ИЗЛУЧАЮЩАЯ УЛЬТРАФИОЛЕТ ЛЮМИНОФОРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕЕ ЛАМПА ДЛЯ ЗАГАРА Российский патент 2007 года по МПК H01J61/44 

Данное изобретение относится к излучающим ультрафиолет люминофорам и люминофорным композициям. В частности, данное изобретение относится к выходу ультрафиолетового излучения типа A (UVA) и к сохраняемости ламп для загара.

Уровень техники

Лампы для загара являются по конструкции аналогичными обычным люминесцентным ртутным лампам, за исключением того, что они содержат один или более люминофоров, которые излучают в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного спектра с целью вызывания эффекта загара в коже человека. Ультрафиолетовое излучение из ламп для загара разделяют на два диапазона: ультрафиолетовое излучение типа A (UVA) и ультрафиолетовое излучение типа В (UVB). Министерство продуктов питания и медикаментов США определяет диапазон UVA как диапазон от 320 до 400 нм, а диапазон UVB - как диапазон от 260 до 320 нм (смотри Стандарты для параметров, излучающих свет изделий: солнечные лампы и ультрафиолетовые лампы, предназначенные для использования в солнечных лампах, 21 C.F.R 1040.20). Большинство ультрафиолетового потока ламп для загара излучается в диапазоне UVA, а остаток - в диапазоне UVB. Это делается для имитации относительного соотношения UVA и UVB в естественном солнечном свете. Оба диапазона UVA и UVB имеют значение для процесса загорания. Когда кожа человека испытывает воздействие ультрафиолетового света, то меланоциты в эпидерме кожи выделяют дополнительный меланин, белковый пигмент, ответственный за загар. В то время как излучение UVB является более эффективным, чем излучение UVA для стимулирования производства меланина, излучение UVA является более эффективным, чем излучение UVB для окисления меланина с целью создания коричневого цвета, который является характерным для загара.

Обычный излучающий ультрафиолет люминофор, применяемый в лампах для загара, является однокомпонентным, активированным свинцом дисиликатом бария BaSi₂O₅:Pb. Люминофор BaSi₂O₅:Pb имеет низкую сохраняемость вследствие его сродства с ртутью. Поэтому, когда этот люминофор используется в ртутных люминесцентных лампах, то поверхность люминофора обычно защищают покрытием, обычно оксидом алюминия, как описано в патентах США №№4585673, 4710674, 4825124 и 5523018. Покрытие оксидом алюминия обеспечивает барьерный слой между люминофором и парами ртути и улучшает долговременную сохраняемость ультрафиолетового излучения.

Отражательные лампы для загара являются специальным классом ламп для загара, в которых ультрафиолетовый поток фокусируется отражателем, который приводит к излучению потока в суженном секторе окружности, например, в 140° вместо полной окружности лампы в 360°. Двумя ключевыми параметрами работы ламп для загара и, в частности, отражательных ламп для загара являются первоначальный выход излучения UVA и сохраняемость излучения UVA. Первоначальный выход излучения UVA лампы (0 часов) называется в последующем выходом UVA 0 ч. Сохраняемость UVA является мерой способности лампы поддерживать первоначальный выход UVA в течение периода времени, включающего обычно первые 100 часов работы, и выражается в процентах относительно первоначального выхода. Например, сохраняемость UVA 100 ч определяется как отношение выхода UVA лампы после 100 часов работы к первоначальному выходу UVA, умноженное на 100% ((выход UVA 100 ч/выход UVA 0 ч) ×100%). Для коммерческого использования очень желательно иметь как высокий выход UVA, так и большую сохраняемость UVA 100 ч. К сожалению, современные отражательные лампы для загара не имеют ни высокого выхода UVA (≥8600 мкВт/см²), ни большую сохраняемость UVA 100 ч (≥87%), не оба показателя одновременно. Другими словами, отражательные лампы для загара, которые имеют большую сохраняемость UVA 100 ч (≥87%), имеют выход UVA 0 ч намного меньше 8600 мкВт/см². И наоборот, отражательные лампы для загара, которые имеют высокий выход UVA (≥8600 мкВт/см²), имеют сохраняемость UVA 100 ч намного меньше 87%. Обратное соотношение между выходом UVA 0 ч и сохраняемостью UVA 100 ч для коммерческих отражательных ламп для загара показано на фиг.1.

Поэтому было бы преимуществом по сравнению с уровнем техники иметь лампы для загара, в частности отражательные лампы для загара, которые имеют высокий выход UVA 0 ч при большой сохраняемости UVA 100 ч.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является устранение недостатков уровня техники.

Другой задачей изобретения является создание ламп для загара, имеющих более высокий выход UVA 0 ч при большой сохраняемости UVA 100 ч.

