专利名称：低压汞蒸气放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括放电容器的低压汞蒸气放电灯，所述放电容器以不透气方式密封充有汞和稀有气体的放电空间，所述放电容器包括维持在放电空间放电的器具，所述放电容器面向放电空间的部分表面装配有保护层。
在汞蒸气放电灯中，汞构成(有效)产生紫外(UV)光的主要成分。包括发光材料(例如荧光粉)的发光层可存在于放电容器的内壁，以转换UV至其它波长，例如至鞣革用途的UV-B和UV-A(太阳板灯)或至一般照明用途的可见辐射。因此这样的放电灯也称为荧光灯。另一方面，可以使用所产生的紫外光来获得杀菌的性能(UV-C)。低压汞蒸气放电灯的放电容器通常是圆形的，并且包括细长和小型的实施方案。一般，小型荧光灯的管状放电容器包括一批直径相对小的较短的直线部件，借助桥形部件或经由弯曲部件把该直线部件连接到一起。小型荧光灯通常装配有(集成的)灯头。正常地，维持在放电空间放电的器具为配置于该放电空间内的电板。在另外的实施方案中，此低压汞蒸气放电灯是所谓的无电极低压汞蒸气放电灯。
已知在低压汞蒸气放电灯中要采取措施来抑制其放电器部分内壁的变黑，该部分于放电灯工作过程中与存在于放电空间的放电接触。由汞同玻璃相互作用所引起的这样一种变黑是不希望有的，不但导致较低的光输出，而且给予灯非常美学的外观，尤其是因为此等变黑不规则地发生，例如以黑斑或点的形式。使用如同开头段中所提的保护层，便减少放电容器内壁变黑和脱色的程度。
开头段中所述类型的低压汞蒸气放电灯可从US 4 544 997得知。在此已知放电灯中，氧化钇提供在放电容器的内壁上作为保护层。
使用已知低压汞蒸气放电灯的缺点是汞的消耗仍然比较高。因此已知灯需要比较大量的汞，以便获得足够长的使用寿命。在使用寿命结束后，处理不慎对于环境是有害的。
本发明的目的是提供开头段中所述类型的消耗比较少量汞的低压汞蒸气放电灯。所以，本发明低压汞蒸气放电灯其特征在于，其保护层包括氧化铝或氧化钇，并且还包括碱土金属及/或钪、钇或另一种稀土金属的硼酸盐及/或磷酸盐。
含有包括氧化钇或氧化铝层和本发明方法的金属硼酸盐及/或磷酸盐相结合的保护层，对低压汞蒸气放电灯运转时，放电容器中为主的汞-稀有气体气氛的作用表现出很好的抗耐性。已意外地发现，装配有本发明保护层之低压汞蒸气放电灯的汞消耗大大低于已知低压汞蒸气放电灯的已知保护层。例如，将装配有本发明保护层的低压汞蒸气放电灯同装配有已知保护层的已知低压汞蒸气放电灯作比较。在运转数千个小时之后，与已知保护层相比，大体上一半量或者甚至不到一半量的汞存在于本发明的保护层。
不想依附任何特定的理论，本发明人相信，碱土金属及/或钪、钇或者另一种稀土金属硼酸盐及/或磷酸盐的加入，将减少已知氧化钇或氧化铝保护层中所谓活性部位的数目。结果，Na离子自玻璃的扩散便减少，并且汞和本发明保护层之间的亲合力(化学吸引)便下降。
本发明低压汞蒸气放电灯中的保护层，还满足光和辐射透射比的要求，而又可以容易地在低压汞蒸气放电灯放电容器的内壁上形成很薄、密实且均匀的保护层。这例如通过如下方法完成，即以合适金属有机化合物(例如丙酮酸盐或乙酸盐，如乙酸钪、乙酸钇、乙酸镧或乙酸钆混合以乙酸钙、乙酸锶或乙酸钡)和用水稀释的硼酸或磷酸混合物的溶液冲洗放电容器，在干燥并烧结后便在其上获得所希望的保护层。
于低压汞蒸气放电灯中使用本发明保护层的又一优点是，这样的保护层在大约254nm的波长范围有相对高的反射率(放电容器中汞除了别的以外在254nm的波长产生共振辐射)。如已知保护层的折射率，它相对于放电容器内壁的折射率是比较高的，则其层厚最好这样选择，使得在该波长的反射率为最大。使用这样的保护层便增加低压汞蒸气放电灯的固有的光输出。
在本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施方案中，保护层包括钙、锶及/或钡的硼酸盐及/或磷酸盐。这样一种保护层有比较高的可见光透光系数。而且，具有包括氧化钇或氧化铝并且另外包括硼酸钙、硼酸锶或硼酸钡或者磷酸钙、磷酸锶或磷酸钡之保护层的低压汞蒸气放电灯，具有良好的亮度保持性能。
