使用特殊螢光粉混合物的螢光燈的製作方法

2023-10-06 03:20:24 1

專利名稱：使用特殊螢光粉混合物的螢光燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一种放電燈，其包括內徑最大為5mm的管形放電容器，發光屏，和包括汞和稀有氣體的填充物。
從EP0562679A1中可以得知這種燈。
用在公知放電燈中的稀有氣體通常主要包括氬。公知放電燈由於其小的內徑而非常適用於相對平坦的照明裝置中。這大大增加了放電燈的應用可能性。可能的應用，例如，是用於作為LCD屏幕背景光的照明裝置或用於車輛中的儀錶板照明的放電燈中。其它的應用是用在形成車輛的剎車燈或指示器燈的照明裝置中。照明裝置的平板形狀可以結合其中或其上安裝有照明裝置的車輛部分的各種不同形狀使用。這种放電燈的另外的優點是在燈穩定工作過程中具有相對高的發光效能(1m/W)。
但是公知放電燈的主要缺陷是在剛剛點火之後放電燈的光通量相對較低。此相對低的光通量是由在剛剛點火之後存在於等離子體中的汞蒸汽的量大大少於後來在燈穩定工作過程中的量引起的。在實踐中發現，啟動光通量隨著放電燈的內徑減小而按比例降低。燈的啟動光通量還隨著環境溫度降低而按比例降低。這相對低的啟動光通量使放電燈很少適用於或不適用於大量的應用。
本發明的目的是提供放電燈，在燈穩定工作過程中具有相對高的發光效能，在放電燈剛剛啟動之後具有相對高的啟動光通量。
根據本發明，針對其目的，在開篇所述的放電燈的特徵在於稀有氣體包括超過98mole％的氖，而且發光屏包括第一組和第二組發光材料，其中第一組包括把由汞產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料，第二組包括把由氖產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料。
在本發明的燈剛剛點火之後，等離子體中存在的汞的量相對較少，從而由汞產生的長波UV輻射的量也相對很少。但是，等離子體中存在的氖在放電燈剛剛點火之後產生相對大量的短波UV輻射。屬於第二組的發光材料把由氖產生的UV輻射轉換為可見光。除此之外，由氖產生的紅光也對在放電燈剛剛點火之後的總的可見光起作用。正是由於這個原因，放電燈的啟動光通量相對高。放電燈點火之後，等離子體中的汞的量逐漸增加，直到燈建立穩定工作為止。在燈穩定工作工程中，基本上只有由放電中存在的汞在放電中產生的長波UV輻射，而沒有或幾乎沒有由氖產生的任何短波UV輻射或可見紅光。
第一和第二組發光材料可以包括不同的發光材料。但是，發光屏也可以包括都屬於第一和第二組的發光材料。
根據本發明的放電燈可以獲得很好的效果，其中發光屏包括第一和第二發光層，所述第一發光層設置在放電容器的壁上並且包括屬於第一組的發光材料，所述第二發光層設置在第一發光層上並包括屬於第二組的發光材料。發光屏的這種設置的重要優點在於，第一發光層不總是被由氖產生的UV輻射激發，這是因為這種輻射幾乎完全被第二發光層吸收。這就可能使用第一發光層中的發光材料，其在由氖產生的UV輻射的影響下相對快速退化。這相當大地增加了能在第一組中使用的發光材料的數量。在實踐中發現，適當選擇第二發光層的層厚和成分，可以有利地影響啟動光通量和在放電燈剛剛點火之後產生的光的色點。由於由氖產生的短波UV輻射非常強地被第二組發光材料中的發光化合物吸收，所以第二層的厚度可以相對小。這樣做的結果是，在穩定工作過程中只有由汞產生的主要部分的UV輻射被第二層吸收，從而放電燈具有相對高的發光效能。在優選實施例中，第二發光層的層厚小於5μm。
在根據本發明的放電燈中還抵制了屬於第一組的發光材料的退化，其中第一組發光材料包含在發光粒子中，第二組發光材料形成設置在所述發光粒子表面上的一部分層。
