專利名稱：汞減少的熒光色調(diào)燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓汞蒸汽燈，如眾所周知的具有帶熒光物質(zhì)涂層的燈殼，更具體涉及在氧化鋁預涂層上帶有4種熒光物質(zhì)的涂層。
背景技術(shù)：
低壓汞蒸汽燈，及更廣為人知的熒光燈有充有汞和稀有氣體的燈殼，以在工作時保持放電氣體。由氣體放電發(fā)射的射線主要在光譜的紫外線(UV)區(qū)域中，只有少部分在可見光光譜內(nèi)。燈殼的內(nèi)表面有經(jīng)常是由多種熒光物質(zhì)混合物構(gòu)成的熒光物質(zhì)涂層，當紫外線照射熒光涂層時它發(fā)出可見光。
由于耗電減少使熒光燈應用增加。為進一步減少耗電，需要提高熒光燈的效率，熒光燈時效率指發(fā)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，需要更有效和壽命更長的熒光燈，但是，向燈中引入超量的汞可使燈的壽命長達20000小時以上。由于燈的不同構(gòu)件，例如玻璃封殼，熒光物質(zhì)涂層和電極必會消耗，燈中的汞，但是不希望這種汞用量增大，因為汞會污染環(huán)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消耗而不減少燈的壽命，用不同的熒光物質(zhì)混合物形成熒光涂層。并在熒光涂層與玻璃封殼間設(shè)金屬氧化物層。金屬氧化物層將紫外線(UV)向后反射到熒光涂層，經(jīng)過它把已經(jīng)通過的UV射線轉(zhuǎn)變成可見光這提高了熒光物質(zhì)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，金屬氧化層能減少汞耗。
要求的熒光燈特性包括高亮度和高顏色再現(xiàn)性。稱作“色調(diào)(Colortone)”燈的熒光燈屬于有高顏色再現(xiàn)率(CRI)的光源系列。這些特別的熒光燈用于減輕季節(jié)性紊亂，和各種顏色再現(xiàn)特性很關(guān)鍵的某些特定領(lǐng)域。例如這些色調(diào)熒光燈廣泛用于博物館，花店，攝影棚以及牙醫(yī)和醫(yī)生辦公室。
色調(diào)燈50具有5000K的相關(guān)色溫，有高于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(guī)定的最小值和燈的其它規(guī)范標準。對于色調(diào)燈50，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(xiàn)率R1-R8在80以上。常規(guī)的色調(diào)燈50采用高汞耗的熒光物質(zhì)制成，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(guī)的熒光色調(diào)燈50是用鍶鎂熒光物質(zhì)(Sr·Mag)，即(Sr，Mag)3(PO4)2Sn，和鍶氟代熒光物質(zhì)(鍶，藍)即，Sr10(PO4)6F2Sb，兩種熒光物質(zhì)混合物構(gòu)成的。Sr.Mag在光譜的紅光區(qū)很富裕，鍶·藍構(gòu)成色調(diào)燈50的藍色特征。
這兩種熒光物質(zhì)組合在可見光區(qū)域中形成大于90的高顏色再現(xiàn)性的寬頻譜。但是，這些熒光物質(zhì)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(guī)的色調(diào)燈50不符合TCLP規(guī)定。
因此，需要有能通過TCLP的高CRI和減少汞量的熒光色調(diào)燈發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供有高CRI和汞耗減少的熒光燈。
為實現(xiàn)上述的和其它的目的，提供一種電燈，它有帶內(nèi)表面的封殼和至少一個電極，如設(shè)在封殼兩端的兩個電極。電極輸送電力以在充有汞和充電保持氣體的封殼內(nèi)產(chǎn)生紫外輻射。封殼的內(nèi)表面預涂有金屬氧化物層，如氧化鋁層，以將紫外線向后反射到封殼內(nèi)。
