CN101103434A - 低压汞蒸气放电灯和紧凑型荧光灯 - Google Patents

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Abstract

一种低压汞蒸气放电灯具有透光放电容器(10)，其以气密方式封闭放电空间(11)，放电空间中设有汞和稀有气体的填料。放电容器(10)包括用于保持放电空间(13)中的放电的放电装置。放电容器(10)的内壁(12)的至少一部分设有保护层(16)。放电容器(10)设有包括发光材料的发光层(17)。发光层(17)还包括无机软化颗粒(27)，该无机软化颗粒具有高于450℃的软化点。软化颗粒(27)的尺寸在0.01-10gm范围内。优选地，软化颗粒(27)选自硼酸锶、硼酸钡、硼酸钇、硼酸钇－锶和焦磷酸钙。

Description

低压汞蒸气放电灯和紧凑型荧光灯
本发明涉及一种低压汞蒸气放电灯，其包括设有保护层和荧光层的透光放电容器。
本发明还涉及紧凑型荧光灯。
在汞蒸气放电灯中，汞构成(有效)产生紫外(UV)光的基本成分。包括发光材料的发光层可以位于放电容器的内壁上，用于将UV转换成其它波长，例如转换成用于制革(tanning)目的(日光平板灯)的UV-B和UV-A，或者转换成用于一般照明目的的可见辐射。因此这种放电灯还被称作荧光灯。或者，产生的紫外光可以用于制造杀菌灯(UV-C)。低压汞蒸气放电灯的放电容器通常是圆形的，并包括两个细长的和紧凑型实施例。一般情况下，紧凑型荧光灯的管形放电容器包括具有相对小直径的相对短的直的部分的收集部(collection)，所述直的部分通过桥接部分或者经过弯曲部分连接在一起。紧凑型荧光灯通常设有(一体的)灯头。通常情况下，用于保持放电空间中的放电的装置是设置在放电空间中的电极。在另一实施例中，低压汞蒸气放电灯包括所谓的无电极低压汞蒸气放电灯。
已知低压汞蒸气放电灯中采取一些措施来以禁止电容器的内壁的部分变黑，在放电灯工作期间，这些部分与处于放电空间中的放电接触。由汞和构成放电容器的玻璃之间的相互作用产生的这种变黑是不希望的，并且不仅会导致保持性减少，而且还导致灯的外表不美观，特别是因为变黑例如不规则地以黑色污点或斑点的形式发生。
开头段落所述类型的低压汞蒸气放电灯从国际申请WO-A01/56350中可知。在已知的放电灯中，放电容器由富钠玻璃(sodium-rich glass)构成，放电容器的内壁设有保护层，该保护层包括碱土金属和/或钪、钇、或其它稀土金属的硼酸盐或磷酸盐。发光层设置在放电容器中的保护层的顶部。已知的放电灯具有改进的保持性。
已知低压汞蒸气放电灯的使用的缺陷是保持性仍然相对差。结果是，附加地，为了实现足够长的服务寿命，该已知灯需要相对大量的汞。在服务寿命结束之后的不明智处理的情况下，这将有害于环境。
本发明的目的是为了完全或部分地消除上述缺陷。根据本发明，为此目的，开头段落所述类型的低压汞蒸气放电灯包括：
透光放电容器，其以气密方式封闭放电空间，放电空间中设有汞和稀有气体的填料，
放电容器包括用于保持放电空间中的放电的放电装置，
放电容器的内壁的至少一部分设有保护层，
放电容器设有包括发光材料的发光层，
发光层还包括无机软化颗粒，该无机软化颗粒具有高于450℃的软化点，
软化颗粒的尺寸在0.01-10μm范围内。
在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的放电容器中，具有包括无机软化颗粒的发光层，无机软化颗粒的平均尺寸小于10μm，获得了放电容器的壁上的荧光层的良好粘着性。保护层和具有软化颗粒的荧光层的组合显得非常好地抵制了汞-稀有气体气氛的作用，在工作中，这种气氛在低压汞蒸气放电灯的放电容器中是很流行的。结果是，减少了由于汞和制造放电容器的玻璃之间的相互作用产生的变黑问题，导致改进的保持性。在放电灯的服务寿命期间，从放电收回少量汞，因此，附加地，获得放电灯的汞消耗的减少，并且在低压汞蒸气放电灯的制造中，少量汞剂量就足够了。
