专利名称：低功率荧光灯的制作方法
本申请是2000年10月7日提交的美国专利申请系列No.09/697,883(Pearne&Gordon Docket No.33046)的部分继续申请。
相关技术描述在北美市场上，T8型荧光灯已经变得相当流行，并且由于其固有的高效率，已经基本上取代了前一代T12型荧光灯。典型的、使用已知的三种成分的稀土荧光粉混合物的北美4管脚T8型荧光灯依靠IES基准电路工作在32.5瓦(W)，产生2850流明或88流明/瓦。依靠高频电子镇流器，其效率会很高，接近100流明/瓦。
期望能够提高T8型荧光灯的效率以便较好较少的能量。目前还没有能够发出与标准灯相同流明输出的低功率灯。因为使用T8型荧光灯的照明设备占北美全部能源消耗的很大一部分，因此，提高效率的灯能够显著减少总的能耗。减少能耗意味着为消费者节约开支，也意味着较少了与为满足当前的需求而必须的过多能源产品有关的环境破坏。
较少这种灯的能耗的方法之一是用一种在低电流条件下操作灯的镇流器代替当前使用的电子镇流器。但是，仅仅降低灯的电流将会减少光输出量，而在某些照明设备中光输出量不能或不期望减少。制造这样的高效率系统的主要问题是目前的照明设备采用相对较贵的长寿命高频电子镇流器。因此，低功率灯必须是要么与现有的电子镇流器兼容，要么要求在用户能够承受的成本范围那更换现有的电子镇流器。更换电子镇流器背离节约费用的初衷，因此是用户不欢迎的。
因此，需要一种低功率T8型荧光灯，与标准T8型荧光灯相比具有等效的流明输出，并且适合与现有的高频电子镇流器一起使用。
发明概述提供了一种低压汞蒸汽放电灯，该灯具有有内表面的透光玻璃罩；用于提供放电的装置；靠近或紧贴玻璃罩内表面涂覆的由氧化铝粉末构成的紫外线反射屏蔽层；紧贴屏蔽层涂覆的荧光层；以及密封在罩里面，由汞蒸汽和惰性气体构成的放电维持填充气体。所述惰性气体是氩和氪的混合物，其中氪所占体积百分比为10-40。惰性气体的总压力是1-4乇。该种灯的流明效率最小为80流明/瓦。
发明详述在以下的描述以及随后的权利要求中，当给出优选范围时，如5到25(或5-25)，表示最好至少为5，还分别地并且独立地表示最好不超过25。当给出关于复杂混合物中一种成份的重量百分比(wt.％)时，表示该种成份的重量与复杂混合物中全部成份的重量的比例为所述的百分比。
如这里所使用的，“电子镇流器”表示本领域已知的高频电子镇流器，它包括一个很轻的固态电子电路，该电路用于将110V60Hz的交流输入信号转换为范围在20-150kHz、更好是20-100kHz、更好是20-80kHz、更好是20-50kHz、更好是25-40kHz的，输出电压范围为150-1000V的高频交流输出信号。该电子镇流器最好是瞬间启动的镇流器并且适用于操作本领域已知的T8型荧光灯。退一步说，该镇流器可以是本领域已知的快速启动镇流器。
也如这里所使用的，“T8型荧光灯”为本领域公知的荧光灯，该灯最好是具有圆截面的直线形的，标称长度最好为48英寸并且标称外径为1英寸(1/8英寸的8倍，“T8”中的“8”来源于此)。退一步说，T8型荧光灯的标称长度可以是2、3、6或8英尺，再退一步说，可以是某些其它长度。或者，T8型荧光灯的形状可以不是直线的，例如，圆形或者其它曲线。
“T12型荧光灯” 为本领域通常已知的，标称外径为1.5英寸的直线形荧光灯，在其它有关方面与T8型灯相似。
如此处以及权利要求书中所使用的，瓦特数是依据本领域已知的标准IES 60Hz快速启动参考电路进行测量的。
