低压汞蒸汽放电灯.pdf

本发明涉及一种低压汞蒸气放电灯，配置有放电容器(10；210；310)，放电容器以气密方式密封放电空间(11；211；311)，放电空间包括汞和稀有气体的填充物。该放电容器(10；210；310)还包括与该放电空间(11；211；311)连通的汞合金(63；263；363)。该灯具有用于维持该放电容器(10；210)内电子放电的放电装置(41a、41b；234；341a、341b)。该汞合金(63；263；363)包括铋-锡-铟化合物，铋(Bi)含量的范围为30＜Bi＜70重量％，锡(Sn)含量的范围为25＜Sn＜67重量％，以及铟(In)含量的范围为3＜In＜5重量％。本发明的灯可以按照更为受控制的方式变暗淡。

1.  一种低压汞蒸气放电灯，配置有放电容器(10；210；310)，所述放电容器以气密方式密封放电空间(11；211；311)，所述放电空间包括汞和稀有气体的填充物，
所述放电容器(10；210；310)包括与该放电空间(11；211；311)连通的汞合金(63；263；363)，
其中该低压汞蒸气放电灯包括用于维持该放电容器(10；210；310)内电子放电的放电装置(41a、41b；234；341a、341b)，
其特征在于，该汞合金(63；263；363)包括铋-锡-铟化合物，铋(Bi)含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡(Sn)含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟(In)含量的范围为3≤In≤5重量％。

2.  如权利要求1所述的低压汞蒸气放电灯，其特征在于铟含量的范围为3≤In＜4重量％。

3.  如权利要求2所述的低压汞蒸气放电灯，其特征在于铟含量的范围为3≤In≤3.5重量％。

4.  如权利要求1、2或3所述的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该汞合金包括范围介于97.5≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟(Bi-Sn-In)化合物和范围介于0.5≤Hg≤2.5重量％的汞(Hg)。

5.  如权利要求4所述的低压汞蒸气放电灯，其特征在于该汞合金包括范围介于99≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟(Bi-Sn-In)化合物和范围介于0.5≤Hg≤1重量％的汞(Hg)。

6.  一种汞合金，包括具有如权利要求1至3所述成份的铋-锡-铟化合物。

低压汞蒸气放电灯
技术领域
本发明涉及配置有放电容器的低压汞蒸气放电灯，该放电容器以气密方式密封包括汞和稀有气体的填充物的放电空间，所述放电容器包括与该放电空间连通的汞合金，其中该低压汞蒸气放电灯包括用于在该放电容器内维持放电的放电装置。本发明还涉及在所述低压汞蒸气放电灯中使用的汞合金。
背景技术
在汞蒸气放电灯中，汞构成用于产生紫外(UV)光的主要成份。包括发光材料例如荧光粉的层可存在于放电容器的内壁上，用于将UV光转换成具有不同波长的光，例如用于制革目的的UV-B和UV-A(阳光板灯)，或者转换成用于通用照明目的的可见辐射。因此这种放电灯也称为荧光灯。低压汞蒸气放电灯的放电容器通常是管状的并包括细长和紧凑的实施例。一般而言，紧凑型荧光灯的管状放电容器具有较小直径的较短直部的集合，这些直部利用桥接部或者通过弯曲部来互连。紧凑型荧光灯通常配置有(一体化的)灯座。在这些低压汞蒸气放电灯实施例中，放电容器包括电极，该电极在灯工作期间用于维持放电容器内部的放电。备选地，在无电极的汞蒸气放电灯中，电能被感应或电容性耦合到放电空间内。