Согласно одному аспекту изобретения создана излучающая ультрафиолет люминофорная композиция, которая содержит смесь по меньшей мере двух излучающих ультрафиолет типа А люминофоров, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, при этом сумма процентного по массе содержания люминофоров в смеси равна 100%. Люминофорная композиция дополнительно содержит, не обязательно, количество излучающего ультрафиолет типа В люминофора, содержание которого находится в диапазоне от 0 до 12 мас.% смеси.

Согласно другому аспекту изобретения создана люминесцентная лампа для загара, имеющая пропускающую ультрафиолет оболочку и люминофорное покрытие на внутренней стенке оболочки. Люминофорное покрытие содержит излучающую ультрафиолет люминофорную композицию, содержащую смесь по меньшей мере двух излучающих UVA люминофоров, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb. Люминофорная композиция дополнительно содержит, не обязательно, количество излучающего ультрафиолет типа В люминофора, содержание которого находится в диапазоне от 0 до 12 мас.% смеси.

Согласно другому аспекту изобретения создана люминесцентная лампа для загара, имеющая трубчатую, прозрачную для ультрафиолета оболочку, отражательный слой и слой излучающего ультрафиолет люминофора. Отражательный слой проходит по сектору в 220° окружности оболочки и расположен между оболочкой и слоем люминофора. Люминофорный слой проходит по всей окружности оболочки, и лампа имеет выход UVA по меньшей мере около 8800 мкВт/см² и сохраняемость UVA 100 ч по меньшей мере около 87%.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено:

фиг.1 - график соотношения между выходом UVA 0 ч и сохраняемостью UVA 100 ч коммерческих отражательных ламп для загара;

фиг.2 - контурный график выхода UVA 0 ч нескольких групп ламп для загара, содержащих различные излучающие ультрафиолет люминофорные композиции;

фиг.3 - контурный график сохраняемости UVA 100 ч нескольких групп ламп для загара, содержащих различные излучающие ультрафиолет люминофорные композиции;

фиг.4 - графическая иллюстрация предпочтительных составов излучающих ультрафиолет композиций согласно данному изобретению;

фиг.5 - поперечный разрез отражательной лампы для загара;

фиг.6 - график удельного распределения спектральной мощности люминесцентной лампы для загара согласно данному изобретению;

фиг.7 - сравнение нормированного распределения спектральной мощности обычной люминесцентной лампы для загара и люминесцентной лампы для загара согласно данному изобретению;

фиг.8 - отношение нормированного распределения спектральной мощности люминесцентной лампы для загара согласно данному изобретению к нормированному распределению спектральной мощности обычной люминесцентной лампы для загара.

Подробное описание изобретения

Для лучшего понимания данного изобретения, а также его других задач, преимуществ и возможностей, ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на указанные выше чертежи.

Было установлено, что можно одновременно достичь высокого выхода UVA 0 ч и большой сохраняемости UVA 100 ч за счет использования композиции, содержащей смесь по меньшей мере двух излучающих ультрафиолет люминофоров, выбранных из группы, содержащей SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb. Все три люминофора в группе имеют излучение в диапазоне UVA. Первый люминофор SrB₄O₇:Eu имеет спектр излучения с максимумом на длине волны 368 нм. Второй люминофор YPO₄:Ce имеет двумодовый спектр излучения с местными пиками на 338 и 356 нм. Третий люминофор BaSi₂O₅:Pb имеет спектр излучения с максимумом на 351 нм. Как указывалось выше, люминофор BaSi₂O₅:Pb является люминофором, применяемым в современных отражательных лампах для загара согласно уровню техники. Например, во всех лампах, представленных на фиг.1, используется 100% этого люминофора. Хотя это не является необходимым для данного изобретения, предпочтительно наносить покрытие из оксида алюминия на люминофор BaSi₂O₅:Pb.

Излучающая ультрафиолет композиция может дополнительно содержать некоторое количество излучающего UVB люминофора, предпочтительно SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈, который излучает в диапазоне UVB на 310,5 нм. Количество излучающего UVB люминофора может составлять от 0 до 12 мас.% относительно совокупного веса излучающих UVA люминофоров в композиции. Примеры других излучающих UVB люминофоров включают Ce(Sr,Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ca,Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ba,Mg)Al₁₁O₁₉:Ce и LaPO₄:Ce. Дополнительно к этому можно обеспечить излучение UVB посредством изменения состава одного из излучающих ультрафиолет типа А люминофоров. Например, некоторое количество лантана можно заместить некоторым количество иттрия в формуле YPO₄:Ce для вызывания излучения люминофором ультрафиолета типа В дополнительно к излучению ультрафиолета типа А.

