CN102956434A - 具有用于减少的汞消耗的屏蔽涂层的照明装置 - Google Patents

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CN102956434A CN2012103074188A CN201210307418A CN102956434A CN 102956434 A CN102956434 A CN 102956434A CN 2012103074188 A CN2012103074188 A CN 2012103074188A CN 201210307418 A CN201210307418 A CN 201210307418A CN 102956434 A CN102956434 A CN 102956434A
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Abstract

本发明具有用于减少的汞消耗的屏蔽涂层的照明装置，照明装置的实施例包含带有多个层的屏蔽涂层。每一层包含金属氧化物颗粒，例如伽马氧化铝颗粒和阿尔法氧化铝颗粒。在一个实施例中，屏蔽涂层包含减少汞消耗的第一层和提高不透明度的第二层。

Description

具有用于减少的汞消耗的屏蔽涂层的照明装置
技术领域
本公开主题涉及照明和照明设备，以及更具体地，涉及照明设备(例如，荧光灯)的实施例，其利用多层屏蔽涂层来减少汞的消耗。
背景技术
荧光灯用放电激发汞蒸气并引起材料发光并发射可见光。遗憾地是，汞经常与发光材料和灯结构(例如，覆盖住汞蒸气的玻璃管)发生反应。这些反应消耗汞的数量。使用较低水平的汞(例如，在1200 mm(例如，48英寸)的直线荧光灯中少于约3毫克/盏)的荧光灯是更易受汞消耗影响的。这些灯越来越普遍，这是因为较低水平的汞更环保并因此对消费者来说更具吸引力。
为了减少汞消耗速率，一些荧光灯化学地提供惰性屏蔽，其阻止汞和玻璃管的反应。然而，材料、设计和制造的变化不利地影响了荧光灯的特征。例如，尽管某些屏蔽的成分可能阻止汞吸收，但由此产生的灯没有美学吸引，这是因为屏蔽并没有提供吸引消费者的不透明水平。
发明内容
本公开描述的照明装置的实施例包括抑制汞消耗的屏蔽涂层。然而，不同于其他荧光灯，屏蔽涂层包含多个层，它们带有的性质可单独修订得到的装置的某些特征。例如，屏蔽涂层的一层可能阻止汞消耗，同时另一层改变照明装置的不透明水平。
在一个实施例中，照明装置包含具有内表面和包含光透射材料的包层。照明装置还包含部署在内表面上的涂层，涂层包括具有含金属氧化物的颗粒的屏蔽涂层，该屏蔽涂层形成第一层和第二层。在一个示例中，第一层的颗粒具有的比表面积大于第二层中的颗粒的比表面积。
在另一个实施例中，灯包含具有内表面内气密密封内部容积的包层。该灯还包含部署在内表面上的屏蔽涂层，屏蔽涂层包含金属氧化物颗粒(具有的比表面积从大约40                                                
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE002
或更大)的第一层和金属氧化物颗粒(具有的比表面积从大约5
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE003
到大约40
Figure 302467DEST_PATH_IMAGE003
)的第二层。灯进一步地包含部署在屏蔽涂层上的发光涂层。
在又一个实施例中，照明装置包含包层和部署在管内表面上的屏蔽涂层，屏蔽涂层包含存在于屏蔽涂层的不同层中的伽马氧化铝颗粒和主要的阿尔法氧化铝颗粒。
参考以下描述并结合附图，本公开的其他特征和优势将会是显而易见的。
附图说明
对附图简要地做了参考，其中：
图1描述的是照明装置的示例性实施例的局部截面的侧面图；
图2描述的是图1照明装置的截面；以及
图3描述的是方法的示例性实施例的流程图，以形成照明装置的元件上的涂层，照明装置例如图1和图2的照明装置。
在贯穿几个附图的可应用的相似附图标记标出了相同或对应的组件，除非另外指出，否则几个附图是不按比例的。
具体实施方式
如本文使用的，单数列举并跟随冠词“一”的元件或功能应该理解为并不排除复数个所述元件或功能，除非明确声明这样的排除。此外，关于要求权利的本发明的“一个实施例”的引用并不应解释为排除也并入引述的特征的额外实施例的存在。