氧化鋁上形成熒光物質(zhì)層，以把紫外線轉(zhuǎn)變成可見光。用于5000k色調(diào)燈的熒光層是4種熒光物質(zhì)的混合物，即發(fā)藍光的藍鹵代熒光物質(zhì)(BH)，發(fā)紅光的氧化釔(YOX)，3000K-發(fā)光的鈣鹵代熒光物質(zhì)，也叫暖白(WW)和發(fā)綠光的硅酸鋅(ZS)的混合物。


通過參考下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行的詳細描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得更清楚。附圖中相同的數(shù)字指示相同的元件；其中圖1示出按本發(fā)明的色調(diào)熒光燈；圖2示出按本發(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈的顏色驗收標準；圖3示出按本發(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈的發(fā)射光譜。
具體實施例方式
圖1示出低壓汞蒸汽放電燈或熒光燈100，它有密封包封放電空間107的細長外封殼105。圖1所示的燈100是管形燈，其長度最好約為0.5至8英尺，工作電流為0.160-1.500安培，燈功率約為4.0-215瓦。但是該燈可以是小型熒光燈，該燈可以有其它參數(shù)和其它形狀，如U形，或環(huán)形，或其它要求的任何形狀。
圖示的燈100在其每一端有常規(guī)電極構(gòu)件110，它包括例如由鎢構(gòu)成的燈絲115。電極構(gòu)件110可以只設(shè)在一端，特別是對小型熒光燈，電極構(gòu)件110可以只設(shè)在一端。電極構(gòu)件110不是本發(fā)明的實質(zhì)，其它構(gòu)件也能用于燈操作，以在放電空間107中產(chǎn)生和保持放電。例如，位于放電空間107外的線圈可用于在放電空間內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，用來產(chǎn)生和保持放電。
再看圖1所示的燈100，電極構(gòu)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(shè)置的玻璃壓封條125。引線120經(jīng)導電饋電裝置150連接到固定在燈100的相對端的各燈頭135附近的針形接頭140。
中心引線絲160從每個安裝柱130穿過每個壓封條125，以支撐位于燈絲115周圍的陰極環(huán)170。只在一個安裝柱130的陰極環(huán)170上夾有配有汞的玻璃容器180。另一安裝柱上無汞容器，但是，陰極環(huán)170可設(shè)在它的燈絲115周圍，圖1中為了顯示燈絲115而沒畫陰極環(huán)。
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(jīng)接觸腳150電連接到有預定的供能電位的電源，在封殼105內(nèi)的電極110之間保持氣體放電。氣體放電產(chǎn)生紫外線(UV)輻射，紫外線通過圖1中標號210所示熒光層轉(zhuǎn)換成可見光。
特別是，外封殼105的內(nèi)表面預涂有金屬氧化物單層，例如Al2O3200，在它上面形成熒光物質(zhì)層210。氧化鋁預涂層200向后反射紫外線到熒光物質(zhì)層210，通過它把已經(jīng)通過的紫外線轉(zhuǎn)換成可見光，這能提高熒光物質(zhì)利用率和提高光輸出。通過減少汞擴散進玻璃燈殼105中，鋁預涂層也可以減少汞耗。玻璃安裝柱130和壓封條125也可以涂氧化鋁預涂層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(nèi)表面上施加熒光層，按通用方法施加懸浮液形成氧化鋁預涂層200，例如，氧化鋁懸浮在水基溶液中，用該溶液向下沖洗燈管或燈殼105，溶液流過燈殼內(nèi)表面直至溶液從另一端流出為止。在干燥室內(nèi)干燥溶液之后，用相同的方式施加熒光物質(zhì)涂層210并燒結(jié)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涂覆玻璃安裝柱130和壓封條125，之后，干燥和燒結(jié)，以在玻璃安裝柱130和壓封條125上形成氧化鋁預涂層215。
