专利名称：低压水银蒸汽荧光灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及低压水银蒸汽荧光灯。
本申请与Gary Sigai和Snehasish Ghosh于2002年6月24日申请、同时共同转让的序列号为10/179,365(案卷号为US020218)的美国申请相关，其发明名称为“低压水银蒸汽荧光灯”，其内容被一并引入到本文中以供参考。
通称为荧光灯的低压水银蒸汽灯具有一充装了水银和稀有气体的灯封壳，以在操作中维持气体放电。由气体放电发出的射线大多位于光谱的紫外线(UV)区域内，只有一小部分位于可见光谱内。灯封壳的内表面有一发光涂层，通常是磷光体(phosphor)的混合物，当被紫外线辐射照射时，其放出可见光。
因为要减少耗电量，而扩大了荧光灯的使用。为进一步减少耗电量，亟待提高荧光灯的效率，荧光灯效率被称作发光效能，其是衡量涉及输入灯中能量的有效光输出的尺度，单位为流明每瓦(LPW)。
因而，希望荧光灯效率更高、寿命更长。不过，要将明显超量的水银引进灯中来实现灯直至两万小时或更长的理想长寿命。这之所以必要，是因为不同的灯部件如玻璃管、磷光体涂层和电极都消耗灯中的水银。如此扩大使用水银并不理想，且对环境有害。因此，就希望减少荧光灯中的水银消耗，却不降低灯的寿命。
Alto Econowatt荧光灯就是一个减少了水银消耗的成功示例。这些灯采用大颗粒的冷白光型卤代磷酸钙(calcium halophosphate)磷光体，颗粒的平均尺寸为约12至16微米，且所涂的水银要比其他灯少，以满足无危险耗损的TCLP需要。为持续实现这些灯的额定寿命，有必要让灯及其部件具有低水银消耗。
同样地，日光色/高光日光色的荧光灯将大颗粒的蓝光晕型(blue-halo)卤代磷酸钙磷光体用作双组分混合物的一部分，其将一种标准的白色磷光体或暖白光色磷光体用作其他组分。这些灯涂有少量水银，以满足无危险耗损的TCLP需要。
目前仍旧需要通过TCLP标准的、减少水银的荧光灯。
本发明的一个目的在于提供减少水银消耗的冷白光色荧光灯。
本发明的另一个目的在于提供用于制造此类减少水银消耗的冷白光色荧光灯的磷光体混合物。
本发明通过提供一种电灯实现了上述和其他目的，它具有带内表面的灯封壳和至少一个电极，优选电极位于灯封壳管的两端。该灯可为一根直的荧光管，例如是
图1中所示本发明实施例中的类型，比如T12型直Econowatt灯，或者，它可为这样一种灯，其包括符合理想形状的结构回旋的灯封壳，比如具有至少两个直腿段的灯封壳，这两个直腿段由一个U型弯曲段连接，如示意性地在图2中示出的本发明实施例中所述的那样，或在PL灯、Circleline灯、SLS灯等中那样。在两实施例中，电极传递电能，以在充满水银和维持放电气体的灯封壳中产生紫外线辐射。可选的是，在直管荧光灯的情况下，灯封壳的内表面可预涂一层金属氧化物层，比如氧化铝层，以将紫外线辐射反射回灯封壳中。在灯封壳回旋的灯的情况下，通常并不采用这样的预涂层，尽管在下面要进一步提到的SLS灯的情况下可采用柔软的预涂层。
无论预涂与否，在内表面上形成有一层磷光体层，以将紫外线辐射转化成可见光。在传统的灯中，常见的F34T12型直Econowatt荧光灯的磷光体层优选是一种大颗粒的冷白光型卤代磷酸钙磷光体，其由一层包括用锰和锑活化的卤代磷酸钙的涂层形成。同样，常见的冷白光色U型弯曲荧光灯的磷光体层包含大颗粒的两种磷光体的混合物，即，约50％的用锑和锰活化的大颗粒冷白光型卤代磷酸钙，和约50％的用锰和锑活化的细粒冷白光型卤代磷酸钙。细粒通常用于实现良好的粘附力，特别是在其上的玻璃层或涂层与磷光体层之间的回旋或弯曲区域中。
我们已发现，从常见的大颗粒磷光体混合物中获得的色彩可通过这样一种磷光体实现，即，它源自细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体、小颗粒蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体以及钙黄(calcium-yellow)卤代磷酸钙磷光体的混合物。还发现，采用该磷光体混合物，能在制造U型弯曲型的回旋灯时实现良好的粘附力，同时在荧光灯中采用低量水银有益于环境。