Согласно первому альтернативному варианту выполнения излучающая ультрафиолет люминофорная композиция согласно данному изобретению, содержит смесь BaSi₂O₅:Pb и по меньшей мере одного люминофора, выбранного из SrB₄O₇:Eu и YPO₄:Ce. Относительные соотношения люминофоров в смеси находятся в диапазоне от 0 до 50 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb, при этом сумма процентных долей равна 100%. Относительные соотношения излучающих UVA люминофоров предпочтительно находятся в диапазоне от 30 до 40 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 30 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 40 мас.% BaSi₂O₅:Pb. Более предпочтительно соотношения находятся в диапазоне от 30 до 35 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 30 до 35 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 35 мас.% BaSi₂O₅:Pb. Наиболее предпочтительно относительные соотношения смеси составляют около 33,3 мас.% SrB₄O₇:Eu, около 33,3 мас.% YPO₄:Ce и около 33,3 мас.% BaSi₂O₅:Pb. В каждом из указанных выше случаев излучающая ультрафиолет люминофорная композиция может дополнительно содержать, не обязательно, излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% от массы смеси излучающих UVA люминофоров.

Во втором альтернативном варианте выполнения смесь излучающая ультрафиолет люминофорная композиция содержит смесь BaSi₂O₅:Pb и по меньшей мере одного люминофора, выбранного из SrB₄O₇:Eu и YPO₄:Ce, при этом относительные соотношения люминофоров в смеси находятся в диапазоне от 0 до 20 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 20 мас.% YPO₄:Ce и от 50 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb, при этом сумма процентных долей равна 100%. Относительные соотношения излучающих UVA люминофоров предпочтительно находятся в диапазоне от 15 до 20 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 15 до 20 мас.% YPO₄:Ce и от 65 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb. Более предпочтительно относительные соотношения смеси составляют около 16,7 мас.% SrB₄O₇:Eu, около 16,7 мас.% YPO₄:Ce и около 66,6 мас.% BaSi₂O₅:Pb. В каждом из указанных выше случаев смесь излучающих ультрафиолет люминофоров может снова дополнительно содержать излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% от массы смеси излучающих UVA люминофоров.

В третьем альтернативном варианте выполнения излучающая ультрафиолет люминофорная композиция содержит смесь BaSi₂O₅:Pb и SrB₄O₇:Eu, при этом относительные соотношения находятся в диапазоне от 40 до 60 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 40 до 60 мас.% BaSi₂O₅:Pb, при этом сумма процентных долей равна 100%. Относительные соотношения предпочтительно находятся в диапазоне от 45 до 55 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 45 до 65 мас.% BaSi₂O₅:Pb. Более предпочтительно смесь содержит около 50 мас.% SrB₄O₇:Eu и около 50 мас.% BaSi₂O₅:Pb. Также как в указанных выше случаях, смесь люминофоров может содержать излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% от массы смеси излучающих UVA люминофоров.

В четвертом альтернативном варианте выполнения излучающая ультрафиолет люминофорная композиция содержит смесь YPO₄:Ce и SrB₄O₇:Eu, при этом относительные соотношения люминофоров находятся в диапазоне от 40 до 60 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 40 до 60 мас.% YPO₄:Ce, при этом сумма процентных долей равна 100%. Эта смесь предпочтительно содержит от 45 до 55 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 45 до 55 мас.% YPO₄:Ce. Более предпочтительно смесь содержит около 50 мас.% SrB₄O₇:Eu и около 50 мас.% YPO₄:Ce. В каждом из указанных выше случаев люминофорная композиция может снова дополнительно содержать излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% от массы смеси излучающих UVA люминофоров.

Ниже приводится описание не ограничивающих изобретение примеров выполнения.

Примеры 1-10

Было изготовлено несколько отражательных ламп для загара, которые содержали различные комбинации четырех излучающих ультрафиолет люминофоров, используемых в излучающих ультрафиолет композициях согласно данному изобретению. Все четыре излучающих ультрафиолет люминофора были изготовлены фирмой OSRAM SYLVANIA Products Inc., Towanda, Пенсильвания. SrB₄O₇:Eu имеет наименование OSRAM SYLVANIA Тип 2052, BaSi₂O₅:Pb (покрытый Al₂О₃) имеет наименование OSRAM SYLVANIA Тип GS2016, YPO₄:Ce имеет наименование OSRAM SYLVANIA Тип 2040 и SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈ наименование OSRAM SYLVANIA Тип 2096. Физические свойства люминофоров приведены в таблице 1. Распределение размера частиц измерялось с помощью лазерной дифракционной системы Coulter LS130.