图1和图2图示了配置成用于减少的汞消耗的照明装置100的示例性实施例。图1描述的是照明装置100的侧面图，带有提供结构内部视图的部分剖示。图2示出的是沿着图1的线A-A截取的照明装置截面。
照明装置100的示例包括“荧光灯”，其是本技术已知的任何类型的汞蒸汽放电荧光灯。荧光灯可包括具有电极的荧光灯和无电极灯，其中提供放电的部件可包括通过电磁信号的传送、适合激发汞蒸汽原子的无线电发送器。此外，照明装置100的实施例可具体化为特定类型的荧光灯，例如T5、T8、T10以及紧凑型荧光(“CFL”)灯。荧光灯一个流行的类型例如是T8灯，其优选的是直线的，具有标称长度接近1200 mm(例如，48英寸)以及标称外径25 mm(例如，1英寸)。
如图1的示例性实施例所示，照明装置100包含带有形成内部容积106的包层104的管状结构102。包层104具有涂层110存在于其上的内表面108。照明装置100还包含一个或多个放电元件112，其可包括生成放电的触针114和电极结构116。放电元件112可气密密封内部容积106，以保持气体填充材料118在管状结构102的内部。气体填充材料118可能包含与一个或多个惰性气体和/或稀有气体在低压(例如，从大约1托到大约4托)结合的汞蒸汽。惰性气体可能包含，例如，氩气、氪气、氖气的一种或多种以及其混合物。在一个实施例中，汞蒸汽源自照明装置100中部署(例如接近一个或多个放电元件112)的汞合金。
包层104可能包含玻璃或其他光透射材料。碱石灰玻璃是是供照明装置100的实施例使用玻璃的示例和一个普通类型。然而，碱石灰玻璃和其他材料的合成物可能吸引气体填充材料中的原子。例如，当汞蒸汽填充内部容积时，碱石灰玻璃中的钠离子引起汞吸收到包层104中。汞吸收到包层104减少了生成光可用的汞的量。
如图2最好示出的，为了解决这个问题，图1上下文中所述的涂层110可包含层状结构120。在一个实施例中，层状结构120具有包含第一层124和第二层126的屏蔽涂层122。层状结构120还具有发光涂层128，其含有磷光剂材料(例如，稀土三基色(triphosphor)、三基色混合物、卤化磷酸盐型磷光剂等等)和类似的材料，它们吸收UV光和发射例如在荧光灯技术领域所知的可见光。
屏蔽涂层122可防止和/或禁止汞原子吸收到包层104中。屏蔽涂层122可能也为包层104提供令人满意水平的不透明度(或光密度)，其可减少包层104的透明度和改善照明装置100的外观。在一个示例中，当从外部观察时，即，从包层104的外部看进内部容积106中时，屏蔽涂层122引起包层104显现不透明的白色。屏蔽涂层122可能也有利地反射紫外(UV)光回到发光涂层128内，这导致提高磷光剂的利用和可见光更有效的产生。
屏蔽涂层122可包含惰性金属氧化物，例如氧化铝。其他金属氧化物可能包括钇、钛、锆、铪、铌、钽、镧的氧化物，或其混合。屏蔽涂层122的示例可基本上是非汞吸收的，这意味着当照明装置100是活动的(例如，放电元件112被赋能)或者不活动时，汞基本上不会吸收进屏蔽涂层122中。
屏蔽涂层122的层(例如，第一层124和/或第二层126)可包含惰性金属氧化物颗粒，其具有的比表面积相对于在屏蔽涂层122中的其他层(例如，第一层124和/或第二层126)更高。例如，在一个层中的颗粒的比表面积可能有大约80
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE005
，虽然在其他示例中比表面积可从大约40
Figure DEST_PATH_IMAGE005A
到大约150
Figure DEST_PATH_IMAGE005AA
，和/或大于大约40。形成对比地，另一层的比表面积可能是大约25
Figure DEST_PATH_IMAGE005AAAA
，从大约5
Figure DEST_PATH_IMAGE005AAAAA
到大约40
Figure DEST_PATH_IMAGE005AAAAAA
，和/或低于大约40
Figure DEST_PATH_IMAGE005AAAAAAA
。
