CN1440046A - 具有单层荧光体涂层的荧光灯 - Google Patents

具有单层荧光体涂层的荧光灯 Download PDF

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Abstract

一种包括涂层(16)的荧光灯(10)，涂层(16)包括与稀土荧光体组合的发射蓝－绿光的卤代磷酸盐，该稀土荧光体例如为发射红光的稀土荧光体和发射绿光的稀土荧光体。发射蓝－绿光的卤代磷酸盐替代了部分或全部的发射蓝光的稀土荧光体，该发射蓝光的稀土荧光体通常用于一种设计成具有较高显色指数(CRI)的灯。该荧光体的组合物优选为与发射白光的卤代磷酸盐以约1∶3的比例混合，其提供了适合于灯的单涂层的混合物。在没有增加稀土荧光体的使用量的情况下，该单涂层的灯具有与用常规的双荧光体层涂敷处理相近的CRI。

Description

具有单层荧光体涂层的荧光灯
技术领域
本发明一般涉及荧光灯，并且更明确地涉及一种具有单层荧光体涂层的低压汞蒸气放电荧光灯。
背景技术
荧光灯通常包含至少一个荧光体层和可选地包含独立的阻挡层。在一个或多个荧光体层与玻璃管之间涂有通常为氧化铝或二氧化硅的阻挡层，以增加流明保持、增加荧光体的利用率、减少汞的消耗、减少端部变色和改善灯的外观。
当前，用于荧光灯的荧光体涂层包括两层。第一层被涂在与玻璃管最接近处，并且是卤代磷酸盐的荧光体，其具有与制成的灯相同的相关色温(CCT)。该荧光体的生产较廉价。然而，该卤代磷酸盐的显色指数(CRI或RA)较低。例如，发“Warm White(暖白光)”的卤代磷酸盐(CCT约为3000K)具有约50的CRI，而发“Cool White(冷白光)”的卤代磷酸盐(CCT约为4000K)具有约60的CRI。在卤代磷酸盐涂层干燥后第二层被涂在该第一层之上，并且一般为红光发射荧光体、绿光发射荧光体和蓝光发射荧光体三种稀土荧光体混合物。被铕(Eu3+)活化的氧化钇(Y2O3)(YEO)为典型的红光发射荧光体。用铈和铽活化的磷酸镧(LAP)或用铽活化的铝酸铈镁(CAT)经常用于绿光发射荧光体。诸如用铕(Eu2+)活化的锶、钙、钡的氯磷灰石(SECA)或用铕(Eu2+)活化的铝酸钡镁(BAM)的蓝光发射荧光体被用做稀土荧光体混合物中的第三种荧光体。用于三磷混合物的稀土物质是较昂贵的，因而尽可能少用此物质是所需的。通过在卤代磷酸盐层的顶部且靠近放电的位置施加稀土荧光体，不均匀的放电的UV光量被该层吸收，并由此使用较少的稀土荧光体是需要的。该三磷混合物具有比卤代磷酸盐更高的CRI，一般约为82。
例如，通常以SP或70系列标注的T12的灯(如具有1.5英寸，约35毫米，的荧光灯)通过涂敷4.5-5.5g/4英尺长度(约3.2到3.9mg/cm2管体表面积)的卤代磷酸盐涂层来产生，其具有在约4000K色温下的约70-75的显色指数(CRI)。随后，在T12的灯上涂敷约1.0g/4英尺长度(约0.7mg/cm2管体表面积)的三磷混合物的薄层。因为其CRI值在70出头并且色温约为4000K，此灯通常被标注为740。该灯具有良好的发光效率，一般为每瓦特78-80流明(LPW)。约百分之五十的放电的紫外光(UV)被最里面的稀土荧光体层吸收，剩余的放电的紫外光被卤代磷酸盐涂层吸收。在T12的灯上使用较厚的三磷混合物涂层，如1.8-2g/4英尺长度(约1.3到1.4mg/cm2管体表面积)，可获得更高的CRI，一般约为80。该灯被标注为840或SPX40。
许多现存的用于荧光灯制造的生产过程不具有有效地施加两个荧光体涂层的能力。每个涂敷步骤需要大量的设备和工作。即使当双涂敷过程为可利用时，由于在第二层涂敷步骤期间第一层和第二层之间的互相影响，双涂层过程也是困难的。例如，当施加第二层涂层时，部分第一涂层可能被洗刷掉，除非在此方式下使第一涂层干燥以使其很好地粘附在玻璃上。
