Uv發射放電燈的製作方法
2023-10-18 03:30:44
專利名稱：Uv發射放電燈的製作方法
技術領域：
本發明針對用於發光設備的新穎材料，尤其是針對用於發射UV輻射的放電燈的新穎材料領域。
背景技術：
包含UV發射磷光體的螢光燈廣泛應用於美容和醫療用途。這些燈通常通過例如利用Hg低壓放電以及包含UV-B或UV-A磷光體或者若干UV-A/B磷光體的混合物的發光屏產生UV光。最常應用的磷光體是作為UV-B發射體的LaP04:Ce、SrAl12O19:Ce，Na或 LaB3O6IBi, Gd 以及作為 UV-A 發射體的(Y, Gd) PO4: Ce, BaSi2O5:Pb 或 SrB4O7:Eu0然而，許多當前應用的低壓放電燈經受短期退化的缺陷。這是由發光材料與例如來自放電的Hg離子之間的相互作用而造成。該化學相互作用的結果是在磷光體層之上形成黑色層，導致磷光體帶灰色並且因而效率降低。退化過程也在Xe準分子放電燈中觀察到。準分子放電燈是其中放電維持填充物的至少一個成分在燈操作期間形成準分子的放電燈。準分子形成對於燈的光產生是必不可少的。除了作為準分子形成填充物成分的 Xe之外，還存在其他公知的準分子形成填充物成分，比如Ne。由於因退化過程造成的上述缺陷，需要尤其是用於UV-B燈的可替換的磷光體，其至少部分地克服上面提到的缺陷並且其具有更長的壽命。
發明內容
本發明的目的是提供一种放電燈，其至少部分地能夠克服上面提到的缺陷，尤其是允許構建對於大範圍的應用具有良好的或改進的照明特徵連同增加的壽命的放電燈。這個目的是藉助於本發明的依照權利要求1的放電燈來實現的。因此，提供了一种放電燈，其優選地為低壓氣體放電燈，所述放電燈設有包括氣體填充物的放電容器，該氣體填充物具有放電維持組分，其中放電容器壁的至少一部分設有發射UV光且包含作為激活劑的鐠(III)的發光材料。在本發明的意義下，術語「激活劑」尤其包括和/或表示給定主晶格中存在的雜質，尤其是激發時發射輻射的ft· (III)離子。令人驚奇的是，已經發現，對於本發明內的大範圍的應用而言，在本文中第一次給出的作為激活劑的鐠(Pr)的使用具有以下優點中的至少一個
-含有作為激活劑的ft· (III)的發光材料的光譜具有優良的發光特性並且可以用於 UV輻射發射放電燈，尤其是UV-B輻射發射放電燈。-許多發光材料(以及使用這些材料的燈)具有增加的壽命而不劣化其發射特性。-所述材料可容易獲得並且可以用於本領域中採用的所有類型的放電燈。-使用的材料是無毒的並且因而可用於本發明內的大範圍應用。-所應用的材料是抗輻射的並且因而可以用於本領域中存在的所有類型的放電燈。-所應用的材料在水中、甚至在低pH下以及有機溶劑中是穩定的，並且因而可應用於許多類型的懸浮液中。優選地，所述放電燈是Xe、Ne或Xe/Ne準分子放電燈和/或優選地為UV-B發射燈 (即它具有^Onm與320nm之間的至少一個最大峰值)。依照本發明的另一個實施例，所述發光材料包括石榴石材料。術語「石榴石材料」 尤其包括和/或表示所有的材料A3B5O12，其中A和B為適當的三價陽離子(或者若干適當的三價陽離子的混合物)。優選地，所述發光材料基本上由石榴石材料製成。措詞「基本上」尤其包括和/或表示彡95 (wt.) %、優選地彡98 (wt.) %並且最優選地彡99 (wt.) %。依照本發明的另一個實施例，所述發光材料中ft· (III)的含量為>0且彡10 mol% (的所述適當的三價陽離子)。這被證明對於許多應用是有利的。優選地，所述發光材料中 Pr (III)的含量為彡2且彡8 mol%、更優選地彡3. 5且彡6 mol%。在發光材料包括石榴石材料的情況下，Pr (III)的含量為>0且彡10 md%，優選地彡2且彡8 mol%，更優選地彡3. 5且彡6 mol%的三價陽離子A (即十二面體位置)。優選地，所述發光材料基本上包括選自以下組的材料，該組包括 (Y1^yLux) 3 (AlwGaa)5O12:Pry ^ (LUl_x_yYx)3 (AlhGaa)5O12:Pry,其中 a，χ 彡 0. 0 且彡 1. 0 並且 y>0. 0且< 0. 1。出於以下原因，該材料據發現在許多應用中是特別有利的
