专利名称：具有高cri和lpw的荧光灯的制作方法
具有高CRI和LPW的荧光灯
背景技术：
本发明涉及磷光体组合物，特别涉及周在荧光灯中的磷光体。更特别地，本发明涉及通过提供在荧光灯中使用的四种稀土磷光体的优化混合物(blend)来同时提高荧光灯的 CRI 和 LPW。荧光灯一般具有封闭密封的放电空间的透明玻璃外壳，该放电空间包含惰性气体和萊蒸气。当受到电极提供的电流时，萊电离以产生具有185nm和254nm的主UV波长的福射。该紫外福射反过来激发外壳内表面上的磷光体以产生通过玻璃发射的可见光。通常，用于照明的荧光灯采用吸收245nm汞-共振波的磷光体，且该磷光体被活化以将汞蒸气的紫外发光转换成可见光。通常，已经使用发射白光的卤代磷酸钙磷光体，例如Caltl(PO4)6 (F，Cl)2: Sb，Mn，以将UV光转换成白光。为了提高荧光灯的显色性能和发光输出，已采用三带型荧光灯以实施白光照明，该三带型荧光灯采用发射红光、绿光和蓝光的磷·光体的混合物。举例来说，磷光体可包括以适当比例混合的下述混合物用于发射蓝光的磷光体的铕活化的钡镁铝酸盐磷光体BaMgAl1(l017:Eu2+、用于发射绿光的磷光体的铈铽共活化的镧磷酸盐磷光体LaP04:Ce3+，Tb3+，以及用于发射红光的磷光体的铕活化的氧化钇磷光体(Y2O3 = Eu3+)。这种磷光体混合物的组合光谱输出产生了白光。光源的表观或感知颜色按照色温描述，色温是发射的辐射与所考虑的辐射的色度大约相同的黑体的温度。色温为3000开氏度(K)的光源的红光组分重量百分数比色温为4100K的光源更大。通过改变磷光体的比率和组成，可改变采用磷光体混合物的灯的色温。色彩品质进一步按照显色性描述，更特别地按照显色指数(CRI或Ra)描述，显色指数是被某光源照明的物体的心理_物理颜色与特定条件的参考光源的那些颜色相符合的程度的度量。通过比较测试光源和“完美”光源的显色性来计算CRI，对相关色温低于5000K的光源，“完美”光源是黑体辐射器，对相关色温高于5000k的光源“完美”光源是日光的一个相(phase)。灯的色彩外观可进一步通过其色度坐标来描述，色度坐标可由根据标准方法的光谱能量分布来计算。参见 CIE, Method of measuring and specifying colorrenderingproperties of light sources (测量和指定光源显色性的方法)(第二版)，CIE出版号 13. 2 (TC-3，2) ,Bureau Central de la CIE，巴黎，1974 年。该 CIE 标准色度图包括在各种温度下的黑体辐射器的色点。x，y_图上的黑体色度的轨迹称为普朗克轨迹。该轨迹上的点所表示的任何发光光源可通过色温指定。邻近但不在该普朗克轨迹上的点具有相关色温(CCT)，因为可从这些点画线，在该色温下与普朗克轨迹相交，使得在给出的线上的所有点对于一般人眼来说具有近乎相同的颜色。关于发光的另一参数是光源的发光效率，它是以每瓦流明(LPW或lm/W)描述的总灯功率输入所发出的总发光通量的商数。光谱混合研究表明白光光源的LPW和CRI取决于单色磷光体的光谱分布。期望的是，这些磷光体在延长的灯工作期间保持稳定，使得在维持稳定的灯的CIE色坐标的同时，磷光体在一段时期内保持化学稳定。人眼并非对所有的可见光波长具有相同的敏感度。更确切地说，具有相同强度但波长不同的光被感知为具有不同的发光度。三磷光体混合物的使用已经改进了显色性或LPW，但通常并不能同时对两者进行改进。上文提及的三磷光体系统可能能够获得高LPW，但通常CRI低于87。相反，CRI达到87的其他磷光体系统呈现出不足的LPW。目前使用的系统不能同时获得期望的高LPW和高CRI，特别是高于87的CRI。因此，需要一种磷光体混合物，其提供至少为87或者更高的CRI。