在本发明低压汞蒸气放电灯另一优选实施方案中，保护层包括镧、铈及/或钆的硼酸盐及/或磷酸盐。这样一种保护层有比较高的紫外辐射和可见光透光系数。又已发现，包括硼酸镧或硼酸钆或者包括磷酸铈或磷酸钆的保护层，对放电容器的内壁附着性能良好。此外，该保护层能以相对简便的方法形成(例如用混合以硼酸或稀磷酸的乙酸镧、乙酸铈或乙酸钆)，这有成本节省的效果，特别是在低压汞蒸气放电灯大批量的制造过程中。
于低压汞蒸气放电灯中，使用包括氧化钇或氧化铝以及附加的钪、钇、镧、铈及/或钆的硼酸盐及/或磷酸盐的保护层的另一优点是，这样的保护层在大约254nm的波长范围有比较高的反射率。通过使用此高折射率保护层，并使得这种保护层的层厚度最佳化，便可以获得固有光输出提高的低压汞蒸气放电灯。也许这样的保护层用于例如杀菌用途的低压汞蒸气放电灯尤其合算。
本发明低压汞蒸气放电灯优选实施方案其特征在于，该氧化铝包括的颗粒的有效颗粒粒度dp不超过3μm，最好在0.1≤dp≤0.8μm的范围。实际上，较大粒度氧化铝颗粒来自Baikowsky CR6氧化铝粉末，而较小氧化铝颗粒则来自Degussa所制的Alon-C。
在低压汞蒸气放电灯切实可行的实施方案中，保护层包括碱土硼酸盐，并且层的厚度为0.1至50μm。使用结合有碱土硼酸盐以及厚度在上面所给出之范围内的氧化铝保护层，发现对放电容器中汞-稀有气体气氛的作用有好的抗耐性。本发明人深入了解，通过使用碱土硼酸盐“毫微颗粒”的悬浮液，尤其是钙、锶及/或钡硼酸盐，它们能制成厚度可远大于已知放电灯中由盐溶液制成之保护层厚度的保护层。在本发明叙述中，措词“毫微颗粒”指的是颗粒粒度为0.1至1μm范围内的颗粒。钙、锶及/或钡硼酸盐颗粒材料的软化点足够低，可使该颗粒在玻璃成形(弯曲)过程中熔化到一起。此外，由于其厚度大，在弯曲和密封处可得到不完全同放电容器底层器壁反应的密实保护层。试验中发现，由钙、锶及/或钡硼酸盐毫微颗粒制成的保护层，显示相对高的零电荷点和相对低的汞消耗。由碱土硼酸盐毫微颗粒制成之保护层的另一优点是，此碱土硼酸盐颗粒的粒度，可与UV光的波长相比。这就使得还可应用此反射层作为UV光的反射器(其颗粒粒度约在0.3μm至0.6μm的范围)。最好此保护层包括SrB4O7。优选地，使用颗粒粒度约为0.1至1μm的SrB4O7毫微级颗粒来制造本发明保护层。
此保护层的厚度最好在1至20μm的范围。制成薄于约10μm的保护层，会引起颗粒钙、锶及/或钡硼酸盐同器壁的可能完全的反应，尤其在放电容器在工厂条件下的玻璃成形(弯曲)处理过程中。在条件不总能如实验室实验那样被精确满足的生产环境中，此风险就更高。可以看出，小型荧光灯放电容器直线部分保护层中的颗粒达不到足够高的温度而熔化，导致光在保护层内的漫散射。在小型荧光灯放电容器的弧形部分，保护层中的颗粒则达到足够高的温度而熔化，产生透明的保护层。
本发明低压汞蒸气放电灯优选实施方案其特征在于，放电容器包括至少一个管座，该管座装有保护层。以此保护层覆盖放电容器的管座，对钠自管座玻璃的扩散提供另外的防护。在这种实施方案中维持放电的器具为电极，它们由引伸通过装在管座上的玻璃管脚的导线支撑。
本发明低压汞蒸气放电灯优选实施方案其特征在于，放电容器由包括二氧化硅和氧化钠的玻璃制成，以其玻璃组成包括下列的基本成分，按重量百分率(wt.％)给出为60-80％SiO2和10-20％Na2O。配合本发明富钠玻璃应用本发明保护层，使得放电容器中的变黑显著地减少。本发明尤其以具有包括上述硼酸盐及/或磷酸盐之涂层的放电容器和富钠玻璃的结合来实施。
富钠玻璃比较便宜。在已知放电灯中使用所谓的混合碱玻璃，具有稍低的SiO2含量(约67％对富钠玻璃的72％)并包括，除了别的以外，约8％Na2O和5％K2O。这样一种玻璃的成本价比较高。比较已知玻璃和富钠玻璃的组成表明，其碱含量是不同的。富钠玻璃有较低的钾含量，而已知玻璃则为所谓的混合碱玻璃，有大致相等的Na2O与K2O摩尔比。一个优点是富钠玻璃中碱离子的迁移率比混合玻璃中的迁移率稍高。由富钠玻璃制成之低压汞蒸气放电灯的所谓起动时间与由已知混合碱玻璃制成之放电容器的大致相同。