-所述材料易於製成且特別穩定。-此外且非常令人驚奇的是，所述發光材料的發射帶位置可以通過Al/Ga比值容易地進行調整。依照一個優選的實施例，a為彡0. 0且< 0. 5。這被證明對於許多應用是有利的， 因為它導致發射帶通常處於有利的波長區域中。依照一個優選的實施例，y為彡0. 02且< 0. 08，更優選地彡0. 035且< 0. 06。依照一個優選的實施例，χ為< 0. 8，更優選地< 0. 6。此外，本發明涉及UV-B發射照明系統中作為激活劑的ft· (III)的使用。包括所描述的放電燈或者利用所描述的ft· (III)的系統可以用於一個或多個以下應用中
-用於醫學治療的裝備
-用於美容肌膚護理的裝備(例如曬黑(tanning)設備)
-例如通過Cl2或CW2的光化學激活的水消毒和/或淨化應用
-例如用於高級化學產品(例如維生素D3)的光化學合成的化學反應器。尤其是，如果本發明用作發光屏或者與發光屏一起使用，那麼應當指出的是，在這些(或其他適當的)應用中，所述系統也可以包括第二或第三UV-B發射磷光體，例如 LaPO4ICe或SrAl12019:Ce，以便進一步將燈的光譜優化成給定應用的作用光譜。上述部件以及要求保護的部件和所述實施例中依照本發明使用的部件在其尺寸、 形狀、材料選擇和技術構思方面不經受任何特殊例外，從而可以不受限制地應用相關領域中已知的選擇準則。
從屬權利要求、附圖以及各附圖和實例的以下描述中公開了本發明目的的附加細節、特徵、特性和優點，所述附圖和實例以示例性方式示出了依照本發明的放電燈的若干實施例和實例。圖1示出了依照本發明第一實施例的放電燈的非常示意性的截面圖。圖2示出了依照本發明的第一發光材料的激發和發射光譜(實例I)。圖3示出了包括實例I的材料以及標準290玻璃容器的單成分Xe準分子放電燈的發射光譜。圖4示出了示出圖3的燈隨著時間的相對輸出的圖表。圖5示出了依照本發明的第二發光材料的激發和發射光譜(實例II)。圖6示出了依照本發明的第三發光材料的激發和發射光譜(實例III)。圖7示出了包括實例III的材料以及石英玻璃容器的單成分Xe準分子放電燈的發射光譜。圖8示出了依照本發明的第四發光材料的激發和發射光譜。
具體實施例方式圖1示出了依照本發明第一實施例的放電燈的非常示意性的截面圖。放電燈10 (其主要為現有技術)包括其中提供了磷光體12的玻璃管14。該磷光體包括本發明的發光材料。此外，提供了兩個電極(例如由Al製成)16。實例I
實例I涉及Lu3Al5O12IPr (0. 5%)，其按照以下方式製成
將起始材料Lu203、A1203和I^r6O11溶解在濃縮的HNO3中。然後，通過蒸發移除溶劑並且在600° C下烘焙剩餘粉末2小時以便分解硝酸鹽。隨後，使獲得的材料成為粉末並且將AlF3作為熔劑而添加。其後，在CO氣氛中於 1100° C下對所述粉末退火3小時、使其成為粉末並且在空氣中在1500° C與1700° C之間再次對其烘焙4小時。最後，碾碎獲得的粉末塊並且通過36Mm的篩來篩分粉末。圖2示出了實例I的材料的激發光譜(左邊光譜)和發射光譜(右邊光譜)。顯然可見，該材料是用於UV-B輻射的放電燈中的優良材料。使用實例I的材料，按照以下方式製成燈