图1示出了按照本发明的低压汞蒸汽放电荧光灯10。荧光灯10具有一个圆截面的透光玻璃管或罩12。虽然玻璃罩可以有不同的内径和长度，但是，最好玻璃罩12的内径为2.37cm，长度为118cm。玻璃罩12的内表面涂覆紫外线(UV)反射屏蔽层14。屏蔽层14最好包括由α和γ氧化铝粉末组成混合物。屏蔽层14最好直接与玻璃罩12的内表面接触。屏蔽层14的内表面涂覆荧光层16。荧光层16最好是稀土荧光层，如稀土三荧光粉层。可选地，荧光层16可以是卤代磷酸盐荧光粉层，其流明较低，但仍然可以实现低功率。
该灯由附加在两端的基座20牢牢地密封起来，在基座20上分别安装了一对被隔开的电极装置18(用于放电的装置)。由汞以及惰性气体构成的放电维持填充气体22被密封在玻璃管里面。惰性气体最好是根据本发明的氩和氪的混合物。惰性气体和少量的汞提供了低汽压工作方法。
荧光层16最好包含由红色、绿色和蓝色散射稀土荧光粉组成的混合物，最好包含三荧光粉混合物。红色散射荧光粉最好是用铕(Eu3+)活化的氧化钇，通常缩写为YEO。
绿色散射荧光粉最好是用铈(Ce3+)和铽(Tb3+)活化的磷酸镧，通常缩写为LAP。稍差的绿色散射荧光粉可以是用铽(Tb3+)活化的铈，铝酸镁，通常缩写为CAT，再稍差的是用铈(Ce3+)和铽(Tb3+)活化的钆、戊硼酸镁，通常缩写为CBT，再稍差的是如本领域已知的任何其它适用的绿色散射荧光粉。
蓝色散射荧光粉最好是用铕(Eu3+)活化的钙、锶、氯磷酸钡，稍差的是用铕(Eu2+)活化的钡、铝酸镁，再稍差的是如本领域已知的任何其它适用的蓝色散射荧光粉。三种三荧光成分按照如本领域已知的重量百分比基数进行混合，从而获得预选的灯颜色。虽然按照有关的重量百分比可以将三色荧光粉进行有益的组合，从而产生具有其它预定色温的灯，但典型的灯的颜色包括那些具有相关色温(CCT)标称为3,000K、3,500K、4,100K、5,000K和6,500K的颜色。色温最好至少或至多为以上列出的那些，或者最好加上或减去50K、100K、150K或200K。灯的颜色最好位于对应于上述CCT的标准CIE颜色的二、三或四个MPCD间隔。
在稍差的实施例中，在荧光层16中可以使用由其它几种稀土荧光粉组成的稀土荧光粉混合物，如具有4或5种稀土荧光粉的方式。
一般的涂层结构披露在美国专利No.5,602,444中。如该专利所披露的，UV反射屏蔽层14包含涂在玻璃罩12内表面上的由γ和α氧化铝粉末构成混合物，荧光层16涂在屏蔽层14的内表面上。
本发明的荧光层16涂在UV反射屏蔽层14的内表面上，并且优选的涂层重量为2-3.9mg/cm2，更好的是2.2-3.5mg/cm2，更好的是2.4-3.3mg/cm2，更好的是2.5-3.2mg/cm2，更好的是2.6-3.1mg/cm2，更好的是2.8-3.0mg/cm2，更好的是2.9mg/cm2。标准的4管脚T8型荧光灯的内表面面积约为900cm2，因此，要计算每个灯的荧光粉涂层重量，用该面积乘上述的涂层重量即可。这表示涂层重量比现有技术明显地增加了，例如美国专利No.5,008,789、No.5,051,653和No.5,602,444，其中使用了典型的大约为1.3和1.9mg/cm2的涂层重量，例如分别用在人们熟知的通用电气公司的STARCOAT(商标)SP和SPX型灯中。由于涂层重量对灯的成本影响很大，因此知道现在，如以上专利中所教导的降低涂层重量仍然是理想的节约成本的措施。然而，按照本发明的长寿命T8型荧光灯，虽然名义上更贵，但是当结合现有的电子镇流器使用时，可以产生相同的流明而消耗较少的能量。与上述屏蔽层14一起，所增加的荧光粉涂层重量导致了将由放电产生的全部UV辐射的99％以上吸收，并且随后转换为可见光。这导致在效率上超过现有的、为本领域普遍知道的高性能通用电气SPX型灯3％。因此，由于提高了灯的效率，本发明的荧光灯产生相同的流明(即，至少为2800流明，这是标准T8型灯的特征)所消耗的能量较少。
