專利名稱：通過跟蹤碘化鉈填充量提高變暗特性的金屬鹵化物燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高亮度放電燈，尤其涉及高亮度陶瓷金屬鹵化物燈。
背景技術(shù)：
由于對用于內(nèi)部和外部發(fā)光的節(jié)能發(fā)光系統(tǒng)不斷增長的需求，正在研發(fā)具有增大發(fā)光效率的用于通常的照明應(yīng)用的燈。因此，例如，最近市場中引入了用于室內(nèi)、室外、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的無電極熒光燈。這樣的無電極熒光燈的一個優(yōu)點(diǎn)是除去了內(nèi)部電極和加熱燈絲，而這些是限制傳統(tǒng)熒光燈壽命的一個因素。然而，由于無電極燈系統(tǒng)需要高頻電力系統(tǒng)，在困難的起動條件下與燈和別的電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾的條件下，這導(dǎo)致了更大和更復(fù)雜的燈固定器的設(shè)計以容納高頻線圈，因此需要另外的電路設(shè)置，所以無電極燈系統(tǒng)非常昂貴。
另外一種類型的高效燈是金屬鹵化物燈，其越來越廣泛地用于內(nèi)部和外部照明。已知這種燈包括光傳輸放電腔，其圍繞封閉的一對間隔開的電極密封。這個腔一般進(jìn)一步包括腔材料成分，該腔材料成分由恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞑牧先缫蕴囟ǖ哪柋然旌系亩栊詥託怏w和一種或多種可離子化金屬或金屬鹵化物構(gòu)成，或離子化金屬和金屬鹵化物二者都有。它們可以是相對低功率的燈，其是在通常100V或200V時帶有穩(wěn)流電路的標(biāo)準(zhǔn)交流燈插座中工作的，或者是磁或者是電子，以提供啟動電壓和在隨后的工作期間的電流限制。
這種燈可以更特別地具有通常含有腔材料成分和水銀的陶瓷材料放電腔，腔材料成分為一些碘化鈉(NaI)、碘化鉈(TlI)以及稀土金屬鹵化物如碘化鏑(DyI3)、碘化鈥(HoI3)和碘化銩(TmI3)，從而提供了電極間的充足的電壓降或電力負(fù)荷。含有上述的材料的燈在相關(guān)色溫(CCT)(Correlated ColorTemperature)、彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)(Color Rendering Index)方面具有良好性能，這樣的燈典型顯示出2700K至3700K的相對較低的相關(guān)色溫，當(dāng)在150W的額定功率條件下工作時，其還具有相對較高的效率，達(dá)到95流明每瓦特(LPW)(Lumens-per-Watt)。當(dāng)然，通過利用更有效的燈在發(fā)光上進(jìn)一步節(jié)省電能，需要具有均衡較高燈效的高亮度金屬鹵化物燈。
另外，當(dāng)不需要全部的光輸出時，通過減少流過的電流使這些燈在使用過程中變暗，從而可以進(jìn)一步節(jié)省電能，對于許多燈的應(yīng)用來說，在變暗條件下具有良好性能的高亮度金屬鹵化物燈是理想的?？墒牵诋?dāng)燈功率減少至額定值的大約50％時的變暗條件下，嚴(yán)重破壞了這種目前使用的燈的性能。典型的，相關(guān)色溫(CCT)顯著增加，可是彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)降低。此外，燈效率通常顯著降低。
另外，燈色相在這種變暗條件下依靠于化學(xué)性質(zhì)從白色退化成淺綠色。即，這種陶瓷材料腔金屬鹵化物燈發(fā)出這樣的光，由于在波長為535.0nm的特性光譜綠線處具有相對強(qiáng)的鉈射線，因此通過具有強(qiáng)綠色相，彩色再現(xiàn)指數(shù)顯著降低。這種放電管壁溫度和它的冷點(diǎn)(cold-spot)溫度在變暗時比額定功率時的相應(yīng)溫度低得多。變暗條件下發(fā)生較低冷點(diǎn)(cold-spot)溫度時，放電管中碘化鉈或TlI的部分壓力比比其它金屬鹵化物的部分壓力比高得多，使得這種相對較高的TlI部分壓力引起相對較強(qiáng)的波長為535.0nm的綠色TlI射線。由于波長為535.0nm的Tl射線非常接近人眼的敏感曲線峰值，因此額定燈功率時將TlI作為一種放電管填充成分可以得到較高的流明效率。因此，在幾乎所有的市場上使用的陶瓷金屬鹵化物燈中都使用它。
