具有高顯色指數(shù)的熒光燈及其涂層系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)是2011年9月28日提交的共同待決的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/247,350 的部分繼續(xù)專利申請(qǐng)。所述先前申請(qǐng)的內(nèi)容以引用的方式并入本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體涉及照明系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及熒光燈和被熒光燈 利用以產(chǎn)生可見光的涂層系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 自從20世紀(jì)30年代以來，熒光燈就得以使用和商品化。近年來，消費(fèi)者和生產(chǎn)者 都表達(dá)了對(duì)橫跨所有行業(yè)（包括照明行業(yè)）的產(chǎn)品的能量效率和環(huán)境影響的增加的憂慮。 因此，熒光燈見證了使用的增長，因?yàn)樵谂c常規(guī)白熾燈比較時(shí)它們的能量效率有所提高。熒 光燈見證了來自發(fā)光二極管（LED)燈的大量競爭，因?yàn)長ED可能具有更大的效率和光度。已 經(jīng)做出大量努力和研究以便提高熒光燈流明輸出，而不增加功率需求或顯著材料成本的增 加。
[0005] 在圖1中示意性地示出熒光燈10的非限制性實(shí)例。燈10表示為具有密封玻璃 管，所述密封玻璃管包括封閉內(nèi)部腔室14的玻璃罩或殼12。腔室14優(yōu)選地處于非常低的 壓力例如約0. 3%的大氣壓力，并且含有具有至少一種成分的氣體混合物，所述至少一種成 分可被電離來產(chǎn)生包括紫外線（UV)波長的輻射。根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)，這種氣體混合物包 含一種或多種惰性氣體（例如，氬氣），或一種或多種惰性氣體和處于低壓的其他氣體的混 合物，以及少量汞蒸氣。在腔室14內(nèi)的電極16電連接至從燈10的相對(duì)設(shè)置的基座20延 伸的電接觸管腳18。當(dāng)接觸管腳18連接至電源時(shí)，施加的電壓使得電流流過電極16,并且 使得電子從一個(gè)電極16迀移至腔室14的另一端處的另一電極16。在所述過程中，這個(gè)能 量將少量液體汞從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為帶電的（電離的）氣體（蒸氣）狀態(tài)。電子和帶電氣體 分子移動(dòng)穿過腔室14,不時(shí)地碰撞和激發(fā)氣態(tài)汞分子，從而提高汞原子中的電子的能級(jí)。為 了返回到它們的原始能級(jí)，電子釋放光子。
[0006] 由于汞原子中的電子的排列，由這些電子釋放的大部分光子都是處于紫外線（UV) 波長。這并不是可見光，并且因此（為了使燈10發(fā)射可見光）這些光子必須被轉(zhuǎn)化為可見 光波長。這種轉(zhuǎn)化可由圖1中表示為設(shè)置在玻璃殼12的內(nèi)表面處的涂層22來執(zhí)行。涂層 22含有熒光體粉末，并且通常通過具有例如氧化鋁（Al2O3)的UV反射阻擋層24而與玻璃 殼12分離。由電離的汞蒸氣發(fā)射的UV輻射被涂層22內(nèi)的熒光體組合物吸收，從而導(dǎo)致激 發(fā)熒光體組合物以產(chǎn)生發(fā)射穿過玻璃殼12的可見光。更具體而言，當(dāng)熒光原子的電子受到 光子沖擊時(shí)，電子變?yōu)榧ぐl(fā)到更高的能級(jí)，并且發(fā)射光子以返回到它們的原始能級(jí)。發(fā)射的 光子具有比撞擊光子更少的能量，并且處于可見光譜中以提供燈10的照明功能。燈10的 顏色和光度主要是涂層22中使用的一種或多種熒光體的結(jié)果。
[0007] 明顯的或感知的光源的顏色可根據(jù)色溫來描述，所述色溫是發(fā)射具有與考慮的輻 射大約相同的色度的輻射的黑體的溫度。具有3000K色溫的光源具有比具有4100K色溫的 光源更大的紅色組分。正如隨附實(shí)例，具有感知的"暖白色"顏色的熒光燈可具有約3000K 的CCT，而具有感知的"冷白色"顏色的熒光燈可具有約4000K的CCT。熒光燈性能的另一 量度是顯色指數(shù)（CRI)。光源的CRI不指示光源的明顯顏色，但替代地是光源與理想或自然 光源相比較與之相當(dāng)?shù)卦佻F(xiàn)物體的顏色的能力的定量測量。僅可在具有相同CCT的兩個(gè)光 源中精確地比較CRI。最高可能CRI數(shù)值是100。本質(zhì)上為黑體的白熾燈具有100的CRI。 典型的LED具有80或更多的CRI，其中聲稱CRI至多是98,而熒光燈典型地具有在約50至 約90的范圍內(nèi)的CRI。在這點(diǎn)上，熒光燈的高CRI可被認(rèn)為是約80和更高，具體地是至少 87〇
