專利名稱：具有高cri和lpw的熒光燈的制作方法
具有高CRI和LPW的熒光燈
背景技術：
本發(fā)明涉及磷光體組合物，特別涉及周在熒光燈中的磷光體。更特別地，本發(fā)明涉及通過提供在熒光燈中使用的四種稀土磷光體的優(yōu)化混合物(blend)來同時提高熒光燈的 CRI 和 LPW。熒光燈一般具有封閉密封的放電空間的透明玻璃外殼，該放電空間包含惰性氣體和萊蒸氣。當受到電極提供的電流時，萊電離以產生具有185nm和254nm的主UV波長的福射。該紫外福射反過來激發(fā)外殼內表面上的磷光體以產生通過玻璃發(fā)射的可見光。通常，用于照明的熒光燈采用吸收245nm汞-共振波的磷光體，且該磷光體被活化以將汞蒸氣的紫外發(fā)光轉換成可見光。通常，已經使用發(fā)射白光的鹵代磷酸鈣磷光體，例如Caltl(PO4)6 (F，Cl)2: Sb，Mn，以將UV光轉換成白光。為了提高熒光燈的顯色性能和發(fā)光輸出，已采用三帶型熒光燈以實施白光照明，該三帶型熒光燈采用發(fā)射紅光、綠光和藍光的磷·光體的混合物。舉例來說，磷光體可包括以適當比例混合的下述混合物用于發(fā)射藍光的磷光體的銪活化的鋇鎂鋁酸鹽磷光體BaMgAl1(l017:Eu2+、用于發(fā)射綠光的磷光體的鈰鋱共活化的鑭磷酸鹽磷光體LaP04:Ce3+，Tb3+，以及用于發(fā)射紅光的磷光體的銪活化的氧化釔磷光體(Y2O3 = Eu3+)。這種磷光體混合物的組合光譜輸出產生了白光。光源的表觀或感知顏色按照色溫描述，色溫是發(fā)射的輻射與所考慮的輻射的色度大約相同的黑體的溫度。色溫為3000開氏度(K)的光源的紅光組分重量百分數比色溫為4100K的光源更大。通過改變磷光體的比率和組成，可改變采用磷光體混合物的燈的色溫。色彩品質進一步按照顯色性描述，更特別地按照顯色指數(CRI或Ra)描述，顯色指數是被某光源照明的物體的心理_物理顏色與特定條件的參考光源的那些顏色相符合的程度的度量。通過比較測試光源和“完美”光源的顯色性來計算CRI，對相關色溫低于5000K的光源，“完美”光源是黑體輻射器，對相關色溫高于5000k的光源“完美”光源是日光的一個相(phase)。燈的色彩外觀可進一步通過其色度坐標來描述，色度坐標可由根據標準方法的光譜能量分布來計算。參見 CIE, Method of measuring and specifying colorrenderingproperties of light sources (測量和指定光源顯色性的方法)(第二版)，CIE出版號 13. 2 (TC-3，2) ,Bureau Central de la CIE，巴黎，1974 年。該 CIE 標準色度圖包括在各種溫度下的黑體輻射器的色點。x，y_圖上的黑體色度的軌跡稱為普朗克軌跡。該軌跡上的點所表示的任何發(fā)光光源可通過色溫指定。鄰近但不在該普朗克軌跡上的點具有相關色溫(CCT)，因為可從這些點畫線，在該色溫下與普朗克軌跡相交，使得在給出的線上的所有點對于一般人眼來說具有近乎相同的顏色。關于發(fā)光的另一參數是光源的發(fā)光效率，它是以每瓦流明(LPW或lm/W)描述的總燈功率輸入所發(fā)出的總發(fā)光通量的商數。光譜混合研究表明白光光源的LPW和CRI取決于單色磷光體的光譜分布。期望的是，這些磷光體在延長的燈工作期間保持穩(wěn)定，使得在維持穩(wěn)定的燈的CIE色坐標的同時，磷光體在一段時期內保持化學穩(wěn)定。