CN1292930A - 低压汞蒸汽放电灯 - Google Patents
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Abstract
一种配有放电容器(10)的低压汞蒸汽放电灯。放电容器(10)以气密方式密封填充有汞和稀有气体的放电空间(11)。至少一部分放电容器(10)的内壁配有透明层(16),所述透明层(16)包括钪、钇或稀土金属(镧、铈、钆、钇和/或镥)的氧化物。该放电灯的特征在于,透明层(16)包含碱土金属的硼酸盐或磷酸盐;和/或钪、钇或者另外的稀土金属的硼酸盐或磷酸盐。优选地,碱土金属是钙、锶和/或钡。氧化物最好是Y2O3或Gd2O3。透明层(16)的厚度在5nm和200nm之间。最好在放电容器中透明层的顶部上配置发光材料层(17)。本发明的灯具有较低的汞消耗量。
Description
本发明涉及包括放电容器的低压汞蒸汽放电灯，
所述放电容器以气密方式密封填充汞和稀有气体的放电空间，
至少一部分放电容器的内壁具有透明层，
所述透明层包括钪、钇或稀土金属的氧化物。
在汞蒸汽放电灯中，汞构成(有效)产生紫外(UV)光的主要成份。包含发光材料(例如荧光粉)的发光层可以设置于放电容器的内壁上，以便将UV转换为其它波长，例如UV-B和UV-A，用于晒(tanning)的目的(太阳平板灯)，或转换为可见辐射，用于一般照明的目的。因此，这种放电灯还被称为荧光灯。低压汞蒸汽放电灯的放电容器通常是圆形的并且包括细长和紧凑的实施例。一般地，紧凑型荧光灯的管状放电容器包括具有较小直径的较短直管部分的集合，其中直管部分利用桥部或通过弯折部分连接在一起。紧凑型荧光灯一般配有(成一体的)灯头。
已知在低压汞蒸汽放电灯中采取了防止放电容器内壁中一些部分黑化的措施，在灯工作期间接触放电的这些部分位于放电空间中。因汞与玻璃相互反应而形成的这种黑化是不期望的，它不仅引起较低的光输出而且还使灯形成无美感的外观，特别是因黑化不规则地发生，例如以暗斑或暗点形式。使用在开篇段中所述的氧化物，可使放电容器内壁的黑化和变色减至最小。
在开篇段中所述那种类型的低压汞蒸汽放电灯披露于US-A-4544997。在该公知的灯中，在放电容器内壁上配备所述氧化物薄层。所述氧化物的公知的透明层几乎不吸收UV辐射或可见光并且满足透光率和透辐透射率的要求。
采用这种已知低压汞蒸汽放电灯的缺点是汞消耗量仍然较高。结果，这种已知的灯需要较大的汞量来实现足够长的寿命。在寿命结束之后不明智的处理情况下，较大的汞量对环境是有害的。
本发明的目的在于提供在开篇段中所述的那种低压汞蒸汽放电灯，该灯消费较少量的汞。
为此，按照本发明的低压汞蒸汽放电灯的特征在于，透明层还包括碱土金属的硼酸盐和／或磷酸盐；和／或钪、钇或者另外的稀土金属的硼酸盐和／或磷酸盐。
包含开篇段中所述氧化物和按照本发明措施的所述硼酸盐和／或磷酸盐的层，对在工作中在低压汞蒸汽放电灯的放电容器中占优势的汞-稀有气体气氛的作用呈现非常好的抵抗力。令人惊讶地发现，配有本发明透明层的低压汞蒸汽放电灯的汞消耗量大大低于公知低压汞蒸汽放电灯的透明层中的汞消耗量。例如，对配有本发明透明层的低压汞蒸汽放电灯与配有包括氧化物的透明层的公知低压汞蒸汽放电灯进行比较。在几千工作小时之后，与公知的透明层相比，在本发明的透明层中发现实际上至少小两倍的汞含量。所述作用在低压汞蒸汽放电灯的(管状)放电容器的直管部分和弯折部分中发生。例如，弯折的灯部分用于弯钩形(hook-shaped)低压汞蒸汽放电灯中。按照本发明的措施特别适于具有弯折的灯部分的(紧凑型)荧光灯。
在按照本发明的低压汞蒸汽放电灯中的透明层还满足透光率和辐射透射率的要求，并且容易配置于低压汞蒸汽放电灯的放电容器的内壁上作为极薄、封闭和均匀的透明层。例如，虽然在干燥和烧结之后可获得预定的层，但用适当的金属-有机化合物的混合物溶液(例如，丙酮或醋酸盐，例如与醋酸钙、醋酸锶或醋酸钡混合的醋酸钪、醋酸钇、醋酸镧或醋酸钆)或稀释在水中的硼酸或磷酸的混合物溶液漂洗放电容器，可以对该透明层产生影响。