在變暗條件下去除淺綠色相的一個可能的方式是從放電腔中完全去除TlI和作為其替代物的另一種活性材料如PrI3。另一種方式是使放電管含有Mg、Tl以及從鈧(Sc)、釔(Y)、鑭系元素(lanthanoide)(Ln)中選出的一種或幾種元素的鹵化物。包括作為添加劑的碘化鎂或MgI2，使得提高流明保持，這是通過影響Sc、Y和Ln和尖晶石(MgAl2O4)之間的一種或幾種化學(xué)反應(yīng)的平衡使之達(dá)到燈工作壽命開始后馬上獲得的平衡的程度，在燈工作壽命開始后不會發(fā)生進(jìn)一步的Sc、Y和Ln的去除。由于通過MgI2的Mg添加劑和為了減少腔材料組成成分和腔壁之間的化學(xué)反應(yīng)，因此在腔材料組成成分中以這種安排使用的MgI2的量是以放電管內(nèi)壁的表面面積為基礎(chǔ)的。
以最后描述的安排設(shè)置的放電管在抽空的外部管泡內(nèi)工作，使得減少來自放電腔冷點(diǎn)的交換熱損失，并且在放電腔上使用了金屬熱屏蔽，由于金屬屏蔽的熱發(fā)散比放電腔陶瓷表面的熱發(fā)散低得多，由于金屬發(fā)射能力隨著溫度下降會降低，因此減少了在變暗過程中來自冷點(diǎn)的輻射熱損失，由此使腔冷點(diǎn)溫度和腔中的蒸汽壓力基本上恒定?？墒?，這種燈仍舊有缺點(diǎn)，表現(xiàn)在由于變暗條件下TlI的蒸汽壓力相對較高使得當(dāng)變暗至低于額定功率時發(fā)出帶有相對較強(qiáng)的綠色相的光，進(jìn)一步的缺點(diǎn)表現(xiàn)在當(dāng)結(jié)合真空管泡在低瓦特金屬鹵化物燈上使用廣泛使用的高電壓啟動脈沖時，如果放電管漏氣或存在緩慢的外部殼體漏氣，這會使燈易在放電管外部起弧。因此，希望有變暗條件下具有高效能和良好色彩特性的金屬鹵化物燈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有放電腔的金屬鹵化物燈，該放電腔帶有可透過電磁射線或可見光的壁，該放電腔形成放電區(qū)域。在放電腔中，一對電極彼此隔開并被支撐。放電腔的放電區(qū)域中包括水銀、惰性氣體以及至少兩種含有鹵化鎂和鹵化鈉的金屬鹵化物、稀土元素、碘化鉈，其中碘化鉈的摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。
放電腔具有由多晶氧化鋁形成的壁，其容納于具有可透過可見光的管泡中，基座設(shè)置在該管泡的端部。放電腔電連接至該基座?？赏高^可見光的管泡含有氮?dú)鈿夥?。由可透過可見光的材料構(gòu)成的護(hù)罩圍繞放電腔設(shè)置?？呻x子化材料可以進(jìn)一步包括一系列稀土元素的鹵化物，這些稀土元素為鏑、鈥、銩、鈰、鐠、鈧、釹、銪、镥以及鑭，使得放電腔中的這些鹵化物以及金屬鹵化物的總摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
根據(jù)本發(fā)明，將放電腔中的碘化鉈的摩爾量設(shè)定為放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。因此，可以提供一種金屬鹵化物燈，其能得到相對較低的相關(guān)色溫(2700K至3700K)，并且其中使用者基本上不會察覺到在變暗條件下的任何色彩或色相的變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種金屬鹵化物燈，其包括在其內(nèi)具有一對電極的放電腔以及封閉在放電腔中的可離子化材料。可離子化材料包括至少含有鹵化鎂和鹵化鈉的金屬鹵化物、稀土鹵化物、碘化鉈。碘化鉈的摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔具有包括多晶氧化鋁、氮化鋁、氧化釔以及藍(lán)寶石的一種或多種的壁。