專利名稱：具有熒光物質(zhì)層的氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈，該氣體放電燈設(shè)置了填充有氣體填充物的放電容器，該放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁，并且所述壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面的壁，氣體放電燈設(shè)置了用于介質(zhì)阻礙放電的電極結(jié)構(gòu)和用來激發(fā)并維持介質(zhì)阻礙放電的裝置。
用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈尤其在辦公自動化設(shè)備(例如彩色復(fù)印機(jī)和彩色掃描儀)、信號設(shè)備(例如汽車中的剎車燈和方向指示器燈)和輔助照明設(shè)備(例如汽車的門控車室照明燈)等上使用，還特別適用于顯示器和顯示屏(例如液晶顯示器)的背景照明。
所述用途要求燈的亮度在整個燈長度方向上均勻并且亮度高。為了增加亮度，需要增加耦合到系統(tǒng)中的功率。但是，除了其它缺點外，這還導(dǎo)致施加在熒光物質(zhì)層的熒光物質(zhì)上的負(fù)荷較高。在耦合的功率增加的工作過程中熒光物質(zhì)迅速降解，照明輸出也更迅速地下降。
在特定的用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈中，具有包含Eu2+作為激活劑的熒光物質(zhì)，這種氣體放電燈不受所述熒光物質(zhì)降解的影響。在“Ullmans Enzyklopdie der technischen Chemie”，16，195(1978)，Eeinheim中披露了包含Eu2+作為激活劑的熒光物質(zhì)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈，該氣體放電燈設(shè)置了填充有氣體填充物的放電容器，放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁，且該壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面，熒光物質(zhì)層具有包含Eu2+作為激活劑的熒光物質(zhì)，氣體放電燈還設(shè)置了用于介質(zhì)阻礙放電的電極結(jié)構(gòu)，以及用來激發(fā)并維持介質(zhì)阻礙放電的裝置，在該氣體放電燈中熒光物質(zhì)降解被減小了。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的目的可以通過用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈實現(xiàn)，該氣體放電燈設(shè)置了填充有氣體填充物的放電容器，放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁且所述壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面，所述熒光物質(zhì)層包含具有主晶格、作為激活劑的Eu2+和摻雜D，摻雜D選自Ce3+、Pr3+和Tb3+，氣體放電燈設(shè)有用于介質(zhì)阻礙放電的電極結(jié)構(gòu)，以及可以用來激發(fā)并維持介質(zhì)阻礙放電的裝置。
在具有熒光物質(zhì)層的氣體放電燈中，熒光物質(zhì)層包含具有作為激活劑的Eu2+和摻雜D的熒光物質(zhì)，摻雜D是從Ce3+、Pr3+和Tb3+中選出的，熒光物質(zhì)降解被減小并且燈的變色點保持不變。
本發(fā)明是基于下列認(rèn)識，在用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈中，具有Eu2+作為激活劑的熒光物質(zhì)的降解是由于所述Eu2+的光氧化作用，它是由來自氣體放電燈的具有100至200nm波長范圍的VUV輻射造成的，然而通過利用具有200至400nm的較長波長范圍的光進(jìn)行激發(fā)并不會導(dǎo)致任何能觀察到的效率降低。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過在熒光物質(zhì)中添加另外的摻雜劑(例如Ce3+、Pr3+和Tb3+，所述摻雜劑本身是可光氧化的)，Eu2+離子的光氧化作用可以消除。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，主晶格由無機(jī)材料組成，無機(jī)材料選自氧化物、硫化物、鹵化物、鋁酸鹽、鎵酸鹽、硫代鎵酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和硅酸鹽。
