螢光燈和具有改進了發光效率的高強度放電燈的製作方法
2023-05-26 17:14:56
專利名稱：螢光燈和具有改進了發光效率的高強度放電燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及螢光燈和高強度放電燈。
眾所周知，螢光燈和高強度放電(HID)燈能夠高效發光。
螢光燈包括密封有水銀和稀有氣體的弧管。在弧管的內表面塗有一層螢光體。弧管中進行的放電激勵水銀髮出主波長為254nm的紫外線光。該紫外線光激勵螢光體從而發出可見光。這樣，就可以獲得光通量。傳統上這類典型的螢光燈是直管型螢光燈或是環形螢光燈，以及近年來廣泛得到介紹的燈泡型螢光燈和緊湊型螢光燈。
HID燈是高壓水銀燈、金屬滷化及高壓鈉燈的類屬名。
高壓水銀燈是由於100到1000kPa的水銀蒸汽放電而發光的。
金屬滷化物燈如下所述發光。通過放電，金屬滷化物被分解成金屬原子和滷素原子。然後金屬原子被激勵從而發出可見光。
高壓鈉燈是由於鈉蒸汽放電發光的。
作為這些螢光燈和HID燈的基本特性，一直尋求以較少的電功率損耗來獲取較大的光通量並得到長的使用期限。為完成這些基本特性已經進行的了有效的研究和開發。
舉一個例子，日本專利申請特開平No.H11-167899公開了一種用於延長螢光燈使用期限的技術。根據該公開，由於螢光燈在製造或是被點亮時，鈉被從鈉玻璃中洗提出來，並且洗提出的鈉會與水銀反應，因此使用鈉玻璃的傳統的螢光燈，其發光強度很可能會被降低。鑑於這一點，依照該技術所述的螢光燈使用了這樣一種玻璃，該玻璃中的鈉不像傳統的鈉玻璃那樣可能從中被提洗出來，以此來防止發光強度被減弱。
同樣，舉例來說，為了以更小的電功率損耗獲得螢光燈的更大光通量，對提高螢光體亮度進行了研究和開發，並通過使弧管更細來確保長的弧長。
這些研究和開發使得螢光燈和HID燈的性能提高到了某種程度。然而，近年來對這些性能進一步進行改進的需求不斷提高。為了滿足這些需求，需要有進一步降低電功率損耗並提供更大光通量的技術。
本發明的目的在於提高通過放電而發光的燈的發光效率，例如螢光燈和HID燈。
鑑於上述目的，本發明的螢光燈包括螢光管，它是一個包含放射成分的玻璃材料製成的玻璃管。當其暴露在水銀受到激勵所發出的紫外線光之下時(具有254nm的峰值波長)，放射成分發出波長更長的紫外線光。
換句話說，本發明的螢光燈包括一個玻璃管，其內表面上覆蓋著包含上述放射成分的保護層。在由金屬氧化物作為基礎材料而製成的保護層上，形成了一個螢光層。
根據本發明中的螢光燈，螢光管中的水銀蒸汽放電產生峰值波長為254nm的紫外線光。這種紫外線光照射到放射成分上，產生長波的紫外線光和可見光。這種長波紫外線光激勵螢光層而發出次級可見光，通過這種作用，用於螢光燈光通量的、由水銀受到激勵所發出的紫外線光的利用效率得到了提高。由此，與傳統的沒有放射成分的燈相比，光通量的總量可以被提高至少2％。為了提高玻璃管或保護層中可見光的傳輸率，最好是將放射成分溶入到形成玻璃管的玻璃材料中，或是溶入到作為保護層基礎材料的金屬氧化物中。
同樣，本發明中的HID燈包括一個由包含上述放射成分的玻璃材料所製成的外殼。當放射成份暴露在弧管中所密封的放射材料激發出的紫外線光之下時，放射成分受到激勵從而發出波長更長的紫外線光。
由於放射成分是包含在用於螢光燈和HID燈的玻璃中的，因此最好使用下面列出的元素的氧化物。
這些元素是Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Tl、Sn、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu。
本發明同樣可以應用於白熾燈。在白熾燈中，燈泡含有從上面的元素中選出的放射成分，使得用於白熾燈光通量的，由於放電所發出光的使用效率能夠得到提高。
本發明這些和其他目的、優點以及特性將通過下面與說明本發明具體實施例的附圖一起的描述，而變得更為清楚。其中
