荧光粉混合物和含有该荧光粉混合物的荧光灯

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月1日提交的美国临时申请No. 61/174,808的权益。

发明背景

稀土荧光粉用于一般照明荧光灯应用是众所周知的。稀土荧光粉包含至少一种稀土元素，通常是作为活化剂离子（例如，Eu²⁺、Tb³⁺、Ce³⁺）。这种灯具的所有制造商都使用稀土荧光粉来生产具有不同光输出水平（流明）、色温（CCT）和CRI的灯具。商业用于荧光灯的典型稀土荧光粉包括发红光的Y₂O₃:Eu（YOE），发绿光的La(PO₄):Ce,Tb（LAP）和发蓝光的BaMgAl₁₀O₁₇:Eu (BAM)。其他发绿光的荧光粉例如(Ce,Tb)MgAl₁₁O₁₉（CAT）和(Gd,Ce,Tb)MgB₅O₁₀（CBT）和发蓝光的荧光粉如Sr₅(PO₄)₃:Cl,Eu（SCAp）对本领域技术人员也是公知的。

虽然在放电发光中使用稀土荧光粉是众所周知的，但工业上的趋势已在于使用越来越小尺寸的荧光粉，以减少预定水平流明输出所需的粉末重量。然而，还越来越需要产生更高效率的光源，以减少能源消耗，从而减少温室气体排放。

更高效率的光源会有更高的LPW（每瓦电力输入的流明）。使用具有较高LPW的荧光灯会减少用于预定水平光输出的电能消耗（KWh）。所有类别的消费者造成的较少电能消耗会导致电力利用方面的化石燃料用量减少。这进而会降低由燃烧化石燃料产生的CO₂温室气体量。

发明概述

本发明改变该工业趋势，利用非常大粒径的稀土荧光粉（本文称为大型荧光粉），以获得更高效率的光源，特别是更高效率的荧光灯。而且，意想不到地发现，当使用双层大型荧光粉时，灯效率的增加与用单层大型荧光粉获得的效率增加相比要大。

根据本发明一个方面，提供了一种由发红光的稀土荧光粉，发绿光的稀土荧光粉和发蓝光的稀土荧光粉组成的荧光粉混合物，其中，荧光粉的50%尺寸为约12到15μm。

根据本发明另一方面，提供了一种荧光灯，其包括电极和在内表面上具有荧光粉涂层的玻璃外壳，所述外壳被密封并含有一定量的汞和惰性气体，所述荧光粉涂层含有由发红光的稀土荧光粉，发绿光的稀土荧光粉和发蓝光的稀土荧光粉组成的荧光粉混合物，其中，荧光粉的50%尺寸为约12到15μm。

附图简述

图1A和1B分别是发红光的YOE大型荧光粉和标准尺寸荧光粉的SEM显微照片。

图2A和2B分别是发绿光的LAP大型荧光粉和标准尺寸荧光粉的SEM显微照片。

图3A和3B分别是发蓝光的BAM大型荧光粉和标准尺寸荧光粉的SEM显微照片。

图4是各种荧光粉混合物的100h流明输出对粉末重量图。

图5是各种荧光粉混合物的光密度对粉末重量图。

图6是大型荧光粉混合物对标准混合物的100h流明输出对粉末重量图。

图7是含有大型荧光粉混合物的荧光灯的截面图。

发明详述

为了更好地理解本发明，以及本发明其他和更多目的，优点和能力，结合以上所述的附图，并参考以下公开内容和所附的权利要求。

大型荧光粉：物理特性

红色、绿色和蓝色大型荧光粉JYOE、JLAP、JBAM具有与荧光灯中使用的商用红色(YOE)、绿色(LAP)和蓝色(BAM)荧光粉相同的化学性质，包括可由宾夕法尼亚洲Towanda的Global Tungsten & Powders Corp.获得的2343型(YOE)，2212型(LAP)和2464型(BAM)。为了比较的目的，这些荧光粉的大型类似物的活化剂水平和峰发射波长与商用对照物的相同。主要区别在于粒径。

本文所使用的所有粒径测量都在激光衍射粒径分析仪(Malvern)系统上进行。50%尺寸是指基于中值体积的直径，即，50体积%的颗粒大于该尺寸，而50体积%还小于该尺寸。

具体而言，大型红色、绿色和蓝色荧光粉的未超声处理的 (无超声分散) 50%尺寸为约12-15μm。通过对比，标准红色2343型荧光粉和标准绿色2212型荧光粉具有9-10μm的未超声处理的 50%尺寸，标准蓝色2464型荧光粉具有约7-8μm的未超声处理的50%尺寸。这样的标准尺寸荧光粉被用作本文中的对照物。

图1-3示出与标准商用荧光粉相比的大型稀土荧光粉的SEM照片。

T8 Octron?荧光灯中的大型荧光粉的性能

在T8灯组件中进行粉末重量系列测试，每种情况下使用相同的氧化铝C(AOC)预涂层。唯一的变量是使用的荧光粉混合物。测试了三种混合物：一种使用大型荧光粉，一种使用用于OSRAM SYLVANIA Octron? XPS灯的标准尺寸稀土荧光粉2343 (YOE)，2212 (LAP)和2464 (BAM)，一种使用用于OSRAM SYLVANIA Octron? XP灯的标准尺寸稀土荧光粉2342 (YOE)，2213 (LAP)，2464 (BAM)，后一种使用的标准尺寸稀土荧光粉用于发红光和绿光的荧光粉时的粒径要小于用于Octron? XPS灯时的粒径。图4表示100h颜色校正的流明与荧光粉混合物粉末重量的函数关系。

