TW200952034A - Low-pressure gas-discharge lamp for influencing the endogenous melatonin balance - Google Patents

Low-pressure gas-discharge lamp for influencing the endogenous melatonin balance Download PDF

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Gundula Roth
Juergen Meltke
Hans-Juergen Walther
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Litec Lll Gmbh
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Description

200952034 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用以影響内源性铋$ 摩性褪黑激素平衡之低壓氣體 放電燈，其較佳適於生物/醫藥應用。該目的係借助本發 明之光源控制褪黑激素分泌而較地影響生物晝夜節律。 【先前技術】 自醫學可知’幾乎所有人㈣料受生物相功能之支 配，。該等功能之-係晝夜節律仙功能，其影響槐黑激素 分泌。n激素係自血清素產生且由松果腺（松果體間腦 的一部分）中之松果腺細胞分泌之睡眠激素且其控制人體 晝/夜節律。在化學方面，其係具有色胺結構之生物驗。 Morita、Tekeshi 及 Tokura : The influence 〇f 祕⑽加 w—ths of light on hu_ r—s (a—
Human Sci，17 (3): 91-96, 1998)闡述光品質與人類生物節 律間之關係。已確定，體核溫度及褪黑激素分泌之變化特 徵會隨光波長而變化。儘管具有長波長之光（例如具有低 色溫之光，紅光）對人類生物節律無影響，但具有中短波 長及高色溫之綠光及藍光相反呈現較大影響。自人眼中光 接收器之激發與體核溫度及褪黑激素之抑制間的關係推斷 出：光接收器在接收光信號後可借助褪黑激素分泌活性確 疋生物節律。已觀察到’在早上比晚上需要更高光強度以 開始抑制褪黑激素分泌。對全天人類生物節律之影響係由 於眼睛之光接收器，其接收褪黑激素分泌之信號。 生活及工作環境在晚上及夜間由具有低色溫之光照明且 139251.doc 200952034 從清晨至晚上由具有高色溫之光照明。 波長，丨於400咖與5〇〇 nm間且波長最大值為彻謂之光 月b夠，褪黑激素抑制增加且能夠使個體之行事能力及安適 狀提门田光消失於黑暗中時，褪黑激素抑制下降且所 分泌梗黑激素啟動睡眠相位。 在得知越黑激素抑制與安適狀態間之相關性係由於藍色 波長區域中之光的影響後，研發了用以—般照明之低壓氣 體放電燈’其具有增大之藍色含量。在一般照明中，色溫 L常用於區刀不同光顏色。因此，藍色含量之增大不可避 免地產生具有較高色溫之燈。 ❹ EP 1735405 A1闡述一種低壓氣體放電燈，其磷光體由 以下構成.在紅色波長區域中發射之經銪摻雜之纪鱗光 體、在綠色波長區域中發射之經鈽及铽摻雜之磷酸鑭磷光 體、在藍色波長區域中發射之經銪摻雜之鋁酸鋇鎂磷光 體、及在藍色波長區域中發射之經錳及銪摻雜之鋁酸錳锶 鎖錢填光體。低壓氣體放電燈滿足一般照明之所有要求且 較佳達到8000 K之色溫。此外應指明，色溫高達2〇,〇〇〇 κ 之燈亦係可能的。