此玻璃构造最好包括下列成分70-75％SiO2、15-18％Na2O和0.25-2％K2O。这样一种富钠玻璃的组成类似于普通的窗玻璃的组成，而且它相对已知灯中所用的玻璃稍为便宜。用于本发明放电灯中之富钠玻璃原料的成本价，仅约用于已知放电灯中之混合碱玻璃原料的成本价的50％。此外，富钠玻璃的电导率比较低；在250℃其电导约为logρ＝6.3，而混合碱玻璃的相应值则为logρ＝8.9。
本发明低压汞蒸气放电灯又一优选实施方案，其特征在于，保护层向放电空间的一侧装配有发光材料的发光层。于低压汞蒸气放电灯中使用本发明保护层的优点是，包括发光材料(例如荧光粉)的发光层对这样一种保护层的附着与对已知低压汞蒸气放电灯之保护层的附着至少大体上相同。在另一实施方案中，使此荧光粉层在本发明保护层与放电容器器壁之间形成。按低压汞蒸气放电灯尤其优选的实施方案，则在放电容器内壁与发光层之间以及在发光层上面形成保护层，该外加的保护层面向放电空间。
本发明的尺寸适用于有弧形灯部件的小型荧光灯，其中放电容器另外被一透光外套包围。这样“被覆盖的”小型荧光灯之放电容器的温度比较高，因为该外套的存在使至环境的散热减弱。这种不利的温度平衡，由于变黑增加，而对已知放电灯亮度的保持有有害的影响。实验中已意外地发现，装有本发明低压汞蒸气放电灯之小型荧光灯的亮度保持性，(该灯的放电容器被一外套所包围)在运行12,000个小时后为90％，而装有已知低压汞蒸气放电灯之相同小型荧光灯的亮度保持性，(该灯的放电容器被一外套围着)在运行12,000个小时后却不至80％，而且波动(取决于Hg的消耗量)。汞自汞齐的亏损可能是如此地高，以致汞齐不再产生最佳的汞压。另外，光的输出显著地下降。
本发明的这些和其它情况从此后所述的实施方案中是显而易见的，并将参照此后所述的实施方案加以说明。
在附图中
图1为本发明低压汞蒸气放电灯一实施方案部分剖开的侧视图。
此图纯粹是示意的而且未按比例绘制。尤其为了清晰，某些尺寸做了过分的放大。图中相同的组件尽可能用相同的标记数字表示。
图1为有细长玻璃放电容器3之低压汞蒸气放电灯一实施方案部分剖开的侧视图。此发射辐射的放电灯包括在每一端的电极5(图1中只显示一个电极)，该电极以钨白炽绕组6构成，由通过装在玻璃管座10上之玻璃管脚11延伸的导线7、9支撑。白炽绕组6装配有发射体材料，如钡、钙及/或锶的氧化物，从降低该电极的逸出功。管座10气密地密封放电容器3。导电线7、9则与在装在放电灯两端之相应端头12中的针形接头13连接。放电容器3在一定充气压力下，充入稀有气体混合物，包括一种或几种氙、氪、氩和氖气体。放电容器3另外还装有足够量的汞。
此低压汞蒸气放电灯放电容器的玻璃最好包括以二氧化硅和氧化钠作为重要成分的组成。在图1所示的实施例中，放电容器3由所谓的富钠玻璃制成。尤其以如下一种玻璃为优选，按重量其组成如下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和0-0.05％MnO。
放电容器3面向放电空间的部分表面装备有保护层16，包括氧化钇或氧化铝以及碱土金属及/或钪、钇或者另一稀土金属的硼酸盐及/或磷酸盐。防护层16为减少汞被放电容器3之玻璃吸收而设。使用包括钪、钇、镧、铈及/或钆硼酸盐及/或磷酸盐之保护层的优点是，装备这样一种保护层的低压汞蒸气放电灯的汞消耗大大低于已知低压汞蒸气放电灯中的保护层。最好放电容器内的管座10也装有保护层28。
如果此保护层包括铝氧化物，那么其颗粒的有效颗粒粒度dp不超过3μm，最好在0.1≤dp≤0.8μm的范围。实际上较大粒度颗粒得自于Baikowsky CR6铝氧化物粉末。用SHIMADZU SA-CP3颗粒粒度计测量中等直径为0.47μm。为此，在10-2摩尔浓度的乙酸溶液中，以Branson 1200型超声消除器超声地振动5分钟，来使含有按重量计10％CR6的悬浮液电荷稳定化。CR6的比表面约为6m2/g。较小的颗粒来自Degnssa制造的Alon-C，具有约0.013μm的中等直径以及约100m2/g的比表面。
此外，在保护层16上面形成发光层17，最好为卤代磷酸盐层。照另一实施方案，发光材料包括发绿光的铽激活铝酸镁铈、发蓝光的二价铕激活铝酸镁钡和发红光的三价铕激活氧化钇的混合物。最好发光层17装备有外加的保护层18，此外加保护层18面向放电空间。
