專利名稱：無(wú)汞組合物及包含無(wú)汞組合物的輻射源的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種受激發(fā)時(shí)能夠發(fā)射輻射的無(wú)汞組合物。特別地，本發(fā)明涉及一種包含受激發(fā)時(shí)能夠發(fā)射輻射的可電離組合物的輻射源。
可電離組合物用于放電源中。在放電輻射源中，通過(guò)介質(zhì)放電產(chǎn)生輻射。放電介質(zhì)通常為氣體或蒸氣，優(yōu)選包含在能夠讓所產(chǎn)生的輻射透過(guò)的外罩中。通常，通過(guò)對(duì)置于介質(zhì)中的一對(duì)電極施加電壓來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)從而使放電介質(zhì)電離。荷能帶電粒子(例如電子和離子)與放電介質(zhì)中的氣體原子或分子撞擊使原子和分子電離或激發(fā)，氣體放電產(chǎn)生輻射。當(dāng)這些原子和分子降為低能態(tài)時(shí)，大部分激發(fā)能轉(zhuǎn)換為輻射，并在此過(guò)程中發(fā)射輻射。
氣體放電輻射源可在一定內(nèi)壓范圍內(nèi)獲得并工作。在該壓力范圍的一端，可產(chǎn)生放射的化學(xué)物質(zhì)只有很少的量，在工作過(guò)程中產(chǎn)生的壓力只有幾百帕斯卡或更少。放射性化學(xué)物質(zhì)有時(shí)僅占總壓力的0.1％。
包括磷光體涂層的氣體放電輻射源在壓力范圍低端具有一個(gè)總工作壓，并且至少部分輻射處于紫外光譜范圍內(nèi)，該氣體放電輻射源能夠?qū)⒆贤夤廪D(zhuǎn)換為可見光，通常稱為熒光源。熒光源的顏色屬性取決于涂在燈管上的磷光體。通常用磷光體的混合物來(lái)產(chǎn)生想要的顏色外觀。
其它氣體放電源，包括高強(qiáng)放電源，在相對(duì)較高壓力(從約0.05MPa到約20MPa)和相對(duì)較高的溫度(高于約600℃)下工作。這些放電源通常包括一個(gè)包含在外罩中的內(nèi)弧管。
很多常用放電輻射源的可電離組合物中包含汞成分。廢棄這種含汞輻射源對(duì)環(huán)境有潛在的危害。因此，需要提供能發(fā)射輻射、可用于輻射源的無(wú)汞放電組合物。
發(fā)明概述一般而言，本發(fā)明提供受激發(fā)時(shí)能夠發(fā)射輻射的可電離無(wú)汞組合物以及包括這種組合物之一的輻射源。
本發(fā)明的一方面，可電離無(wú)汞組合物至少包括鋅。輻射源工作時(shí)，鋅的蒸氣壓低于約1×103Pa。
另一方面，本發(fā)明提供一種包含可電離無(wú)汞組合物的輻射源，其中可電離無(wú)汞組合物包括鋅及至少一種鋅的化合物。鋅的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗铩溲趸?、氫化物、有機(jī)金屬化合物及其組合。
本發(fā)明又一方面，輻射源包含一種可電離無(wú)汞組合物，所述電離無(wú)汞組合物包括至少一種鋅的化合物。鋅的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗?、氫氧化物、氫化物、有機(jī)金屬化合物及其組合。輻射源工作時(shí)，鋅的化合物的蒸氣壓低于約1×103Pa。


參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述將能更好理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，圖中相同的符號(hào)代表相同的部件。其中圖1是本發(fā)明一實(shí)施方案中的輻射源。
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方案中的輻射源。
圖3是本發(fā)明輻射源的第三實(shí)施方案中的輻射源。
圖4是本發(fā)明一實(shí)施方案中輻射源的發(fā)射光譜。