本发明说明书中的术语“正常工作”用于表示这样的工作状态，其中该放电容器内的汞蒸气压达到如此程度，以使该灯的辐射输出为在最优工作时，即在汞蒸气压是最优工作状态下的输出的至少80％。另外，说明书中的术语“初始辐射输出”定义为在放电灯接通之后1秒的放电灯的辐射输出，“启动时间”(run-up time)定义为达到在最优工作时输出的80％的辐射输出放电灯所需要的时间。
在开篇段落中描述的低压汞蒸气放电灯，在下文中也称为蒸气压控制的灯，从EP 0 136 866 B1是已知的。与只含有自由汞的放电灯相比，汞合金限制了放电容器中的汞蒸气压。这使得在相对高的灯温度情况下灯的正常工作成为可能，该相对高的灯温度例如可以发生在高灯负载的情况下，或者当该灯使用在封闭的或者通风恶劣的照明器中时。汞合金包括汞和选自锡、铅、铋和铟的至少一种低熔点金属。
除了根据现有技术的汞蒸气放电灯以外，不仅含有(主要的)汞合金而且含有辅助的汞合金的灯是已知的。假设辅助汞合金含有足够的汞，该灯则具有相对短的启动时间。刚一接通该灯，该辅助汞合金就通过电极加热，以使其所含有的汞的主要部分相对快地出现。期望在接通之前该灯应停止工作足够长的时间，以使辅助汞合金能够吸收足够的汞。当该灯已经停止工作相对短的时间时，对缩短启动时间的效果较弱。另外，长的灯中特别出现该缺点，为此在由辅助汞合金演化的汞已经扩展到整个放电容器之前需要相对多的时间，以致于在接通之后的几分钟时间内，这些灯显示靠近辅助汞合金的亮区域和远离辅助汞合金的较暗区域。
另外，已知低压汞蒸气放电灯不具有汞合金和排他性地含有自由汞。这些灯，在下文中也称为汞灯，具有的优点是在室温情况下的汞蒸气压和由此的初始辐射输出相对较高。另外，启动时间相对较短。再者，这种类型的具有较长放电容器的灯在接通之后基本在它们整个长度上具有大致恒定的亮度，这是因为一旦接通，汞蒸气压(在室温下)是足够高的。通过一种汞灯能够实现在相对较高灯温度下的正常工作，该汞灯的放电空间恰恰含有足够的汞，以在工作温度下建立汞蒸气压，该汞蒸气压接近于最优汞蒸气压。然而，在灯的寿命期间，汞会消失，这是因为汞例如粘合在放电容器的壁上和/或受到发射体材料的粘合。结果，实际上，这种灯只具有有限的寿命。在汞灯中，因此加入大量的汞，远远高于在正常工作时在蒸气相中所需要的量。然而这具有的缺点是，汞蒸气压等于在与放电容器中的最冷点的温度有关的饱和蒸气压。因为饱和蒸气压随温度指数上升，温度变化导致辐射输出的下降，温度变化例如发生在通风恶劣的照明器中或者在高的灯负载的情况下。在比较低的环境温度中，汞蒸气压下降，这也导致辐射输出的下降。
当降低蒸气控制的灯的输入功率用于使得该灯的光输出变暗淡时，灯的工作温度下降。因此，汞合金的温度也下降。在根据现有技术的具有Bi-In-Hg汞合金的汞蒸气放电灯冷却时间内，汞合金进入汞蒸气压显著下降的温度区域，这导致灯的光输出相应下降。此外，会出现由灯产生的光的色温漂移。当汞蒸气放电灯用于液晶显示器(LCD)背光时——其中灯可变暗淡从而改善图像质量，例如在灯的扫描工作期间从而降低运动模糊效应——这些现象尤为有害。光输出的显著下降以及光的色温的可能变化严重降低了图像质量。
发明内容
本发明目的是提供一种低压汞蒸气放电灯，其至少部分地解决了上述问题。
该目的通过本发明的一种低压汞蒸气放电灯来实现，其特征在于汞合金包括铋-锡-铟化合物，该化合物中铋(Bi)含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡(Sn)含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟(In)含量的范围为3≤In≤5重量％。对于本发明的具有汞合金的低压汞蒸气放电灯，在汞合金的特定温度区域内，汞蒸气压在灯变暗淡期间，即汞合金的冷却期间，不会显著下降。因此，在汞合金的该温度区域内，灯的光输出不会显著下降，使得在相对宽的工作温度范围内可以按照更为受控制的方式使得该灯变暗淡。
本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例其特征在于，铟含量的范围为3≤In＜4重量％。本发明的低压汞蒸气放电灯的另一优选实施例其特征在于，铟含量的范围为3≤In≤3.5重量％。这些实施例的优点为，更进一步改善了按照更为受控制的方式使得灯变暗淡。