Таблица 1Люминофор50% размер (в мкм)BET площадь поверхности (в м²/г)Плотность (в г/см³)SrB₄O₇:Eu9,90,613,4YPO₄:Ce13,50,694,24BaSi₂O₅:Pb11,20,653,9SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈12,90,913,5

Воздействие состава композиции на выход UVA 0 ч и сохраняемость UVA 100 ч ламп демонстрировалось с помощью конструкции с симплексным центроидом. В частности, состав смеси варьировали так, что сумма весовых долей трех излучающих UVA люминофоров, SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, составляла единицу. Конструкция с симплексным центроидом для трех излучающих UVA люминофоров приводит в целом к десяти композициям, относительные количества каждого люминофора в которых приведены в таблице 2. Каждая из этих композиций содержит также фиксированное количество излучающего UVB люминофора, SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈, которое составляло 4 мас.% от массы смеси излучающих UVA люминофоров. Композиция 11 использовалась в качестве отдельной контрольной композиции и содержала лишь люминофор BaSi₂O₅:Pb.

Таблица 2Смесь/группаSrB₄O₇:EuYPO₄:CeBaSi₂O₅:Pb11002010300140,50,5050,500,5600,50,570,33330,33330,333380,66670,16670,166790,16670,66670,1667100,16670,16670,666711 (контрольная)001

Эти композиции представлены треугольными диаграммами состава, показанными на фиг.2-4. Композиции 1-3 (группы 1-3) занимают вершины третичных диаграмм. Композиции 4-6 (группы 4-6) занимают средние точки трех сторон треугольников. Например, композиция 5 содержит смесь 50:50 SrB₄O₇:Eu и BaSi₂O₅:Pb и расположена точно в середине между вершинами, представляющими SrB₄O₇:Eu и BaSi₂O₅:Pb. Композиции 7-10 (группы 7-10) содержат смеси SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb. В частности, композиция 7 является центроидом, который расположен в точке пересечения медиан треугольника. В центроиде каждый из трех люминофоров составляет треть смеси. Композиции 8-10 называются осевыми точками и расположены на линиях медиан треугольников, так что один из компонентов составляет 2/3 смеси, в то время как другие два составляют по 1/6. Важно иметь в виду, что каждая из десяти композиций содержит 4 мас.% SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈, при этом проценты по массе вычислены на основе совокупной массы излучающих UVA люминофоров.

Покрывающие суспензии и покрытие колбы

Покрывающие суспензии на органической основе были выполнены с использованием обычных компонентов суспензии. Они включают дополнительно к люминофорной композиции растворитель, полимерное связующее вещество, диспергатор, пластификатор и клеящие вещества. Предпочтительная суспензия содержит ксилол в качестве растворителя, этилцеллюлозу в качестве связующего вещества, и бензойную кислоту и Armeen CD, первичный амин, изготавливаемый фирмой Akzo Nobel Chemicals, в качестве комбинации диспергаторов. Дополнительно к этому дибутилфталат является обычным пластификатором, а мелко распределенный оксид алюминия (оксид алюминия С фирмы Degussa AG) служит в качестве хорошего клеящего вещества.

Использовались стандартные шестифутовые колбы Т12 (наружный диаметр 1,5 дюйма) с предварительно покрытым оксидом алюминия рефлектором, покрывающим около 220° окружности. Люминофорную суспензию наносили вручную на внутреннюю поверхность с использованием комбинации осевых и вращательных движений. Затем покрытую колбу оставляли для стекания и высыхания в течение 30 минут с получением люминофорного покрытия, имеющего полный вес люминофора около 8,5 г.

Отделка ламп

Затем лампы были загружены в печь для отжига, где остаточные органические компоненты в покрытие сгорали в присутствии воздуха. В каждый конец отожженной колбы были герметично установлены держатели электродов. Затем лампы были предварительно нагреты, и из них эвакуировали воздух через трубки в держателях электродов. В лампы ввели ртуть и наполнительный газ, и эвакуационные трубки были герметично закрыты. Давление наполнения составило 1,8 торр для десяти испытываемых групп и 2,7 торр для контрольной группы. Наполнительным газом во всех случаях была смесь неона и аргона в соотношении 70 к 30. Доза ртути составляла 18 мг.

Затем к лампам были прикреплены обычные основания. Мощность испытательных групп находилась в диапазоне от 167,3 Вт до 170,2 Вт, в то время как мощность контрольной группы составляла 170,9 Вт.

Поперечное сечение готовой лампы показано на фиг.5. Излучающая ультрафиолет оболочка 3 лампы имеет частичное отражательное покрытие 5 из оксида алюминия, которое проходит по около 220° окружности. Люминофорное покрытие 7 расположено поверх отражательного покрытия 5 и проходит по всей окружности оболочки 3, включая сектор 9 в 140°, где нет отражательного покрытия.