圖1所示是涉及本發明第一實施例的緊湊型螢光燈的外形；圖2是構成螢光燈的螢光管的玻璃管的剖視圖3用於解釋螢光燈發光的機制；圖4所示是實驗2中的發射頻譜的測量方法；圖5所示是從實驗2得到的發射頻譜；圖6是表示由實驗3得到的玻璃板厚度和可見光傳輸率之間關係的特徵圖；圖7是玻璃管厚度和相關的發光強度之間關係的特徵圖；圖8是表示螢光層厚度和相關的發光強度之間關係的特徵圖；圖9是與本發明第二實施例有關的螢光燈弧管的剖視圖；圖10所示是與本發明第三實施例有關的水銀螢光燈；圖11A所示是與本發明第三實施例有關的金屬滷化物燈；圖11B所示是與本發明第三實施例有關的高壓鈉燈。圖1所示是與本發明第一實施例有關的緊湊型螢光燈的外形。緊湊型螢光燈是由一個固定到底座20的螢光管10構成的。該螢光管10由六個直的玻璃管(玻璃燈泡)11組成。
相鄰的玻璃管11被橋連接使得六個玻璃管11彼此相連，從而在其中形成一個單獨的放電空間。一種稀有氣體，例如氬，以及水銀被密封在該放電空間中。同樣，在放電空間的兩端，螢光管10配有電極(未示出)。
底座20內部配有一個點火電路(未示出)，用於點燃螢光管10。
圖2是構成螢光管10的玻璃管11的剖視圖。
玻璃管11由鈉玻璃製成。需要注意的是鈉玻璃中包含有一種元素，當該元素暴露在波長為254nm的紫外線光下時，該元素受到激勵能發出波長範圍是從紫外線光到可見光區域的光(這種元素在下文中稱作「放射成分」)。
放射成分的例子是族4A、5A和6A中元素的氧化物；族3B、4B和5B中元素的氧化物；以及鑭系元素中元素的氧化物。
族4A、5A和6A中元素的具體例子是鈦(Ti)，鋯(Zr)，釩(V)，鈮(Nb)，鉭(Ta)，鉬(Mo)和鎢(W)。
族3B、4B和5B中元素的具體例子是鉈(Tl)，錫(Sn)，鉛(Pb)和鉍(Bi)。
鑭系元素中元素的具體例子是鑭(La)，鈰(Ce)，鐠(Pr)，釹(Nd)，釤(Sm)，銪(Eu)，釓(Gd)，鋱(Tb)，鏑(Dy)，鈥(Ho)，鉺(Er)，銩(Tm)，鐿(Yb)和鑥(Lu)。
為了形成玻璃管11，在熔化鈉玻璃材料之前，至少有一種從上面所列元素中選出的元素的氧化物與鈉玻璃相混合。這種混合粉末經過了一個溶化過程和之後的形成過程。
螢光層12是通過向玻璃管11的內表面提供三段螢光體而形成的。
注意本說明書的稍後部分將對玻璃管11和螢光層12厚度的最適宜的範圍進行說明。(效果)圖3用於說明上述螢光燈的發光機制。
本實施例中的螢光燈是基於實質上與傳統螢光燈相同的機制來產生光通量的。詳細的說，點火電路向螢光管10中裝配的電極施加壓力，使在螢光管中形成的放電空間產生放電。這种放電激勵密封在放電空間中的水銀和稀有氣體，從而產生紫外線光「UV1」(具有254nm的主波長)。紫外線光「UV1」照射到螢光層12上，激勵螢光體產生可見光「V1」(具有近似400nm或更高的波長)。可見光「V1」通過玻璃管11被傳輸，從螢光管10中形成了主要的光通量。
除了主要的光通量之外，本發明中的螢光燈以下面的方式還發出次級光通量(可見光「V2」和可見光「V3」)。
在螢光管10中產生的紫外線光「UV1」中部分通過螢光層12傳輸並照射到玻璃管11上。這裡，玻璃管11包含前面說明過的放射成分。放射成分被紫外線光「UV1」的傳輸部分所激勵，發出接近紫外線光的「UV2」(具有大於254nm的波長)，並從玻璃管11發出可見光「V2」。
另外，玻璃管11發出的接近紫外線光「UV2」中有部分照射到了螢光層12上。這部分接近紫外線光「UV2」激勵構成螢光層12的螢光體，從而發出可見光「V3」。
注意在這裡放射成分幾乎不吸收可見光，並被均勻的溶入構成玻璃管11的玻璃中。因此，放射成分不可能成為可見光通過玻璃管11傳輸的障礙。因此，可見光「V1」、「V2」和「V3」通常是沒有被衰減的通過玻璃管11而傳輸，從而形成螢光燈的光通量。
如上所述，本發明中的螢光燈具有改進的發光效率，這是因為玻璃管11中包含了放射成分，因此它不僅能產生主要的光通量(可見光「V1」)，還能產生次級光通量(可見光「V2」和「V3」)。
同樣，玻璃管11是由溶入了放射成分的鈉玻璃製成的。與溶入了放射成分的石英玻璃所製成的玻璃管相比，這將是更有效的，因為將放射成分與鈉玻璃相結合，在將波長大約為254nm的紫外線光轉換為長波紫外線光或可見光時將更為有效。
