专利名称：汞减少的荧光色调灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及低压汞蒸汽灯，如众所周知的具有带荧光物质涂层的灯壳，更具体涉及在氧化铝预涂层上带有4种荧光物质的涂层。
背景技术：
低压汞蒸汽灯，及更广为人知的荧光灯有充有汞和稀有气体的灯壳，以在工作时保持放电气体。由气体放电发射的射线主要在光谱的紫外线(UV)区域中，只有少部分在可见光光谱内。灯壳的内表面有经常是由多种荧光物质混合物构成的荧光物质涂层，当紫外线照射荧光涂层时它发出可见光。
由于耗电减少使荧光灯应用增加。为进一步减少耗电，需要提高荧光灯的效率，荧光灯时效率指发光效率，它是有效光输出与供给灯的能量之比，以每瓦流明计算(LPW)。
因此，需要更有效和寿命更长的荧光灯，但是，向灯中引入超量的汞可使灯的寿命长达20000小时以上。由于灯的不同构件，例如玻璃封壳，荧光物质涂层和电极必会消耗，灯中的汞，但是不希望这种汞用量增大，因为汞会污染环境。因而，需要减小汞消耗量，且不会减少灯的寿命。
为了提高效率和降低汞消耗而不减少灯的寿命，用不同的荧光物质混合物形成荧光涂层。并在荧光涂层与玻璃封壳间设金属氧化物层。金属氧化物层将紫外线(UV)向后反射到荧光涂层，经过它把已经通过的UV射线转变成可见光这提高了荧光物质的利用率和增大了光输出。通过减少粘附在灯管部分的汞量，金属氧化层能减少汞耗。
要求的荧光灯特性包括高亮度和高颜色再现性。称作“色调(Colortone)”灯的荧光灯属于有高颜色再现率(CRI)的光源系列。这些特别的荧光灯用于减轻季节性紊乱，和各种颜色再现特性很关键的某些特定领域。例如这些色调荧光灯广泛用于博物馆，花店，摄影棚以及牙医和医生办公室。
色调灯50具有5000K的相关色温，有高于90的高CRI.。诸如美国国家标准局(ANSI)和国际标准化组织(ISO)等组织颁布了CRI规定的最小值和灯的其它规范标准。对于色调灯50，ANSI和ISO标准要求CRI必须在90以上。ISO标准还要求单独的颜色再现率R1-R8在80以上。常规的色调灯50采用高汞耗的荧光物质制成，且不牺牲灯的寿命不可能通过TCLP(毒性特性浸出过程)测试。
特别是，常规的荧光色调灯50是用锶镁荧光物质(Sr·Mag)，即(Sr，Mag)3(PO4)2Sn，和锶氟代荧光物质(锶，蓝)即，Sr10(PO4)6F2Sb，两种荧光物质混合物构成的。Sr.Mag在光谱的红光区很富裕，锶·蓝构成色调灯50的蓝色特征。
这两种荧光物质组合在可见光区域中形成大于90的高颜色再现性的宽频谱。但是，这些荧光物质混合物有损汞耗。特别是Sr.Mag有最高汞耗，它的高百分率使得常规的色调灯50不符合TCLP规定。
因此，需要有能通过TCLP的高CRI和减少汞量的荧光色调灯发明内容本发明的目的是提供有高CRI和汞耗减少的荧光灯。
为实现上述的和其它的目的，提供一种电灯，它有带内表面的封壳和至少一个电极，如设在封壳两端的两个电极。电极输送电力以在充有汞和充电保持气体的封壳内产生紫外辐射。封壳的内表面预涂有金属氧化物层，如氧化铝层，以将紫外线向后反射到封壳内。
氧化铝上形成荧光物质层，以把紫外线转变成可见光。用于5000k色调灯的荧光层是4种荧光物质的混合物，即发蓝光的蓝卤代荧光物质(BH)，发红光的氧化钇(YOX)，3000K-发光的钙卤代荧光物质，也叫暖白(WW)和发绿光的硅酸锌(ZS)的混合物。
通过参考下面结合附图对本发明优选实施例进行的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得更清楚。附图中相同的数字指示相同的元件；其中图1示出按本发明的色调荧光灯；图2示出按本发明的5000K色调荧光灯的颜色验收标准；图3示出按本发明的5000K色调荧光灯的发射光谱。
具体实施例方式
图1示出低压汞蒸汽放电灯或荧光灯100，它有密封包封放电空间107的细长外封壳105。图1所示的灯100是管形灯，其长度最好约为0.5至8英尺，工作电流为0.160-1.500安培，灯功率约为4.0-215瓦。但是该灯可以是小型荧光灯，该灯可以有其它参数和其它形状，如U形，或环形，或其它要求的任何形状。
图示的灯100在其每一端有常规电极构件110，它包括例如由钨构成的灯丝115。电极构件110可以只设在一端，特别是对小型荧光灯，电极构件110可以只设在一端。电极构件110不是本发明的实质，其它构件也能用于灯操作，以在放电空间107中产生和保持放电。例如，位于放电空间107外的线圈可用于在放电空间内产生交变磁场，用来产生和保持放电。