С каждой из люминофорных композиций было изготовлено несколько ламп. Выход UV каждой группы испытуемых ламп корректировался относительно разницы в мощности между испытываемой группой и контрольной группой. Это осуществлялось за счет (1) вычисления выхода UV на каждый Ватт для каждой испытываемой группы, (2) умножения величины разницы мощности между каждой испытываемой группой и контрольной группой 11 и (3) прибавления результата к первоначальной величине ультрафиолетового потока для испытываемой группы. Затем применяли второй показатель коррекции для вычисления разницы для используемой для этих ламп опытной измерительной установки и обычной измерительной установки, используемой для коммерческих ламп. Одной из причин для использования отличающейся опытной установки было то, что выход UV для некоторых ламп был слишком большим для выполнения измерений на нормальном расстоянии 10 см от центральной оси лампы. Второй причиной было использование отличающегося способа стабилизации ламп для этих испытаний, который увеличивает отношение сигнала к шуму фотометрических измерений.

После определения первоначального выхода UVA пять ламп каждой группы были состарены на 100 ч, а затем снова измеряли выход UVA. Затем для каждой из ламп во всех группах вычисляли сохраняемость UVA 100 ч. Как указывалось выше, сохраняемость UVA 100 ч определяется как отношение выхода UVA 100 ч к выходу UVA 0 ч с умножением отношения на 100 для выражения его в процентах. Затем сохраняемость UVA 100 ч каждой группы корректировали посредством нормирования сохраняемости контрольной группы относительно 85%, что является типичным для этой лампы. Средний выход UVA 0 ч и сохраняемость UVA 100 ч групп приведены в таблице 3.

Таблица 3Группа/композицияКорректированный выход UVA 0 ч (в мкВт/см²)Нормированная сохраняемость UVA 100 ч (в %)1736491,32781687,13864184,74788792,35909989,66879084,57881690,58840989,79852587,810889687,211(контроль)838885,0

С помощью данных таблицы 3 можно построить контурный график в треугольном пространстве состава. На фиг.2 показан контурный график для выхода UVA 0 ч. Каждая контурная линия соединяет те составы, которые имеют одинаковый выход UVA 0 ч. Выход UVA 0 ч, связанный с каждой контурной линией, указан в мкВт/см².

Очевидно, что более высокий выход UVA 0 ч обеспечивается составами, которые лежат ближе к бинарной линии SrB₄O₇:Eu - BaSi₂O₅:Pb. Композициями, имеющими три наивысших выхода UVA 0 ч в конструкции с симплексным центроидом, были композиции 5, 10 и 7 с выходами UVA 0 ч, соответственно 9100, 8896 и 8816 мкВт/см². Эти выходы превышают выход UVA 0 ч контрольной группы 11 соответственно на 8,5%, 6% и 5,1%. Это увеличение больше приблизительно 3% увеличения, достигаемого за счет более низкого давления наполнения испытываемых ламп. Увеличение выхода UVA 0 ч, обусловленное лишь более низким давлением наполнения, можно видеть при сравнении выходов UVA 0 ч групп 3 и 11.

Композиция 5 содержит YPO₄:Ce и ее выход UVA 0 ч сильно превышает средний выход UVA 0 ч композиций 1 и 3, которые представляют однокомпонентные смеси каждого люминофора в композиции 5. Это указывает на синергизм между компонентами SrB₄O₇:Eu и BaSi₂О₅:Pb, который не может быть отнесен к мощности или массе порошка. Не вдаваясь в теорию, возможное объяснение синергизма между люминофорами SrB₄O₇:Eu и BaSi₂O₅:Pb можно вывести из наблюдаемого наложения спектра излучения люминофора BaSi₂O₅:Pb и спектра возбуждения люминофора SrB₄O₇:Eu. Спектр возбуждения SrB₄O₇:Eu проходит вверх до около 360 нм, а широкое излучение BaSi₂O₅:Pb имеет максимум при около 350 нм. Это означает, что часть излучения от люминофора BaSi₂O₅:Pb возбуждает люминофор SrB₄O₇:Eu, который затем ослабляется в соответствии с его характерным спектром излучения, имеющим максимум на 368 нм. Наложение спектров возбуждения и излучения в совокупности с учетом квантовой эффективности отдельных люминофорных компонентов может быть объяснением значительного синергизма, проявляемого системой SrB₄O₇:Eu - BaSi₂O₅:Pb.

Аналогичный контурный график был построен для сохраняемости UVA 100 ч. Как показано на фиг.3, контурные линии задают диапазон составов, имеющих одинаковую величину сохраняемости UVA 100 ч. Величина сохраняемости, связанная с каждой контурной линией, указана в %. График показывает, что более высокие величины сохраняемости UVA 100 ч обеспечиваются составами композиции, которые лежат ближе к линии состава SrB₄O₇:Eu - YPO₄:Ce. Наивысшая сохраняемость UVA 100 ч наблюдается у композиции 4, которая содержит одинаковые количества SrB₄O₇:Eu и YPO₄:Ce. График показывает, что увеличение количества люминофора BaSi₂O₅:Pb в композиции уменьшает величину сохраняемости UVA 100 ч.

