CN1395742A - 具有荧光物质层的气体放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于介质阻碍放电的气体放电灯，所述气体放电灯设置了填充有气体填充物的放电容器，所述放电容器至少包括介质材料的壁，所述壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面，荧光物质层包括具有主晶格、作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺，气体放电灯设置了用于介质阻碍放电的电极结构，可以用来激发并维持介质阻碍放电的装置。本发明还涉及一种具有主晶格、作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺。

Description

具有荧光物质层的气体放电灯

本发明涉及一种用于介质阻碍放电的气体放电灯，该气体放电灯设置了填充有气体填充物的放电容器，该放电容器至少包括介质材料的壁，并且所述壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面的壁，气体放电灯设置了用于介质阻碍放电的电极结构和用来激发并维持介质阻碍放电的装置。

用于介质阻碍放电的气体放电灯尤其在办公自动化设备(例如彩色复印机和彩色扫描仪)、信号设备(例如汽车中的刹车灯和方向指示器灯)和辅助照明设备(例如汽车的门控车室照明灯)等上使用，还特别适用于显示器和显示屏(例如液晶显示器)的背景照明。

所述用途要求灯的亮度在整个灯长度方向上均匀并且亮度高。为了增加亮度，需要增加耦合到系统中的功率。但是，除了其它缺点外，这还导致施加在荧光物质层的荧光物质上的负荷较高。在耦合的功率增加的工作过程中荧光物质迅速降解，照明输出也更迅速地下降。

在特定的用于介质阻碍放电的气体放电灯中，具有包含Eu²⁺作为激活剂的荧光物质，这种气体放电灯不受所述荧光物质降解的影响。在“Ullmans Enzyklopdie der technischen Chemie”，16，195(1978)，Eeinheim中披露了包含Eu²⁺作为激活剂的荧光物质。

因此，本发明的目的是提供一种用于介质阻碍放电的气体放电灯，该气体放电灯设置了填充有气体填充物的放电容器，放电容器至少包括介质材料的壁，且该壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面，荧光物质层具有包含Eu²⁺作为激活剂的荧光物质，气体放电灯还设置了用于介质阻碍放电的电极结构，以及用来激发并维持介质阻碍放电的装置，在该气体放电灯中荧光物质降解被减小了。

根据本发明，本发明的目的可以通过用于介质阻碍放电的气体放电灯实现，该气体放电灯设置了填充有气体填充物的放电容器，放电容器至少包括介质材料的壁且所述壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面，所述荧光物质层包含具有主晶格、作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺，气体放电灯设有用于介质阻碍放电的电极结构，以及可以用来激发并维持介质阻碍放电的装置。

在具有荧光物质层的气体放电灯中，荧光物质层包含具有作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D是从Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺中选出的，荧光物质降解被减小并且灯的变色点保持不变。

本发明是基于下列认识，在用于介质阻碍放电的气体放电灯中，具有Eu²⁺作为激活剂的荧光物质的降解是由于所述Eu²⁺的光氧化作用，它是由来自气体放电灯的具有100至200nm波长范围的VUV辐射造成的，然而通过利用具有200至400nm的较长波长范围的光进行激发并不会导致任何能观察到的效率降低。业已发现，通过在荧光物质中添加另外的掺杂剂(例如Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺，所述掺杂剂本身是可光氧化的)，Eu²⁺离子的光氧化作用可以消除。

根据本发明的一个优选实施例，主晶格由无机材料组成，无机材料选自氧化物、硫化物、卤化物、铝酸盐、镓酸盐、硫代镓酸盐、磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐。

荧光物质特别优选自BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Mn，D；(Sr，Ba)MgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₆O₂₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₄O₂₃：Eu²⁺，D；CaAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D；SrAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D；SrAl₂O₄：Eu²⁺，D；(Ca，Sr，Ba)₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺，D；Sr₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺，D；Ba₃MgSi₂O₈：Eu²⁺，D；BaF(Cl，Br)：Eu²⁺，D和SrGa₂S₄：Eu²⁺，D。

在本发明的范围内，荧光物质层优选地包含BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；Zn₂SiO₄：Mn和(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺。

荧光物质层也可以优选地包含BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；(Y，Gd)BO₃：Tb³⁺和(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺。

本发明还涉及一种具有主晶格、作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺。这种荧光物质的优点在于还可以用于彩色等离子体显示屏的荧光物质层。

下面将结合两个实施例对本发明的上述及其他方面进行详细说明。

根据本发明的用于介质阻碍放电的气体放电灯包括放电容器，所述放电容器填充有气体填充物，所述放电容器至少包括介质材料的壁，并且所述壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面。所述荧光物质层包括含有无机晶体主晶格的荧光物质配制品，所述荧光物质的发光度是利用Eu²⁺掺杂剂将其进行激活获得的。另外，气体放电灯设有用于介质阻碍放电的电极结构，和可以用来激发并维持介质阻碍放电的装置。

气体放电灯的典型结构包括圆柱形并填充氙气的玻璃灯泡，灯泡的外壁设置了一对条状的电极，它们被布置成彼此绝缘。条状电极在灯泡的整个长度上延伸，以使它们的长侧彼此相对，同时留下两个透明的间隙。电极连接至高压电源的极，高压电源在20kHz至500kHz量级的交变电压下工作，使得放电只在灯泡内表面区域内发生。