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔容納于具有可透過可見光的壁的管泡中，基座設(shè)置在該管泡的一端，放電腔電連接至該基座。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，稀土鹵化物是一種或多種稀土元素的鹵化物，這些稀土元素為鏑、鈥、銩、鈰、鐠、鈧、釹、銪、镥以及鑭。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔中的鹵化鈉、鹵化鎂和稀土鹵化物的總摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔具有包括多晶氧化鋁的壁。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，金屬鹵化物燈還包括設(shè)置成圍繞管泡內(nèi)的放電腔并具有可透過可見光的壁的護(hù)罩。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，壓力超過300mmHg的氮?dú)鈿夥辗忾]于管泡內(nèi)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔中存在有鏑的鹵化物，其具有放電腔中全部鹵化物的總摩爾量的0％和20％之間的摩爾量。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔中存在有碘化鉈，其摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和4％之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔中存在有碘化鉈，其摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和2％之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，放電腔中的鏑、鈥、銩、鈉和鎂的鹵化物的總摩爾量是放電腔中的所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在參照附圖閱讀并理解了下面的詳細(xì)說明后，本發(fā)明的這些或其它優(yōu)點(diǎn)將會變得顯而易見。


圖1是其內(nèi)具有可選擇結(jié)構(gòu)的陶瓷放電腔的本發(fā)明的金屬鹵化物燈的側(cè)面圖，特別是橫截面圖。
圖2示出圖1所示的放電腔的放大橫截面視圖。
圖3示出相關(guān)色溫(CCT)(color rendering index)隨燈功耗變化的曲線圖，該燈功耗變化圖通過進(jìn)行100小時的圖1的燈和典型的現(xiàn)有技術(shù)的燈的光度測量得出。
圖4示出彩色再現(xiàn)指數(shù)(color rendering index)(CRI)隨燈功耗變化的曲線圖，該燈功耗變化圖通過進(jìn)行100小時的圖1的燈和典型的現(xiàn)有技術(shù)的燈的光度測量得出。
圖5示出以每瓦特流明(lumens per watt)(LPW)為單位的燈效率隨燈功耗變化的曲線圖，該燈功耗變化圖通過進(jìn)行100小時的圖1的燈和典型的現(xiàn)有技術(shù)的燈的光度測量得出。
圖6示出燈射線偏離黑體輻射體的輻射的偏離值隨燈功耗變化的曲線圖，該燈功耗變化圖通過進(jìn)行100小時的圖1的燈和典型的現(xiàn)有技術(shù)的燈的光度測量得出。
圖7是顯示碘化鉈的摩爾百分比(mol％)與ΔT(K)之間的關(guān)系的圖表，ΔTc為在變暗條件下的相關(guān)色溫(CCT)中的變化。
通過附圖和閱讀其詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些以及其它的優(yōu)點(diǎn)將會更加明顯。
具體實(shí)施例方式