發(fā)明詳述本發(fā)明一實(shí)施方案中，輻射源的可電離無(wú)汞組合物中鋅的含量使輻射源工作時(shí)鋅蒸氣壓低于約1×103Pa。工作時(shí)鋅蒸氣壓優(yōu)選低于約100Pa，更優(yōu)選低于約10Pa。
在一實(shí)施方案中，鋅以非激發(fā)態(tài)金屬鋅的形式存在。在另一實(shí)施例中，鋅與至少另一種金屬(汞除外)以合金形式存在。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，輻射源包括含鋅及至少一種鋅的化合物的可電離無(wú)汞組合物。鋅的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗?、氫氧化物、氫化物、有機(jī)金屬化合物及其組合。
本發(fā)明的又一實(shí)施方案中，輻射源包括含至少一種鋅的化合物的可電離無(wú)汞組合物。鋅的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗?、氫氧化物、氫化物、有機(jī)金屬化合物及其組合。上述至少一種鋅的化合物的含量使輻射源工作時(shí)上述至少一種鋅的化合物的蒸氣壓低于約1×103Pa，優(yōu)選低于約100Pa，更優(yōu)選低于約10Pa。
本發(fā)明的一方面，輻射源中的可電離組合物為鋅的鹵化物。另一方面，鋅的鹵化物為碘化鋅。再一方面，鋅的鹵化物為溴化鋅。
可電離無(wú)汞組合物還包括一種選自氦、氖、氬、氪、氙及其組合的惰性氣體。惰性氣體更容易激發(fā)氣體放電。作為緩沖氣體的惰性氣體還控制穩(wěn)態(tài)工作，并優(yōu)化燈的性能。在一個(gè)非限定性的實(shí)施例中，以氬作為緩沖氣體。氬可以全部或部分用另一惰性氣體取代，例如氦、氖、氪、氙或其組合。
本發(fā)明一方面，在工作溫度下，惰性氣體的氣壓在約1帕斯卡到約1×104Pa之間，優(yōu)選在約100Pa到約1×103Pa之間。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以通過(guò)在可電離組合物中包括兩種或多種鋅的化合物以提高輻射源的效率。還可以通過(guò)優(yōu)化工作中放電的內(nèi)壓來(lái)進(jìn)一步提高效率?？梢酝ㄟ^(guò)控制鋅和/或鋅的化合物的分壓，或者通過(guò)控制惰性氣體的壓力，或者通過(guò)控制鋅和/或鋅的化合物的分壓以及惰性氣體的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)該優(yōu)化。并且，申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)控制放電的工作溫度來(lái)提高發(fā)光效率。發(fā)光效率用流明/瓦特表示，它是可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射亮度與產(chǎn)生該輻射的能量之比。
圖1表示氣體放電輻射源10。圖1表示包含本發(fā)明的可電離組合物的管狀外殼或容器14。外殼14所用的材料可以透明或者不透明。外殼14的橫截面可以為環(huán)形或非環(huán)形，并且不必是直的。在一實(shí)施方案中，希望通過(guò)與電壓電源20連接的熱離子發(fā)射電極16激發(fā)放電?？梢杂脼榻M合物提供能量的其它激發(fā)方法來(lái)激發(fā)放電。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，預(yù)期可以使用不同波形的電壓和電流(包括交流或直流)。在本發(fā)明范圍內(nèi)，還可以使用附加電壓電源來(lái)使電極維持足以使電子熱離子放射的溫度。
圖2表示氣體放電輻射源10的另一個(gè)實(shí)施方案。外殼包括一個(gè)內(nèi)罩24和一個(gè)外罩26。二者中間的空隙為真空或填充一種氣體。
如圖3所示，氣體放電輻射源外殼可以是多彎曲管或內(nèi)罩24被外罩或球26所包圍的形式。
