專利名稱：低壓汞蒸汽放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括一放電容器的低壓汞蒸汽放電燈，放電容器按照氣密方式封裝著一放電空間，放電空間中帶有汞和稀有氣體的填充物，放電容器包括用于在放電空間中保持放電的放電裝置，而放電容器的內壁的至少一部分帶有一透明層，以及透明層的朝向放電空間的一側帶有一包括發(fā)光材料的發(fā)光層。
本發(fā)明還涉及一種緊湊型熒光燈。
在汞蒸汽放電燈中，汞構成了用于(有效)產生紫外(UV)光的主要組分。包括一發(fā)光材料(例如熒光粉末)的發(fā)光層將UV轉換成其它波長，例如轉換成用于鞣革用途(日光面板燈)的UV-B和UV-A，或者轉換成用于一般照明用途的可見光。因此，這種放電燈也稱作熒光燈。低壓汞蒸汽放電燈的放電容器通常為圓形，并且既包括伸長型實施例又包括緊湊型實施例。一般地說，緊湊型熒光燈的管狀放電容器包括一組具有較小直徑的較短直形部分，這些直形部分利用橋接部分或通過彎曲部分連接在一起。緊湊型熒光燈通常帶有(一體式)燈帽。
眾所周知，在低壓汞蒸汽放電燈中要采取措施來防止放電容器的內壁與放電接觸的部分變黑，放電在燈運行期間在放電空間中進行。由于汞和玻璃的相互作用而產生的這種變黑情況不合需要，并且不僅會產生較低的光輸出，而且還給燈帶來難看的外觀，特別是因為變黑情況無規(guī)律地產生，例如呈暗斑或點的形式產生?？梢允褂靡煌该鲗觼肀Ｗo放電容器的內壁。
在開始段落中所述的這種類型的低壓汞蒸汽放電燈見于專利US-A4 544 997。在這種已知的放電燈中，使用選自釔、鈧、鑭、釓、鐿和镥的金屬的氧化物作為透明層。氧化物被作為一薄層提供于放電容器的內壁上。此類透明層無色、難以吸收UV射線或可見光、并且滿足光和射線透射率的要求。所述透明層提供了防止Hg與放電容器內壁之間發(fā)生反應的保護作用。
使用這種已知低壓汞蒸汽放電燈的一個缺點在于汞的消耗仍然比較高。因此，為了實現足夠長的使用壽命，這種已知燈需要較大量的汞。在使用壽命結束后不慎重處理的情況下，這就有害于環(huán)境。
本發(fā)明的一個目的是完全或部分消除以上缺點。特別地，本發(fā)明的一個目的在于提供一種消耗較少量的汞的低壓汞蒸汽放電燈。根據本發(fā)明，為此目的，在開始段落中所述這種類型的一低壓汞蒸汽放電燈的特征在于發(fā)光層的朝向放電空間的一側帶有另一透明層。
經發(fā)現，具有一透明層和另一透明層的根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的放電容器能非常好地防止在運行中占據放電容器的汞和稀有氣體發(fā)生作用。因此，由于汞與來自放電容器的玻璃之間的相互作用而產生的變黑情況得以顯著減少，從而改進了流明保持情況。在放電燈的使用壽命期間，更少量的汞被從放電作用中取走，因此，此外，放電燈的汞消耗的減少也得以實現，并且在低壓汞蒸汽放電燈的制造中，更少的汞量將會足夠。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的放電容器帶有一位于放電容器的內壁與發(fā)光層之間的透明層，該層也稱作“先涂敷”層，以及位于熒光層之上的另一透明層，該層也稱作“后涂敷”層。先涂敷層和后涂敷層的組合就能有效地保護放電容器的內壁(的玻璃)以免與Hg發(fā)生反應。應用兩個透明層以及位于其間的另一層(在這種情況下為發(fā)光層)的一個優(yōu)點在于，如果對透明層的厚度有限制，則現在通過本發(fā)明的措施可以獲得總體更厚的保護層。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的放電容器帶有兩個保護層，它們減少了汞離子被放電容器的壁吸收的可能性。因此，壁變黑情況得以減少。按照這種方式，就可以制造在運行中帶有稍微不飽和的汞壓力的長使用壽命的低壓汞蒸汽放電燈。在所謂的不飽和低壓汞蒸汽放電燈中，配入低壓汞蒸汽放電燈的放電容器中的汞的數量低于在放電燈的標稱運行狀態(tài)下飽和汞蒸汽壓力所需的汞的數量。這種不飽和汞放電燈還具有另外一個優(yōu)點在于加給環(huán)境的負擔減少。