此研發方向係根據借助低壓氣體放電燈 增大一般照明中之藍色含量以影響晝夜節律、增大褪黑激 素抑制且由此增大人類安適狀態及行事能力。 光用以影響晝夜節律之另一用途闡述於DE 10 2005 059 518 A1中，其用於增大哺乳動物乳汁中之褪黑激素含量。 根據晝夜節律，在哺乳動物中褪黑激素分泌在夜間亦最 大。由於黑暗中難以對動物進行撥奶，故在所列舉發明中 139251.doc 200952034 使用鈉虱燈或較佳發紅光LED燈作為光源以確保無藍光。 使用此類型窄頻帶燈之缺點包括無良好色彩再現，此對視 覺作業甚為重要。 US 20050179392 A1揭示同樣意欲影響褪黑激素分泌之 低壓氣體放電燈。其具有提供有惰性氣體混合物及汞之放 電容器。該放電容器含有兩個彼此對稱設置且彼此連接之 放電室。第一及第二放電室各自配備有電極及發光層^第 一放電室中之磷光體在100 nm至1〇〇〇 nm之電磁光譜的第 一區域中發光’且第二放電室中之磷光體在1〇〇 nmi1000 nm之電磁光譜的第二區域中發光，其中該兩個磷光體之發 射光譜不同。低壓氣體放電燈之每個放電室含有兩個電流 導體用以接收直流供電。該燈具有可變色溫且影響人類生 物節律。所產生光電流位準與溫度無關。該燈較佳用於醫 院急救站中之輪班工作等。 EP 1 886708 A1闡述具有褪黑激素保護作用之照明總 成。照明總成係借助3個磷光體燈激活且能夠產生不同光 譜組成或色溫之光’其中在激活時，可根據預定時間方式 自由選擇所產生光之光譜組成。在預定時間週期中（具體 而言在晚上），產生可使褪黑激素分泌的光，其光譜組成 及強度至少在很大程度上不抑制晚上個體中激素褪黑激素 之分泌。關於使褪黑激素分泌的光之光譜組成，假設低於 波長臨限值之藍色光s普部分介於480 nm與600 nm間、較佳 介於約500 nm與560 nm間，或假設可使褪黑激素分泌的光 具有低於（例如）1 500 K之色溫。以此方式防止在晚上人造 139251.doc 200952034 光情形下曝露於此光中之個體的天然褪黑激素分泌以不期 望方式受到抑制。 根據 Christoph Schierz: Der Mensch im farbigen Licht [People in Coloured Light], Licht 2006: 17th Light
Community Congress of the Swiss Light Society and the
Light Societies of Germany, Austria and the Netherlands 5 2006年9月10-13曰，Bern，與光譜亮度靈敏度函數ν(χ)相 0 比植黑激素抑制之光譜靈敏度似乎位移至光譜出現藍色的 區域中。其表明’類似光譜靈敏度必須亦適於生物鐘隨時 間之穩定性及警惕性之主觀及生理程度的增加。關於光及 顏色之生物作用的最新科學知識係藍光刺激並激活，而紅 光在此方面沒有作用或甚至具有抑制作用。 習知現有技術展示晝夜節律之知識已得出的結果僅在於 研發出了具有相對高色溫及相對高藍色含量且同時達成視 覺作業及與關於能量效率之當前規章一致之低壓氣體放電 ❹ 燈。 【發明内容】 本發明之目的係提供光源，可利用其藉由褪黑激素分泌 ' 特定地影響晝夜節律。在無外部條件（例如日光）下，與供 . L Γ激素抑制用之光源組合，該光源將特別適於模擬類晝 H㈣氣體放電燈藉助良好色彩再現及高能 θ六率應滿足用於照明作業之光源的所有必需要求且由此 亦應適於一般照明。 本發明之低壓氣體放電燈Λ 燈應同時滿足由此類光源構成之 139251.doc 200952034 視覺作業的現有要求。