由从放电收回汞产生的变黑发生在低压汞蒸气放电灯的直的部分以及弧形部分。一般，通过在放电容器的内壁上提供足够粘接的和足够厚的保护层来减少变黑现象。根据本发明，施加保护层并与包括(平均)尺寸小于10μm的软化颗粒的发光层组合，使发光层的粘着性在低压汞蒸气放电灯的直的部分以及弧形部分基本上得到了改进，因而这导致改进的保持性。在实验中，观察到设有氧化铝的放电容器消耗的汞比根据本发明的具有软化颗粒的放电容器消耗的汞更多。
根据本发明的措施特别适合于具有弧形灯部分的紧凑型荧光灯，其中放电容器附加地被透光外壳包围。这种“被覆盖的”紧凑型荧光灯的放电容器的温度相对高，因为由于存在外壳而使向环境散布的热量减少了。这个不利的温度平衡负面地影响了已知放电灯的保持性，因为变黑的水平增加了；在早先的灯寿命中已经观察到这种影响。在实验中，已经惊人地发现设有根据本发明的低压汞蒸气放电灯的紧凑型荧光灯的保持性在燃烧500小时之后超过98％，其中其放电容器被外壳包围；而设有已知低压汞蒸气放电灯的相同紧凑型荧光灯的保持性在燃烧500小时之后小于96％，其中其放电容器被外壳包围。
为了提高对低压汞蒸气放电灯的荧光层与放电容器的粘接强度而将(低熔点)所谓烧结玻璃添加到发光层中在现有技术中是已知的。使用相对少量的(平均)尺寸小于10μm的软化颗粒，具有提高荧光层与放电容器的壁的粘接性的优点。
优选地，软换颗粒的尺寸在0.01-10μm范围内。通过采用亚微米软化颗粒，荧光层中的软化颗粒的浓度可以相对低。
优选地，无机软化颗粒包括高于450℃的熔点。通过这种方式，提高了容器的弧形部分和直的部分的粘着性。特别是，对于在涂覆荧光层之后形成弯曲部分的那些灯，软化颗粒的熔点为大约600℃和高于600℃，提高了放电容器的弧形部分中的荧光层的粘着性。其它优点是降低了在寿命期间的Hg消耗并改进了低压汞蒸气放电灯的起动(run-up)。
根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例的特征在于软化颗粒包括碱土金属的硼酸盐和/或磷酸盐，和/或钪、镧、钇、或其它稀土金属的硼酸盐和/或磷酸盐。这种软化颗粒提高了荧光层与放电容器的玻璃壁或预涂层的粘接性。
在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例中，软化颗粒包括硼酸钙、硼酸锶和/或硼酸钡和/或软化颗粒包括磷酸钙、磷酸锶、和/或磷酸钡。这种软化颗粒具有相对高的可见光传输系数。而且，具有包括这种软化颗粒的发光层的低压汞蒸气放电灯具有良好的保持性。
在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的另一优选实施例中，软化颗粒包括硼酸镧、硼酸铈和/或硼酸钆，和/或软化颗粒包括磷酸镧、磷酸铈和/或磷酸钆。这种软化颗粒具有相对高的紫外辐射和可见光传输系数。还发现包括硼酸镧或硼酸钆或包括磷酸铈或磷酸钆的软化颗粒具有与放电容器的内壁的良好的粘着性。
非常合适的软化颗粒是硼酸锶、硼酸钡、硼酸钇、硼酸钇-锶、，这些硼酸盐可以与具有较高熔点的其它材料例如氧化铝或焦磷酸钙组合。
根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例的特征在于：保护层包括碱土金属的硼酸盐和/或磷酸盐和/或钪、钇、或其它稀土金属的硼酸盐和/或磷酸盐。这种保护层进一步增强了荧光层与放电容器的玻璃壁的粘接性。在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例中，保护层包括氧化钇或氧化铝。氧化钇和氧化铝，例如异丙隆-C(Alon-C)，用做低压汞蒸气放电灯中的保护涂层，在本领域中是公知的。具有这种保护层的低压汞蒸气放电灯具有良好的保持性。