如果施加在电极上的是交流电压，在包含氙气的填充气体中就会激发电晕放电。这会导致在氙气中形成激发物，即由被激发氙原子和基态氙原子构成的分子。

Xe+Xe^*＝Xe₂ ^*

激发能量以具有波长λ＝160到190nm的UV辐射释放出去。电子能量向UV辐射的转换具有很高的效率。产生出来的UV光子被荧光物质层的荧光物质吸收，并且激发能量在具有较长波长的光谱区域再次部分释放出来。

放电容器原则上可以采用各种不同的构形，例如平板形、单管形、同轴管形、直线形、U形、环绕弯曲形或者盘绕圆柱形，或者不同形状的放电管。

放电容器的材料由石英或玻璃制成。

例如电极可以由金属(例如铝或银)、金属合金或透明、导电的无机化合物(例如ITO)组成。它们可以制成涂层、粘合薄片、金属线或金属丝网。

为了使光强度集中在特定方向上，放电容器的一部分可以设置涂层作为VUV和UV-C光的反射器。

放电容器用含有惰性气体的混合气体进行填充，惰性气体可以是氙气、氪气、氖气或氦气。主要包含无氧气的氙气的填充气体比较优选。

放电容器的内表面部分或全部涂覆了荧光物质层，荧光物质层包含一种或多种荧光物质配制品。另外，荧光物质层可以包含有机或无机粘合剂或者粘合剂成分。

所使用的荧光物质由在主晶格中包含Eu²⁺离子作为激活剂的荧光物质制成。主晶格可以由无机材料组成，例如氧化物、硫化物、卤化物、铝酸盐、镓酸盐、硫代镓酸盐、磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐，所述无机材料掺杂有少量激活剂。

根据本发明采用的荧光物质首先是：MeMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D，其中Me＝具有β-氧化铝-晶体结构的Ba或Sr，例如BaAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D，也可以是具有类似晶体结构的荧光物质，例如BaMgAl₁₆O₂₇：Eu²⁺，D和BaMgAl₁₄O₂₃：Eu²⁺，D。此外，荧光物质还可以由具有磁铅石结构的铝酸盐荧光物质MeAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D制成，其中Me选自Ca、Sr和Ba，例如BaAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D。这些铝酸盐荧光物质在受到真空-UV辐射激发时效率特别高。

特别可取的荧光物质还包括发绿光的铝酸锶SrAl₂O₄：Eu²⁺，D；氯磷酸锶Sr₅(PO₄)₅Cl：Eu²⁺，D；钡镁硅酸盐Ba₃MgSi₂O₈：Eu²⁺，D；钡卤化物BaF(Cl，Br)：Eu²⁺，D和锶硫代镓酸盐SrGa₂S₄：Eu²⁺，D。

受Eu²⁺活化并掺杂了Co激活剂的荧光物质最好包含0.1至30摩尔百分比的Eu²⁺和0.01至5摩尔百分比的三价Co激活剂，Co激活剂选自铈、镨和铽。

在荧光物质制造过程中，如果氧化物选自CeO₂、Pr₆O₁₁和Tb₄O₇，包含Eu²⁺作为激活剂的荧光物质可以很容易地掺杂三价Co激活剂，如铈、镨和铽。

对于在氙气辐射范围内的波长，所述荧光物质的吸收率特别高，并且量子产额非常高。主晶格并不参加发光过程，而是影响激活剂离子的能量级别的准确位置，并因此影响吸收和发射的波长。作为在不同主晶格中的激活剂，Eu²⁺离子通常在部分延伸至蓝光区的紫外区中表现出很宽的吸收光谱带。发射光谱带从长紫外区延伸至黄光-橙光区，但是它们主要是在蓝光区延伸。荧光物质的消电离作用在大约略高于100℃的温度下发生。

荧光物质微粒的颗粒尺寸并无严格要求。通常所用的荧光物质是精细粉末，颗粒尺寸分布在1到20μm之间。

为了在放电容器壁上制造荧光物质层，可以采用干式涂覆法，例如静电淀积或者静电辅助粉末涂覆，也可以采用湿式涂覆法，例如浸渍涂布或者喷涂。

在采用湿式涂覆法的情况下，荧光物质配制品必须分散至水、有机溶剂(如果需要与分散剂、表面活化剂和抗起泡剂结合使用)或粘合剂配制品中。能够经受250℃的加工温度而不会发生分解、脆化或变色的有机或无机粘合剂适于用作根据本发明的气体放电灯的粘合剂配制品。

例如，荧光物质配制品可以通过流涂加工涂覆在放电容器壁上。用于流涂加工的涂覆悬浮液包括水或有机化合物例如乙酸丁酯作为溶剂。通过添加辅助药剂使悬浮液稳定下来并影响到其流变学特性，例如可以加入稳定剂、稀释剂、纤维素衍生物。荧光物质悬浮液以薄层的形式应用到放电容器壁上，随后在600℃的温度下加热并烘干。

