專利名稱：無水銀填充氣的低壓氣體放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到低壓氣體放電燈，它包含帶有填充氣的氣體放電容器，也包含電極和用來產(chǎn)生并維持低壓氣體放電的設備。
通常低壓氣體放電燈在填充氣中包含水銀，并在氣體放電容器的內(nèi)部帶有熒光涂層。水銀低壓氣體放電燈的缺點在于水銀蒸氣主要產(chǎn)生高能輻射，而它在電磁波譜不可見的紫外線C范圍內(nèi)，這些輻射必須首先被熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能級低很多的可見輻射。在這一過程中，能量差轉(zhuǎn)化成不希望的熱輻射。
此外，在填充氣中的水銀越來越被認為是對環(huán)境有害的有毒物質(zhì)，在當前大規(guī)模生產(chǎn)的時候應該盡可能避免，因為它的使用、生產(chǎn)和處理對環(huán)境造成了威脅。
眾所周知通過將填充氣中的水銀換為其它物質(zhì)會影響低壓氣體放電燈的光譜。
例如，GB2014358A中公開了一種低壓氣體放電燈，該燈包含放電容器、電極以及含有至少一種銅鹵化物的填充氣，用作紫外線輻射器。這種含銅鹵化物的低壓氣體放電燈在可見光的范圍內(nèi)以及大約324.75和327.4nm的紫外線范圍內(nèi)發(fā)光。
根據(jù)本發(fā)明，這一目標通過低壓氣體放電燈來實現(xiàn)，該燈包括帶有元素周期表第四主族元素硫族化物的填充氣以及緩沖氣體的氣體放電容器，還包括內(nèi)外電極、和用來產(chǎn)生并維持低壓氣體放電的設備。
在根據(jù)本發(fā)明的電燈中，在低壓的時候分子氣體放電，氣體放電產(chǎn)生了在電磁波譜可見范圍并在紫外線長波范圍附近的輻射。由于這種輻射源自分子放電，硫族化合物的類型，可能用的另外的添加劑以及電燈的內(nèi)部壓力和工作溫度決定了要控制的連續(xù)光譜的準確位置。
根據(jù)本發(fā)明中和熒光物質(zhì)一起使用的電燈具有比傳統(tǒng)低壓水銀放電燈高很多的視覺效率。以流明/瓦特為單位表征的視覺效率是在特定可見波長范圍中輻射的亮度與用來產(chǎn)生輻射的能量的比值。根據(jù)本發(fā)明電燈的高視覺效率意味著對于一定的發(fā)光質(zhì)量可以用更小的功率消耗來獲得。
元素周期表中第四主族元素例如硅、鍺、錫和鉛的硫族化物，具有很高的離解能。因此，在氣體放電期間在氣相中只有一小部分分子被電子的沖擊電離作用拆分開，在氣體放電期間幾乎很少有硫族元素的離子。這對電燈的視覺效果會產(chǎn)生有利的影響。
此外，避免了水銀的使用。
作為紫外線A燈，根據(jù)本發(fā)明的電燈最好用在太陽燈浴中，并作為消毒燈和照射治療燈。如果用作通常的照明目的，這種燈必須帶有適當?shù)臒晒馕镔|(zhì)。由于由斯托克斯位移產(chǎn)生的損失是很小的，因此可獲得超過100流明/瓦特的高照明效率的可見光。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，硫族化物最好在由硫化物、硒化物、碲化物構成的一組中選擇。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，元素周期表中第四主族元素最好在由硅、鍺、錫、鉛構成的一組中選擇。
硫族化物最好在由SiS，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe以及SnTe組成的一組中選擇。
如果填充氣包含錫化硅GeSe可以取得和本技術說明相關的特別有利的效果。在這種情況下，可以獲得具有大范圍連續(xù)光譜的氣體放電。
作為選擇填充氣最好包含硫化鍺GeS。包含硫化鍺的填充氣特征為很高的蒸氣壓力。
如果填充氣包含兩種或多種硅、鍺、錫和鉛的硫族化物混合物，可以取得進一步改善的效率。
在硫族化物中，硫族元素和元素周期表中第四主族元素的摩爾比n最好為0.8≤n≤1.2。