這裡，玻璃管11中所含放射成分的濃度可以如下考慮。如果濃度太低，放射成分僅僅發出很少量的光。而另一方面，如果濃度過高，由於自吸收性質，放射成分將會吸收紫外線光。將這種平衡關係加以計算，放射成分的濃度最好應被設置在一個能夠實現較高發光效率的範圍中。
濃度的最適宜的範圍也是取決於放射成分的類型而變化的。對族4A、5A和6A中元素和鑭系元素中元素的氧化物來說，該濃度最好被設置在0.01到10wt％的範圍以內。對族3B、4B和5B中元素的氧化物來說，該濃度最好被設置在0.01到0.5wt％的範圍以內。
如在以後將要描述的實驗結果中所指出的那樣，包含在玻璃管11中的適量放射成分能夠產生達到總光通量(可見光V1、V2和V3)2％或更多的次級光通量(可見光V2和V3)。
注意在這裡上面所列元素的氧化物中每一種都具有唯一的發射頻譜，並且在不同的條件下是不同的，如它的利用度。
例如，鑭系元素中元素的氧化物大部分的發射頻譜都具有包含很多相對尖銳的波峰的波長。發射頻譜峰值波長是處於從紫外線光到可見光這麼大的範圍中的。
另一方面，族3B、4B和5B中元素的氧化物具有寬峰波長範圍從300到400nm的發射頻譜。尤其氧化舵(TlO)具有高的發光強度。
將這些不同的條件加以考慮，當決定作為螢光管使用的玻璃的成分時，可以從上面所列元素中選出一種或多種適合元素的氧化物並將其用作放射成分。放射成分的這種較大選擇範圍是很有利的，因為它使得對螢光管的玻璃成分所做的設計能夠根據其用途來進行。
考慮到對發光效率所做的改進，鑭系元素中元素的氧化物，尤其是Gd和Tb的氧化物更為適合使用。
這是因為這些元素的氧化物，其放射頻譜適於有效激勵螢光燈中的螢光體。
更為具體一點，當螢光燈的螢光層被紫外線光照射時，紫外線光轉換成可見光的轉換效率取決於紫外線光的波長。這些元素的氧化物在其發射頻譜中發出更多波長範圍在260到400nm之間的光。在該範圍中，將對普通螢光燈的螢光體進行激勵的紫外線光轉換成可見光的轉換效率是非常高的。
同樣，這些元素的氧化物發出更多波長大約為550nm的光，在這個位置上人眼的靈敏度是很高的。基於這一點，這些放射成分被認為是適於改進發光效率的。(實驗1)表1
在上面的表1中，樣本1是一個與用於比較的例子相關的緊湊型螢光燈。樣本2到6是與本實施例相關的緊湊型螢光燈。
這些實驗中所使用的螢光燈，每一個的全長都是145mm，玻璃管的直徑是12.5mm，並具有32W的額定電壓。
與本實施例相關的螢光燈2到6中，每一個都包含有用鈉玻璃製成的玻璃管11，其中鈉玻璃的成分是SiO268wt％，Al2O31.5wt％，Na2O5wt％，K2O7wt％，MgO5wt％，CaO4.5wt％，SrO5wt％，BaO6wt％以及Li2O1wt％。注意在這裡TlO是被作為放射成分加入到鈉玻璃中的。如表1所示，玻璃管中TlO的濃度被設置成了不同的值{0.001，0.01，0.1，0.3和0.5wt％}。
螢光層12是由三段色溫為5000K的螢光體形成的。
除了TlO沒有被加入到玻璃管中之外，與比較實驗相關的螢光燈1和本實施例中的螢光燈具有相同的濃度。
這些與比較的實驗和本實施例相關的螢光燈，其初始光通量值和光通量保持係數是根據以下測量方法進行測量的。
測量方法初始光通量值(100h，1m)是對每一個進行了100小時使用期限試驗後的螢光燈的光通量進行測量而得到的。
光通量保持係數是通過測量每一個進行了4000小時使用期限試驗(重複45分鐘照明/15分鐘關閉的循環)後的螢光燈的光通量，並將其與上面所得的初始光通量值相比而得到的比值。
測量結果和因素測量結果如表1所示。
對表1中所示的初始光通量值進行比較，僅包含0.001wt％TlO的樣本2其初始光通量值與不包含TlO的樣本1的光通量值是相同的。然而，分別包含0.01wt％到0.5wt％TlO的樣本3到樣本6的初始光通量值都高出樣本1至少2％。另一方面，對這些樣本的光通量保持係數進行考察，僅僅能看出微小的差異。
通過該實驗可以發現，玻璃管中包含適量的放射成分可以將螢光燈的光通量值提高至少2％，而且不會使光通量保持係數被降低。同樣可以發現的是，最好是將玻璃管中的TlO濃度設置在0.01wt％或是更高。(實驗2)當暴露在254nm波長的紫外線光之下時，用於樣本5並與本實施例相關的、包含0.3wt％TlO的鈉玻璃的發射頻譜，以及與比較用的例子相關的、用於樣本1的鈉玻璃的發射頻譜，是根據以下測量方法進行測量的。
