CN1823398A - 颜色可调谐的照明元件 - Google Patents

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Abstract

描述了一种颜色可调谐的照明元件，其包括一个电介质阻挡放电灯组件，其中每个电介质阻挡放电灯充有惰性气体或者惰性气体混合物，其中Xe低压准分子放电产生不可见的UV辐射，所述UV辐射通过一种或几种涂覆在灯泡内表面上的荧光体而被转换成可见光，并且其中所述几个电介质阻挡放电灯的可见光被光学装置混合并且被均匀发射。这种电介质阻挡放电灯组件可用于产生具有任意色温的白色光以及饱和有色光。

Description

颜色可调谐的照明元件
本发明涉及一种颜色调谐照明元件，包括一个包含电介质阻挡放电灯的组件，其中通过一种或几种涂覆在灯泡内表面上的荧光体将不可见的UV(紫外)辐射转换成可见光。
发出漫射平面光的照明元件现在被广泛使用。一些开发旨在增加颜色的可变性。通过使用在一个外壳内的几个有色灯，可以通过光学装置混合这些灯的光，并且通过所使用的颜色的份额，可以改变从所述照明元件发出的光的色点(colour points)。可以利用不同类型的灯来实现这种效果，但是这些灯仍然有许多缺点，而本发明能够克服这些缺点。
已知照明系统的本质缺点在于：由于可见Hg光谱的各部分的含量，有色灯无法发出饱和颜色，从而限制了可以获得的颜色范围。此外，这些灯只在一定程度内可调，而这是其使用上的一个缺点。
如果用LED来代替所述灯，则有可能获得饱和主色。然而，由于LED的发射带的较低半宽，必须使用许多不同的LED(红色，绿色，蓝色，桔黄色，蓝绿色)来再现完整的CIE颜色三角。此外，当前可用的LED的光输出(light yield)仍然较低，这意味着为了达到足够的亮度必须采用相当大数量的LED。这样做增加了基于LED的系统的成本。
然而，将电灯泡与滤色器一起使用的效率又很低，以致存在高功率损耗，同时还有相应的散热问题。
因此，需要一种具有以下特性的系统：高颜色饱和度；小型设计；完全可调光性；足够长的使用寿命；良好的效率；有竞争力的每流明价格。
当前并没有完全满足这些条件的系统。
本发明是基于：对于具有可变光颜色的照明器或光砖(light-tile)使用包含惰性气体的电介质阻挡放电灯。从而利用了惰性气体电介质阻挡放电灯的许多优点。
本发明的主题是一种颜色可调谐的照明元件，其包括一组电介质阻挡放电灯，其中每个放电灯充有惰性气体或者惰性气体混合物，其中一个Hg低压放电灯产生不可见的UV辐射，所述UV辐射通过一种或几种涂覆在灯泡内表面上的荧光体而被转换成可见光，并且其中所述几个电介质阻挡放电灯的可见光被光学装置混合并且被均匀发射。
对于根据本发明的照明元件来说，特别优选的是包含氙气和氖气的惰性气体混合物。这种照明元件几乎只发射UV光，所述UV光由荧光体转换成可见光。
如果使用纯氙气(Xe2 *准分子放电)，则发射出在172nm和150nm波长下的UV光，这意味着等离子体实际上是不可见的。氙气的混合物是有利的，因为其允许将放电灯的照明电压从2kV减小到200V，这取决于氙气的含量(彭宁效应)。这允许使用当前对于氙气放电灯在商业上可获得的电子驱动器单元。然而，氙气部分必须至少是10％，否则也发射出在580nm和700nm之间的谐振线。这样将大大降低蓝色、绿色或红色灯的颜色清晰度。而只有对这种无论如何都在光谱的红色范围内发光的灯才能够使用高氙气浓度。
取决于所使用的荧光体的性质，所述灯发射有色光，所述有色光只由荧光体的发射确定，因为Xe准分子等离子体不包含可见光。因此，通过选择适当的荧光体(见图8)，可以获得非常高的颜色饱和度。在下面的表1中列出了有效地对氙气或者氙气/氖气放电(147nm，150nm，172nm)不可见光的辐射进行转换的荧光体。
  发射颜色   荧光体   发射波长[nm]   Xe放电灯*的能量效率   Xe放电灯*的色点x，y
  蓝色   Sr2P2O7:Eu   422   5％   0.167，0.014
  (Y1-xGdx)BO3:Ce   420   5％   0.178，0.159
  (Y1-xGdx)(V1-yPy)O4   420   5％   0.164，0.143