另外，期望的是实现这种高CRI，同时提供至少为80或更高的期望的LPW来满足消费者偏好并提供附加的消费者选择。使用依据本申请的四种稀土磷光体混合物在同时提高CRI和LPW的同时还提高了使用它的各种光源的效率。发明概述本发明提供一种包括磷光体混合物的突光灯，该磷光体混合物包含四种稀土磷光体。该磷光体混合物根据灯类型和CCT提供了呈现至少为87的高显色指数(CRI)，例如至少为87. 6，同时获得至少为80或更高的高流明输出或每瓦流明(LPW)的灯。所提供的磷光·体系统包括稀土掺杂发射红光的磷光体、稀土掺杂发射绿光的磷光体、稀土掺杂发射蓝光的磷光体以及稀土掺杂发射蓝_绿光的磷光体。在一个实施方案中，磷光体系统包括选自以下的四种稀土磷光体YE0、Y(P，V)O4: Eu, CBM、LAP、CAT、CBT, BAM、SECA, SAE及BAMn，其中磷光体系统包括至少一种发射红光的稀土磷光体、至少一种发射绿光的稀土磷光体、至少一种发射蓝光的稀土磷光体以及至少一种发射蓝-绿光的稀土磷光体的混合物。在一个实施方案中，磷光体系统可包括例如 Y203:Eu2+、LaP04:Ce3+, Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+ 及 BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+，即磷光体系统可包括 Y2O3: Eu2+(48 重量 ％ )、LaPO4: Ce3+,Tb3+(41. 5 重量 ％ )、BaMgAlltlO17: Eu2+(8. 8 重量 ％ )及BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+(I. 8重量％ )，基于磷光体系统的总重量。在另一实施方案中，磷光体系统可包括例如 Y203:Eu2+、LaP04:Ce3+, Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+ 及 Sr4Al14O25:Eu2+，即磷光体系统可包括 Y2O3: Eu2+(61. 5 重量％ ) ,LaPO4: Ce3+, Tb3+(25. 8 重量％ )、BaMgAl10O17: Eu2+(4. 2 重量％ )及Sr4Al14O25:Eu2+(8. 5重量％ ),基于磷光体系统的总重量。在一个实施方案中，磷光体系统提供为单层，设置在灯的放电腔内表面上。该单层涂层包含发射红光的磷光体、发射绿光的磷光体、发射蓝光的磷光体以及发射蓝-绿光的磷光体的混合物。在另一实施方案中，磷光体系统提供为设置在灯的放电腔内表面上的双层涂层。在该磷光体涂层中，第一层或基层是齒代磷光体层。第二层包含发射红光的磷光体、发射绿光的磷光体、发射蓝光的磷光体以及发射蓝-绿光的磷光体的混合物。本文提供的磷光体混合物的优点是包括这种磷光体混合物的灯呈现出高CRI。此夕卜，由于存在依据本公开的磷光体混合物，因而与工作在相同CCT下不包含该4种磷光体混合物的相似类型和尺寸的灯相比，这种相同的灯呈现出提高的LPW。在阅读和理解下文的公开后，本文提供的新的磷光体系统的这些和其它的优点及益处将变得显而易见。附图简述图I是具有根据本发明的磷光体层的荧光灯的剖面示意图。图2提供了与传统磷光体混合物光谱相比，根据本发明的磷光体混合物的发射光P曰。图3是示出与传统磷光体混合物相比，根据本发明的磷光体混合物的CRI的图。图4是示出与传统磷光体混合物相比，根据本发明的磷光体混合物的LPW的图。优选实施方案详述本公开涉及一种放电灯，例如一种包括磷光体系统的荧光灯，该磷光体系统包含有四种稀土磷光体。本文提供的该四种稀土磷光体系统根据灯的类型和灯的CCT呈现出至少为87的高显色指数(CRI)，同时获得了至少为80或更高的高流明输出或每瓦流明(LPW)。所述磷光体涂层可设置成一层或两层。