低压水银蒸汽放电灯的制作方法

专利名称：低压水银蒸汽放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括透光放电管的低压水银蒸汽放电灯，所述放电管以气密性方式围成充有水银和稀有气体的放电空间，所述放电管包括用来在放电空间内维持放电的装置，所述放电管的至少一部分具有由发光材料构成的发光层，所述放电管的至少一部分在背向放电空间一侧具有涂层。
在水银蒸汽放电灯中，水银构成用来(有效地)产生紫外(UV)光的主要成分。在放电管内壁上可以有一个包含发光材料的发光层，以将UV转化为其它波长，例如转化为用于晒黑目的(日光壁灯)的UV-B和UV-A或转化为用于一般照明目的的可见光。因此这种放电灯又称作荧光灯。在该低压水银蒸汽放电灯的另一个实施方案中，荧光层位于放电管的背向放电空间一侧。或者，所产生的紫外线可以被用来制造杀菌灯(UV-C)。低压水银蒸汽放电灯的放电管通常是圆形的，包括细长型和紧凑型。通常，紧凑型荧光灯的管状放电管包括许多相对较短直径较小的直线部件，这些直线部分通过桥接部件或弯曲部件连接在一起。紧凑型荧光灯一般具有(整合的)灯帽。通常，用来在放电空间内维持放电的装置是位于放电空间内的电极。在另一实施方案中，低压水银蒸汽放电灯包括所谓的无电极低压水银蒸汽放电灯。
从JP-A 62272449的英文摘要中已知一种起始段中所述类型的低压水银蒸汽放电灯。就此已知的低压水银蒸汽放电灯而言，在放电管外表面上施加有涂层，该涂层包含黄色有机颜料。特别是，该涂层能抑制500nm或更短的辐射。
要施加所述涂层，通常使用有机漆。所述有机漆构成容纳颜料或染料的一种载体基质。所述有机漆涂层对放电管的附着力通常较差。在所述已知灯中，向氟树脂中添加了黄色有机颜料以构成涂料。向涂料中添加硬化剂，用二甲苯和乙酸丁酯将其稀释以获得荧光灯外侧的涂层。或者，涂料是通过浸涂施加的。在另一实施方案中，一种聚酯有机硅树脂漆通过喷涂法被施加到放电管上。
已知的包含基于有机颜料的涂层的低压水银蒸汽放电灯的缺点在于，在较高温度下所述涂层对放电管的附着力显著变差和/或有机颜料降解。由于容纳低压水银蒸汽放电灯的照明设备的尺寸不断减小，低压水银蒸汽放电灯本身的尺寸也不断减小，所以带有涂层的放电管的温度升高。而且，还有进一步小型化的趋势，因此，通常由于提高的器壁载荷的结果，带涂层的放电管达到更高的温度。
本发明的目的在于完全或部分消除上述缺陷。根据本发明，为此目的，提供一种起始段中所述类型的低压水银蒸汽放电灯，其特征在于所述涂层中包含能吸收部分可见光或紫外光的颜料和/或所述涂层中包含反射颗粒，所述涂层中包含可以通过用溶胶凝胶法转化有机改性硅烷而获得的网，所述有机改性硅烷选自结构式为RISi(ORII)3的化合物，其中RI代表有机基团，优选烷基或芳基，且其中RII代表烷基。
用包含有机改性硅烷的网代替已知低压水银蒸汽放电灯的涂层中的有机漆导致生成了透光、非散射性的可抗高温(高达400℃)涂层。由于在网的制造中使用了有机改性硅烷，所以仍然存在一部分RI基团，即烷基或芳基，以在网中构成端基。因此，根据本发明的网在每个Si原子上有少于四个网连接，而不是每个Si原子上有四个网连接。部分由所述烷基或芳基组成的网比常用的二氧化硅网具有更大的弹性和挠性。这使得可以制造相对较厚的涂层。
在低压水银蒸汽放电灯上施加一个除荧光层之外的涂层的优点在于，可以使用带标准荧光层的放电管，而且该涂层被用来改变低压水银蒸汽放电灯的颜色(温度)，即通过使其适用于不容许某些类型的光的环境，例如通过例如在应当排除UV光的清洁室内环境中抑制500nm以下的辐射。由于放电管的外表面上部分施加了带反射颗粒的涂层，因此低压水银蒸汽放电灯可被制成漫反射的，反射体被整合在荧光灯中。
