专利名称：具有带涂层内部线以改进流明维持率的低压放电灯的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及具有改进的流明维持率的低压放电灯。具体来说，本文中的一些实施例涉及具有带有难熔纳米粒子的涂层的内部引入线的低压放电灯。
背景技术：
许多已知的荧光灯利用低压缓冲汞放电来产生紫外光，紫外光通过磷光体涂层转换成可见光。汞蒸汽一般是许多常规荧光灯成功且有效操作所需要的。但是，为了增强环境顺应性，一直不断地努力以减少每个灯的汞的量。一些新的灯设计可能要求在大约每个灯Img或更少的范围中的汞水平的限制下完成任务。要实现这个方面，重要的是确保灯组件以与气体填充物中的汞的最小反应来完成任务，以便降低汞与灯的其它组件的结合。这可能导致过早的灯故障。通常，由于汞与电极组件之间的相互作用，灯电极可能充当汞结合的地点。此外，在灯工作期间，电极可能遭受其发射混合物的溅射，从而在灯壳体的内部上形成沉积物，这些沉积物可能结合附加的汞。以交流工作的荧光灯的电极交替在阳极和阴极模式中起作用。由于荧光灯中到电极引线的阳极电流通道，下列情况可能发生末端变色、汞损失和灯故障。特别是随着越来越强调更长的使用寿命规格和灯中更低的汞含量，这会有问题。仍然希望开发和实现克服上述问题的低压放电灯。
发明内容
本发明的一个实施例针对一种低压放电灯，其中包括透光壳体、密封在透光壳体内部的能够维持放电的填充气体成分以及至少部分设置在壳体内的一个或多个管座。间隔开的引入线从一个或多个管座延伸，并且电极在引入线之间延伸。涂层设置在引入线的至少一部分上，该涂层包括难熔纳米粒子。本发明的另一个实施例针对一种荧光灯，其中包括透光壳体、密封在透光壳体内部的能够维持放电的填充气体成分以及至少部分设置在壳体内的一个或多个管座。间隔开的引入线从一个或多个管座延伸，并且发射电极在引入线之间延伸。此外，涂层设置在引入线的至少一部分上，该涂层包括难熔氧化物纳米粒子，其中难熔氧化物纳米粒子具有小于大约70nm的中等原始粒子尺寸，并且其中涂层具有从大约0. 5微米至大约10微米的厚度。通过以下详细描述，将会更好地理解本发明的其它特征和优点。
现在参照附图更详细地描述本发明的实施例。图1是按照本发明的一个实施例的典型荧光灯的示意剖面图示。图2A和图2B分别是按照本发明的实施例的灯与控件相比的流明维持率和末端变色的图表。图3A和图;3B分别是按照本发明的实施例的其它灯与控件相比的流明维持率和末端变色的图表。
具体实施例方式按照实施例，本发明一般涉及诸如荧光灯之类的低压放电灯。在包括汞荧光灯、低剂量汞、超高输出荧光和无汞低压荧光灯的各种灯中利用本文所公开的涂层和方法，预期落入本公开的范围之内。这类荧光灯的示例包括型号为T8、T5、T12、F32T8等等的线形荧光灯，或者可包括紧凑型荧光灯(CFL)。一般来说，低压放电灯将包括至少一个透光壳体，它能够由玻璃质(例如玻璃)材料和/或陶瓷或者允许透射至少一些可见光的任何适当材料来制成。这些灯将包括密封在至少一个透光壳体内部的能够维持放电的填充气体成分。通常，低压放电灯将包含能够通过电子发射来激发放电的至少一个电极。按照本发明，灯将包含至少部分设置在壳体内的一个或多个管座，从一个或多个管座延伸间隔开的引入线。上述至少一个电极将在引入线之间延伸。一般来说，管座可用于机械支撑电极和引入线，也可用于封闭地密封壳体。通常，管座可以是电绝缘的，并且一般可由具有与壳体相容的热膨胀系数的材料来构成。在一些实施例中，管座可以是玻璃“管座夹(stem press)”，它包括用于密封连接到电极的间隔开的引入线的玻璃夹紧密封件。弓丨入线可与电流源电相通，以便激励灯。一般来说，这可通过下列步骤来实现将各引入线的内部部分(即，在壳体内部的部分)通过管座延伸到壳体的外面上与导电管脚 (优选金属的)电相通的引入线的外部部分。如本领域中按常规已知的那样，低压放电灯可由可用于调节灯的操作的镇流器和/或电子电路来提供。