測量方法準備測試用的鈉玻璃，其中每塊的厚度為2mm，每邊長為20mm。如圖4所示，每個測試塊31都被波長為254nm、入射輻射強度為0.4mW/cm2的激發光32照射。使用即時分光鏡對測試塊31的發射頻譜進行測量。
測量結果和因素測量結果如圖5所示。在該圖中，每個標記◇表示樣本1的測量結果，每個標記口表示樣本5的測量結果。
可以從圖5所示的測量結果看出，不包含TlO的樣本1所發出的光很少有波長大於254nm的，然而包含0.3wt％TlO的樣本5所發出的光具有從峰值315nm到大約450nm的可見區域的範圍中的較寬波長。
如上面圖3所說明的，以下所述可以通過這些測試結果得到證明。通過用峰值波長為254nm的紫外線光「UV1」照射包含有TlO的玻璃，可以得到激發的紫外線光「UV2」和激發的可見光「V2。
注意，儘管在實驗1和2中是將TlO用作放射成分的，同樣也可以進行將其他上面所列元素的氧化物用作放射成分的實驗。在這些實驗中，包含了與實驗1和2相近似的結果。
同樣，每種元素其濃度的最佳範圍是如下進行檢驗和判定的。對族4A、5A和6A以及鑭系元素中元素的氧化物來說，最佳範圍是0.01到10wt％。對族3B、4B和5B中元素的氧化物來說，最佳範圍是0.01到0.5wt％。(實驗3)對玻璃厚度所做的實驗和因素進行該實驗是為了對包含0.3wt％放射成分(TlO)，但厚度各不相同的鈉玻璃的可見光傳輸率進行檢查。
圖6是實驗結果的特徵圖。從該圖中可以發現，隨著玻璃板厚度的增加，傳輸率減小。
同樣，由包含0.3wt％TlO的玻璃材料製成的、固定直徑為12.5mm、但厚度各不相同的每種玻璃管，其相關的發光強度也都被加以檢查。
圖7是基於該實驗結果所繪出的特徵圖。在該圖中，標記○表示當玻璃的厚度被相關的設置在1、2、3mm處時，測量所得的相關的發光強度。在該曲線圖中，曲線表示玻璃管厚度與基於這些被測值而計算得到的相關的發光強度之間的關係。從該圖中可以發現，當玻璃管的厚度相對較小時，相關的發光強度將隨玻璃管厚度的增加而減小，該值為1.5mm或是更小。
概括起來，通過使包含放射成分的玻璃管變細，可以使傳輸率和相關的發光強度都能得到提高。鑑於這一點，為了提高與本實施例有關的螢光管的相關的發光強度，玻璃管11的厚度將被設置得更小。
以下所述可以從這些實驗中得知。當以厚度超出0.62mm的玻璃管作為常規的普通螢光管時，對與本實施例相關的螢光管來說，玻璃管11的厚度被設置在0.62mm或是更小將是有益的。(實驗4)關於螢光層厚度的實驗和因素使用了包含0.3wt％放射成分(TIO)的玻璃的螢光燈，其相關的發光強度與使用傳統的不包含該放射成分的鈉玻璃的螢光燈的相關的發光強度都被進行了測量，在該情況下，每個螢光燈中螢光層的厚度在0到40m的範圍中變化。
圖8所示是表示螢光層厚度和相關的發光強度之間的關係的特性圖。
在圖8中，當螢光層厚度大於20m時，使用通常鈉玻璃的螢光燈，其相關的發光強度是最高的，然而使用了包含TlO的鈉玻璃的螢光燈，其相關的發光強度在當螢光層的厚度小於20m時則是最高的。
以下所述可以從實驗結果中得出。對普通的螢光燈來說，將螢光層厚度設置為20m或是更高是有益的，而對與本實施例相關的螢光燈來說，為了提高發光強度而將螢光層厚度設置為小於20m是有益的。[第二實施例]圖9是與本實施例有關的螢光燈的弧管的剖視圖。
與本實施例有關的螢光燈和與本實施例中第一實施例相關的螢光燈具有相同的結構，僅僅在使用螢光管40而不是螢光管10這一點上存在差異。在螢光管40中，螢光層42和玻璃管41之間形成了一個保護層43。
保護層43是由一個包含氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)的組中選出的金屬氧化物作為基礎材料，並附加包含了處於溶入基礎材料的狀態的放射成分的透明的層。
有關放射成分的具體的例子是第一實施例中所列元素(Ti、Zr、……)的氧化物。在這些氧化物中，鑭系元素中元素的氧化物，尤其是Gd和Tb的氧化物，特別適於在這種情況下使用。