在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例中，保护层包括硼酸钙、硼酸锶和/或硼酸钡，和/或保护层包括磷酸钙、磷酸锶和/或磷酸钡。这种保护层具有相对高的可见光传输系数。而且，具有这种保护层的低压汞蒸气放电灯提供改进的保持性，其中荧光层具有与预涂层的良好粘着性。
在根据本发明的低压汞蒸气放电灯的另一优选实施例中，保护层包括硼酸镧、硼酸铈和/或硼酸钆和/或保护层包括磷酸镧、磷酸铈和/或磷酸钆。这种保护层具有相对高的紫外辐射和可见光传输系数。还发现包括硼酸镧或硼酸钆或包括磷酸铈或磷酸钆的保护层具有与放电容器的内壁的良好粘着性，由此荧光层提高了保持性。根据本发明的低压汞蒸气放电灯中的保护层还满足相对于光和辐射传输率的需求，并且可以很容易地作为非常紧密的和均匀的保护层设置在低压汞蒸气放电灯的放电容器的内壁上。例如，这是通过用合适的金属-有机化合物(例如，丙酮酸盐或醋酸盐，例如与醋酸钙、醋酸锶、或醋酸钡混合的醋酸钪、醋酸钇、醋酸镧或醋酸钆)和在水中稀释的硼酸或磷酸的混合物的溶液漂洗放电容器来实现的，同时在干燥和烧结之后获得所希望的保护层。
在低压汞蒸气放电灯的实际实施例中，所述保护层具有大约5nm到大约2μm的厚度。在大于2μm的层厚，发生过量地吸收在放电空间中产生的辐射。在小于5nm的层厚，在放电和放电容器的壁之间有相互作用。通常通过光学测量来获得这样的层厚。从大约50nm到大约200nm的范围内的层厚是特别合适的。在所述优选范围内，保护层具有在254nm左右的波长范围内的相对高的反射率。
本发明的这些和其它方案将参照下面说明的实施例而明显看出和阐明。
在附图中：
图1A是根据本发明的包括低压汞蒸气放电灯的紧凑型荧光灯的实施例的剖面图；
图1B是在图1A中所示的低压汞蒸气放电灯的细节的剖面图；和
图1C是如图1B所示的放电容器的壁的细节的剖面图。
附图只是示意性的，并不是按比例绘制的。特别是为了清楚起见，有些尺寸被重点放大了。附图中的相同部件尽可能地用相同的参考标记表示。
图1A示意性地表示包括低压汞蒸气放电灯的紧凑型荧光灯。该低压汞蒸气放电灯设有传输辐射的放电容器10，该放电容器10按气密方式封闭具有大约10cm3体积的放电空间11。放电容器10是玻璃管，其横截面至少基本上是圆形的，并且其(有效)内径大约为10mm。玻璃管按照所谓钩形物的形式弯曲，在本实施例中，其具有大量直的部分，其中在附图1A中示出了其中的两个直的部分31、33。放电容器还包括大量弧形部分，在图1A中示出了其中的两个弧形部分32、34。放电容器10的内壁12设有保护层16并设有包括发光材料的发光层17。放电容器10被壳体70支撑，壳体70还支撑灯头71，该灯头71设有电和机械触点73a、73b，这些触点本身都是公知的。该低压汞蒸气放电灯的放电容器10被透光外壳60包围，外壳60固定到灯壳70上。透光外壳60一般具有无光泽外观。
图1B非常示意性地表示图1A所示低压汞蒸气放电灯的细节的剖面图。放电容器10中的放电空间11不仅包括汞，而且还包括稀有气体，在本实施例中是氩。用于保持放电的装置由设置在放电空间11中的电极对41a(图1B中只示出了一个电极)构成。电极对41a是涂覆了电子发射材料的钨线圈，这里电子发射材料是氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。每个电极41a由放电容器10的(凹进的或有齿的)端部支撑(图1A和1B中未示出)。电流馈送导体50a、50a’从电极对41a经过放电容器10的端部伸出到外部。电流馈送导体50a、50a’连接到容纳在壳体70中的(电子)电源，并电连接到灯头71上的电触点73b上(见图1A)。
根据本发明的放电灯的替换实施例包括所谓的无电极放电灯，其中用于保持电子放电的装置位于被放电容器包围的放电空间外部。一般情况下，所述装置是通过设有电导体绕组的线圈形成的，在工作时，具有高频电压，例如具有大约3MHz的频率，输送给所述线圈。一般来说，所述线圈包围软磁材料的芯。
