一种发光药丸及无汞石英金属卤化物灯的制作方法

文档序号:8341095阅读:559来源:国知局
一种发光药丸及无汞石英金属卤化物灯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电光源领域,具体地说,涉及一种发光药丸及封入该发光药丸的无汞 石英金属卤化物灯。
【背景技术】
[0002] 目前市场上的石英金属卤化物灯即石英金卤灯,绝大多数都含有稀有气体、金属 卤化物(以下简称"金卤物")和汞。稀有气体一般为氩气或者氙气,其作用是保证金卤灯 能在较低电压下启动,所形成的电弧将加热电弧管管壁的温度到800°c以上,这将促使凝结 在管壁上的汞与金卤物的迅速蒸发,从而使金卤灯进入到稳定的高压气体放电阶段。
[0003] 金卤灯制备过程中,金卤物是以球丸形式添加入灯体中,因此常称为发光药丸 (即金齒丸)。金齒丸是决定金齒灯光学性能的重要因素之一。金齒丸成分一般为一种或 几种金属碘化物或溴化物的混合物,其中钪-钠系列发光金卤丸是一种常用的日光色发光 金卤丸。在石英金卤灯中,钪-钠系列发光金卤丸在灯的寿命后期,灯的光色变化很大,其 显色指数较低,影响使用效果。此外,电弧管会发生腐蚀,从而影响到金卤灯的寿命。
[0004] 在金齒灯正常工作时,金齒物是发光的主要材料,萊与稀有气体在金齒灯所发射 的可见光光谱中,所占的比例较低。汞作为缓冲气体可以维持金卤灯在较高的管压下工作, 同时汞的存在提高了电极间电压(工作电压),在功率维持不变的情况下,减小了电流,从 而能有效减少电极飞溅,这将提高金卤灯的寿命和光效。但是汞是一种有害物质,常温下其 蒸汽压较高,吸入人体后将长期积存在人体器管中,影响人体的各种功能的正常运行,严重 危害人体健康,同时在制造含汞金卤灯时,由于有必须注入汞的工艺步骤,所以制造成本也 有所增加。近年来,全球制定了一系列限制或者禁止利用含汞产品的法律法规。因此,无汞 金卤灯的研制也越来越得到研究者的重视。
[0005] 与含汞金属卤化物灯相比,现有的无汞金属卤化物灯表现出低的工作电压和光 效。在无汞金卤灯中,仅仅通过提高稀有气体的压力,也可以使金卤灯进入工作状态。但这 样的金卤灯管压较低,要想维持一定的功率,必然要在较高的电流下工作,这将加速电极的 热损耗,电极飞溅,电弧管发黑,从而降低了金卤灯的寿命。另外,由于氙气的电离能很高, 约为12ev,为了使金卤灯进行高压气体放电,必然需要很高的启动电压,这也增加了金卤灯 的生产成本。

