專利名稱：低壓水銀蒸汽放電燈和小型熒光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一個(gè)透光放電容器的低壓水銀蒸汽放電燈，該放電容器以密封的方式封閉出一個(gè)放電空間，該空間充滿了水銀和一種稀有氣體，放電容器內(nèi)壁至少有一部分裝配有透明層。
本發(fā)明還涉及一種小型熒光燈。
在水銀蒸汽放電燈中，水銀是有效產(chǎn)生紫外(UV)線的主要構(gòu)成成分。發(fā)光層包括一種發(fā)光材料(例如熒光粉)，位于放電容器的內(nèi)壁，發(fā)光層將UV轉(zhuǎn)換成其它波長，如出于曬黑的目的而轉(zhuǎn)換成UV-B或UV-A(例如太陽面板燈)，或者出于普通照明的目的而轉(zhuǎn)換成可見光輻射。因此這樣的放電燈也稱之為熒光燈。低壓水銀蒸汽放電燈的放電容器截面通常是管狀或圓形的，包括加長和小型兩個(gè)實(shí)施方案。稱為小型熒光燈的管狀放電容器通常包括很多相對較短，直徑相對較小的直的部分。小型熒光燈通常配有(一體的)燈罩。
人們已經(jīng)知道，在低壓水銀蒸汽放電燈中采取的措施是為了防止放電容器內(nèi)壁黑化，該部分與放電空間中在放電燈工作期間存在的放電相接觸。此類黑化是水銀與制造放電容器的玻璃相互作用引起的，是我們不希望的，這不但會減少維護(hù)，而且由于黑化是，例如，以黑斑或黑點(diǎn)形式不規(guī)則形成的，所以還會形成難看的燈外觀。
從US-A4,544,997中可以了解一種在開篇段落中講述的低壓水銀蒸汽放電燈。在現(xiàn)有的放電燈中，透明層使用了從由釔、鈧、鑭、釓、鐿和镥形成的集合中選擇的一種氧化物。氧化物在放電容器的內(nèi)壁形成一個(gè)薄層。現(xiàn)有的透明層是無色的，很難吸收UV射線或可見光，滿足光和射線透射系數(shù)的要求?，F(xiàn)有透明層的使用減少了低壓水銀蒸汽放電燈放電容器內(nèi)壁的黑化和變色。
使用現(xiàn)有低壓水銀蒸汽放電燈的一個(gè)缺陷是維護(hù)由于黑化仍然是比較低的。另外，為了實(shí)現(xiàn)足夠長的使用壽命，結(jié)果是現(xiàn)有的燈需要大量的水銀。在使用壽命結(jié)束之后如果處理不當(dāng)還會有害環(huán)境。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種在開篇段落中描述的，具有改進(jìn)維護(hù)的低壓水銀蒸汽放電燈。
為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈特征在于放電容器由包含氧化硅和氧化鈉的玻璃制成，玻璃組成包括下列關(guān)鍵成分，以重量百分比(wt.％)給出SiO260-80wt.％，Na2O 10-20wt.％，特征還在于透明層包括堿土金屬的硼酸鹽和/或磷酸鹽，和/或鈧、釔或稀土金屬的硼酸鹽和/或磷酸鹽。
根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈的放電容器具有上述的玻璃組成，包括一種包含有硼酸鹽和/或磷酸鹽的透明層，對現(xiàn)有低壓水銀蒸汽放電燈的放電容器中常用的水銀稀有氣體的作用有很好的抗性。結(jié)果是，減少了由于水銀和制造放電容器的玻璃之間相互作用而造成的黑化，從而提高了維護(hù)。在放電燈使用壽命期間，從放電收回了少量水銀，因此進(jìn)一步減少了放電燈的水銀用量，在低壓水銀蒸汽放電燈的生產(chǎn)中較小劑量的水銀就足夠了。