  BaMgAl10O17:Eu   453   16％   0.148，0.069
  蓝绿色   BaMgAl10O17:Eu，Mn   453，515   12％   0.146，0.195
  绿色   BaMgAl10O17:Eu，Mn   515   11％   0.126，0.650
  BaAl12O19:Mn   518   8％   0.204，0.717
  Zn2SiO4:Mn   525   5％   0.226，0.709
  LaPO4:Ce，Tb   543   11％   0.352，0.580
  (Y1-xGdx)BO3:Tb   544   10％   0.338，0.615
  InBO3:Tb   544   5％   0.331，0.621
  黄色   (Y1-xGdx)3Al5O12:Ce   570   9％   0.451，0.532
  橙色   (Sc1-xLux)BO3:Eu   590   6％   0.608，0.384
  (In1-xGdx)BO3:Eu   590   7％   0.609，0.385
  红色   (Y，Gd)BO3:Eu   595   7％   0.638，0.354
  Y2O3:Eu   611   5％   0.650，0.349
  Y(V1-x-yPxNby)O4:Eu   622   6％   0.662，0.326
  GdMgB5O10:Ce，Mn   630   5％   0.662，0.334
  Mg4GeO5.5F:Mn   656   5％   0.700，0.287
表1：有色氙气电介质放电灯(填充压强200mbar Xe，驱动器频率：20kHz)的荧光体、能量效率以及色点。
因此，本发明的一个优选目的是一种颜色可调谐的照明元件，其包括一个包含几个发射红色、绿色或蓝色光的电介质阻挡放电灯的组件，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
2.1 红色：(Y，Gd)BO3:Eu，Y2O3:Eu，Y(V1-x-yPxNby)O4:Eu，
    GdMgB5O10:Ce，Mn，Mg4GeO5.5F:Mn
2.2 绿色:BaMgAl10O17:Eu，Mn，BaAl12O19:Mn，Zn2SiO4:Mn，
    LaPO4:Ce，Tb，(Y1-xGdx)BO3:Tb，InBO3:Tb
2.3 蓝色：Sr2P2O7:Eu，BaMgAl10O17:Eu，
    (Y1-xGdx)BO3:Ce，(Y1-xGdx)(V1-yPy)O4
另一个优选的可调谐照明元件包括这样一个组件，该组件包含几个发射蓝色或者黄色光的电介质阻挡放电灯，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
3.1 蓝色：BaMgAl10O17:Eu，(Y1-xGdx)BO3:Ce，(Y1-xGdx)(V1-yPy)O4
3.2 黄色：(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce，(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12:Ce
本发明的另一个优选目的是一种颜色可调谐的照明元件，其包括一个包含几个发射蓝绿色或者橙色光的电介质阻挡放电灯的组件，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
4.1 蓝绿色：BaMgAl10O17:Eu，Mn
4.2 橙色：(Sc1-xLux)BO3:Eu，(In1-xGdx)BO3:Eu
很明显，由于本发明的照明元件的能量效率在5％到15％之间，所以其能量效率显著高于具有有色滤光器的电灯泡。由于所述灯的放电发生在非常短的距离下，所以所述灯的设计形式非常多样。其可以具有细管的形式，也可以是具有较大表面的平面形状。这些特性使得所述在电气上多样的放电灯非常适用于颜色可调谐的照明元件。
本发明的照明元件的另一个优点在于，可以独立地改变每一个电介质阻挡放电灯的亮度，这样做允许按照需要单独调节该照明元件的发射颜色。此外，通过使用适当的光学滤波器装置，可以将所发射光的最终颜色调节成产生白色光。
