TWI288944B - Discharge lamp having two-band phosphor - Google Patents

Description

1288944 九、發明說明： (一）發明所屬之技術領域 本發明出自具有燐光體之放電燈，其中在操作期間， 將主要在νυν區域中之電磁輻射，由經包含在放電燈的放 電容器內部之放電介質發射出。此處，應了解：低於大槪 200nm(奈米）之波長係在VUV區域中，特別在自大槪lOOnm 至2 0 0nm之區域中。在燐光體之協助下將VUV輻射轉變成 具有較長波長之輻射，舉例而言成爲可見光譜區域。 特別，本發明亦係關於上述型式的放電燈，再者，設 計此放電燈以便藉電介質阻抗放電而操作，所謂之介質障 壁放電燈。此放電燈，就其本身而論是先前技藝且已經以 許多不同細節陳述於相同專利申請人的較先專利申請案中 。此處將不再更進一步詳述此類放電燈之基本物理和技術 細節，但是代之者，參照相關之先前技藝，其中亦有時將 此等燈槪述爲靜止放電燈。特別，彼等亦適合於脈衝模式 的操作回復產生輻射的特別良好效率。一般，將此類燈塡 充以惰性氣體，宜是氙或惰性氣體混合物。在燈之操作期 間，準分子，舉例而言，Xe2 *特別產生在放電容器內部並 發射具有最大波長在大槪172nm之分子頻帶輻射。 VUV輻射藉適當白光燐光體混合物予以轉換供預推測 白光之各種應用，舉例而言，供通常照明、彩色掃瞄器、 彩液液晶顯示屏的背照及其類似者。爲了此目的，傳統上 ，考慮使用發射紅、綠和藍燐光體成分（RGB)的三頻帶燐光 體混合物。然而，有一個問題：在燈使用期限的過程期間 1288944 ，通常所使用之藍色燐光體成分特別由於νυν輻射而受損 壞。因此，失去發光亮度。因此，燐光體混合物的個別燐 光體成分之發光亮度不一致改變且產生增加之顏色軌跡位 移。而且，將經由藍色燐光體成分所發射之輻射位移入較 長波光譜區域中。另外，所熟知之紅色燐光體成分使用νυν 輻射進行激發時，量子效率相當不佳。 (二） 先前技術 美國專利說明書第5 7 1 4 8 3 5號中顯示具有白光燐光 體混合物之介質障壁放電燈。此白光燐光體混合物的成分 是： 紅燐光體成分（丫〇.72〇(1().411().()8)803， 綠憐光體成分（La〇.43CeQ.39Tb().i8)P〇4 ’ 及 藍燐光體成分（Ba〇.94EUG.()6)MgAl1()017。 將惰性氣體氙定位在燈的內部中作爲放電介質。在燈 之操作期間，放電介質發射具有短於2 0 0 n m波長之輻射， 其經由白光燐光體混合物（予以）轉變成爲白光。 (三） 發明內容 本發明的目的在處置開始時所述之各種問題及詳細說 明具有燐光體之放電燈，將此放電燈充滿在操作期間發射 VUV輻射之放電介質且關於其照明性質，此放電燈顯示改 良之長期性能。該目的之特定觀點即：在其使用期限期間 ，該燈顯示較小之顏色軌跡位移。該目的之另外觀點係獲 1288944 得較高之光通量。 此目的藉具有放電容器之放電燈，經定位在該放電容 器內部中之放電介質及在燈之操作期間其發射νυν區域中 之電磁輻射及經施加至放電容器壁上之燐光體而達到，其 特徵爲：該燐光體係由黃色及藍色燐光體成分（雙頻帶燐光 體）所組成。 更多特別有利之改善在附屬項申請專利範圍中可見到 〇 因爲燐光體係根據本發明而運用，不包括紅色燐光體 成分，換言之，精確免除具有相當不良νυν激勵效率之燐 光體成分，以此種方式可能獲得較高之光通量。 原則上，可施加兩種憐光體成分在單一憐光體層中作 爲燐光體混合物。此方式具有優點，即：就憐光體幅射而 論，所獲得之彩色軌跡與製造層厚度設置時之波動無關， 而因此，較當將兩種燐光體成分每一者施加在每一分開層 中時，可能較易且精確保持恆定。關於此之其他細節在例 示之具體實施例中可見。 然而，施加兩種燐光體成分在每一各別之燐光體層中 ，換言之，在黃色和藍色燐光體層中亦爲有利。第一種變 體中，燐光體層的順序是致使：當自放電介質觀察時，藍 色燐光體層，舉例而言，YAG: Ce首先見到，繼之者是藍 色憐光體層，舉例而言，BaMgAl1G〇17: Eu。