ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 1996 года по МПК H01J61/35 H01J61/40 H01J61/44 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве источников света.

Известны лампы накаливания неодимовые с повышенным поглощением стеклом колбы излучения, испускаемого вольфрамовые телом накала, в желтой области спектра [1] Эффект улучшения качества света в этих лампах достигается введением в состав стекла колбы окиси неодима.

Известны цветные микроминиатюрные лампы накаливания (желтые, зеленые синие, красные) [2] в которых пропускание излучения тела накала в необходимой области видимого спектра достигается за счет применения колб, выполненных из цветных стекол.

Известны цветные люминесцентные лампы голубого, зеленого, розового, желтого и красного цвета [3] в которых необходимый цвет свечения достигается либо нанесением на внешнюю поверхность готовых ламп слоя цветного пигмента, либо нанесением на внутреннюю поверхность колбы люминофорных покрытий, излучающих в узкой полосе видимого диапазона длин волн.

Существенными недостатками указанных выше источников света являются: дороговизна и сложность получения специальных стекол с селективным поглощением в видимой области спектра (неодимового, цветных, черного стекла), сложность выполнения технологических операций с указанными стеклами, особенно операций заварки ламп из черного стекла.

Наиболее близкими по технической сущности изобретения являются люминесцентные лампы "черного" света [4] включающие колбу из черного стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение и поглощающего видимый свет, люминофорное покрытие на внутренней поверхности колбы, люминесцирующее в ультрафиолетовой области спектра под воздействием коротковолнового резонансного излучения разряда в смеси паров ртути и инертного газа (смеси газов).

Недостатком прототипа являются сложность и дороговизна получения черного трубчатого стекла (потребность в лампах подобного типа не так велика, чтобы экономически целесообразна была организация автоматической выработки стеклотрубок из черно стекла, а ручная выработка очень дорога из-за высокой трудоемкости и низкого выхода годной продукции с приемлемыми разброса геометрических размеров), а также существенное усложнение процесса изготовления ламп с применением трубок из черного стекла, вызванное необходимостью все операции выполнять без визуального контроля.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном источнике света, содержащем оболочку, селективно пропускающую излучение в диапазоне длин волн от 250 до 800 мкм, и по крайней мере один излучатель, генерирующий свет при прохождении через него электрического тока, оболочка включает стеклянную колбу, пропускающую излучение в диапазоне длин волн от 180 до 800 мкм и нанесенное на нее пленочное композиционное покрытие из радиационностойкого полимера и наполнителя, перераспределяющего излучение, прошедшее через колбу, в пространстве и по спектру, а излучатель обеспечивает получение света в диапазоне длин волн от 180 до 800 мкм.

В соответствии с изобретением излучатель выполнен в виде тела накала из твердого вещества, либо излучатель представляет собой разряд в смеси паров металла, молекулярного инертного газа, или их смесей.

Также в соответствии с изобретением излучатель представляет собой безэлектродный высокочастотный разряд. В источник света может быть дополнительно введен излучатель из вещества, обладающего люминесцентными свойствами.

В соответствии с изобретением пленочное композиционное покрытие состоит по крайней мере из двух слоев с разными неорганическими наполнителями, нанесенных один на другой, причем ближний к колбу слой нанесен по крайней мере на половину поверхности колбы.

Коэффициент пропускания излучения стеклом колбы находится во взаимосвязи с типом излучателя, люминесцентного вещества и наполнителя.

В соответствии с изобретением колба выполнена из стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в видимой области спектра.

Колба может быть выполнена из увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в диапазоне длин волн от 250 до 800 мкм.

Колба выполнена из стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в области длин волн от 180 до 800 мкм.

В качестве радиационностойкого полимера используется фторполимер.

В качестве наполнителя используется порошок стекла с селективным пропусканием излучения в видимой области спектра, например, зеленого, красного, желтого, синего.

В качестве наполнителя используется также порошок стекла с селективным поглощением в желтой области спектра, например, порошок неодимового стекла.