作為緩沖氣體，填充氣體可以包含從氦、氖、氬、氪、氙構成的一組中選擇的惰性氣體。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，氣體放電容器在外表面上最好包含熒光涂層。根據(jù)本發(fā)明由低壓氣體放電燈產(chǎn)生的紫外線長波輻射不會被普通玻璃型的容器所吸收，而是通過放電容器壁幾乎沒有損失。因此，熒光涂層在氣體放電容器的外部提供。這就帶來了制造過程的簡化。
同時氣體放電容器最好在內(nèi)表面包含熒光涂層。
本發(fā)明的這些和其它方面是顯而易見的，并且將參照后面描述的實施例進行介紹。
氣體放電容器相應地可以表示為多彎頭或者螺旋的管子，它還可以被外部的燈泡所包圍。氣體放電容器壁最好由玻璃、石英、氧化鋁或者釔鋁花崗巖型構成。
在最簡單的情況下，填充氣使用數(shù)量為2×10-11mol/cm3至2×10-9mol/cm3的硅、鍺、錫和鉛的硫族化物和惰性氣體組成。惰性氣體作為緩沖氣體使放電氣體更容易被點亮。對于緩沖氣體，最好使用氬氣。氬氣可以由諸如氦、氖、氪、氙等其它惰性氣體被完全或者部分替代。
硫族化物是包含硫族元素即元素周期表中第六主族元素的化合物。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，最好使用包含硫族元素硫(S)、硒(Se)和碲(Te)的硫族化物。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對于元素周期表中第四主族元素，使用元素硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)和鉛(Pb)。
對本發(fā)明中使用元素周期表第四主族元素的硫族化物，其中硫族元素和元素周期表第四主族元素之間的摩爾比n大約為0.8≤n≤1.2。
表1簡要地介紹了元素周期表中第四主族元素的硫族化物的分光特性。T*[K]是電燈的壁面溫度，在其中硫族化物的部分蒸氣壓力達到10μbar。在“Trans.”列中介紹了硫化物分子的輻射躍遷的類型?！癤”表示分子的電子基態(tài)，“A”，“B”，“D”，“E”表示分子的電子激發(fā)態(tài)，“D[eV]”是相應硫族化物的電離能，“λ*”表示分子發(fā)射的特征波長。
在氣體環(huán)境中通過將硅、鍺、錫和鉛的兩個或多個硫族化物結(jié)合在一起可以改善效率。
還可以通過優(yōu)化工作時電燈內(nèi)部的壓力來進一步改善效率。如果緩沖氣體冷態(tài)填充壓力p和氣體放電容器最小直徑d的乘積滿足0.2mbar cm＜p.d＜20mbarcm，緩沖氣體的冷態(tài)填充壓力是最優(yōu)的。
根據(jù)更有利的措施發(fā)現(xiàn)借助更合適的結(jié)構措施，低壓氣體放電燈的流明效率的增加可以通過控制電燈的工作溫度來實現(xiàn)，根據(jù)表1實現(xiàn)了在工作期間外部溫度為25℃，內(nèi)部溫度為T*±50[K]。內(nèi)部溫度T*與氣體放電容器最冷的點相關。
為了增加內(nèi)部的溫度，在氣體放電容器周圍提供涂有紅外線輻射反射涂層的外部燈泡。最好使用在二氧化錫中摻有銦的紅外輻射反射涂層。
根據(jù)本發(fā)明適合于低壓氣體放電燈電極的材料由鎳或者鎳合金組成，或者由具有高熔點的金屬組成，特別是鎢和鎢合金，尤其是帶有錸元素的鎢合金。同樣可以使用帶有氧化釷或者氧化銦的鎢合成材料。電極還可以涂有低溢出功的材料。
根據(jù)附

圖1的實施例中，電燈的氣體放電容器外表面涂有熒光層4。來自氣體放電的紫外線輻射激發(fā)熒光層中的熒光物質(zhì)以便在可見光區(qū)5中發(fā)光。
熒光層的化學成分確定了光譜或色譜?？梢杂米鳠晒馕镔|(zhì)的材料必須能吸收產(chǎn)生的輻射并發(fā)射在適當波長范圍內(nèi)的輻射，比如三基色紅色、藍色和綠色，以便取得很高的熒光粒子產(chǎn)量。
合適的熒光物質(zhì)和熒光組合物不必應用到氣體放電容器的內(nèi)側(cè)，它們可以應用到氣體放電容器的外側(cè)，因為普通玻璃型的容器不會吸收在紫外線長波范圍內(nèi)產(chǎn)生的輻射。