美国专利No.5,838,100披露了用于荧光灯的单层荧光体涂层，该荧光灯包括含有三种稀土荧光体的荧光体混合物，该混合物具有至少20％重量百分比的氧化铝。氧化铝散射紫外光且允许使用更低的三荧光体涂层重量。然而，其用来提供所需的CRI的三磷混合物的数量高于常规的双涂层***。因此，该单涂层在生产上较昂贵。
本发明提供了一种新的并改进的荧光体涂层和使用的方法，该方法克服了上面提到的问题及其它的一些问题。
发明内容
在本发明的示例性实施例中，提供了一种汞蒸气放电灯。该灯包括壳体和用于提供电弧的装置。壳体内密封了维持放电的汞的填充物和惰性气体。含荧光体的涂层涂敷在壳体的内部。该含荧光体的涂层包括荧光体混合物，其包括发射蓝-绿光的卤代磷酸盐、发射红光的荧光体和发射绿光的荧光体。
在本发明的另一个示例性实施例中，提供了一种形成灯的方法。该方法包括形成荧光体混合物。该荧光体混合物包括发射蓝-绿光的卤代磷酸盐、发射红光的荧光体和发射绿光的荧光体。包含荧光体的混合物的涂层形成在壳体的壁面上。壳体内密封有填充物。该填充物包括汞和惰性气体。
在本发明的又一个示例性实施例中，提供了一种提供光源的方法。该方法包括仅在壳体的表面上涂敷单层的荧光体层。该荧光体层包括荧光体混合物，其包括发射白光的卤代磷酸盐、发射蓝-绿光的卤代磷酸盐、发射红光的荧光体和发射绿光的荧光体。电弧在壳体内发生，由此产生光。光的一部分通过荧光体涂层被转换为不同波长的光，以使由壳体发射出的光具有至少70的显色指数(CRI)。
本发明的至少一个示例性实施例的一个优点在于形成的单层荧光体涂层具有高的显色指数。
在阅读和理解下面的优选实施例的详细说明时，对于在本技术领域内的普通技术人员，本发明的更进一步的优点是显而易见的。
附图说明
图1是本发明的荧光灯的局部剖面的侧视图。
图2是本发明的三磷混合物在390-750nm波长范围内的光谱能量分布图。
图3是本发明的适合与三磷混合物混合的发冷白光的卤代荧光体在390-750nm波长范围内的光谱能量分布图。
具体实施方式
图1显示了典型的低压汞蒸气放电荧光灯10。可意识到的是不同的荧光灯可与本发明一起使用，其包括单或双端部灯、曲形或直管灯、和无电极灯。荧光灯10具有由玻璃或其它适当的材料形成的透光管或壳体12，其具有圆形的横截面。含荧光体的涂层16(未按比例示出)设置在玻璃壳体的内表面14。该灯通过分别接附在管体端部的灯头18，20密封。两个分隔开的电极22，24分别安装在灯头18，20上。优选为由汞和惰性气体形成的维持放电的填充物26被密封在玻璃管内。该惰性气体一般是在低压下的氩或氩与其它惰性气体的混合物，其结合了少量的汞，以提供低蒸汽压力的工作方式。
如前所述，含荧光体的涂层16优选为使用在低压汞蒸气放电灯中，但是也可使用在高压汞蒸气放电灯中。该涂层可用在本技术领域内已知的具有电极的荧光灯中以及用在本技术领域内已知的无电极荧光灯中，其中用于提供电弧的装置为提供高频电磁能或电磁辐射的结构。
在本技术领域内已知的是，荧光体改变冲击荧光体的光谱的波长，以使灯的发射光谱能被调节。诸如光谱紫外区内的无用的光可被转换为在可见光谱区内的有用的光。含荧光体的涂层16包含被选择以实现所需颜色质量的荧光体微粒的混合物，以其显色指数(CRI或RA)的形式来表示该颜色品质。显色指数是对被光源照明物体的心理生理颜色的程度的测量值，该光源与用于规定条件的基准光源相一致。实际上，CRI是光源的光谱分布与白炽(黑体)光源的光谱分布相比较的优劣程度的测量，白炽光源的光谱分布具有在红外线区(700nm以上)和紫外线区(400nm以下)之间的普朗克(Planckian)分布。通常，以荧光体混合物为特征的荧光体具有离散的光谱，其将给出颜色与光谱峰部相配的物体良好的色彩重现，而给出颜色位于光谱峰部之间的物体较差的色彩重现。通过结合具有互补的光谱，可实现在全部光谱上的良好的色彩重现。
