CN1324105A - 稀有气体低压放电灯,制造稀有气体低压放电灯的方法和一种气体放电灯应用 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生紫外光,具体地是用于美容或治疗目的的稀有气体低压放电灯具有其中填充有稀有气体并且至少对于UV光部分透明的放电管,该放电管至少部分涂覆有当由在放电管中所产生的激发辐射所激发就辐射UV光的荧光剂,从而使用所期望的频谱范围。

Description

稀有气体低压放电灯，制造稀有气体低压 放电灯的方法和一种气体放电灯应用
本发明涉及稀有气体低压放电灯，制造稀有气体低压放电灯的方法和各种气体放电灯应用，更具体地，涉及美容和治疗的目的。
稀有气体低压放电灯是已知的。例如，它们用作LCD显示器的背光照明。另外，在WO98/19327中公开了一种发射具有严格限制的光谱线的，用于特定治疗目的的光的氙灯。然而，该灯不适合于宽范围的应用，具体地用作日光浴的晒灯。
已知的晒灯的一端是配置有一种或两种荧光剂的汞低压气体放电灯或无荧光剂的高压汞蒸汽放电灯。两种类型的灯都主要在UV-A范围内辐射。有利的是，在有荧光剂的灯情况下，可通过荧光剂的组合来调整UV-A频谱，但是另一方面，两种灯都不利地包含高度有毒的汞，这意味着必须高度小心地来放置它们。
由这些灯所得到的光晒效果，具体的是皮肤颜色和光晒效果的持久性主要依赖于UV源的光谱功率分布，因为使皮肤变红(红斑)和直接和延迟的色斑形成都表现出对所辐射的UV光波长的强烈依赖性。因此，在几种类型的灯中添加一个附加的UV-B荧光剂以一种所希望方式来修改灯的光谱。该灯的光谱通常以系列比率来修改：UV-B/UV-A,UV-A1/UV-A2和红斑B/红斑A。它们的量通常在下列波长范围内变化：UV-A1=340-400nm,UV-A2=320-340nm，红斑B=280-320nm，红斑A=320-400nm,UV-B=280-320nm。
最近开发了一些灯，它们的荧光剂组合物是基于LaPO4:Ce(简写为LAP)和BaSi2O5(BSP)的混合物。这些灯显示了一种类似于太阳的红斑有效光谱。
虽然在日晒领域已经进行了向前的主要步骤，但仍然存在一些与汞等离子直接关联的缺点。从而，例如，汞等离子的少数频谱线位于UV范围(297,312.5，和365nm)，而少数频谱线位于可见光范围(405,435,546，和579nm)。这些可见汞光谱线的存在给这些灯一个蓝色光的形象，这是顾客所不喜欢的。在UV范围中的汞蒸汽频谱线另外干扰了通过荧光剂对UV频谱的自由调整性并在这种灯的具体参数的计算中被考虑。
一个进一步的缺点是这些灯的低可靠性。从而，例如，汞与某种荧光剂，例如BSP的相互作用导致了在灯寿命内强烈降低UV效率的UV吸收层。另外，由于这些灯的启动特性使得所希望的UV光不是即刻可用的。最后，灯的几何尺寸被限于管状，从而使得要采用相邻安排的灯的区域以获得在诸如在日晒床的更大表面区域上适合的光分布。甚至虽然几个灯被相邻地放置，仍然不能得到一个非常均匀的光分布。
因此，本发明的目的是提供一种在开头段中描述的灯和制造这种特别适合于美容和治疗目的的灯的方法，使得它可以使用一种稀有气体低压放电灯的优点来产生特定频谱范围的UV光。
该目的是通过具有其中填充有稀有气体和至少对于UV光透明的放电管的稀有气体低压放电灯，其中放电管至少部分涂覆有荧光剂，当该荧光剂被放电管所产生的激发光激发时就辐射出UV光。
这种灯的一个主要优点是在灯被点亮之后立即可以得到所期望类型的光，而而在汞蒸汽放电灯中首先是要使汞蒸发。该灯的另一个优点是它非常长的有用寿命，通常多于20,000工作小时。另外，该灯对于环境是有利的，因为它不包含任何有毒的汞。
诸如氙或氖的惟独在VUV和/或UV-C范围内辐射的稀有气体可以用于放电管中，因为具有在290-400nm范围内的宽频辐射而没有另外的在UV和/或可见光范围内的等离子辐射线的UV源是日晒目的所期望的。使用这两种气体的混合气体也是有用的。所产生的短波长可以通过一种荧光剂或几种荧光剂的混合物被转化到适合的UV-A和/或UV-B光。这样的优点是没有在可见光范围内的等离子线，使得该灯所辐射的光不会让使用者感觉不愉快。
在本发明的优选实施例中，放电管至少部分地由玻璃所制成，优选地，由一种对312.6nm波长的光具有20-70％透射率的玻璃制成。