本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例其特征在于，该汞合金包括范围介于97.5≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟(Bi-Sn-In)化合物和范围介于0.5≤Hg≤2.5重量％的汞(Hg)，使得灯可以在相对宽的温度范围内进行正常工作。
本发明的低压汞蒸气放电灯的优选实施例其特征在于，该汞合金包括范围介于99≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟(Bi-Sn-In)化合物和范围介于0.5≤Hg≤1重量％的汞(Hg)，导致汞合金内汞量降低，同时维持灯在相对宽的温度范围内正常工作。
根据本发明，一种用于本发明的低压汞蒸气放电灯的汞合金定义于权利要求6。
附图说明
图1A为本发明的低压汞蒸气放电灯的第一实施例的透视前视图。
图1B示出根据侧视图中IB的图1A中所示的灯的细节。
图2示出本发明的低压汞蒸气放电灯的第二实施例。
图3示出本发明的低压汞蒸气放电灯的第三实施例。
图4示出在汞合金加热和冷却期间，对于根据现有技术的Bi-In-Hg汞合金，作为汞合金温度函数的汞蒸气压。
图5示出在汞合金加热和冷却期间，对于包括Bi-Sn-In化合物的根据本发明的汞合金的第一实施例，作为汞合金温度函数的汞蒸气压。
图6示出在汞合金加热和冷却期间，对于包括Bi-Sn-In化合物的根据本发明的汞合金的第二实施例，作为汞合金温度函数的汞蒸气压。
图7示出在汞合金冷却期间，对于包括Bi-Sn-In化合物的根据本发明的汞合金的第三实施例，作为汞合金温度函数的汞蒸气压。
图1至3仅仅是图解性的而未按比例绘制。特别地，为了清楚起见，一些尺寸被放大很多。在附图中相似的元件尽可能用相同的参考符号表示。
具体实施方式
图1A为低压汞蒸气放电灯实施例的透视前视图，该灯包括可透射辐射的放电容器10，其以气密方式密封具有大约30cm³容积的放电空间11。在此情况下，放电容器10含有75％容积的氩和25％容积的氖的混合物，填充压为400Pa。在此实施例中，放电容器10是由石灰玻璃的透光管状部分形成，该石灰玻璃具有U形段32、34、36，整个长度约为46cm，外径为11mm且内径为10mm。放电容器10通过端部14a、14b进行密封。段32、34、36通过(管状的)管61、62进行互连。管状部分在内表面上具有发光涂层17。用于维持放电的装置是由布置在放电空间11中的电极对41a、41b构成的。电极对41a、41b是涂覆有电子发射材料(发射体材料)的钨的绕线，在该情况下电子发射材料为钡、钙和锶氧化物的混合物。每一个电极41a、41b由放电容器10的端部14a、14b支持。电流源导体50a、50a’；50b、50b’通过放电容器10的端部14a、14b从电极对41a、41b中伸出。电流源导体50a、50a’；50b、50b’连接到包含在外壳70中的电源(未示出)，并电连接到灯座71上的已知的电和机械接触73a、73b。除了稀有气体混合物，放电空间11还含有汞。放电空间11还包括具有汞合金63的封壳60；见图1B，其中根据IB的图1A的细节以侧面图示出。为此，具有含有4.0重量％FeO的石灰玻璃的壁61的封壳60布置在放电容器10内，在此情况下是在管状凸起62a内。在工作中，汞合金63通过孔64与放电容器10连通，该孔64熔化形成于封壳60的壁61中。封壳60具有圆顶部分68，封壳60藉此被夹持在凸起62a中。
可选地，一个电流源导体50a’可另外配置有辅助汞合金83。当汞蒸气放电灯导通时，辅助汞合金83通过电极41a被加热，使其以相对快的速度产生辅助汞合金83中汞的主要部分，这导致比较短的启动时间。在低压汞蒸气放电灯的备选实施例中，汞合金63在没有封壳60的情况下被添加，而是使用玻璃杆以阻止该汞合金到达放电容器。