人眼并非對所有的可見光波長具有相同的敏感度。更確切地說，具有相同強度但波長不同的光被感知為具有不同的發(fā)光度。三磷光體混合物的使用已經改進了顯色性或LPW，但通常并不能同時對兩者進行改進。上文提及的三磷光體系統可能能夠獲得高LPW，但通常CRI低于87。相反，CRI達到87的其他磷光體系統呈現出不足的LPW。目前使用的系統不能同時獲得期望的高LPW和高CRI，特別是高于87的CRI。因此，需要一種磷光體混合物，其提供至少為87或者更高的CRI。另外，期望的是實現這種高CRI，同時提供至少為80或更高的期望的LPW來滿足消費者偏好并提供附加的消費者選擇。使用依據本申請的四種稀土磷光體混合物在同時提高CRI和LPW的同時還提高了使用它的各種光源的效率。發(fā)明概述本發(fā)明提供一種包括磷光體混合物的突光燈，該磷光體混合物包含四種稀土磷光體。該磷光體混合物根據燈類型和CCT提供了呈現至少為87的高顯色指數(CRI)，例如至少為87. 6，同時獲得至少為80或更高的高流明輸出或每瓦流明(LPW)的燈。所提供的磷光·體系統包括稀土摻雜發(fā)射紅光的磷光體、稀土摻雜發(fā)射綠光的磷光體、稀土摻雜發(fā)射藍光的磷光體以及稀土摻雜發(fā)射藍_綠光的磷光體。在一個實施方案中，磷光體系統包括選自以下的四種稀土磷光體YE0、Y(P，V)O4: Eu, CBM、LAP、CAT、CBT, BAM、SECA, SAE及BAMn，其中磷光體系統包括至少一種發(fā)射紅光的稀土磷光體、至少一種發(fā)射綠光的稀土磷光體、至少一種發(fā)射藍光的稀土磷光體以及至少一種發(fā)射藍-綠光的稀土磷光體的混合物。在一個實施方案中，磷光體系統可包括例如 Y203:Eu2+、LaP04:Ce3+, Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+ 及 BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+，即磷光體系統可包括 Y2O3: Eu2+(48 重量 ％ )、LaPO4: Ce3+,Tb3+(41. 5 重量 ％ )、BaMgAlltlO17: Eu2+(8. 8 重量 ％ )及BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+(I. 8重量％ )，基于磷光體系統的總重量。在另一實施方案中，磷光體系統可包括例如 Y203:Eu2+、LaP04:Ce3+, Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+ 及 Sr4Al14O25:Eu2+，即磷光體系統可包括 Y2O3: Eu2+(61. 5 重量％ ) ,LaPO4: Ce3+, Tb3+(25. 8 重量％ )、BaMgAl10O17: Eu2+(4. 2 重量％ )及Sr4Al14O25:Eu2+(8. 5重量％ ),基于磷光體系統的總重量。在一個實施方案中，磷光體系統提供為單層，設置在燈的放電腔內表面上。該單層涂層包含發(fā)射紅光的磷光體、發(fā)射綠光的磷光體、發(fā)射藍光的磷光體以及發(fā)射藍-綠光的磷光體的混合物。在另一實施方案中，磷光體系統提供為設置在燈的放電腔內表面上的雙層涂層。