Из фиг.2 и 3 следует, что пространство составов композиции, которые обеспечивают высокий выход UVA 0 ч, отличается от пространства, которое является оптимальным для сохраняемости UVA 100 ч. Поэтому должна иметься совместная оптимизация двух характеристик. Это было осуществлено с помощью наложенного контурного графика, показанного на фиг.4, в котором нижняя граница характеристики выхода UVA 0 ч была задана, равной примерно 8800 мкВт/см², а нижняя граница характеристики сохраняемости UVA 100 ч была задана, равной примерно 87%. Перекрестно заштрихованная зона на фиг.4 является зоной, в которой две характеристики накладываются друг на друга. Эта зона представляет те составы композиции, которые обеспечивают одновременно высокие величины выхода UVA 0 ч и сохраняемости UVA 100 ч. Можно видеть, что композиции 5,7 и 10 попадают внутрь этой зоны.

Характеристики этих трех композиций становятся очевидными при сравнении с уровнем техники, представленным контрольной группой 11. Лампы в контрольной группе имеют выход UVA 0 ч 8388 мкВт/см² и сохраняемость UVA 100 ч 85%. Лампы в группе 5 имеют выход UVA 0 ч 9099 мкВт/см и сохраняемость UVA 100 ч 89,6%. Это означает увеличение на 8,5% выхода UVA 0 ч и увеличение сохраняемости UVA 100 ч на почти 5%. Аналогичным образом, лампы в группах 7 т 10 обеспечивают увеличение на 5-6 % выхода UVA 0 ч и увеличение на около 2 до более 4% сохраняемости UVA 100 ч. Как указывалось выше, это увеличение выхода UVA 0 ч больше увеличения на 3%, объясняемого меньшим давлением наполнения испытываемых ламп. Таким образом, было установлено, что излучающие ультрафиолет композиции согласно данному изобретению имеют более высокие выходы UVA 0 ч при больших величинах сохраняемости UVA 100 ч.

Следует также отметить, что композиция 4, которая имеет более низкий выход UVA 0 ч, чем контрольная группа, является тем не менее важной в коммерческом отношении, поскольку она имеет очень большую величину сохраняемости UVA 100 ч. Даже хотя композиция 4 имеет выход UVA 0 ч, равным 7887 по сравнению с 8388 мкВт/см² для контрольной группы, более высокая величина сохраняемости UVA 100 ч в 92,3% композиции 4 означает, что выход UVA после 100 ч композиции 4 (7280 мкВт/см²) превышает выход UVA контрольной смеси после 100 ч (7130 мкВт/см²). Поэтому композиция 4 является весьма желательной для применений, в которых необходима очень большая сохраняемость.

Распределение спектральной мощности

Распределение спектральной мощности лампы для загара согласно данному изобретению показано на фиг.6. Распределение спектральной мощности показана как функция нормированной интенсивности в диапазоне длин волн от 260 нм до 400 нм. В этом случае распределение спектральной мощности нормировано на 100% при 366 нм, пике излучения UVA. Распределение спектральной мощности предпочтительного варианта выполнения данного изобретения приведено в таблице 4 в виде нормированных интенсивностей в заданном интервале длин волн. Также как на фиг.6, интенсивности нормированы относительно наиболее интенсивного излучения UVA в распределении спектральной мощности, в данном случае на длине волны около 366 нм.

Таблица 4Диапазон длин волн (в нм)Диапазон нормированной интенсивности (в %)280-2830,01-0,03284-2900,03-0,15291-2970,15-0,6298-3060,5-1307-3111-3312-3143-5315-3261-5327-3356-18336-34018-20341-35220-35353-36036-66361-36671-100367-37296-75373-37771-49378-38145-32382-38829-13389-40013-3

Из фиг.7 следует, что распределение спектральной мощности лампы согласно изобретению значительно отличается от распределения спектральной мощности обычной люминесцентной лампы для загара, которая содержит лишь люминофор BaSi₂О₅:Pb (нормирован относительно 100% при 351 нм). Распределение спектральной мощности лампы согласно изобретению имеет пик излучения UVA на 366 нм, в то время как обычная лампа имеет пик излучения на 351 нм. Ширина излучения UVA составляет также лишь 1/2 ширины излучения UVA обычной лампы. Полная ширина при максимуме пика излучения UVA лампы согласно изобретению составляет около 20 нм по сравнению с 40 нм для обычной лампы.