在低压汞蒸汽放电灯中使用本发明透明层的另一个优点是，这种层在约254nm的波长范围内(在放电容器中，汞产生，尤其是以254nm的波长进行谐振辐射)具有较高的反射率。在给定透明层的折射率的情况下，该折射率相对于放电容器内壁的折射率较高，最好选择这样的层厚度，使在所述波长的反射率最大。利用这种透明层，可增加低压汞蒸汽放电灯的初始光输出。
在本发明低压汞蒸汽放电灯的一个优选实施例中，透明层包含钙、锶和／或钡的硼酸盐和／或磷酸盐。这样的透明层具有较高的可见光透射率。并且，具有包含硼酸钙、硼酸锶或硼酸钡或磷酸钙、磷酸锶或磷酸钡的透明层的低压汞蒸汽放电灯具有良好的保持性。
在本发明低压汞蒸汽放电灯的另一个优选实施例中，透明层包含镧、铈和／或钆的硼酸盐和／或磷酸盐。这样的透明层具有较高的紫外辐射和可见光的透射率。已发现，包含硼酸镧或硼酸钆或包含磷酸铈或磷酸钆的透明层具有与放电容器内壁的良好附着力。并且，可以用相对简单的方法(例如，利用与硼酸或稀释的磷酸混合的醋酸镧、醋酸铈或醋酸钆)配备该层，这具有节省费用的效果，尤其是在批量生产低压汞蒸汽放电灯的过程中。
在低压汞蒸汽放电灯中使用包含钪、钇、镧、铈和／或钆的硼酸盐和／或磷酸盐的透明层的另一个优点是，这种层在约254nm的波长范围内具有较高的反射率。通过使用所述的高折射率层和使这种层的层厚度最佳，可获得其初始光输出增加的低压汞蒸汽放电灯。在例如用于辐射目的的低压汞蒸汽放电灯(称为杀菌灯)，使用这样的层具有特别的好处。
按照本发明的低压汞蒸汽放电灯中的透明层最好包括钇和／或钆的氧化物。这样的透明层对于紫外辐射和可见光具有较高的透射率。还发现，包含所述氧化物的层较少吸湿并具有与放电容器内壁的良好附着力。此外，可用较容易的方式(例如，利用醋酸钇或醋酸钆)配置该层，具有节省费用的效果。
在低压汞蒸汽放电灯的实际实施例中，所述透明层具有约5nm到约200nm的厚度。在层厚度大于200nm时，则有对放电空间中产生的辐射的太大的吸收。在层厚度小于5nm时，则有在放电与放电容器的内壁之间的相互反应。至少大致90nm的层厚度特别适用。以这样的层厚度，透明层在约254nm的波长范围内具有较高的反射率。
按照本发明的低压汞蒸汽放电灯的再一个优选实施例的特征在于，面对放电空间的透明层一侧配有发光材料层。在低压汞蒸汽放电灯中使用本发明的透明层的优点是，与公知的低压汞蒸汽放电灯的透明层相比，包含发光材料(例如，荧光粉)的发光层具有与这种透明层的相当好的附着力。
根据参照下述实施例进行的说明，可明了本发明的这些和其它方案。
附图中：
图1A表示本发明低压汞蒸汽放电灯的实施例的正视图；
图1B是如图1A所示低压汞蒸汽放电灯细节的剖面图；
图2表示本发明低压汞蒸汽放电灯的另一个实施例的正视图；
附图仅仅是图示性的并且未按比例画出。特别地，为了清楚的目的，某些尺寸被过分夸大。附图中相类似的元件尽量用相同的参考标号表示。
图1A表示配有透射辐射的放电容器10的低压汞蒸汽放电灯，放电容器10以气密方式密封具有大约30cm3容积的放电空间11。放电容器10是(白垩(chalk))玻璃管，具有其(有效)内径D约为10nm的至少大体圆形的横截面。在本实施例中，该管按勾形进行弯折，该管具有四个直管部分31、33、35和37以及三个弓形部分32、34和36。图1B是图1A所示低压汞蒸汽放电灯细节的剖面图。在放电容器10的内表面12上配有按照本发明的透明层16和发光层17。用罩壳70支撑放电容器10，该罩壳还支撑灯头71。放电空间11不仅包括汞而且还包括稀有气体，在本实施例中为氩。在本实施例中，不仅放电空间11包括汞，并且汞还以所谓的汞齐形式存在于蒸汽压力控制部件20中，在本实施例中，3wt％的汞与例如铋锡或铋锡铅合金形成50mg的汞齐。用于维持放电的装置40由放电空间11内的电极对41a、41b构成。电极对41a、41b是涂有电子发射材料的钨绕组，其中该电子发射材料为氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。各电极41a、41b由放电容器10的(锯齿状)端部14a、14b支撑。电流供给导体50a、50a＇、50b和50b＇从电极对41a、41b通过放电容器10的端部14a、14b到达外部。电流供给导体50a、50a＇、50b和50b＇与装在罩壳70内并与灯头71上公知的电和机械触点73a、73b电连接的电源(未示出)连接。