需要注意的是螢光層42與第一實施例中的螢光層12是相同的。
同樣需要注意的是玻璃管41中並不包含放射成分。
保護層43是通過下面的方法形成的。
粉末狀的放射成分材料與作為保護層43基礎材料的粉末狀金屬氧化物材料相混合，這種混合粉末被溶解並加以研磨而形成混合的粉末混合物。然後該混合的粉末混合物與分散劑一起被加入到溶劑，例如有機溶劑(異丙醇)中，以使其被擴散到溶劑中。通過這種方法來準備塗覆用的液體。然後將這種塗覆液體以噴霧或者相近的方法應用到玻璃管41的內表面，弄乾並加以烘烤，從而形成保護層43。
通過如上所述將放射成分溶入保護層43的基礎材料中，形成了由基礎材料的金屬氧化物(ZnO、TiO2、SiO2或Al2O3)和放射成分的金屬氧化物組成的氧化物的混合物。
要將該混合粉末用到玻璃管41的內表面，不僅可以用上面的溼法，而且可以使用靜電噴塗方法，或是使用通過將醇鹽溶解到有機溶劑中而得到液體的溶膠凝膠的方法。
如上所述，包含放射成分的保護層43可以由於其中含有的基礎材料而產生提高光通量保持係數的作用，還能由於其中包含的放射成分而產生提高發光效率的效果。
保護層43中的基礎材料使得鈉很難從玻璃中擴散並傳送到螢光層12中。因此，通過防止使螢光層12變黑的水銀與玻璃中所具有的鈉的反應，保護層43還產生了提高光通量保持係數的效果。更進一步，放射成分產生了提高光通量的效果。與在第一實施例中一樣，這裡所做的改進不僅僅是對由波長為254nm的紫外線光激發螢光層42中螢光體所產生的可見光發出的光通量的提高。此外，包含在保護層43中的放射成分發光產生另外的光通量，從而使得發光效率得到提高。
更為具體一點，螢光管中放電發出的紫外線光有部分通過螢光層42傳輸。紫外線光的傳輸部分照射到保護層43，激勵包含在保護層43中的放射成分。被激勵的放射成分從保護層43中發出近紫外線光和可見光。更進一步，從保護層中發出的紫外線光有部分照射到了螢光層42上。這部分紫外線光激勵螢光層42中的螢光體發出可見光。
同樣，放射成分是溶入到保護層43的基礎材料中的，因此放射成分不會成為可見光通過保護層傳輸的障礙。
需要注意的是因為放射成分是溶入基礎材料中而形成上述氧化物混合物的，因此可以得到放射成分發出近紫外線光和可見光的效果。而當基礎材料的金屬氧化物和放射成分的金屬氧化物僅僅是簡單的以微粒形式混合在一起時，這些效果被認為是不可能產生的。
保護層43中放射成分濃度的最佳範圍與第一實施例的是相同的。族4A、5A和6A中元素的氧化物和鑭系元素中元素的氧化物，其濃度的最佳範圍是0.01到10wt％，然而族3B、4B、5B中元素濃度的最佳範圍是0.01到0.5wt％。
保護層43的厚度最好被設置在1到30μm這個範圍中。
需要注意的是本實施例描述了玻璃管41中不包含放射成分的情況。然而，作為一個經過修改過的例子，放射成分可以被包含在保護層43和玻璃管41這二者中。
同樣，如TiO2這樣的元素既具有防止水銀傳輸的效果，又具有激勵放射的效果，因此，單獨使用TiO2似乎可以產生與本實施例相同的效果。然而，僅僅單獨使用這一種元素，因為元素的自吸收特性，激勵放射的效果將會戲劇性的減小。更進一步，單獨使用該元素限制了形成保護層的方法，這是因為它限制了可以用於形成保護層的材料的類型。相反的，通過將基礎材料和放射材料組合起來使用，可以減少放射成分的自吸收。更進一步，在這種情況下，基礎材料的材料類型和放射材料的材料類型的多種組合都是可行的。當決定保護層的成分時，本發明是具有優勢的，這是因為它能為形成保護層的材料和方法提供較寬的選擇範圍。
作為一種優選組合，可以考慮將二氧化矽或氧化鋁作為基礎材料，並將氧化釓和/或氧化鋱作為放射成分。[第三實施例]本實施例描述了將本發明應用到HID燈的情況，並以螢光水銀燈、金屬滷化物燈以及高壓鈉燈舉例。
圖10是螢光水銀燈的一個例子。
螢光水銀燈是高壓水銀燈的一種，如圖所示，一般說來它是由弧管51、底座52以及外殼53所組成的。
弧管51是由透明的石英玻璃製成的，並在兩端配有電極54。弧管51內部密封著水銀和氬。
外殼53由玻璃管55組成從而將弧管圍住。玻璃管55的內表面覆蓋著螢光層56。