图1C非常示意性地表示了图1B所示的放电容器10的壁的细节的剖面图。放电容器10的内壁12设有保护层16并设有包括发光材料的发光层17。根据本发明，发光层17还包括软化点高于450℃的无机软化颗粒27。软化颗粒27的尺寸在0.01-10μm的范围内。优选软化颗粒27的尺寸在亚微米的范围内，最好在0.01-1μm的范围内。发明人已经发现软化颗粒27的平均粒径和软化颗粒27的平均粒径的相对窄分布在该材料的软化性能方面起到了重要的作用。具有较小颗粒的材料导致该材料的较低熔点。此外，较小尺寸对于为了防止荧光层的粉末脱落所需的较低含量的材料是有利的。
一般来说，在制造低压汞蒸气放电灯的放电容器期间荧光层的烧结是在从大约500℃到大约600℃的范围内的温度下进行的。在这个温度范围内，在将荧光体液体涂覆到放电容器的内壁上之后除去荧光层中的粘合剂。对于放电灯，其中弯曲部分是在涂覆荧光层之后形成的，放电容器的弧形部分的制造是在大约700℃和大约800℃之间的温度下进行的，同时软化放电容器的玻璃壁。如果软化材料在这个工作温度下不软化，则发光层不能保持与玻璃容器的粘接，因此会剥离下来。
在荧光层中施加无机软化颗粒对于放电容器的弧形部分是特别有利的。软化颗粒的软化点高于450℃，优选地在600℃左右和高于600℃，提高了特别是放电容器的弧形部分中的荧光层的粘着性。
选择软化颗粒的成分，使得该材料在溶剂中是不可溶解的。通过适当地选择软化颗粒的材料(和尺寸和尺寸分布)，可以影响荧光层与放电容器的预涂层或玻璃壁的粘着性。
已经测试了几种材料参数。首先，研究了这些参数对防止粉末脱落的有效性的影响。已经相对于发光材料的固体含量以0.1、0.5、1和2wt％(按重量计％)的量向荧光体悬浮液中添加了各种软化材料。添加到发光层中的材料的颗粒的尺寸足够小以提供发光层在放电容器的直的部分以及放电容器的弧形部分的玻璃上的优异粘着性。
已经制造了大量低压汞蒸气放电灯。保护层和发光层都是通过在放电容器中进行向下灌注来施加的。接着，将这些层在炉子中在大约600℃的温度下在空气中烧结。一般情况下，采用具有相对小尺寸颗粒(在0.1和1μm之间)的软化颗粒比采用具有粗糙颗粒尺寸的相同材料更有效。可以看出，对于具有相对小颗粒尺寸分布的软化颗粒来说，基本上减少了粉末脱落现象。在从表示“没有粉末脱落”的“0”到表示“完全粉末脱落”的“10”范围内的尺度上，观察到：对于根据本发明的具有发光层的低压汞蒸气放电灯的弧形部分，所述发光层具有软化颗粒，粘着性为“0”，而如在具有发光层的已知低压汞蒸气放电灯的弧形部分中，其中该发光层中没有软化颗粒，粘着性为“8”。此外，根据本发明的设有具有软化颗粒的发光层的低压汞蒸气放电灯的起动时间在50到60s范围内，而设有没有软化颗粒的发光层的已知低压汞蒸气放电灯的起动时间在60-70s范围内。
获得在各种低压汞蒸气放电灯的2000小时内测量的保持性结果。表1总结了这些结果。从表1可以总结出，根据本发明的设有具有软化颗粒的发光层的低压汞蒸气放电灯的保持性基本上比设有没有软化颗粒的发光层的已知低压汞蒸气放电灯的保持性更好。
表1：弯曲部分的荧光体颗粒的粘着性(Delight)
软化颗粒 3×150  3×125  3×100  3×80  总数(mg
SrB4O7按重量计0.5％ 0  10  5  23  38
SrB4O7按重量计1％ 0  15  5  10  30
SrB4O7按重量计2.0％ 0  7  5  1  13
0.1％异丙隆-C(ref) 50  24  10  22  106
Figure A20058000380800101
表2：灯泡的直的部分中的粘着性提高(delight)
         粘着性
吹掉         Klepper
(毫巴)  (3×位置3)  (3×位置5)
 Sr-硼酸盐 0.5％ 240  0  1
 Sr-硼酸盐 1.5％ 427  0  1
 Ba-硼酸盐 0.5％ 361  1  1
 Ba-硼酸盐 1.5％ 634  0  0