燈I 包括包含LU3Al5012:ft·的發光層和標準290玻璃容器的單成分Xe準分子放電燈。在乙酸丁酯的基礎上利用硝化纖維作為粘合劑製成MgO納米顆粒的懸浮液。通過使用流塗相關過程將懸浮液施加到標準290玻璃管的內壁。然後，在乙酸丁酯的基礎上利用硝化纖維作為粘合劑製備Lu3Al5O12:ft·的懸浮液。使用類似的流塗相關過程，將懸浮液施加到預塗敷的燈管的內壁，所述預塗敷的燈管具有2-6mg/cm2範圍內的典型磷光體層重量。 粘合劑在峰值溫度介於500° C與600° C之間的標準加熱循環中燃燒。使用徹底泵浦循環向玻璃管填充^。必須嚴格排除氧雜質並且最終密封玻璃管。典型的氣壓為200-300毫巴的純)Ce。藉助於粘合或塗覆將Al電極附接到管的外側。燈典型地使用脈衝驅動方案工作於^V和2^Hz。發射光譜通過使用光學光譜多分析儀而確定並且示於圖3中。由圖可見，光譜具有大約325nm的大峰。因此，像燈I那樣的燈可以例如用於曬黑設備。在另一實驗中，研究了燈隨著時間的性能。為此目的，在燈連續運行在0.3W/cm2 的功率密度的同時測量燈隨著時間的相對輸出。圖表示於圖4中並且表明甚至在超過300 小時之後，也不存在燈性能的惡化。這進一步突出了使用ft" (III)作為激活劑的可能的優
點ο實例II
實例II涉及LU3Al4GaO12IPr (0. 5%)，其按照以下方式製成
將起始材料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3和I^r6O11溶解在濃縮的HNO3中。然後，通過蒸發移除溶劑並且在600° C下烘焙剩餘粉末2小時以便分解硝酸鹽。隨後，使獲得的材料成為粉末並且將AlF3作為熔劑而添加。其後，在CO氣氛中於 1100° C下對所述粉末退火3小時、使其成為粉末並且在空氣中在1500° C與1700° C之間再次對其烘焙4小時。最後，碾碎獲得的粉末塊並且通過36Mm的篩來篩分粉末。圖5示出了實例II的材料的激發光譜(左邊光譜)和發射光譜(右邊光譜)。顯然可見，該材料是用於UV-B輻射的放電燈中的優良材料。實例III
實例III涉及Lu3Al3Ga2O12 = Pr (0. 5%)，其按照以下方式製成
將起始材料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3和I^r6O11溶解在濃縮的HNO3中。然後，通過蒸發移除溶劑並且在600° C下烘焙剩餘粉末2小時以便分解硝酸鹽。隨後，使獲得的材料成為粉末並且將AlF3作為熔劑而添加。其後，在CO氣氛中於 1100° C下對所述粉末退火3小時、使其成為粉末並且在空氣中在1500° C與1700° C之間再次對其烘焙4小時。最後，碾碎獲得的粉末塊並且通過36Mm的篩來篩分粉末。圖6示出了實例III的材料的激發光譜(左邊光譜)和發射光譜(右邊光譜)。顯然可見，該材料是用於UV-B輻射的放電燈中的優良材料。使用實例III的材料，按照以下方式製成燈
燈II 包括包含Lu3Al3Ga2O12:ft·磷光體的發光層和石英玻璃容器的單成分Xe準分子放電燈。在乙酸丁酯的基礎上利用硝化纖維作為粘合劑製成MgO納米顆粒的懸浮液。通過使用流塗相關過程將懸浮液施加到石英管的內壁。然後，在乙酸丁酯的基礎上利用硝化纖維作為粘合劑製成Lu3Al3Ga2O12 = Pr的懸浮液。使用類似的流塗相關過程，將懸浮液施加到預塗敷的燈管的內壁，所述預塗敷的燈管具有1-lOmg/cm2範圍內的典型磷光體層重量。粘合劑在峰值溫度介於500° C與600° C之間的標準加熱循環中燃燒。使用徹底泵浦循環向玻璃管填充Xe。必須嚴格排除氧雜質並且最終密封玻璃管。典型的氣壓為200-300毫巴的純)Ce。藉助於粘合或塗覆將Al電極附接到管的外側。燈典型地使用脈衝驅動方案工作於5kV和25kHz。發射光譜通過使用光學光譜多分析儀而確定。發射光譜通過使用光學光譜多分析儀而確定並且示於圖7中。由圖可見，光譜具有大約315nm的大峰。這例如適合於肌膚或光化學反應器中的維生素D的產生並且適合於 Cl2或CW2的光化學裂解，其使得該燈尤其是對於這些應用而言非常有用。實例IV