包含可電離組合物的輻射源外殼或外罩優(yōu)選使用基本透明材料制成。術(shù)語(yǔ)“基本透明”意思是當(dāng)入射光線與外殼或外罩表面上任一點(diǎn)切線的垂直夾角在10度以內(nèi)時(shí)，總透射度至少為約50％，優(yōu)選至少為約75％，更優(yōu)選至少為90％。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以用磷光體來(lái)吸收放電發(fā)射的輻射并發(fā)射出可見光波長(zhǎng)區(qū)域的其它輻射。在一個(gè)實(shí)施例中，磷光體或磷光體的組合物可以施加在輻射源罩的內(nèi)側(cè)。作為選擇，磷光體或磷光體的組合物可以施加在輻射源罩的外側(cè)，前提是所用外罩材料不會(huì)吸收大量放電發(fā)射的輻射。此實(shí)施例合適的材料為石英，它幾乎不吸收紫外光譜范圍內(nèi)的輻射。
在輻射源一實(shí)施方案中，其中包含可電離組合物的外殼有一個(gè)內(nèi)罩和一個(gè)外罩。磷光體可以涂在內(nèi)罩的外表面，和/或外罩的內(nèi)表面。
磷光體的化學(xué)組成決定了所發(fā)射輻射的光譜?？梢宰鳛榱坠怏w使用的材料至少能吸收部分放電產(chǎn)生的輻射并發(fā)射出另一合適波長(zhǎng)范圍的輻射。例如，磷光體吸收紫外范圍內(nèi)的輻射并發(fā)射出可見光波長(zhǎng)范圍(例如紅，藍(lán)和綠光波長(zhǎng)范圍)內(nèi)的輻射，并能實(shí)現(xiàn)高熒光量子產(chǎn)率。
如圖4所示，在一個(gè)非限定性的實(shí)施例中，對(duì)于包含鋅和碘化鋅的氣體放電輻射源，其中輻射輸出波長(zhǎng)由在約214納米和約308納米的光譜躍遷決定，所使用的磷光體至少轉(zhuǎn)換其中一種波長(zhǎng)的輻射。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，可用于產(chǎn)生藍(lán)光的磷光體的非限定性的實(shí)施例為SECA/BECA；SPP:Eu；Sr(P，B)O:Eu；Ba3MgSi2O8:Eu；BaAl8O13:Eu；BaMg2Al16O27:Eu；BaMg2Al16O27:Eu，Mn；Sr4Al14O25:Eu；(Ba，Sr)MgAl10O17:Eu；Sr4Si3O8Cl2:Eu；MgWO4；MgGa2O4:Mn；YVO4:Dy；(Sr，Mg)3(PO4)2:Cu，(Sr，Ba)Al2Si2O8:Eu；ZnS:Ag；Ba5SiO4Cl6:Eu及其混合物。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，可用于產(chǎn)生綠光的磷光體的非限定性的實(shí)施例為Zn2SiO4:Mn；Y2SiO5:Ce，Tb；YAlO3:Ce，Tb；(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce；Tb3Al15O12:Ce；ZnS:Au，Cu；Al；ZnS:Cu；Al，YBO3:Ce，Tb及其混合物。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，用于產(chǎn)生紅光的磷光體的非限定性的實(shí)施例為Y(V，P)O4:Eu；Y(V，P)O4:Dy；Y(V，P)O4:In；MgFGe；Y2O2S:Eu；(Sr，Mg，Zn)3(PO4)2:Sn及其混合物。
本發(fā)明的一方面，輻射源具有一種產(chǎn)生和維持氣體放電的裝置。在一實(shí)施例中，產(chǎn)生和維持放電的裝置是安裝在輻射源外殼或罩的兩點(diǎn)上的電極，以及為電極加壓的電壓電源。此發(fā)明的一方面，電極被密封于外殼內(nèi)。另一方面，輻射源沒有電極。在另一無(wú)極輻射源的實(shí)施例中，產(chǎn)生和維持放電的裝置是一個(gè)安裝在至少一個(gè)包含有可電離組合物的罩的外部或內(nèi)部的射頻發(fā)射器。
本發(fā)明再一實(shí)施方案，把電極安裝在氣體放電容器的外面，用高頻電場(chǎng)電容激發(fā)可電離組合物。本發(fā)明又一實(shí)施方案，可以用高頻電場(chǎng)感應(yīng)激發(fā)可電離組合物。
