SI26229A - Sijalka s hladno katodo, ki je notranje obložena s slojem z luminiscentnim premikom navzdol - Google Patents

Abstract

Razelektritvena sijalka s hladno katodo brez živega srebra, ki je znana kot neonska cev in uporablja pline brez živega srebra kot vir ultravijoličnih žarkov, ki vzbujajo sloj z luminescentnim premikom navzdol (LDS) za generiranje vidne svetlobe. Material z luminescentnim premikom navzdol (LDS) absorbira UV sevanje, z višjim izkoristkom kot fosforji, in ponovno emitira svetlobo z daljšo valovno dolžino, v vidnem spektru.

Description

SIJALKA S HLADNO KATODO, KI JE NOTRANJE OBLOŽENA S SLOJEM Z LUMINESCENTNIM PREMIKOM NAVZDOL

Predmet izuma

Predmet izuma je plinska razelektritvena sijalka s hladno katodo, ki uporablja žlahtne pline brez živega srebra kot vir ultravijoličnih žarkov, ki vzbujajo sloj z luminescentnim premikom navzdol (ang. luminescent down-shifting (LDS) layer) za generiranje vidne svetlobe.

Tehnični problem

Tehnični problem, ki je rešen s pričujočim izumom, je kako zagotoviti plinsko razelektritveno sijalko s hladno katodo, ki uporablja pline brez živega srebra kot vir generiranje ultravijoličnih žarkov, ki lahko nadomestijo obstoječe plinske razelektritvene sijalke s hladno katodo, kot so razelektritvene sijalke z živosrebmimi parami, na splošno znane kot neonske cevi, ki so bile prepovedane z EU Direktivo in Pravili.

Stanje tehnike

V sorodnih razelektritvenih sijalkah je znotraj steklene cevi tesno zaprt žlahtni plin, kot je helij (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr) ali ksenon (Xe) ali njihove zmesi, in določena količina živega srebra (nekaj sto miligramov), pri čemer so notranje ploskve steklene cevi obložene s fluorescentnim materialom (fosforjem). Uporaba močnega električnega polja (visoka napetost) na elektrodah - zagotovljeno na dveh koncih steklene cevi - ustvari razelektritev v živosrebrni pari in plinski mešanici. Živo srebro, kije bilo vzbujeno z razelektritvijo, ob prehodu v normalno stanje oddaja ultravijolične žarke in fluorescenčni material je vzbujen z oddanimi ultravijoličnimi žarki in oddaja vidno svetlobo.

Uporaba živega srebra v nizkotlačnih razelektritvah za oglaševanje in svetlobno uporabo je bila standardna tehnologija vrsto let. Živo srebro kot vir UV je priljubljen zaradi njegovega nizkega ionizacijskega potenciala (10,4 eV) in njegovega visokega parnega tlaka. Fosforna obloga na notranjih stenah sijalke pretvori resonančno sevanje (večinoma 253,4 nm) v vidno sevanje, ki se združi z vidnimi emisijami živega srebra pri modrem in zelenem delu spektra (404,7 nm, 435,8 nm and 546,1 nm), da ustvari želeno belo svetlobo in/ali druge barve.

S sprejetjem Uredbe Evropskega parlamenta 852/2017/EU o prepovedi izvoza in varnem skladiščenju kovinskega živega srebra - ki je v veljavi od 31. 12. 2018 - živosrebrne sijalke s hladno katodo niso dovoljene. V istem času je bila sprejeta Konvencija Minamata o živem srebru (mednarodna pogodba o zaščiti zdravja ljudi in okolja pred škodljivimi vplivi živega srebra) na konferenci v japonskem mestu, z enakimi cilji in je že v veljavi od 1. januarja 2021.

V preteklih letih so bili poskusi uporabe ksenona namesto živega srebra na ceveh, obloženih s fosforjem, kot ultravijolični vir; ksenon razelektritvene sijalke so imele nizek svetilni učinek in nagnjenost k razelektritvenemu krčenju.

Različne oblike fosforja sodijo med redke zemlje (zaradi manjše koncentracije v zemljini skorji in posledično visokih trgovalnih cen), to je skupina 17ih elementov s podobnimi značilnostmi. Obsegajo skupino lantanoidov in elementa skandij in itrij. Trgovinski spor med ZDA in Kitajsko je prišel do točke, ko so omejitve izvoza redkih zemelj postale možno sankcionimo sredstvo, zato je lahko industrija hladnih katod ogrožena in mora biti pripravljena, da ublaži motnje v dobavi ali zmanjša trgovanje z redkimi zemljami.

Fosfor je lahko nadomeščeni z nanodelci (NPs), majcenimi materiali, ki imajo velikost od 1 do 100 nm. Nanodelci so lahko klasificirani v različne razrede na osnovi njihovih lastnosti, oblik in velikosti. NPs imajo edinstvene fizikalne in kemijske lastnosti zaradi njihove velike površine in nanovelikosti. Njihove optične značilnosti naj bi bile odvisne od velikosti in ne od materiala, ki daje različne barve zaradi absorpcije vzbujenega UV sevanja.

Rešitev tehničnega problema

Zgoraj opisani tehnični problem je rešen s sijalko s hladno katodo brez živega srebra, ki lahko doseže svetlobno emisijo, ki je primerljiva z razelektritveno sijalko z živosrebmimi parami.