改变色温的一个优点在于可以产生具有更高颜色饱和度的光。此外，由于颜料不再与水银放电接触，低压水银蒸汽放电灯的流明维持也得到了改进。在放电管外表面上提供反光涂层的优点在于由低压水银蒸汽放电灯发出的光可以以束状发射。由于在放电管外侧施加了一个强化和/或抗刮涂层，所以可以减小放电管玻璃的壁厚，从而降低放电管的成本。
优选RI基包括CH3或C6H5。这些物质具有相对较好热稳定性。包含甲基或苯基的网使得可以获得更厚的涂层。实验进一步表明，网中混入了甲基或苯基的涂层在直至至少350℃的温度都是稳定的。所述基团是网中的端基且在所述较高温度下仍然是网的一部分。在此相对较高的涂层温度载荷之下，网在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命之内并未发生明显的降解。在另一实施方案中，RI包括环氧-氨基形式的有机基团。由于荧光灯的工作温度和UV输出相对较低，因此可以施加这种涂层，且它在放电灯的使用年限内是稳定的。
优选RII包括CH3或C2H5。甲基和乙基尤其适合，这是因为在水解过程中会形成甲醇和乙醇。所述物质与颜料分散体相容且相对容易蒸发。通常，甲氧基(-OCH3)比乙氧基(-OC2H5)反应更快，而乙氧基(-OC2H5)又比(异)丙氧基(-OC3H7)反应更快。为了获得平稳的水解过程，有利的是采用不太长的RII基。
非常适合制造根据本发明的网的起始物质包括甲基三甲氧基硅(MTMS)，其中RI＝RII＝CH3，甲基三乙氧基硅(MTES)，其中RI＝CH3而RII＝C2H5，苯基三甲氧基硅(PTMS)，其中RI＝C6H5而RII＝CH3，以及苯基三乙氧基硅(PTES)，其中RI＝C6H5而RII＝C2H5。
这些起始物质本身是已知的而且是可商购的。
根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的一个实施方案的特征在于涂层的厚度tc≥1μm。如果使用由二氧化硅构成的网，它在每个Si原子上包括四个网连接，则大气条件下涂层的厚度被限制在大约最多0.5μm。如果所述二氧化硅层的厚度超过上述值，则层内的应力很容易导致裂缝和/或涂层很容易脱离放电管。当使用每个Si原子上的网连接少于四个的网时，可以获得大得多的层厚。优选，tc≥2μm。在更厚的涂层中，可以加入更多的颜料或染料，从而使涂层的彩色效果得到改进。
可以在涂层中引入无机填充材料。为此，在根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的一个优选实施方案中，直径d≤50nm的二氧化硅颗粒被加入网中。这些所谓纳米尺寸的二氧化硅颗粒的加入减少了层在其制造过程中的收缩。此外，所述纳米尺寸二氧化硅颗粒的加入使获得更厚的能很好附着在放电管上的涂层成为可能。通过向网中加入纳米尺寸的二氧化硅颗粒可以获得具有良好结合性能的20μm厚的层，其中构成RI基的烷基或芳基充当端基。这样的厚层可以容纳相当多量的颜料或染料以得到期望的涂层色度。所述二氧化硅颗粒的加入使得可以制造厚度更大的涂层。当相同量的颜料加入更厚的涂层中时，此涂层的折射率受颜料的折射率的影响更小。因此所述二氧化硅颗粒的使用导致了使涂层的折射率达到期望值并保持在所述值的某种自由度。
优选使用无机颜料来制造具有期望的光学性能并且在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命内具有期望的热稳定性的涂层。在根据发明的低压水银蒸汽放电灯的一个优选实施方案中，颜料选自氧化铁、掺磷氧化铁、氧化锌铁、铝酸钴、氧化钕、钒酸铋、硅酸锆镨或它们的混合物。氧化铁(Fe2O3)是橙色颜料，而掺PFe2O3是橙红色颜料。氧化锌铁，例如ZnFe2O4或ZnO·ZnFe2O4是黄色颜料。用ZnFe2O4混合(掺P)Fe2O3可以得到一种深橙色颜料。铝酸钴(CoAl2O4)和氧化钕(Nd2O5)是蓝色颜料。钒酸铋(BiVO4)，又称钒铋矿，是黄绿色颜料。硅酸锆镨是黄色颜料。实验表明包含所述无机颜料的网在灯的寿命内和在涂层上温度荷载相对较高时不会明显降解。