熒光物質(zhì)特別優(yōu)選自BaMgAl10O17Eu2+，D；BaMgAl10O17Eu2+，Mn，D；(Sr，Ba)MgAl10O17Eu2+，D；BaMgAl16O27Eu2+，D；BaMgAl14O23Eu2+，D；CaAl12O19Eu2+，D；SrAl12O19Eu2+，D；SrAl2O4Eu2+，D；(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3ClEu2+，D；Sr5(PO4)3ClEu2+，D；Ba3MgSi2O8Eu2+，D；BaF(Cl，Br)Eu2+，D和SrGa2S4Eu2+，D。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，熒光物質(zhì)層優(yōu)選地包含BaMgAl10O17Eu2+，D；Zn2SiO4Mn和(Y，Gd)BO3Eu3+。
熒光物質(zhì)層也可以優(yōu)選地包含BaMgAl10O17Eu2+，D；(Y，Gd)BO3Tb3+和(Y，Gd)BO3Eu3+。
本發(fā)明還涉及一種具有主晶格、作為激活劑的Eu2+和摻雜D的熒光物質(zhì)，摻雜D選自Ce3+、Pr3+和Tb3+。這種熒光物質(zhì)的優(yōu)點在于還可以用于彩色等離子體顯示屏的熒光物質(zhì)層。
下面將結(jié)合兩個實施例對本發(fā)明的上述及其他方面進(jìn)行詳細(xì)說明。
根據(jù)本發(fā)明的用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈包括放電容器，所述放電容器填充有氣體填充物，所述放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁，并且所述壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面。所述熒光物質(zhì)層包括含有無機(jī)晶體主晶格的熒光物質(zhì)配制品，所述熒光物質(zhì)的發(fā)光度是利用Eu2+摻雜劑將其進(jìn)行激活獲得的。另外，氣體放電燈設(shè)有用于介質(zhì)阻礙放電的電極結(jié)構(gòu)，和可以用來激發(fā)并維持介質(zhì)阻礙放電的裝置。
氣體放電燈的典型結(jié)構(gòu)包括圓柱形并填充氙氣的玻璃燈泡，燈泡的外壁設(shè)置了一對條狀的電極，它們被布置成彼此絕緣。條狀電極在燈泡的整個長度上延伸，以使它們的長側(cè)彼此相對，同時留下兩個透明的間隙。電極連接至高壓電源的極，高壓電源在20kHz至500kHz量級的交變電壓下工作，使得放電只在燈泡內(nèi)表面區(qū)域內(nèi)發(fā)生。
如果施加在電極上的是交流電壓，在包含氙氣的填充氣體中就會激發(fā)電暈放電。這會導(dǎo)致在氙氣中形成激發(fā)物，即由被激發(fā)氙原子和基態(tài)氙原子構(gòu)成的分子。
Xe+Xe*＝Xe2*激發(fā)能量以具有波長λ＝160到190nm的UV輻射釋放出去。電子能量向UV輻射的轉(zhuǎn)換具有很高的效率。產(chǎn)生出來的UV光子被熒光物質(zhì)層的熒光物質(zhì)吸收，并且激發(fā)能量在具有較長波長的光譜區(qū)域再次部分釋放出來。
放電容器原則上可以采用各種不同的構(gòu)形，例如平板形、單管形、同軸管形、直線形、U形、環(huán)繞彎曲形或者盤繞圓柱形，或者不同形狀的放電管。
放電容器的材料由石英或玻璃制成。
例如電極可以由金屬(例如鋁或銀)、金屬合金或透明、導(dǎo)電的無機(jī)化合物(例如ITO)組成。它們可以制成涂層、粘合薄片、金屬線或金屬絲網(wǎng)。
為了使光強(qiáng)度集中在特定方向上，放電容器的一部分可以設(shè)置涂層作為VUV和UV-C光的反射器。
放電容器用含有惰性氣體的混合氣體進(jìn)行填充，惰性氣體可以是氙氣、氪氣、氖氣或氦氣。主要包含無氧氣的氙氣的填充氣體比較優(yōu)選。
放電容器的內(nèi)表面部分或全部涂覆了熒光物質(zhì)層，熒光物質(zhì)層包含一種或多種熒光物質(zhì)配制品。另外，熒光物質(zhì)層可以包含有機(jī)或無機(jī)粘合劑或者粘合劑成分。
所使用的熒光物質(zhì)由在主晶格中包含Eu2+離子作為激活劑的熒光物質(zhì)制成。主晶格可以由無機(jī)材料組成，例如氧化物、硫化物、鹵化物、鋁酸鹽、鎵酸鹽、硫代鎵酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和硅酸鹽，所述無機(jī)材料摻雜有少量激活劑。
根據(jù)本發(fā)明采用的熒光物質(zhì)首先是MeMgAl10O17Eu2+，D，其中Me＝具有β-氧化鋁-晶體結(jié)構(gòu)的Ba或Sr，例如BaAl10O17Eu2+，D，也可以是具有類似晶體結(jié)構(gòu)的熒光物質(zhì)，例如BaMgAl16O27Eu2+，D和BaMgAl14O23Eu2+，D。此外，熒光物質(zhì)還可以由具有磁鉛石結(jié)構(gòu)的鋁酸鹽熒光物質(zhì)MeAl12O19Eu2+，D制成，其中Me選自Ca、Sr和Ba，例如BaAl12O19Eu2+，D。這些鋁酸鹽熒光物質(zhì)在受到真空-UV輻射激發(fā)時效率特別高。