參見附圖1，圖1是金屬鹵化物燈10的部分橫截面視圖，金屬鹵化物燈10具有球形的透明硼硅酸鹽玻璃管泡11，玻璃管泡11在該視圖中部分被切掉，其裝配在傳統(tǒng)的愛迪生型金屬座12內(nèi)。管泡11具有能透過可見光的壁。管泡11的形狀并不限于球形，例如也可以是圓柱形。作為引入端或電入口的電極線14和15是由鎳或軟鋼制成的，每個電極線從座12里的兩個電絕緣的電極金屬部分中的相應(yīng)的一個金屬部分平行延伸到穿過硼硅酸鹽玻璃端子16，該硼硅酸鹽玻璃端子16設(shè)置在座12的位置并沿管泡11的主長度范圍的軸伸入管泡11的內(nèi)部。電入口線14和15在管泡長度軸的任意一側(cè)并以平行于管泡長度軸的方向開始延伸，穿過端子16，以具有其進(jìn)一步伸入管泡11內(nèi)部的部分，電入口線15在稍微彎進(jìn)硼硅酸鹽玻璃凹座16’后在管泡11的相對端伸展。在管泡11的內(nèi)部，第一截面平行于管泡的長度軸，電入口線14設(shè)有與第一截面成一定角度延伸的第二截面，這是通過使第二截面以這樣一個角度焊接到第一截面實(shí)現(xiàn)的，從而使得第二截面或多或少地穿過管泡長度軸后終止。
管泡11內(nèi)部的電入口線15的一些剩余部分以偏離其初始方向所成的銳角彎曲，其初始方向平行于管泡長度軸。電入口線15的第一彎頭穿過端子16，導(dǎo)引其偏離管泡長度軸，再次將電入口線15彎曲，使緊接的部分基本上平行于該軸延伸，并且進(jìn)一步沿著彎頭以直角使其后面的部分基本上垂直于該軸，并且或多或少穿過該軸，該軸靠近與管泡11裝入座12的那一端相對的另一端。電入口線15平行于管泡長度軸延伸的部分焊接一對隔開的支撐帶17A和17B，支撐帶17A和17B的材料和電入口線15的材料相同，并且支撐帶17A和17B依次支撐護(hù)罩18，護(hù)罩18為光學(xué)透明的、被截斷的圓柱形石英殼體，以限制其內(nèi)部的氣體流動，以此維持那里的相對的恒溫。護(hù)罩18具有能透過可見光的壁。垂直于管泡長度軸的電入口線15后面的部分支撐著傳統(tǒng)的俘獲氣體雜質(zhì)的吸氣劑19。沿電入口線15進(jìn)一步設(shè)置了兩個附加的直角彎頭，用來放置該線的短剩余端部分，短剩余端部分在最初描述的穿過管泡長度軸的部分下面并平行于最初描述的穿過管泡長度軸的部分，其短端部分最終定位在玻璃凹座16’內(nèi)遠(yuǎn)離座12的管泡11的遠(yuǎn)端。
圖1中以多種可能幾何結(jié)構(gòu)的其中一種幾何機(jī)構(gòu)表示出陶瓷放電腔20，陶瓷放電腔20作為具有多晶氧化鋁壁的殼結(jié)構(gòu)通過圍繞容納區(qū)域而形成，其多晶氧化鋁壁對于可見光是半透明的。護(hù)罩18圍繞放電腔20設(shè)置，使得放電腔20位于護(hù)罩18內(nèi)?？蛇x地，放電腔20的壁可由氮化鋁、氧化釔(Y2O3)、藍(lán)寶石(Al2O3)或它們的一些混合物來形成。如參見圖2的下面描述，通過電入口線14和15等使放電腔20與座12電連接。管泡11密封壓力超過300mmHg的氮?dú)鈿夥铡Ｗo(hù)罩18和放電腔20都設(shè)在管泡11內(nèi)，其氮?dú)鈿夥赵诔^300mmHg的相對高的壓力下，典型地在大約360和600mmHg之間，這使得與在放電腔20外部遭受引起電弧的危險的管泡11中的真空相比，燈較少受到災(zāi)害性故障的影響，如果在放電腔20或管泡11中引起緩慢地泄漏。因此這個護(hù)罩20不僅如上所述可以穩(wěn)定腔20周圍的溫度，而且可以為所造成的碎片等提供密封度，這些所造成的碎片是由任何一種腔的爆炸性的結(jié)構(gòu)故障引起的，從而避免管泡11經(jīng)受可以使其斷裂的任何一種所造成的沖擊力。