在低压汞蒸气放电灯的实施方案中，把不同浓度乙酸锶溶液、乙酸钇溶液和硼酸加入包括不同浓度Al2O3(氧化铝)的溶液，来制成本发明的保护层16、18、28。在另外的实施方案中，则加入乙酸钡溶液来代替乙酸锶溶液。表1给出典型T5灯亮度保持试验的结果。
权利要求
1.一种包括放电容器的低压汞蒸气放电灯，放电容器以气密方式封闭充入汞和稀有气体的放电空间，放电容器包括维持在放电空间放电的器具，放电容器面向放电空间的部分表面装配有保护层，其特征在于该保护层包括氧化铝或氧化钇，并且还包括碱土金属及/或钪、钇或者另一种稀土金属的硼酸盐及/或磷酸盐。
2.权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该碱土金属为钙、锶及/或钡。
3.权利要求1的低压汞蒸气放电灯，其特征在于另一种稀土金属为镧、铈及/或钆。
4.权利要求1、2或3的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该氧化铝包括有效颗粒粒度dp不超过3μm、最好在0.1≤dp≤0.8μm范围内的颗粒。
5.权利要求1、2或3的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该保护层包括碱土的硼酸盐，并且该保护层的厚度为0.1至50μm。
6.权利要求5的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该保护层包括SrB4O7。
7.权利要求5的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该保护层的厚度在1至20μm的范围。
8.权利要求1、2或3的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该放电容器至少包括一个管座，该管座装配有所述保护层。
9.权利要求1、2或3的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该放电容器由包括二氧化硅和氧化钠的玻璃制成，此玻璃组成包括下列的基本成分，以重量百分率给出为60-80％SiO2，10-20％Na2O。
10.权利要求9的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该玻璃组成包括下列按重量的成分70-75％SiO2，15-18％Na2O，0.25-2％K2O。
11.权利要求1、2或3的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该保护层面向放电空间的一侧装配有发光材料的发光层。
12.权利要求11的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该发光层装备有另外的保护层。
13.权利要求11的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该发光材料包括发绿光的铽激活铝酸镁铈、发蓝光的二价铕激活铝酸镁钡和发红光的三价铕激活氧化钇的混合物。
全文摘要
低压汞蒸气放电灯(1)有放电容器(3)，以不透气方式密封充有汞和稀有气体的放电空间。放电容器(3)包括维持在该放电空间放电的器具。放电容器(3)面向放电空间的部分表面(15)装备保护层(16)，包括氧化钇或氧化铝，还包括碱土金属及/或钪、钇或者另外的稀土金属的硼酸盐及/或磷酸盐。碱土金属最好为钙、锶及/或钡。另外的稀土金属最好为镧、铈及/或钆。本发明灯有稍低的汞消耗。
文档编号H01J61/44GK1672239SQ03817920
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月11日 优先权日2002年7月29日
发明者E·C·P·M·沃斯森, C·T·斯塔亚特斯, L·M·格尔丁克, E·德比尔, I·J·M·斯尼克斯-亨德里克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司