應該注意到，在穩定工作條件下還會由於放電燈中存在汞而產生一定量的藍光。根據在穩定工作過程中由放電燈產生的所需要顏色的可見光，需要藉助於濾光器除去此藍光。
根據本發明的放電燈，在第一和第二組發光材料包括發紅光的化合物時可以產生紅光。還可以選擇一種發紅光的化合物，使其形成第一和第二發光材料的一部分。這種發紅光化合物的例子是由三價銪激活的氧化釔。發紅光的化合物既被放電燈中的汞產生的UV輻射又被氖產生的UV輻射激發，其中放電燈產生紅光，並且其中的發光屏包括這種發紅光的化合物。這种放電燈產生的紅光在剛剛點火之後，包括由等離子體中的氖直接產生的紅光和經過由氖和發紅光的化合物產生的UV輻射產生的紅光。啟動光通量相對高。在燈穩定工作過程中，放電燈也產生紅光，這是經過來自汞和發紅光的化合物的UV輻射產生的。根據本第一實施例的放電燈，由於其在剛剛點火之後和穩定工作過程中具有相對高的光通量而高度適用於，例如用作車輛的剎車燈的照明裝置。根據本發明產生紅光的這些放電燈最好提供有用於除去汞產生的藍光的濾光器。
可以獲得產生黃光或白光的本發明的放電燈，其中第一組發光材料包括發紅光的化合物和第一發綠光的化合物，第二組發光材料包括第二發綠光的化合物。如果放電燈的發光屏由兩層組成，如上所示，第一層包括發紅光和第一發綠光的化合物，第二層包括第二發綠光的化合物。剛剛啟動之後，基本上只有第二層被氖產生的UV輻射激發，可見光由氖在放電中產生的紅光和第二層產生的綠光形成。適當選擇第二層的厚度，在穩定工作過程中基本上沒有由汞產生的UV輻射被第二層吸收。汞產生的UV輻射幾乎都被第一層吸收了。在燈穩定工作過程中這第一層藉助於發紅光的化合物和第一發綠光的化合物產生綠光和紅光。但是如果放電燈的發光屏只包括一層發光層，發光屏可能只起到一層發綠光的化合物的作用，該發綠光化合物還可以作為第一發綠光的化合物，從而發光屏只包括同屬於第一和第二發光材料的單一發綠光的化合物。在放電燈剛剛點火之後紅光直接由放電輻射中的氖產生。如果發紅光的化合物如此選擇，即它都屬於第一和第二組發光材料，則在放電燈剛剛點火之後經過發紅光的混合物也會產生紅光。綠光是在經過由氖和發綠光的化合物產生UV輻射的同時產生的。在燈穩定工作過程中，紅光和綠光經過發紅光的化合物和發綠光的化合物和由汞產生的UV輻射一起產生的。本例的放電燈在剛剛點火之後和穩定工作條件下都能有效地產生黃色(amber)的光，只要它配有用於除去藍光的濾光器即可。如果放電燈沒有除去藍光的濾光器，適當選擇發光屏的成分，這藍光和由發光屏產生的紅和綠光一起可以產生白光。由於發光屏中存在的發綠光的化合物是被氖產生的UV輻射激發的，而紅光也是直接由氖產生的，所以在剛剛點火之後放電燈的光通量相對高。這種黃色放電燈由於它在剛剛點火之後和穩定工作過程中具有相對高的光通量而高度適用於例如作為車輛的方向指示器的照明裝置。如果在燈穩定工作過程中產生白光，這种放電燈高度適用於例如用作車輛的倒車燈的照明裝置。這种放電燈還高度適用於儀錶板照明指示燈或車輛的內燈。
使用下列材料作為發紅光的化合物的放電燈可以得到特別好的效果，其中用作發紅光的化合物的是由三價銪激活的氧化釔或包括釓和鎂並且由二價錳激活的戊硼烷。由三價銪激活的氧化釔同屬於第一和第二組發光材料。包括釓和鎂並且由二價錳激活的戊硼烷只屬於第一組發光材料。包括一種或幾種選自由三價鈰激活的矽鋅礦(willemite)和釔鋁石榴石形成的化合物組的化合物的放電燈也能得到很好的效果，其中部分鋁可以由鎵代替，作為發綠光的化合物。這些發綠光的化合物屬於第一和第二組發光材料。
下面參照附圖解釋本發明放電燈的實施例，其中