从图4表达的信息可以得出几点结论。可以获得的最大流明对于大型荧光粉混合物最高。对于其他两种荧光粉混合物，可以获得的最高流明输出低于大型荧光粉可能获得的最高流明输出。也翻译成最高LPW (流明/瓦)或最高灯效率的最高流明输出在约6g粉末重量的大型荧光粉混合物时得以实现。对于其他混合物而言，在粉末重量为6g时的流明输出明显低于相应于这些混合物的相关局部流明最大值的粉末重量时的流明输出。换句话说，只是将较小尺寸荧光粉混合物的粉末重量增大到6g并不能使这些混合物达到用大型荧光粉可能达到的最大流明或LPW水平。相对于2343，2212和2464荧光粉的标准荧光粉混合物而言，用大型荧光粉实现约1.5%流明和LPW增益。

图5表示在灯上测量的涂层的光密度与粉末重量的函数关系。光密度是在任何给定的粉末重量情况下可见光的散射程度的量度。如果一种混合物比另一种混合物在相同的粉末重量情况下具有更高的光密度，其表明前者比后者散射更多可见光。这进而又意味着具有较高的光密度的混合物具有较小的粒径。从图5中给出的数据清楚看到，大型荧光粉混合物与其他两种混合物相比具有最大粒径。这是这些大型荧光粉在荧光灯的实际环境中的较大有效尺寸的独立证据。

在T8 Octron灯组件中进行第二粉末重量系列，每种情况下使用相同的AOC预涂层。唯一的变量是使用的荧光粉混合物。测试两种混合物：一种使用大型荧光粉，一种使用用于Octron? XPS灯的标准尺寸稀土荧光粉2343，2212和2464。图6表示100h颜色校正的流明与荧光粉混合物粉末重量的函数关系。在该第二测试中使用的具体荧光粉料不同于图4中的情况。

从图6表达的信息可以得出几点结论。可以获得的最大流明对大型荧光粉混合物是最高的。对于标准荧光粉混合物，可以获得的最高流明低于大型荧光粉可能获得的最高流明。最高LPW (流明/瓦)或最高灯效率在约6g粉末重量的大型荧光粉混合物时得以实现。(尽管看起来对于大型荧光粉混合物而言，使用大于6g的粉末重量会进一步增加流明输出和LPW，但实际上会越来越难以涂覆大于约6g的粉末重量)。只是将较小尺寸荧光粉混合物的粉末重量增大到6g并不能使该混合物达到用大型荧光粉可能达到的最大流明和LPW水平。相对于2343，2212和2464型荧光粉的标准尺寸XPS灯荧光粉混合物而言，用大型荧光粉实现约2.5%流明和LPW增益。

双层大型荧光粉对比单层Jumbo荧光粉

进行测试来评价以两层而不是单层涂覆大型荧光粉的效果。制作了三种灯。对照组以单层使用OSRAM SYLVANIA Octron? XPS灯用的标准荧光粉。第一测试组以单层使用大型荧光粉，而另一测试组使用相同的大型荧光粉，但以两层涂覆：一层在另一层上面，每层具有差不多相等的重量。涂覆双层涂层而不对第一层进行中间烘焙对于本领域从业者而言是熟知的，且可以通过几种方法之一来完成，包括在涂覆第二层之前烘焙第一层，或者通过在悬浮液中使用合适的交联化学品而使第一层不溶。测试结果示于下表1中。

表1

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出人意料地，从单层大型荧光粉到双层大型荧光粉方法中，都没有观察到流明输出增加。实际上，通过使用双层方法，观察到了流明输出增加。相对于单层方法而言，用双层方法获得了LPW至少1 %的增加。应当指出，在表1中的两组大型荧光粉之间的涂层重量上存在0.5g差异，其中双层总荧光粉重量高于单层大型荧光粉。不过，从图4和6所示数据来看，大型荧光粉粉末重量的这一差异不能说明由双层大型荧光粉体系观察到的LPW的增加。

图7是荧光灯的截面图，该荧光灯具有含有本发明大型荧光粉混合物的荧光粉涂层。该灯具有密封的玻璃外壳17。外壳17的内部填充有低压（例如1－3乇）惰性气体，如氩气和氪气的混合物，和少量汞，其量至少足以在操作过程中提供低蒸气压的汞。在电极12之间产生放电，以激发汞蒸气产生紫外辐射。将荧光粉涂层15涂覆到外壳17的内表面上，使通过低压汞放电发出的紫外辐射的至少一部分转化为所希望的波长范围。荧光粉涂层15含有大型荧光粉混合物，该荧光粉混合物当被放电发出的紫外辐射所激励时发出白光(复合的红光、蓝光和绿光)。该荧光粉涂层可以单层涂覆或以双层涂层涂覆。

尽管上述大型荧光粉混合物特别用于荧光灯，但其也可以与其他产生紫外光的光源如发紫外光的LED一起使用。例如，所述荧光粉混合物可以涂覆到发紫外光的LED上，其中由LED发出的波长范围为180到260 nm。几个这样的紫外光LED也可以被设置在带有必要的热管理硬件的矩形/正方形设计中。如果被涂覆到每个紫外光LED上或者涂覆到远离紫外光LED的平板上，就是一层能将LED的紫外辐射转化成可见光的大型荧光粉混合物。

虽然已经示出并描述了目前被认为是本发明优选的实施方式，但对本领域技术人员而言，本发明显然可以进行各种改变和变型，而不会偏离所附权利要求定义的本发明范围。