在該磷光體涂層中，第一層或基層是齒代磷光體層。第二層包含發(fā)射紅光的磷光體、發(fā)射綠光的磷光體、發(fā)射藍光的磷光體以及發(fā)射藍-綠光的磷光體的混合物。本文提供的磷光體混合物的優(yōu)點是包括這種磷光體混合物的燈呈現出高CRI。此夕卜，由于存在依據本公開的磷光體混合物，因而與工作在相同CCT下不包含該4種磷光體混合物的相似類型和尺寸的燈相比，這種相同的燈呈現出提高的LPW。在閱讀和理解下文的公開后，本文提供的新的磷光體系統的這些和其它的優(yōu)點及益處將變得顯而易見。附圖簡述圖I是具有根據本發(fā)明的磷光體層的熒光燈的剖面示意圖。圖2提供了與傳統磷光體混合物光譜相比，根據本發(fā)明的磷光體混合物的發(fā)射光P曰。圖3是示出與傳統磷光體混合物相比，根據本發(fā)明的磷光體混合物的CRI的圖。圖4是示出與傳統磷光體混合物相比，根據本發(fā)明的磷光體混合物的LPW的圖。優(yōu)選實施方案詳述本公開涉及一種放電燈，例如一種包括磷光體系統的熒光燈，該磷光體系統包含有四種稀土磷光體。本文提供的該四種稀土磷光體系統根據燈的類型和燈的CCT呈現出至少為87的高顯色指數(CRI)，同時獲得了至少為80或更高的高流明輸出或每瓦流明(LPW)。所述磷光體涂層可設置成一層或兩層。該四種稀土磷光體系統包括發(fā)射紅光磷光體、發(fā)射綠光磷光體、發(fā)射藍光磷光體以及發(fā)射藍_綠光的磷光體，且所有四種磷光體都是摻雜稀土的磷光體組合物。在一個實施方案中，該磷光體系統提供為設置在燈的放電腔內表面上的單層。該·層包括發(fā)射紅光的磷光體、發(fā)射綠光的磷光體、發(fā)射藍光的磷光體以及發(fā)射藍-綠光的磷光體的混合物。在另一實施方案中，該磷光體系統提供為雙層系統。在該磷光體涂層中，第一層或基層是具有適當相關色溫(CCT)的鹵代磷光體層。第二層包含發(fā)射紅光的磷光體、發(fā)射綠光的磷光體、發(fā)射藍光的磷光體以及發(fā)射藍-綠光的磷光體的混合物。任一涂層系統可提供用于熒光燈的放電腔或管的內表面上，不論該熒光燈是否為線型、U形或其它形狀。舉例來說，所述涂層可在本文中關于它在本領域已知的標準T5、T8、T12或CFL燈結構中的用途進行描述。然而本領域技術人員可以理解，本文提供的磷光體涂層系統的用途超出了僅僅所述線型形式，用于依賴于將光能量轉換成可見白光發(fā)射的磷光體涂層的所有照明方案。因此，盡管所公開的磷光體系統可用在任何類型或尺寸的放電燈上，但為了清楚和便于理解，有時可特別地關于能夠在不超過6500K的CCT下工作的四腳線型燈設計來描述本發(fā)明。然而這并不旨在將所描述和請求保護的本發(fā)明的涂層限制為任何特定的燈類型、尺寸或CCT。參考

圖1，描述了一種代表性突光燈10,其包含具有圓形截面的伸長的娃酸鹽玻璃外殼12。燈中的低壓汞放電組件包括一對位于每端、間隔開的常規(guī)電極24，其連接至電觸片22，該電觸片與固定在密封的玻璃外殼兩端處的底座20饋通。密封的玻璃外殼中的維持放電的填充物26是惰性氣體，例如在低壓下的氬氣、氪氣、氖氣、氙氣或它們的混合物，并結合有少量的汞，以提供低蒸氣壓的燈工作方式。沉積在玻璃外殼內表面上的是包括如以下公開內容所述的磷光體混合物的磷光體混合物層16。在本發(fā)明的一個實施方案中，燈10可具有定位在磷光體混合物層16和玻璃外殼12內表面之間的第二材料層14。