圖1表示根據本發明的紅光放電燈的啟動和穩定光通量作為給放電燈輸送的直流的函數；圖2表示由本發明的紅光放電燈產生的光的色點的漂移作為在放電燈點火之後第一分鐘過程中的時間的函數；圖3表示本發明的黃光放電燈的光通量作為在環境溫度為-10℃和環境溫度為20℃放電燈剛剛啟動之後的時間的函數；圖4表示在穩定工作過程中產生白光的三個放電燈的光通量的值作為在放電燈剛剛啟動之後第一分鐘過程中的時間的函數；和圖5表示上述三個放電燈中的兩個的色點的漂移，還是作為在放電燈剛剛啟動之後第一分鐘過程中的時間的函數；圖1中所示的數據是從具有長度約為40cm和內徑為2.5mm的管形放電容器的放電燈測量的。該放電燈填充有氖(填充壓強為5mbar)和汞(5mg)。放電容器的壁用由三價銪激活的氧化釔組成的發光屏塗敷。塗層重量為2.5mg/cm2。此發光屏把氖產生的短波UV輻射和汞產生的UV輻射轉換為紅光。吸收藍光的濾光器也設置在放電容器的壁上。該濾光器是具有495nm的傳輸半值的低通濾光器。在穩定工作過程中汞產生的藍光被濾光器吸收，從而在穩定工作過程中放電燈產生的光也是紅光。放電燈的光通量以流明為單位繪製在圖1的垂直軸上。給放電燈輸送的直流以mA為單位繪製在水平軸上。圖1中的曲線Ⅰ表示在環境溫度約為-20℃在剛剛點火之後放電燈的光通量。曲線Ⅱ是在相同的環境溫度在穩定工作過程中放電燈的光通量。顯然剛剛點火之後的光通量大於穩定工作過程中的光通量。這是由於在剛剛點火之後放電中只存在非常少量的汞，從而放電燈的工作電壓相對高，結果放電燈在剛剛點火之後消耗了比後來穩定工作過程中高的功率，在提供一定數值的直流的情況下。但是放電燈的發光效能在穩定工作過程中高出很多。如果氬或氬和氖的混合物代替氖用作這种放電燈填充氣體，則在放電燈剛剛點火之後的啟動光通量只是穩定工作過程中的光通量的約5％。
在圖2中，由放電燈產生的光的色點的y坐標繪製在垂直軸上。由放電燈產生的光的色點的x坐標繪製在水平軸上。圖2中所示的數據是從提供有用於除去藍光的並且傳輸半值為495nm的低通濾光器的紅光放電燈測量的。該放電燈的長度和直徑與其數據在圖1中示出的放電燈的相同。這種紅光放電燈的填充物也與其數據在圖1中給出的放電燈的填充物相同。紅光放電燈的壁用重量佔25％的鍺酸鎂和重量佔75％的由三價銪激活的氧化釔的混合物塗敷。塗層重量為2.5mg/cm2。為了符合美國S.A.E標準而使車輛紅光信號指示燈的光的色點必須位於其內的色三角區域在圖2中用虛線表示。為了符合歐洲E.C.E標準而使用於汽車信號指示燈的紅光放電燈的光必須位於其內的區域在圖2中用相同的方式表示。另外，圖2表示在環境溫度為-20℃和通過燈的直流為10mA時在剛剛點火之後60秒過程中放電燈的色點的飄移。具有圖2中所示的最低x坐標和最高y坐標的色點是在剛點火之後放電燈產生的光的色點。所示的其它色點是在點火之後各時刻放電燈產生的光的色點，兩個連續點之間的時間間隔是每次兩秒。顯然在色點的x坐標增加時y坐標隨著減少。
如上所述，由三價銪激活的氧化釔可以藉助於氖產生的UV輻射和藉助於汞產生的UV輻射激活。被由三價銪激活的氧化釔產生的紅光的色點的x坐標為0.643,y坐標為0.357。但是鍺酸鎂只能藉助於汞產生的UV輻射激活並產生具有x坐標為0.713和y坐標為0.287的色點的紅光。在放電燈剛剛點火之後直接由氖產生的紅光的色點的x坐標為0.666,y坐標為0.332。在放電燈剛剛點火之後，紅光是通過氖的等離子體直接產生和經過氖和三價銪激活的氧化釔產生的UV輻射產生的。紅光是在燈穩定工作過程中藉助於三價銪激活的氧化釔和藉助於鍺酸鎂經過汞產生的UV輻射產生的。由鍺酸鎂產生的紅光的色點具有比藉助於三價銪激活的氧化釔產生的紅光高的x值和低的y值，正如直接由氖產生的紅光的色點的情況一樣。這是為什麼放電燈產生的紅光也具有比在放電燈剛剛點火之後和燈穩定工作過程中紅光只由三價銪激活的氧化釔產生的情況高的x坐標和低的y坐標的色點的原因。結果，圖2中所示的所有色點都位於根據歐洲E.C.E標準或美國S.A.E標準用於車輛信號指示燈的紅光放電燈的光必須位於其內的區域內。
