CN1392588A - 无水银填充气的低压气体放电灯 - Google Patents

Abstract

低压气体放电灯，该灯包含带有元素周期表中第四主族元素硫族化物的填充气和缓冲气的气体放电容器，同时也包含内外电极以及用来产生并维持低压气体放电的设备。

Description

无水银填充气的低压气体放电灯

技术领域

本发明涉及到低压气体放电灯，它包含带有填充气的气体放电容器，也包含电极和用来产生并维持低压气体放电的设备。

背景技术

低压气体放电灯中的发光是根据下面的原理：电荷载流子尤其是电子以及离子通过电灯电极之间的电场大大加速，以致与电灯填充气中的气体分子或原子的碰撞使这些气体原子或者分子受到激发或者被电离。当填充气的原子或者分子返回到基态时，激发能量或多或少有一部分转化成辐射。

通常低压气体放电灯在填充气中包含水银，并在气体放电容器的内部带有荧光涂层。水银低压气体放电灯的缺点在于水银蒸气主要产生高能辐射，而它在电磁波谱不可见的紫外线C范围内，这些辐射必须首先被荧光物质转换为能级低很多的可见辐射。在这一过程中，能量差转化成不希望的热辐射。

此外，在填充气中的水银越来越被认为是对环境有害的有毒物质，在当前大规模生产的时候应该尽可能避免，因为它的使用、生产和处理对环境造成了威胁。

众所周知通过将填充气中的水银换为其它物质会影响低压气体放电灯的光谱。

例如，GB2014358A中公开了一种低压气体放电灯，该灯包含放电容器、电极以及含有至少一种铜卤化物的填充气，用作紫外线辐射器。这种含铜卤化物的低压气体放电灯在可见光的范围内以及大约324.75和327.4nm的紫外线范围内发光。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种低压气体放电灯，它的辐射尽可能接近电磁波谱的可见范围。

根据本发明，这一目标通过低压气体放电灯来实现，该灯包括带有元素周期表第四主族元素硫族化物的填充气以及缓冲气体的气体放电容器，还包括内外电极、和用来产生并维持低压气体放电的设备。

在根据本发明的电灯中，在低压的时候分子气体放电，气体放电产生了在电磁波谱可见范围并在紫外线长波范围附近的辐射。由于这种辐射源自分子放电，硫族化合物的类型，可能用的另外的添加剂以及电灯的内部压力和工作温度决定了要控制的连续光谱的准确位置。

根据本发明中和荧光物质一起使用的电灯具有比传统低压水银放电灯高很多的视觉效率。以流明/瓦特为单位表征的视觉效率是在特定可见波长范围中辐射的亮度与用来产生辐射的能量的比值。根据本发明电灯的高视觉效率意味着对于一定的发光质量可以用更小的功率消耗来获得。

元素周期表中第四主族元素例如硅、锗、锡和铅的硫族化物，具有很高的离解能。因此，在气体放电期间在气相中只有一小部分分子被电子的冲击电离作用拆分开，在气体放电期间几乎很少有硫族元素的离子。这对电灯的视觉效果会产生有利的影响。

此外，避免了水银的使用。

作为紫外线A灯，根据本发明的电灯最好用在太阳灯浴中，并作为消毒灯和照射治疗灯。如果用作通常的照明目的，这种灯必须带有适当的荧光物质。由于由斯托克斯位移产生的损失是很小的，因此可获得超过100流明/瓦特的高照明效率的可见光。

在本发明的范围内，硫族化物最好在由硫化物、硒化物、碲化物构成的一组中选择。

在本发明的范围内，元素周期表中第四主族元素最好在由硅、锗、锡、铅构成的一组中选择。

硫族化物最好在由SiS，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe以及SnTe组成的一组中选择。

如果填充气包含锡化硅GeSe可以取得和本技术说明相关的特别有利的效果。在这种情况下，可以获得具有大范围连续光谱的气体放电。

作为选择填充气最好包含硫化锗GeS。包含硫化锗的填充气特征为很高的蒸气压力。

如果填充气包含两种或多种硅、锗、锡和铅的硫族化物混合物，可以取得进一步改善的效率。

在硫族化物中，硫族元素和元素周期表中第四主族元素的摩尔比n最好为0.8≤n≤1.2。

作为缓冲气体，填充气体可以包含从氦、氖、氩、氪、氙构成的一组中选择的惰性气体。

在本发明的范围内，气体放电容器在外表面上最好包含荧光涂层。根据本发明由低压气体放电灯产生的紫外线长波辐射不会被普通玻璃型的容器所吸收，而是通过放电容器壁几乎没有损失。因此，荧光涂层在气体放电容器的外部提供。这就带来了制造过程的简化。

同时气体放电容器最好在内表面包含荧光涂层。

本发明的这些和其它方面是显而易见的，并且将参照后面描述的实施例进行介绍。

附图说明

在这些附图中：

附图1以图表的形式介绍了在填充气含有硒化锗的低压气体放电灯中光的产生。

具体实施方式

在附图1所示的实施例中，根据本发明的低压气体放电灯由管状灯泡1组成，它处在放电空间的周围。在灯管的两头，密封有内部电极2，通过它点亮气体放电的电极。低压气体放电灯还包含电子镇流器，它以一种在本质上众所周知的方式来控制气体放电灯的点亮和工作。

气体放电容器相应地可以表示为多弯头或者螺旋的管子，它还可以被外部的灯泡所包围。气体放电容器壁最好由玻璃、石英、氧化铝或者钇铝花岗岩型构成。

在最简单的情况下，填充气使用数量为2×10^-11mol/cm³至2×10^-9mol/cm³的硅、锗、锡和铅的硫族化物和惰性气体组成。惰性气体作为缓冲气体使放电气体更容易被点亮。对于缓冲气体，最好使用氩气。氩气可以由诸如氦、氖、氪、氙等其它惰性气体被完全或者部分替代。