該等要求包括高光通量、良好色彩 再現及與關於能量效率之當前規章的一致性。 【實施方式】 該目的係藉由製造低壓氣體放電燈達成，該低壓氣體放 電燈在波長範圍介於4〇〇 nm與500 nm間之光譜能量分佈中 的藍色含量極低且低於褪黑激素抑制之臨限值。 本發明用以影響内源性褪黑激素平衡之低壓氣體放電燈 由習知玻璃管構成。本發明之玻璃放電容器亦可具有雙螺 旋形狀。放電容器亦可由連接在一起之U形或由經由連接 通道接合在一起之短管區段構成。 在一種低壓氣體放電燈形式中’放電管係藉由折疊、變 形、熔接或接合成型’其中放電容器之外部尺寸僅係放電 容器延伸長度的一分數。 低壓氣體放電燈之放電容器以習知方式充滿惰性氣體或 惰性氣體混合物及汞且兩端具有用以供應能量之電極。放 電容器内部用磷光體多層塗佈。 本發明之低壓氣體放電燈具有相繼施加於放電容器内部 玻璃表面上之磷光體層。作為基底層施加於玻璃表面之第 一填光體層係由如下之磷光體構成：其由介於18〇 11瓜與 400 nm間之紫外汞輻射以及由汞放電所發射介於4〇〇 11爪與 490 nm間的藍色輻射、及由第二或其他磷光體層所發射介 於400 nm與550 nm間的可見輻射所激發，其中產生發射最 大值介於500 nm與650 nm間之範圍中的可見光，且作為頂 層之第二或其他磷光體層係由一或多種產生可見光之窄頻 139251.doc 200952034 帶發射磷光體所構成。 直接施加於玻璃表面之第一磷光體層係由來自矽酸鹽或 銘酸鹽之群的磷光體或磷光體混合物所構成且較佳經銪或 鈽摻雜。此磷光體係屬於由二價銪激活之鹼土金屬原矽酸 鹽及/或驗土金屬氧原矽酸鹽之群，且離子可含有其他稀 土金屬以及猛、辞及鎂。 包含Eu激活之鹼土金屬原矽酸鹽的磷光體具有式（Ba， Sr，Ca)2Si04:Eii 且稱為 BOSE。 包含Eu激活之鹼土金屬氧原矽酸鹽的磷光體具有式（Ba, Sr, Ca)3Si05:Eu且稱為 S00S。 來自石榴石之群之鋁酸鹽磷光體具有式Y3Al5〇12:Ce且稱 為 YAG。 在低壓氣體放電燈之放電容器内部上的第一磷光體層之 磷光體在介於560 nm與650 nm間之光f普區域中具有發射最 大值。 第二磷光體層係由一或多種窄頻帶發射磷光體所構成， 該等磷光體發射發射最大值介於440 nm與500 nm間之藍光/ 藍綠色光及/或發射最大值介於535 nm與555 nm間之綠光 及/或發射最大值介於605 nm與650 nm間之紅光。 發紅光磷光體較佳係氧化釔：Eu及/或釩酸釔：Eu及/或 氟鍺酸鎂：Μη。發綠光磷光體係磷酸鑭：Ce，Tb及/或鋁酸 鎂：Ce，Tb。發藍光/藍綠色光磷光體係鋁酸鋇鎂：Eu及/或 磷酸锶鈣鋇：Eu及/或鋁酸锶：Eu及/或氣磷酸锶：Eu。 發藍光磷光體在混合物中之比例介於〇%與10%之間。 I39251.doc 200952034 借助本發明’與具有高色溫且相應地高藍色含量且因此 導致褪黑激素抑制的現有低壓氣體放電燈組合，可影響睡 眠相位且由此可刺激人類之整個晝夜節律。 在習用設計之低壓氣體放電燈中，可見光譜中之藍色含 量由兩個不同類型之發射源產生：磷光體的發射光譜及低 壓氣體放電本身之汞線於405 nm及436 nm下的發射。於 436 nm下之發射線係汞線在可見光譜中能量分佈的最強線 (佔47.5%)且可以習知方式在任何低壓氣體放電燈中檢測 到。 對於使用低壓氣體放電燈促進褪黑激素分泌，於436 nm 下之采發射線思味者還不能完全省略在400 nm至500 nm範 圍内具有發射之碟光體。 本發明低壓氣體放電燈用於褪黑激素分泌之目的可僅藉 由吸收於405 nm下且尤其436 nm下之汞發射線來達成且利 用吸收藍光磷光體實施。 