[0008] 由于熒光燈利用熒光體以產(chǎn)生可見光，熒光燈的CRI和CCT受到所使用的熒光體 的具體數(shù)量和它們的組合物的強(qiáng)烈影響。已用稀土熒光體實(shí)現(xiàn)了熒光燈的CRI的顯著改 進(jìn)，所述稀土熒光體具體地是含有通常被認(rèn)為包括15種鑭系元素、鈧和釔的一種或多種稀 土元素的熒光體。雖然相當(dāng)豐富，但獲得稀土元素的成本正變得越來越昂貴，因?yàn)榇蟛糠?已知的稀土儲(chǔ)備被發(fā)現(xiàn)于有限的位置，并且在各種開采的化合物中發(fā)現(xiàn)了從相對(duì)較低濃度 分離單獨(dú)的稀土元素或化合物的需求。此外，在各種各樣的技術(shù)（例如，醫(yī)療技術(shù)、風(fēng)力渦 輪機(jī)、混合動(dòng)力汽車、電視機(jī)、智能電話和計(jì)算機(jī)）中，對(duì)稀土元素的需求已經(jīng)增加。因此， 在熒光燈的熒光體涂層中使用稀土元素的成本已經(jīng)或可能會(huì)變得越來越昂貴，并且正在尋 找有效的替代性解決方案。然而，合適的替代物優(yōu)選地應(yīng)不會(huì)有害地影響熒光燈的CRI或 CCT0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供適合于在熒光燈中使用以產(chǎn)生可見光的熒光體組合物，以及利用此類 熒光體組合物的燈。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面涉及一種包括含有熒光體的含熒光體涂層的涂層系統(tǒng)，所 述含熒光體涂層內(nèi)的所述熒光體由熒光體的混合物組成，所述熒光體的混合物包括至少一 種白色鹵代熒光體和少于10重量百分比的至少一種稀土熒光體，所述含熒光體涂層在被 UV輻射激發(fā)時(shí)發(fā)射具有至少87的顯示指數(shù)的可見光。
[0011] 本發(fā)明的第二方面涉及一種具有涂層系統(tǒng)的熒光燈，所述涂層系統(tǒng)包括含有熒光 體的含熒光體涂層，所述含熒光體涂層內(nèi)的所述熒光體由熒光體的混合物組成，所述熒光 體的混合物包括至少一種白色鹵代熒光體和少于10重量百分比的至少一種稀土熒光體， 所述熒光燈在操作中發(fā)射具有至少87的顯色指數(shù)的可見光。
[0012] 本發(fā)明的第三方面涉及一種具有涂層系統(tǒng)的熒光燈，所述涂層系統(tǒng)包括含有熒光 體的含熒光體涂層，所述含熒光體涂層內(nèi)的所述熒光體由熒光體的混合物組成，所述熒光 體的混合物包括至少一種白色鹵代熒光體、至少一種紅色鎖熒光體、至少一種藍(lán)色鹵代熒 光體和少于10重量百分比的至少一種稀土熒光體，所述熒光燈在操作中發(fā)射具有至少87 的顯色指數(shù)的可見光，其中由所述熒光燈發(fā)射的所述可見光具有約3000K至約4100K的范 圍內(nèi)的CCT值。
[0013] 本發(fā)明的其他方面包括具有涂層系統(tǒng)的熒光燈，所述涂層系統(tǒng)包括上述組合物和 特征。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)效果是配備有含熒光體涂層的熒光燈通過非常有限地使用稀土熒 光體來展現(xiàn)高顯色指數(shù)（CRI)的能力。含熒光體涂層特別適合于在期望具有約3000K至約 4100K的范圍內(nèi)的CCT值的熒光燈中使用。此類熒光燈具有展現(xiàn)所需照明特征，同時(shí)最小化 與稀土元素的使用有關(guān)的某些不利方面的能力。
[0015] 從以下詳細(xì)說明中將更好地了解本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1表示包括燈的玻璃管和所述管的內(nèi)表面的熒光燈的局部截面圖，所述內(nèi)表面 設(shè)置有UV反射涂層和含熒光體涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明之后將參考圖1中所示的燈10進(jìn)行描述，但將了解本發(fā)明的教義不限于燈 10,并且相反更普遍地適用于在其中通過使用熒光體化合物來產(chǎn)生可見光的各種照明應(yīng)用 (如非線型熒光燈、或緊湊型熒光燈（CFL)、或其他類型的燈）。
[0018] 本發(fā)明涉及涂層系統(tǒng)，所述涂層系統(tǒng)包括含熒光體涂層如圖1的單個(gè)含熒光體涂 層22,所述含熒光體涂層被施加至透明或半透明的襯底如熒光燈10的玻璃殼或罩12。在 圖1的非限制性實(shí)例中，離散UV反射層24表示為包括含熒光體涂層22的涂層系統(tǒng)的組成 部分。UV反射層24可含有基于它在燈10的腔室14內(nèi)散射從電離成分（例如，萊）發(fā)射的 入射UV射線的能力而選擇的散射劑。散射的UV射線之后被鄰近的含熒光體涂層22吸收， 因此發(fā)射可見光。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，含熒光體涂層22具有使得燈10能夠具有至少87的CRI，