專利名稱：填充氣體中不含水銀的低壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓氣體放電燈，該燈包括一個(gè)充有氣體的氣體放電管、電極和產(chǎn)生并維持低壓氣體放電的裝置。
背景技術(shù)：
低壓氣體放電燈發(fā)光的基本原理是電荷載體，具體地說是電子或離子被燈的電極之間的電場(chǎng)猛烈加速，與燈內(nèi)填充氣體的原子或分子相互碰撞，將其激發(fā)或電離。當(dāng)填充氣體原子或分子返回基態(tài)時(shí)，幾乎大部分激發(fā)的能量轉(zhuǎn)化為輻射能。
傳統(tǒng)的低壓氣體放電燈的填充氣體中包含水銀，并且氣體放電管內(nèi)壁上有熒光涂層。水銀低壓氣體放電燈的一個(gè)缺點(diǎn)在于水銀蒸氣主要發(fā)射高能的電磁光譜為不可見的短波紫外線(UV-C)范圍的輻射，這種輻射必須首先通過熒光粉將其轉(zhuǎn)化為低能級(jí)的可見輻射光。在該過程中，能量差轉(zhuǎn)化為并不希望得到的熱輻射。
填充氣體中的水銀日趨被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境有害的、有毒的物質(zhì)，由于其使用、生產(chǎn)和處置對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅，因此近期內(nèi)應(yīng)盡可能禁止大量生產(chǎn)。
目前已知可以通過將填充氣體由水銀變?yōu)槠渌镔|(zhì)的方法發(fā)生改變低壓氣體放電燈的光譜。
例如，GB 2014658 A披露了一種低壓氣體放電燈，該燈包括放電管、電極和作為紫外線輻射源的至少包含鹵化銅的填充氣體。該含有鹵化銅的低壓氣體放電燈發(fā)射出的可見光和為324.75和327.4納米的紫外光范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種其輻射盡可能接近可見光電磁光譜區(qū)域的低壓氣體放電燈。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的低壓氣體放電燈包括一個(gè)氣體放電管，該放電管內(nèi)所充的氣體中具備銦的化合物及緩沖氣體，還包括電極和產(chǎn)生并維持低壓氣體放電的裝置。
在本發(fā)明的燈中，分子氣體放電是在低壓下發(fā)生，氣體放電發(fā)射的輻射處于電磁光譜中可見光和近長(zhǎng)波紫外線(UV-A)的區(qū)域內(nèi)。除了410和451納米的銦的特征線外，輻射還包括從320到450納米這個(gè)較寬范圍內(nèi)的連續(xù)光譜。由于這種輻射是由分子放電引發(fā)的，因此可以通過控制銦化合物的種類、燈內(nèi)壓力和工作溫度來得到準(zhǔn)確定位的連續(xù)光譜。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的水銀低壓氣體放電燈相比，通過與熒光物配合，本發(fā)明的燈的發(fā)光效率顯著提高。發(fā)光效率表示為流明/瓦，即在某一可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的輻射照度與產(chǎn)生輻射的能量之間的比值。本發(fā)明中燈的發(fā)光效率高即意味著為了得到某一照度所需要的能量消耗較小。同時(shí)，不需使用水銀。
本發(fā)明的燈作為長(zhǎng)波紫外線(UV-A)燈，可以方便用于日光浴，或作為消毒燈和涂漆烘干燈。為了通常的照明目的，該燈可以適當(dāng)加入熒光粉。由于斯托克斯(Stokes)轉(zhuǎn)化損失很小，因此可以得到大約100流明/瓦的高發(fā)光效率可見光。
本發(fā)明中所涉及的銦化合物的范圍包括銦的鹵化物、氧化物、氧屬化物、氫化物及有機(jī)金屬化合物。
最好用具有鹵化銦的填充氣體。
如果填充氣體中包含由兩種鹵化銦組成的混合物則發(fā)光效率可以進(jìn)一步提高。
另一種優(yōu)選方案是在氣體中進(jìn)一步包括作為添加劑的鉈的化合物，它選自鉈的鹵化物、氧化物、氧屬化物、羥化物、氫化物及有機(jī)金屬化合物。這樣氣體放電就可以得到一個(gè)較寬的連續(xù)光譜。
填充氣體還可以包含作為另一種添加劑的鹵化物，該鹵化物選自銅和堿性金屬的鹵化物。
與現(xiàn)有技術(shù)比較后發(fā)現(xiàn)，如果填充氣體中鹵化銦和鹵化鉈的摩爾數(shù)之比為1∶1，則本發(fā)明的效果十分理想。