硫族化物是包含硫族元素即元素周期表中第六主族元素的化合物。在本发明的范围内，最好使用包含硫族元素硫(S)、硒(Se)和碲(Te)的硫族化物。

在本发明的范围内，对于元素周期表中第四主族元素，使用元素硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)。

对本发明中使用元素周期表第四主族元素的硫族化物，其中硫族元素和元素周期表第四主族元素之间的摩尔比n大约为0.8≤n≤1.2。

表1简要地介绍了元素周期表中第四主族元素的硫族化物的分光特性。T^*[K]是电灯的壁面温度，在其中硫族化物的部分蒸气压力达到10μbar。在“Trans.”列中介绍了硫化物分子的辐射跃迁的类型。“X”表示分子的电子基态，“A”，“B”，“D”，“E”表示分子的电子激发态，“D[eV]”是相应硫族化物的电离能，“λ^*”表示分子发射的特征波长。

在气体环境中通过将硅、锗、锡和铅的两个或多个硫族化物结合在一起可以改善效率。

还可以通过优化工作时电灯内部的压力来进一步改善效率。如果缓冲气体冷态填充压力p和气体放电容器最小直径d的乘积满足0.2mbar cm＜p.d＜20mbarcm，缓冲气体的冷态填充压力是最优的。

根据更有利的措施发现借助更合适的结构措施，低压气体放电灯的流明效率的增加可以通过控制电灯的工作温度来实现，根据表1实现了在工作期间外部温度为25℃，内部温度为T^*±50[K]。内部温度T^*与气体放电容器最冷的点相关。

为了增加内部的温度，在气体放电容器周围提供涂有红外线辐射反射涂层的外部灯泡。最好使用在二氧化锡中掺有铟的红外辐射反射涂层。

根据本发明适合于低压气体放电灯电极的材料由镍或者镍合金组成，或者由具有高熔点的金属组成，特别是钨和钨合金，尤其是带有铼元素的钨合金。同样可以使用带有氧化钍或者氧化铟的钨合成材料。电极还可以涂有低溢出功的材料。

根据附图1的实施例中，电灯的气体放电容器外表面涂有荧光层4。来自气体放电的紫外线辐射激发荧光层中的荧光物质以便在可见光区5中发光。

荧光层的化学成分确定了光谱或色谱。可以用作荧光物质的材料必须能吸收产生的辐射并发射在适当波长范围内的辐射，比如三基色红色、蓝色和绿色，以便取得很高的荧光粒子产量。

合适的荧光物质和荧光组合物不必应用到气体放电容器的内侧，它们可以应用到气体放电容器的外侧，因为普通玻璃型的容器不会吸收在紫外线长波范围内产生的辐射。

根据另一个实施例，使用频率为2.65MHz，13.56MHz或者2.4GHz的高频电场对电灯进行电容性的激发，其中在气体放电容器的外侧提供电极。

根据另外一个实施例，使用频率为2.65MHz，13.56MHz或者2.4GHz的高频电场对电灯进行电感性的激发。

当电灯点亮时，由电极发射的电子激发填充气中的原子和分子，用来发射来自特征辐射的紫外线辐射和连续的分子光谱。

放电加热填充气体以便获得使输出光最优的理想蒸气压和理想工作温度。

在工作期间从包含硫族元素的填充气中产生的辐射，除了元素周期表中第四主族元素的光谱之外，还产生了强烈的、范围较宽的由硫族化物分子放电产生的连续分子光谱。随着硫族化物分子量的增加，连续分子光谱的最大辐射范围向长波辐射移动。

表1：硫族化物的属性

	T*[K]	Trans.	D[eV]	λ*[nm]
					SiS	870	E→XD→X	6.4	238285
GeS	640	E→XA→X	5.67	257304
					GeSe	670	E→XA→X	4.9	282324
GeTe	760	E→XA→X	4.2	318360
					SnS	850	B→XA→X	4.77	423436
SnSe	850	E→XD→X	4.2	325363
					SnTe		B→XA→X	3.69	490594

例1

对紫外线长波辐射透明的玻璃圆柱形放电容器，其长度为14cm，直径为2.5cm，带有外部的铜电极。放电容器抽成真空同时加入0.3mg的GeSe。同时氩气在5mbar的冷态压力下引入。提供有来自外部交流电源的频率为13.65MHz的交流电，在工作温度为433℃时测量流明效率。流明效率为100Lm/W。

Claims (11)

1.低压气体放电灯，它包含带有元素周期表中第四主族元素硫族化物填充气和缓冲气的气体放电容器，同时也包含内部或外部电极以及用来产生和维持低压气体放电的设备。

2.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于硫族化物在由硫化物、硒化物和碲化物构成的一组中选择。

3.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于元素周期表中第四主族元素从硅、锗、锡和铅中选择。

4.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于硫族化物从SiS，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe和SnTe构成的一组中选择。

5.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于填充气包含了硒化锗GeSe。

6.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于填充气包含了硫化锗GeS。

7.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于填充气包含了硅、锗、锡和铅的两种或者多种硫族化物的混合物。

8.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于在硫族化物中硫族元素和元素周期表中第四主族元素的摩尔比n为0.8≤n≤1.2。

9.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于作为缓冲气体，填充气包含了从氦、氖、氩、氪、氙构成的一组中选择的惰性气体。

10.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于气体放电容器在外表面包含了荧光涂层。

11.权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于气体放电容器的内表面带有荧光涂层。