按照本公开，包括难熔纳米粒子的涂层将设置在引入线的至少一部分上。一般来说，下列参数中的至少一个将经过适配或选择，以便有效地在操作时抑制低压放电灯的末端变色，和/或在低压放电灯的使用寿命期间提高流明等级的维持率(1)涂层中使用的难熔纳米粒子的成分；(2)难熔纳米粒子的尺寸；(3)涂层的厚度；以及(4)引入线上的涂层的位置。对于其中填充气体成分包含Hg的灯，涂层中使用的难熔纳米粒子的成分、难熔纳米粒子的尺寸、涂层的厚度和位置也可经过适配，以便抑制填充气体中的汞的消耗。这种涂层可使汞的消耗(由例如与引线的汞反应引起)最小化，并且可使末端附近的荧光灯内部灯泡壁上的黑色沉积物的形成最小化。本公开中所述的用于引入线的涂层能够显著减小灯末端的汞损失，因而延长使用寿命或者降低每个灯所需的初始汞水平。在一些实施例中，这类难熔纳米粒子可具有胶质范围之内的尺寸。在一些实施例中，这类难熔纳米粒子可具有小于大约500nm的中等原始粒子尺寸，或者更具体来说，具有小于大约70nm、优选地从大约IOnm至大约70nm的中等原始粒子尺寸。本领域的技术人员一般已知，原始粒子直径及其分布能够通过作为粒子分析的标准方法的TEM(透射电子显微术)来分析。它提供不同的相关尺寸参数，例如原始粒子直径、集料和聚团尺寸。另外， 又如一般已知的，原始粒子尺寸分布能够通过大量粒子的统计评估来准确地确定。一些适当的难熔纳米粒子可包括难熔氧化物纳米粒子，比如难熔金属(或非金属)氧化物纳米粒子。例如，用于难熔氧化物纳米粒子的适当材料的非限制性列表可包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、硅石、氧化锌以及它们的组合等等。按照本公开的实施例，包含难熔纳米粒子的涂层可具有从大约0. 5微米至大约10 微米、或者更严密地说、从大约1微米至大约5微米的厚度。本公开的实施例可有利地采用清澈、密集和均勻的涂层，但是这并不总是要求的。一般来说，涂层将为绝缘的或电介质。 与引入线的一些先前已知涂层对比，按照本发明的实施例的引入线的涂层可同时更薄(例如，小于大约10微米厚)，并且由更小原始粒子(也就是说，具有例如小于大约500nm的中等原始粒子尺寸的纳米粒子)组成。在一些实施例中，难熔纳米粒子的涂层可设置在位于壳体内部的管座与电极之间的内部引入线的实质上整个表面上。也就是说，可从管座夹直到并且可能包括夹持电极的 “钩”来涂敷整个内部引线。备选地，涂层可实质上仅设置在所述内部引入线的钩区域上，但这一般是不太优选的。引入线的涂层可通过各种涂敷工艺中的任一个或多个来执行。在实施例中，涂层材料能够作为例如浆、悬浮液或溶液以液相来施加。在这类实施例中，可适当采用诸如静电喷涂、刷涂、浸渍、喷涂、浇注、滚压、旋涂、层压、注入、流涂、刮刀涂布、喷洒或者上述各项的组合等等的涂敷方法。在其它实施例中，引入线的涂层材料可通过诸如基于等离子体喷射的沉积、化学汽相沉积等等的汽相沉积方法来施加。引入线的涂层可在金属电极(例如钨线圈)被夹持或者以其它方式支承在引入线之间之前或之后来施加。但是，引入线可在电极或导线制造中的任何阶段来涂敷。一种便利方式是在将引入线安装在管座中之后、但在连接发射电极之前将涂层施加到引入线。按照本发明的实施例，引入线可包括从NiJe及其组合等等中选取的金属。例如， 引入线中的至少一个可以是Ni和狗的金属组合，比如镀Ni的铁。备选地，引入线可由涂 (或电镀)有附、狗及其组合中的至少一种的另一种金属(例如铜)组成。如上所述，按照本发明的低压放电灯将包括至少一个电极。这种电极常常安装在所述引入线上，例如纵向设置(例如夹持)在所述引入线之间。电极通常将包括电极基体， 其中包括从由WJa、Pt、Th、Ti、Ni、V、Hf、Nb、M0、Zr、Re及其组合和合金等等所组成的组中选取的金属材料。电极基体可具有任何预期形状。它可以是一维的、二维的或三维的或者多达大约3的任何适当分数维。一维基体的适当示例是线形灯丝，非线形灯丝，诸如圆形灯丝、椭圆形灯丝、螺旋灯丝等等。可适当采用包括钨灯丝基体的螺旋电极。