 异丙隆-C 0.1％ 130  2  5
表I：根据本发明的设有具有软化颗粒的发光层的各种低压汞蒸气放电灯的保持性与没有软化颗粒的发光层的对比。
小时                保持性(％)
 根据本发明的具有软化颗粒的发光层  没有软化颗粒的已知发光层
100  100  100
500  97.7  96.0
本发明在100小时)的起动时间为50-60秒，已知灯的起动时间为60-70秒。
应该注意的是：上述实施例只是描述本发明而不限制本发明，本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下能够设计很多替换实施例。在权利要求书中，位于括号内的任何参考标记都不将构成为限制权利要求。使用动词“包括”及其变化形式不排除存在权利要求中所述元件或步骤以外的其它元件或步骤。在元件前面的冠词“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件和通过合适地编程计算机来实施。在包含几个装置的产品权利要求中，这些装置中的几个装置可以由一个相同项的硬件来体现。在相互不同的从属权利要求中引证某些手段的事实并不表示这些手段的组合不能有利地使用。

Claims (12)

1、一种低压汞蒸气放电灯，包括：
透光放电容器(10)，其以气密方式封闭放电空间(11)，放电空间中设有汞和稀有气体的填料，
放电容器(10)包括用于保持放电空间(13)中的放电的放电装置，
放电容器(10)的内壁(12)的至少一部分设有保护层(16)，
放电容器(10)设有包括发光材料的发光层(17)，
发光层(17)还包括无机软化颗粒(27)，该无机软化颗粒具有高于450℃的软化点，
软化颗粒(27)的尺寸在0.01-10μm的范围内。
2、根据权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于软化颗粒(27)包括：
碱土金属的硼酸盐和/或磷酸盐，和/或
钪、镧、钇、或其它稀土金属的硼酸盐和/或磷酸盐。
3、根据权利要求2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于碱土金属是钙、锶和/或钡。
4、根据权利要求2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于其它稀土金属是镧、铈和/或钆。
5、根据权利要求1或2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于从由硼酸锶、硼酸钡、硼酸钇、硼酸钇-锶和焦磷酸钙形成的组中选择软化颗粒(27)。
6、根据权利要求1或2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于软化颗粒(27)的尺寸在0.1-1μm的范围内。
7、根据权利要求1或2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于无机软化颗粒(27)具有高于600℃的熔点。
8、根据权利要求1或2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于保护层(16)包括氧化钇或氧化铝。
9、根据权利要求1或2的低压汞蒸气放电灯，其特征在于保护层(16)包括：
碱土金属的硼酸盐和/或磷酸盐，和/或
钪、钇、或其它稀土金属的硼酸盐和/或磷酸盐。
10、根据权利要求8的低压汞蒸气放电灯，其特征在于碱土金属是钙、锶和/或钡。
11、根据权利要求8的低压汞蒸气放电灯，其特征在于其它稀土金属是镧、铈、和/或钆。
12、一种紧凑型荧光灯，其包括根据权利要求1或2所述的低压汞蒸气放电灯，其特征在于灯壳(70)固定到低压汞蒸气放电灯的放电容器(10)上，灯壳设有灯头(71)。
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