圖3中所示的數據也是從具有長度約為40cm和內徑為2.5mm的管形放電容器的放電燈測量的。該放電燈提供有帶有495nm傳輸半值的低通濾光器。該放電燈用氖(填充壓強為15mbar)和汞(5mg)填充。放電容器的壁用包括重量佔40％由三價銪激活的氧化釔和重量佔60％由三價銫激活的釔鋁石榴石的混合物的發光屏塗敷。塗層重量為2.5mg/cm2。燈的電流為10mA DC。如上所述，由三價銪激活的氧化釔把氖產生的短波UV輻射和汞產生的UV輻射轉換為紅光。由三價銫激活的釔鋁石榴石把氖產生的短波UV輻射和汞產生的UV輻射轉換為綠光。為此，在剛剛點火之後和燈穩定工作過程中此燈產生的光為黃色。在圖3中，時間以秒為單位繪製在水平軸，光通量以流明為單位繪製在垂直軸。圖3表示在環境溫度為-10℃和環境溫度為20℃在點火之後第一個60秒過程中燈的光通量。如果氬或氬和氖的混合物代替氖用作這种放電燈中的填充氣體，則在放電燈剛剛點火之後的啟動光通量不大於穩定工作過程中的光通量的約5％。圖3表示根據本發明的黃色燈，啟動光通量相對高，而且在相對低的環境溫度下也一樣。
圖4和圖5中所示數據是為具有長度約為40cm和內徑為2.5mm的管形放電容器的三個放電燈測量的。第一個放電燈是用氖(90mole％)和氬(10mole％)(填充壓強為25mbar)還有汞(5mg)的混合物填充的。第二和第三個放電燈是用氖(填充壓強為15mbar)和汞(5mg)填充的。第一和第二個放電燈的發光屏由重量佔25％並由三價鋱激活的銫鎂鋁酸鹽和重量佔75％並由三價銪激活的氧化釔構成。塗層重量為2.5mg/cm2。第三個放電燈發光屏包括兩層。第一層設置在燈容器的壁上，與第一和第二個放電燈對應。第二層由公式為Y3-xAl2.5Ga2.5O12∶xCe3+的化合物構成。這第二層的塗層重量為0.24mg/cm2，約對應於0.5μm的平均層厚。這些燈被輸送以直流10mA。在穩定工作過程中這三個燈的每一個產生白光，由紅光、藍光和綠光組成。紅光是藉助於三價銪激活的氧化釔產生的。藍光直接由汞產生。綠光是藉助於三價鋱激活的銫鎂鋁酸鹽產生的。在圖4中，光通量以流明為單位繪製在垂直軸上，時間以秒為單位繪製在水平軸上。曲線Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別表示在環境溫度為-20℃在剛剛點火之後第一個、第二個和第三個放電燈的光通量作為時間的函數。顯然第一個放電燈光通量在剛剛點火之後非常低，而且在相對長的時間內保持這種狀態。這是由於在這燈的等離子體中沒有產生短波UV輻射，另外在剛剛點火之後等離子體中只含有非常少的汞，從而發光屏只產生少量的可見光。此外，沒有紅光直接被第一种放電燈的等離子體中的汞產生。第二和第三個放電燈在剛剛點火之後具有相對高光通量，這是由於發光屏被氖產生的短波UV輻射激發的緣故。但是，在存在於第二個放電燈的發光屏中的兩種發光化合物中，只有由三價銪激活的氧化釔是被氖產生的短波UV輻射激發的。結果，在剛剛點火之後幾乎只產生紅光，是直接由氖和間接由三價銪激活的氧化釔產生的。第二個放電燈輻射的光的顏色在這種情況下逐漸從紅色換變為白色。剛剛點火之後產生的紅顏色光在許多應用中是不希望的。在第三個放電燈中，在放電燈剛剛點火之後產生綠光，在這燈中第二層是由氖產生的短波UV輻射激發的。這短波UV輻射如此強地被第二層吸收，以致於第一層中的發光混合物沒有或基本沒有被激發。為此，在放電燈剛剛點火之後紅光幾乎只是直接由氖產生的。由於這紅光和綠光，第三种放電燈在剛剛點火之後產生的光的顏色是淺桃紅。然後該放電燈產生的光的顏色逐漸從淺桃紅轉變為白色。第三种放電燈在剛剛點火之後產生的淺桃紅色光使第三种放電燈在許多應用中比第二种放電燈更有用。