特別可取的熒光物質(zhì)還包括發(fā)綠光的鋁酸鍶SrAl2O4Eu2+，D；氯磷酸鍶Sr5(PO4)5ClEu2+，D；鋇鎂硅酸鹽Ba3MgSi2O8Eu2+，D；鋇鹵化物BaF(Cl，Br)Eu2+，D和鍶硫代鎵酸鹽SrGa2S4Eu2+，D。
受Eu2+活化并摻雜了Co激活劑的熒光物質(zhì)最好包含0.1至30摩爾百分比的Eu2+和0.01至5摩爾百分比的三價Co激活劑，Co激活劑選自鈰、鐠和鋱。
在熒光物質(zhì)制造過程中，如果氧化物選自CeO2、Pr6O11和Tb4O7，包含Eu2+作為激活劑的熒光物質(zhì)可以很容易地?fù)诫s三價Co激活劑，如鈰、鐠和鋱。
對于在氙氣輻射范圍內(nèi)的波長，所述熒光物質(zhì)的吸收率特別高，并且量子產(chǎn)額非常高。主晶格并不參加發(fā)光過程，而是影響激活劑離子的能量級別的準(zhǔn)確位置，并因此影響吸收和發(fā)射的波長。作為在不同主晶格中的激活劑，Eu2+離子通常在部分延伸至藍(lán)光區(qū)的紫外區(qū)中表現(xiàn)出很寬的吸收光譜帶。發(fā)射光譜帶從長紫外區(qū)延伸至黃光-橙光區(qū)，但是它們主要是在藍(lán)光區(qū)延伸。熒光物質(zhì)的消電離作用在大約略高于100℃的溫度下發(fā)生。
熒光物質(zhì)微粒的顆粒尺寸并無嚴(yán)格要求。通常所用的熒光物質(zhì)是精細(xì)粉末，顆粒尺寸分布在1到20μm之間。
為了在放電容器壁上制造熒光物質(zhì)層，可以采用干式涂覆法，例如靜電淀積或者靜電輔助粉末涂覆，也可以采用濕式涂覆法，例如浸漬涂布或者噴涂。
在采用濕式涂覆法的情況下，熒光物質(zhì)配制品必須分散至水、有機(jī)溶劑(如果需要與分散劑、表面活化劑和抗起泡劑結(jié)合使用)或粘合劑配制品中。能夠經(jīng)受250℃的加工溫度而不會發(fā)生分解、脆化或變色的有機(jī)或無機(jī)粘合劑適于用作根據(jù)本發(fā)明的氣體放電燈的粘合劑配制品。
例如，熒光物質(zhì)配制品可以通過流涂加工涂覆在放電容器壁上。用于流涂加工的涂覆懸浮液包括水或有機(jī)化合物例如乙酸丁酯作為溶劑。通過添加輔助藥劑使懸浮液穩(wěn)定下來并影響到其流變學(xué)特性，例如可以加入穩(wěn)定劑、稀釋劑、纖維素衍生物。熒光物質(zhì)懸浮液以薄層的形式應(yīng)用到放電容器壁上，隨后在600℃的溫度下加熱并烘干。
也可以優(yōu)選地把用于熒光物質(zhì)層的熒光物質(zhì)配制品靜電淀積在放電容器內(nèi)部。
對于應(yīng)該發(fā)射白光的用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈，最好把BaMgAl10O17Eu2+，D；BaMgAl10O17Eu2+，Mn，D和(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3ClEu2+，D中的發(fā)綠光的熒光物質(zhì)與(Y，Gd)BO3Eu3+和Y(V，P)O4Eu3+中的發(fā)紅光的熒光物質(zhì)以及(Y，Gd)BO3Tb3+和Zn2SiO4Mn中的發(fā)綠光的熒光物質(zhì)結(jié)合使用。
熒光物質(zhì)層的厚度通常在5至100μm范圍之內(nèi)。
放電容器要排空以去除所有氣體雜質(zhì)，特別是氧氣。隨后，放電容器被填充氙氣并進(jìn)行密封。
例1長度為590nm、直徑為10nm、壁厚為0.8nm的圓柱形玻璃放電容器被填充有壓強(qiáng)為200hPa的氙氣。放電容器包括平行于軸線延伸的直徑為2.2mm貴金屬桿狀內(nèi)電極。放電容器的外表面設(shè)置了外電極，外電極是每個寬為2mm的兩個導(dǎo)電性銀條，銀條被設(shè)置為與軸線平行并連導(dǎo)電地接至電源。燈使利用脈沖調(diào)制的交流電壓運轉(zhuǎn)。放電容器的內(nèi)壁涂覆有熒光物質(zhì)層。所述熒光物質(zhì)層包含具有下列成分的三光帶熒光物質(zhì)混合物BaMgAl10O17Eu2+，Pr3+作為藍(lán)色成分；Y2O3Eu作為紅色成分并以Y2SiO5Tb作為綠色成分。
為了制造所述BaMgAl10O17Eu2+，Pr3+，將69.3克(0.350摩爾)BaCO3、7.0克(0.03摩爾)Eu2O3、4.0克(4.0摩爾)Pr6O11、11.2克(0.278摩爾)MgO、204克(2.0摩爾)Al2O3和7.4克(0.119摩爾)MgF2在瑪瑙研缽中徹底混合并研磨。所述混合物在具有1％氫氣的氮氣還原氣中以1300℃燒結(jié)2小時。燒結(jié)后的粉末再次研磨并篩分，以獲得尺寸d＜36μm的微粒。