根據本發(fā)明在低壓汞蒸汽放電燈中使用一個透明層和另一透明層的另外一個優(yōu)點在于這些層在大約254nm的波長范圍內具有較高的反射率(汞尤其在放電容器中在254nm的波長下產生諧振輻射)。給定比放電容器內壁的折射率更高的透明層折射率，優(yōu)選地選擇這樣一種層厚以便使得在所述波長下的折射率最大。低壓汞蒸汽放電燈的初始光輸出由于使用這種透明層而得以增加。
在低壓汞蒸汽放電燈中使用根據本發(fā)明的透明層的一個優(yōu)點在于包括一種發(fā)光材料(例如熒光粉末)的發(fā)光層呈現了良好的粘附于這種透明層上的能力。此外，另一透明層顯示了良好的粘附于熒光層上的能力。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的一個優(yōu)選實施例的特征在于，透明層和另一透明層包括選自鈧、釔和其它稀土金屬的氧化物中的材料，和/或選自堿土金屬、鈧、釔和其它稀土金屬的硼酸鹽中的材料，和/或選自堿土金屬、鈧、釔和其它稀土金屬的磷酸鹽中的材料。
經發(fā)現，根據本發(fā)明的這個實施例包括氧化物、硼酸鹽和/或磷酸鹽的透明層能很好地防止受到在運行中占據低壓汞蒸汽放電燈的放電容器的汞和稀有氣體的影響。令人驚喜地發(fā)現，帶有包括所述氧化物、硼酸鹽和/或磷酸鹽的一透明層和另一透明層的低壓汞蒸汽放電燈的汞消耗顯著低于已知低壓汞蒸汽放電燈的透明層。舉例來說，對帶有包括所述氧化物、硼酸鹽和/或磷酸鹽的一透明層和另一透明層的低壓汞蒸汽放電燈與帶有包括一種氧化物的(單個)透明層的已知低壓汞蒸汽放電燈進行了比較。經過數千運行小時之后，與已知(單個)透明層相比，在根據本發(fā)明實施例的透明層中發(fā)現了至少基本上一半的汞含量。這種效應同時發(fā)生于低壓汞蒸汽放電燈的(管狀)放電容器的直形部分和彎曲部分中。舉例來說，彎曲燈部分用于鉤形低壓汞蒸汽放電燈中。根據本發(fā)明的措施顯著地適用于具有彎曲燈部分的(緊湊型)熒光燈中。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈中的透明層和另一透明層還滿足光和射線透射率的要求。透明層可作為一較薄、封閉和均質的層而簡便地提供于低壓汞蒸汽放電燈的放電容器的內壁上。舉例來說，所述透明層可通過利用一在水中稀釋的適用金屬有機化合物(例如丙酮鹽或醋酸鹽，如醋酸鈧、醋酸釔、醋酸鑭、醋酸釓混合著醋酸鈣、醋酸鍶或醋酸鋇)或硼酸或磷酸的混合物的溶液來漂洗放電容器而制造，而所需的層在干燥和燒結之后獲得。另一透明層可在熒光層已經提供于低壓汞蒸汽放電燈的放電容器中之后按照類似的方式提供。
在根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的一個優(yōu)選實施例中，堿土金屬為鈣、鍶和/或鋇。帶有所述堿土金屬的一透明層和另一透明層具有較高的可見光透射系數。而且，帶有包括硼酸鈣或磷酸鈣、硼酸鍶或磷酸鍶、或者硼酸鋇或磷酸鋇的透明層的低壓汞蒸汽放電燈具有良好的流明保持情況。