本发明有利地使得在灯的制造中频谱功率分布只依赖于所使用的荧光剂或荧光剂混合物。我们发现当一种荧光剂或几种荧光剂的组合或混合物被用于其中基于在放电管中所产生的激发光的激发所辐射的光的1％具有低于290nm的波长，辐射光的1％到10％具有在290-320nm之间的波长，而小于5％的辐射光具有高于400nm的波长时是特别有利的。
这种辐射特性允许例如，诸如BaSi2O5:Pb(简称BSP),CeMgAl11O19(CAM),LaPO4:Ce(LAP),SrB4O7:Eu(SBU),(Sr,Ba)MgSi2O7:Pb(SMS)的荧光剂或荧光剂组合的使用。这些荧光剂具有当被VUV，特别是其中由稀有气体低压放电灯主要发射的由140-190nm的辐射激发时的高效率，而它们的发射频带主要位于UV-A和/或UV-B范围，每一频带具有相当窄的带宽，使得辐射可以集中在其中例如，日晒效率特别高的一个范围内。例如LAP的UV-B荧光剂和例如BSP的UV-A荧光剂的组合使得它可以调整灯的具体参数使得可以大致实现一个给定期望频谱。
因为由灯产生的光通常是在一个优选方向内辐射的，一个UV-光反射层，具体的是一个包含MgO和/或Al2O3的层可配置在放电管的各部分以使得在放电管中产生的高能UV光可以被引导到放电管的某一部分，在此部分中该高能UV光被转化为低能UV光，从而使得该灯具有非常高的效率和相应的高日晒功率。
根据本发明的灯有利地使得可以进行灯几何尺寸的全新设计，特别在日晒情形中，它可以是例如曲面或平面的，而类似的汞蒸汽放电灯通常只能为管状。从而可以使得放电管适合灯所辐射的表面轮廓。
另外，本发明提出了一种相应的用于制造这种灯的过程。在此，具体地，可以准备将要使用的荧光剂的悬浮液并将它放置在放电管的内壁。用于此的一个适合过程优选地是一个冲刷涂覆过程，其中一个在2-6mg/cm2范围内的涂覆重量被发现是有利的。然后，悬浮液例如，通过一个粘结剂的烘干来被固定，而放电管被密封和填充。
因此，本发明提供一个适合于此的放电管以及用于此放电管的制造方法。
这种放电灯可以在具体为用于促使皮肤着色或用于美容或治疗目的的UV-光辐射设备中发现它的应用。
更具体地，本发明的目的和优点可以由下面参照附图对根据本发明的灯的几个实施例和根据本发明的方法的几个实施例的描述变得更明了，本发明不限于所有纯粹作为例子给出的实施例：
图1为根据本发明的用于日晒目的的具有外在条形电极的管状DBD(绝缘阻塞放电(dielectric barrier discharge))灯的实施例的剖面图，
图2是一个用于日晒目的的具有外在条形电极的平面DBD灯的剖面图，
图3是一个用于日晒目的的具有外在条形电极的曲面DBD灯的剖面图，
图4是一个在标准玻璃中具有BSP荧光剂的单件DBD灯的发射频谱，
图5是一个在标准玻璃中具有BSP荧光剂的单件SBE灯的发射频谱，
图6是一个具有SMS荧光剂的氙气放电灯的发射频谱，
图7是一个具有40％LAP和60％BSP的荧光剂混合物的氙气放电灯的发射频谱。
在图1中，示出一个标识为10的，为其具有绝缘阻塞层的总体的稀有气体低压放电灯，该灯的发射最大位于UV-A范围。该灯包含一个在此实施例中为管状并填充有氙气的气密型放电管12。该放电管12在其全部内壁配置有荧光层，该层包含至少一个在UV-A范围(320-400nm)发射的荧光材料。也可以添加一个在UV-B范围(280-320nm)中发射的附加荧光剂材料以调整UV-B/UV-A比率。
两个电极16，例如为A1电极或所谓ITO电极(ITO=铟锡氧化物=SnO2:In)被配置在放电管12的外端，所述ITO电极具有透明的优点。这样配置的所谓DBD(绝缘阻塞放电)灯具有高的功率密度和可大于20,000小时的工作寿命。
当填充氙气时，该灯的等离子发射频谱覆盖了其中心位于172nm的窄发射频带，只有很少的几条低密度线在大约为828nm的红外区域内发射。现在，该灯的UV发射频谱有利地依赖于UV-A和UV-B荧光剂的选择。另外，这种灯在几个毫秒内提供一个在VUV范围(140-190nm)之外的100％的功率输出。
因为该灯类型不限于给定的，具体为，管状，它可以制造具有平面或曲面的灯，如图2和3所示。因此，这种灯类型使得它可以制造，例如，具有非常均匀的光照分布的日晒床。
图2和3分别为一个平面DBD灯20(图2)和曲面DBD灯30(图3)的剖面图。这两个灯的每一个分别各自的放电管22,32，它们填充有稀有气体并在内壁部分地，即在所期望辐射方向的区域上涂覆有荧光剂或荧光剂组合24,34，如所期望的，用于将在灯工作期间放电管产生的高能UV光转换为低能UV光。
