汞減少的螢光色調燈的製作方法

2023-05-23 21:05:36 3

專利名稱：汞減少的螢光色調燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及低壓汞蒸汽燈，如眾所周知的具有帶螢光物質塗層的燈殼，更具體涉及在氧化鋁預預塗層上帶有3種螢光物質的塗層。
背景技術：
低壓汞蒸汽燈，及更廣為人知的螢光燈，有充有汞和稀有氣體的燈殼，以在工作時保持氣體放電。由氣體放電發射的射線主要在光譜的紫外線(UV)區域中，只有少部分在可見光光譜內。燈殼的內表面有用多種螢光物質混合物形成的螢光物質塗層，當紫外線照射螢光塗層時它發射可見光。
由於耗電減少使螢光燈應用增加，為了進一步減少耗電，需要提高螢光燈效率，螢光燈的效率指發光效率，它是有效光輸出與供給燈的能量之比，以每瓦流明計算(LPW)。
因此要求更有效和壽命更長的螢光燈，但是，過量的汞引入燈中可使燈的壽命長達20000小時以上。由於燈的不同構件，例如玻璃封殼，螢光物質塗層和電極必會消耗燈中的汞，但是不希望這種汞用量增大，因為汞會汙染環境。因而，需要減小汞消耗量，且不會減少燈的壽命。
為了提高效率和降低汞耗而不減少燈的壽命，用不同的螢光物質混合物作螢光塗層。並在螢光塗層與玻璃封殼間設金屬氧化物層。金屬氧化物層將紫外線(UV)向後反射到螢光塗層，經過它把已經通過的UV射線轉變成可見光，這提高了螢光物質的利用率和增大了光輸出。通過減少粘附在燈管部分的汞量的金屬氧化層能減少汞耗。
要求的螢光燈特性包括高亮度和高顏色再現性。稱作「色調(Colortone)」燈的螢光燈屬於有高顏色再現率(CRI)的光源系列。這些特別的螢光燈用於減輕季節生紊亂，和專門用在顏色檢驗和照相領域。例如這些色調75螢光燈廣泛用於美術博物館，花店，攝影棚以及牙醫和醫生辦公室。
色調燈75的顏色相關溫度為7500K，有高於90的高CRI.。諸如美國國家標準局(ANSI)和國際標準化組織(ISO)等組織頒布了CRI規定的最小值和燈的其它規範標準。有關色調燈75，ANSI和ISO標準要求CRI必須在90以上。ISO標準還要求單獨的顏色再現率R1-R8在80以上。常規的色調燈75採用高汞耗的螢光物質製成，且不犧牲燈的壽命不可能通過TCLP(毒性特性浸出過程)測試。
特別是，常規的螢光色調燈75是用鍶鎂螢光物質(Sr.Mag)，即(Sr，Mag)3(PO4)2Sn，和藍滷代螢光物質(BH)，即Ca10(PO4)6F2Sb和矽酸鋅(ZS)3種螢光物質混合物構成的。Sr.Mag在光譜的紅光區很富裕，而BH和ZS構成色調燈75的可見光譜中的藍色區和綠色區。
這3種螢光物質組合在可見光區域中形成有大於90的高顏色再現性的寬頻譜。但是這些螢光物質混合物有損汞耗。特別是Sr.Mag有最高汞耗，它的高百分率使得常規的色調燈75不符合TCLP規定。
因此，需要有能通過TCLP的高CRI和減少了汞量的螢光色調燈發明內容本發明的目的是提供有高CRI和汞耗減少的螢光燈。
為實現上述的和其它的發明目的，提供一種電燈，它有帶內表面的玻璃封殼和至少一個電極，如設在封殼兩端的兩個電極。電極輸送電力以在充有汞和保持充電的氣體的封殼內產生紫外輻射。封殼的內表面預塗有金屬氧化物層，如氧化鋁層，以將紫外線向後反射到玻璃封殼內。
氧化鋁上形成螢光物質層，以把紫外線轉變成可見光。用於7500k色調燈的螢光層是3種螢光物質的混合物，即發藍光的藍滷代螢光物質(BH)，發紅光的硼酸鈰釓鎂(CBTM)，3000K-發光的鈣滷代螢光物質，也叫暖白(WW)的混合物。