在根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的另一优选实施方案中，获得了其中使用有机颜料的涂层。特别适合的颜料包括Ciba生产的所谓红177(蒽醌)或铬酞黄或铬酞红。适合的颜料还包括Clariant生产的红149(苝)、红122(喹吖啶酮)、红257(Ni-异吲哚啉)、紫19(喹吖啶酮)、蓝15:1(Cu-酞菁)、绿7(hal.Cu-酞菁)和黄83(dyaryl)。
琥珀色的chromophtal黄，化学式C22H6Cl8N4O2，C.I.(结构编号)56280，是一种有机染料，又称“C.I.-110黄色颜料”，“C.I.颜料黄137”或双[4，5，6，7-四氯-3-氧代异吲哚啉-1-亚基)-1，4-苯二胺。琥珀色的蒽醌，化学式C37H21N5O4，C.I.60645，是一种有机染料，又称“Filester黄2648A”或“Filester黄RN”，化学式1，1′-[(6-苯基-1，3，5-三嗪-2，4-二基)二亚氨基]双-。编号C.I.65300的红色“chromophtal红A2B”是一种有机染料，又称“颜料红177”、二蒽醌基红、或[1，1′-二蒽]-9，9′，10，10′-四酮，4，4′-二氨基-(TSCA，DSL)。
无机和有机颜料的混合物也适用，例如铬酞(chromium phthalic)黄与氧化(锌)铁的混合物。
根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的另一实施方案的特征在于，颜料引起低压水银蒸汽放电灯的色温发生改变。例如，蓝色颜料铝酸钴(CoAl2O4)或氧化钕(Nd2O5)涂层的施加提高了低压水银蒸汽放电灯的色温。
根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的一个优选实施方案的特征在于反射颗粒选自铝、银、氧化铝、二氧化钛和硫酸钡。
优选颜料颗粒的平均直径dp≤100nm。这种尺寸相对较小的颜料可以产生显现出相对较少光散射的透光涂层。由于根据本发明的低压水银蒸汽放电灯常常用于专门设计的反射体中，其中光源嵌入形成点状，所以涂层造成的光散射是不希望有的性能。如果颜料颗粒的平均直径dp≤50nm，则至少能显著消除光散射作用。
通过在涂层中施加颜料获得了特别适合的低压水银蒸汽放电灯，其中所述颜料由氧化铁与钒酸铋的混合物或者由掺磷氧化铁与钒酸铋的混合物组成。
据发现，包含根据本发明涂覆了涂层的放电管的低压水银蒸汽放电灯在其使用寿命内能在很大程度上保持其初始特性，其中所述涂层中包含通过溶胶凝胶法转化有机改性硅烷所获得的网。
现在，参照下述实施方案对本发明的这些和其它方面进行说明。
附图中

图1是根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的一个实施方案的纵向剖面图，图2是包含根据本发明的低压水银蒸汽放电灯的紧凑型荧光灯的一个实施方案的剖视图；所述附图都是纯示意性的，并非按比例绘制。特别为清楚起见，某些尺寸被放大了很多。在图中，相同的附图标记在可能时均代表类似部件。