在根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的另一個優(yōu)選實施例中，其它稀土金屬為鑭、鈰和/或釓。帶有所述稀土金屬的一透明層和另一透明層具有較高的紫外射線和可見光透射系數。此外還發(fā)現，這種透明層具有良好的粘附于放電容器內壁以及粘附于熒光層上的能力。而且，該層可以按照比較簡單的方式提供(例如利用混合著硼酸或稀釋磷酸的醋酸鑭、醋酸鈰或醋酸釓)，其具有節(jié)省成本的效果，特別是在低壓汞蒸汽放電燈的大量制造過程中。
在低壓汞蒸汽放電燈中使用包括鈧、釔、鑭、鈰和/或釓的硼酸鹽和/或磷酸鹽的透明層的另外一個優(yōu)點在于這種層在大約254nm的波長范圍內具有較高的反射率。通過使用所述高折射能力的透明層以及通過優(yōu)化這些層的層厚，就獲得了一種初始光輸出得以增加的低壓汞蒸汽放電燈。這種層可特別有利地用于例如用于照射用途的低壓汞蒸汽放電燈中(也稱作殺菌燈)。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈中的透明層和另一透明層優(yōu)選地包括一種釔和/或釓的氧化物。這種透明層具有較高的紫外射線和可見光透射系數。此外還發(fā)現，包括所述氧化物的層具有低吸濕性并且具有良好的粘附于放電容器內壁和粘附于熒光層上的能力。而且，這些層可以按照比較簡單的方式提供(例如利用醋酸釔或醋酸釓)，其具有節(jié)省成本的效果。
在低壓汞蒸汽放電燈的實用實施例中，所述透明層和所述另一透明層的厚度大約為5nm至大約200nm。在層厚大于200nm時，則對放電空間中產生的射線的吸收量就太大。在層厚低于5nm時，在放電與放電容器的壁之間就存在相互作用。至少基本上為90nm的層厚特別合適。在這種層厚時，透明層就在大約254nm的波長范圍內具有較高的反射率。
根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的另一個優(yōu)選實施例的特征在于放電容器由一種包括二氧化硅和氧化鈉的玻璃制成，其中玻璃組成包括以下基本組分，按重量百分比計算60-80％SiO2和10-20％Na2O。經發(fā)現，具有以上玻璃組成并且包括一透明層和另一透明層的低壓汞蒸汽放電燈的放電容器能很好地防止汞和稀有氣體的作用。此外，這種玻璃比較便宜。一種具有較低SiO2含量的所謂混合堿性玻璃被用于已知放電燈中。所述玻璃的成本價格比較高。對已知玻璃與根據本發(fā)明的玻璃的組成之間的比較表明，其含堿量不同。根據本發(fā)明的玻璃為具有較低含鉀量的所謂富鈉玻璃，而已知玻璃為具有大約等摩爾比的Na2O和K2O的所謂混合堿性玻璃。一個優(yōu)點在于富鈉玻璃中的堿性離子的遷移率比混合堿性玻璃中的遷移率更高。此外，熔化富鈉玻璃比熔化混合堿性玻璃更容易。
按重量計算，玻璃組成優(yōu)選地包括以下組分70-75％SiO2、15-18％Na2O和0.25-2％K2O。這種富鈉玻璃的組成類似于普通窗玻璃的組成，并且其比已知放電燈中所用的玻璃更便宜。用于根據本發(fā)明的放電燈中的富鈉玻璃的原材料成本價格僅為用于已知放電燈中的混合堿性玻璃的原材料成本價格的約75％。而且，所述富鈉玻璃的傳導率比較低；在250℃下，傳導率大約為logρ＝6.3，而混合堿性玻璃的相應值大約為logρ＝8.9。
本發(fā)明的這些及其它方面參照后文中所述的實施例將得到清楚闡明。
圖中

圖1A為根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的一個實施例的側視圖，以及圖1B為圖1A中所示的低壓汞蒸汽放電燈的詳細情況的剖面圖。
這些圖純粹為示意性并且并非按比例繪制。顯著地，為了清楚起見，所示的一些尺寸進行了明顯放大。各圖中的類似部件盡可能地由相同的參考數字來標示。