重要的是，电极应当用作发射电极，例如热离子发射。要促进这个方面，除了金属基体之外，发射电极还包括电子发射材料。在一些实施例中，电子发射材料可包括Ba、Sr和Ca中的一种或多种，诸如Ba、Sr和/或Ca的一种或多种氧化物。可存在于与这类发射材料的混合物中的其它物质包括金属材料、金属氧化物、混合金属氧化物、金属合金、铁电材料等等中的一种或多种。可包括灯的放电填充物的材料的一些非限制性示例包括从由Hg、Na、Zn、Mn、Ni、 Cu、Al、Ga、In、Tl、Sn、Pb、Bi、Ti、V、Cr、Zr, Nb、Mo、Hf、Ta, W、Re、Os、Ne、Ar、He、Kr、Xe R 其组合和化合物等等所组成的组中选取的至少一种材料。在一个实施例中，灯中的放电填充材料包括汞。在另一个实施例中，灯中的放电填充材料是无汞的。具体来说，在期望实质上无汞的放电填充物的情况下，放电填充物可包括从由卤化镓、卤化锌和卤化铟等等所组成的组中选取的至少一种材料。填充物将在任何有效压强下存在，例如有效维持低压放电的压强，这是本领域的技术人员能够易于确定的。一些适当压强可包括从大约0. 1至大约 30kPa的总填充压强，其它值也是可能的。一般来说，按照本发明的实施例的低压放电灯将具有在所述透光壳体上、例如在所述透光壳体的内表面上携带的至少一种磷光体成分。一般众所周知，磷光体成分将从放电发出的电磁辐射转换为通常较低能量的预期波长。在其中灯具有多个壳体的实施例中， 其上设置有磷光体成分的透光壳体可以是内部壳体。现在更具体地参照附图，图1中示出具有抽空的电磁能量透射壳体11的典型线形荧光灯10的剖面示意图。在图1的实施例中，壳体11的内表面具有携带至少一种磷光体成分13的氧化铝层12。具体来说，此图示出管座1，它封闭地密封壳体11，并且内部引入线 2和2’从管座1延伸。在钩区域3和3’，安装螺旋发射钨电极4。至少在钩区域3和3’与内部引入线2和2’自管座1突出的点之间的部分中，沉积按照本发明的实施例的涂层(未具体示出)。内部引线2(以及2’ )与外部引线15电相通，外部引线15通过底座14延伸到与管脚16相通。采用按照本发明的实施例的涂层来涂敷引入线可实现若干关键灯操作改进。防止在引入线上直接出现阳极电流可防止加热线，其中具有诸如拉制钢线之类的普通线的气体杂质的对应释放。另外，通过迫使电流经过电极部件的金属(例如钨)部分，发射(阴极半周期)可以更有效，从而在阴极周期中起作用时改进发射率。通过在金属引入线上提供适当密集的惰性涂层，使与汞蒸汽反应的趋势最小化。因此，本发明的实施例的目标可改进钨电极操作的操作效率，使引线的加热和除气最小化，并且使Hg与引线反应最小化。本公开中提出的引入涂层以最小成本增加在电极操作中提供明显的改进。本公开中要求保护的电极引线涂层提供一种降低荧光灯的末端区域中的汞消耗的实用方法。为了促进进一步理解本发明，提供如下示例。这些示例是说明性的，而不应当被解释为对要求保护的发明的范围的任何种类的限制。示例示例 1制备各种纳米尺寸的氧化物粒子的溶液或溶胶悬浮液。被测试的氧化物是氧化铝、氧化钇、氧化锆和硅石。这些类型的纳米尺寸的氧化物粒子是众所周知的并且一般可在市场上找到，或者能够通过常规方法来制备。能够得到或制作它们的一些适当形式包括胶质溶液和溶胶悬浮液。这些粒子扩散在包含用于增强扩散的痕量级的挥发性添加剂(氨或乙酸)的水中。更详细来说，氧化钇纳米粒子的溶液/溶胶通过下列方法来制备。最初，制备去离子水(60wt% )、细碎分割的氧化钇(39wt% )、乙酸和非离子 nonylphenylethoxylate-type 的表面活性剂(IGEPAL C0530, Rhodia, Inc.的商标名)的混合物。表面活性剂浓度大约为IOOOppm(表面活性剂(mg)/涂层溶液(升))。表面活性剂能够降低表面张力，并且帮助湿润金属线。该混合物随后在珠磨机中碾磨，以便取得氧化钇在水/表面活性剂溶液中的完全扩散。扩散以有效提供适当应用粘度的方式来稀释，并且当涂敷引入线时取得大约1微米厚的表面覆盖。