低壓水銀蒸汽熒光燈的制作方法

專利名稱：低壓水銀蒸汽熒光燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及低壓水銀蒸汽熒光燈。
本申請與Gary Sigai和Snehasish Ghosh于2002年6月24日申請、同時共同轉讓的序列號為10/179,365(案卷號為US020218)的美國申請相關，其發明名稱為“低壓水銀蒸汽熒光燈”，其內容被一并引入到本文中以供參考。
通稱為熒光燈的低壓水銀蒸汽燈具有一充裝了水銀和稀有氣體的燈封殼，以在操作中維持氣體放電。由氣體放電發出的射線大多位于光譜的紫外線(UV)區域內，只有一小部分位于可見光譜內。燈封殼的內表面有一發光涂層，通常是磷光體(phosphor)的混合物，當被紫外線輻射照射時，其放出可見光。
因為要減少耗電量，而擴大了熒光燈的使用。為進一步減少耗電量，亟待提高熒光燈的效率，熒光燈效率被稱作發光效能，其是衡量涉及輸入燈中能量的有效光輸出的尺度，單位為流明每瓦(LPW)。
因而，希望熒光燈效率更高、壽命更長。不過，要將明顯超量的水銀引進燈中來實現燈直至兩萬小時或更長的理想長壽命。這之所以必要，是因為不同的燈部件如玻璃管、磷光體涂層和電極都消耗燈中的水銀。如此擴大使用水銀并不理想，且對環境有害。因此，就希望減少熒光燈中的水銀消耗，卻不降低燈的壽命。
Alto Econowatt熒光燈就是一個減少了水銀消耗的成功示例。這些燈采用大顆粒的冷白光型鹵代磷酸鈣(calcium halophosphate)磷光體，顆粒的平均尺寸為約12至16微米，且所涂的水銀要比其他燈少，以滿足無危險耗損的TCLP需要。為持續實現這些燈的額定壽命，有必要讓燈及其部件具有低水銀消耗。
同樣地，日光色/高光日光色的熒光燈將大顆粒的藍光暈型(blue-halo)鹵代磷酸鈣磷光體用作雙組分混合物的一部分，其將一種標準的白色磷光體或暖白光色磷光體用作其他組分。這些燈涂有少量水銀，以滿足無危險耗損的TCLP需要。
目前仍舊需要通過TCLP標準的、減少水銀的熒光燈。
本發明的一個目的在于提供減少水銀消耗的冷白光色熒光燈。
本發明的另一個目的在于提供用于制造此類減少水銀消耗的冷白光色熒光燈的磷光體混合物。
本發明通過提供一種電燈實現了上述和其他目的，它具有帶內表面的燈封殼和至少一個電極，優選電極位于燈封殼管的兩端。該燈可為一根直的熒光管，例如是

圖1中所示本發明實施例中的類型，比如T12型直Econowatt燈，或者，它可為這樣一種燈，其包括符合理想形狀的結構回旋的燈封殼，比如具有至少兩個直腿段的燈封殼，這兩個直腿段由一個U型彎曲段連接，如示意性地在圖2中示出的本發明實施例中所述的那樣，或在PL燈、Circleline燈、SLS燈等中那樣。在兩實施例中，電極傳遞電能，以在充滿水銀和維持放電氣體的燈封殼中產生紫外線輻射。可選的是，在直管熒光燈的情況下，燈封殼的內表面可預涂一層金屬氧化物層，比如氧化鋁層，以將紫外線輻射反射回燈封殼中。在燈封殼回旋的燈的情況下，通常并不采用這樣的預涂層，盡管在下面要進一步提到的SLS燈的情況下可采用柔軟的預涂層。
無論預涂與否，在內表面上形成有一層磷光體層，以將紫外線輻射轉化成可見光。在傳統的燈中，常見的F34T12型直Econowatt熒光燈的磷光體層優選是一種大顆粒的冷白光型鹵代磷酸鈣磷光體，其由一層包括用錳和銻活化的鹵代磷酸鈣的涂層形成。同樣，常見的冷白光色U型彎曲熒光燈的磷光體層包含大顆粒的兩種磷光體的混合物，即，約50％的用銻和錳活化的大顆粒冷白光型鹵代磷酸鈣，和約50％的用錳和銻活化的細粒冷白光型鹵代磷酸鈣。細粒通常用于實現良好的粘附力，特別是在其上的玻璃層或涂層與磷光體層之間的回旋或彎曲區域中。
我們已發現，從常見的大顆粒磷光體混合物中獲得的色彩可通過這樣一種磷光體實現，即，它源自細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體、小顆粒藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體以及鈣黃(calcium-yellow)鹵代磷酸鈣磷光體的混合物。還發現，采用該磷光體混合物，能在制造U型彎曲型的回旋燈時實現良好的粘附力，同時在熒光燈中采用低量水銀有益于環境。