再看图1所示的灯100，电极构件110的灯丝115支撑在导电引线丝120上，导电引线丝120穿过在灯100的灯头135附近的安装柱130一端设置的玻璃压封条125。引线120经导电馈电装置150连接到固定在灯100的相对端的各灯头135附近的针形接头140。
中心引线丝160从每个安装柱130穿过每个压封条125，以支撑位于灯丝115周围的阴极环170。只在一个安装柱130的阴极环170上夹有配有汞的玻璃容器180。另一安装柱上无汞容器，但是，阴极环170可设在它的灯丝115周围，图1中为了显示灯丝115而没画阴极环。
金属丝190绷紧在汞玻璃管盖180上。金属丝190在高频电磁场中感应加热，以切开容器180，使汞释放进封壳105中的放电空间107中。
用封壳105包围的放电空间107充有能离子化的保持放电的填充气体，它包括在低压下的诸如氩气，或氩气和其他气体的混合气体的惰性气体。在灯工作期间惰性气体和少量的汞维持电弧放电。灯100工作期间，当电极110经接触脚150电连接到有预定的供能电位的电源，在封壳105内的电极110之间保持气体放电。气体放电产生紫外线(UV)辐射，紫外线通过图1中标号210所示荧光层转换成可见光。
特别是，外封壳105的内表面预涂有金属氧化物单层，例如Al2O3200，在它上面形成荧光物质层210。氧化铝预涂层200向后反射紫外线到荧光物质层210，通过它把已经通过的紫外线转换成可见光，这能提高荧光物质利用率和提高光输出。通过减少汞扩散进玻璃灯壳105中，铝预涂层也可以减少汞耗。玻璃安装柱130和压封条125也可以涂氧化铝预涂层215，以减少粘接到玻璃安装柱130和压封条125上的汞，以进一步减少汞耗。
为了能在灯壳105内表面上施加荧光层，按通用方法施加悬浮液形成氧化铝预涂层200，例如，氧化铝悬浮在水基溶液中，用该溶液向下冲洗灯管或灯壳105，溶液流过灯壳内表面直至溶液从另一端流出为止。在干燥室内干燥溶液之后，用相同的方式施加荧光物质涂层210并烧结或烘烤一定时间。
用公知方法，如用有悬浮的氧化铝的水溶液涂覆玻璃安装柱130和压封条125，之后，干燥和烧结，以在玻璃安装柱130和压封条125上形成氧化铝预涂层215。
就按本发明的5000K的色调荧光灯而言，色温约是5000K即绝对温度(5000K)，荧光物质涂层210包括4种荧光物质混合物。荧光物质混合物包括用Sb激活的发蓝光的蓝卤代荧光物质(BH)，即Ca10(PO4)6F2Sb；和用Eu激活的发红光的氧化钇(YOX)，即Y2O3Eu；3000K发光的用Sb，Mn激活的钙卤代荧光物质，即Ca10(PO4)6(F，Cl)2Sb，Mn，也叫暖白(WW)；和用Mn激活的发绿光硅酸锌(ZS)，即Zn2SiO4Mn。
有这4种荧光物质混合物的5000K色调灯的亮度比有Sr·Mag和锶·蓝的荧光物质混合物的常规色调灯50的亮度高。特别是，5000K色调荧光灯能发出约2500流明的光，能满足ANSI和ISO的颜色验收要求，如表1-2所示。
表1给出了按本发明的5000K色调荧光灯的4个样品C5000K-1至C5000K-4和常规色调灯50的100小时光度测试结果，表中所列的C50有Sr·Mag，和Sr锶·蓝荧光物质混合物。第3和4列表示X和Y色点坐标；第5列表示相关的色温(CCT)；第6列表示测试灯样品的流明值。
表1
尽管按本发明的5000K色调荧光灯样品C5000K-1至C5000K-4的亮度输出高于常规灯C50的亮度输出。关键因素是XY色点坐标和CRI值。按ANSI标准，要求要求颜色再现率CRI或Ra必须在90以上，而按SIO标准只要求CRI＞90，而且，要求单独的专用颜色再现率R1-R8大于80。总的颜色再现率Ra是具体的颜色再现率Ri，例如R1至R8的平均值。总的CRI或Ra值接近100。具体的颜色再现率值Ri不同，表现出明显的色差变化。但是，Ra值从100减小时，Ri指数变化增大。通常最好的颜色再现率灯不仅有高CRI而且Ri的变化最小。
表2常规 本发明C50灯 C5000K灯X＝0.3498 X＝0.3487Y＝0.3654 Y＝0.3564Ra＝89.50 Ra＝92.00R1＝88.96 R1＝94.02R2＝90.80 R2＝98.16R3＝88.04 R3＝87.12R4＝90.80 R4＝87.12R5＝88.96 R5＝95.40R6＝86.66 R6＝98.62R7＝93.56 R7＝94.02R8＝88.50 R8＝81.60表2列出总的颜色再现率Ra，即CRI和专用颜色再现率R1至R8。从表2看出按本发明的5000K色调荧光灯的总颜色再现率Ra大于90，因此，能满足ANSI标准，具体颜色再现率R1至R8均大于80，因此，也满足ISO标准。
