CN1327257A - 包含磷光体层的气体放电灯 - Google Patents

Abstract

介电阻抗放电的气体放电灯,该灯具有充气的放电容器,该放电容器包括至少一个由介电材料制的壁和至少一个具有表面的壁,该表面对可见的辐射至少是部分透明的,而且该表面用磷光体层涂敷,所述的磷光体层包括由磷光体粉末制成的磷光体制剂和涂层,该涂层包括选自元素镁、钙、钡、铝、钪、钇和镧的氟化物和正磷酸盐的化合物,所述的气体放电灯,还具有介电阻抗放电的电极构件以及点燃和维持介电阻抗放电的装置。

Description

包含磷光体层的气体放电灯

本发明涉及介电阻抗放电的气体放电灯，所述的气体放电灯具有充气的放电容器，所述的放电容器包括至少一个由介电材料制的壁，和至少一个具有表面的壁，所述的表面对可见的辐射至少是部分透明的，而且所述的表面用磷光体层涂敷，所述的气体放电灯，还具有介电阻抗放电的电极构件，以及点燃和维持介电阻抗放电的装置。

介电阻抗放电的气体放电灯，特别适合办公室的自动化装置使用，例如彩色复印机和彩色扫描仪，也特别适合信号装置使用，例如机动车辆的刹车灯和方向指示灯，也特别适合辅助照明装置使用，例如机动车辆的礼貌照明(courtesy lighting)，以及特别适合陈列品的背景照明和显示屏使用，例如液晶显示器。

所述的这些应用，要求在整个灯的长度和高度上亮度均匀。为了增加亮度，必须提高输入该系统的功率。然而，这会造成将较大的负载施加在特别是磷光体层中的磷光体上。随着输入功率的增加，在使用过程中，磷光体会更快地降解，发光效率也会更快地降低。

在德国专利19727607A1中已经公开一种荧光屏，特别是等离子体显示屏，它包括一种由铝酸盐磷光体制成的磷光体制剂，它具有一层包括一种或多种链接的金属多磷酸盐涂层，其中的金属选自碱土金属、锌、镉或锰，它们能保护磷光体以防退化。

本发明的目的是提供一种介电阻抗放电的气体放电灯，这种放电照明器在高功率下也能长期可靠地照明。

按照本发明，这一目的是通过介电阻抗放电的气体放电灯实现的，所述的气体放电灯，具有充气的放电容器，所述的放电容器，包括至少一个由介电材料制的壁和至少一个具有表面的壁，所述的表面对可见的辐射至少是部分透明的，而且所述的表面用磷光体层涂敷，所述的磷光体层包括由磷光体粉末制成的磷光体制剂和涂层，所述的涂层包括选自元素镁、钙、钡、铝、钪、钇和镧的氟化物和正磷酸盐的化合物，所述的气体放电灯还具有介电阻抗放电的电极构件，以及点燃和维持介电阻抗放电的装置。

在这种介电阻抗放电的气体放电灯中，减轻或完全抑制了磷光体在VUV或UV-C辐射作用下的降解作用。

上述的氟化物和正磷酸盐，在磷光体颗粒上形成一种硬的、不溶于水的涂层，它们不与磷光体反应，甚至暴露在辐射下也不会引起这些氟化物和正磷酸盐的分解。由于它们是无色的，所以它们不影响磷光体的颜色。它们是亲水的，所以经涂敷的磷光体颗粒易于分散。

业已发现，气体放电与用磷光体层涂敷的壁偶合得非常好。

在本发明的范围内，优选按磷光体计的涂敷量为0.1-10％(重量)。

特别优选磷光体为BaMgAl₁₀O₁₇：Eu。

与现有技术相比，当磷光体为BaMgAl₁₀O₁₇：Eu时，取得了特别有利的效果，涂层包括选自元素镁、钡、和铝的氟化物和正磷酸盐的化合物。涂层完全、均匀地包覆在BaMgAl₁₀O₁₇：Eu粉末的表面上，所述涂层的附着是极好的。

从下面所述的实施方案可明显地看出本发明的这些和其它方面，并利用这些实施方案来说明本发明。

按照本发明的介电阻抗放电的气体放电灯包括一个包含所充气体的放电容器，所述的放电容器，包括至少一个由介电材料制的壁和至少一个具有表面的壁，所述的表面对可见的辐射至少是部分透明的，而且所述的表面用磷光体层涂敷，所述的磷光体层包括具有涂层的由磷光体粉末制成的磷光体组合物，所述的涂层包括选自元素镁、钙、钡、铝、钪、钇和镧的氟化物和正磷酸盐的化合物。此外，气体放电灯还具有介电阻抗放电的电极构件，以及点燃和维持所述介电阻抗放电的装置。

气体放电灯的典型结构包括圆柱形的、充氙的玻璃灯泡，其外壁具有一对条状的电极，所述电极的配置，使其互相电绝缘。这对条形电极在整个灯泡的长度内延伸，它们长的侧面互相对着，同时留下二条间隙是透明的。这对电极与高压电源的引线相连，高压电源在约20-500kHz的交变电压下运行，按着这种方式，放电只在灯泡的内表面范围发生。