图2示出本发明的低压汞蒸气放电灯的备选实施例。相应于图1A中的部件具有增加了200的参考符号。放电容器210具有梨形的外壳部分216和管状的套入部分219，套入部分219通过扩口部分218连接到外壳部分216。含有汞合金263的封壳260置于放电容器210的扩口部分218上的凸起262中。在工作中，汞合金263通过孔(未示出)与放电容器210连通，该孔熔化形成于封壳260的壁261中。在由放电容器210围绕的放电空间211外面的套入部分219容纳线圈233，该线圈具有电导体的绕线234以构成在放电空间211中维持电子放电的装置。在工作期间，线圈233通过电流源导体252、252’被供给高频电压，即，频率约为20kHz或更高，典型地为3MHz的电压。线圈233围绕软磁材料(以虚线示出)的磁心235。备选地，该磁心可以省略。在备选实施例中，线圈233布置在放电空间211内部。在工作中，汞合金263通过孔与放电容器210连通，该孔熔化形成于封壳260的壁261中。
图3示出本发明的低压汞蒸气放电灯的另一备选实施例。相应于图1A中的部件具有增加了300的参考符号。该灯具有密封放电空间311的玻璃放电容器310，该玻璃放电容器310具有绕纵轴302的管状部分315。放电容器310传递在放电空间311内产生的辐射并分别配置有第一和第二端部314a、314b。放电容器310以气密方式密封放电空间311，放电空间311含有汞以及例如氩的惰性气体混合物的填充物。在图3的示例中，管状部分315的面向放电空间311的侧面涂敷有保护层316。在备选实施例中，第一和第二端部314a、314b也涂敷有保护层。在荧光放电灯中，管状部分315的面向放电空间311的侧面另外涂敷有发光层317。在图3的示例中，用于维持放电空间311中放电的装置为布置于放电空间311中的电极341a、341b，电极341a、341b由端部314a、314b支持。电极341a、341b是覆盖有电子发射物质的钨的绕线，在该情况下为钡氧化物、钙氧化物和锶氧化物的混合物。电流源导体350a、350a’；350b、350b’连接到分别紧固到灯头332a、332b的接触引脚331a、331a’；331b、331b’。可选地，图3中未示出的电极环布置成围绕每一个电极341a、341b，用于按比例定量配合汞的玻璃封壳夹持在该环上。在工作中，汞合金363通过孔与放电容器310连通，该孔熔化形成于封壳360的壁361中。封壳360安装到端部314a。在备选实施例中，封壳360置于端部314a中的抽气管(图3中未示出)内部，该抽气管在灯的制造期间用于灯的清洁和填充，然后闭合。
汞合金63、263、363为包括铋(Bi)-锡(Sn)-铟(In)化合物的根据本发明的汞合金；在所示实施例中，Hg与铋、锡和铟的合金的汞合金的量为100mg，铋含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟含量的范围为3≤In≤5重量％。Bi-Sn-In合金的优选组份是，铋含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟含量的范围为3≤In＜4重量％。Bi-Sn-In合金的更优选组份是，铋含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟含量的范围为3≤In≤3.5重量％。汞合金63、263、363包括范围介于97.5≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟化合物(Bi-Sn-In)和范围介于0.5≤Hg≤2.5重量％的汞(Hg)。汞合金63、263、363优选地包括范围介于99≤Bi-Sn-In≤99.5重量％的铋-锡-铟化合物(Bi-Sn-In)和范围介于0.5≤Hg≤1重量％的汞(Hg)。