【发明内容】

[0006] 为了解决上述问题,本发明的目的提供一种发光药丸,及在电弧管内封入该发光 药丸且不封入汞的情况下,提供一种发光效率高和显色指数高的无汞石英金属卤化物灯。
[0007] 本发明中所述的无汞石英金属卤化物灯的发光药丸,主要是由发光金卤物和缓冲 金卤物络合形成,该发光金卤物由钪的溴化物或碘化物、钠的溴化物或碘化物、以及钙的溴 化物或碘化物组成,该缓冲金齒物由铈的溴化物或碘化物和铟的溴化物或碘化物组成。
[0008] 优选地,所述的发光药丸由碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟络合而成。
[0009] 优选地,所述的钪的溴化物或碘化物、钠的溴化物或碘化物、钙的溴化物或碘化 物、铈的溴化物或碘化物和铟的溴化物或碘化物的质量比为〇. 6~2. 2 :4~12 :2~5 :5~ 10 :2 ~6。
[0010] 优选地,所述发光药丸的直径为0. 5~0. 8mm。
[0011] 优选地,所述发光药丸的组分及含量选自下列配比中的一种:
[0012] (1)碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟的质量比为1. 64 :8. 4 :3 :5 :2 ;
[0013] (2)碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟的质量比为1. 64 :8. 4 :3 :8 :4 ;
[0014] (3)碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟的质量比为1. 64 :8. 4 :3 :10 :6 :
[0015] (4)碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟的质量比为0. 6 :4 :2 :8 :4 :
[0016] (5)碘化钪、碘化钠、碘化钙、碘化铈和溴化铟的质量比为2. 2:12:5:8:4;
[0017] (6)溴化钪、溴化钠、溴化钙、溴化铈和碘化铟的质量比为1.64 :8. 4 :3 : 8 : 4。
[0018] 同时本发明提供了一种无汞石英金属卤化物灯,包含电弧管以及封于该电弧管内 的发光药丸,该发光药丸为上述任一项所述的发光药丸。
[0019] 优选地,所述无萊石英金属卤化物灯封入氣气,封入压力为500~900kPa。
[0020] 优选地,所述无萊石英金属卤化物灯的额定功率设定为20~60w,电弧管的内部 体积为〇. 02~0.lcm3。
[0021] 与现有技术相比,本发明的有益效果包括:通过加入钙的溴化物或碘化物,不但 提高了无汞石英金属卤化物灯的发光效率和延长了使用寿命,而且能够增加其显色指数和 色温的稳定性;通过选择发光药丸的组分和配比,然后进行络合,形成的发光药丸熔点低, 蒸汽压和纯度高,表面无杂气,将该发光药丸封入无汞石英金属卤化物灯,其发光效率大于 82,显色指数大于80。
【附图说明】
[0022] 图1为无汞石英金卤灯结构示意图。
[0023] 图2为电光源快速光色测试系统。
[0024] 其中,附图标记说明如下:
[0025] 1 :电弧管
[0026] 2 :电弧管袖管
[0027] 3 :电极棒
[0028] 4 :钥箔
[0029] 5 :银管
[0030] 6 :填充物
【具体实施方式】
[0031] 下面对本发明的特征及内容作进一步的说明,然而该说明并非对本发明进行限 制。
[0032] 本发明以适用于额定功率为20~60w的小功率无汞石英金属卤化物灯为实施例, 其结构如图1所示。该无汞石英金属卤化物灯包括具有空腔的石英电弧管1、封闭电弧管 两端的电弧管袖管2、一对电极棒3 (主要成分为钨)、两钥箔4、两铌管5、以及容纳于电弧 管1空腔内的填充物6。电极棒3 -端伸入电弧管1空腔内,另一端与钥箔4电连接;银管 5 -端电连接钥箔4,另一端供与外界电连接。电极棒的尺寸以及电弧管的大小可以根据金 卤灯的不同功率而设计,例如本实施例中20~60w的小功率无汞石英金卤灯的电弧管内部 体积 0? 02 ~0?lcm3。
[0033] 在无汞石英金属卤化物灯中,电弧管内的填充物通常包括气体和发光药丸,发光 药丸主要是由发光金卤物和缓冲金卤物络合形成。
[0034] 本发明实施例中,气体为稀有气体,稀有气体可以是已知技术中使用的稀有气 体或其混合气,例如氦气或者氣气,本发明优选氣气,氣气室温下在电弧管的压强优选为 500~900kPa。经发明人深入研究发现:与更低压强相比,选用500~900kPa的氙气,可以 提高金齒灯的工作电压,降低其电流,这样可以减少电极的热损耗和电极飞溅,从而延长金 卤灯的使用寿命,同时与在更高压强下封装产品相比,在此压强下封装产品,不需要特别复 杂的制作工艺,因此能够降低制造成本,且灯点亮后氙气和发光物质从电极和钥箔泄露出 去的可能性减小。
[0035] 在制灯设备、制灯工艺及电弧管几何尺寸确定之后,制灯材料至关重要,其中发光 药丸的组分及配比严重影响金卤灯的发光效率、显色指数及相对色温。在本发明的实施例 中,发光药丸包括发光金卤物和缓冲金卤物,其中发光金卤物是指起主要发光作用的金属 卤化物(通常这些金属原子具有自身的特征谱线),缓冲金卤物主要是指起到辅助提高蒸 汽压等作用的金属卤化物,其例如满足下面条件:金属元素的电离能处于5~10ev之间,并 且在金卤灯正常工作时,其蒸汽压大于l(T5atm。
[0036] 对于现有技术的钪-钠系列石英金卤灯在灯的寿命后期光色变化大、显色指数 低、影响使用效果的现象,经发明人研究发现,此现象主要是由于钠原子不断向石英管渗 透,导致灯的相对色温有不同程度上升,进而导致灯的光色变化很大,其显色指数较低,影 响使用效果。对于现有技术的钪-钠系列石英金卤灯电弧管发生腐蚀的现象,经发明人研 究发现,此现象主要是由于部分金卤物沉积在电弧管的冷端,这不仅降低色温、带来颜色漂 移,而且对电弧管带来一定的腐蚀,从而影响到金卤灯的寿命。
[0037] 本发明实施例中,发光金卤物优选为钪的溴化物(ScBr3)或碘化物(Scl3)、钠的 溴化物(NaBr)或碘化物(Nal)、和钙的溴化物(CaBr2)或碘化物(Cal2)的组合,缓冲金卤 物为铈的溴化物(CeBr3)或碘化物(Cel3)、以及铟的溴化物(InBr3)或碘化物(Inl3)的组 合。以上各组分含量按平均单位电弧管内容积计,可以采用已知技术中通常使用的添加量, 本发明中各组分可以是如下范围:钪的溴化物或碘化物为〇. 6~2. 2mg/cm3,钠的溴化物或 碘化物为4~12mg/cm3,钙的溴化物或碘化物为2~5mg/cm3,铈的溴化物或碘化物为5~ 10mg/cm3,铟的溴化物或碘化物为2~6mg/cm3。
[0038] 在本发明上述实施例的发光药丸中,经发明人研究发现:钙的溴化物或碘化物的 加入,有利于卤钨循环。在发光金卤物含有CaBr2*CaI2的金卤灯工作时,电极棒的钨原子 从电极热端挥发蒸发出来的钨原子向管壁方向扩散过程中和金卤丸中分解出来的卤素原 子在管壁附近结合,形成挥发性的卤化钨,由于卤化钨是一种不稳定的化合物并且管壁具 有相当高的温度,因此卤化钨不会附着在管内壁上,卤化钨从管壁附近向电极棒方向扩散 移动时,遇高温后又重新分解成卤素蒸汽和钨,钨在电极棒上沉积,弥补挥发掉的部分,如 此循环形成卤钨循环,钙的存在能够促使钨原子在管壁附近与卤素原子结合,从而减少和 阻止钨原子到达管壁上,使钨原子不会沉积在电弧管内壁上,这样就避免了电弧管的黑化, 不但提高了光效和寿命,而且增加显色指数和色温的稳定性。
[0039] 本发明实施例中,作为缓冲金卤物,铈的溴化物或碘化物和铟的溴化物或碘化物, 其金属元素铈和铟的电离能均处于5~10ev之间,并且在金卤灯正常工作时,其蒸汽压大 于l(T5atm,这将有利于金卤灯管压的提高,从而使金卤灯在维持一定的功率下工作时,电流 较低,从而降低了电极的热损耗,提高了金卤灯的寿命。
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