可用弱碱来代替乙酸，以便在需要时对于诸如SW2或ZiO2之类的其它纳米粒子取得更高pH。非离子和离子的许多其它类型的表面活性剂能够被选择用于表面张力减小。以相似方式来制备氧化铝、氧化锆、硅石和混合物作为纳米粒子溶胶。示例 2在这些示例中，使用刷涂或喷涂工艺把纳米尺寸的氧化物粒子扩散施加于电极内部引线，以便覆盖从玻璃管座到夹持钨电极的夹具的实质上整个内部引入线。注意不要将涂层施加到钨电极的导电部分(夹具之间)，但是在这些示例中，将涂层施加到从夹具区域外部突出的多余钨线圈。涂层被风干，而无需烘烤或其它热处理。所产生的涂层是清澈、密集和均勻的。一般来说，通过这些方法，可得到厚度在100-5000nm之间变化的涂层，但是最优选的是使用IOOOnm厚的涂层。示例 3对两组典型线形荧光灯(F32T8)进行测试，其中装配一组的六个灯，它们具有由示例1制作的纳米尺寸的氧化钇粒子所涂敷的引入线。涂层按照示例2的过程来完成。测试这些发明的灯，并且测试结果被标为“单元C”。为了比较参考，装配六个控制灯，这些灯在引入线上没有涂层，并且从测试这些无涂层灯得出的结果被标为“单元A”。图2A是在8000个小时的使用之后各组灯的流明维持率的比较。能够看到，单元 A的具有无涂层引线的灯的平均SOOOh流明维持率是大约87%，而在相同条件下、但对于单元C所进行的流明维持率测试是大约90%。平均值在图2A中由方框图中间的点来表示。 数据集是非重叠的，表明改进的显著性。图2B是在8000个小时之后的灯的末端变色的比较。单元C再次表明末端变色(ED)方面的改进，具有如主观测试所裁定的大约16的平均 ED,与之相对比，单元A的无涂层灯的平均ED是大约25。荧光灯的末端变色的程度可由光学评级系统使用任意标度以数值来定量。提供包括视觉标准的详细过程，以便所培训的技术人员在使用寿命测试过程期间执行灯的末端变色读数。通常发现，当线形荧光灯达到使用寿命结束状态时，发现末端变色的程度处于大约 10-15的范围之内。更高的值指示灯设计或操作问题。具有“饱和”读数的完全变黑的末端评级为大约50。末端变色的一个非限制性原因可能是结合的汞，S卩，从填充物中损失并以某种形式沉积在壳体上的汞，这引起黑或变黑的外观。示例 4对两组典型线形荧光灯(F32T8)进行另一个测试，其中装配一组的八个灯，它们具有由纳米尺寸的氧化铝粒子(通过与示例1相似的方法来制备)所涂敷并且按照示例2 的过程来涂敷的引入线。测试这些发明的灯，并且测试结果被标为“单元B”。为了比较参考，装配八个控制灯，它们在引入线上没有涂层，并且从测试这些无涂层灯得出的结果被标为“单元D”。如在图3A和图;3B中分别看到的，与单元D的那些灯相比，3000h流明维持率和末端变色(ED)从单元B的发明的灯得到显著改进。本文所使用的近似语言可适用于修改可改变的任何定量表示，而没有引起它所涉及的基本功能的变化。因此，在一些情况下，通过诸如“大约”和“实质上”之类的一个或多个术语所修改的值可以并不局限于所指定的精确值。与量结合使用的修饰词“大约”包含所述值，并且具有上下文所规定的含义(例如，包括与特定量的测量关联的误差程度)。“可选”或“可选地”表示随后所述的事件或环境可能发生或者可能不发生，或者随后所标识的材料可能存在或者可能不存在，并且该描述包括其中事件或环境发生或者其中材料存在的情况，以及其中事件或环境没有发生或者材料不存在的情况。单数形式“一”、“一个”和“该” 包括复数指示物，除非上下文另加明确规定。本文所公开的所有范围都包含所述端点并且是独立可组合的。本文所使用的短语“适配成”、“配置成”等等指的是被确定尺寸、被设置或被制造以形成指定结构或者实现指定结果的要素。虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当易于理解，本发明并不局限于这类公开的实施例。相反，本发明可修改为结合