Sijalka s hladno katodo brez živega srebra po izumu je sijalka s hladno katodo, v kateri je prisoten vsaj plin ksenon - prednostno v odstotku, ki ne presega 10 % - in drugi žlahtni plin (to je neon) ali zmes drugih plinov in vključuje tesno zaprto stekleno cev, ki je znotraj obložena s slojem iz materiala z luminescentnim premikom navzdol (LDS) , z debelino v območju približno od 10 do 50 pm . Polnilni tlak plinske mešanice naj ne presega približno 6.600 Pa.

NPs kot komponenta sloja z luminescentnim premikom navzdol (LDS) se lahko uporabi samostojno ali kot dodatek standardnim fosforjem ali drugim kemijskim optičnim inertnim sestavinam; boljši rezultati se lahko dosežejo z oblogo, ki je izdelana iz čistega NPs sloja, dandanes se kot dober kompromis med pogoji svetlobne učinkovitosti in stroški surovin priporoča zmes obeh komponent. Ko se bodo NPs proizvajali v velikem obsegu, bo polna NPs obloga ekonomično dosegljiva industriji hladne katode.

Sloj z luminescentnim premikom navzdol (LDS) absorbira protone, običajno v območju 200-500 nm, in jih ponovno emitira pri daljši valovni dolžini, v vidnem spektru. Učinkovitost energijske pretvorbe NPs je na splošno višja v primerjavi s tradicionalnim fosforjem, ki temelji na redkih zemljah, zagotavlja se boljša energijska učinkovitost kot v primeru živosrebrne razelektritvene sijalke iz stanja tehnike.

V opisuje razložen primer, v katerem se uporablja zmes plina ksenona in plina neona kot razelektritve™ plin, vendar plin, ki se meša s plinom ksenon, ni omejen na plin neon, kot želeni plin se lahko izbere tudi helij (He), argon (Ar), kripton (Kr) ali mešanica teh ali drugih plinov. V predstavljenem primeru se visoka napetost lahko doseže bodisi z visoko frekvenco (to je 20 kHz ali več) kot tudi s 50/60 cikli, pri čemer se uporabijo standardni neonski napajalniki.

Zgoraj navedeni predmet izuma, značilnosti in prednosti bodo v nadaljevanju podrobneje opisani z izvedbenim primerom in skico, ki prikazuje

Sl. 1 shematski prerez, ki prikazuje izvedbeni primer sijalke s hladno katodo

V nadaljevanju bo podrobneje opisana standardna sijalka s hladno katodo sklicujoč se na sl. 1, kjer shematski prerez prikazuje značilne komponente: sijalka s hladno katodo je izdelana iz tesno zaprte steklene cevi 1 z dvema elektrodama 2, 2‘, ki sta razporejeni na vsakem koncu cevi.

Notranja ploskev steklene cevi 1 je obložena s slojem 3 iz materiala z luminescentnim premikom navzdol (LDS) z debelino v območju približno od 10 do 50 pm. Tak sloj 3 z luminescentnim premikom navzdol (LDS) se lahko uporablja samostojno ali poleg standardnih fosfornih ali drugih inertnih sestavin.

Polnilni tlak plinske mešanice naj ne presega približno 6.600 Pa.

Čeprav je kot izvedbeni primer opisana sijalka s hladno katodo z notranjo elektrodo, se izum nanaša tudi na sijalko s hladno katodo z zunanjo elektrodo, običajno znano kot EEFL (fluorescentna sijalka z zunanjo elektrodo). Sijalka s hladno katodo je lahko kakršne koli oblike, to je linearne, ukrivljene, okrogle itd.

Čeprav je bil prednostni izvedbeni primer izuma opisan z uporabo specifičnih izrazov, je ta opis namenjen zgolj za ilustrativni namen in se razume, da so mogoče spremembe in variacije, ki ne zaobidejo značilnosti izuma, kot so definirane v priloženih patentnih zahtevkih. Podobno, polnilni tlak plinske zmesi ne vpliva na bistvo izuma, kot je opredeljen v patentnih zahtevkih.

Claims (6)

1. Patentni zahtevki

   1. Sijalka s hladno katodo brez živega srebra, v kateri sta elektrodi razporejeni na dveh koncih steklene cevi (1), v kateri se nahaja čisti ksenon ali ksenon in drugi plin ali drugi plini, značilna po tem, daje notranja ploskev obložena s slojem (3) iz materialov z luminescentnim premikom navzdol (LDS).
2. 2. Sijalka s hladno katodo brez živega srebra po zahtevku 1, pri čemer materiali z luminescentnim premikom navzdol (LDS) obsegajo nanodelce (NPs). ki imajo velikost v območju od 1 do 100 nm.
3. 3. Sijalka s hladno katodo po zahtevku 2, pri čemer materiali z luminescentnim premikom navzdol (LDS) obsegajo zmes nanodelcev (NPs) in običajni fosfor v kateremkoli odstotku.
4. 4. Sijalka s hladno katodo po zahtevku 3, pri čemer materiali z luminescentnim premikom navzdol (LDS) vključujejo kemične dodatke.
5. 5. Sijalka s hladno katodo po zahtevku 4, pri čemer so materiali z luminescentnim premikom navzdol (LDS) tesno zaprti v stekleni cevi (1), kije napolnjena s čistim ksenonom ali ksenonom in drugim plinom ali drugimi plini.
6. 6. Sijalka s hladno katodo po zahtevku 5, pri čemer je tesno zaprta steklena cev (1) opremljena z vsaj dvema elektrodama (2, 2‘) na obeh koncih.