氣體填充物中的緩沖氣體可以是惰性氣體中的氦、氖、氬、氪或氙。工作溫度下惰性氣體的壓力優(yōu)選2至10兆巴，3.4兆巴最好。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)氣體放電管優(yōu)選在管外表面涂熒光粉。本發(fā)明的低壓氣體放電燈發(fā)射的長(zhǎng)波紫外線(UV-A)輻射不會(huì)被常用玻璃吸收，可以幾乎不受損失地穿透放電管的管壁因而可以將熒光涂在氣體放電管外側(cè)，這樣可以簡(jiǎn)化制造工序。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)填充氣體最好含有分壓為1.0至30.0微巴的鹵化銦，分壓小于1.0微巴的鉈化合物及分壓為2至10兆巴的氬氣。所述壓力是對(duì)應(yīng)工作溫度下的壓力。
本發(fā)明的這些及其它方面將通過附圖和三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。


在附圖中附圖1示意性地表示了該低壓氣體放電燈的發(fā)光，該燈包括含有銦(I)化合物的填充氣體。
優(yōu)選實(shí)施例說明在附圖1所示的實(shí)施例中，本發(fā)明低壓氣體放電燈包括管狀燈泡1，其包圍住放電空間。燈管兩端內(nèi)側(cè)密封電極2，通過該電極激發(fā)氣體放電。該低壓氣體放電燈包括一燈座和燈罩3。電鎮(zhèn)流器按照常規(guī)方式固連于燈座或燈罩內(nèi)。在圖1中未示出的另一實(shí)施例中，該低壓氣體放電燈可以通過外置鎮(zhèn)流器進(jìn)行工作控制。
氣體放電管可以選用一由外面燈泡包圍的多層彎管或盤繞管。氣體放電管管壁最好由玻璃制成，其對(duì)波長(zhǎng)為320到450納米的長(zhǎng)波紫外線(UV-A)輻射來說是透明的。
關(guān)于填充氣體的使用，最簡(jiǎn)單的可用密度為1至10微克/立方厘米的鹵化銦和惰性氣體組成。惰性氣體作為緩沖氣體可使氣體放電更加穩(wěn)定。緩沖氣體最好用氬。也可以其它惰性氣體全部或部分代替氬，如氦、氖、氪、氙。
向填充氣體加入添加劑可以顯著提高發(fā)光效率，添加劑選自鉈、銅或堿金屬的鹵化物。也可以通過在氣體氣氛中混入兩種或兩種以上的鹵化銦提高效率。
效率還可以通過優(yōu)化工作期間燈的內(nèi)部壓力得到進(jìn)一步提高。緩沖氣體的冷態(tài)填充壓力最大10兆巴，最好在1.0和2.5兆巴之間。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)另一個(gè)優(yōu)化措施，通過采用合適的結(jié)構(gòu)控制燈的工作溫度可以提高低壓氣體放電燈的發(fā)光效率。燈的直徑和長(zhǎng)度的選擇要使工作期間的外部溫度為25℃，內(nèi)部溫度范圍達(dá)到170至285℃。該內(nèi)部溫度與氣體放電管上放電時(shí)管內(nèi)的按照溫度梯度分布得到的溫度最低處的溫度有關(guān)。
要想提高內(nèi)部溫度，氣體放電管可涂上紅外輻射反射層。最好是用摻雜銦的氧化錫作為紅外輻射反射層。
在這種情況下發(fā)現(xiàn)，低壓氣體中放電燈內(nèi)填充氣體含有氯化銦時(shí)，在工作溫度下，最冷溫度處的溫度在170至210℃范圍內(nèi)，最好是200℃。同樣低壓氣體放電燈內(nèi)填充氣體含有溴化銦時(shí)最冷處溫度控制在210至250℃范圍內(nèi)，最好作為250℃。
當(dāng)填充氣體含有碘化銦時(shí)，最低溫度控制在200至285℃范圍內(nèi)，最好是近似255℃。
將上述的三種措施結(jié)合也可以得到良好的效果。
本發(fā)明低壓氣體放電燈的電極適合選用的材料有鎳、鎳合金或高熔點(diǎn)金屬，具體是鎢或鎢合金。也可以是鎢和氧化釷或氧化銦的合成物。
根據(jù)附圖1所示的實(shí)施例，氣體放電管的外表面覆蓋熒光涂層4。氣體放電產(chǎn)生的紫外線輻射激發(fā)熒光涂層中的熒光粉從而在可見光區(qū)5發(fā)出光線。
熒光涂層的化學(xué)組成決定光譜和色調(diào)?？梢杂米鳠晒夥鄣牟牧弦m于吸收輻射并能發(fā)射出例如紅、綠、藍(lán)三基色波長(zhǎng)范圍的合適光，以及確保獲得高熒光發(fā)射量。
不一定要將熒光粉或熒光粉化合物涂在氣體放電管的內(nèi)側(cè)；可以只涂在不吸收紫外輻射的用常規(guī)玻璃制成的氣體放電管的外側(cè)。
在另一實(shí)施例中，燈可以由高頻電場(chǎng)的電容激發(fā)，電極設(shè)置在氣體放電管的外側(cè)。
又一實(shí)施例中，燈可由高頻感應(yīng)激發(fā)。
燈點(diǎn)燃后，電極發(fā)射的電子激發(fā)填充氣體中的原子和分子，從而根據(jù)特征以及320到450納米范圍內(nèi)的連續(xù)光譜發(fā)出紫外輻射。
放電加熱了填充氣體從而得到理想的蒸汽壓力和170℃到285℃的理想工作溫度，這時(shí)發(fā)出的光線最佳。