在本發明的優選實施例中，提供了一種冷白光型的U型彎曲熒光燈，它具有一種磷光體，該磷光體包括一種藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體、鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體和細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體的混合物，其中，在包括約18％的藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體的混合物中，藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米，最優選為約8.60微米；在包括約41％的鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的混合物中，鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米，最優選為約11.3微米；在包括約41％的暖白光型磷光體的混和物中，細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體的顆粒尺寸是隨機的，平均顆粒尺寸最優選為約4.62微米。
這樣的磷光體混合物形成了低水銀消耗燈。較之采用需要更多水銀的大顆粒磷光體產生的市場上常見的燈(不同于Philips Alto燈)，此類燈可與低水銀Philips Alto燈相匹敵，且允許使用少量的水銀。
水銀消耗是由燈操作期間附在燈部件上的水銀數量確定的，且由此對燈的操作來說不可再得到。在本發明中，能減少涂在熒光燈中優選涂在冷白光型U型彎曲熒光燈中的水銀量，從而使得此類燈對環境有益且符合TCLP。
由本發明的此類磷光體制成的燈還具有極好的長壽命特性。
雖然不能確認此類觀測結果的確切原因，且我們不希望受制于任何特定理論，但可以相信的是，因為暖白光型細粒和藍光暈型磷光體的顆粒尺寸小，所以本發明的磷光體能使磷光體涂層的粒子良好地填滿在燈上，且良好地保護了玻璃，從而提供了一種減少了玻璃中水銀損失的改進屏障。
在本發明的燈中，以這樣的數量來設定元素水銀(elementalmercury)的初始劑量(A)在燈操作約2500小時之后，能得到足夠數量的元素水銀來支持柱狀放電；(B)所述燈符合TCLP標準。
這是真正具備優勢的，因為燈實際減少了燈中的水銀量而通過了TCLP測試。
因而，本發明在優選實施例中包含一種電燈，其包括具有內表面的燈封殼；燈封殼內產生紫外線輻射的部件；一層發光材料，其包括一種源自下列混合物的磷光體(1)一種藍光暈型磷光體，在包括約18％的藍光暈型磷光體的混合物中，藍光暈型磷光體的平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米，最優選為約8.60微米；(2)一種鈣黃磷光體，在包括約41％的鈣黃磷光體的混合物中，鈣黃磷光體的平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米，最優選為約11.3微米；(3)顆粒尺寸隨機的細粒暖白光型磷光體，在包括約41％的暖白光型磷光體的混合物中，最優選細粒暖白光型磷光體的平均顆粒尺寸為約4.62微米。
圖1是本發明熒光燈一實施例部分斷開的局剖透視圖；圖2是本發明又一實施例中U型彎曲熒光燈的剖視圖。
附圖是示意性的，且未按比例繪制。
參照下面特定實施例的細節，將會更好地理解本發明參見圖1，圖中示出了一個低壓水銀蒸汽熒光燈1，它具有一根長條直的燈容器即燈泡3。燈泡是由常見的堿石灰玻璃制成的。燈在兩端包括電極安裝結構5，其包括一根支承在導電引線7和9上的螺旋形鎢絲6，引線7和9穿過安裝芯柱10中的玻璃沖壓密封11。安裝芯柱由常見的含鉛玻璃制成。芯柱10以氣密的方式密封燈封殼。引線7、9與其固定在燈相對端的相應基座12的銷形觸頭13連接。
可選的是，外燈封殼3的內表面15具有一層水銀保護層或內涂層16。層16可被設置用來減少因與燈封殼的玻璃發生反應而引起的水銀損耗。層16可以是由下列組合形成的一種氧化物，包括鎂、鋁、鈦、鋯和稀土。正如在此使用的一樣，術語“稀土”指的是元素鈧、釔、鑭和鑭族元素。兩涂層沿著燈泡的全長延伸，在圓周上完全包圍住燈泡內壁。芯柱10沒有任何上述涂層。磷光體涂層17被安置在保護層16之上。
維持放電的充裝物包括一種惰性氣體如氬，或氬和其他氣體的混合物，在低壓下與一定量的水銀相組合以在燈操作期間維持電弧放電。
根據一個特定實施例，圖中所示的燈是一個F34T12型ECONOWATT燈。
參見圖2，圖中示出了一個U型彎曲燈裝置1A的示意剖視圖，該燈裝置1A具有一根長條燈容器即燈泡3A，其具有支腿段4和U形段4A。將會理解的是，燈封殼可采取其他的回旋造型和形狀，并可包括符合如PL燈、Circleline燈和SLS燈等中理想形狀的直封套。