從放電收回水銀而導(dǎo)致的黑化發(fā)生在低壓水銀蒸汽放電燈直的部分和弧形部分。通常在放電容器的內(nèi)壁裝配充分粘附，有足夠厚度的透明層會減少黑化。小型熒光燈的弧形部分通常比直的部分更易于黑化。燈的弧形部分通常在管狀放電容器裝配上透明層，如果需要再裝配上發(fā)光層之后才會彎曲而成。在彎曲操作中，燈弧形部分的透明層厚度減少，透明層拉伸，會導(dǎo)致在透明層上形成裂痕。特別是在透明層使用從由釔、鈧、鑭、釓、鐿和镥形成的集合中選擇的一種氧化物的現(xiàn)有放電燈中會形成裂痕。根據(jù)本發(fā)明的透明層與依照本發(fā)明的富鈉玻璃的結(jié)合應(yīng)用，充分的減少了低壓水銀蒸汽放電燈直的部分和弧形部分的黑化現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的措施特別適合具有弧形部分的小型熒光燈，其中放電容器額外由一個(gè)透光外殼包圍。因?yàn)橥鈿さ拇嬖谧璧K了熱量散發(fā)到環(huán)境之中，所以這樣“遮蓋”的小型熒光燈的放電容器溫度比較高。這種不宜的溫度平衡由于增加了黑化的程度，反過來影響了現(xiàn)有放電燈的使用壽命。在試驗(yàn)中驚奇的發(fā)現(xiàn)，配用根據(jù)本發(fā)明的，放電容器包有外殼的低壓水銀蒸汽放電燈的小型熒光燈在點(diǎn)亮2000個(gè)小時(shí)以后維護(hù)超過了90％，而配用現(xiàn)有的，放電容器包有外殼的低壓水銀蒸汽放電燈的小型熒光燈在點(diǎn)亮2000個(gè)小時(shí)以后維護(hù)不足80％。
在低壓水銀蒸汽放電燈中使用根據(jù)本發(fā)明的放電容器還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是玻璃比較便宜。在現(xiàn)有放電燈應(yīng)用中，是由稱為混合堿性玻璃制造的，這種玻璃具有相對較少的SiO2成分，其中包括大約8wt.％的Na2O和5wt.％的K2O。該玻璃的成本價(jià)格比較高。
現(xiàn)有玻璃和根據(jù)本發(fā)明的玻璃的組成之間的比較表明，其堿性成分是不同的。根據(jù)本發(fā)明的玻璃是稱為高鈉玻璃的玻璃，該玻璃具有相對較低的鉀成分，而現(xiàn)有玻璃是稱為混合堿性玻璃的玻璃，其Na2O和K2O的摩爾比大致相等。優(yōu)點(diǎn)在于高鈉玻璃中的堿金屬離子淌度與混合堿金屬玻璃的相比較高。此外，與熔化混合堿金屬玻璃相比，熔化高鈉玻璃較容易。
根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈中的透明層還滿足了光和射線透射系數(shù)的要求，可以很容易在低壓水銀蒸汽放電燈的放電容器內(nèi)壁上裝配非常薄的、密閉的、同質(zhì)的透明層。通過，例如使用適合的金屬有機(jī)化合物(例如丙酮酸鹽或乙酸鹽，例如乙酸鈧、乙酸釔、乙酸鑭或乙酸釓與乙酸鈣、乙酸鍶或乙酸鋇的混合)與用水稀釋的硼酸或磷酸的混合溶液漂洗放電容器，在干燥和燒結(jié)之后就獲得了想要的透明層。
在低壓水銀蒸汽放電燈中使用根據(jù)本發(fā)明的放電容器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該層在大約254nm的波長范圍(在放電容器中，其中的水銀產(chǎn)生波長為254nm的諧振射線)內(nèi)有相對較高的反射系數(shù)。與放電容器內(nèi)壁的折射率相比，給定的透明層折射率比較高，優(yōu)選選擇的層厚度要使在該波長處的折射最大。通過使用這樣的透明層，增加了低壓水銀蒸汽放電燈的初始光輸出。
玻璃組成優(yōu)選包括下列成分Si2O70-75wt.％Na2O15-18wt.％K2O 0.25-2wt.％。