圖1A示出了一低壓汞蒸汽放電燈，其帶有一能傳送射線的放電容器10，放電容器10按照氣密方式封裝著一體積大約為30cm3的放電空間11。放電容器10為一具有一至少基本上為圓形的橫截面的(石灰)玻璃管，其(有效)內徑大約為10mm。管被彎曲成鉤形，并且，在本實施例中，其具有許多直形部分，其中標以31、33的兩個示于圖1A中。放電容器還包括許多弓形部分，其中標以32、34的兩個示于圖1A中。放電容器10的一內壁12帶有一根據本發(fā)明的透明層16、一發(fā)光層17、以及另一根據本發(fā)明的透明層18。放電容器10由一殼體70支承，殼體70還支承著一帶有就其本身而論眾所周知的電和機械觸點73a、73b的燈帽71。低壓汞蒸汽放電燈的放電容器10由一附連于燈殼體70上的透光封殼60所包圍。透光封殼60基本上具有無光澤外觀。
圖1B為圖1A中所示的低壓汞蒸汽放電燈的詳細情況的高度示意性的剖面圖。放電容器10中的放電空間11內不僅包括汞，而且還包括一稀有氣體，在本實例中為氬。用于保持放電的裝置由一設置于放電空間11中的電極對41a(圖1B中只示出了一個電極)構成。電極對41a中的每個電極為一涂有電子發(fā)射材料的鎢線圈，此處涂有的是氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶的混合物。每個電極41a由放電容器10的一(鋸齒狀)端部支承(圖1A和1B中并未示出)。電流源導體50a、50a’通過放電容器10的端部從電極對41a伸向外部。電流源導體50a、50a’連接于一(電子)電源上，該電源容納于殼體70中并且在燈帽71處電連接于電觸點73b上(參看圖1A)。
低壓汞蒸汽放電燈的放電容器的玻璃具有的組成中包括二氧化硅和氧化鈉作為重要成份。在圖1A和1B中所示的實例中，根據本發(fā)明的放電容器由所謂的富鈉玻璃制成。特別優(yōu)選按重量計算具有以下組成的玻璃70-74％SiO2、16-18％Na2O、0.5-1.3％K2O、4-6％CaO、2.5-3.5％MgO、1-2％Al2O3、0-0.6％Sb2O3、0-0.15％Fe2O3以及0-0.05％MnO。
在低壓汞蒸汽放電燈的一個實施例中，各種濃度的Me(Ac)2溶液(其中Me＝Sr或Ba)和H3BO3被加入包括各種濃度的Y(Ac)3(乙酸釔)的溶液中以便制造透明層17。Me(Ac)2和H3BO3的摩爾比保持恒定。為了進行比較，還制備了按重量計算帶有1.25％Y(Ac)3的溶液。在進行了漂洗和干燥之后，通過將過量的上述溶液流過容器中，而為管狀放電容器提供以一涂層。在進行了涂敷之后，放電容器在大約70℃的溫度下在空氣中進行干燥。隨后，為放電容器提供以一發(fā)光涂層，其包括三種已知的磷酸鹽，即帶有鋱活化的鈰-鎂鋁酸鹽的發(fā)綠光材料、帶有二價銪活化的鋇-鎂鋁酸鹽的發(fā)藍光材料、以及帶有三價銪活化的氧化釔的發(fā)紅光材料。按照與透明層17類似的方式，另一透明層18被提供于發(fā)光層17之上。在進行了涂敷之后，放電容器被彎曲成帶有直形部分31、33和弓形部分34的已知鉤形(參看圖1A)。隨后，按照慣例方式將許多放電容器裝配成低壓汞蒸汽放電燈。
利用被稱作“鈴舌試驗(clapper test)”的試驗方法檢查如此制造的許多放電容器的透明層17粘附于放電容器10的內壁12上的情況、發(fā)光層17粘附于透明層17上的情況、以及另一透明層18粘附于發(fā)光層17上的情況。結果示于表I中。
表I帶有和不帶一透明層和另一透明層的放電容器(Ecotone Ambiance20W)中的粘附情況。