屏蔽涂层122的层可能包含这样的金属氧化物颗粒的类型：其不同于在屏蔽涂层122的其他层中找到的金属氧化物的类型。例如，一层可能包含第一类型的金属氧化物颗粒，并且另一层可能包含第二类型的金属氧化物颗粒。层可能包含主要(例如，占超过大约60%(重量))一个类型的金属氧化物颗粒。如下所讨论的，屏蔽涂层122可能包含具有伽马氧化铝颗粒但没有阿尔法氧化铝颗粒的层，以及具有阿尔法氧化铝颗粒和可选择的一些伽马氧化铝颗粒的层。然而，要注意到这些实施例并不排除屏蔽涂层122的以下组成：其包含在层中找到多种类型金属氧化物颗粒的混杂和/或混合物。也就是，在照明装置100的实施例中，屏蔽涂层122的层可能包含多种类型的颗粒(例如，金属氧化物颗粒)，这引起层呈现为本文预期的一个或多个特征。
在一个实施例中，第一层124包含伽马氧化铝颗粒，而第二层126主要地包含阿尔法氧化铝颗粒。伽马氧化铝颗粒可形成密实、紧凑的涂层，其禁止汞蒸汽和包层104底层材料的相互作用。伽马氧化铝颗粒可在气相三氧化二铝(Aeroxide Alu C)中找到，其是可扩散于水中和可由EVONIK公司获得的、高纯度和含碱量低的亚微米颗粒大小的胶体氧化铝。在水介质中扩散后，Aeroxide Alu C可有大约0.2
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE007
的中等颗粒直径，总共的颗粒大小在大约0.07到大约1
Figure 504690DEST_PATH_IMAGE009
范围广泛分布，以及总共分布的90%发生(在测量样本上)在小于大约0.5。
层的位置可以变化，其中如图2所示第一层124可存在于内表面108附近。在其他示例中，第二层126可存在于内表面108附近，以及第一层可部署于其上。一般地，发光涂层128存在于屏蔽涂层122顶部，以便于磷光剂和放电中生成的UV相互作用。在一个或多个实施例中，屏蔽涂层122可能包括除第一层124和第二层126以外的层。同样地这样的实施例可能包含用于与一个或多个屏蔽涂层122和发光涂层128联合或者代替它们的额外的涂层和材料。
层的“厚度”(有时也称之为“加载”)可引起照明装置100呈现某些特征。响应屏蔽涂层122(例如，第一层124和第二层126)和发光涂层128两者厚度的变化，这些特征可能变化。一般地，发光涂层128的厚度大约1.5
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE011
到大约6.0
Figure DEST_PATH_IMAGE011A
。第一层124和第二层126的厚度可确定相对的汞消耗和照明装置100的不透明度。带有伽马氧化铝颗粒的层(例如，第一层124)的厚度可以是大约0.01
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE013
到大约0.30
Figure 620160DEST_PATH_IMAGE013
，以及在照明装置100一个实施例中，厚度是大约0.04。主要带有阿尔法氧化铝颗粒的层(例如，第二层126)的厚度可以是从大约0.2
Figure 954506DEST_PATH_IMAGE013
到大约1.0
Figure 708835DEST_PATH_IMAGE013
，以及在一个实施例中，第二层126的厚度是大约0.3。
图3描述的是在包层104上形成涂层110的方法200的示例性实施例的流程图。用于施加涂层到包层104的内部容积106的已知的技术包括：通过包层104冲洗液基悬浮液(suspension)，以及扩散、喷涂和用静电方法。在一个示例中，喷涂头(未示出)***包层104的一端。喷涂头沿轴向长度来操纵，使得以悬浮液喷涂涂覆管。其他技术可同样适于供以上图1和图2的照明装置100的实施例和以下本公开介绍的方法200使用。
方法200包含在框202引入包层到第一悬浮液，以及在框204干燥包层以形成第一层。方法200还包含在框206引入包层到第二悬浮液，以及在框208干燥包层以形成第二层。方法进一步地包含在框210引入包层到第三悬浮液，以及在框212干燥包层以形成第三层。
当使用伽马氧化铝和阿尔玛氧化铝的颗粒时，颗粒应该一般地是基本纯的或基本不带光吸收杂质的高纯度或带有最小量光吸收杂质。在一个示例中，可配制两个分离的氧化铝悬浮液，第一悬浮液包含伽马氧化铝颗粒，而第二悬浮液主要包含阿尔法氧化铝颗粒。包含合适的发光材料(例如，磷光剂)的第三悬浮液可根据本领域已知的成分和配方来配制。
每一个悬浮液可能包含氧化铝颗粒(例如，伽马氧化铝颗粒或阿尔法氧化铝颗粒)，其可用例如像聚丙烯酸铵的扩散剂(dispersing agent)和/或本技术领域所知的其他助剂扩散在水媒介物中。在一个实施例中，对于伽马氧化铝颗粒的第一悬浮液是大约0.5到大约0.8的重量百分比的氧化铝和大约0到大约0.5的重量百分比的扩散剂。主要包含阿尔法氧化铝颗粒的第二悬浮液是大约5到大约12重量百分比的氧化铝和0.2到大约0.5重量百分比的扩散剂。