该四种稀土磷光体系统包括发射红光磷光体、发射绿光磷光体、发射蓝光磷光体以及发射蓝_绿光的磷光体，且所有四种磷光体都是掺杂稀土的磷光体组合物。在一个实施方案中，该磷光体系统提供为设置在灯的放电腔内表面上的单层。该·层包括发射红光的磷光体、发射绿光的磷光体、发射蓝光的磷光体以及发射蓝-绿光的磷光体的混合物。在另一实施方案中，该磷光体系统提供为双层系统。在该磷光体涂层中，第一层或基层是具有适当相关色温(CCT)的卤代磷光体层。第二层包含发射红光的磷光体、发射绿光的磷光体、发射蓝光的磷光体以及发射蓝-绿光的磷光体的混合物。任一涂层系统可提供用于荧光灯的放电腔或管的内表面上，不论该荧光灯是否为线型、U形或其它形状。举例来说，所述涂层可在本文中关于它在本领域已知的标准T5、T8、T12或CFL灯结构中的用途进行描述。然而本领域技术人员可以理解，本文提供的磷光体涂层系统的用途超出了仅仅所述线型形式，用于依赖于将光能量转换成可见白光发射的磷光体涂层的所有照明方案。因此，尽管所公开的磷光体系统可用在任何类型或尺寸的放电灯上，但为了清楚和便于理解，有时可特别地关于能够在不超过6500K的CCT下工作的四脚线型灯设计来描述本发明。然而这并不旨在将所描述和请求保护的本发明的涂层限制为任何特定的灯类型、尺寸或CCT。参考
图1，描述了一种代表性突光灯10,其包含具有圆形截面的伸长的娃酸盐玻璃外壳12。灯中的低压汞放电组件包括一对位于每端、间隔开的常规电极24，其连接至电触片22，该电触片与固定在密封的玻璃外壳两端处的底座20馈通。密封的玻璃外壳中的维持放电的填充物26是惰性气体，例如在低压下的氩气、氪气、氖气、氙气或它们的混合物，并结合有少量的汞，以提供低蒸气压的灯工作方式。沉积在玻璃外壳内表面上的是包括如以下公开内容所述的磷光体混合物的磷光体混合物层16。在本发明的一个实施方案中，灯10可具有定位在磷光体混合物层16和玻璃外壳12内表面之间的第二材料层14。该第二层可以是本领域已知的紫外反射阻挡层。例如，这种阻挡层可包含a-氧化铝和Y-氧化铝颗粒的混合物。在另一实施方案中，灯10可具有设置在第二层14和磷光体混合物层16之间的第三层18。该第三层可以是用作双层磷光体涂层系统中的基层的卤代磷光体层。该层并不出现在磷光体混合物涂层以单层涂敷的实施方案中。上文阐明的磷光体层涂层可通过多种已知的程序形成，包括但不限于从液体涂层沉积和静电沉积。同样，涂层沉积的方式也不是本发明的限制因素。例如，可从包括多种有机粘合剂和粘合促进剂的传统水性涂层将磷光体沉积在放电管的内玻璃表面上。以传统方式涂敷然后干燥该水性涂层。发明人已发现，通过优化磷光体混合物来不仅提供更高的CRI或LPW性能之一而且同时改善这两个性能参数，可进一步提高当前光源利用磷光体发射的效率。本文使用的术语“发光度”和“发光效率”是同义词。已发现使用峰值发射在特定光谱区域内的四种稀土磷光体的混合物改进了多种光源的发光度。为方便起见，本文描述的讨论和实例指的是在基于Hg的荧光灯中使用本发明的优化的磷光体混合物。然而，应当认识到，本发明的概念也包括涉及结合磷光体的其他光源的应用，例如白光LED、放电灯和等离子显示板。在本发明的一个实施方案中，根据灯的类型、尺寸和CCT，提供了在显色指数至少约为87或更高的光源中使用的优化的磷光体混合物，同时该优化的磷光体进一步提供了至少为80或更高的改善的LPW。具体地，该磷光体混合物包括一个发射红光的磷光体、一个发射绿光的磷光体、一个发射蓝光的磷光体以及一个发射蓝-绿光的磷光体，且所有磷光体都是稀土掺杂磷光体组合物。由于包含四种指出的磷光体，特别地包含结合YEO、BAM和LAP磷光体的BAMn磷光体，上述磷光体组合相比于传统磷光体混合物得到提高的发光度。这适用于CCT高于约·4100K的灯。然而，对于CCT低于约4100K的那些灯，可有利地用SAE替换BAMn。基于系统中各磷光体的质量分数所确定的混合物的相关色温(CCT)的范围可在约2500K至约6500K。