В соответствии с изобретением пленочное композиционное покрытие с наполнителем из порошка черного стекла имеет для выхода видимого излучения окно, площадь которого составляет от 0,1 до 0,5 площади поверхности колбы источника света.

В качестве люминесцентного вещества в соответствии с изобретением используется неорганический люминофор, например, галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем.

Также в соответствии с изобретением в качестве люминесцентного вещества используется органический люминофор. Люминесцентное вещество может быть нанесено на внутреннюю поверхность колбы, либо на внешнюю поверхность колбы под слой композиционного покрытия.

Люминесцентное вещество в соответствии с изобретением может находится внутри объема стекла колбы.

В соответствии с изобретением в качестве наполнителя используется порошок вещества с высоким коэффициентом отражения ультрафиолетового излучения, например, тетрафосфата бария, причем композиционное покрытие нанесено на часть поверхности колбы.

В качестве наполнителя может также использоваться порошок вещества с высоким коэффициентом отражения видимого излучения, например, окиси магния, причем композиционное покрытие при этом нанесено на часть поверхности колбы.

В качестве наполнителя в соответствии с изобретением используется порошок неорганического люминофора, например, галофосфата кальция, активированного сурьмой и марганцем. В качестве наполнителя может также использоваться органический люминофор-люминар. В соответствии с изобретением в качестве наполнителя может также использоваться порошок черного стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра.

Изобретением поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг.1 общий вид источника счета с излучателем из вольфрама;
фиг.2 общий вид источника света на основе безэлектродного разряда;
фиг. 3 общий вид источника света на основе разряда низкого давления с электродами;
фиг.4 общий вид источника света на основе разряда высокого давления;
фиг. 5 разрез части колбы источника света без люминесцентного покрытия (фиг.1, 4);
фиг.6 разрез части колбы источника света с люминесцентным покрытием.

Как видно из фигур, источник света состоит из оболочки 1, излучателя 2 и цоколя (цоколей) 3. Оболочка 1 включает колбу 4, нанесенное на нее композиционное покрытие 5 с наполнителем 6 и люминесцентное покрытие 7. Излучатель 2 источника света, показанного на фиг.1 представляет собой тело накала из вольфрамовой проволоки (проволок), укрепленное на ножке 8, вакуумноплотно герметизирующей колбу 4 и соединяющей с помощью токовводов 9 излучатель 2 с токоведущими контактами цоколя 3 (корпусом цоколя и центральным контактом). Излучатель 2 источника света, показанного на фиг.2 и 3 представляет собой разряд низкого давления безэлектродного типа (фиг.2) и с электродами (фиг. 3). В безэлектродном источнике света разряд обеспечивает за счет возбуждения атомов газового наполнения высокочастотным полем, генерируемым высокочастотным преобразователем 10 и индуктором 11, которые подключены с помощью токовводов 9 к токоведущим частям цоколя 3 и расположены внутри полого колпака 14, герметизирующего колбу 4 источника света. В источнике света с электродным разрядом низкого давления (фиг.3) разряд обеспечивается за счет прохождения электрического тока между электродами 12 в газовом наполнении. Электроды 12 соединены с помощью токовводов 9, укрепленных на ножках 8 с токоведущими штырями 13 цоколей 3. В источнике света с разрядом высокого давления (фиг. 4) излучатель 2 представляет собой кварцевую горелку с электродами (на фиг.4 не показаны), в которой обеспечивается разряд высокого давления в смеси паров металла (металлов) и инертного газа. Люминесцентное покрытие 7 может наноситься также снаружи колбы, под композиционное покрытие, а в некоторых исполнениях источника света (возможные исполнения описаны выше) люминесцентное вещество может находиться в объеме стекла колбы эти исполнения на фигурах не показаны.