图1显示了一种包含玻璃放电管10的低压水银蒸汽放电灯，其中放电管10具有一个环绕纵轴2的管状部分11，此放电管能传播放电管10内产生的辐射，并具有分别以12a和12b表示的第一和第二末端部分。在此实施例中，管状部分11的长度为120cm，内径为24mm。放电管10以气密性的方式包围了一个放电空间13，放电空间13内容纳着由水银和包括例如氩气的惰性气体混合物组成的填充物。管状部分11面向放电空间13一侧具有含发光材料(例如荧光粉)的发光层17，此发光层17将由受激水银回跃所产生的紫外(UV)光转化成(通常是)可见光。在另一实施方案中，发光层设置在放电管的外表面上。在图1的实施例中，用来在放电空间13内维持放电的装置是布置在放电空间13内的电极20a和20b，所述电极20a和20b由末端部分12a和12b支撑。电极20a、20b是覆有电子发射物质的钨线圈，在本例中所述电子发射物质是氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。电极20a、20b的供电导体30a、30a′和30b、30b′分别穿过末端部分12a、12b，从放电管10导出到外部。供电导体30a、30a′和30b、30b′连接到固定在灯帽32a、32b上的管脚31a、31a′和31b、31b′。通常，在各个电极20a、20b周围都设有一个电极环(图1中未显示)，在所述环上夹有一个用来分发水银的玻璃壳。在图1a所示的实施例中，电极20a、20b被电极保护罩22a、22b包裹。优选电极保护罩是用含氧化铝的陶瓷材料制成的。根据本发明，放电管10的外表面上设有含能吸收部分可见光的颜料的涂层3，和/或涂层3中包含反射颗粒。涂层3中包含可以通过用溶胶凝胶法转化有机改性硅烷而获得的网，且优选平均厚度为2-5μm。
图2显示了一种包含低压水银蒸汽放电灯的紧凑型荧光灯。在图2中的相同部件尽可能使用了与图1中相同的附图标记。这里的低压水银蒸汽放电灯具有一个能传播辐射的放电管10，放电管10具有一个管状部分11，它以气密性的方式包围了一个容积大约为25cm3的放电空间13。所述放电管10是一个横截面至少基本上呈圆形的玻璃管且其(有效)内径为大约10mm。在此实施例中，管状部分11的总长度为约40cm。所述管弯成所谓钩状，在此实施方案中，它具有许多直线部分，在图2中显示了其中两个，用31、33表示。所述放电管还包括许多弧形部分，在图2中显示了其中两个，用32、34表示。管状部分11面向放电空间13一侧设有一个发光层17。在另一实施方案中，所述发光层上涂有另一个保护层(在图2中未示出)。放电管10由座70支撑，座70还支撑着装有电触头和机械触头73a、73b的灯帽71，电触头和机械触头本身是已知的。此外，放电管10被连在灯座70上的透光外壳60包围。所述透光外壳60通常具有无光泽外观。根据本发明，放电管10的外表面上具有涂层3，它借助于溶胶凝胶法由着色的有机改性硅烷网构成。优选该涂层的平均厚度为2-3μm。
实施例1将10g ZnFe2O4(粒径70nm)分散在50/50％的水/乙醇混合物中，使用“disperbyk 190”作分散剂。混合物的总重为30g。借助于湿式球磨机使用2mm的氧化锆颗粒获得光学透明的液体。以相应方式分散3g Fe2O3(粒径40nm)。室温下将40g甲基三甲氧基硅(MTMS)、0.6g正硅酸四乙酯(TEOS)、32g水、4g乙醇和0.15g冰乙酸的水解混合物搅拌48小时，然后保存在冰箱中。
通过将10g所述ZnFe2O4分散体、6g Fe2O3分散体和10g MTMS/TEOS水解混合物与4g甲氧基丙醇混合制备涂覆液，接着将该涂覆液喷涂在放电管的主要部分的外表面上。将涂层在250℃下固化10分钟。由此，在玻璃放电管上获得厚度高达3μm的涂层，而不会在干燥和固化期间形成裂缝。
具有按本实施方案所述而制造的涂层的低压水银蒸汽放电灯是琥珀色、透光的，且没有光散射。按上述方法所获得的涂层厚度为2.7μm。涂层中各组分的重量百分比为52％的ZnFe2O4和Fe2O3、18％的“disperbyk 190”和30％的MTMS。此涂层在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命内是稳定的。