图2表示按照本发明的配有放电容器100的低压汞蒸汽放电灯的另一个实施例，该放电容器100以气密方式密封包含汞和稀有气体的放电空间111。在本实施例中，放电容器包含按体积为75％的氩和按体积为25％的氖的混合物，该混合物的填充压力为400Pa。用具有三个U形部分132、134和136的透光的白垩玻璃管状部分构成放电容器，管状部分的总长度为约46cm，内径大约为10nm，并用端部114a、114b进行密封。部分132、134和136通过通道161、162互连。管状部分的内表面设有透明层116和发光层117。放电容器10的体积V约为36cm3。电流供给导体150a、150a＇、150b、150b＇穿过各端部114a、114b到达设置于放电空间111中的各自电极141a、141b。
在低压汞蒸汽放电灯的一个实施例中，按照本发明，将其中Me=Sr或Ba和H3BO3的Me(Ac)2溶液的各浓度添加到包含Y(Ac)3(乙酸钇)各浓度的溶液中，用于制造透明层。Me(Ac)2和H3BO3之间的摩尔比保持不变。为了进行比较，还准备1．25wt％的Y(Ac)3。在漂洗和干燥之后，通过使上述溶液的多余部分流出容器，对管状放电容器配备涂层。在涂敷之后，在大约70℃的温度下在空气中使放电容器干燥。随后，对放电容器提供包括三种公知的磷酸盐，即具有铽激活的铝酸铈镁(cerium magnesium aluminate)的绿色发光材料、具有二价铕激活的铝酸钡镁(barium magnesium aluminate)的蓝色发光材料和具有三价铕激活的氧化钇的红色发光材料。在涂敷之后，把放电容器弯折成具有直管部分31、33、35和37和弓形部分32、34和36的弯钩形(参见图1A)。然后按常规方式将一些放电容器组装成低压汞蒸汽放电灯。
使用称为“拍打(clapper)测试”的测试检查发光材料对这样制备的一些放电容器的透明层的附着力。其结果示于表I中。
表I
在带有或不带有透明层的放电容器(SL18w)中荧光粉的附着力。
| Y(Ac)3wt％ | Sr(Ac)2(mol) | H3BO3(mol) | “掉粉” | |
| 1 | - | - | - | 1 |
| 2 | 1．25 | - | - | 5 |
| 3 | 1．25 | 0．028 | 0．11 | 0 |
| 4 | 2．5 | 0．028 | 0．11 | 1 |
表I列5中指出的“掉粉”数值包括从0=“不掉粉”(良好的附着力)到10=“全部掉粉”(没有附着力)。行1表示直接设置于放电容器内壁上的发光层的结果。行2表示公知放电灯的透明层的结果。表I的行3和4表示按照本发明的低压汞蒸汽放电灯的两个透明层(不同的Y(Ac)3含量)的结果。表I表示按照本发明措施的发光层与透明层的附着力，其与未涂敷的放电灯可比或优于它，并且比公知放电灯的发光层对透明层的附着力强得多。
表II表示保持性测试结果。
表II
带有或不带有透明层的放电灯(SL18w)的保持性。
| 保持性 | 初始流明100小时 | 100小时(％) | 100小时(％) | |||
| Y(Ac)3wt％ | Sr(Ac)2(mol) | H3BO3(mol) | ||||
| 1 | - | - | - | 813 | 100 | 91.6 |
| 2 | 1.25 | - | - | 848 | 100 | 91.6 |
| 3 | 2.5 | 0.056 | 0.22 | 764 | 100 | 92.4 |
| 4 | 3.75 | 0.028 | 0.11 | 812 | 100 | 94.2 |
表II表示相对于公知放电灯和相对于未涂敷的放电灯来说，配有本发明透明层的低压汞蒸汽放电灯的保持性被提高。在其中使用Ba(Ac)2代替Sr(Ac)2作为前驱物(precursor)的比较测试表明，这些放电灯的保持性与公知放电灯的保持性可比，但按照本发明具有附加的Ba的放电灯的发光层与透明层的附着力被提高。