在弧管51中，100到1000kPa的高壓水銀蒸汽下所產生的放電發出可見光。除了可見光之外，弧管51中還發出紫外線光。紫外線光照射外殼53中的螢光層56，激發出可見光。
這裡，外殼53的玻璃管55是由溶入了至少一種從第一實施例(Ti、Zr……的氧化物)中選出的放射成分的硼矽酸鹽製成的。
有了這種結構，外殼53產生出與第一實施例中圖3所描述的螢光管10相同的效果。更為明確的是，弧管51中發出的紫外線光有一部分經過螢光層56傳輸，並照射到了玻璃管55上。包含在玻璃管55中的放射成分被紫外線光的傳輸部分所激勵，從而發出長波的紫外線光和可見光。從玻璃管55中發出的紫外線光照射到螢光層56，激發出可見光。
通過這種效果，與放射成分沒有加入到玻璃管中的情況相比，本實施例中的螢光水銀燈提供了改進的發光效率。
同樣，在本實施例中，放射成分並不是包含在由石英玻璃所製成的弧管51中的，而是包含在由玻璃製成的外殼53中。這也有助於高螢光水銀燈的發光效率。這是因為當放射成分被包含在玻璃中而不是石英玻璃中時，放射成分能更有效的將水銀激勵所發出的紫外線光(具有254nm的峰值波長)轉換成長波的紫外線光或者是可見光。更進一步，硼矽酸鹽含有如氧化鋁以及氧化硼這樣的元素。這些元素通過將玻璃中的放射成分圍繞起來從而將其隔離，並由此產生防止放射成分自吸收的效果。
本實施例描述了外殼53中提供有螢光層56的螢光水銀燈。然而，通過將上面提及的放射成分溶入到外殼的玻璃中，外殼中不包含螢光層的高壓水銀燈，其發光效率同樣可以提高到一定等級。更為具體一點，即使當外殼中沒有提供螢光層時，包含在外殼中的放射成分被來自弧管的紫外線光所激勵，同樣可以發出可見光。在這種情況下，與沒有放射成分的情況相比，也可以得到較高的發光效率。
以下參考圖11A和11B對金屬滷化物燈和高壓鈉燈進行說明。
圖11A所示是金屬滷化物燈的例子。
一般說來，金屬滷化物燈是由透明石英玻璃製成的弧管61、底座62以及與上述螢光水銀燈一樣的外殼63組成的。金屬滷化物燈與螢光水銀燈有如下不同。在弧管61的內部不僅密封著作為放射材料的金屬滷化物(例如，鈧(Sc)或鈉(Na)的滷化物)，還含有作為起動工具的稀有氣體，以及用於保持電氣特性和在最佳溫度下進行電弧放電的緩衝氣體。而螢光層並不是在外殼63中形成的。
注意在這裡外殼63是由溶入了至少一種從第一實施例(Ti、Zr……的氧化物)的放射成分中選出的放射成分的硼矽酸鹽玻璃製成的。在這種金屬滷化物燈中，通過弧管61所產生的放電，金屬滷化物被分解為金屬原子和滷原子。金屬原子然後受到激發而產生可見光，從而得到光通量。
需要注意的是該放電同樣導致弧管61的放電中發出紫外線光。包含在外殼63中的放射成分被暴露在紫外線光下，並被激勵而發出可見光。由於這一點，與沒有放射成分的情況相比，能夠得到更多的光通量。也就是說，可以得到金屬滷化物燈較高的發光效率。
圖11B所示是高壓鈉燈的例子。
一般說來，高壓鈉燈是由弧管71、底座72以及外殼73組成的。高壓鈉燈的外形與上面所述的螢光水銀燈相近。然而，高壓鈉燈與螢光水銀燈有如下不同。弧管71是由多晶體尖頭陶瓷管形成的。弧管71的內部不僅密封有作為放射材料的鈉，還有作為起動工具的氙，以及作為緩衝氣體的水銀。螢光層並不是在外殼73中形成的。
這裡，外殼73是由溶入了第一實施例(Ti、Zr……的氧化物)中提到放射成分中至少一种放射成分的鈉玻璃製成的。
在這種高壓鈉燈中，弧管71中的鈉蒸汽放電激發出可見光，從而得到光通量。
需要注意的是弧管71中還發出少量紫外線光，該紫外線光激勵外殼73中的放射成分而發出可見光。通過這種效果，與沒有放射成分的情況相比，可以得到更多的光通量。也就是說，可以得到高壓鈉燈的較高的發光效率。[第四實施例]本實施例描述了將本發明應用到白熾燈中的情況。
典型的白熾燈的例子是一種用於一般照明的燈或是一種滷化物燈。
用於一般照明的燈配有由軟鈉玻璃或硼矽酸鹽玻璃製成的燈泡。燈泡內部密封了稀有氣體(例如氮，氬以及氪)，並提供了由引入線和鎢絲製成的電極。
滷化物燈配有通常由石英製成的燈泡。在燈泡內部，稀有氣體與滷素密封在一起，並提供了由引入線和鎢絲製成的電極。