燈泡是由常見的堿石灰玻璃制成的。燈包括一個電極安裝結構5A，其終止于由常見的含鉛玻璃制成的安裝芯柱10A，芯柱10A以氣密的方式密封燈封殼。燈引線(未示出)與其固定在燈相對端的相應基座的銷形觸頭13A連接。在正常的制造過程中，這樣的U型彎曲燈不具有標記16所示的預涂層，除了在SLS燈的情況下，可將鍶、乙酸釔的柔軟預涂層用作層16。
磷光體涂層17A被安置在內表面15之上(或如果存在的話，安置在預涂層16之上)。磷光體涂層沿著燈泡的全長延伸，在圓周上完全包圍燈泡內壁。芯柱無涂層。
維持放電的充裝物包括一種如氬的惰性氣體，或氬和其他氣體的混合物，在低壓下與一定量的水銀相組合以在燈操作期間維持電弧放電。
根據一個特定實施例，圖中所示的剖視圖是T12TLU型熒光燈的一部分，盡管它還可以是PL、Circleline或SLS熒光燈。
示例A、常規的冷白光型TLU型U型彎曲熒光燈是由一種磷光體混合物制造而成的，該混合物包括50％的冷白光型鹵代磷酸鈣磷光體細粒和50％的大顆粒冷白光型鹵代磷酸鈣磷光體。此類燈通常需要約15-40毫克的水銀來實現有效使用壽命。包括本發明的一種磷光體混合物的TLU型U型彎曲燈是通過用于生產常規燈的相同方法和成分制造的，除了其中的磷光體被替代成本發明的磷光體混合物，并且對水銀劑量有所調整外。此類燈被確定只需要約3-5毫克的水銀來實現T12TLU 34型瓦特燈的理想壽命，此外，還被發現具有18,000-20,000小時的壽命。因此，此類燈優于常規的冷白光型U型彎曲燈，且提供了一種與Philips冷白光型低壓水銀燈相當的選擇。
B、T12TLU燈是根據本發明采用約4.4毫克的水銀和一種磷光體混合物涂層制造的，該混合物包括約18％的藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約8.6微米；約41％的鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約11.3微米；以及約41％的細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約4.6微米。基于我們在實驗室中獲得的歷史數據，實現18,000小時額定壽命的2500小時的最大水銀消耗(邊界水銀)不應超過1.24毫克。在操作經過了2500小時之后，源自上述本發明磷光體混合物的燈中邊界水銀的總量被確定為1.08毫克。
表I示出了本發明磷光體的顆粒尺寸分布范圍，而表II示出了本發明優選實施例中所采用的實際顆粒尺寸分布范圍。
表I
表2
此外，燈通過了TCLP測試，并被認為是無危險的，且可在垃圾填筑地上處理。
將能理解的是，在不脫離其精神和范圍或必要技術特征的前提下，本發明可采取其他的特定形式，在此披露的示例不過是其優選實施例而已。
權利要求
1.一種電燈，包括具有內表面的燈封殼；燈封殼內產生紫外線輻射的部件；以及一層在所述內表面上的發光材料，其包括源自下列混合物的磷光體(1)藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米；(2)鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米；以及(3)細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體。
2.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述藍光暈型磷光體的平均顆粒尺寸為約8.60微米。
3.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約11.3微米。
4.如權利要求1所述的燈，其特征在于，所述暖白光型細粒的平均顆粒尺寸為約4.62微米。
5.一種低水銀消耗的低壓水銀蒸汽熒光燈，包括a.管狀透光的燈封殼，其具有相對的密封端、管狀內表面，并封閉所述密封端之間具有一定容積的放電空間；b.一種元素水銀和稀有氣體的充裝物；c.一對放電電極，其被分別布置在所述燈封殼的對應密封端；d.將所述放電電極連接到所述燈封殼外部的電勢源上的部件，由此在燈操作期間，在所述放電電極之間維持氣體放電，氣體放電發出紫外線輻射；e.可選地，在所述燈封殼的所述內表面附近安置一層透光且反射紫外線輻射的第一層；f.一層發光材料，其包括源自下列混合物的磷光體(1)藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米；(2)鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米；以及(3)細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體，所述磷光體混合物給燈提供了一種冷白光色。