如果对电极施加交流电压，则会在所充的含氙气体中点燃电晕放电。这引起在氙气中生成激发物，即由被激发的氙原子和基态的氙原子组成的分子。

激发能是以波长λ＝170-190nm的UV辐射形式释放的。这种电子能量向UV辐射的转换是非常有效的。磷光体层中的磷光体吸收所生成的UV光子，在波长较长的光谱区域内又获得一部分激发能。

对于放电容器，原则上可以采用许多不同的结构形状，例如板状的、简单管、同轴管、直的、U-形的、环状弯曲的或蛇形圆柱的，或不同形状的放电管。

当使用石英或玻璃之类的材料作为放电容器的材料时，放电容器对VUV和UV-C辐射是透明的。

电极由金属，例如铝或银、金属合金组成，或由透明的、导电的无机化合物组成，例如ITO。具体而言，电极可以是涂层、附着的箔、金属线或金属线网。

为了将光的照度集中在一个指定的方向上，放电容器的一部分，可具有用作VUV和UV-C光反射器的涂层。

放电容器充满包含惰性气体如氙、氪、氖或氦的气体混合物。主要包含不合氧的氙气的气体填充物是优选的。

气体放电容器内壁的一部分或全部，涂敷以包含一种或多种磷光体或磷光体制剂的磷光体层。而且，磷光体层可以包含有机或无机的粘合剂或粘合剂组合物。

至于磷光体，优选采用VUV磷光体，VUV磷光体一般包括无机含氧材料如用百分之几活化剂掺杂的氧化物、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐或硅酸盐的主晶格。按照本发明，具有稳定涂层的铝酸盐磷光体是基于MeMgAl₁₀O₁₇的最重要的磷光体，式中Me＝Ba、Sr、Eu，它们具有β-氧化铝型晶体结构，例如BaAl₁₀O₁₇：Eu(BAM)、Ba(MgAl)₁₀O₁₇：Mn和BaAl₁₂O₁₉：Mn，以及具有相似晶体结构的磷光体，例如BaMgAl₁₆O₂₇：Eu和BaMgAl₁₄O₂₃：Eu。此外，也可以使用具有磁铅石结构MeAl₁₂O₁₉或Ba(Mg，Al)₁₁O₁₉：Eu结构的铝酸盐磷光体，式中Me＝Ca、Sr、Eu。这些铝酸盐磷光体在被UV或真空-UV辐射激活时是特别有效的。

特别优选的磷光体是发红光的(Y，Gd)BO₃：Eu，发绿光的ZnSiO₄：Mn和发蓝光的BaMgAl₁₀O₁₇：Eu。

所述磷光体的吸收系数特别高，而且对氙辐射范围波长的量子产量高。主晶格不参加发光过程，但它却影响活化剂离子能级的准确位置，并从而影响吸收和发射的波长。

磷光体颗粒的粒度是不重要的，一般使用细粒粉末的磷光体，粒度分布为1-20μm。

这些磷光体粉末以选自元素镁、钙、钡、铝、钪、钇和镧的氟化物和正磷酸盐的一种或多种化合物涂敷均匀薄层。

层的厚度一般为0.001-0.2μm，由于如此之薄，所以能被UV辐射穿透，而不会损失大量的能量。特别是MgF₂，还具有特征的低折射率n＝1.3。

例如，采用从气相中沉积或采用湿法涂敷，可在磷光体颗粒上施加这些材料的涂层。

优选采用沉淀作为湿法涂敷磷光体颗粒的方法。沉淀方法是基于水溶性氟化物或正磷酸盐，在磷光体粉末存在下与镁、钙、钡、铝、钪、钇或镧的水溶性化合物发生有控制的缓慢的反应。这些化合物在反应溶液中的浓度缓慢地增加，直至达到沉淀点为止。浓度的进一步增加使元素镁、钙、钡、铝、钪、钇或镧的氟化物和正磷酸盐在磷光体颗粒上沉淀，磷光体颗粒起晶核的作用。

镁、钙、钡、铝、钪、钇或镧的水溶性起始化合物是碳酸盐或硝酸盐。对水溶性的正磷酸盐和氟化物，特别适合采用钠的化合物。

为了制备反应溶液，把一种或多种水溶性的正磷酸盐和氟化物溶解在水中，即可以分别溶解，也可以同时溶解。正磷酸盐或氟化物在水溶液中的浓度为0.5-10％(重量)，视阳离子而定。