根據(jù)另一個實施例，使用頻率為2.65MHz，13.56MHz或者2.4GHz的高頻電場對電燈進行電容性的激發(fā)，其中在氣體放電容器的外側(cè)提供電極。
根據(jù)另外一個實施例，使用頻率為2.65MHz，13.56MHz或者2.4GHz的高頻電場對電燈進行電感性的激發(fā)。
當電燈點亮時，由電極發(fā)射的電子激發(fā)填充氣中的原子和分子，用來發(fā)射來自特征輻射的紫外線輻射和連續(xù)的分子光譜。
放電加熱填充氣體以便獲得使輸出光最優(yōu)的理想蒸氣壓和理想工作溫度。
在工作期間從包含硫族元素的填充氣中產(chǎn)生的輻射，除了元素周期表中第四主族元素的光譜之外，還產(chǎn)生了強烈的、范圍較寬的由硫族化物分子放電產(chǎn)生的連續(xù)分子光譜。隨著硫族化物分子量的增加，連續(xù)分子光譜的最大輻射范圍向長波輻射移動。
表1硫族化物的屬性

例1對紫外線長波輻射透明的玻璃圓柱形放電容器，其長度為14cm，直徑為2.5cm，帶有外部的銅電極。放電容器抽成真空同時加入0.3mg的GeSe。同時氬氣在5mbar的冷態(tài)壓力下引入。提供有來自外部交流電源的頻率為13.65MHz的交流電，在工作溫度為433℃時測量流明效率。流明效率為100Lm/W。
權利要求
1.低壓氣體放電燈，它包含帶有元素周期表中第四主族元素硫族化物填充氣和緩沖氣的氣體放電容器，同時也包含內(nèi)部或外部電極以及用來產(chǎn)生和維持低壓氣體放電的設備。
2.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于硫族化物在由硫化物、硒化物和碲化物構成的一組中選擇。
3.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于元素周期表中第四主族元素從硅、鍺、錫和鉛中選擇。
4.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于硫族化物從SiS，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe和SnTe構成的一組中選擇。
5.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣包含了硒化鍺GeSe。
6.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣包含了硫化鍺GeS。
7.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣包含了硅、鍺、錫和鉛的兩種或者多種硫族化物的混合物。
8.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于在硫族化物中硫族元素和元素周期表中第四主族元素的摩爾比n為0.8≤n≤1.2。
9.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于作為緩沖氣體，填充氣包含了從氦、氖、氬、氪、氙構成的一組中選擇的惰性氣體。
10.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于氣體放電容器在外表面包含了熒光涂層。
11.權利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于氣體放電容器的內(nèi)表面帶有熒光涂層。
全文摘要
低壓氣體放電燈，該燈包含帶有元素周期表中第四主族元素硫族化物的填充氣和緩沖氣的氣體放電容器，同時也包含內(nèi)外電極以及用來產(chǎn)生并維持低壓氣體放電的設備。
文檔編號H01J61/70GK1392588SQ0212658
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者R·P·肖爾, R·希爾比格, A·克爾貝爾, J·拜爾, T·于斯特爾, P·J·施密德特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司