下面通过附图来进一步说明本发明。
图1示出光砖的光谱，该光砖包含氙气电介质阻挡放电灯，所述放电灯具有BaMgAl10O17:Eu和(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce作为荧光体；
图2示出光砖的具有可调节色点的颜色三角，该光砖具有氙气电介质阻挡放电灯；
图3示出光砖的光谱，该光砖包含氙气电介质阻挡放电灯，所述放电灯具有BaMgAl10O17Eu、(Y，Gd)BO3:Tb和(Y，Gd)BO3:Eu作为荧光体；
图4示出光砖的具有可调节色点的颜色三角，该光砖具有氙气电介质阻挡放电灯所述放电灯涂覆有BaMgAl10O17Eu(BAM)、(Y，Gd)BO3:Tb(YGBT)或者(Y，Gd)BO3:Eu(YGBE)；
图5示出具有“通道点亮的背光(channel-lit backlight)”的光砖，该光砖包含几个丛灯(cluster)，每个丛灯包括一个发射红色、绿色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯；
图6示出具有“通道点亮的背光”的光砖，该光砖包含几个丛灯，每个丛灯包括一个发射黄色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯；
图7示出具有“侧面点亮(side-lit)的背光”的光砖，该光砖包含几个丛灯，每个丛灯包括一个发射黄色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯；
图8示出用作图6-8中的光砖内的主光源的氙气电介质阻挡放电灯的色点；以及
表2示出用在图8中的荧光体的缩写列表。
实例1
具有发射蓝色和黄色光的氙气电介质阻挡放电灯的光砖
如图6所示的空腔点亮(cavity-lit)的光砖已经配备有一个包含发射蓝色和黄色光的电介质阻挡放电灯的组件。通过传统的上冲涂覆工艺(Up-Flush-Coating-Process)，蓝色灯涂覆有BaMgAl10O17:Eu(BAM)以作为荧光体，黄色灯涂覆有(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce(YAG)以作为荧光体。这种光砖的光谱如图1所示。
这种光砖的每一盏灯可以由分开的驱动器以这样的效果控制：即可以分开调节各灯的亮度。因此，有可能调节每一个色点，所述色点位于由两个有色电介质阻挡放电灯的颜色坐标限定的线上(见图2)。
图1所示的调节的色点位于x＝0，346、y＝0，400，即色温约在5100K。在此调节下，演色性(colour rendering)处于Ra＝70。
利用该例的组件，可以通过调暗(dimming)来调谐位于图2的BAM灯和YAG灯的色点之间的所述线上的所有色点。
可以通过调暗所述氙气电介质阻挡放电灯来影响所述光砖的光色，然而，这样只能够再现那些处于由不同有色灯的主色限定的色域内的光色。
如果修改黄色灯的话，可以实现允许进行更低色温的调节的光砖。为此目的，黄色灯涂覆有包括(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce(YAG)和YVO4:Eu(YVE)或者Y(V1-x-yPxNby)O4:Eu(YVPE)的荧光体混合物。根据该混合物的比例，其色点位于由BAM和YAG/YVE或者YAG/YVPE的色点限定的线上。
实例2
具有发射红色、绿色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯的光砖
如图5所示的空腔点亮(cavity-lit)的光砖配备有一个包含发射红色、绿色和蓝色光的电介质阻挡放电灯的组件。通过传统的上冲涂覆工艺，蓝色灯涂覆有BaMgAl10O17:Eu(BAM)以作为荧光体，绿色灯涂覆有(Y，Gd)BO3:Tb(YGBT)以作为荧光体，红色灯涂覆有(Y，Gd)BO3:Eu(YGBE)以作为荧光体。
每一盏灯由分开的驱动器控制，以便可以分开调节每盏灯的亮度。这样做允许调节位于所述颜色三角内的每个色点，所述颜色三角由各个有色电介质阻挡放电灯的颜色坐标限定。