通過參考下面結合附圖對本發明優選實施例的附圖進行的詳細描述，本發明的特徵和優點將變得更清楚。附圖中相同的數字指示相同的元件；其中圖1示出按本發明的色調螢光燈；圖2示出按本發明的7500K色調螢光燈的顏色驗收標準圖3示出按本發明的7500K色調螢光燈的發射光譜。
具體實施例方式
圖1表示出低壓汞蒸汽放電燈或螢光燈100，它有以密封方式包封放電空間107的細長的外封殼105。圖1所示的燈100是管形燈，例如其長度最好為0.5至8英尺，工作電流約為0.160-1.500安培，燈功率約為4.0-215瓦。但是該燈可以是小型螢光燈，該燈可以具有其它參數和其它形狀，如U形，或環形，或其它要求的任何形狀。
圖示的燈100在其每一端具有常規電極構件110，它包括例如由鎢製成的燈絲115。或者，電極構件110可以只設在一端，特別是對於小型螢光燈，電極構件110可以只設在一端。電極構件110不是本發明的實質，而其它構件也能用於燈操作，以在放電空間107中產生和保持放電。例如，位於放電空間107外的線圈可用於在放電空間內產生交變磁場，用來產生和保持放電。
再看圖1所示的燈100，電極構件110的燈絲115支撐在導電引線絲120上，導電引線絲120穿過在燈100的燈頭135附近的安裝柱130一端設置的玻璃壓封條125。引線120經導電饋電裝置150連接到固定在燈100的相對端的各個燈頭135的針形接頭140。
中心引線絲160從每個安裝柱130穿過每個壓封條125，以支撐位於燈絲115周圍的陰極環170。只在一個安裝柱130的陰極環170上夾有配有汞的玻璃小管180。另一安裝柱上無汞容器，但是，陰極環170可設在它的燈絲115周圍，圖1中為了顯示燈絲115而沒畫陰極環。
金屬絲190繃緊在汞玻璃管蓋180上。金屬絲190在高頻電磁場中感應加熱，以切開容器180，使汞釋放進封殼105中的放電空間107中。
用封殼105包圍的放電空間107充有能離子化的保持放電的填充氣體，它包括在低壓下的諸如氬氣，或氬氣和其他氣體的混合氣體的惰性氣體。在燈工作期間惰性氣體和少量的汞維持電弧放電。燈100工作期間，當電極110經接觸腳150電連接到有預定的供能電位的電源，在封殼105內的電極-110之間維持氣體放電。氣體放電產生紫外線(UV)輻射，紫外線通過圖1中標號210所示螢光層轉換成可見光。
特別是，外封殼105的內表面預塗有金屬氧化物單層，例如Al2O3200，在它上面形成螢光物質層210。氧化鋁預塗層200向後反射紫外線到螢光物質層210，通過它把已經通過的紫外線轉換成可見光，這能提高螢光物質利用率和提高光輸出。通過減少汞擴散進玻璃燈殼105中鋁預塗層也能減少汞耗。玻璃安裝柱130和壓封條125也可以塗氧化鋁預塗層215，以減少粘接到玻璃安裝柱130和壓封條125上的汞，以進一步減少汞耗。
為了能在燈殼105內表面上施加螢光層，按通用方法施加懸浮液形成氧化鋁預塗層200，例如，氧化鋁懸浮在水基溶液中，用該溶液向下衝洗燈管或燈殼105，溶液流過燈殼內表面直至溶液從另一端流出為止。在乾燥室內乾燥溶液之後，用相同的方式施加螢光物質塗層210並燒結或烘烤一定時間。
用公知方法，如用有懸浮的氧化鋁的水溶液塗覆玻璃安裝柱130和壓封條125，之後，乾燥和燒結，以在玻璃安裝柱130和壓封條125上形成氧化鋁預塗層215。
就按本發明的7500K的色調螢光燈而言，色溫為約7500K，即絕對溫度(7500K)，螢光物質塗層210包括3種螢光物質混合物。7500K色調的3種螢光物質混合物包括用Sb激活的發藍光的藍滷代螢光物質(BH)，即Ca10(PO4)6F2Sb；用Eu激活的發紅光的硼酸鈰釓鎂(CBTM)，即(Ce，Gd，Tb)MgB5O10Mn和3500K發光的用Sb，4n激活的鈣滷代螢光物質，即Ca10(PO4)6(F，Cl)2Sb，Mn，也叫暖白(WW)的混合物。
有這3種螢光物質混合物的7500K色調燈的亮度比有Sr.Mag，BH和ZS的螢光物質混合物的常規色調燈75的亮度高。特別是，7500K色調螢光燈能發出約2000流明的光能滿足ANSI和ISO的顏色驗收要求，如表1-2所示。
表1給出了按本發明的7500K色調螢光燈的6個樣品C7500K-1至C7500K-6和常規色調燈75的100小時光度測試結果，表中所列的C75有Sr.Mag，BH和ZS的螢光物質混合物第3和4列表示X和Y色點坐標；第5列表示有關的色溫(CCT)；第6列表示測試燈的流明值。
表1