該第二層可以是本領域已知的紫外反射阻擋層。例如，這種阻擋層可包含a-氧化鋁和Y-氧化鋁顆粒的混合物。在另一實施方案中，燈10可具有設置在第二層14和磷光體混合物層16之間的第三層18。該第三層可以是用作雙層磷光體涂層系統中的基層的鹵代磷光體層。該層并不出現在磷光體混合物涂層以單層涂敷的實施方案中。上文闡明的磷光體層涂層可通過多種已知的程序形成，包括但不限于從液體涂層沉積和靜電沉積。同樣，涂層沉積的方式也不是本發(fā)明的限制因素。例如，可從包括多種有機粘合劑和粘合促進劑的傳統水性涂層將磷光體沉積在放電管的內玻璃表面上。以傳統方式涂敷然后干燥該水性涂層。發(fā)明人已發(fā)現，通過優(yōu)化磷光體混合物來不僅提供更高的CRI或LPW性能之一而且同時改善這兩個性能參數，可進一步提高當前光源利用磷光體發(fā)射的效率。本文使用的術語“發(fā)光度”和“發(fā)光效率”是同義詞。已發(fā)現使用峰值發(fā)射在特定光譜區(qū)域內的四種稀土磷光體的混合物改進了多種光源的發(fā)光度。為方便起見，本文描述的討論和實例指的是在基于Hg的熒光燈中使用本發(fā)明的優(yōu)化的磷光體混合物。然而，應當認識到，本發(fā)明的概念也包括涉及結合磷光體的其他光源的應用，例如白光LED、放電燈和等離子顯示板。在本發(fā)明的一個實施方案中，根據燈的類型、尺寸和CCT，提供了在顯色指數至少約為87或更高的光源中使用的優(yōu)化的磷光體混合物，同時該優(yōu)化的磷光體進一步提供了至少為80或更高的改善的LPW。具體地，該磷光體混合物包括一個發(fā)射紅光的磷光體、一個發(fā)射綠光的磷光體、一個發(fā)射藍光的磷光體以及一個發(fā)射藍-綠光的磷光體，且所有磷光體都是稀土摻雜磷光體組合物。由于包含四種指出的磷光體，特別地包含結合YEO、BAM和LAP磷光體的BAMn磷光體，上述磷光體組合相比于傳統磷光體混合物得到提高的發(fā)光度。這適用于CCT高于約·4100K的燈。然而，對于CCT低于約4100K的那些燈，可有利地用SAE替換BAMn?；谙到y中各磷光體的質量分數所確定的混合物的相關色溫(CCT)的范圍可在約2500K至約6500K。例如，已知CCT將會隨著混合物中藍光磷光體的相對量增加和紅光磷光體的相對量減少而增加。進一步地，已知通過使用列出的一種或另一種綠光磷光體，導致CRI方面的性能很小的改變，因而能從多于一種特定磷光體中選擇綠光稀土磷光體。適用于本發(fā)明的實施方案中的磷光體包括能夠吸收紫外光并發(fā)射所述區(qū)域的光的任何磷光體。盡管并非旨在限制，每種類型的合適的磷光體的實例可以包括發(fā)射紅光的磷光體:銪摻雜氧化釔(YEO)；銪摻雜釩酸釔_磷酸釔(Y (P，V) O4:Eu)；鈰錳共活化的釓鎂五硼酸鹽(CBM)。發(fā)射綠光的磷光體:鈰鋱共活化的磷光體(LAP、CAT、CBT)。發(fā)射藍光的磷光體銪摻雜鹵代磷酸鹽(SECA)銪摻雜鋇鎂招酸鹽(BAM)。 發(fā)射藍-綠光的磷光體:銪錳共活化的鋇鎂鋁酸鹽(BAMn)銪摻雜銀招酸鹽(SAE)。磷光體混合物中各磷光體的相對比例使得，與由傳統綠光、紅光和藍光磷光體中的每一個組成，但缺少例如BAMn或SAE的本文指定的藍-綠光磷光體的三磷光體組分混合物相比，燈發(fā)射所得的光呈現出增加的CRI，即在混合時，它們的發(fā)射將產生預定CCT值在2500K至6500K之間的可見白光。該混合物將分別呈現至少為87和80的CRI和LPW。各種磷光體的相對量可根據重量分數來描述。盡管并非旨在限制，本發(fā)明的磷光體混合物通?？砂s