Как показано на фиг.8, значительные различия имеются также в излучении UVB двух ламп. В этом случае нормированное распределение спектральной мощности для лампы согласно изобретению разделено на нормированное распределение спектральной мощности обычной лампы для получения отношения интенсивностей. Пунктирная линия представляет отношение 1:1 для нормированных интенсивностей двух ламп. Величины отношения более 1:1 показывают большую нормированную интенсивность лампы согласно изобретению на конкретных длинах волн. Для большинства длин волн в диапазоне UVB между 260 нм и 320 нм, нормированная интенсивность лампы согласно изобретению больше нормированной интенсивности обычной лампы.

Примеры 12-14

Были изготовлены дополнительные люминесцентные лампы для загара согласно изобретению с использованием предпочтительной излучающей ультрафиолет композиции, имеющей состав, показанный в таблице 5. Процентное содержание люминофоров в таблице 5 указано в процентах от массы всей композиции.

ЛюминофорСодержание в композиции (в мас.%)Покрытый оксидом алюминия BaSi₂О₅:Pb (OSRAM SYLVANIA Тип GS201X)62,3YPO₄:Ce (OSRAM SYLVANIA Тип 2040)15,6SrB₄О7:Eu (OSRAM SYLVANIA Тип 2052)15,6SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈ (OSRAM SYLVANIA Тип 2096)6,5

Отношение масс излучающих UVA люминофоров BaSi₂O₅:Pb, YPO₄:Ce и SrB₄O₇:Eu составляет 0,667:0,167:0,167, что является аналогичным указанной выше композиции 10. Однако содержание излучающего UVB люминофора SrCe_0,08MgAl₁₁O₁₈ выше в этой композиции. В композиции 10 содержание излучающего UVB люминофора было равно 4% комбинированной массы излучающих UVA люминофоров. В данных примерах содержание излучающего UVB люминофора равно почти 7% комбинированной массы излучающих UVA люминофоров (100%*6,5/(62,3+15,6+15,6).

Лампы были подвергнуты оценке относительно выхода UVA и UVB, а также сохраняемости UVA и UVB. Измерения UVB выполнялись аналогично описанным выше измерениям UVA. Характеристики ламп приведены в таблице 6. Контрольные лампы были изготовлены с использованием лишь покрытого оксидом алюминия люминофора BaSi₂O₅:Pb (GS201X).

Таблица 6Тип лампыВыход UVA 0 ч (в мкВт/см²)Сохраняемость UVA 100 ч (в %)Сохраняемость UVB 100 ч (в %)FR70.2T12/VHR/HP891791,992,6Контроль855887,383FR75 T12/VHR/HP832794,495Контроль767984,179,5FR75 T12/VHR/HP834190,690,8Контроль768980,876,9

Более низкий выход UVA 0 ч ламп типа FR75 Т12 является, очевидно, следствием их большей длины. Однако их выходы UVA 0 ч были все еще лучше, чем у соответствующих контрольных ламп, на примерно 8%. Во всех трех лампах величины сохраняемости UVA 100 ч и UVB 100 ч составляли по меньшей мере 90%, что значительно лучше, чем соответствующие величины сохраняемости у контрольных ламп.

Хотя были показаны и описаны варианты выполнения, считающиеся в настоящее время предпочтительными, однако для специалистов в данной области техники понятно, что возможны различные изменения и модификации без отхода от объема изобретения, заданного прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является увеличенные первоначальный выход ультрафиолетового излучения типа A (UVA) и его сохраняемость. Излучающая ультрафиолет люминофорная композиция содержит смесь, по меньшей мере, двух излучающих UVA люминофоров, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 0 до 50 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb, а сумма процентного содержания люминофоров в смеси равна 100%. Композиция люминофоров может дополнительно содержать излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% смеси. 8 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 табл., 8 ил.