吸收藍光磷光體具有介於180 nm與5 50 nm間之激發光譜 且產生發射最大值在介於500 nm與650 nm間之範圍内的可 見光。 然而’吸收藍光磷光體之光譜分佈及穩定性還不足以滿 足具有良好視覺價值功能之低壓氣體放電燈的要求。因 此’由吸收藍光磷光體構成之第一磷光體層用包含發紅光 及綠光窄頻帶磷光體之混合物的第二磷光體層塗佈。在可 見光譜之光譜分佈中無藍色含量意指色溫僅為1〇〇〇 κ_ 3000 Κ、較佳 2000 Κ。 139251.doc -10· 200952034 最優化基底層中吸收藍光磷光體的發射最大值、頂層碟 光體混合物中之組成及兩層之層厚度可賦予本發明低壓氣 體放電燈達成視覺作業所需之性質。 工作實例 本發明之低壓氣體放電燈將參照工作實例更詳細地解 釋。 表1展示本發明之兩個LT 18 W低壓氣體放電燈與兩個習 用LT 1 8 W低壓氣體放電燈相比的技術光參數。 根據圖1，本發明用以影響内源性褪黑激素平衡之低壓 氣體放電燈具有直管形狀之玻璃放電容器1，其兩端具有 用以供應能量之電極且充滿惰性氣體或惰性氣體混合物及 汞。將作為基底層之填光體層2及作為頂層之磷光體層3相 繼施加於放電谷之内部玻璃表面，其中麟光體層2在碌 光體層3上部。 圖2展示本發明LT 1 8 W低壓氣體放電燈之晝夜節律作用 函數ε(λ)及光譜亮度靈敏性曲線ν(λ)。 具有暖白色舒適光顏色之習知LT 18 W三頻帶低壓氣體 放電燈的光譜展示於圖3中。 具有紅光顏色之習知LT 18 W低壓氣體放電燈的光错展 示於圖4中。 為進行比較，圖5展示本發明包含磷光體（Ba，Sr，Ca)原 矽酸鹽：Eu之LT 18 W低壓氣體放電燈的光譜，該磷光體 係用作基底層且稱作BSCOSE(F612)，且圖6展示本發明包 含磷光體YAG作為基底層之LT 18 W低壓氣體放電燈的光 139251.doc 200952034 譜。 在兩個工作實例中，闡述具有590 mm標準長度及26 mm 玻璃管直徑且具有18 W燈功率之LT 18 W低壓氣體放電 燈。 實例1 在LT 18 W低壓氣體放電燈之放電容器中使用Eu激活之 鹼土金屬原矽酸鹽作為吸收藍光磷光體。 藉由用羥乙基纖維素作為黏合劑及二羥甲基脲作為交聯 劑將呈懸浮液之吸收藍光磷光體塗佈於玻璃瓶内部來產生 基底層。本發明基底層的層厚度係介於0.2 mg/cm2與2.0 mg/cm2之間，較佳為 1.25 mg/cm2。 用於作為頂層之第二層之塗層係呈懸浮液之包含窄頻帶 發紅光磷光體氧化釔：Eu(YOX)及窄頻帶發綠光磷光體磷 酸鑭：Ce，Tb(LAP)之磷光體混合物連同作為黏合劑之聚環 氧乙烷。該磷光體混合物係由60%-99%磷光體YOX及1%-40%磷光體LAP，較佳85°/。磷光體YOX及15%磷光體LAP所 組成。 本發明頂層之層厚度係介於1.0 mg/cm2與6.0 mg/cm2之 間，較佳為3.25 mg/cm2。 焙燒經塗佈之玻璃瓶且隨後使其經受低壓氣體放電燈之 習用製造技術。 用BSCOSE磷光體F612作為基底層製得之LT 18 W低壓 氣體放電燈具有以下技術光參數： 光通量： 1341 lm 139251.doc -12- 200952034
燈功率： 18.0 W
色溫： 1995 K 色彩再現：81.3。 實例2 用磷光體YAG作為基底層實施LT 18 W低壓氣體放電燈 之玻璃瓶的塗佈。以類似於實例1之方式實施頂層之塗 佈。 利用以此方式製造之LT 18 W低壓氣體放電燈達成以下 技術光參數： 光通量： 1408 lm
燈功率： 18.0 W