借助实例，表III表示低压汞蒸汽放电灯的汞消耗(用μg Hg表示)结果。表III的实例涉及如图1A和1B所示的具有包含Sr的透明层的低压汞蒸汽放电灯，其中管状放电容器以弯勾形式弯折并具有四个直管部分31、33、35和37以及三个弓形部分32、34和36。在表III第1列中所示的数字相应于相关直管和弯折部分的参考标号。在几千工作小时之后对六个灯(破坏性地)测量透明层中的汞含量(用μg Hg表示)。所发现的汞消耗量值是被平均。表III并不表示在电极和汞齐气氛中消耗的汞的任何测量结果。
表III
带有或不带有透明层的放电灯(SL18w)的各部分的汞消耗(用μg Hg表示)。
| 放电容器部分 | 没有透明层 | 配有已知的Y2O3透明层 | 配有本发明的透明层 |
| 31 | 50．0 | 11．4 | 3．8 |
| 33 | 35．5 | 9．2 | 3．7 |
| 35 | 35．0 | 8．7 | 4．3 |
| 37 | 30．0 | 9．8 | 5．1 |
| 32 | 82 | 51 | 22 |
| 34 | 75 | 42 | 17 |
| 36 | 83 | 50 | 27 |
表III表示，与没有透明层的放电灯或公知的放电灯相比，在放电容器的直管部分31、33、35、37和弯折部分32、34、36中汞消耗量相当低。概略地说，从没有透明层的放电灯到配有公知的Y2O3的透明层的放电灯，因两个因素汞消耗量降低了一个为2的因素，和汞消耗量还从配有公知的Y2O3透明层到配有本发明透明层的放电灯，进一步被降低了另外的为2的因子。因按照本发明的措施，汞消耗特别是在放电容器的弯折部分32、34和36被明显地改变。在使用较厚透明层的情况下后者更为显著，因在弯折期间放电容器伸长约30％，以致透明层在放电容器的弯折部分32、34和36比直管部分31、33、35和37更薄。应该指出，配有本发明透明层的低压汞蒸汽放电灯的色点(color point)满足客户要求(x≈0．1，y≈0．32)。
显然，本领域的技术人员可以在本发明范围内作出许多改变。
本发明的范围并不限于实施例。本发明建立在各个新特征和新特征的各种组合上。任何参考符号都不能限制权利要求的范围。用词“包括”或“包含”并不排除没有在权利要求中列出的其它元件或步骤。在要素前采用“一个”或“一种”的表述并不排除存在多个这种要素。
Claims (7)
1．一种低压汞蒸汽放电灯，包括放电容器(10)，
所述放电容器(10)以气密方式密封填充有汞和稀有气体的放电空间(11)，
至少一部分放电容器(10)的内壁具有透明层(16)，
所述透明层(16)包括钪、钇或稀土金属的氧化物，
其特征在于，
透明层(16)还包含碱土金属的硼酸盐和／或磷酸盐；和／或钪、钇或者另外的稀土金属的硼酸盐和／或磷酸盐。
2．如权利要求1所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，碱土金属是钙、锶和／或钡。
3．如权利要求1所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，另外的稀土金属是镧、铈和／或钆。
4．如权利要求2或3所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，氧化物是氧化钇和／或氧化钆。
5．如权利要求1、2或3所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，透明层(16)的厚度在5nm和200nm之间。
6．如权利要求1、2或3所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，透明层(16)的面对放电空间(11)的一侧配有发光材料层(17)。
7．如权利要求6所述的低压汞蒸汽放电灯，其特征在于，发光材料包括铽激活的铝酸铈镁的绿色发光材料、二价铕激活的铝酸钡镁的蓝色发光材料和三价铕激活的氧化钇的红色发光材料的混合物。
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