與本實施例相關的白熾燈是一種用於一般照明的燈或是其燈泡的玻璃材料中溶入了第一實施例(Ti、Zr……的氧化物)所提及的放射成分中至少一種的滷化物燈。
更為具體一點，放射成分被加入到玻璃材料中以形成玻璃燈泡，而放射成分被加入到SiO2中以形成石英燈泡。
在上面所列元素的氧化物中，鑭系元素中元素的氧化物特別適於使用。這方面的原因在於它們能發出相對更多的，波長範圍在人眼靈敏度較高位置(大約550nm)的光，如上面的實施例所述。
在本實施例的白熾燈中，基本上，電功率經過電極並加熱燈絲，從而發射出可見光。在這種方式下，可以得到與傳統的白熾燈一樣的光通量。這裡，還發出少量紫外線光。在本實施例中，紫外線光激勵包含在燈泡中的放射成分發出可見光。由於這種可見光，與沒有放射成分的情況相比，可以得到量更大的光通量並因此獲得較高的發光效率。需要注意的是在將放射成分加入到玻璃燈泡中而不是石英燈泡中時，這種效果會更大一些。
儘管通過參考附圖的示例對本發明進行了充分的描述，仍需指出，對本領域技術人員來說，各種變化和修改同樣是明顯的。因此除非這種修改和變化脫離了本發明的範圍，否則它們都將限制在本發明的保護範圍中。
權利要求
1.一種螢光燈，包括由內表面具有螢光層的玻璃管以及密封在其中的水銀和稀有氣體所組成的螢光管；在螢光管中產生放電的電極；其中玻璃管是由包含放射成分的玻璃材料製成的，當被暴露在水銀受到激勵所發出的第一紫外線光之下時，該放射成分發出比第一紫外線光具有更長波長的第二紫外線光。
2.如權利要求1所述的螢光燈，其中放射成分在被暴露在第一紫外線光之下時，發出與第二紫外線光一起的可見光。
3.如權利要求1所述的螢光燈，其中從螢光管中發出的總的光通量包括當暴露在第一紫外線光之下時，螢光層發出的可見光所形成的第一光通量；當暴露在第一紫外線光之下時，放射成分發出的可見光所形成的第二光通量；當暴露在第二紫外線光之下時，螢光層發出的可見光所形成的第三光通量，其中第二光通量和第三光通量一起組成了螢光燈所發出的總的光通量中至少2％的光通量。
4.如權利要求1所述螢光燈，其中玻璃管的厚度是0.62mm或者更小。
5.如權利要求1所述螢光燈，其kh螢光層的厚度小於20m。
6.一種螢光燈，包括由內表面具有螢光層的玻璃管以及密封在其中的水銀和稀有氣體所組成的螢光管；在螢光管中產生放電的電極，其中玻璃管是由含有至少一種從包含鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鉈、錫、鉛、鉍、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥的組中所選元素的氧化物的玻璃材料製成的。
7.如權利要求6所述的螢光燈，其特徵在於玻璃材料包含0.01wt％到10wt％的至少一種從包含鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥的組中選出的元素的氧化物。
8.如權利要求6所述的螢光燈，其中玻璃材料中含有0.01wt％到0.5wt％的至少一種從包含鉈、錫、鉛、鉍的組中選出元素的氧化物。
9.一種螢光燈，包括螢光管，其內表面上具有保護層，在保護層上形成有螢光層，並且該螢光管中密封了水銀和稀有氣體；和在螢光管中產生放電的電極，其中保護層中含有放射成分，當被暴露在水銀受到激勵所發出的第一紫外線光之下時，放射成分發出比第一紫外線光具有更長波長的第二紫外線光。
10.如權利要求9所述的螢光燈，其中當放射成分被暴露在第一紫外線光之下時，發出與第二紫外線光一起的可見光。
11.如權利要求9所述的螢光燈，其中從螢光管中發出的總的光通量包括當暴露在第一紫外線光之下時螢光層發出的可見光所形成的第一光通量；當暴露在第一紫外線光之下時放射成分發出的可見光所形成的第二光通量；當暴露在第二紫外線光之下時螢光層發出的可見光所形成的第三光通量，其中第二光通量和第三光通量一起構成了由螢光燈所發出總光通量中至少2％的光通量。