此類高鈉玻璃的組成類似于普通的窗玻璃，相對于在現(xiàn)有放電燈中使用的玻璃來說要便宜一些。在根據(jù)本發(fā)明的放電燈中使用的高鈉玻璃原材料的成本價(jià)大約只是現(xiàn)有放電燈中使用的混合堿性金屬玻璃原材料成本價(jià)的75％。而且，該高鈉玻璃的電導(dǎo)率比較低；250℃時(shí)電導(dǎo)率大約為
logρ＝6.3，而混合堿性金屬玻璃的對應(yīng)值大約為logρ＝8.9。
在根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈的優(yōu)選實(shí)施方案中，透明層包括鈣、鍶和/或鋇的硼酸鹽和/或磷酸鹽。這樣的透明層對于可見光有比較高的傳導(dǎo)系數(shù)。此外，使用包括硼酸鈣、硼酸鍶、硼酸鋇或磷酸鈣、磷酸鍶、磷酸鋇的透明層的低壓水銀蒸汽放電燈具有良好的維護(hù)。
在低壓水銀蒸汽放電燈的特別優(yōu)選實(shí)施方案中，透明層包括硼酸釔和硼酸鍶。這樣的透明層對于紫外線和可見光有比較高的傳導(dǎo)系數(shù)。人們還發(fā)現(xiàn)，包括硼酸釔和硼酸鍶的透明層對放電容器內(nèi)壁具有良好的輕度吸濕性和粘性。此外，可以用相對簡單的方式安裝層(例如，使用混合了硼酸的乙酸釔和乙酸鍶)，其效果是節(jié)約成本，特別是在大量生產(chǎn)低壓水銀蒸汽放電燈的過程中。
在低壓水銀蒸汽放電燈的實(shí)際實(shí)施方案中，該透明層的厚度為大約5nm到大約200nm。層厚度超過200nm時(shí)，會過度吸收放電空間中產(chǎn)生的射線。在層厚度小于5nm時(shí)，放電和放電容器內(nèi)壁之間會發(fā)生相互作用。層厚度在大約50nm到大約200nm的范圍之間特別適合。在該優(yōu)選范圍內(nèi)，透明層對大約254nm的波長范圍具有比較高的反射率。
根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈更深一層的優(yōu)選實(shí)施方案的特征在于，透明層面對放電空間的一面裝配有一種發(fā)光材料。在低壓水銀蒸汽放電燈中使用根據(jù)本發(fā)明的透明層的優(yōu)點(diǎn)在于，包含一種發(fā)光材料(例如熒光粉)的發(fā)光層粘附到該透明層顯著好于粘附到現(xiàn)有低壓水銀蒸汽放電燈的透明層。特別是在低壓水銀蒸汽放電燈的弧形部分粘附得到了改進(jìn)。
參考下文描述的實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其它方面會變得可見并得到闡明。
在附圖中

圖1A是包含根據(jù)本發(fā)明的低壓水銀蒸汽放電燈的一個(gè)小型熒光燈實(shí)施方案的截面圖。
圖1B是圖1A中所示的低壓水銀蒸汽放電燈元件的截面圖。
圖形完全是示意性的，沒有按比例繪制。尤其是為了說明清楚，一些尺度被強(qiáng)烈的夸大了。圖中類似的組成盡可能的以相同的參考數(shù)字來表示。
圖1給出了一個(gè)包含低壓水銀蒸汽放電燈的熒光燈。低壓水銀蒸汽放電燈裝配有一個(gè)傳導(dǎo)射線的放電容器10，放電容器10以密封的方式封閉出一個(gè)大約10cm3容量的放電空間。放電容器10是一個(gè)玻璃管，其截面至少是個(gè)大致的圓形，(有效)內(nèi)徑D大約為10mm。在這個(gè)實(shí)施方案中，管子以稱作鉤形的方式彎曲，管子有若干直的部分，其中的兩個(gè)引用號為31、33，如圖1A所示。放電容器還包括若干弧形部分，其中的兩個(gè)引用號為32、34，如圖1A所示。放電容器10的內(nèi)壁12裝配有根據(jù)本發(fā)明的透明層16和發(fā)光層17。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中省去了發(fā)光層。放電容器10由卡箍70支撐，它還支撐裝有電接觸73a和機(jī)械接觸73b的燈罩71，這本身是現(xiàn)有的。低壓水銀蒸汽放電燈的放電容器10套在一個(gè)連接到卡箍70上的透光外殼60中。透光外殼60外觀通常是無光澤的。