圖5中，放電燈產生的光的色點的y坐標繪製於垂直軸上。放電燈產生的光的色點的x坐標繪製於水平軸上。圖5也表示根據美國S.A.E標準和歐洲E.C.E標準車輛白光信號指示燈的色點必須在其內的區域。曲線Ⅱ和Ⅲ分別表示在環境溫度為-20℃下在剛剛點火之後的60秒過程中第二和第三個放電燈的色點的漂移。兩曲線的具有x坐標最高值的點是在剛剛點火之後由相應燈產生的光的色點。兩曲線的其它點表示在點火之後一段時間由放電燈產生的光的色點，兩連續的點之間的時間間隔是每次兩秒鐘。可以看出，在剛剛點火之後第三個放電燈的色點距根據S.A.E標準和E.C.E標準白光信號燈的色點必須位於其內的區域的距離比第二种放電燈的色點距該區域的距離少很多。而且，顯然第三個放電燈的色點達到白光區域比第二种放電燈的色點快得多。
權利要求
1.一种放電燈，包括具有內徑至多為5mm的管形放電容器，發光屏，和包括汞和稀有氣體的填充物，其特徵在於，稀有氣體包括超過98mole％的氖，發光屏包括第一組和第二組發光材料，第一組發光材料包括用於把汞產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料，第二組發光材料包括用於把氖產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料。
2.根據權利要求1所述的放電燈，其特徵在於發光屏包括第一和第二發光層，所述第一發光層設置在放電容器的壁上並包括屬於第一組的發光材料，所述第二發光層設置在第一發光層上並包括屬於第二組的發光材料。
3.根據權利要求2所述的放電燈，其特徵在於第二發光層的平均層厚小於5μm。
4.根據權利要求1所述的放電燈，其特徵在於第一組發光材料包含在發光粒子中，第二組發光材料形成設置在所述發光粒子的表面上的層的一部分。
5.根據前述一個或幾個權利要求所述的放電燈，其特徵在於第一和第二組發光材料包括發紅光的化合物。
6.根據權利要求5所述的放電燈，其特徵在於發光屏包括形成第一和第二組發光材料的一部分的發紅光的化合物。
7.根據權利要求5或6所述的放電燈，其特徵在於發光屏包括由三價銪激活的氧化釔。
8.根據權利要求1、2、3或4所述的放電燈，其特徵在於第一組發光材料包括發紅光的化合物和第一發綠光的化合物，第二組發光材料包括第二發綠光的化合物。
9.根據權利要求8所述的放電燈，其特徵在於發紅光的化合物包括從由三價銪激活的氧化釔和包括釓和鎂並且由二價錳激活的戊硼烷形成的組選擇的化合物之一，第二發綠光的化合物包括選自三價鈰激活的釔鋁石榴石和矽鋅礦形成的組的一種或幾種化合物，其中部分鋁可以由鎵代替。
10.根據前述一個或幾個權利要求所述的放電燈，其特徵在於放電燈包括濾光器。
全文摘要
本發明涉及一种放電燈,包括具有內徑至多為5mm的管形放電容器,發光屏,和包括汞和稀有氣體的填充物。根據本發明,稀有氣體包括超過98mole%的氖,發光屏包括第一組和第二組發光材料,第一組包括用於把汞產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料,第二組包括用於把氖產生的UV輻射轉換為可見光的發光材料。由此實現在冷環境下放電燈在剛剛點火之後具有相對高的光通量。
文檔編號H01J61/44GK1236480SQ98801102
公開日1999年11月24日 申請日期1998年4月16日 優先權日1997年6月11日
發明者C·J·羅澤克蘭斯, D·范德沃爾特, F·A·S·裡塔特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司