爲了此目的， 將兩種燐光體層施加至放電容器壁的內面，明確言之，^ 色燐光體層在黃色燐光體層下面。此方式具有另外之優黑占 -7· 1288944 即：黃色燐光體層能部分吸收高能量νυν輻射，而因此保 護位於其下面之對於VUV敏感之藍色燐光體層。因此最後 獲得藍色燐光體層的改良之長期性能。最後，由於上述措 施之結果，避免開始時所述及且通常與νυν照射相關之此 等對於νυν敏感燐光體的發光亮度降低或至少減少如燐光 體混合物的情況中自其中產生之彩色軌跡位移。而且，黃/ 藍燐光體組合的特定選擇容許排除（即：不使用）相當無效 率之紅色燐光體成分，舉例而言例如，ΥΒ〇3 : Eu。因此可 能獲得較高之光通量。 第二種變體中，將兩種燐光體成分以倒轉順序施加， 換言之，’’外部’’燐光體層（關於放電介質其是第一種）係由藍 色燐光體成分，例如BaMgAl1()016 : Eu所組成。”內部”燐 光體層（關於放電介質其是第二種）反之，係由黃色燐光體 成分，例如YAG : Ce所組成。而且，此情況中，選擇”外 部’’藍色燐光體層的厚度致使將進入藍色燐光體層之 VUV 輻射基本上，完全吸收在其中而因此，將位於其下之”內部” 黃色燐光體層基本上完全屏蔽不受VUV輻射影響。因此， 將黃色燐光體利用經由藍色燐光體層所發射之藍輻射獨特 激勵。此現象之結果是：在燈的點燃使用期限之過程中， 由於藍色燐光體層之降解（通過衝擊VUV輻射），黃色輻射 以與藍色輻射之相同比率減少。作爲終端效應，此等措施 的成就即：顏色軌跡有利地維持恆定，實際上，與燈操作 之時間無關。在使用BaMgAlIQ〇i6 : Eu作爲”外部π藍色燐 光體層之情況中，大槪3.20至3.40mg/cm2間範圍內之層重 1288944 量證明係適當。 原則上’所有已知之黃色或藍色燐光體成分（可將它使 用νυν輻射（宜具有高量子效率者）激勵）都適合。下文中個 別顯示之燐光體特別適合。 舉例而言’下列是適合作爲黃色燐光體成分： A) (Y，Gd，Tb)AG : Ce 〇 舉例而言，下列是適合作爲藍色燐光體成分： B) BaMgAli〇017： Eu； C) SrMgAli〇〇i7 · Eu i D) (Ba，Sr)MgAli〇〇i7 : Eu 〇 將上文中顯示之各燐光體成分的化學計量組成略爲變 更是慣例，因此，亦由上述所涵蓋。 (四）實施方式 本發明的例示具體實施例之下列討論中，參照第1 a圖 至第lc圖。 放電燈1具有管狀放電容器2，將此放電容器在兩端 封閉並具有大槪1 〇毫米的外直徑。該放電容器2係由鈉鈣 玻璃所組成及在大槪1 5 kP a之壓力下，塡充以氙作爲放電 介質。將構造成線性導體軌道之兩金屬電極3a，3b相互直 徑相對施加且平行於放電容器2壁的外面上放電容器之縱 軸線。將一 π內部”燐光體層4及一”外部”燐光體層5施加 至放電容器2壁之內面（大槪4 5 0cm2)。該”外部”燐光體層 5(關於放電介質，其是第一種）係由黃色燐光體成分YAG : Ce所組成。該”內部”燐光體層4(關於放電介質，其是第二 1288944 種）係由BaMgAllc016 : Eu所組成。 關於此I型燈，製成許多測試燈其各自具有不同層重 量或兩層4和5的層重量之比率。因此獲得顏色軌跡的座 標（遵照CIE標準色品圖），將其顯示於下表中： 燈No. 層5 (mg/cm2) 層4 (mg/cm2) 層4/5 比率 X y 1 2.69 3.22 1.20 0.420 0.501 2 2.87 3.07 1.07 0.423 0.501 3 3.02 2.84 0.94 0.424 0.500 4 1.78 2.91 1.64 0.4 15 0.498 5 1.11 3.00 2.70 0.39 1 0.474 6 1.27 2.82 2.23 0.402 0.490 7 0.62 2.44 3.93 0.336 0.395 8 0.69 2.62 3.8 1 0.343 0.408 9 0.76 2.73 3.62 0.356 0.425 10 0.4 9 2.84 5.82 0.309 0.355 11 0.49 2.98 6.09 0.3 17 0.367 12 0.3 8 3.07 8.12 0.290 0.328 經由與一種可相比擬之標準RGB燈比較，使用燈No. 