按照這種方式可以獲得初始為371m/W的光輸出。使用1000個小時后，光輸出大約是341m/W。用于VUV光的量子產(chǎn)額大約是70％。
例2長度為590nm、直徑為10nm、壁厚為0.8nm的圓柱形玻璃放電容器被填充有壓強(qiáng)為200hPa的氙氣。放電容器包含平行于軸線延伸的內(nèi)電極，內(nèi)電極采用直徑為2.2mm的貴金屬桿的形式。放電容器的外表面設(shè)有外電極，外電極是每個寬度為2mm的兩個導(dǎo)電銀條，銀條被設(shè)置成與軸線平行并導(dǎo)電地連接至電源。燈使利用脈沖調(diào)制的交流電壓運轉(zhuǎn)。
放電容器的內(nèi)壁涂覆有熒光物質(zhì)層。所述熒光物質(zhì)層包括具有下列成分的三光帶熒光物質(zhì)混合物BaMgAl10O17Eu2+，Ce3+作為藍(lán)色成分；(Y，Gd)BO3Eu3+作為紅色成分并以Zn2SiO4Mn作為綠色成分。
為了制造所述BaMgAl10O17Eu2+，Ce3+，將69.3克(0.350摩爾)BaCO3、7.0克(0.03摩爾)Eu2O3、4.1克(24.0毫摩爾)CeO2、11.2克(0.278摩爾)MgO、204克(2.0摩爾)Al2O3和7.4克(0.119摩爾)MgF2在瑪瑙研缽中徹底混合并研磨。所述混合物在具有1％氫氣的氮氣還原氣中以1300℃燒結(jié)2小時。燒結(jié)后的粉末再次研磨并篩分，以獲得尺寸d＜36μm的微粒。
按照這種方式可以獲得初始為371m/W的光輸出。使用1000個小時后，光輸出大約是341m/W。用于VUV的量子產(chǎn)額大約是70％。
權(quán)利要求
1.一種用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈，所述氣體放電燈設(shè)置了填充有氣體填充物的放電容器，所述放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁，所述壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面，所述熒光物質(zhì)層包含具有主晶格、作為激活劑Eu2+和摻雜D的熒光物質(zhì)，摻雜D選自Ce3+、Pr3+和Tb3+，氣體放電燈設(shè)置了用于介質(zhì)阻礙放電的電極結(jié)構(gòu)和可以用來激發(fā)并維持介質(zhì)阻礙放電的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述主晶格由選自氧化物、硫化物、鹵化物、鋁酸鹽、鎵酸鹽、硫代鎵酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和硅酸鹽的無機(jī)材料組成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述熒光物質(zhì)選自BaMgAl10O17Eu2+，D；BaMgAl10O17Eu2+，Mn，D；(Sr，Ba)MgAl10O17Eu2+，D；BaMgAl16O27Eu2+，D；BaMgAl14O23Eu2+，D；CaAl12O19Eu2+，D；SrAl12O19Eu2+，D；SrAl2O4Eu2+，D；(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3ClEu2+，D；Sr5(PO4)3ClEu2+，D；Ba3MgSi2O8Eu2+，D；BaF(Cl，Br)Eu2+，D和SrGa2S4Eu2+，D。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述熒光物質(zhì)層包括BaMgAl10O17Eu2+，D；Zn2SiO4Mn2+和(Y，Gd)BO3Eu3+。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述熒光物質(zhì)層包括BaMgAl10O17Eu2+，D；(Y，Gd)BO3Tb3+和(Y，Gd)BO3Eu3+。
6.一種包括主晶格、作為激活劑的Eu2+和摻雜D的熒光物質(zhì)，摻雜D選自Ce3+、Pr3+和Tb3+。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于介質(zhì)阻礙放電的氣體放電燈，所述氣體放電燈設(shè)置了填充有氣體填充物的放電容器，所述放電容器至少包括介質(zhì)材料的壁，所述壁具有對于可見光輻射至少部分透明并涂覆有熒光物質(zhì)層的表面，熒光物質(zhì)層包括具有主晶格、作為激活劑的Eu
文檔編號C09K11/64GK1395742SQ01803893
公開日2003年2月5日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者T·于斯特爾, W·布塞爾特, C·費爾德曼 申請人:皇家菲利浦電子有限公司