荧光管10相同的效果。更为明确的是，弧管51中发出的紫外线光有一部分经过荧光层56传输，并照射到了玻璃管55上。包含在玻璃管55中的放射成分被紫外线光的传输部分所激励，从而发出长波的紫外线光和可见光。从玻璃管55中发出的紫外线光照射到荧光层56，激发出可见光。

通过这种效果，与放射成分没有加入到玻璃管中的情况相比，本实施例中的荧光水银灯提供了改进的发光效率。

同样，在本实施例中，放射成分并不是包含在由石英玻璃所制成的弧管51中的，而是包含在由玻璃制成的外壳53中。这也有助于高荧光水银灯的发光效率。这是因为当放射成分被包含在玻璃中而不是石英玻璃中时，放射成分能更有效的将水银激励所发出的紫外线光(具有254nm的峰值波长)转换成长波的紫外线光或者是可见光。更进一步，硼硅酸盐含有如氧化铝以及氧化硼这样的元素。这些元素通过将玻璃中的放射成分围绕起来从而将其隔离，并由此产生防止放射成分自吸收的效果。

本实施例描述了外壳53中提供有荧光层56的荧光水银灯。然而，通过将上面提及的放射成分溶入到外壳的玻璃中，外壳中不包含荧光层的高压水银灯，其发光效率同样可以提高到一定等级。更为具体一点，即使当外壳中没有提供荧光层时，包含在外壳中的放射成分被来自弧管的紫外线光所激励，同样可以发出可见光。在这种情况下，与没有放射成分的情况相比，也可以得到较高的发光效率。

以下参考图11A和11B对金属卤化物灯和高压钠灯进行说明。

图11A所示是金属卤化物灯的例子。

一般说来，金属卤化物灯是由透明石英玻璃制成的弧管61、底座62以及与上述荧光水银灯一样的外壳63组成的。金属卤化物灯与荧光水银灯有如下不同。在弧管61的内部不仅密封着作为放射材料的金属卤化物(例如，钪(Sc)或钠(Na)的卤化物)，还含有作为起动工具的稀有气体，以及用于保持电气特性和在最佳温度下进行电弧放电的缓冲气体。而荧光层并不是在外壳63中形成的。

注意在这里外壳63是由溶入了至少一种从第一实施例(Ti、Zr.......的氧化物)的放射成分中选出的放射成分的硼硅酸盐玻璃制成的。在这种金属卤化物灯中，通过弧管61所产生的放电，金属卤化物被分解为金属原子和卤原子。金属原子然后受到激发而产生可见光，从而得到光通量。

需要注意的是该放电同样导致弧管61的放电中发出紫外线光。包含在外壳63中的放射成分被暴露在紫外线光下，并被激励而发出可见光。由于这一点，与没有放射成分的情况相比，能够得到更多的光通量。也就是说，可以得到金属卤化物灯较高的发光效率。

图11B所示是高压钠灯的例子。

一般说来，高压钠灯是由弧管71、底座72以及外壳73组成的。高压钠灯的外形与上面所述的荧光水银灯相近。然而，高压钠灯与荧光水银灯有如下不同。弧管71是由多晶体尖头陶瓷管形成的。弧管71的内部不仅密封有作为放射材料的钠，还有作为起动工具的氙，以及作为缓冲气体的水银。荧光层并不是在外壳73中形成的。

这里，外壳73是由溶入了第一实施例(Ti、Zr......的氧化物)中提到放射成分中至少一种放射成分的钠玻璃制成的。

在这种高压钠灯中，弧管71中的钠蒸汽放电激发出可见光，从而得到光通量。

需要注意的是弧管71中还发出少量紫外线光，该紫外线光激励外壳73中的放射成分而发出可见光。通过这种效果，与没有放射成分的情况相比，可以得到更多的光通量。也就是说，可以得到高压钠灯的较高的发光效率。

[第四实施例]