1. Излучающая ультрафиолет люминофорная композиция, содержащая смесь, по меньшей мере, двух излучающих UVA люминофора, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 0 до 50 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb, где сумма содержания люминофоров в смеси равна 100%.2. Люминофорная композиция по п.1, которая дополнительно содержит излучающий UVB люминофор в диапазоне от 0 до 12 мас.% смеси.3. Люминофорная композиция по п.1, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 30 до 40 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 30 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 40 мас.% BaSi₂O₅:Pb.4. Люминофорная композиция по любому из пп.1 и 2, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 30 до 35 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 30 до 35 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 35 мас.% BaSi₂O₅:Pb.5. Люминофорная композиция по любому из пп.1 и 2, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит около 33,3 мас.% SrB₄O₇:Eu, около 33,3 мас.% YPO₄:Ce и около 33,3 мас.% BaSi₂O₅:Pb.6. Люминофорная композиция по любому из пп.1 и 2, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 0 до 20 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 20 мас.% YPO₄:Ce и от 50 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb.7. Люминофорная композиция по любому из пп.1 и 2, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 15 до 20 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 15 до 20 мас.% YPO₄:Ce и от 65 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb.8. Люминофорная композиция по любому из пп.1 и 2, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит 16,7 мас.% SrB₄O₇:Eu, 16,7 мас.% YPO₄:Ce и 66,6 мас.% BaSi₂O₅:Pb.9. Люминофорная композиция по п.1, в которой излучающий UVB люминофор из Се(S, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ca, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ba, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce или LaPO₄:Ce.10. Излучающая ультрафиолет люминофорная композиция, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 45 до 55 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 45 до 55 мас.% BaSi₂O₅:Pb, причем сумма содержания люминофоров в смеси равна 100%.11. Люминофорная композиция по п.10, которая дополнительно содержит UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% смеси.12. Люминофорная композиция по п.10, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит около 50 мас.% SrB₄O₇:Eu и около 50 мас.% BaSi₂O₅:Pb.13. Излучающая ультрафиолет люминофорная композиция, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 40 до 60 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 40 до 60 мас.% YPO₄:Ce, причем сумма содержания люминофоров в смеси равна 100%.14. Люминофорная композиция по п.13, которая дополнительно содержит излучающий UVB люминофор в количестве от 0 до 12 мас.% смеси.15. Люминофорная композиция по любому из пп.13 и 14, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 45 до 55 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 45 до 55 мас.% YPO₄:Ce.16. Люминофорная композиция по любому из пп.13 и 14, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит около 50 мас.% SrB₄O₇:Eu и около 50 мас.% YPO₄:Ce.17. Люминесцентная лампа для загара, имеющая прозрачную для ультрафиолетового излучения оболочку и люминофорное покрытие на внутренней стенке оболочки, при этом люминофорное покрытие содержит излучающую ультрафиолет люминофорную композицию, содержащую смесь, по меньшей мере, двух излучающих UVA люминофоров, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, причем лампа имеет сохраняемость UVA 100 ч, равную, по меньшей мере, около 87%.18. Люминесцентная лампа по п.17, в которой композиция люминофоров дополнительно содержит излучающий UVB люминофор в диапазоне от 0 до 12 мас.% смеси.19. Люминесцентная лампа по п.17, в которой лампа имеет выход UVA 0 ч, равный, по меньшей мере, около 8800 мкВт/см².20. Люминесцентная лампа по любому из пп.17-19, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 40 до 60 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 40 до 60 мас.% YPO₄:Ce.21. Люминесцентная лампа по любому из пп.17-19, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 0 до 50 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 40 мас.% YPO₄:Ce и от 30 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb.22. Люминесцентная лампа по любому из пп.17-19, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 0 до 20 мас.% SrB₄O₇:Eu, от 0 до 20 мас.% YPO₄:Ce и от 50 до 70 мас.% BaSi₂O₅:Pb.23. Люминесцентная лампа по любому из пп.17-19, в которой смесь излучающих UVA люминофоров содержит от 40 до 60 мас.% SrB₄O₇:Eu и от 40 до 60 мас.% BaSi₂O₅:Pb.24. Люминесцентная лампа по любому из пп.17-19, в которой оболочка является трубчатой и дополнительно содержит отражательный слой, проходящий по сектору в 220° окружности оболочки, при этом отражательный слой расположен между оболочкой и люминофорным слоем, при этом люминофорный слой проходит по всей окружности оболочки.25. Люминесцентная лампа по п.17, в которой лампа имеет сохраняемость UVA 100 ч, равную, по меньшей мере, около 90%.26. Люминесцентная лампа по п.17, в которой излучающий UVA люминофор выбран из Се (S, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ca, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce, Ce(Ba, Mg)Al₁₁O₁₉:Ce или LaPO₄:Ce.27. Люминесцентная лампа для загара, имеющая прозрачную для ультрафиолетового излучения оболочку и люминофорное покрытие на внутренней стороне оболочки, в которой люминофорное покрытие содержит смесь, по крайней мере, двух UVA люминофоров, выбранных из SrB₄O₇:Eu, YPO₄:Ce и BaSi₂O₅:Pb, причем лампа имеет нормированное распределение спектральной мощности, показанное на фиг.6.28. Люминесцентная лампа по п.27, в которой композиция люминофоров дополнительно содержит излучающий UVB люминофор в диапазоне от 0 до 12 мас.% смеси.29. Люминесцентная лампа для загара, которая имеет прозрачную для ультрафиолетового излучения оболочку и люминофорное покрытие на внутренней стороне оболочки, нормированное распределение спектральной мощности, характеризуемое следующими величинами:

Диапазон длин волн (в нм)Диапазон нормированной интенсивности (в %)280-2830,01-0,03284-2900,03-0,15291-2970,15-0,6298-3060,5-1307-3111-3312-3143-5315-3261-5327-3356-18336-34018-20341-35220-35353-36036-66361-36671-100367-37296-75373-37771-49378-38145-32382-38829-13389-40013-3