通常采用水作溶剂。有机溶剂例如乙醇、甲醇、丙酮等的含量为20-90％(重量)，要求有专门的安全措施，然而，有机溶剂会改善正磷酸盐和氟化物的沉积。

待涂敷的磷光体在这种溶液中分散10-30分钟。此外，用水制备水溶性的镁盐、钙盐、锶盐、钡盐、铝盐、钪盐、钇盐、或镧盐溶液，其浓度为1-15％(重量)。

将这种溶液加入磷光体悬浮液中，连续地监测pH值。所述的pH值必须保持在中性至碱性范围内，优选保持在9.5-11.5，如有必要，通过计量加入氢氧化钠溶液或氨。将悬浮液搅拌1-5小时，以便不可逆转地老化该涂层。

然后，把磷光体制剂与过量的涂敷液分离，用醇/水之类的洗涤液洗涤，在温度100-150℃下干燥。采用这种方法制备的涂层在机械上和化学上是非常耐久的，涂层牢固地附着在基质上。

通过ESCA测定，可以确认涂层是否完全包覆了磷光体颗粒，虽然在本发明的范围内，并不需要通过涂敷将磷光体颗粒绝对密地包封起来。

涂层是亲水的，并能与一般的涂层兼容，所以它适合用作另一些涂层的底层，随后可以施加另一些涂层，以改善粉末的性质或磷光体的颜色。

涂层本身不会发生降解。总之，能将磷光体的使用寿命总共提高到5-10倍，这可由ALT实验确定。

为了在放电容器的壁上制造磷光体层，除了采用湿法涂敷，例如浸渍涂敷、或喷雾以外，还可以采用干法涂敷，例如静电沉积或采用静电协助施粉。在湿法涂敷的情况下，必须将磷光体制剂分散在水、有机溶剂中，如果需要，要和分散剂、表面活性剂、消泡剂、或粘合剂一起分散。能耐操作温度250℃而不分解、脆裂或脱色的有机或无机粘合剂，适合用作按照本发明的气体放电灯的粘合剂制剂。

例如，采用流动涂敷方法，可将磷光体制剂施加到放电容器的壁上。用于流动涂敷方法的涂敷悬浮液包含水或有机化合物，例如乙酸丁酯作为溶剂。加入辅助试剂例如稳定剂、稀释剂、纤维素衍生物来稳定悬浮液，并影响其流变学性质。以薄层的形式将磷光体悬浮液施加到容器壁上，然后干燥，在600℃下灼烧。

另外，对于放电容器内部的磷光体层，优选采用静电沉积磷光体制剂。

磷光体层的厚度一般为5-100μm。

然后抽空容器，除去所有的气体杂质，特别是氧。接着将容器充满氙气并密封。

实施例1

将100g BaMgAl₁₀O₁₇：Eu分散在1升水中，湿磨处理8小时，将磷光体颗粒解聚。将21g Mg(NO₃)₂×6H₂O溶解在200ml水中，在连续搅拌下，以滴加方式，将其加入解聚的磷光体悬浮液中。保持悬浮液的pH值为6.5-7.5。在滴加NaF溶液以后，再将悬浮液搅拌1小时，将pH值提高到8.5。再搅拌30分钟后，将经涂敷的磷光体过滤出来，用蒸馏水多次洗涤。接着，经涂敷的磷光体在120℃下干燥4小时。结果，获得用5％(重量)MgF₂涂敷的BaMgAl₁₀O₁₇：Eu。

实施例2

将100g BaMgAl₁₀O₁₇：Eu分散在1升水中，湿磨处理8小时，将磷光体颗粒解聚。将10g Na₃PO₄×12H₂O溶解在200ml水中，在连续搅拌下，以滴加方式，将其加入解聚的磷光体悬浮液中。将悬浮液的pH值保持在8.0-9.0。在滴加磷酸钠溶液后，再将悬浮液搅拌1小时，将pH值提高到9.5。再搅拌30分钟后，将经涂敷的磷光体过滤出来，用蒸馏水多次洗涤。然后将经涂敷的磷光体在120℃下干燥4小时，接着在500℃下在N₂气氛中处理2小时。结果，获得用5％(重量)Ba₃(PO₄)₂涂敷的BaMgAl₁₀O₁₇：Eu。

Claims (4)

1.一种用于介电阻抗放电的气体放电灯，所述的气体放电灯具有充气的放电容器，所述的放电容器包括至少一个由介电材料制成的壁和至少一个具有表面的壁，所述的表面对可见的辐射至少是部分透明的，而且所述的表面用磷光体层涂敷，所述的磷光体层包括由磷光体粉末制成的磷光体制剂和涂层，所述的涂层包括选自元素镁、钙、钡、铝、钪、钇和镧的氟化物和正磷酸盐的化合物，所述的气体放电灯还具有介电阻抗放电的电极构件，以及点燃和维持介电阻抗放电的装置。

2.权利要求1的气体放电灯，其特征在于，涂层施加量按磷光体计为0.1-10％(重量)。

3.权利要求1的气体放电灯，其特征在于，磷光体为BaMgAl₁₀O₁₇：Eu。

4.权利要求1的气体放电灯，其特征在于，磷光体为BaMgAl₁₀O₁₇：Eu，涂层包含选自元素镁、钡和铝的氟化物和正磷酸盐的化合物。