图2显示出5000K色调荧光灯的颜色验收标准，它有3级椭圆轨道，其中心为X＝0.345，和Y＝0.359，长轴约在0.341，0.353和0.349，0.365之间，短轴约在0.361，0.342和0.348，0.357之间。
图3中以实线画出按本发明的50000K色调荧光灯的发射频谱，以虚线画出常规色调荧光灯C50的发射频谱。
本发明的5000K色调荧光灯的四种荧光物质混合物允许灯100用氧化铝预涂层200来将封壳105与汞隔开，以减小汞耗。除氧化铝预涂层200外，荧光物质层210的汞耗小于其大它荧光物质层的汞耗，还能增大亮度。
用在UV氧化铝预涂层上的四种荧光物质混合物层代替常规灯的荧光物质层，能增大亮度和减小汞耗。特别地，表1-2中列出的用于获得100小时的光度测试结果的灯是F40T12，它是4英尺长的直管灯。所用原料荧光物质重量约是6.5±0.2克。反之，能明显减少4种荧光物质混合物层210的重量，例如约5.5-6.0克。因此，本发明的灯每英尺的荧光物质重1.375至1.5克。铝预涂层200的重量约为120至240mg。
表3列出了按本发明的5000K包调荧光灯C5000K的4种荧光物质混合物的具体组成，与常规50色调荧光灯C50相比，给出了近似的重量百分比。
表3
用约15至40mg的汞制造常规的4英尺色调灯。相反，本发明的色调灯用4种荧光物质混合物，其长度为4英尺，灯的寿命为20,000小时，所需的汞低于15mg，通常长度为8英尺以下的荧光灯需要的汞量约为3至8mg，例如4英尺长的灯需要的汞量约为4.4mg，而且，仍能保持较长的额定灯寿命和高亮度输出，如表1所示。就5000K灯而言，通常为2500流明。因此，本发明的灯每英尺需要的汞量约为1.0至1.1mg。
由于荧光物质210有优良的组分，以及UV预涂层200减少汞离子与玻璃封壳105的相互作用，和更有效地使UV射线向后反射进荧光层，所以，提高了光输出和减少了汞耗，以提高荧光物质的利用率，和增强可见光的产生率。
已特别详细地描述了本发明，但应了解，在本发明构思和发明范围内还会有各种改进。在解释所附权利要求书时，应了解词“包括”是指除权利要求书中所列的元件外不排除还有其它元件存在；
词“组成”是指除权利要求书中所列的那些元件外没有其它元件存在；在元件前面的词“一个”不排出存在多个这种元件；权利要求书中的标号不限制它的范围；几种“装置”可用同样的硬件或软件实施的结构或功能来代表。
权利要求
1.一种电灯(100)，包括封壳(105)，它有内表面并包封一定放电空间(107)，放电空间中充有重量在15mg以下的汞；至少一个电极(110)，用于在所述放电空间(107)内产生紫外线辐射；和在所述内表面上形成的荧光物质层(210)，以把所述紫外线辐射转变成可见光；其中，所述荧光物质层(210)配置成可以在约5000K的色温下提供至少是90的色再现率。
2.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述荧光物质层(210)由蓝卤代荧光物质、氧化钇、钙卤代荧光物质和硅酸锌组成。
3.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述荧光物质层(210)由约45wt％蓝卤代荧光物质，约31wt％氧化钇、约12wt％的钙卤代荧光物质和约12wt％的硅酸锌组成。
4.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述汞重量约为1.0至1.1mg/英尺。
5.按权利要求1的电灯(100)，还包括在所述内表面与所述荧光物质层(210)之间形成的氧化铝层(200)。
6.按权利要求1的电灯(100)，其中，所述荧光物质层(210)的重量约为1.375至1.5克/英尺。
全文摘要
一种电灯，具有带内表面的封壳和位于封壳每端的两个电极。电极输送电力，以在充有汞和电荷维持气体的封壳内产生紫外线辐射。封壳内表面的氧化铝预涂层向后反射紫外线到封壳。形成在氧化铝上的荧光层把紫外线转换成可见光。荧光物质层是发蓝光的卤代荧光物质(BH)，发红光的氧化钇(YOX)，3000K发光的钙卤代荧光物质，也叫暖白(WW)和发绿光的硅酸锌(ZS)的4种荧光物质混合物。
文档编号H01J61/42GK1404621SQ01805124
公开日2003年3月19日 申请日期2001年12月10日 优先权日2000年12月18日
发明者K·S·沃斯, B·A·卡特, E·W·J·L·奥门 申请人:皇家菲利浦电子有限公司