從表1看出，按本發明的7500K色調螢光燈樣品C7500K-1至C7500K-6的亮度輸出高於常規燈C75的亮度輸出。此外，XY色點坐標和CRI值應符合結合圖2所述的顏色檢驗標準和ANSI和ISO標準，要求顏色再現率CRI或Ra必須在90以上，CRI＞90，而且，要求單獨的專用顏色再現率R1-R8大於80。
表2常規 本發明C75燈 C7500K燈X＝0.3004 X＝0.3006Y＝0.3176 Y＝0.3174Ra＝92.70 Ra＝90.10R1＝93.56 R1＝88.50R2＝93.56 R2＝93.10R3＝88.96 R3＝92.64R4＝93.10 R4＝89.88R5＝94.02 R5＝90.34R6＝91.72 R6＝90.80
R7＝93.56 R7＝92.18R8＝93.10 R8＝82.98表2示出總的顏色再現率Ra，即CRI和專用顏色再現率R1至R8。從表2看出按本發明的7500K色調螢光燈的總顏色再現率Ra大於90，因此，能滿足ANSI標準，具體顏色再現率R1至R8均大於80，因此，也滿足ISO標準。
圖2顯示出7500K色調螢光燈的驗收標準，它有3級橢圓軌道，其中心為X＝0.299，Y＝0.316，長軸約在0.297，0.317和0.302，0.320之間，短軸約在0.297，0.317和0.300，0.315之間。
圖3中以實線畫出按本發明的75000K色調螢光燈的發射頻譜，以虛線畫出常規色調螢光燈C75的發射頻譜。
本發明的7500K色調螢光燈的三種螢光物質混合物允許燈100用氧化鋁預塗層200來將封殼105與汞隔開，以減小汞耗。除氧化鋁預塗層200外，螢光物質層210的汞耗小於其它螢光物質層的汞耗，還能增大亮度。
用在UV氧化鋁預塗層上的3種螢光物質混合物層代替常規燈的螢光物質層，能增大亮度和減小汞耗。特別地，表1-2中給出用於獲得100小時的光度測試結果的燈是F40T12，它是4英尺長的直管燈。所用原料螢光物質重量約是6.5±0.2克。反之，能要求減少3種螢光物質混合物的重量，例如為5.5-6.0克。因此，本發明的燈每英尺的螢光物質重1.375至1.5克。鋁預塗層200重量約為120至240mg。
表3列出了按本發明的7500K色調螢光燈C7500K的3種螢光物質混合物的具體組成，與常規的75色調螢光燈C75相比，給出了近似的重量百分比。
表3

常規用約15至50mg的汞製造4英尺色調燈。相反，本發明的色調燈用3種螢光物質混合物，燈的長度為4英尺，燈的壽命為20,000小時，所需的汞低於15mg，通常長度為8英尺以下的螢光燈需要的汞量約為3至8mg，例如4英尺長的燈需要的汞量約為4.4mg，而且，仍能保持較長的額定燈壽命和高亮度輸出，如表1所示。就7500K燈而言，亮度通常為2500流明。因此，本發明的燈每英尺需要的汞量約為1.0至1.1mg。
由於螢光物質210有優良的組分，以及UV預塗層200減少汞離子與玻璃封殼105的相互作用，和更有效地使UV射線向後反射進螢光層，所以，提高了光輸出和減少了汞耗，以提高螢光物質的利用率，和增強可見光的產生率。
已特別詳細地描述了本發明，但應了解，在本發明構思和發明範圍內還會有各種改進。在解釋所附權利要求書時，應了解(a)詞「包括」是指除權利要求書中所列的元件外不排除還有其它元件存在；(b)詞「組成」是指除權利要求書中所列的那些元件外沒有其它元件存在；(c)在元件前面的詞「一個」不排除多個這種元件的存在；(d)符號不限制它的範圍；(e)幾種「裝置」可用同樣的硬體或軟體實施的結構或功能來代表。
權利要求
1.一種電燈(100)，包括封殼(105)，它具有內表面並包封一定的放電空間(107)，放電空間中充有重量在15mg以下的汞；至少一個電極(110)，用於在所述放電空間(107)內產生紫外線輻射；和在所述內表面上形成的螢光物質層(210)，以把所述紫外線輻射轉變成可見光；其中，所述螢光物質層(210)配置或可以在約7500K的色溫下提供至少是90的色再現率。
2.按權利要求1的電燈(100)，其中所述螢光物質層(210)由藍滷代螢光物質，硼酸鈰釓鎂和鈣滷代螢光物質組成。
3.按權利要求1的電燈(100)，其中，所述螢光層(210)由約61wt％的藍滷代螢光物質，約14wt％的硼酸鈰釓鎂和約25wt％的鈣滷代螢光物質組成。
4.按權利要求1的電燈(100)，其中，所述汞重量約為1.0至1.1mg/英尺。
5.按權利要求1的電燈(100)，還包括在所述內表面與所述螢光物質層(210)之間形成的氧化鋁層(200)。
6.按權利要求1的電燈(100)，其中，所述螢光物質層(210)的重量約為1.375至1.5g/英尺。
全文摘要
一種具有帶內表面的玻璃封殼和位於玻璃封殼每端的兩個電極的電燈。電極輸送電力，以在充有汞和電荷維持氣體的封殼內產生紫外線輻射。封殼內表面的氧化鋁預塗層向後反射紫外線到封殼。形成在氧化鋁上的螢光層把紫外線轉換成可見光。螢光物質層是發藍光的滷代螢光物質(BH)，發紅光的硼酸鈰釓鎂(CBTM)，和3000K發光的鈣滷代螢光物質，也叫暖白(WW)的3種螢光物質混合物。
文檔編號H01J61/44GK1401131SQ01805122
公開日2003年3月5日 申請日期2001年12月7日 優先權日2000年12月18日
發明者K·S·沃斯, E·W·J·L·奧門, B·A·卡特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司