放電腔20中封閉的區(qū)域含有各種可離子化材料，其包括金屬鹵化物、稀土鹵化物、碘化鉈以及在燈工作期間發(fā)光的水銀和啟動氣體如惰性氣體氬(Ar)或氙(Xe)。金屬鹵化物至少包括鹵化鎂和鹵化鈉。在圖2所示的其橫截面圖中可以更好得看清楚放電腔20的結(jié)構(gòu)，一對多晶氧化鋁構(gòu)成的具有被截成的較小的內(nèi)徑和外徑的圓柱殼體部分或毛細(xì)管21a和21b，其中的每個管居中地與一對多晶氧化鋁端部封閉板22a和22b中對應(yīng)的的一個板圍繞中心孔連接，使得開放的通路通過每個毛細(xì)管并通過它可連接的板中的孔而延伸。這些端部封閉封閉板中的每個板連接多晶氧化鋁管25的對應(yīng)端，該氧化鋁管25是具有較大的直徑的被截斷的圓柱殼體，其圍繞該封閉區(qū)域以提供初始放電腔。放電腔20的這些不同部分是通過將氧化鋁粉末壓實(shí)成預(yù)想形狀，之后對該所得到的壓實(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行燒結(jié)，從而提供了這些預(yù)形成部分，將各種預(yù)形成部分通過燒結(jié)連接在一起從而形成具有理想尺寸的預(yù)形成單體，其具有密封氣流的壁。
一對電極33a和33b設(shè)置在放電腔20中。每條由鈮構(gòu)成的腔電極互連線26a和26b對應(yīng)于管21a和21b中的其中一個向外延伸，其分別到達(dá)并通過焊接連接與管泡長度軸交叉的端部處的入口線14和與如前述的管泡長度軸交叉的端部處的入口線15。這種設(shè)置使腔20定位并支撐在入口線14和15的這些部分之間，使得它的長尺寸軸大致與管泡長度軸重合，此外使得電能通過入口線14和15提供給腔20。
圖2表示包含在放電腔20的圍壁內(nèi)的放電區(qū)域，該圍壁由結(jié)構(gòu)25、板22a和22b以及圖1的管21a和21b構(gòu)成。由鈮構(gòu)成的腔電極互連線26a和26b具有熱膨脹特性，其相對緊密地與管21a以及玻璃燒結(jié)料27a的熱延展性相匹配，將腔電極互連線26a粘附到管21a的內(nèi)表面上(對腔電極互連線26a穿過的開口進(jìn)行氣密密封)，但不能經(jīng)得起所造成的化學(xué)沖擊，這種化學(xué)沖擊由工作期間在腔20的主容積內(nèi)形成等離子體引起。因此，可以經(jīng)得起等離子體操作的鉬導(dǎo)引線29a通過焊接連接互連線26a的一端，導(dǎo)引線29a的另一端通過焊接連接鎢主電極軸31a的一端。
另外，鎢電極線圈32a通過焊接集成并安裝到第一主電極軸31a的另一端的端部，使得主電極軸31a和電極線圈32a構(gòu)成了電極33a。電極33a由鎢構(gòu)成，其具有良好的電子的熱離子發(fā)射能力同時可以相對好地耐受金屬鹵化物等離子體的化學(xué)沖擊。導(dǎo)引線29a通過鉬線圈34a與管21a隔開，用于將電極33a設(shè)置在放電腔20的包括在主容積內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的預(yù)定位置。互連線26a的典型直徑是0.9mm，電極軸31a的典型直徑是0.5mm。
相似的，在圖2中腔電極互連線26b通過玻璃燒結(jié)料27b粘附到管21b的內(nèi)表面上(對腔電極互連線26b穿過的開口進(jìn)行氣密密封)。鉬導(dǎo)引線29b通過焊接連接互連線26b的一端，導(dǎo)引線29b的另一端通過焊接連接鎢主電極軸31b的一端。鎢電極線圈32b通過焊接集成并安裝到第一主電極軸31b的另一端的端部，使得主電極軸31b和電極線圈32b構(gòu)成了電極33b。導(dǎo)引線29b通過鉬線圈34b與管21b隔開，用于將電極33b設(shè)置在放電腔20的包括在主容積內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的預(yù)定位置?；ミB線26b的典型直徑也是0.9mm，電極軸的典型直徑也是0.5mm。