填充气体22最好包括氩和氪的混合物。标准T8型荧光灯的填充气体22是氩。对某些类型的灯来说，氩和氪的混合填充气体在本领域是公知的。举例来说，这样的混合气体通常用于先前的T12型荧光灯。由于假如氪，减少了荧光灯的能量消耗，因为氪含有比氩重的原子，结果每单元长度上放电的电子散射和热损耗都得以降低。通用的启动辅助手段是通过热解喷涂涂覆在玻璃管12内表面上的氟或锑掺杂的氧化锡薄膜。在启动期间，放电容性耦合到涂层上，电流沿着玻璃壁通过，直到放电本身导通为止。但是，这样的薄膜要求另外的涂覆步骤且很难正确应用，从而增加了制造时间和成本。此外，该启动辅助薄膜使流明减少1-2.5％。因此，在要求启动辅助物以抵消填充气体22中氪的影响的灯中，由于流明输出的减少和启动辅助成本地增加，节约能量成本的目的至少会部分地受到影响。先前地低功率T12型灯典型地在填充气体中包含75-90％地氪，其它是氩。这样高比例地氪显著增加了启动荧光灯地难度。
本发明的荧光灯采用的填充气体22含氪和氩，其中氪优选为10-40％，更优选为15-35％，更优选为20-30％，更优选为22-28％，更优选为23-27％，更优选为25％，其余为氩。在室温(约25℃)时，填充气体的总压力最好是1-4乇，更好是1.5-3乇，更好是1.6-2.6乇，更好是1.8-2.4乇，更好是1.9-2.4乇，更好是1.9-2.3乇，更好是约2.2乇。具有上述构成成份和总压力的填充气体的灯减少了能耗，但是当结合电子镇流器用于T8型荧光灯时，不要求启动辅助物。
包括体积百分比(vol.％)为25的氪灯要求大约480V的启动电压，而包括体积百分比(vol.％)为80的氪灯要求大约520V的启动电压。用市场上常见的几种瞬时启动电子镇流器对根据本发明的T8型荧光灯进行了测试。所测试的镇流器列于下表1中。
表1与T8型荧光灯一起测试的常见瞬时启动电子镇流器列表
用上述所有的110V电子镇流器启动本发明的灯，都获得了符合要求的结果，其中所用的氩-氪比例和总的气压如上所述。对所测试的所有镇流器都不需要启动辅助就能获得满意的启动。因此，根据本发明的灯可以与市场上已经存在的镇流器一起使用，且可以与所述镇流器有效电气耦合，这就意味着用户可以立即开始在现有的照明设备中使用低功率荧光灯。
结合以下实例，可以理解本发明，而且将进一步描述本发明的其它部分。实例1根据本发明的低功率4管脚T8型荧光灯在标准IES60Hz快速启动基准电路上进行了测试，对20只这样的灯的平均性能与20只标准4管脚T8型荧光灯的平均性能在同一电路上进行对比。比较结果示于下表2。
表2低功率荧光灯与标准荧光灯的对比从表2可以看出，低功率T8型荧光灯消耗的功率要少5％。标准T8型荧光灯产生大约88流明/瓦，而改进的低功率T8型荧光灯产生95流明/瓦。尽管当本发明的灯用在标准参考电路中时，会导致功率消耗减少约5％，但是也发现当依靠如表1所示的典型商业镇流器工作时，同样的灯会导致功率消耗减少5-8％。与上述标准的T8型荧光灯相比，本发明的等最好(1)消耗的功率减少至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13％，(2)产生的流明至少增加1、2、3、4、5、6、7或8％。在本申请早先提到的不同长度和不同色温的其它标准T8型荧光灯中，功率可以减少同样的比例，效率或效能(流明/瓦)可以增加同样的比例。