色溫： 1995 K 色彩再現：81.3。 光通量係根據圖2中所示光譜亮度靈敏度曲線ν(λ)來估 計，其中波長最大值為550 nm。 φ 為表徵本發明低壓氣體放電燈之褪黑激素分泌，使用晝 夜節律效應因子，其係自輻照強度及晝夜節律作用函數 <Κλ)之積分積與輻照強度及光譜亮度靈敏性曲線ν(λ)之積 - 分積的比計算得出。 • 表1展示本發明實例1及2之LT 18 W低壓氣體放電燈與暖 白色舒適光及紅光顏色中相同燈功率的習用低壓氣體放電 燈比較的晝夜節律效應因子。同時，表i展示4個[丁 18 w 低壓氣體放電燈之技術光參數的彼此比較。 139251.doc 13 200952034 LT 18 W低壓氣體放電燈 其中： 晝夜節律 效應因子 色溫 光通量 色彩再現指數 暖白色舒適光顏色 0.301 2642 K 13441m 83.7 紅光顏色 0.178 1250 K 955 lm 49.2 BSCOSE作為基底層/實例1 0.146 1995 K 1341 lm 81.3 YAG作為基底層/ 實例2 0.071 1945 K 1408 lm 81.3 表1 發暖白色舒適光顏色之LT 18 W低壓氣體放電燈具有4個 低壓氣體放電燈中最高的晝夜節律效應因子。除汞線外， 如圖3中所示此低壓氣體放電燈之光譜亦具有來自磷光體 發射之藍色含量，此由此產生與其他3個低壓氣體放電燈 相比最高之晝夜節律因子。 圖4中所示發紅光顏色之LT 1 8 W低壓氣體放電燈在磷光 體側無來自磷光體發射之藍色含量。此低壓氣體放電燈之 藍色含量僅由汞放電之可見線的發射產生。因此，此低壓 氣體放電燈具有比發暖白色舒適光顏色之低壓氣體放電燈 低的晝夜節律因子，但由於極低色彩再現指數而不適於視 覺作業。 在實例1及2之本發明低壓氣體放電燈中，其光譜展示於 圖5及6中，基底層中磷光體之激發係藉助於405 nm及436 nm處之汞線及在黃色至橙紅色可見區域中之發射實施。 實例1及2之本發明低壓氣體放電燈尤其適於視覺作業。 實例1中之低壓氣體放電燈（其在基底層中具有磷光體 BSCOSE(F612))由於更接近黑體上之標準發光體而具有比 包含磷光體YAG之實例2的低壓氣體放電燈好視覺功能， 139251.doc • 14- 200952034 然而只例2之低壓氣體放電燈具有較低晝夜節律效應因 子且由此使褪黑激素分泌增加。 在無外部條件（例如日光）下，與供褪黑激素抑制用之光 源組合，本發明之低壓氣體放電燈利用其暖光因此特別適 、 於模擬個體中準晝夜節律。同時，新穎低壓氣體放電燈由 於良好色彩再現及高能量效率而滿足用於照明作業之光源 的所有必需要求且由此亦適於一般照明。 ^ 【圖式簡單說明】 圖1展示本發明之低壓氣體放電燈。 圖2展示本發明LT 18 W低壓氣體放電燈之畫夜節律作用 函數〇(λ)及光譜亮度靈敏度曲線ν(λ)。 圖3展示具有暖白色舒適光顏色之習知LT 18 W三頻帶低 壓氣體放電燈的光譜。 圖4展示具有紅光顏色之習知lt 1 8 W低壓氣體放電燈的 光譜。 〇 圖5展示包含磷光體（Ba，Sr, Ca)原矽酸鹽：Eu之本發明 LT 18 W低壓氣體放電燈的光譜。 圖6展示包含磷光體yag作為基底層之本發明LT 18 W低 * 壓氣體放電燈之光譜。 • 【主要元件符號說明】 1 玻璃放電容器 2 磷光體層 3 磷光體層 139251.doc

Claims (1)