条状电极26和36被配置在各自的放电管外端。
为了提高灯的效率，一个UV反射器28,38被配置在两个灯的每一个的与所期望辐射方向相对的放电管一端上。这种UV反射器可以几种不同方式，例如通过在放电管上提供一涂覆层，或以分离的UV反射镜方式来实现并被优化以适合于各自的应用。
一个制造这种在对于312.6nm波长的光具有35％的透射系数T312.6nm的标准玻璃中具有BSP荧光剂的单件DBD灯的例子将在下面给出。
在具有作为粘结剂的硝化纤维的醋酸丁酯中准备BSP的悬浮液。在冲刷涂覆工艺过程中，该悬浮液被放置在为1mm厚标准玻璃灯管形式的放电管内壁上，它导致了对于荧光剂层的2到6mg/cm2的典型涂覆重量而言的312.6nm波长光的35％的透射率。
粘结剂在加热周期中用500-600℃顶温来烘干。玻璃管被密封并填充氙气。氙气的气压在200-300毫巴之间。A1电极通过粘结或浸渍来配置在灯的外端。
这种灯可以在6kV和25kV的方波AC电压下工作。这种灯的发射频谱如图4所示，同时图5,6和7示出了在标准玻璃中具有SBE荧光剂的单件DBD灯(图5)，具有一个SMS荧光剂的氙气放电灯(图6)，和一个其放电管上配置有40％LAP和60％BSP荧光剂的氙气放电灯(图7)的发射频谱。制造这些灯的方法都对应于上述的方法。

Claims (14)

1．一种用于产生紫外光，更具体地，用于美容或治疗目的的稀有气体低压放电灯，该灯具有一个填充有稀有气体的放电管并且至少对于UV光是部分透明的，其特征在于，该放电管至少部分地涂覆了当被放电管中所产生的UV激发辐射激发时辐射UV光的荧光剂。
2．根据权利要求1的灯，其特征在于，在放电管中产生的激发辐射具有在VUV范围内的波长。
3．根据权利要求2或3的灯，其特征在于，该放电管填充有氙气或氖气。
4．根据权利要求1到3中任何一项的灯，其特征在于，该放电管至少部分由一种玻璃所制成，优选地，该玻璃具有对于312.6nm波长的光为20％到70％的透射率。
5．根据权利要求1到4中任何一项的灯，其特征在于，该荧光剂是以这种方式形成，使得由在放电管中所产生的激发辐射所激发的光的1％具有低于290nm的波长。
6．根据权利要求1到5中任何一项的灯，其特征在于，该荧光剂是以这种方式形成，使得由在放电管中所产生的激发辐射所激发的光的1％到10％具有在290nm到320nm之间的波长。
7．根据权利要求1到6中任何一项的灯，其特征在于，该荧光剂是以这种方式形成，使得由在放电管中所产生的激发辐射所激发的光的低于5％具有高于400nm的波长。
8．根据权利要求1到7中任意一项的灯，其特征在于，该荧光剂至少包括一种发光材料，优选地为由下列发光材料组中所选的发光材料的组合：
BaSi2O5:Pb(BSP),CeMgAl11O19(CAM),LaPO4:Ce(LAP),SrB4O7:Eu(SBU),(Sr,Ba)MgSi2O7:Pb(SMS)。
9．根据权利要求1到8中任意一项的灯，其特征在于，将一种UV-光反射层，具体地为一种包含MgO和/或Al2O3的层配置在放电管的各个部分。
10．根据权利要求1到8中任意一项的灯，其特征在于，该放电管形状不是管状。
11．根据权利要求10的灯，其特征在于，放电管三维中的二维，具体为长度和宽度，明显大于其第三维，具体为厚度。
12．根据权利要求10或11的灯，其特征在于，该放电管适合于用灯所辐射的表面轮廓。
13．一种制造一种用于产生紫外光，更具体地，用于美容或治疗目的的稀有气体低压放电灯的方法，该灯具有一个填充有稀有气体的放电管并且至少对于UV光是部分透明的，其特征在于，该放电管至少部分地涂覆了当被放电管中所产生的UV激发辐射激发时辐射UV光的荧光剂。
14．根据权利要求13的方法，其特征在于，
在具有作为粘结剂的硝化纤维的醋酸丁酯上准备所要施加的荧光剂悬浮液；
该悬浮液在一个冲刷涂覆工艺过程中被配置在放电管的内壁以使得涂覆重量在2到6mg/cm2之间；
该粘结剂在加热周期中用500-600℃顶温来烘干；
玻璃管被密封并填充具有在200-300毫巴之间的气压的氙气或氖气；
电极被配置在放电管的外端。
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