本实施例描述了将本发明应用到白炽灯中的情况。

典型的白炽灯的例子是一种用于一般照明的灯或是一种卤化物灯。

用于一般照明的灯配有由软钠玻璃或硼硅酸盐玻璃制成的灯泡。灯泡内部密封了稀有气体(例如氮，氩以及氪)，并提供了由引入线和钨丝制成的电极。

卤化物灯配有通常由石英制成的灯泡。在灯泡内部，稀有气体与卤素密封在一起，并提供了由引入线和钨丝制成的电极。

与本实施例相关的白炽灯是一种用于一般照明的灯或是其灯泡的玻璃材料中溶入了第一实施例(Ti、Zr......的氧化物)所提及的放射成分中至少一种的卤化物灯。

更为具体一点，放射成分被加入到玻璃材料中以形成玻璃灯泡，而放射成分被加入到SiO₂中以形成石英灯泡。

在上面所列元素的氧化物中，镧系元素中元素的氧化物特别适于使用。这方面的原因在于它们能发出相对更多的，波长范围在人眼灵敏度较高位置(大约550nm)的光，如上面的实施例所述。

在本实施例的白炽灯中，基本上，电功率经过电极并加热灯丝，从而发射出可见光。在这种方式下，可以得到与传统的白炽灯一样的光通量。这里，还发出少量紫外线光。在本实施例中，紫外线光激励包含在灯泡中的放射成分发出可见光。由于这种可见光，与没有放射成分的情况相比，可以得到量更大的光通量并因此获得较高的发光效率。需要注意的是在将放射成分加入到玻璃灯泡中而不是石英灯泡中时，这种效果会更大一些。

尽管通过参考附图的示例对本发明进行了充分的描述，仍需指出，对本领域技术人员来说，各种变化和修改同样是明显的。因此除非这种修改和变化脱离了本发明的范围，否则它们都将限制在本发明的保护范围中。

Claims

1.一种荧光灯，包括：

由内表面具有荧光层的玻璃管以及密封在其中的水银和稀有气体所组成的荧光管；和

在荧光管中产生放电的电极，

其中，所述玻璃管由以下材料制成：

(i)玻璃材料，它包含0.01wt％到10wt％的至少一种熔于其中的元素的氧化物，所述至少一种元素是从包含铌、钽、钨、镧、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱以及镥的组中选出的，或者

(ii)玻璃材料，它包含0.01wt％到0.5wt％的至少一种熔于其中的元素的氧化物，所述至少一种元素是从包含铊、锡和铋的组中选出的。

2.如权利要求1所述的荧光灯，其中，从所述荧光灯中发出的总的光通量包括：

当暴露在由于水银激励而发出的第一紫外线光之下时，荧光层发出的可见光所形成的第一光通量；

当暴露在第一紫外线光之下时，放射成分发出的可见光所形成的第二光通量；

当暴露在第二紫外线光之下时，由所述荧光层发出的可见光所形成的第三光通量，该第二紫外线光由暴露于所述第一紫外线光的所述氧化物而发出，

其中，所述第二光通量和所述第三光通量一起组成所述荧光灯所发出的总的光通量中至少2％的光通量。

3.如权利要求1所述荧光灯，其中，所述玻璃管的厚度是0.62mm或者更小。

4.如权利要求1所述荧光灯，其中，所述荧光层的厚度小于20μm。

5.一种高强度放电灯，包括：

密封有放射材料的弧管，该放射材料受到放电激励时能够发出可见光和紫外线光；和

外壳，该外壳将弧管围住的表面上覆盖着荧光层，

其中，所述外壳由以下材料制成：

6.如权利要求5所述的荧光灯，其中，从所述高强度放电灯中发出的总的光通量包括：

放射材料受到放电激励所发出的可见光形成的第一光通量；

当暴露在放射材料受到放电激励所发出的第一紫外线光下时，由氧化物所发出的可见光形成的第二光通量；和

当暴露在第二紫外线光下时，由所述荧光层所发出的可见光形成的第三光通量，该第二紫外线光由暴露于所述第一紫外线光的所述氧化物而发出。

7.一种高强度放电灯，包括：

设置为围住所述弧管的外壳，

其中，所述外壳由以下材料制成：

8.如权利要求7所述的高强度放电灯，其中从所述高强度放电灯所发出的总的光通量包括：

放射材料受到放电激励所发出的可见光形成的第一光通量；和

当暴露在放射材料受到放电激励所发出紫外线光下时，由所述氧化物所发出的可见光形成的第二光通量。