[发明专利]具有下变频发光体的气体放电灯

说明书

本发明涉及一种装有气体放电容器的气体放电灯，气体放电容器中填充适合支持气体放电发射真空紫外(VUV)辐射的气体，该气体放电灯具有包含下变频发光体的发光体涂层以及点燃并维持气体放电的装置。

传统的荧光灯是汞气体放电灯，它的发光是基于汞低压气体放电。汞低压气体放电主要在最大值为254纳米(nm)的近紫外区产生辐射，该辐射可以通过紫外发光体转变成可见光。

汞气体放电灯具有精细的技术，并且就灯光效率(lamp efficiency)η_lamp而言，其他的制灯技术只能与之相近以，很难超过它。

然而，因为在使用、生产和处理中对环境有危险，在现代大规模的生产中，气体填充物中的汞日益被当作一种对环境有危害和有毒的物质，应尽可能避免使用。因此在一段时间里，努力方向集中在开发替代的制灯技术。

传统汞气体放电灯的一种无汞或者低汞的替代物是主要填充氙气的氙气低压气体放电灯。与汞放电的紫外辐射相反，氙气低压气体放电灯的气体放电产生真空紫外辐射(VUV辐射)。真空紫外辐射由激发物例如Xe₂^*产生，它是范围大约为172纳米的宽谱分子频带辐射。使用这种制灯技术可以获得65％的放电效率η_dis。

氙气低压气体放电灯的另一个优点是气体放电具有较短的响应时间，可以用于汽车信号灯、复印或者传真设备的灯和水消毒灯。

然而，尽管氙气低压气体放电灯获得了可以与汞气体放电灯相比的放电效率η_dis，但是氙气低压气体放电灯的灯光效率η_lamp仍然很明显地低于汞气体放电灯。

一般来说，灯光效率η_lamp由组分放电效率η_dis、发光体效率η_phos、脱离灯产生可见光的比例η_esc和由发光体产生的紫外辐射的比例η_VUV组成：

η_lamp＝η_dis·η_phos·η_esc·η_VUV

一般说来传统氙气低压气体放电灯的一个障碍在于低效率的变换，即，通过灯的发光体涂层，将波长大约172纳米的具有丰富能量的VUV光子变换为从400纳米至700纳米的可见光谱的较低能量的光子。即使发光体的量子效率接近100％，通过将VUV光子变换为司见光子，也会因为非辐射转换而平均丧失能量的65％。

令人惊讶的是，发展真空紫外发光体已经成为可能，这些发光体将真空紫外光子变换为可见光子的量子效率超过100％。该量子效率是通过电子能量7.3eV的真空紫外量子转换为两个电子能量2.5eV的可见量子获得的。这种氙气低压气体放电灯的发光体可以例如从RenéT.Wegh，Harry Donker，Koentraad D.Oskam，Andries Meijerink在《科学》杂志663期283页上(Science 283，663)发表的文章的“LiGdF₄：Eu³⁺中通过下变频的可见量子分割(Visible Quantum Cutting inLiGdF₄：Eu³⁺through Downconversion)”中得知。

与所知的通过“上变频”从两个可见长波光子产生一个短波光子的多光子发光体类似，这些从一个短波光子产生两个长波光子的新发光体被称为下变频发光体。

但是，尽管已知的下变频发光体的量子效率是高的，这并不意味着发光体效率η_phos因此会高。发光体效率η_phos不仅仅受量子效率影响，而且还受发光体吸收要被转换的VUV辐射的能力的影响。已知的下变频发光体的吸收能力是非常低的。由于晶格中不希望的吸收，太多的能量损失掉了，因此受激状态的占用减少。

本发明的一个目的是开发一种装有气体放电容器的气体放电灯，气体放电容器中填充适合气体放电发射真空紫外(VUV)辐射的气体，该气体放电灯具有包含下变频发光体的发光体涂层，以及点燃并维持气体放电的装置，并且该气体放电灯具有提高的效率。