圖1B非常概略的給出了圖1A中低壓水銀蒸汽放電燈元件的截面圖。放電容器10中的放電空間11包含的不是水銀，而是稀有氣體，在這個(gè)例子中是氬。維持放電的裝置由一個(gè)放置在放電空間11中的電極對41a構(gòu)成(圖1B中只給出了一個(gè)電極)。電極對41a是一個(gè)鎢繞組，鎢繞組表面涂有輻射電子材料，這里是氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶的混合物。每個(gè)電極41a由放電容器10(鋸齒狀)的尾部支撐(圖1A和1B中沒有給出)。供電導(dǎo)線50a、50a’由電極對41a導(dǎo)出，通過放電容器10的尾部到外部。供電導(dǎo)線50a、50a’連接到卡箍70中提供的(電子)電源，電氣連接到燈罩71上的電接觸73b(見圖1A)。
低壓水銀蒸汽放電燈放電容器的玻璃根據(jù)本發(fā)明其組成包括二氧化硅和氧化鈉兩種重要成分。在圖1A和1B給出的示例中，根據(jù)本發(fā)明的放電容器由稱作高鈉玻璃的材料制造。特別優(yōu)選的玻璃是具有下列組成的70-74wt.％ SiO2、16-18wt.％ Na2O、0.5-1.3wt.％ K2O、4-6wt.％ CaO、2.5-3.5wt.％ MgO、1-2wt.％ Al2O3、0-0.6wt.％ Sb2O3、0-0.15wt.％ Fe2O3、0-0.05wt.％ MnO。
在低壓水銀蒸汽放電燈實(shí)施方案中，通過將不同濃度的Sr(Ac)2(乙酸鍶)溶液加入到包括不同濃度Y(Ac)3(醋酸釔)的溶液之中來制造根據(jù)本發(fā)明的透明層16。在另一實(shí)施方案中，加入的是Ba(Ac)2(乙酸鋇)溶液而不是Sr(Ac)2溶液。我們試驗(yàn)了三種配方，如表I所示。
表I根據(jù)本發(fā)明的透明層的三種配方
管狀放電容器在漂洗和干燥之后，通過將過量的前述溶液通過放電容器就形成一層涂層。在涂層過程之后，放電容器首先在大約60℃中干燥15分鐘，隨后在大約400℃中燒結(jié)15分鐘。在另一實(shí)施方案中，透明層在高一些的溫度中以較短的時(shí)間就凝固了。透明層的厚度范圍從大約50nm到大約90nm。
接下來放電容器加上一個(gè)發(fā)光涂層，發(fā)光涂層包括三種已知的磷光體，即帶有活化鋱鋁酸鈰鎂的綠色發(fā)光材料，帶有二價(jià)活化銪鋁酸鋇鎂的藍(lán)色發(fā)光材料，帶有三價(jià)活化銪氧化釔的紅色發(fā)光材料。放電容器在加上涂層之后，被彎成具有直的部分和弧形部分的已知鉤形。接著很多放電容器按通常的方式安裝在低壓水銀蒸汽放電燈中。隨后這些放電燈中很多會裝配以上面提到的三種配方之一為基礎(chǔ)的透明外殼(參看圖1A中給出的例子)。對兩種長度的放電容器進(jìn)行了試驗(yàn)，即230mm(11W熒光燈)和405mm(20W熒光燈)。在運(yùn)行期間，所有情況下燈的電流強(qiáng)度都是200mA。
首先測量了包括由裝配有根據(jù)本發(fā)明的透明層的混合堿性玻璃制造的現(xiàn)有放電容器的低壓水銀蒸汽放電燈在1,000和2,000小時(shí)后的維護(hù)。表II給出了這種測量結(jié)果。維護(hù)按通常的方式與放電燈點(diǎn)亮100小時(shí)后的值相比來進(jìn)行歸一化。