Источник света в соответствии с изобретением работает следующим образом. Свет от излучателя 2 (тело накала лампы накаливания фиг.1, разряд низкого давления фиг.2, 3, горелка разрядной лампы высокого давления фиг.4), образуемый при прохождении через него электрического тока, достигает оболочки 1, проходит через колбу 4 (фиг.1, 4) к композиционному покрытию 5 или преобразуется люминесцентным покрытием 7 в излучение люминесценции (фиг.2, 3), которое проходит также через колбу к композиционному покрытию 5. Вышедшие из колбы 4 излучение тела накала, горелки или люминесцентного покрытия проходя свободно (с малым поглощением) через основу композиционного покрытия 5, достигает частиц неорганического наполнителя 6 и перераспределяется им в пространство и по спектру (селективно пропускается, поглощается или отражается в видимой или ультрафиолетовой областях спектра в зависимости от свойств наполнителя 6, преобразуется в излучение люминесценции при использовании в качестве наполнителя 6 люминесцентного вещества). При нанесении люминесцентного покрытия 7 на внешнюю поверхность колбы 4 (на фигурах 2, 3 не показано) в источнике света процесс преобразования излучения разряда в излучение люминесценции проходит после прохождения возбуждающего излучения через колбу 4. При применении для колбы 4 люминесцирующего стекла процесс преобразования возбуждающего излучения разряда в излучение люминесценции происходит непосредственно в объеме стекла колбы 4. Затем в обоих последних случаях излучение люминесценции преобразуется по спектру и в пространстве композиционным покрытием 5 (либо за счет очередной люминесценции при использовании в качестве наполнителя люминесцентного вещества, либо за счет селективного пропускания, поглощения или отражения излучения люминесценции).

При применении окна в композиционном покрытии (часть поверхности колбы, не покрытая композиционным покрытием на рисунках не показано) часть света от излучателя (тела накала или люминофорного слоя) выходит непосредственно через него на освещаемый объект, тем самым источник света может выполнять две функции, например, просвечивание видимым излучением, выходящим из окна, водяных знаков на купбрах или ценных бумагах и освещение "черным" светом нанесенных на них люминесцирующих меток. ///2 Возможны также другие исполнения источника света, не охваченные настоящим описанием изобретения, если будут применены другие наполнители, колбы, люминесцентные вещества или двухслойное композиционное покрытие. Источники света, выполненные в соответствии с изобретением могут иметь много функций в зависимости от того, какие колбы, излучатели, наполнители композиционного покрытия и люминесцентные излучатели используются.

Так изменение наполнителей композиционного материала в совокупности с излучателем в виде тела накала из вольфрама позволяет получить цветные лампы накаливания (наполнители порошки цветных стекол), неодимовые лампы накаливания (наполнитель порошок неодимового стекла), лампы накаливания "черного" света (наполнитель порошок черного стекла), лампы накаливания пониженной блескости со светорассеивающими оболочками (наполнитель порошок окиси металла, например, окиси магния), лампы накаливания наплавленного светораспределения (наполнитель порошок окиси металла, например, окиси магния, при этом композиционное покрытие наносится на часть колбы источника света).

Большое разнообразие возможных вариантов источника света согласно изобретению получается при изменении типа излучателя в совокупности с изменениями наполнителя и стекла колбы. Так применение в качестве излучателя разряда низкого давления и колбы из стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение позволяет получить: лампы "черного" света бактерицидного действия при использовании в качестве наполнителя композиционного покрытия порошка черного стекла, прозрачного в ультрафиолетовой бактерицидной области спектра: лампы бактерицидные с направленным распределением излучения при использовании в качестве наполнителя порошка тетрафосфата бария (в этом случае композиционное покрытие делается на части колбы со стороны, противоположной облучаемому объекту). Применение в качестве излучателя разряда высокого давления в совокупности с изменением стекла колбы и изменением наполнителя, позволяет получить: лампы "черного" света в области длинноволнового ультрафиолета ( λ 365 мкм) при использовании в качестве наполнителя черного стекла, прозрачного для этого излучения; лампы направленного светораспределения в видимой области спектра при использовании в качестве наполнителя композиционного покрытия светоотражающих порошков (покрытие делается на части колбы со стороны, противоположной освещаемому объекту); цветные газоразрядные лампы высокого давления при использовании в качестве наполнителей цветных стекол.