，即約0. 088的藍光磷光體，約
，即約0. 018的藍-綠光磷光體，約
，即約0. 415的綠光磷光體以及約
，即約0. 48的紅光磷光體。為使本領域技術人員能夠更加清晰地理解并實施本發(fā)明，提供以下實施例。本發(fā)明不以任何方式限制于這些實施例。實施例用根據本發(fā)明實施方案以及傳統熒光燈磷光體混合物的磷光體混合物涂層制備燈。由指出的各混合物制備數個燈，且測試每個燈以確定該燈的LPW和CRI。根據該數據，在所有其他燈參數保持恒定的情況下，對各磷光體混合物確定出平均LPW和CRI值。所有燈都是本領域技術人員所熟知的F32T8燈結構。為方便比較，所有燈被制備成具有4100K的 CCT。實施例I使用根據本發(fā)明實施方案的磷光體混合物制備六個燈，該混合物包含YEO/Y2O3:Eu2、LAP/LaP04:Ce3+，Tb3+、BAM/BaMgAl10017:Eu2+ 及 BAMn/BaMgAl10017:Eu2+, Mn2+。燈為4100K的四腳F32T8線型熒光燈。表I :YEO-LAP-BAM-BAMn 磷光體系統。
權利要求
1.一種具有高CRI和LPW的電弧放電燈，所述燈包含 封閉放電空間并具有內表面的燈外殼；和 設置在所述內表面上的磷光體混合物，所述混合物包含包括下列每種的至少一種的稀土摻雜磷光體具有590-670nm處的發(fā)射峰的紅光磷光體，具有515_550nm處的發(fā)射峰的綠光磷光體，具有440-490nm處的發(fā)射峰的藍光磷光體和具有475_525nm處的發(fā)射峰的藍_綠光磷光體，其中所述燈同時呈現出至少87的CRI和至少80的LPW。
2.根據權利要求I的燈，其中所述磷光體混合物包含選自以下磷光體的混合物銪摻雜氧化釔(YEO)、銪摻雜釩酸釔-磷酸釔(Y(P，￥)04511)、包括6(11%85010<63+，Mn2+(CBM)的鈰錳共活化的釓鎂五硼酸鹽、包括 LaPO4: Ce3+，Tb3+ (LAP)，Ce0.66Tb0.33MgAln019 (CAT)，GdMgB5Oltl:Ce3+，Tb3+(CBT)的鈰鋱共活化的磷光體、銪摻雜鹵代磷酸鹽(SECA)、銪摻雜鋇鎂鋁酸鹽(BAM)、銪錳共活化的鋇鎂鋁酸鹽(BAMn)以及銪摻雜鍶鋁酸鹽(SAE)。
3.根據權利要求I的燈，其中，基于整個磷光體混合物的重量分數，紅光磷光體的重量分數為0. 40-0. 70，綠光磷光體的重量分數為0. 20-0. 50，藍光磷光體的重量分數為.0. 01-0. 25，以及藍綠光磷光體的重量分數為0. 01-0. 15。
4.根據權利要求3的燈，其中，紅光磷光體的重量分數為0.48，綠光磷光體的重量分數為0. 415，藍光磷光體的重量分數為0. 088，藍綠光磷光體的重量分數為0. 018。
5.根據權利要求I的燈，其中所述磷光體混合物作為單-涂層設置在所述內表面上。
6.根據權利要求I的燈，其中所述磷光體混合物作為雙-涂層設置在所述內表面上，所述 雙_涂層包含第一齒代磷光體層和包含所述稀土磷光體混合物的第二層。
7.根據權利要求I的燈，其進一步包含介于所述磷光體層和所述燈外殼之間的UV反射阻擋層。