第一悬浮液接下来作为屏蔽涂层的一层施加(例如，框202)到包层104的内部，并从大约40℃到大约120℃加热和/或干燥。第二悬浮液接下来作为屏蔽涂层的一层施加(例如，框206)到包层104的内部和从大约40℃到大约120℃加热和/或干燥。第三悬浮液接下来作为发光涂层施加(例如，框208)到包层104的内部和从大约50℃到大约120℃加热和/或干燥。在一个实施例中，在屏蔽涂层和发光涂层被涂覆和干燥之后，用传统部件来烘烤涂覆的包层104，使用包层104的材料所允许的最高温度(例如，对于玻璃，在峰值温度至少持续大约30秒，在大约400℃到大约600℃)。照明装置100的实施例的制造此后用平常的方式继续。
以下的示例进一步地阐释本发明的多种方面和实施例。
示例
出于示例的目的和为了实现上述讨论的主题，准备了三个悬浮液并将它们施加到包层，在这个情况下包层是玻璃管。通过混合具有大约100
Figure 2012103074188100002DEST_PATH_IMAGE014
比表面积的大约350克高纯度胶体伽马氧化铝(例如Evonik公司制造的Aeroxide Alu C)、大约802克去离子水和14克约96%的乙酸准备第一悬浮液。用螺旋桨式搅拌器混合第一悬浮浆(slurry)大约10分钟，用1 mm的氧化锆珠在玻珠研磨机研磨大约30分钟，以及通过20
Figure DEST_PATH_IMAGE007A
孔径的筛(例如，700网眼)过滤。第一悬浮液通过混合153克第一悬浮浆、846克去离子水和1.5克非离子表面活性剂制得。
通过混合100克包括具有比表面积大约26
Figure 595331DEST_PATH_IMAGE003
的大约80%阿尔法相和20%伽马相的高纯度氧化铝(例如，Baikowski制造的Baikalox CR30F)、大约300克去离子水准备第二悬浮浆。在螺旋桨式搅拌器持续混合期间，2.5克浓缩的氨、1.8克扩散剂(例如，Dispex A40)、120克5%的水性粘合剂溶液和2克非离子表面活性剂一起混合。第二悬浮浆用高剪混合器(例如，Kaddy Mill)处理以及通过80 
Figure 25175DEST_PATH_IMAGE009
孔径的筛过滤，以形成第二悬浮液。
通过混合(持续搅拌下)大约1000克去离子水、20克单乙醇胺、6克扩散剂(例如，Dispex A40)、10克比表面积大约是100 的胶体伽马氧化铝、555克铕激活氧化钇红色磷光剂、380克铈铽激活镧磷酸绿色磷光剂、64克铕激活镁铝蓝色磷光剂、1000克5%的聚乙烯氧化物的水溶液(例如，Polyox WSR 3000)和0.2克非离子表面活性剂准备第三悬浮浆。搅拌第三悬浮浆大约4小时，并通过100 
Figure 417291DEST_PATH_IMAGE009
孔径的筛(例如150网眼)过滤，以形成第三悬浮液。
第一照明装置制造为包含具有外径16 mm的1200 mm(例如48英寸)的玻璃管。照明装置包含屏蔽涂层，屏蔽涂层带有的第一层通过将第一悬浮液施加到玻璃管内表面上形成。涂覆和干燥过程是本领域技术人员所熟知的。第二层通过施加第二悬浮液而部署在第一层上。发光涂层通过施加第三悬浮液而部署在第二层上。
第二照明装置制造为包含具有外径16 mm的1200 mm(例如48英寸)的玻璃管。照明装置包含屏蔽涂层，屏蔽涂层带有的第一层通过将第一悬浮液施加到玻璃管内表面上形成。发光涂层通过施加第三悬浮液而部署在第一层上。
第三照明装置制造为包含具有外径16 mm的1200 mm(例如48英寸)的玻璃管。照明装置包含屏蔽涂层，屏蔽涂层带有的第一层通过将第二悬浮液施加到玻璃管内表面上形成。发光涂层通过施加第三悬浮液而部署在第一层上。
对第一照明装置、第二照明装置和第三照明装置的每一个做了汞消耗测试。根据结果，测量到在大约9200小时的燃烧时间，第一照明装置的汞消耗在大约0.34毫克/盏和0.35毫克/盏。测量到第二照明装置的汞消耗(在大约1024小时的燃烧时间)大约是0.12毫克/盏、0.013毫克/盏和0.11毫克/盏；(在大约2974小时的燃烧时间)大约是0.18毫克/盏和0.19毫克/盏；(在大约5434小时的燃烧时间)大约是0.32毫克/盏和0.29毫克/盏。测量到第三照明装置的汞消耗(在大约10552小时的燃烧时间)大约是0.83毫克/盏和0.80毫克/盏；(在大约11008小时的燃烧时间)大约是0.82毫克/盏、0.86毫克/盏和0.71毫克/盏；(在大约12024小时的燃烧时间)大约是1.05毫克/盏和1.02毫克/盏，(在大约12504小时的燃烧时间)大约是0.77毫克/盏。