1 2獲得1 3 %亮度之校正增長。所測得之此燈的光譜舉例說 明於第2圖中。此圖中，γ軸和X軸各自顯示··相對能量 及以nm計之波長。 關於本發明的另外例示具體實施例的下列解釋，參照 -10- 1288944 第3a圖至第3c圖。 此處，與第一例示具體實施例比較，將兩種燐光體成 分以倒轉順序施加，換言之，”外部”燐光體層7(關於放電 介質，其是第一種）係由藍色燐光體成分BaMgAl1G016: Eu 所組成。"內部”燐光體層6(關於放電介質，其是第二種） 係由黃色燐光體成分YAG : Ce所組成。關於此II型燈， 製成許多測試燈，其各自具有藍色和黃色燐光體的不同層 厚度比率。因此獲得顏色軌跡的座標（遵照CIE標準色品圖） ，將其顯示於下表中。此實例中，層厚度係由相對應之層 重量表示，如通常係慣例。 燈N 〇 · 層7 (mg/cm2) 層6 (mg/cm2) 層6/7 比率 X y 13 3.20 0.36 0.11 0.20 1 0.182 14 3.36 0.39 0.12 0.209 0.195 15 3.39 0.45 0.13 0.209 0.194 16 3.3 4 1.00 0.30 0.276 0.300 17 3.39 1.00 0.29 0.287 0.312 18 3.27 0.88 0.27 0.275 0.296 一種另外之例示具體實施例係關於自兩前述例示具體 實施例，燈的變體（未舉例說明），但是僅具有一燐光體層 ，其中將藍色燐光體成分BaMgAl1G016: Eu(BAM)及黃色燐 光體成分YAG: Ce(YAG)混合。 關於此III型燈，同樣製成具有不同比率的藍色和黃色 1288944 燐光體之許多測試燈。將因此所獲得之顏色軌跡的座標（遵 照CIE標準色品圖）顯示於下表中： 燈No. 層（mg/cm2) B AM/YAG 比率 X y 19 3.18 95/5 0.194 0.174 20 3.27 95/5 0.198 0.183 2 1 3.27 85/15 0.283 0.3 10 22 3.32 85/15 0.288 0.317 23 3.14 85/15 0.284 0.3 11 24 3.36 75/25 0.337 0.3 83 25 3.22 75/25 0.329 0.373 26 3.09 75/25 0.327 0.370

下表顯示：各自1 〇 〇和5 0 0小時的點燃使用期限後， 來自上述例示具體實施例之測試燈的維護數據一般觀察。 如表中可見，與比較之習見三頻帶設計（RGB)成對比，所有 三型（I、II、III)的雙頻帶放電燈顯示增加之顏色軌跡穩定 性，雖然在藍色燐光體層面對放電（II型）之設計中，顯示 光通量之最高降低，但是同時，它具有最高之顏色軌跡穩 定性。 -12- 1288944 燈型 0-100小時 0-500小時 相對光通量(％) Δχ △y 相對光通量(％) Δχ △y I -7% 0.003 0.002 -8% 0.003 0.002 II -7% -0.001 0.003 -12% -0.001 0.003 III -4% 0.003 0.002 -8% 0.003 0.003 RGB -5% 0.006 0.005 -7% 0.007 0.009 雖然本發明使用管狀放電燈的實例予以解釋如上，但 是未將其限制爲此型燈。毋寧是，本發明發展其有利之效 應，與放電容器的形式無關。因此，平面形式之燈，舉例 而言，經由實例如文獻美國專利5，9 9 4，8 4 9號中所揭示者， 正好適合。而且，是否將電極配置在放電容器壁的外面上 ’或者’配置在內面上並利用介質層予以覆蓋，基本上係 不重要。