表I的列5“粉末脫落”涉及一衡量比例，其范圍為從0＝“沒有粉末脫落”(粘附優(yōu)良)到10＝“全部粉末脫落”(沒有粘附)。行1示出了直接提供于放電容器的內壁上的一發(fā)光層的結果。行2示出了已知放電燈的一透明層(只包括Y2O3)的結果。表I的行3示出了一位于一發(fā)光層之上的透明層的組合的結果。表I的行4示出了根據本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈的一位于放電容器的內壁之上的透明層、一位于所述透明層之上的發(fā)光層、以及另一位于發(fā)光層上的透明層的組合的結果。表I表明，透明層、發(fā)光層以及另一透明層粘附于放電容器的內壁上以及互相粘附的情況比得上或者好于不帶涂層的放電燈的情況，并且顯著好于已知放電燈的發(fā)光層粘附于透明層上的情況。
表II示出了流明保持試驗的結果。
表II帶有和不帶一透明層和另一透明層的放電燈(TL5 54W)的保持情況。
表II表明，相對于已知放電燈和相對于不帶涂層的放電燈而言，根據本發(fā)明帶有一透明層和另一透明層的低壓汞蒸汽放電燈(TL554W)的保持情況得以改進。在比較試驗中，利用Ba(Ac)2來代替Sr(Ac)2作為透明層的先驅物，這種比較試驗表明，這些放電燈的保持情況可比得上已知放電燈，但是根據本發(fā)明具有Ba添加物的放電燈的發(fā)光層粘附于透明層上的粘附情況更好。
表III舉例示出了各種低壓汞蒸汽放電燈(Ecotone Ambiance20W)的汞消耗(以μgHg表達)的結果。表III的實例涉及帶有包括Sr的一透明層和另一透明層的如圖1A和1B中所示的低壓汞蒸汽放電燈，其中管狀放電容器被彎曲成鉤形并且具有四個直形部分31、33和三個弓形部分34。在經過數千運行小時之后，對六個燈的透明層的汞含量(單位為μg Hg)進行了(破壞性)測量。對所測得的汞消耗的值進行了平均。表III并未說明在電極和/或汞合金的環(huán)境中的汞消耗的測量結果。
表III帶有和不帶一透明層的放電燈(Ecotone Ambiance 20W)的各個部分的汞消耗(單位為μg Hg)。
表III表明，在放電容器的直形部分31、33和彎曲部分34兩者中的汞消耗都顯著低于不帶透明層的放電燈或已知放電燈中。在表III的實例中，透明層(先涂敷)和另一透明層(后涂敷)包括氧化釔和硼酸鍶。粗略地說，從不帶透明層的放電燈到帶有已知Y2O3透明層的放電燈，汞消耗改進了即減少了大約兩倍，而從帶有已知Y2O3透明層的放電燈到根據本發(fā)明帶有一透明層和另一透明層的放電燈，汞消耗又改進了另外大約兩倍。由于根據本發(fā)明的措施，顯然，在放電容器的彎曲部分34中的汞消耗顯著改進。當由于放電容器在彎曲過程中伸長了大約30％因此透明層和另一透明層在放電容器10的彎曲部分34處比直形部分31、33處更薄，因而使用了較厚的透明層時，后者的情況就特別顯著。應當指出，根據本發(fā)明帶有透明層的低壓汞蒸汽放電燈的變色時刻滿足慣例要求(x≈0.31，y≈0.32)。
顯然，在本發(fā)明的范圍之內，本發(fā)明所屬領域的普通技術人員可以設想多種變型。
本發(fā)明的范圍并不限于這些實施例。本發(fā)明在于每個新特征及各個新特征的每種組合。任何參考標記都未限制本發(fā)明的范圍。詞“包括”并不排除除了權利要求中所列之外的其它元件或步驟的存在。在一個元件之前使用詞“一”、“一個”或“一種”并不排除多個這種元件的存在。
權利要求
1.一種包括一放電容器(10)的低壓汞蒸汽放電燈，放電容器(10)按照氣密方式封裝著一放電空間(11)，放電空間(11)中帶有汞和稀有氣體的填充物，放電容器(10)包括用于在放電空間(11)中保持放電的放電裝置，而放電容器(10)的內壁(12)的至少一部分帶有一透明層(16)，以及透明層(16)的朝向放電空間(11)的一側帶有一包括發(fā)光材料的發(fā)光層(17)，其特征在于，發(fā)光層(17)的朝向放電空間(11)的一側帶有另一透明層(18)。