Еще большее разнообразие возможных вариантов газоразрядных источников света получается при применении в конструкции источника света дополнительного излучателя в виде люминесцентного вещества. Изменение люминесцентного вещества и места его расположения в совокупности с изменением стекла колбы, изменение вида разряда, изменением наполнителя композиционного покрытия и изменением площади этого покрытия на поверхности колбы позволяют получить: люминесцентные лампы "черного" света, излучающие в области длин волн 300-400 мкм (для люминесцентного анализа, для распознавания денег и документов, меченых люминесцентными красками, для привлечения насекомых: например, комаров, за счет эффекта фототаксиса и др.) или люминесцентные лампы бифункционального значения ("черного" и белого света), если в композиционном покрытии сделано окно для выхода видимого излучения, при применении в качестве наполнителя черного стекла, пропускающего излучение в ультрафиолетовой области: люминесцентные лампы насыщенного цвета при применении люминофора, излучающего полосы необходимой цветности, и наполнителя из соответствующего цветного стекла; люминесцентные лампы направленного светораспределения с излучением в ультрафиолетовой или видимой области спектра (спектр излучения лампы зависит от типа применяемого люминофора, марки стекла для ультрафиолетового излучения l 312 мкм необходимо применение увиолевого стекла, наполнителя композиционного покрытия, наносимого на часть колбы для ультрафиолетового диапазона излучения лампы применяется, например, тетрафосфат бария, для видимого диапазона, например, окись магния).

Применение безэлектродного разряда в совокупности с изменением материала колбы, изменением люминесцентного покрытия, изменением наполнителя композиционного покрытия позволяет получить практически вс гамму вариантов источника света, аналогичных по функциям описанным выше источника света с разрядом в качестве излучателя, но отличающихся по форме и размерам, которые в этом случае близки к таковым для ламп накаливания.

Применение в качестве наполнителя композиционного покрытия неорганического люминофора в совокупности с электрическим разрядом в смеси инертных газов, излучающих в области вакуумного ультрафиолета (длина волны ниже 200 мкм), дополнительным излучателем в виде люминесцентного покрытия на внутренней поверхности колбы, генерирующего под воздействием жесткого излучения разряда ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 250-400 мкм, колбы из материала, прозрачного для излучения в этом диапазоне длин волн, позволяет получить экологически чистую (без паров металла, например, ртути) люминесцентную лампу со спектром излучения, характерным для неорганического люминофора, применяемого в качестве наполнителя.

Применение люминесцентного покрытия в качестве дополнительного излучателя на внешней поверхности колбы (под композиционным покрытием) позволяет использовать в источнике света, в соответствии с изобретением, органический люминофор, который не допускает термовакуумных обработок, характерных для известных люминесцентных ламп.

Применение колб из люминесцентных стекол (стекол, в которых люминесцентное вещество находится в объеме стекла колбы) позволяет дополнительно расширить перечень возможных вариантов источника света, если при этом в совокупности применяются другие признаки изобретения.

Наконец, выполнение композиционного покрытия из двух слоев с различными наполнителями позволяет еще больше разнообразить исполнение источника света, например, получать источники света со сложным светораспределением и различными спектрами излучения направленного в различные зоны пространства. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в производстве источников света. Сущность изобретения: источник света содержит оболочку, селективно пропускающую излучение в диапазоне длин волн от 250 до 800 мкм и по крайней мере один излучатель. Излучатель выполнен из вещества, генерирующего свет при прохождении через него электрического тока. Оболочка включает в себя стеклянную колбу, пропускающую излучение в диапазоне длин волн от 180 до 800 мкм и нанесенное на нее пленочное композиционное покрытие из радиационного полимера и неорганического наполнителя, перераспределяющего излучение, прошедшее через колбу, в пространстве и по спектру. Вещество излучателя обеспечивает получение света в диапазоне длин волн от 180 до 800 мкм. В источник света согласно изобретению дополнительно введен излучатель из вещества, обладающего люминесцентными свойствами. 23 з.п. ф-лы,, 6 ил.