上述收集和测量的数据可以用于推断更长的燃烧时间(包括大约30000小时的燃烧时间)。因此，当推断延长的寿命时，要注意第一照明装置的汞消耗是大约0.63毫克/盏，第二照明装置的汞消耗是大约0.693毫克/盏，和第三照明装置的汞消耗是大约1.40毫克/盏。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或***及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
部件表
100. 照明装置
102. 管状结构
104．包层
106. 内部容积
108. 内表面
110. 涂层
112. 放电元件
114．触针
116．电极结构
118. 气体填充材料
120. 层状结构
122. 屏蔽涂层
124. 第一层
126. 第二层
128．发光涂层
200. 方法
202. 框
204. 框
206. 框
208. 框
210. 框
212. 框。

Claims (17)

1. 一种照明装置，包含：
具有内表面和包含光透射材料的包层；以及
部署在所述内表面上的涂层，所述涂层包括具有含金属氧化物的颗粒的屏蔽涂层，所述屏蔽涂层形成第一层和第二层，
其中所述第一层的所述颗粒具有的比表面积大于所述第二层中的所述颗粒的比表面积。
2. 如权利要求1所述的照明装置，其中所述第一层的所述颗粒包含伽马氧化铝。
3. 如权利要求1所述的照明装置，其中所述第一层中的所述颗粒的所述比表面积从大约40                                                
Figure 2012103074188100001DEST_PATH_IMAGE002
到大约150 。
4. 如权利要求1所述的照明装置，其中所述第一层部署在所述包层的所述内表面上。
5. 如权利要求1所述的照明装置，进一步包含部署在所述屏蔽涂层上的发光涂层。
6. 如权利要求1所述的照明装置，其中在通过其中照亮时，所述包层在外表面处显示为不透明。
7. 如权利要求1所述的照明装置，其中所述第一层的厚度小于所述第二层的厚度。
8. 如权利要求1所述的照明装置，其中所述第二层的所述颗粒主要包含阿尔法氧化铝。
9. 一种灯，包含：
具有带内表面的气密密封内部容积的包层；
部署在所述内表面上的屏蔽涂层，所述屏蔽涂层包含具有的比表面积从大约40 
Figure 542828DEST_PATH_IMAGE002
或更大的金属氧化物颗粒的第一层和具有的比表面积从大约5
Figure 335334DEST_PATH_IMAGE002
到大约40
Figure 115072DEST_PATH_IMAGE002
的金属氧化物颗粒的第二层；
气体填充材料，其包含部署在所述容积中的汞；以及
部署在所述屏蔽涂层上的发光涂层。
10. 如权利要求9所述的灯，其中所述第一层包含伽马氧化铝。
11. 如权利要求9所述的灯，其中所述第二层包含阿尔法氧化铝。
12. 如权利要求9所述的灯，其中第二层部署在所述第一层上和所述发光涂层和所述第一层之间。
13. 如权利要求9所述的灯，其中所述第一层具有的厚度是大约0.01 
Figure 2012103074188100001DEST_PATH_IMAGE005
到大约0.3 
Figure 385647DEST_PATH_IMAGE005
。
14. 一种照明装置，包含：
包层；以及
部署在所述管的内表面上的屏蔽涂层，所述屏蔽涂层包含存在于所述屏蔽涂层的不同层中的伽马氧化铝颗粒和主要的阿尔法氧化铝颗粒。
15. 如权利要求14所述的照明装置，其中在通过其中照亮时，所述包层在外表面处显示为不透明。
16. 如权利要求14所述的照明装置，其中具有主要的阿尔法氧化铝颗粒的层具有的厚度有效地反射和散射可见光。
17. 如权利要求14所述的照明装置，其中具有所述伽马氧化铝颗粒的层存在于所述内表面附近。
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