例如，已知CCT将会随着混合物中蓝光磷光体的相对量增加和红光磷光体的相对量减少而增加。进一步地，已知通过使用列出的一种或另一种绿光磷光体，导致CRI方面的性能很小的改变，因而能从多于一种特定磷光体中选择绿光稀土磷光体。适用于本发明的实施方案中的磷光体包括能够吸收紫外光并发射所述区域的光的任何磷光体。尽管并非旨在限制，每种类型的合适的磷光体的实例可以包括发射红光的磷光体:铕掺杂氧化钇(YEO)；铕掺杂钒酸钇_磷酸钇(Y (P，V) O4:Eu)；铈锰共活化的钆镁五硼酸盐(CBM)。发射绿光的磷光体:铈铽共活化的磷光体(LAP、CAT、CBT)。发射蓝光的磷光体铕掺杂卤代磷酸盐(SECA)铕掺杂钡镁招酸盐(BAM)。 发射蓝-绿光的磷光体:铕锰共活化的钡镁铝酸盐(BAMn)铕掺杂银招酸盐(SAE)。磷光体混合物中各磷光体的相对比例使得，与由传统绿光、红光和蓝光磷光体中的每一个组成，但缺少例如BAMn或SAE的本文指定的蓝-绿光磷光体的三磷光体组分混合物相比，灯发射所得的光呈现出增加的CRI，即在混合时，它们的发射将产生预定CCT值在2500K至6500K之间的可见白光。该混合物将分别呈现至少为87和80的CRI和LPW。各种磷光体的相对量可根据重量分数来描述。尽管并非旨在限制，本发明的磷光体混合物通常可包含约
，即约0. 088的蓝光磷光体，约
，即约0. 018的蓝-绿光磷光体，约
，即约0. 415的绿光磷光体以及约
，即约0. 48的红光磷光体。为使本领域技术人员能够更加清晰地理解并实施本发明，提供以下实施例。本发明不以任何方式限制于这些实施例。实施例用根据本发明实施方案以及传统荧光灯磷光体混合物的磷光体混合物涂层制备灯。由指出的各混合物制备数个灯，且测试每个灯以确定该灯的LPW和CRI。根据该数据，在所有其他灯参数保持恒定的情况下，对各磷光体混合物确定出平均LPW和CRI值。所有灯都是本领域技术人员所熟知的F32T8灯结构。为方便比较，所有灯被制备成具有4100K的 CCT。实施例I使用根据本发明实施方案的磷光体混合物制备六个灯，该混合物包含YEO/Y2O3:Eu2、LAP/LaP04:Ce3+，Tb3+、BAM/BaMgAl10017:Eu2+ 及 BAMn/BaMgAl10017:Eu2+, Mn2+。灯为4100K的四脚F32T8线型荧光灯。表I :YEO-LAP-BAM-BAMn 磷光体系统。
权利要求
1.一种具有高CRI和LPW的电弧放电灯，所述灯包含 封闭放电空间并具有内表面的灯外壳；和 设置在所述内表面上的磷光体混合物，所述混合物包含包括下列每种的至少一种的稀土掺杂磷光体具有590-670nm处的发射峰的红光磷光体，具有515_550nm处的发射峰的绿光磷光体，具有440-490nm处的发射峰的蓝光磷光体和具有475_525nm处的发射峰的蓝_绿光磷光体，其中所述灯同时呈现出至少87的CRI和至少80的LPW。
2.根据权利要求I的灯，其中所述磷光体混合物包含选自以下磷光体的混合物铕掺杂氧化钇(YEO)、铕掺杂钒酸钇-磷酸钇(Y(P，￥)04511)、包括6(11%85010<63+，Mn2+(CBM)的铈锰共活化的钆镁五硼酸盐、包括 LaPO4: Ce3+，Tb3+ (LAP)，Ce0.66Tb0.33MgAln019 (CAT)，GdMgB5Oltl:Ce3+，Tb3+(CBT)的铈铽共活化的磷光体、铕掺杂卤代磷酸盐(SECA)、铕掺杂钡镁铝酸盐(BAM)、铕锰共活化的钡镁铝酸盐(BAMn)以及铕掺杂锶铝酸盐(SAE)。
3.根据权利要求I的灯，其中，基于整个磷光体混合物的重量分数，红光磷光体的重量分数为0. 40-0. 70，绿光磷光体的重量分数为0. 20-0. 50，蓝光磷光体的重量分数为.0. 01-0. 25，以及蓝绿光磷光体的重量分数为0. 01-0. 15。