同樣地，亦可使電極完全無阻抗。開始時所略述 之問題的場合中，決定性僅是··在燈的操作期間，放電介 質發射VUV輻射。然而，關於此點，介質障壁放電燈取得 一定優先權，因爲如在開始時已述及，彼等在特定脈衝操 作時能特別有效率產生VUV輻射。 (五）圖式簡單說明 下列之目的是藉例示之具體實施例協助下，更詳細解 釋本發明，各圖式中： 第1 a圖顯示介質障壁放電燈的第一例示具體實施例之 側視圖； 第1 b圖顯示來自沿著第1 a中AB線，燈的截面圖； -13- 1288944 第1 c圖顯示來自第1 b圖截面之放大細節； 第2圖顯示依照第1 a-1 c圖，測試燈的光譜； 第3 a圖顯示介質障壁放電燈的第二例示具體實施例 之側視圖； 第3 b圖顯示來自沿著第3 a圖中AB線，燈的截面圖 第3 c圖顯示來自第3 b圖截面之放大細節 主要元件符號說明 1，1， 放 電 燈 2,2， 放 電 容 器 3 a，3 b 金 屬 電 極 4?6 內 部 燐 光 體 層 5,7 外 部 燐 光 體 層 -14-

Claims (1)

1288944 妙年 '月VV日修(j6正本 第9 3 1 1 1 72 3號「具有雙頻帶燐光體之放電燈」專利案 (2007年1月修正） 十、申請專利範圍： 1 . 一種放電燈（1 ; Γ)，其具有 •一放電容器（2;2’）； •一放電介質，其係定位在該放電容器（2; 2，）的內部 中並且在該燈的操作期間於VUV區域中發射電磁輻射 •一燐光體（4至7)，其係被覆至該放電介質（2,2’）的 壁上； 其特徵爲： •該燐光體（4至7)係由黃色和藍色燐光體成分所組 成，以及其中兩種燐光體成分係分別被覆在每一分離 的燐光體層中，即係被覆在黃色（5,6)及藍色燐光體層（4,7) 中〇 2 ·如申請專利範圍第1項之放電燈，其中該燐光體層（4 ; 5 ) 的順序是使得當自該放電介質觀察時，該黃色燐光體層（5) 首先見到，繼之爲該藍色燐光體層（4)。 3 ·如申請專利範圍第1項之放電燈，其中將兩燐光體層（4，5 ) 被覆至放電容器（2)壁之內面，特別是該藍色燐光體層（4) 係在黃色燐光體層（5)之下面。 4 ·如申請專利範圍第2項之放電燈，其中將兩燐光體層（4，5 ) 被覆至放電容器（2)壁之內面，特別是該藍色燐光體層（4) 係在黃色燐光體層（5)之下面。 Ι2δ8944 5. 如申請專利範圍第1項之放電燈，其中將兩燐光體層（6,7) 被覆至該放電容器（2’）壁之內面，特別是該黃色燐光體 層（6)在該藍色燐光體層（7)之下面，並選擇”外部”藍色 燐光體層（7)的厚度使得將’’內部’’黃色燐光體層（6)藉由 藍色燐光體層（7)實質地完全屏蔽，而不受VUV輻射所 影響。 6. 如申請專利範圍第1項之放電燈，其中將兩種燐光體成 分混合入一共同燐光體層中。 7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中具 有該黃色燐光體成分（Y、Gd、Tb)AG: Ce。 8 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中具 該有藍色燐光體成分BaMgAl1()017: Eu。 9 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中具 有該藍色燐光體成分SrMgAl1()017: Eu。 1 0 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中具 有該藍色燐光體成分（Ba，Sr)MgAl1()017: Eu。 1 1 ·如申g靑專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中該 放電介質包括惰性氣體氙。 1 2 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之放電燈，其中該 放電燈係爲一電介質障壁放電燈。