6.如權利要求5所述的燈，其特征在于，所述燈封殼是回旋的，且選自下列燈封殼的組合包括至少兩個由U型彎曲段連接的支腿段的燈封殼和彎曲成理想形狀的燈封殼。
7.如權利要求6所述的燈，其特征在于，所述藍光暈型磷光體的平均顆粒尺寸為約8.60微米。
8.如權利要求6所述的燈，其特征在于，所述鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約11.3微米。
9.如權利要求6所述的燈，其特征在于，所述暖白光型細粒的平均顆粒尺寸為約4.62微米。
10.一種低水銀消耗的水銀蒸汽熒光燈，包括a.管狀透光的燈封殼，其具有相對的密封端、管狀內表面，并封閉所述密封端之間具有一定容積的放電空間；b.一種元素水銀和稀有氣體的充裝物；c.一對放電電極，其被分別布置在所述燈封殼的對應密封端；d.將所述放電電極連接到所述燈封殼外部的電勢源上的部件，由此在燈操作期間，在所述放電電極之間維持氣體放電，氣體放電發出紫外線輻射；e.可選地，在所述燈封殼的所述內表面附近安置一層透光且反射紫外線輻射的第一層；f.一層發光材料，其包括源自下列混合物的磷光體約占18％重量的藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米；約占41％重量的鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米；以及約占41％重量的細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體，所述磷光體混合物給燈提供了一種冷白光色。
11.如權利要求10所述的燈，其特征在于，所述燈封殼是回旋的，且選自下列燈封殼的組合包括至少兩個由U型彎曲段連接的支腿段的燈封殼和彎曲成理想形狀的燈封殼。
12.如權利要求11所述的燈，其特征在于，所述燈封殼包括至少兩個由U型彎曲段連接的支腿段，所述藍光暈型磷光體的平均顆粒尺寸為約8.60微米。
13.如權利要求12所述的燈，其特征在于，所述鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約11.3微米。
14.如權利要求13所述的燈，其特征在于，所述暖白光型細粒的平均顆粒尺寸為約4.62微米。
15.一種用于低水銀消耗熒光燈的磷光體混合物，包括(1)藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米；(2)鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米；以及(3)細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體。
16.如權利要求15所述的磷光體混合物，其特征在于，所述藍光暈型磷光體的平均顆粒尺寸為約8.60微米。
17.如權利要求15所述的磷光體混合物，其特征在于，所述鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體的平均顆粒尺寸為約11.3微米。
18.如權利要求15所述的燈，其特征在于，所述暖白光型細粒的平均顆粒尺寸為約4.62微米。
19.一種用于低水銀消耗熒光燈的磷光體混合物，包括(1)約占18％重量的藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6-約10微米；(2)約占41％重量的鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0-約13微米；以及(3)約占41％重量的細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體，所述磷光體混合物給燈提供了一種冷白光色。
全文摘要
本發明提供了一種低水銀消耗電燈，它具有一層發光材料，該發光材料包括一種源自下列混合物的磷光體藍光暈型鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約6.6－約10微米；鈣黃鹵代磷酸鈣磷光體，其平均顆粒尺寸為約9.0－約13微米；以及細粒暖白光型鹵代磷酸鈣磷光體，優選其平均顆粒尺寸為約4.62微米。
文檔編號H01J1/63GK1685468SQ03823109
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月27日
發明者G·A·西蓋, S·高希, D·C·內斯廷, B·A·卡特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司