也可以优选地把用于荧光物质层的荧光物质配制品静电淀积在放电容器内部。

对于应该发射白光的用于介质阻碍放电的气体放电灯，最好把BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Mn，D和(Ca，Sr，Ba)₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺，D中的发绿光的荧光物质与(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺和Y(V，P)O₄：Eu³⁺中的发红光的荧光物质以及(Y，Gd)BO₃：Tb³⁺和Zn₂SiO₄：Mn中的发绿光的荧光物质结合使用。

荧光物质层的厚度通常在5至100μm范围之内。

放电容器要排空以去除所有气体杂质，特别是氧气。随后，放电容器被填充氙气并进行密封。

例1

长度为590nm、直径为10nm、壁厚为0.8nm的圆柱形玻璃放电容器被填充有压强为200hPa的氙气。放电容器包括平行于轴线延伸的直径为2.2mm贵金属杆状内电极。放电容器的外表面设置了外电极，外电极是每个宽为2mm的两个导电性银条，银条被设置为与轴线平行并连导电地接至电源。灯使利用脉冲调制的交流电压运转。放电容器的内壁涂覆有荧光物质层。所述荧光物质层包含具有下列成分的三光带荧光物质混合物：BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Pr³⁺作为蓝色成分；Y₂O₃：Eu作为红色成分并以Y₂SiO₅：Tb作为绿色成分。

为了制造所述BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Pr³⁺，将69.3克(0.350摩尔)BaCO₃、7.0克(0.03摩尔)Eu₂O₃、4.0克(4.0摩尔)Pr₆O₁₁、11.2克(0.278摩尔)MgO、204克(2.0摩尔)Al₂O₃和7.4克(0.119摩尔)MgF₂在玛瑙研钵中彻底混合并研磨。所述混合物在具有1％氢气的氮气还原气中以1300℃烧结2小时。烧结后的粉末再次研磨并筛分，以获得尺寸d＜36μm的微粒。

按照这种方式可以获得初始为371m/W的光输出。使用1000个小时后，光输出大约是341m/W。用于VUV光的量子产额大约是70％。

例2

长度为590nm、直径为10nm、壁厚为0.8nm的圆柱形玻璃放电容器被填充有压强为200hPa的氙气。放电容器包含平行于轴线延伸的内电极，内电极采用直径为2.2mm的贵金属杆的形式。放电容器的外表面设有外电极，外电极是每个宽度为2mm的两个导电银条，银条被设置成与轴线平行并导电地连接至电源。灯使利用脉冲调制的交流电压运转。

放电容器的内壁涂覆有荧光物质层。所述荧光物质层包括具有下列成分的三光带荧光物质混合物：BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Ce³⁺作为蓝色成分；(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺作为红色成分并以Zn₂SiO₄：Mn作为绿色成分。

为了制造所述BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Ce³⁺，将69.3克(0.350摩尔)BaCO₃、7.0克(0.03摩尔)Eu₂O₃、4.1克(24.0毫摩尔)CeO₂、11.2克(0.278摩尔)MgO、204克(2.0摩尔)Al₂O₃和7.4克(0.119摩尔)MgF₂在玛瑙研钵中彻底混合并研磨。所述混合物在具有1％氢气的氮气还原气中以1300℃烧结2小时。烧结后的粉末再次研磨并筛分，以获得尺寸d＜36μm的微粒。

按照这种方式可以获得初始为371m/W的光输出。使用1000个小时后，光输出大约是341m/W。用于VUV的量子产额大约是70％。

Claims (6)

1.一种用于介质阻碍放电的气体放电灯，所述气体放电灯设置了填充有气体填充物的放电容器，所述放电容器至少包括介质材料的壁，所述壁具有对于可见光辐射至少部分透明并涂覆有荧光物质层的表面，所述荧光物质层包含具有主晶格、作为激活剂Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺，气体放电灯设置了用于介质阻碍放电的电极结构和可以用来激发并维持介质阻碍放电的装置。

2.根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述主晶格由选自氧化物、硫化物、卤化物、铝酸盐、镓酸盐、硫代镓酸盐、磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐的无机材料组成的。

3.根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述荧光物质选自BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，Mn，D；(Sr，Ba)MgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₆O₂₇：Eu²⁺，D；BaMgAl₁₄O₂₃：Eu²⁺，D；CaAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D；SrAl₁₂O₁₉：Eu²⁺，D；SrAl₂O₄：Eu²⁺，D；(Ca，Sr，Ba)₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺，D；Sr₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺，D；Ba₃MgSi₂O₈：Eu²⁺，D；BaF(Cl，Br)：Eu²⁺，D和SrGa₂S₄：Eu²⁺，D。

4.根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述荧光物质层包括BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；Zn₂SiO₄：Mn²⁺和(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺。

5.根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述荧光物质层包括BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，D；(Y，Gd)BO₃：Tb³⁺和(Y，Gd)BO₃：Eu³⁺。

6.一种包括主晶格、作为激活剂的Eu²⁺和掺杂D的荧光物质，掺杂D选自Ce³⁺、Pr³⁺和Tb³⁺。