含荧光体的涂层16优选为包括至少三种荧光体混合物，更优选为包括四种荧光体混合物。第一种荧光体是荧光体的卤代磷酸盐或其它发射白光的较廉价的荧光体，在这里称为发射白光的卤代物(Halo)。卤代磷酸盐包括至少一种卤素成分，其优选为氯或氟，或它们的混合物。适当的荧光体的卤代磷酸盐包括用锑(3+)和锰(2+)活化的氟氯磷酸钙，或者在本技术领域内已知的另一种荧光体的卤代磷酸盐。调节卤代磷酸盐中氟化物与氯化物的比例和锰的量，以给出在本技术领域内已知的灯的所需颜色。该白光发射Halo具有如下通式：
Ca5-x-y(PO4)3F1-z-yClzOy：MnxSby，其中
0.03＜x＜0.22；
0.03＜y＜0.07；和
0.02＜z＜0.2。
例如对于730”的灯，使用称为发“Warm White(暖白光)”的具有约3000K的色温的卤代磷酸盐。对于740”的灯，使用称为发“Cold White(冷白光)”的卤代磷酸盐。Cold White(冷白光)具有约4100K的色温。Cold White具有两个明显的光谱峰。一个峰部是在约480nm处并具有约80-100nm的1/2宽度。另一个峰部是在约580nm处并具有约70nm的1/2宽度。Warm White(暖白光)具有两个同样的光谱峰，但是由于更高的含Mn的比例，在580nm的峰部更强烈。也使用White(发白光)的卤代磷酸盐。其具有3500K的色温。上述卤代磷酸盐具有与最终制成的灯相同(或近似相同)的相关色温。由此披露的白光发射的卤代磷酸盐可包括50-90％重量百分比的混合物，更优选地是包括60-80％重量百分比的混合物4，最优选地是包括约80％重量百分比的荧光体混合物。
荧光体混合物也包括在这里一般称为三磷混合物的荧光体的组合物，但是该三磷混合物可包含少于三种荧光体或多于三种荧光体。该三磷混合物包括具有互补发射光谱的荧光体的组合物，当混合在一起时，该组合物提供了高的CRI，优选为80以上，更优选为85以上，且最优为约90或更高。该三磷混合物优选为包括至少一种稀土荧光体，优选为两种或更多种稀土荧光体混合物。第一种稀土荧光体优选为诸如用铕(3+)活化的氧化钇(YEO)的红光发射荧光体。该荧光体具有在约611nm处及小于10nm的1/2宽度的峰部。混合物中第二种稀土荧光体优选为绿光发射荧光体。适当的绿光发射荧光体是被铽活化的荧光体，例如用铈(3+)和铽(3+)活化的磷酸镧(LAP)、用铽(3+)活化的铝酸铈镁(CeMgAl11O19：Tb3+)(CAP)、或用铽和铈活化的五硼酸钆镁。LAP具有诸如在约545nm处及小于10nm的1/2宽度的峰部。该三磷混合物可额外地或可替代地包括其它的稀土荧光体，例如，诸如用铕(Eu2+)活化的锶、钙、钡的氯磷灰石(SECA)或用铕(Eu2+)活化的铝酸钡镁(BAM)的蓝光发射荧光体。SECA具有在约447nm处及约50nm的1/2宽度的峰部。
荧光体的YEO具有如下通式：
(Y(1-x)Eux)2O3，其中0＜x＜0.1
优选的是，0.02＜x＜0.7
荧光体的LAP具有如下通式：
(La(1-x-y)CexTby)PO4，其中0.1＜x＜0.6；0＜y＜0.25
优选的是，0.2＜x＜0.4；0.1＜y＜0.2
荧光体的SECA具有如下通式：
(Sr(1-x-y-x}BaxCayEuz)10(PO4)6Cl2，其中0＜x＜0.3；0＜y＜0.2；0＜z＜0.2，
优选的是，0.2＜x＜0.4；
0.01＜y＜0.1；0.005＜z＜0.015