7前面没有描述的任何数量的变化、变更、替换或等效方案，但它们与本发明的精神和范围一致。另外，虽然已经描述本发明的各种实施例，但是要理解，本发明的各方面可以仅包含所述实施例中的一些。因此，本发明不要看作受到以上描述的限制，而仅由所附权利要求的范围来限制。还预计，科技的进步将使由于语言的不准确而现在没有考虑的等效方案或置换方案成为可能，并且这些变化在可能的情况下也应当被解释为由所附权利要求涵盖。作为新的而要求保护并且期望受到美国专利证书保护的是权利要求中记载的内容。配件表1 管座2，2’内部引入线3，3，钩区域4 螺旋发射电极10 线形荧光灯11 透射壳体12 氧化铝层13 磷光体成分14 底座15 外部引线16 管脚
权利要求
1.一种低压放电灯(10)，包括: 透光壳体(11)；密封在所述透光壳体(11)内部的能够维持放电的填充气体成分，以及至少部分设置在所述壳体(11)内的一个或多个管座(1)；从所述一个或多个管座(1)延伸的间隔开的引入线0，2’)，以及在所述引入线0，2’) 之间延伸的电极⑷；设置在所述引入线(2，2’ )的至少一部分上的涂层，所述涂层包括难熔纳米粒子。
2.如权利要求1所述的灯(10)，其中，难熔纳米粒子的成分、难熔纳米粒子尺寸和涂层的厚度被配置成抑制末端变色和/或提高流明维持率。
3.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述难熔纳米粒子具有小于大约500nm的中等原始粒子尺寸。
4.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述涂层具有从大约0.5微米至大约10微米的厚度。
5.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述难熔纳米粒子包括金属氧化物和非金属氧化物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述电极⑷是包括发射成分的螺旋金属灯丝。
7.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述引入线(2，2’)包括从Ni、i^e及其组合中选取的金属。
8.如权利要求1所述的灯(10)，其中，所述引入线0，2’)是内部引入线(2，2’)，并且其中，所述涂层设置在所述壳体(11)内部的所述管座(1)与所述电极(4)之间的所述内部引入线(2，2’ )的实质上整个表面上。
9.一种荧光灯(10)，包括 透光壳体(11)；密封在所述透光壳体(11)内部的能够维持放电的填充气体成分，以及至少部分设置在所述壳体(11)内的一个或多个管座(1)；从所述一个或多个管座(1)延伸的间隔开的引入线0，2’)，以及在所述引入线0，2’) 之间延伸的发射电极⑷；设置在所述引入线0，2’)的至少一部分上的涂层，所述涂层包括难熔氧化物纳米粒子，其中，所述难熔氧化物纳米粒子具有小于大约70nm的中等原始粒子尺寸，并且其中， 所述涂层具有从大约0. 5微米至大约10微米的厚度。
10.如权利要求9所述的灯(10)，其中，所述难熔氧化物纳米粒子包括从氧化铝、氧化钇、氧化锆、硅石、氧化锌及其组合所组成的组中选取的至少一种。
全文摘要
本发明名称是“具有带涂层内部线以改进流明维持率的低压放电灯”。本文公开一种具有设置在内部引入线(2，2’)的至少一部分上的涂层的低压放电灯(10)，其中涂层包括难熔的纳米粒子。具体来说，本文还公开具有设置在内部引入线(2，2’)的至少一部分上的涂层的荧光灯(10)，涂层包括具有小于大约70nm的中等原始粒子尺寸的难熔氧化物纳米粒子，厚度是从大约0.5微米至大约10微米。所公开的优点可包括减少了在灯的使用寿命中末端变色，提高了流明维持率和抑制了汞消耗。
文档编号H01J61/36GK102315077SQ20111015210
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者J·B·詹斯马 申请人:通用电气公司