2.根據權利要求1所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，透明層(16)和另一透明層(17)包括選自鈧、釔和其它稀土金屬的氧化物中的材料，和/或選自堿土金屬、鈧、釔和其它稀土金屬的硼酸鹽中的材料，和/或選自堿土金屬、鈧、釔和其它稀土金屬的磷酸鹽中的材料。
3.根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，堿土金屬為鈣、鍶和/或鋇。
4.根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，其它稀土金屬為鑭、鈰和/或釓。
5.根據權利要求3或4所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，氧化物為氧化釔和/或氧化釓。
6.根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，透明層(16)和另一透明層(18)的厚度為5nm至200nm。
7.根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，發(fā)光材料包括發(fā)綠光的鋱活化的鈰-鎂鋁酸鹽、由二價銪活化的發(fā)藍光的鋇-鎂鋁酸鹽、以及由三價銪活化的發(fā)紅光的氧化釔的混合物。
8.根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，放電容器(10)由包括二氧化硅和氧化鈉的玻璃制成，其中玻璃組成包括以下基本組分，按重量百分比計算SiO260-80％，Na2O 10-20％。
9.根據權利要求8所述的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，玻璃組成包括以下組分SiO270-75％按重量計算Na2O 15-18％按重量計算K2O 0.25-2％按重量計算。
10.一種包括根據權利要求1或2所述的低壓汞蒸汽放電燈的緊湊型熒光燈，其特征在于，一燈殼體(70)附連于低壓汞蒸汽放電燈的放電容器(10)上，該燈殼體帶有一燈帽(71)。
11.根據權利要求10所述的緊湊型熒光燈，其特征在于，低壓汞蒸汽放電燈的放電容器(10)由一附連于燈殼體(70)上的透光封殼(60)所包圍。
全文摘要
低壓汞蒸汽放電燈帶有一放電容器(10)，放電容器(10)按照氣密方式封裝著一放電空間(11)，放電空間(11)中帶有汞和稀有氣體的填充物。放電容器(10)的內壁帶有一透明層(16)和一發(fā)光層(17)。根據本發(fā)明，發(fā)光層(17)帶有另一透明層(18)。優(yōu)選地，兩個透明層(16、18)包括一種鈧、釔或一種其它稀土金屬的氧化物，和/或一種堿土金屬和/或鈧、釔或一種其它稀土金屬的硼酸鹽或磷酸鹽。優(yōu)選地，堿土金屬為鈣、鍶和/或鋇。其它稀土金屬優(yōu)選為鑭、鈰和/或釓。氧化物優(yōu)選為氧化釔和/或氧化釓。根據本發(fā)明的燈具有較低的汞消耗。
文檔編號H01J61/30GK1646117SQ03808056
公開日2005年7月27日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權日2002年4月11日
發(fā)明者A·J·H·P·范德波, L·M·格丁克, S·P·W·卡頓, C·T·斯塔亞特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司