实施例2将3g BiVO4分散在50/50％的水/乙醇混合物中，使用“solsperse41090”作分散剂。混合物的总重为23g。借助于湿式球磨机用2mm的氧化锆颗粒获得稳定的分散体。以相应的方式分散3g Fe2O3。室温下将40g甲基三甲氧基硅(MTMS)、0.6g原硅酸四乙酯(TEOS)、32g水、4g乙醇和0.15g冰乙酸的水解混合物搅拌48小时，然后保存在冰箱中。通过将10g所述BiVO4分散体、6g Fe2O3分散体和10gMTMS/TEOS水解混合物与4g甲氧基丙醇混合制备涂覆液，随后将该涂覆液喷涂在放电管的主要部分的外表面上。将涂层在160℃下干燥20分钟。由此，在玻璃放电管上形成厚度高达3μm的涂层，而不会在干燥和固化期间形成裂缝。
具有根据上述实施方案所制造的涂层的低压水银蒸汽放电灯是琥珀色的，而且尽管钒酸铋颗粒的直径超过100nm，但相对来说无光散射。
按上述方法所获得的涂层厚度至少基本为3μm。涂层中各组分的重量百分比为21％的Fe2O3、21％的BiVO4、17％的solspers和41％的MTMS。此涂层在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命内保持稳定的。
实施例3将6g掺PFe2O3分散在50/50％的水/乙醇混合物中，使用“disperbyk 190”作分散剂。混合物的总重为32g。室温下将40g甲基三甲氧基硅(MTMS)、0.6g原硅酸四乙酯(TEOS)、32g水、4g乙醇和0.15g冰乙酸的水解混合物搅拌48小时，然后保存在冰箱中。通过将20g所述掺PFe2O3分散体和7g MTMS/TEOS水解混合物与8g甲氧基丙醇混合制备涂覆液，接着将所述涂覆液喷涂在放电管的主要部分的外表面上。将涂层在160℃下干燥20分钟。如此，在玻璃放电管上形成厚度高达6μm的涂层，而不会具有干燥和固化期间形成裂缝。这种相对较大的层厚的实现可能是因为在相对较低浓度的MTMS下使用了相对较高浓度的颜料。
具有根据本实施方案制造的涂层的低压水银蒸汽放电灯是红色、透光的，且没有光散射。涂层在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命内保持稳定的。
实施例4在存在“disperbyk 190”作分散剂的情况下将平均粒度不到100nm的颜料(例如chromophtal黄)分散在水/乙醇混合物中。借助于“湿式球磨机”使用氧化锆颗粒获得光学透明的液体。通过混合甲基三甲氧基硅(MTMS)、正硅酸四乙酯(TEOS)、水、乙醇和冰乙酸而制备水解混合物。使用颜料分散体和水解混合物的混合物通过喷涂向灯管上施加吸光涂层(例如1.5-2μm)。随后将涂层在250℃下固化5-10分钟。
具有根据上述实施方案制造的涂层的低压水银蒸汽放电灯是黄色透明的，且没有光散射。涂层在低压水银蒸汽放电灯的使用寿命内保持稳定的。
实施例5由50g甲基三甲氧基硅、60g乙酸和18g H2O制造反光涂层。将溶液水解10分钟。为了使获得厚MTMS层成为可能，添加了ludox TM50悬浮液(Aldrich 50wt.％二氧化硅在水中的溶液，由钠或铵离子稳定)。为获得最理想的散射特性，涂有二氧化硅(Dupont)的TiO2颗粒应当约为250nm。或者，所述颗粒可以用Dysperbyk(0.4克Dysperbyk每克TiO2)稳定。将所述颗粒悬浮液用2μm的氧化钇稳定的氧化锆研磨球在研磨台上研磨。通过喷涂将涂覆液沉积在放电管外表面上。沉积之后，将涂层在90℃干燥几分钟然后在160℃固化5分钟。
对于本领域技术人员来说，在本发明的范围内显然可以得到许多变体。在溶胶凝胶法中就可能有许多替换制备方法。例如，用来水解的酸可以用马来酸代替。由低压水银蒸汽放电灯所发出的光的色温可得以提高，但例如色彩座标仍保持基本位于黑体轨迹上。