1. Источник света, содержащий оболочку, селективно пропускающую излучение в диапазоне длин волн 250 800 мкм и расположенный внутри нее по крайней мере один излучатель, генерирующий свет при прохождении через него электрического тока, отличающийся тем, что оболочка включает стеклянную колбу, пропускающую излучение в диапазоне длин волн 180 800 мкм, и нанесенное на нее пленочное композиционное покрытие из радиационностойкого полимера и наполнителя, перераспределяющего излучение, прошедшее через колбу, в пространстве и по спектру, а излучатель обеспечивает получение света в диапазоне длин волн 180 - 800 мкм. 2. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что излучатель выполнен в виде тела накала из твердого вещества. 3. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что излучатель представляет собой разряд в среде, состоящей из паров металла, молекулярного, инертного газа или их смесей. 4. Источник света по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в качестве излучателя используется безэлектродный высокочастотный разряд. 5. Источник света по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что в него дополнительно введен излучатель из вещества, обладающего люминесцентными свойствами. 6. Источник света по пп. 1 5, отличающийся тем, что коэффициент пропускания излучения стеклом колбы находится во взаимосвязи с типом излучения, люминесцентного вещества и наполнителя. 7. Источник света по пп. 1 6, отличающийся тем, что пленочное композиционное покрытие состоит по крайней мере из двух слоев с разными наполнителями, нанесенных один на другой, причем ближний к колбе слой нанесен по крайней мере на половину поверхности колбы. 8. Источник света по пп. 1 7, отличающийся тем, что колба выполнена из стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в видимой области спектра. 9. Источник света по пп. 1, 3 7, отличающийся тем, что колба выполнена из увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в диапазоне длин волны 250 800 мкм. 10. Источник света по пп. 1, 3 7, отличающийся тем, что колба выполнена из стекла с высоким коэффициентом пропускания излучения в диапазоне длин волн 180 800 мкм. 11. Источник света по пп. 1 10, отличающийся тем, что в качестве радиационностойкого полимера использован фторполимер. 12. Источник света по пп. 1 11, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок стекла с селективным пропусканием излучения в видимой области спектра, например красного, желтого, зеленого или синего цвета. 13. Источник света по пп. 1 11, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок стекла с селективным поглощением излучения в видимой области, например порошок неодимового стекла. 14. Источник света по пп. 1, 3 11, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок черного стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра. 15. Источник света по пп. 1, 3 14, отличающийся тем, что пленочное композиционное покрытие имеет для выхода видимого излучения окно, площадь которого составляет 0,1 0,5 площади поверхности колбы. 16. Источник света по пп. 1, 3 15, отличающийся тем, что в качестве люминесцентного вещества использован неорганический люминофор, например галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. 17. Источник света по пп. 1, 3 15, отличающийся тем, что в качестве люминесцентного вещества использован органический люминофор. 18. Источник света по пп. 1, 3 16, отличающийся тем, что люминесцентное вещество нанесено на внутреннюю поверхность колбы. 19. Источник света по пп. 1, 3 17, отличающийся тем, что люминесцентное вещество нанесено на внешнюю поверхность колбы под слой пленочного композиционного покрытия. 20. Источник света по пп. 1, 3 16, отличающийся тем, что люминесцентное вещество находится внутри объема стекла колбы. 21. Источник света по пп. 1, 3 20, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок неорганического люминофора, например галофосфата кальция, активизированного сурьмой и марганцем. 22. Источник света по пп. 1, 3 20, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован органический люминофор люминор. 23. Источник света по пп. 1 20, отличаюшийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок вещества с высоким коэффициентом отражения видимого излучения, например окиси магния, причем слой композиционного материала нанесен по крайней мере на половину площади внешней поверхности колбы. 24. Источник света по пп. 1, 3 20, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован порошок вещества с высоким коэффициентом отражения ультрафиолетового излучения, например тетрафосфата бария.