图3示出位于x＝0，325、y＝0，305处的所述光砖的色点，即色温约在5900K。在此调节下，颜色再现处于Ra＝87。利用该组件，可以通过调暗来调谐位于由图4所示的BAM灯、YGBT灯和YGBE灯所限定的三角之内的所有色点。
图4示出在对图3的描述中提到的颜色三角。
图5示出具有“通道点亮的背光”的光砖，该光砖包括一个光分配器板，该光分配器板包含几个丛灯，所述丛灯包括一个发射红色、绿色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯。该光分配器板被漫射器和解耦合板覆盖。
图6示出具有“通道点亮的背光”的光砖，该光砖包括一个光分配器板，该光分配器板中放置了几个丛灯，每个丛灯包括一个发射黄色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯。该光分配器板被漫射器和解耦合板覆盖。
图7示出具有“侧面点亮的背光”的光砖，该光砖包括一个光分配器板，该光分配器板包含丛灯，所述丛灯包括位于该先分配器板的相对侧的发射黄色和蓝色光的氙气电介质阻挡放电灯，该光分配器板被漫射器和解耦合板覆盖。
图8示出用作图6-8中的光砖内的主光源的氙气电介质阻挡放电灯的色点。

Claims (7)

1、一种颜色可调谐的照明元件，包括一个由电介质阻挡放电灯构成的组件，其中每个电介质阻挡放电灯充有惰性气体或者惰性气体混合物，其中Xe准分子放电产生不可见的UV辐射，所述UV辐射通过一种或几种涂覆在灯泡内表面上的荧光体而被转换成可见光，并且其中所述几个电介质阻挡放电灯的可见光被光学装置混合并且被均匀发射。
2、如权利要求1所述的颜色可调谐的照明元件，包括一个包含几个发射红色、绿色或蓝色光的电介质阻挡放电灯的组件，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
     2.1  红色：(Y，Gd)BO3:Eu，Y2O3:Eu，Y(V1-x-yPxNby)O4:Eu，
          GdMgB5O10:Ce，Mn，Mg4GeO5.5F:Mn
     2.2  绿色：BaMgAl10O17:Eu，Mn，BaAl12O19:Mn，Zn2SiO4:Mn，
          LaPO4:Ce，Tb，(Y1-xGdx)BO3:Tb，InBO3:Tb
     2.3  蓝色：Sr2P2O7:Eu，BaMgAl10O17:Eu，
          (Y1-xGdx)BO3:Ce，(Y1-xGdx)(V1-yPy)O4
3、如权利要求1所述的颜色可调谐的照明元件，包括一个包含几个发射蓝色或者黄色光的电介质阻挡放电灯的组件，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
    3.1  蓝色：BaMgAl10O17:Eu，(Y1-xGdx)BO3:Ce，(Y1-xGdx)(V1-yPy)O4
    3.2  黄色：(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce，(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce
4、如权利要求1所述的颜色可调谐的照明元件，包括一个包含几个发射蓝绿色或者橙色光的电介质阻挡放电灯的组件，其中所述灯配备有从下列各组中选择出来的一种或几种荧光体：
    4.1  蓝绿色：BaMgAl10O17:Eu，Mn
    4.2  橙色：(Sc1-xLux)BO3:Eu，(In1-xGdx)BO3:Eu
5、如权利要求1-4所述的颜色可调谐的照明元件，其中可以通过一个适当的电子驱动单元独立地改变每盏灯的亮度。
6、如权利要求1-5所述的颜色可调谐的照明元件，其中通过适当的滤光装置以这样一种方式改变所述各灯的亮度：所发射的光的最终得到的颜色是白色。
7、使用如权利要求1-6中的任一条所述的电介质阻挡放电灯组件来产生饱和彩色光。
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