  1. 200952034 七、申請專利範圍： 1. 一種用以影響内源性褪黑激素平衡之低壓氣體放電燈， 其係由自玻璃製得之放電管所構成，該放電管的内部經 磷光體多層塗佈且在該放電管兩端具有用以供應能量之 電極且經填充惰性氣體或惰性氣體混合物及汞，其特徵 在於該等磷光體層係相繼施加，其中位於玻璃表面（1)上 之第一磷光體層（2)係由如下之磷光體所構成：其由介於 180 nm與400 nm間之紫外汞輻射以及由汞放電及第二或 其他磷光體層（3)所發射介於400 11„1與550 間的可見輻 射激發，其中產生發射最大值介於5〇〇 11„1與65〇 nm間之 範圍内的可見光。 2· 一種用以影響内源性褪黑激素平衡之低壓氣體放電燈， 其特徵在於用作基底層之第一磷光體層的層厚度係介於 0.2 mg/cm2 與 2_〇 mg/cm2之間，較佳為 125 mg/cm2，且 用作頂層之第二磷光體層之層厚度係介於1〇 mg/cm2與 6.0 mg/cm2之間，較佳為 3.25 mg/cm2。 3. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於直接施加 於該玻Μ表面之該第一碟光體層係由來自石夕酸鹽或銘酸 鹽之群之磷光體或磷光體混合物所構成且較佳經銪或鈽 摻雜。 4. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於該磷光體 係屬於由一價销激活之驗土金屬原石夕酸鹽及/或驗土金屬 氧原矽酸鹽之群，且該等離子可含有其他稀土金屬以及 錳、鋅及鎂。 139251.doc 200952034 5. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈’其特徵在於該磷光體 係由具有式（Ba, Sr，Ca)2Si〇4:Eu(BOSE)之Eu激活的鹼土 金屬原石夕酸鹽或具有式（Ba, Sr, Ca)3Si05:Eu(SOOS)之Eu 激活的鹼土金屬氧原矽酸鹽所構成或係來自具有式 Y3A15〇12:Eu(YAG)之石榴石之群的鋁酸鹽。 6. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於該第一磷 光體層中之該磷光體具有在介於56〇 nm與620 nm間之光 譜區域中之發射最大值。 7. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於該第二磷 光體層係由一或多種窄頻帶發射磷光體所構成，該等窄 頻帶發射磷光體發射發射最大值介於44〇 nm與500 nm間 之藍光/藍綠色光及/或發射最大值介於535 ηηι與555 nm 間之綠光及/或發射最大值介於6〇5 nm與630 nm間之紅 光。 8. 如請求項丨或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於該發紅光 磷光體係氧化釔：Eu及/或釩酸釔：別及/或氟鍺酸鎂： Mn ’該發綠光磷光體係磷酸鑭：Ce,Tb及/或鋁酸鎂： Ce，Tt>，且该發藍光/藍綠色光磷光體係鋁酸鋇鎂：Eu及/ 或磷酸鳃鈣鋇：以及/或鋁酸锶：別及/或氣磷酸锶：Eu。 9. 如請求項1或2之低壓氣體放電燈，其特徵在於發藍光磷 光體在該混合物中之比例係介於〇0/。與丨之間。 10. 如响求項1之低壓氣體放電燈，其特徵在於該放電管係 藉由折疊、變形、熔接或接合成型，其中該放電容器之 外部尺寸僅係該放電容器延伸長度的一分數。 139251.doc 200952034 11.如請求項1或10之低壓氣體放電燈，其特徵在於該放電 容器係呈雙螺旋形狀或係由連接在一起之U形及由經由 連接通道接合在一起之短管區段製得。
    139251.doc
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