三磷混合物中的另一种荧光体是诸如用锑(3+)活化的卤代磷酸钙(例如氟磷酸钙)的蓝-绿光发射荧光体。该蓝-绿光发射卤代磷酸盐在下文中称为Blue Halo。Blue Halo(发蓝光的卤代物)具有以下通式：
Ca5-y(PO4)3F1-yOy：Sby，
其中0.03＜y＜0.07。
由于Blue Halo(发蓝光的卤代物)不含锰或大致不含锰，因而其不同于含锰的白光发射Halo。尽管上面的公式也显示了不含氯，但可出现少量的氯以替代Blue Halo中的一部分氟。
做为卤代磷酸盐，Blue Halo(发蓝光的卤代物)的荧光体具有较廉价的优点。然而，不同于混合物中的其它卤代磷酸盐，其具有与稀土荧光体结合以得到较高CRI的能力。当使用Blue Halo时，仅需要更少量的稀土荧光体以达到所需的荧光体混合物的总CRI。诸如YEO、LAP、和Blue Halo的三磷混合物共同达到约90的较高的CRI。因此，与双涂层的740灯相比，为达到70出头的CRI，在单涂层混合物中仅需要约30％的YEO/LAP/Blue Halo混合物，剩余的成分为White Halo(发白光的卤代物)。
Blue Halo是具有在约480nm处及约100nm的1/2宽度的峰部的宽波段发射荧光体。其也可替代LAP或其它绿光发射稀土荧光体的一部分。因此，与常规的三磷混合物相比，可减少混合物中绿光发射荧光体的数量。由于其宽阔的峰部，Blue Halo也可被用来替代一部分或全部诸如SECA或BAM的常规的蓝光发射荧光体。SECA具有在约447nm处及50nm的1/2宽度的峰部。
Blue Halo优选为包括约10-50％重量百分比的三磷混合物，更优选为包括20-40％重量百分比的三磷混合物，最优为包括约30％重量百分比的三磷混合物。在全部三磷混合物中Blue Halo的量根据在整个混合物中三磷混合物的量的不同而不同。例如，当三磷混合物占的30％重量百分比时，Blue Halo优选为占整个荧光体混合物的3-15％。
因而，该荧光体混合物优选地包括：
卤代磷酸盐，其具有两个宽带峰部，一个峰部是在约570-590nm处并具有约70nm的1/2宽度。另一个峰部是在约470-490nm处并具有约100nm的1/2宽度；
红光发射荧光体，其具有在600-620nm处的主峰，更优选地是在约611nm处，并且该主峰具有小于100nm的1/2宽度，更优选地是小于50nm，更优选地是小于30nm，且最优地是约10nm或更小；
绿光发射荧光体，其具有在535-555nm处的峰部，更优选地是在约545nm，并且该主峰具有小于100nm的1/2宽度，更优选地是小于50nm，更优选地是小于30nm，且最优地是约10nm或更小；
卤代磷酸盐，其具有在约470-490nm处及约100nm的1/2宽度的宽带峰部；和
蓝光发射荧光体，其是可选的，其具有在470-510nm处的峰部，更优选地是在约480nm，并且该主峰具有小于100nm的1/2宽度，更优选地是小于50nm，更优选地是小于30nm，且最优地是约10nm或更小。
该涂层的优选的实施例包括三磷混合物，其包括约49％YEO、约21％LAP、和约30％Blue Halo。由该三磷混合物单独形成的涂层具有89的CRI和约77流明/瓦特的光输出量。该混合物可与白光发射halo结合，例如荧光体混合物的10-50％重量百分比的含量为标准Cool White或Warm White的卤代磷酸盐，剩余的为白光发射halo，更优选地是该卤代磷酸盐占约25-35％重量百分比的含量，最优地是约30％重量百分比。
图2是一光谱能量分布图，该光谱能量分布在包括约49％YEO、约21％LAP、和约30％Blue Halo的三磷混合物的390-750nm波长范围内以watts/nm表示。图3是Cool White荧光体在390-750nm波长范围内的光谱能量分布图，该Cool White荧光体适合与三磷混合物混合以形成用于灯涂层的荧光体混合物。