在本发明的优选实施例中，提供了一种冷白光型的U型弯曲荧光灯，它具有一种磷光体，该磷光体包括一种蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体、钙黄卤代磷酸钙磷光体和细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体的混合物，其中，在包括约18％的蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体的混合物中，蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米，最优选为约8.60微米；在包括约41％的钙黄卤代磷酸钙磷光体的混合物中，钙黄卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米，最优选为约11.3微米；在包括约41％的暖白光型磷光体的混和物中，细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体的颗粒尺寸是随机的，平均颗粒尺寸最优选为约4.62微米。
这样的磷光体混合物形成了低水银消耗灯。较之采用需要更多水银的大颗粒磷光体产生的市场上常见的灯(不同于Philips Alto灯)，此类灯可与低水银Philips Alto灯相匹敌，且允许使用少量的水银。
水银消耗是由灯操作期间附在灯部件上的水银数量确定的，且由此对灯的操作来说不可再得到。在本发明中，能减少涂在荧光灯中优选涂在冷白光型U型弯曲荧光灯中的水银量，从而使得此类灯对环境有益且符合TCLP。
由本发明的此类磷光体制成的灯还具有极好的长寿命特性。
虽然不能确认此类观测结果的确切原因，且我们不希望受制于任何特定理论，但可以相信的是，因为暖白光型细粒和蓝光晕型磷光体的颗粒尺寸小，所以本发明的磷光体能使磷光体涂层的粒子良好地填满在灯上，且良好地保护了玻璃，从而提供了一种减少了玻璃中水银损失的改进屏障。
在本发明的灯中，以这样的数量来设定元素水银(elementalmercury)的初始剂量(A)在灯操作约2500小时之后，能得到足够数量的元素水银来支持柱状放电；(B)所述灯符合TCLP标准。
这是真正具备优势的，因为灯实际减少了灯中的水银量而通过了TCLP测试。
因而，本发明在优选实施例中包含一种电灯，其包括具有内表面的灯封壳；灯封壳内产生紫外线辐射的部件；一层发光材料，其包括一种源自下列混合物的磷光体(1)一种蓝光晕型磷光体，在包括约18％的蓝光晕型磷光体的混合物中，蓝光晕型磷光体的平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米，最优选为约8.60微米；(2)一种钙黄磷光体，在包括约41％的钙黄磷光体的混合物中，钙黄磷光体的平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米，最优选为约11.3微米；(3)颗粒尺寸随机的细粒暖白光型磷光体，在包括约41％的暖白光型磷光体的混合物中，最优选细粒暖白光型磷光体的平均颗粒尺寸为约4.62微米。
图1是本发明荧光灯一实施例部分断开的局剖透视图；图2是本发明又一实施例中U型弯曲荧光灯的剖视图。
附图是示意性的，且未按比例绘制。
参照下面特定实施例的细节，将会更好地理解本发明参见图1，图中示出了一个低压水银蒸汽荧光灯1，它具有一根长条直的灯容器即灯泡3。灯泡是由常见的碱石灰玻璃制成的。灯在两端包括电极安装结构5，其包括一根支承在导电引线7和9上的螺旋形钨丝6，引线7和9穿过安装芯柱10中的玻璃冲压密封11。安装芯柱由常见的含铅玻璃制成。芯柱10以气密的方式密封灯封壳。引线7、9与其固定在灯相对端的相应基座12的销形触头13连接。
可选的是，外灯封壳3的内表面15具有一层水银保护层或内涂层16。层16可被设置用来减少因与灯封壳的玻璃发生反应而引起的水银损耗。层16可以是由下列组合形成的一种氧化物，包括镁、铝、钛、锆和稀土。正如在此使用的一样，术语“稀土”指的是元素钪、钇、镧和镧族元素。两涂层沿着灯泡的全长延伸，在圆周上完全包围住灯泡内壁。芯柱10没有任何上述涂层。磷光体涂层17被安置在保护层16之上。
维持放电的充装物包括一种惰性气体如氩，或氩和其他气体的混合物，在低压下与一定量的水银相组合以在灯操作期间维持电弧放电。
根据一个特定实施例，图中所示的灯是一个F34T12型ECONOWATT灯。
参见图2，图中示出了一个U型弯曲灯装置1A的示意剖视图，该灯装置1A具有一根长条灯容器即灯泡3A，其具有支腿段4和U形段4A。将会理解的是，灯封壳可采取其他的回旋造型和形状，并可包括符合如PL灯、Circleline灯和SLS灯等中理想形状的直封套。
灯泡是由常见的碱石灰玻璃制成的。灯包括一个电极安装结构5A，其终止于由常见的含铅玻璃制成的安装芯柱10A，芯柱10A以气密的方式密封灯封壳。灯引线(未示出)与其固定在灯相对端的相应基座的销形触头13A连接。在正常的制造过程中，这样的U型弯曲灯不具有标记16所示的预涂层，除了在SLS灯的情况下，可将锶、乙酸钇的柔软预涂层用作层16。