表II包括由裝配有根據(jù)本發(fā)明的透明層的混合堿性玻璃制造的現(xiàn)有放電容器的低壓水銀蒸汽放電燈在1,000和2,000小時(shí)后的維護(hù)
表II顯示了1,000和2,000個(gè)小時(shí)后包括現(xiàn)有放光管和裝配有根據(jù)本發(fā)明的透明層的放電燈的維護(hù)大大提高了。裝配有透光外殼的放電燈得到了最大的提高。
隨后，測量了包括根據(jù)本發(fā)明的放電容器和裝配有根據(jù)本發(fā)明的，不同配置的透明層的低壓水銀蒸汽放電燈在1,000和2,000小時(shí)后的維護(hù)。表III給出了這種測量結(jié)果。
表III包括根據(jù)本發(fā)明的放電容器和裝配有根據(jù)本發(fā)明的，不同配置的透明層的低壓水銀蒸汽放電燈在1,000和2,000小時(shí)后的維護(hù)
表III顯示了1,000和2,000個(gè)小時(shí)后包括根據(jù)本發(fā)明的放電容器和裝配有根據(jù)本發(fā)明的透明層的放電燈的維護(hù)大大提高了。裝配有透光外殼的放電燈得到了最大的提高。2,000小時(shí)以上時(shí)，三種根據(jù)本發(fā)明的透明層之間的維護(hù)沒有顯著的區(qū)別。
很顯然，對于那些本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員來說在本發(fā)明范圍之內(nèi)可以做很多的變化。
本發(fā)明的保護(hù)范圍不只局限于這里給出了的例子。發(fā)明具體化在每一個(gè)新特征和特征的每個(gè)組合上。權(quán)利要求中的參考數(shù)字不是限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。詞“包括”不是排除那些在權(quán)利要求中提到的成分之外存在的成分。在一種成分前面使用詞“一種”不是排除很多此類成分的存在。
權(quán)利要求
1.一種低壓水銀蒸汽放電燈，包括一個(gè)透光放電容器(10)。該放電容器(10)以密封的方式封閉了一個(gè)充滿水銀和稀有氣體的放電空間(10)，放電容器(10)內(nèi)壁至少有一部分裝配有透明層(16)，其特征在于，放電容器由包括二氧化硅和氧化鈉的玻璃制造，玻璃的組成包括下列重要成分，以重量百分比表示(wt.％)SiO260-80wt.％，Na2O10-20wt.％，并且透明層(16)包括堿土金屬的硼酸鹽和/或磷酸鹽，和/或鈧、釔或另外稀土金屬的硼酸鹽和/或磷酸鹽。
2.一種如權(quán)利要求1中所要求的低壓水銀蒸汽放電燈，其特征在于玻璃組成包括下列成分Si2O 70-75wt.％Na2O 15-18wt.％K2O0.25-2wt.％。
3.一種如權(quán)利要求1或2中所要求的低壓水銀蒸汽放電燈，其特征在于堿土金屬是鈣、鍶和/或鋇。
4.一種如權(quán)利要求1或2中所要求的低壓水銀蒸汽放電燈，其特征在于透明層(16)包括硼酸釔和硼酸鍶。
全文摘要
一種裝配有放電管(10)的低壓水銀蒸汽放電燈。放電管(10)以密閉的方式封閉出一個(gè)充滿水銀和稀有氣體的放電空間(11)。根據(jù)本發(fā)明,放電管由包括二氧化硅和氧化鈉的玻璃制造,二氧化硅和氧化鈉的重量百分比如下:SiO
文檔編號H01J61/35GK1363113SQ01800161
公開日2002年8月7日 申請日期2001年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者I·J·M·斯尼凱斯－亨德里克斯, R·C·布雷斯馬, R·J·亨德里克斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司