除荧光体混合物外，含荧光体涂层16还可包含其它成分，例如氧化铝。含荧光体涂层16优选地是不含二氧化硅。
含荧光体涂层16设置在下面所述的灯上。该荧光体微粒或粉末在搅拌器中通过重量被混合约两小时，以提供粉末混合物。然后将得到的粉末分散在带有分散剂的水溶剂中，该分散剂为诸如聚丙烯酸铵，和诸如壬基苯基-乙氧基化物的非离子型表面活性剂。然后加入增稠剂，一般为聚环氧乙烷，和可选的本技术领域内已知的其它分散剂、表面活性剂、和增稠剂。所得到的悬浮液一般约为5-20重量百分比的荧光体粉、0.5-3重量百分比的分散剂、0.05-0.3重量百分比的表面活性剂、和1-5重量百分比的增稠剂。随后将该悬浮液做为涂层施加在玻璃管的内部并加热以干燥该涂层。在加热阶段，使粘合剂和除了荧光体以外的其它成分脱离，剩下荧光体涂层。施加该含荧光体涂层，以使涂层(“涂层重量”)中荧光体的重量约为4.5-6g荧光体/4英尺长的T12管(3.1-4.2mg/cm2管壁)，更优选地是，约5g荧光体/4英尺长的T12管(约3.5mg/cm2管壁)。
设计上述的单涂层以替代常规所用的双涂层***。值得注意的是，所公布的三磷混合物可在没有白光发射halo的情况下施加。
尽管单涂层16在不需要附加的涂层的情况下具有提供良好的显色指数的能力，可预料的是，在玻璃壳体的内部，该灯可具有一个或多个附加的荧光体涂层(未示出)。然而，当使用附加的荧光体涂层时，涂层16优选为最接近电弧的涂层。此外，该附加的涂层可包括一层吸收或反射紫外线的涂层。例如，在含荧光体涂层16和玻璃管12之间，该灯可具有一层氧化铝或二氧化硅。
下面的无限制性的实例更进一步地对本发明的不同方面进行说明。
实例
T12灯被涂敷以双涂层***或单涂层***以提供4100K的标称色温。涂层重量以荧光体的重量/4英尺长的T12管来表示。通过将得到的重量乘以一约0.7的系数，该重量可转换为mg/cm2管壁来表示。图1显示出了所得的结果。x和y是颜色坐标。
正如由表1所看到的，用单涂层***可实现良好的色泽稳定性(CRI＝73)，其相似于或略高于双涂层灯的显色指数(CRI＝71)。在单涂层中稀土荧光体的总重量为1.15g，其仅略高于双涂层过程中使用的稀土荧光体的重量(1.00g)。两种灯的流明/瓦特值是非常相近的。因此，可了解的是，在一点不增加材料成本的情况下，可使用单涂层替代双涂层***，并且通过消除第二涂层的操作实现了有效处理成本的节省。
表1
灯类型 具有双层荧光体涂层的SP40或740 T12 40W 4英尺灯     具有新型单涂层的SP40或740 T12 40W 4英尺灯
标称色温 4100K     4100K
第一涂层的荧光体的成分 4.5g Cool White     3.85g Cool White0.81g YEO0.34g LAP0.50g Blue Halo
第二涂层的荧光体的成分 0.54g YEO0.34g LAP0.12g SECA     ---
X 0.381     0.383
Y 0.382     0.384
Ra 71     73
100小时流明/瓦特 79     78
本发明已根据优选的实施例被描述。显而易见的是，在阅读和理解前述的详细说明时，将发生其它的修改和变型。可预见到的是，在所附的权利要求或其等效文件的范围内，本发明被解释为包括所有那些在其可出现的范围内的修改和变型。

Claims (19)

1.一种汞蒸气放电灯(10)，其包括：
壳体(12)；
用于提供电弧的装置；
密封于所述壳体内的维持电弧的汞的填充物(26)和惰性气体；和