图4示出对于根据现有技术的Bi-In-Hg汞合金，作为汞合金温度(T，以摄氏度表示)函数的汞蒸气压(pHg，以Pa表示)。该汞合金包括含量为97重量％的铋-铟合金和含量为3重量％的汞。该铋-铟合金具有含量为71重量％的铋和含量为29重量％的铟。曲线A示出在汞合金的加热期间作为汞合金温度函数的汞蒸气压，以及曲线B示出在汞合金的冷却期间作为汞合金温度函数的汞蒸气压。通常，当从100％光输出到20％光输出使得具有汞合金的灯变暗淡时，汞合金的温度从120℃下降到60℃。对于0.5Pa至5Pa范围内的汞蒸气压，实现该灯的正常工作。从曲线B可以看出，当汞合金的温度下降时，在大约105℃的温度，与曲线A所示汞蒸气压相比，汞蒸气压变得更低。曲线B和A所示的汞蒸气压之间的差值随着下降的汞合金温度而增大，直到达到大约85℃的温度。从该点向下，曲线A和B所示的汞蒸气压再次变得相当。在大约85℃的温度，曲线B所示的汞蒸气压大约为曲线A所示的汞蒸气压的1/7。与汞合金加热期间的汞蒸气压(曲线A)相比，在汞合金冷却期间的汞蒸气压的该显著下降，导致在该灯变暗淡期间灯的光输出的显著下降。
图5示出在汞合金加热和冷却期间，对于包括Bi-Sn-In化合物的根据本发明的汞合金的第一实施例，作为汞合金温度(T，以摄氏度表示)函数的汞蒸气压(p_Hg，以Pa表示)。该汞合金包括含量为99重量％的铋-锡-铟合金和含量为1重量％的汞。该铋-锡-铟合金具有含量为40重量％的铋、含量为57重量％的锡以及含量为3重量％的铟。
图6示出在汞合金加热和冷却期间，对于根据本发明的Bi-Sn-In汞合金的第二实施例，作为汞合金温度(T，以摄氏度表示)的函数的汞蒸气压(p_Hg，以Pa表示)。该汞合金包括含量为99重量％的铋-锡-铟合金和含量为1重量％的汞。该铋-锡-铟合金具有含量为70重量％的铋、含量为27重量％的锡以及含量为3重量％的铟。参考图5和6，曲线A示出在汞合金的加热期间作为汞合金温度函数的汞蒸气压，以及曲线B示出在汞合金的冷却期间作为汞合金温度函数的汞蒸气压。从图5和6可以看出，汞合金冷却期间的作为温度函数的汞蒸气压与汞合金加热期间的作为温度函数的汞蒸气压相当。因此，在灯变暗淡期间，与汞合金加热期间的汞蒸气压相比，在特定温度区域内，汞蒸气压没有显著下降且因此该灯的光输出没有显著下降。
图7示出仅在汞合金冷却期间，对于根据本发明的Bi-Sn-In汞合金的第三实施例，作为汞合金温度(T，以摄氏度表示)函数的汞蒸气压(p_Hg，以Pa表示)。该汞合金包括含量为99重量％的铋-锡-铟合金和含量为1重量％的汞。该铋-锡-铟合金具有含量为55重量％的铋、含量为42重量％的锡以及含量为3重量％的铟。曲线B的形状与图5和6中的相同，即，在汞合金的特定温度区域内没有观察到汞蒸气压的显著下降。因此，在灯变暗淡期间，与汞合金加热期间的汞蒸气压相比，在特定温度区域内，汞蒸气压没有显著下降且因此该灯的光输出没有显著下降。
包括铋-锡-铟化合物的本发明的汞合金，铋(Bi)含量的范围为30≤Bi≤70重量％，锡(Sn)含量的范围为25≤Sn≤67重量％，以及铟(In)含量的范围为3≤In≤5重量％，这使得低压汞蒸气放电灯更受控制的变暗淡，这是因为在汞合金冷却期间的汞蒸气压与在汞合金加热期间的汞蒸气压相当。当本发明的低压汞蒸气放电灯用于LCD背光时，其中灯可变暗淡从而改善图像质量，该受控制的变暗淡尤为有益。在冷却期间汞合金的特定温度区域内光输出的显著下降将会强烈地降低所得到的图像质量。
应注意，上述实施例阐释而非限制本发明，且在不背离所附权利要求书范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何参考符号不应解读为限制该权利要求。使用动词“包括”及其变形不排除存在那些未在权利要求列出的元件或步骤。元件之前使用的冠词“一”或“一个”并不排除存在若干个这样的元件。在列举若干构件的装置权利要求中，这些构件的若干个可以通过一个并且相同项的硬件来实现。在互不相同的从属权利要求中列举了某些措施的单纯事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。