本发明的低功率4管脚T8型荧光灯消耗的功率最好不高于31.8、31.5、31.2、30.9、30.5、30.2、29.9、29.6、29.2、28.9、28.6或28.3瓦。
根据本发明的T8型荧光灯将具有与等效的标准T8型荧光灯相比完全相同的标称着色系数(CRI)特征。因此，本发明的灯可以用于任何当前使用T8型荧光灯的照明设备中，通过正确选择三磷光粉或卤代磷酸盐磷光粉或其它合适的普通发光磷光粉，这些灯的CRI特征可以类似地进行调节。本发明的灯的CRI最好为至少50，最好为至少60，最好为至少70，最好为至少75，最好为至少80。本发明的灯的效率最好为至少80，最好为至少82，最好为至少84，最好为至少86，最好为至少88，最好为至少90，最好为至少92，最好为至少94，最好为至少96流明/瓦(在上述的IES基准电路上测量)。测量100小时(100小时流明)时，本发明的灯的流明输出最好为至少2700，2750，2800或2850流明。
尽管参考优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应该明白，在不偏离本发明的范畴的前提下，可以进行种种修改，其中的单元也可以等效代替。此外，在不偏离本发明教导的基本范畴的条件下，还可以对其进行多种修改，以适应具体的情况。因此，本发明不限于以上公开的作为执行本发明的最好模式的具体实施例，而是包括附加的权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种低压汞蒸汽放电灯，包括有内表面的透光玻璃罩；用于提供放电的装置；靠近玻璃罩内表面涂覆的由氧化铝粉末构成的紫外线反射屏蔽层；紧贴屏蔽层涂覆的荧光层；以及密封在罩里面，由汞蒸汽和惰性气体构成的放电维持填充气体。所述惰性气体是氩和氪的混合物，其中氪所占体积百分比为10-40。所述罩内惰性气体的总压力是1-4乇。所述灯的流明效率最小为80流明/瓦。
2.根据权利要求1的灯，其中所述荧光粉层包括由红、绿和兰色发光稀土磷光粉组成的混合三磷光粉系统。
3.根据权利要求1的灯，其中所述灯运行的功率不高于32.2瓦。
4.根据权利要求1的灯，其中所述灯的输出至少为2800流明。
5.根据权利要求1的灯，其中所述灯的流明效率至少为90流明/瓦。
6.根据权利要求1的灯，其中所述磷光粉层的涂层重量为2.0-3.9mg/cm2。
7.根据权利要求1的灯，其中所述磷光粉层的涂层重量为2.2-3.5mg/cm2。
8.根据权利要求1的灯，其中所述磷光粉层的涂层重量为2.5-3.2mg/cm2。
9.根据权利要求1的灯，其中所述氪在所述惰性气体混合物中所占的体积百分比为15-35。
10.根据权利要求1的灯，其中所述氪在所述惰性气体混合物中所占的体积百分比为22-28。
11.根据权利要求1的灯，其中封装在所述罩内的惰性气体的总压力为1.8-2.4乇。
12.根据权利要求1的灯，所述灯的CRI至少为50。
13.根据权利要求1的灯，所述灯的CRI至少为75。
14.根据权利要求1的灯，其中所述灯是T8型荧光灯。
15.根据权利要求1的灯，其中所述灯是4管脚T8型荧光灯。
16.根据权利要求1的灯，其中所述灯的运行时的功率不高于30.9瓦。
全文摘要
提供了一种低压汞蒸汽放电灯，用于和现有的110V高频电子镇流器一起使用。该灯具有一种放电维持填充物，由汞以及氪和氩混合的惰性气体组成，不需要启动辅助。荧光粉层的涂层重量为2.0－3.9mg/cm
文档编号H01J17/20GK1394349SQ01803377
公开日2003年1月29日 申请日期2001年10月29日 优先权日2000年10月30日
发明者F·靳, T·F·索勒斯 申请人:通用电气公司