涂敷在所述壳体内侧的含荧光体的涂层(16)，所述含荧光体涂层包括荧光体混合物，其包括：
发射蓝-绿光的卤代磷酸盐；
发射红光的荧光体；和
发射绿光的荧光体。
2.根据权利要求1所述的灯(10)，其特征在于，所述荧光体混合物还包括发射白光的卤代磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的灯(10)，其特征在于，所述发射蓝-绿光的卤代磷酸盐具有通式：Ca5-y(PO4)3F1-yOy：Sby，其中
0.03＜y＜0.07。
4.根据权利要求2所述的灯(10)，其特征在于，所述发射白光的卤代磷酸盐具有通式：Ca5-x-y(PO4)3F1-x-yClzOy：MnxSby，其中
0.03＜x＜0.22；
0.03＜y＜0.07；和
0.02＜z＜0.2。
5.根据权利要求1所述的灯(10)，其特征在于，所述发射红光的荧光体和发射绿光的荧光体中的至少一个包括稀土荧光体。
6.根据权利要求5所述的灯(10)，其特征在于，所述发射绿光的荧光体是铽活化的荧光体，其从包括由铈(3+)和铽(3+)活化的磷酸镧(LAP)、由铽(3+)活化的铝酸铈镁(CAP)、和由铽和铈活化的五硼酸钆镁的组中选择。
7.根据权利要求5所述的灯(10)，其特征在于，所述发射红光的荧光体包括由铕(3+)活化的氧化钇(YEO)。
8.根据权利要求5所述的灯(10)，其特征在于，所述发射红光的荧光体和所述发射绿光的荧光体都是稀土荧光体，并且所述发射蓝-绿光的卤代磷酸盐与所述稀土荧光体的比例是10∶9到1∶1。
9.根据权利要求8所述的灯(10)，其特征在于，所述发射蓝-绿光的卤代磷酸盐与所述稀土荧光体的比例是1∶5到2∶5。
10.根据权利要求9所述的灯(10)，其特征在于，所述发射蓝-绿光的卤代磷酸盐与所述稀土荧光体的比例约是3∶10。
11.根据权利要求2所述的灯(10)，其特征在于，所述发射白光的卤代磷酸盐占所述荧光体混合物的50-90％重量百分比。
12.根据权利要求11所述的灯(10)，其特征在于，所述发射白光的卤代磷酸盐占所述荧光体混合物的60-80％重量百分比。
13.根据权利要求12所述的灯(10)，其特征在于，所述发射白光的卤代磷酸盐约占所述荧光体混合物的70％重量百分比。
14.根据权利要求2所述的灯(10)，其特征在于，所述含荧光体的涂层(16)是涂敷在所述壳体(12)内侧的唯一的荧光体涂层。
15.根据权利要求2所述的灯(10)，其特征在于，所述含荧光体的涂层(16)具有至少70的显色指数(CRI)。
16.根据权利要求1所述的灯(10)，其特征在于，所述荧光体混合物不含发射蓝光的稀土荧光体。
17.一种形成灯(10)的方法，其包括：
形成荧光体混合物，所述荧光体混合物包括发射蓝-绿光的卤代磷酸盐、发射红光的荧光体和发射绿光的荧光体；
形成涂层，该涂层包括在壳体(12)壁面上的该荧光体混合物；和
将填充物(26)密封在该壳体内，所述填充物包括汞和惰性气体。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述荧光体混合物还包括发射白光的卤代磷酸盐。
19.一种提供光源(10)的方法，其包括：
在壳体(12)的表面上仅涂敷单层的荧光体涂层(16)，所述荧光体涂层包括荧光体混合物，所述荧光体混合物包括发射白光的卤代磷酸盐、发射蓝-绿光的卤代磷酸盐、发射红光的荧光体、和发射绿光的荧光体；和
在该壳体内起弧，由此产生光，至少一部分光通过该荧光体涂层被转换为不同波长的光，以使由壳体发射出的光具有至少70的显色指数(CRI)。
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