就按本發(fā)明的5000K的色調(diào)熒光燈而言，色溫約是5000K即絕對溫度(5000K)，熒光物質(zhì)涂層210包括4種熒光物質(zhì)混合物。熒光物質(zhì)混合物包括用Sb激活的發(fā)藍光的藍鹵代熒光物質(zhì)(BH)，即Ca10(PO4)6F2Sb；和用Eu激活的發(fā)紅光的氧化釔(YOX)，即Y2O3Eu；3000K發(fā)光的用Sb，Mn激活的鈣鹵代熒光物質(zhì)，即Ca10(PO4)6(F，Cl)2Sb，Mn，也叫暖白(WW)；和用Mn激活的發(fā)綠光硅酸鋅(ZS)，即Zn2SiO4Mn。
有這4種熒光物質(zhì)混合物的5000K色調(diào)燈的亮度比有Sr·Mag和鍶·藍的熒光物質(zhì)混合物的常規(guī)色調(diào)燈50的亮度高。特別是，5000K色調(diào)熒光燈能發(fā)出約2500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(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈的4個樣品C5000K-1至C5000K-4和常規(guī)色調(diào)燈50的100小時光度測試結(jié)果，表中所列的C50有Sr·Mag，和Sr鍶·藍熒光物質(zhì)混合物。第3和4列表示X和Y色點坐標；第5列表示相關(guān)的色溫(CCT)；第6列表示測試燈樣品的流明值。
表1

盡管按本發(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈樣品C5000K-1至C5000K-4的亮度輸出高于常規(guī)燈C50的亮度輸出。關(guān)鍵因素是XY色點坐標和CRI值。按ANSI標準，要求要求顏色再現(xiàn)率CRI或Ra必須在90以上，而按SIO標準只要求CRI＞90，而且，要求單獨的專用顏色再現(xiàn)率R1-R8大于80?？偟念伾佻F(xiàn)率Ra是具體的顏色再現(xiàn)率Ri，例如R1至R8的平均值?？偟腃RI或Ra值接近100。具體的顏色再現(xiàn)率值Ri不同，表現(xiàn)出明顯的色差變化。但是，Ra值從100減小時，Ri指數(shù)變化增大。通常最好的顏色再現(xiàn)率燈不僅有高CRI而且Ri的變化最小。
表2常規(guī) 本發(fā)明C50燈 C5000K燈X＝0.3498 X＝0.3487Y＝0.3654 Y＝0.3564Ra＝89.50 Ra＝92.00R1＝88.96 R1＝94.02R2＝90.80 R2＝98.16R3＝88.04 R3＝87.12R4＝90.80 R4＝87.12R5＝88.96 R5＝95.40R6＝86.66 R6＝98.62R7＝93.56 R7＝94.02R8＝88.50 R8＝81.60表2列出總的顏色再現(xiàn)率Ra，即CRI和專用顏色再現(xiàn)率R1至R8。從表2看出按本發(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈的總顏色再現(xiàn)率Ra大于90，因此，能滿足ANSI標準，具體顏色再現(xiàn)率R1至R8均大于80，因此，也滿足ISO標準。
圖2顯示出5000K色調(diào)熒光燈的顏色驗收標準，它有3級橢圓軌道，其中心為X＝0.345，和Y＝0.359，長軸約在0.341，0.353和0.349，0.365之間，短軸約在0.361，0.342和0.348，0.357之間。
圖3中以實線畫出按本發(fā)明的50000K色調(diào)熒光燈的發(fā)射頻譜，以虛線畫出常規(guī)色調(diào)熒光燈C50的發(fā)射頻譜。
本發(fā)明的5000K色調(diào)熒光燈的四種熒光物質(zhì)混合物允許燈100用氧化鋁預涂層200來將封殼105與汞隔開，以減小汞耗。除氧化鋁預涂層200外，熒光物質(zhì)層210的汞耗小于其大它熒光物質(zhì)層的汞耗，還能增大亮度。