磷光体涂层17A被安置在内表面15之上(或如果存在的话，安置在预涂层16之上)。磷光体涂层沿着灯泡的全长延伸，在圆周上完全包围灯泡内壁。芯柱无涂层。
维持放电的充装物包括一种如氩的惰性气体，或氩和其他气体的混合物，在低压下与一定量的水银相组合以在灯操作期间维持电弧放电。
根据一个特定实施例，图中所示的剖视图是T12TLU型荧光灯的一部分，尽管它还可以是PL、Circleline或SLS荧光灯。
示例A、常规的冷白光型TLU型U型弯曲荧光灯是由一种磷光体混合物制造而成的，该混合物包括50％的冷白光型卤代磷酸钙磷光体细粒和50％的大颗粒冷白光型卤代磷酸钙磷光体。此类灯通常需要约15-40毫克的水银来实现有效使用寿命。包括本发明的一种磷光体混合物的TLU型U型弯曲灯是通过用于生产常规灯的相同方法和成分制造的，除了其中的磷光体被替代成本发明的磷光体混合物，并且对水银剂量有所调整外。此类灯被确定只需要约3-5毫克的水银来实现T12TLU 34型瓦特灯的理想寿命，此外，还被发现具有18,000-20,000小时的寿命。因此，此类灯优于常规的冷白光型U型弯曲灯，且提供了一种与Philips冷白光型低压水银灯相当的选择。
B、T12TLU灯是根据本发明采用约4.4毫克的水银和一种磷光体混合物涂层制造的，该混合物包括约18％的蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约8.6微米；约41％的钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约11.3微米；以及约41％的细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约4.6微米。基于我们在实验室中获得的历史数据，实现18,000小时额定寿命的2500小时的最大水银消耗(边界水银)不应超过1.24毫克。在操作经过了2500小时之后，源自上述本发明磷光体混合物的灯中边界水银的总量被确定为1.08毫克。
表I示出了本发明磷光体的颗粒尺寸分布范围，而表II示出了本发明优选实施例中所采用的实际颗粒尺寸分布范围。
表I
表2
此外，灯通过了TCLP测试，并被认为是无危险的，且可在垃圾填筑地上处理。
将能理解的是，在不脱离其精神和范围或必要技术特征的前提下，本发明可采取其他的特定形式，在此披露的示例不过是其优选实施例而已。
权利要求
1.一种电灯，包括具有内表面的灯封壳；灯封壳内产生紫外线辐射的部件；以及一层在所述内表面上的发光材料，其包括源自下列混合物的磷光体(1)蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米；(2)钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米；以及(3)细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述蓝光晕型磷光体的平均颗粒尺寸为约8.60微米。
3.如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述钙黄卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约11.3微米。
4.如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述暖白光型细粒的平均颗粒尺寸为约4.62微米。
5.一种低水银消耗的低压水银蒸汽荧光灯，包括a.管状透光的灯封壳，其具有相对的密封端、管状内表面，并封闭所述密封端之间具有一定容积的放电空间；b.一种元素水银和稀有气体的充装物；c.一对放电电极，其被分别布置在所述灯封壳的对应密封端；d.将所述放电电极连接到所述灯封壳外部的电势源上的部件，由此在灯操作期间，在所述放电电极之间维持气体放电，气体放电发出紫外线辐射；e.可选地，在所述灯封壳的所述内表面附近安置一层透光且反射紫外线辐射的第一层；f.一层发光材料，其包括源自下列混合物的磷光体(1)蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米；(2)钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米；以及(3)细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体，所述磷光体混合物给灯提供了一种冷白光色。