8.根據權利要求I的燈，其中所述發(fā)射紅光的磷光體選自銪摻雜氧化釔(YEO)、銪摻雜釩酸釔-磷酸釔(Y(P，￥)04511)、包括6(^85010^3+，Mn2+(CBM)的鈰錳共活化的釓鎂五硼酸鹽。
9.根據權利要求I的燈，其中所述發(fā)射綠光的磷光體選自LaP04:Ce3+，Tb3+(LAP)、Ce0.66Tb0.33MgAln019 (CAT)、GdMgB5O10: Ce3+，Tb3+ (CB T)。
10.根據權利要求I的燈，其中所述發(fā)射藍光的磷光體選自銪摻雜鹵代磷酸鹽(SECA)、銪摻雜鋇鎂鋁酸鹽(BAM)。
11.根據權利要求I的燈，其中所述發(fā)射藍-綠光的磷光體選自銪錳共活化的鋇鎂鋁酸鹽(BAMn)和銪摻雜鍶鋁酸鹽(SAE)。
12.—種用于提供能夠發(fā)射呈現高CRI和LPW的白光的放電管的方法，所述方法包含 提供限定內腔的放電管，所述內腔具有內表面和設置在其中的可電離的填充物； 由微粒磷光體的混合物制備涂層組合物； 將所述涂層涂敷至放電管的內表面，并使之干燥以形成磷光體混合物層；和 激勵所述可電離的填充物以便磷光體混合物被活化且燈發(fā)出白光，燈呈現出至少87的CRI和至少80的LPff, 其中所述磷光體混合物層包含稀土摻雜磷光體，其包括下列每種的至少一種具有600-670nm處的發(fā)射峰的紅光磷光體，具有515-550nm處的發(fā)射峰的綠光磷光體，具有440-490nm處的發(fā)射峰的藍光磷光體和具有475_525nm處的發(fā)射峰的藍-綠光磷光體。
13.根據權利要求12的方法，其中所述混合包括混合選自YE0、Y(P，V)04:Eu、CBM、LAP、CAT、CBT, BAM、SECA, SAE 及 BAMn 的磷光體。
14.根據權利要求12的方法，其中所述磷光體混合物包含YEO、LAP、BAM及BAMn的混合物。
15.根據權利要求12的方法，其中所述磷光體混合物包含YEO、LAP、BAM及SAE的混合物。
16.根據權利要求12的方法，其中，基于整個磷光體混合物的重量分數，紅光磷光體的重量分數為0. 40-0. 70，綠光磷光體的重量分數為0. 20-0. 50，藍光磷光體的重量分數為.0.01-0. 25，藍綠光磷光體的重量分數為0. 01-0. 15。
17.根據權利要求12的方法，其中紅光磷光體的重量分數為0.48，綠光磷光體的重量分數為0. 415，藍光磷光體的重量分數為0. 088，藍綠光磷光體的重量分數為0. 018。
18.根據權利要求12的方法，其中所述磷光體混合物層作為單-涂層或雙-涂層涂敷在所述內表面上，所述雙-涂層包含第一齒代磷光體層和包含所述稀土磷光體混合物的第二層。
全文摘要
本文提供的包括四種稀土磷光體系統的熒光燈呈現出至少為87的高顯色指數(CRI)，同時獲得了至少為80的高流明輸出或每瓦流明(LPW)。該磷光體涂層可以設置成單層或雙層涂層形式。該四種稀土磷光體系統包括發(fā)射紅光的磷光體、發(fā)射綠光的磷光體、發(fā)射藍光的磷光體以及發(fā)射藍-綠光的磷光體，所有四種磷光體都是稀土摻雜的磷光體組合物。
文檔編號H01J61/42GK102969219SQ20121038432
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2011年7月27日
發(fā)明者F·杜, W·W·比爾斯, J·B·詹斯馬, W·E·科亨 申請人:通用電氣公司