4.根据权利要求3的灯，其中，红光磷光体的重量分数为0.48，绿光磷光体的重量分数为0. 415，蓝光磷光体的重量分数为0. 088，蓝绿光磷光体的重量分数为0. 018。
5.根据权利要求I的灯，其中所述磷光体混合物作为单-涂层设置在所述内表面上。
6.根据权利要求I的灯，其中所述磷光体混合物作为双-涂层设置在所述内表面上，所述 双_涂层包含第一齒代磷光体层和包含所述稀土磷光体混合物的第二层。
7.根据权利要求I的灯，其进一步包含介于所述磷光体层和所述灯外壳之间的UV反射阻挡层。
8.根据权利要求I的灯，其中所述发射红光的磷光体选自铕掺杂氧化钇(YEO)、铕掺杂钒酸钇-磷酸钇(Y(P，￥)04511)、包括6(^85010^3+，Mn2+(CBM)的铈锰共活化的钆镁五硼酸盐。
9.根据权利要求I的灯，其中所述发射绿光的磷光体选自LaP04:Ce3+，Tb3+(LAP)、Ce0.66Tb0.33MgAln019 (CAT)、GdMgB5O10: Ce3+，Tb3+ (CB T)。
10.根据权利要求I的灯，其中所述发射蓝光的磷光体选自铕掺杂卤代磷酸盐(SECA)、铕掺杂钡镁铝酸盐(BAM)。
11.根据权利要求I的灯，其中所述发射蓝-绿光的磷光体选自铕锰共活化的钡镁铝酸盐(BAMn)和铕掺杂锶铝酸盐(SAE)。
12.—种用于提供能够发射呈现高CRI和LPW的白光的放电管的方法，所述方法包含 提供限定内腔的放电管，所述内腔具有内表面和设置在其中的可电离的填充物； 由微粒磷光体的混合物制备涂层组合物； 将所述涂层涂敷至放电管的内表面，并使之干燥以形成磷光体混合物层；和 激励所述可电离的填充物以便磷光体混合物被活化且灯发出白光，灯呈现出至少87的CRI和至少80的LPff, 其中所述磷光体混合物层包含稀土掺杂磷光体，其包括下列每种的至少一种具有600-670nm处的发射峰的红光磷光体，具有515-550nm处的发射峰的绿光磷光体，具有440-490nm处的发射峰的蓝光磷光体和具有475_525nm处的发射峰的蓝-绿光磷光体。
13.根据权利要求12的方法，其中所述混合包括混合选自YE0、Y(P，V)04:Eu、CBM、LAP、CAT、CBT, BAM、SECA, SAE 及 BAMn 的磷光体。
14.根据权利要求12的方法，其中所述磷光体混合物包含YEO、LAP、BAM及BAMn的混合物。
15.根据权利要求12的方法，其中所述磷光体混合物包含YEO、LAP、BAM及SAE的混合物。
16.根据权利要求12的方法，其中，基于整个磷光体混合物的重量分数，红光磷光体的重量分数为0. 40-0. 70，绿光磷光体的重量分数为0. 20-0. 50，蓝光磷光体的重量分数为.0.01-0. 25，蓝绿光磷光体的重量分数为0. 01-0. 15。
17.根据权利要求12的方法，其中红光磷光体的重量分数为0.48，绿光磷光体的重量分数为0. 415，蓝光磷光体的重量分数为0. 088，蓝绿光磷光体的重量分数为0. 018。
18.根据权利要求12的方法，其中所述磷光体混合物层作为单-涂层或双-涂层涂敷在所述内表面上，所述双-涂层包含第一齒代磷光体层和包含所述稀土磷光体混合物的第二层。
全文摘要
本文提供的包括四种稀土磷光体系统的荧光灯呈现出至少为87的高显色指数(CRI)，同时获得了至少为80的高流明输出或每瓦流明(LPW)。该磷光体涂层可以设置成单层或双层涂层形式。该四种稀土磷光体系统包括发射红光的磷光体、发射绿光的磷光体、发射蓝光的磷光体以及发射蓝-绿光的磷光体，所有四种磷光体都是稀土掺杂的磷光体组合物。
文档编号H01J61/42GK102969219SQ20121038432
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者F·杜, W·W·比尔斯, J·B·詹斯马, W·E·科亨 申请人:通用电气公司