本发明的保护范围不局限于文中所给出的实施例。本发明具体表现在每个新特性和特性的每种组合中。权利要求中的附图标记并不限制其保护范围。术语“包含”的使用并不排除除权利要求中提到的那些之外的要素的存在。在某种要素之前的“一个”或“一种”也并不排除许多这类要素的存在。
权利要求
1.一种低压水银蒸汽放电灯，它包括透光放电管(10)，放电管(10)以气密性方式围成充有水银和稀有气体填充物的放电空间(13)，放电管(10)包括用来在放电空间(13)内维持放电的装置，放电管(10)的至少一部分具有由发光材料构成的发光层(17)，放电管(10)的至少一部分在背向放电空间(13)一侧具有涂层(3)，特征在于所述涂层(3)中包含吸收部分可见光或紫外光的颜料和/或所述涂层(3)中包含反射颗粒，所述涂层(3)中包含可以通过用溶胶凝胶法转化有机改性硅烷而获得的网，所述有机改性硅烷选自具有以下结构式的化合物RISi(ORII)3，其中RI代表有机基团，优选烷基或芳基，且其中RII代表烷基。
2.根据权利要求1所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述RI基团包括CH3或C6H5。
3.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述RII基团包括CH3或C2H5。
4.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述颜料的平均直径dp≤100nm。
5.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述涂层(3)的厚度tc≥1μm。
6.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于直径d≤50nm的二氧化硅颗粒被加入所述网中。
7.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述颜料导致低压水银蒸汽放电灯的色温发生变化。
8.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述颜料选自氧化铁、掺磷氧化铁、氧化锌铁、铝酸钴、氧化钕、钒酸铋、硅酸锆镨或它们的混合物。
9.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述颜料选自蒽醌、铬酞黄、苝、喹吖啶酮、Ni-异吲哚啉、喹吖啶酮、Cu-酞菁、Cu-酞菁、dyaryl、铬酞红及它们的混合物。
10.根据权利要求1或2所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述反射颗粒选自铝、银、氧化铝、二氧化钛和硫酸钡。
11.根据权利要求10所述的低压水银蒸汽放电灯，特征在于所述颗粒的尺寸在1-400nm的范围，优选大约250nm。
全文摘要
一种低压水银蒸汽放电灯，它包括透光放电管(10)，放电管(10)围成充有水银和稀有气体的放电空间(13)并包括用来在放电空间内维持放电的装置。放电管的至少一部分具有由发光材料构成的发光层(17)。放电管的至少一个外侧部分具有涂层(3)。根据本发明，所述涂层(3)中包含吸收部分可见光的颜料和/或所述涂层中包含反射颗粒。所述涂层中包含可以通过用溶胶凝胶法转化有机改性硅烷而获得的网。所述有机改性硅烷选自具有以下结构式的化合物R
文档编号H01J61/40GK1688517SQ03824504
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年10月23日
发明者R·J·亨德里克斯, I·J·M·斯尼克斯－亨德里克西, R·C·布罗尔斯马, H·－J·德雷宁 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司