在工作過程中含有鹵化銦的填充氣體產(chǎn)生的輻射表明，除了銦元素在410納米和451納米的光譜線，強(qiáng)烈的在很寬范圍內(nèi)連續(xù)的分子光譜處于340至420納米之間，這是由鹵化銦原子放電產(chǎn)生的。最大連續(xù)分子光譜的發(fā)射范圍由鹵化銦的分子重量的增加調(diào)整到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
實(shí)施例1
—種其玻璃透明于長(zhǎng)波紫外線(UV-A)輻射的玻璃圓柱形放電管，長(zhǎng)15厘米，直徑2.5厘米，內(nèi)置電極為鎢。放電管抽真空，同時(shí)加入配量為0.3毫克溴化銦。冷態(tài)壓力1.7毫巴的氬也充入其中。外部交流電源提供交流電發(fā)光，測(cè)量工作溫度為225℃時(shí)的發(fā)光效率。發(fā)光效率為100流明/瓦。
實(shí)施例2一種其玻璃透明于長(zhǎng)波紫外線(UV-A)輻射的玻璃圓柱形放電管，長(zhǎng)15厘米，直徑2.5厘米，外置電極為銅。放電管抽真空，同時(shí)加入溴化銦、碘化銦和氬氣作為填充氣。工作溫度下溴化銦分壓為5.0至15.0微巴，碘化銦分壓為0.5至1.5微巴，氬氣的分壓為5.0毫巴。
外部電源提供頻率13.5兆赫的高頻電場(chǎng)，工作溫度240℃時(shí)的發(fā)光效率為85流明/瓦。
實(shí)施例3—種其玻璃透明于長(zhǎng)波紫外線(UV-A)輻射的玻璃圓柱形放電管，長(zhǎng)15厘米，直徑2.5厘米，內(nèi)置電極為鎢。放電管抽真空，同時(shí)加入溴化銦、碘化鉈和氬氣作為填充氣。工作溫度下溴化銦分壓為1.0至10.0微巴，碘化鉈的分壓小于1微巴，氬氣的分壓為5.0毫巴。
外部交流電源提供交流電發(fā)光，工作溫度210±10℃時(shí)的發(fā)光效率為90流明/瓦。
權(quán)利要求
1.一種具有氣體放電管的低壓氣體放電燈，該放電管內(nèi)填充的氣體中具有銦的化合物及緩沖氣體，該低壓氣體放電燈還具有電極和低壓氣體放電的發(fā)生及維持裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于銦化合物選自銦的鹵化物、氧化物、氧屬化物、羥化物及有機(jī)金屬化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于銦的化合物選用鹵化銦。
4.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體中包含兩種鹵化銦的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體進(jìn)一步包含作為另—種添加劑的鉈的化合物該化合物選自鉈的鹵化物、氧化物、氧屬化物、羥化物、氫化物及有機(jī)金屬化合物。
6.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體進(jìn)一步包含作為另一種添加劑的鹵化物，該鹵化物選自銅或堿金屬的鹵化物。
7.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體包含摩爾數(shù)之比為1∶1的鹵化銦和鹵化鉈。
8.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體中包括作為緩沖氣體的惰性氣體，惰性氣體選自氦、氖、氬、氪或氙。
9.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體中包括作為緩沖氣體的惰性氣體，惰性氣體選自氦、氖、氬、氪或氙，工作溫度下的氣體壓力為2至10毫巴。
10.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體中的包括作為緩沖氣體的惰性氣體，惰性氣體選自氦、氖、氬、氪或氙，工作溫度下的氣體壓力為3.4毫巴。
11.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于氣體放電管外面包覆熒光粉。
12.如權(quán)利要求1所述的低壓氣體放電燈，其特征在于填充氣體包括分壓為1.0至10.0微巴的溴化銦，分壓小于1微巴的碘化鉈，分壓為2至10兆巴的氬氣。
全文摘要
一種具有氣體放電管的低壓氣體放電燈,管內(nèi)充入銦的化合物及緩沖氣體組成的填充氣體。該低壓氣體放電燈還包括電極和低壓氣體放電的發(fā)生及維持裝置。
文檔編號(hào)H01J61/12GK1342994SQ0113572
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2001年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者R·P·肖爾, R·希爾比格, A·克伯, J·拜爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司