用在UV氧化鋁預涂層上的四種熒光物質(zhì)混合物層代替常規(guī)燈的熒光物質(zhì)層，能增大亮度和減小汞耗。特別地，表1-2中列出的用于獲得100小時的光度測試結(jié)果的燈是F40T12，它是4英尺長的直管燈。所用原料熒光物質(zhì)重量約是6.5±0.2克。反之，能明顯減少4種熒光物質(zhì)混合物層210的重量，例如約5.5-6.0克。因此，本發(fā)明的燈每英尺的熒光物質(zhì)重1.375至1.5克。鋁預涂層200的重量約為120至240mg。
表3列出了按本發(fā)明的5000K包調(diào)熒光燈C5000K的4種熒光物質(zhì)混合物的具體組成，與常規(guī)50色調(diào)熒光燈C50相比，給出了近似的重量百分比。
表3

用約15至40mg的汞制造常規(guī)的4英尺色調(diào)燈。相反，本發(fā)明的色調(diào)燈用4種熒光物質(zhì)混合物，其長度為4英尺，燈的壽命為20,000小時，所需的汞低于15mg，通常長度為8英尺以下的熒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5000K燈而言，通常為2500流明。因此，本發(fā)明的燈每英尺需要的汞量約為1.0至1.1mg。
由于熒光物質(zhì)210有優(yōu)良的組分，以及UV預涂層200減少汞離子與玻璃封殼105的相互作用，和更有效地使UV射線向后反射進熒光層，所以，提高了光輸出和減少了汞耗，以提高熒光物質(zhì)的利用率，和增強可見光的產(chǎn)生率。
已特別詳細地描述了本發(fā)明，但應了解，在本發(fā)明構(gòu)思和發(fā)明范圍內(nèi)還會有各種改進。在解釋所附權(quán)利要求書時，應了解詞“包括”是指除權(quán)利要求書中所列的元件外不排除還有其它元件存在；
詞“組成”是指除權(quán)利要求書中所列的那些元件外沒有其它元件存在；在元件前面的詞“一個”不排出存在多個這種元件；權(quán)利要求書中的標號不限制它的范圍；幾種“裝置”可用同樣的硬件或軟件實施的結(jié)構(gòu)或功能來代表。
權(quán)利要求
1.一種電燈(100)，包括封殼(105)，它有內(nèi)表面并包封一定放電空間(107)，放電空間中充有重量在15mg以下的汞；至少一個電極(110)，用于在所述放電空間(107)內(nèi)產(chǎn)生紫外線輻射；和在所述內(nèi)表面上形成的熒光物質(zhì)層(210)，以把所述紫外線輻射轉(zhuǎn)變成可見光；其中，所述熒光物質(zhì)層(210)配置成可以在約5000K的色溫下提供至少是90的色再現(xiàn)率。
2.按權(quán)利要求1的電燈(100)，其中，所述熒光物質(zhì)層(210)由藍鹵代熒光物質(zhì)、氧化釔、鈣鹵代熒光物質(zhì)和硅酸鋅組成。
3.按權(quán)利要求1的電燈(100)，其中，所述熒光物質(zhì)層(210)由約45wt％藍鹵代熒光物質(zhì)，約31wt％氧化釔、約12wt％的鈣鹵代熒光物質(zhì)和約12wt％的硅酸鋅組成。
4.按權(quán)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(quán)利要求1的電燈(100)，還包括在所述內(nèi)表面與所述熒光物質(zhì)層(210)之間形成的氧化鋁層(200)。
6.按權(quán)利要求1的電燈(100)，其中，所述熒光物質(zhì)層(210)的重量約為1.375至1.5克/英尺。
全文摘要
一種電燈，具有帶內(nèi)表面的封殼和位于封殼每端的兩個電極。電極輸送電力，以在充有汞和電荷維持氣體的封殼內(nèi)產(chǎn)生紫外線輻射。封殼內(nèi)表面的氧化鋁預涂層向后反射紫外線到封殼。形成在氧化鋁上的熒光層把紫外線轉(zhuǎn)換成可見光。熒光物質(zhì)層是發(fā)藍光的鹵代熒光物質(zhì)(BH)，發(fā)紅光的氧化釔(YOX)，3000K發(fā)光的鈣鹵代熒光物質(zhì)，也叫暖白(WW)和發(fā)綠光的硅酸鋅(ZS)的4種熒光物質(zhì)混合物。
文檔編號H01J61/42GK1404621SQ01805124
公開日2003年3月19日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者K·S·沃斯, B·A·卡特, E·W·J·L·奧門 申請人:皇家菲利浦電子有限公司