實(shí)施例1提供一可以透過(guò)UV-A輻射的長(zhǎng)14英寸直徑1英寸的圓柱形石英放電容器。將放電容器抽為真空，在環(huán)境溫度下加入10.3mg鋅和一定量氬氣，得到267Pa的內(nèi)壓。將容器插入熔爐，通過(guò)外部銅電極以13.56MHz的激發(fā)頻率將電能電容耦合于氣體介質(zhì)。測(cè)量輻射發(fā)射和輻射效率。約390℃下測(cè)得紫外線輸出能量為輸入電能的約55％。當(dāng)紫外輻射被合適的磷光體摻混物轉(zhuǎn)換為可見光時(shí)，測(cè)得發(fā)光效率為100lm/W。
實(shí)施例2提供一可以透過(guò)UV-A輻射的長(zhǎng)14英寸直徑1英寸的圓柱形石英放電容器。將放電容器抽為真空，加入3.4mg Zn、5.6mg ZnI2和氬氣，氬氣壓力大約為267Pa。將容器插入熔爐，通過(guò)外部銅電極以13.56MHz的激發(fā)頻率將電能電容耦合于氣體介質(zhì)。測(cè)量輻射發(fā)射和輻射效率。用與實(shí)施例1類似的步驟測(cè)得在工作溫度約255℃下發(fā)光效率為100lm/W。
本發(fā)明還包括其它以鋅的鹵化物和惰性氣體(例如氬氣)為放電介質(zhì)的實(shí)施方案。特別的，使用溴化鋅或碘化鋅更有利。
盡管在此描述了各種實(shí)施方案，但從說(shuō)明書我們可以理解到，在所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以預(yù)見并對(duì)其中的元素作各種組合，或者對(duì)本發(fā)明作出變化、等同替換或改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種包含可電離無(wú)汞組合物(12)的輻射源(10)，該組合物包含鋅的量使得在所述輻射源工作過(guò)程中所述鋅的蒸氣壓低于約1×103Pa。
2.如權(quán)利要求1所述的輻射源，其中所述鋅的蒸氣壓在所述輻射源的所述工作過(guò)程中低于約100Pa。
3.如權(quán)利要求1所述的輻射源，還包括一種惰性緩沖氣體，其中，所述惰性緩沖氣體在所述輻射源工作過(guò)程中的壓力范圍從約1Pa到約1×104Pa。
4.一種包含可電離無(wú)汞組合物(12)的輻射源(10)，可電離無(wú)汞組合物包含鋅和至少一種鋅的化合物，其中所述至少一種鋅的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗?、氫氧化物、氫化物、有機(jī)金屬化合物及其組合。
5.如權(quán)利要求4所述的輻射源，其中所述至少一種鋅的化合物為鹵化鋅。
6.如權(quán)利要求5所述的輻射源，其中所述鹵化鋅為碘化鋅。
7.一種包括可電離無(wú)汞組合物(12)的輻射源(10)，可電離無(wú)汞組合物包括至少一種鋅的化合物，其中所述的化合物選自鹵化物、氧化物、硫?qū)僭鼗?、氫氧化物、氫化物、有機(jī)金屬化合物；所述鋅的化合物的量使得所述鋅的化合物的蒸氣壓在所述輻射源工作過(guò)程中低于約1×103Pa。
8.如權(quán)利要求7所述的輻射源，其中所述鋅的化合物為鹵化鋅。
9.如權(quán)利要求8所述的輻射源，其中所述鹵化鋅為碘化鋅。
10.如權(quán)利要求7所述的輻射源，其中該組合物包括至少兩種鋅的化合物。
全文摘要
一種包含可電離無(wú)汞組合物(12)的輻射源(10)?？呻婋x組合物至少包含鋅或者至少一種鋅的化合物，或者包含兩者。
文檔編號(hào)H01J61/18GK101069262SQ200580041587
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2005年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月4日
發(fā)明者T·J·佐默雷爾, J·D·麥克爾, D·J·史密斯, V·米德哈, G·M·科查斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司