實例IV涉及Lu3Al2.5Ga2.5012:Pr (0. 5%)，其按照以下方式製成將起始材料Lu2O3、Al2O3、Ga2O3和I^r6O11溶解在濃縮的HNO3中。然後，通過蒸發移除溶劑並且在600° C下烘焙剩餘粉末2小時以便分解硝酸鹽。隨後，使獲得的材料成為粉末並且將AlF3作為熔劑而添加。其後，在CO氣氛中於 1100° C下對所述粉末退火3小時、使其成為粉末並且在空氣中在1500° C與1700° C之間再次對其烘焙4小時。最後，碾碎獲得的粉末塊並且通過36Mm的篩來篩分粉末。圖8示出了實例IV的材料的激發光譜(左邊光譜)和發射光譜(右邊光譜)。顯然可見，該材料是用於UV-B輻射的放電燈中的優良材料。上述詳細實施例中的元素和特徵的特定組合僅僅是示例性的；也可以明確地設想這些教導與本專利申請以及通過引用合併於此的專利/申請中的其他教導的互換和替換。 本領域技術人員會認識到的是，在不脫離要求保護的本發明的精神和範圍的情況下，本領域普通技術人員可以想起本文所述內容的各種變型、修改和其他實現方式。因此，前面的描述僅僅藉助於實例並且並非旨在於限制。本發明的範圍在以下權利要求及其等效物中限定。此外，說明書和權利要求書中使用的附圖標記並不限制要求保護的本發明的範圍。
權利要求
1.一种放電燈，優選地為低壓氣體放電燈，設有包括氣體填充物的放電容器，該氣體填充物含有放電維持組分，其中放電容器壁的至少一部分設有發射UV光且包含作為激活劑的鐠(III)的發光材料。
2.依照權利要求1的放電燈，其中所述放電燈是Xe、Ne或Xe/Ne準分子放電燈。
3.依照權利要求1的放電燈，其中所述發光材料包括石榴石材料。
4.依照權利要求1的放電燈，其中所述發光材料中Pr(III)的含量為>0且彡10mol%0
5.依照權利要求1的放電燈，其中所述發光材料基本上包括選自以下組的材料，該組包括(YmLux) 3 (AlhGaa)5O12:Pry 或(LUl_x_yYx) S(AlhGaa)5O12 = Pry,其中 ει，χ 彡 0. 0 且彡 1. 0 並且 y>0. 0 且；^ 0. 1。
6.依照權利要求1的放電燈，其中所述發光材料基本上包括選自以下組的材料，該組包括(Y1^yLux)3(Al1^Gaa)5O12:Pry 或(LUl_x_yYx)S(AlhGaa)5O12Jry,其中 a 彡 0. 0 且彡 0. 5， χ ^ 0. 0且彡1. 0並且y>0. 0且彡0. 1。
7.UV-B發射照明系統中作為激活劑的ft· (III)的使用。
8.包括依照權利要求1的放電燈或者利用權利要求7的系統，該系統用於一個或多個以下應用中-用於醫學治療的裝備-用於美容肌膚護理的裝備(例如曬黑設備)-例如通過Cl2或ClA的光化學激活的水消毒和/或淨化應用-例如用於高級化學產品的光化學合成的化學反應器，所述高級化學產品例如是維生素d3。
全文摘要
本發明涉及包括作為激活劑的Pr(III)的UV-B發射放電燈。
文檔編號H01J61/44GK102333843SQ201080009340
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月17日 優先權日2009年2月25日
發明者G.格呂爾, T.於斯特爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司