6.如权利要求5所述的灯，其特征在于，所述灯封壳是回旋的，且选自下列灯封壳的组合包括至少两个由U型弯曲段连接的支腿段的灯封壳和弯曲成理想形状的灯封壳。
7.如权利要求6所述的灯，其特征在于，所述蓝光晕型磷光体的平均颗粒尺寸为约8.60微米。
8.如权利要求6所述的灯，其特征在于，所述钙黄卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约11.3微米。
9.如权利要求6所述的灯，其特征在于，所述暖白光型细粒的平均颗粒尺寸为约4.62微米。
10.一种低水银消耗的水银蒸汽荧光灯，包括a.管状透光的灯封壳，其具有相对的密封端、管状内表面，并封闭所述密封端之间具有一定容积的放电空间；b.一种元素水银和稀有气体的充装物；c.一对放电电极，其被分别布置在所述灯封壳的对应密封端；d.将所述放电电极连接到所述灯封壳外部的电势源上的部件，由此在灯操作期间，在所述放电电极之间维持气体放电，气体放电发出紫外线辐射；e.可选地，在所述灯封壳的所述内表面附近安置一层透光且反射紫外线辐射的第一层；f.一层发光材料，其包括源自下列混合物的磷光体约占18％重量的蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米；约占41％重量的钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米；以及约占41％重量的细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体，所述磷光体混合物给灯提供了一种冷白光色。
11.如权利要求10所述的灯，其特征在于，所述灯封壳是回旋的，且选自下列灯封壳的组合包括至少两个由U型弯曲段连接的支腿段的灯封壳和弯曲成理想形状的灯封壳。
12.如权利要求11所述的灯，其特征在于，所述灯封壳包括至少两个由U型弯曲段连接的支腿段，所述蓝光晕型磷光体的平均颗粒尺寸为约8.60微米。
13.如权利要求12所述的灯，其特征在于，所述钙黄卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约11.3微米。
14.如权利要求13所述的灯，其特征在于，所述暖白光型细粒的平均颗粒尺寸为约4.62微米。
15.一种用于低水银消耗荧光灯的磷光体混合物，包括(1)蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米；(2)钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米；以及(3)细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体。
16.如权利要求15所述的磷光体混合物，其特征在于，所述蓝光晕型磷光体的平均颗粒尺寸为约8.60微米。
17.如权利要求15所述的磷光体混合物，其特征在于，所述钙黄卤代磷酸钙磷光体的平均颗粒尺寸为约11.3微米。
18.如权利要求15所述的灯，其特征在于，所述暖白光型细粒的平均颗粒尺寸为约4.62微米。
19.一种用于低水银消耗荧光灯的磷光体混合物，包括(1)约占18％重量的蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6-约10微米；(2)约占41％重量的钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0-约13微米；以及(3)约占41％重量的细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体，所述磷光体混合物给灯提供了一种冷白光色。
全文摘要
本发明提供了一种低水银消耗电灯，它具有一层发光材料，该发光材料包括一种源自下列混合物的磷光体蓝光晕型卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约6.6－约10微米；钙黄卤代磷酸钙磷光体，其平均颗粒尺寸为约9.0－约13微米；以及细粒暖白光型卤代磷酸钙磷光体，优选其平均颗粒尺寸为约4.62微米。
文档编号H01J1/63GK1685468SQ03823109
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年9月27日
发明者G·A·西盖, S·高希, D·C·内斯廷, B·A·卡特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司