12.一種螢光燈，包括螢光管，其內表面上具有保護層，在該保護層上形成有螢光層，並且其中密封了水銀和稀有氣體；和在螢光管中產生放電的電極，其中保護層含有至少一種由鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鉈、錫、鉛、鉍、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥組成的組中所選出的元素的氧化物。
13.如權利要求12所述的螢光燈，其中保護層含有0.01wt％到10wt％的至少一種從包含鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥的組中選出的元素的氧化物。
14.如權利要求12所述的螢光燈，其中保護層含有0.01wt％到0.5wt％的至少一種從包含鉈、錫、鉛、鉍的組中選出元素的氧化物。
15.一種高強度放電燈，包括密封有放射材料的弧管，該放射材料受到放電激勵時能夠發出可見光和紫外線光；外殼，該外殼將弧管圍住的表面上覆蓋著螢光層，其中該外殼是由含有放射成分的玻璃材料製成的，當被暴露在放射材料受到放電激勵所發出的第一紫外線光之下時，放射成分發出比第一紫外線光具有更長波長的第二紫外線光。
16.如權利要求15所述的高強度放電燈，其中當放射成分被暴露在第一紫外線光下時，它發出與第二紫外線光一起的可見光。
17.如權利要求15所述的高強度放電燈，其中由高強度放電燈所發出的全部光通量包括放射成分受到放電激勵所發出的可見光形成的第一光通量；當暴露在第一紫外線光之下時放射成分所發出的可見光形成的第二光通量；當暴露在第二紫外線光之下時螢光層所發出的可見光形成的第三光通量。
18.一種高強度放電燈，包括密封了放射材料的弧管，該放射材料受到放電激勵時發出可見光和紫外線光；圍住弧管的一個表面上覆蓋了螢光層的外殼，其中外殼是由含有至少一種從包含鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鉈、錫、鉛、鉍、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥的組中所選的元素的氧化物的玻璃材料製成的。
19.一種高強度放電燈，包括密封有放射材料的弧管，該放射材料受到放電激勵時發出可見光和紫外線光；用於將弧管圍起的外殼，其中外殼是由含有放射成分的玻璃材料製成的，當被暴露在放射材料受到放電激勵所發出的紫外線光之下時，該放射成分發出可見光。
20.如權利要求19所述的高強度放電燈，其中高強度放電燈所發出的總的光通量包括放射材料受到放電激勵所發出的可見光形成的第一光通量；當暴露在放射材料受到放電激勵所發出紫外線光下時，放射成分所發出的可見光形成的第二光通量。
21.一種高強度放電燈，包括密封有放射材料的弧管，該放射材料受到放電激勵時發出可見光和紫外線光；用於將弧管圍住的外殼，其中外殼是由含有至少一種從包含鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鉈、錫、鉛、鉍、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿以及鑥的組中所選元素的氧化物的玻璃材料製成的。
22.一種白熾燈，包括由玻璃或石英之中的一種為基礎材料而製成的管子，其中密封有稀有氣體、一種惰性氣體以及鎢的滷化物其中至少一種，以此作為放射材料；由引入線和鎢絲製成的電極，其中基礎材料中含有一种放射成分，當被暴露在由密封在管中的放射材料受到激勵所發出的紫外線光下時，該放射成分發出可見光。
全文摘要
本發明提高了由於放電而發光的燈的發光效率,例如螢光燈和HID燈。螢光燈包括一個用作螢光管的玻璃管,它是由含有放射成分的玻璃材料製成的。當被暴露在由水銀受激發出的紫外線光(峰值波長為251nm)下時,放射成分發出比其波長更長的紫外線光。HID燈包括由含有放射成分的玻璃材料製成的外殼。當被暴露在由弧管中密封的放射材料受到激勵所發出的紫外線光下時,該放射成分發出比其波長更長的紫外線光。
文檔編號H01J61/30GK1333549SQ01125470
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月7日 優先權日2000年7月7日
發明者安宅知子 申請人:松下電器產業株式會社