圖1和圖2所示的燈在變暗條件下具有良好的燈特性，陶瓷放電腔20位于充滿氮?dú)獾墓芘?1中，其內(nèi)具有碘化鎂或MgI2，以代替典型的陶瓷腔金屬鹵化物燈的腔材料成分中使用的TlI腔材料成分的主要部分。MgI2用來代替作為一種腔材料組成成分的TlI的主要部分，這是因?yàn)镸g顯示了高效的綠光射線，并且其具有的隨著溫度變化的蒸汽壓力與放電腔材料組成成分中也存在的稀土鹵化物的隨著溫度變化的蒸汽壓力相似。將少量的作為腔材料成分的TlI加入到用于金屬鹵化物燈的具有相對較低的相關(guān)色溫(2700K至3700K)的腔成分中，以確定在變暗條件下發(fā)出的光仍接近于由黑體發(fā)出的光。由于帶有相對較低相關(guān)色溫的陶瓷金屬鹵化物燈具有相對較高的NaI含量，因此沒有TlI的燈與額定瓦特數(shù)的燈相比在變暗條件下將發(fā)出帶有較低相關(guān)色溫的光。它們還具有帶粉紅色的色彩，這是由于在用于較低色溫的燈腔材料成分中具有相對較高含量的NaI。腔材料成分中的少量的TlI幫助升高變暗條件下的色度的Y坐標(biāo)，使得發(fā)出的光接近于黑體即使在這種條件下發(fā)出的光。由于僅有少量的TlI加入到燈腔材料成分中，因此在從這種以額定燈功率工作的燈中發(fā)出的光中沒有綠色。
另一方面，由于金屬鹵化物蒸汽壓力隨著溫度變化與稀土鹵化物蒸汽壓力隨著溫度變化相似，因此代替大部分TlI成分的MgI2的局部壓力將在變暗條件下成比例地下落至燈腔材料成分中使用的別的稀土鹵化物的壓力。這種性能導(dǎo)致了即使在變暗條件下白光從燈中輸出而不是綠光從燈中輸出，該燈具有典型的市場上可利用的陶瓷腔金屬鹵化物燈的相對大劑量的TlI。
另外，MgI2在額定燈功率下的相對較高的蒸汽壓力引起在這些條件下的波長為518.4nm的相對較強(qiáng)的綠光射線。由于在波長為518.4nm的Mg射線非常接近人眼的敏感曲線，因此可以得到在額定燈功率時用MgI2作為一種燈腔材料組成成分時的較高流明效率。為了在變暗條件下的發(fā)光原因以及為了較好的燈特性，要選擇用作燈腔材料組成成分的MgI2的數(shù)量，使得最佳數(shù)量是基于額定燈功率下的燈性能，并且減少了燈功率條件，該最佳數(shù)量并不是在放電管的表面區(qū)域。
在圖1和2的具有150W額定功率的燈的一個實(shí)現(xiàn)形式中，放電腔20中的燈腔材料成分包括12mg Hg和總量為10.6mg的金屬鹵化物HOI3、TmI3、MgI2、NaI和TlI，這些金屬鹵化物的各自的摩爾比為1∶3.2∶8.7∶24.1∶0.5。另外，該組分包括充滿壓力為160毫巴的Ar作為點(diǎn)火氣體。通常，在圖1和圖2的燈的任意一種實(shí)現(xiàn)形式中，TlI應(yīng)該在放電腔20中、TlI以一定摩爾量存在于放電腔20中，該摩爾數(shù)為腔中的總的鹵化物的總摩爾量的0.5％至5％之間。一種或多種的稀土元素的鹵化物可以選擇使用或組合使用，使得放電腔20中現(xiàn)有的Na和Mg以及稀土元素的鹵化物的總摩爾量在95％和99.5％之間，上述稀土元素是鏑(Dy)、鈥(Ho)、銩(Tm)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、鈧(Sc)、釹(Nd)、銪(Eu)、镥(Lu)以及鑭(La)的組。在一個實(shí)例中，在放電腔20中可以使用摩爾量是其內(nèi)全部鹵化物的總摩爾量的0％和20％之間的鹵化鏑。在實(shí)例中，放電腔20中存在的鹵化鈉、鹵化鎂以及稀土鹵化物的總摩爾量是放電腔中存在的所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。在另一實(shí)例中，放電腔中存在的鏑、鈥、銩、鈉和鎂的鹵化物的總摩爾量是放電腔中存在的所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
下面的表1用于表示一相關(guān)色溫的一對燈，表2用于另一相關(guān)色溫的一對燈，以表格形式表示了圖1和2的陶瓷放電腔金屬鹵化物燈的特性，如之前所描述的那樣，在腔材料成分中有少量的TlI，這種金屬鹵化物燈是相應(yīng)的市場上典型使用的、在腔材料成分中帶有常規(guī)劑量的TlI的燈。這些列出的數(shù)據(jù)用于變暗條件下在150W的額定燈功率以及50％的額定燈功率時工作的燈表1

具有較少TlI劑量時的3500K的相關(guān)色溫和具有典型TlI劑量時的3500K相關(guān)色溫的燈特性。
表2

較少TlI劑量時的3000K的相關(guān)色溫和典型TlI劑量時的3000K的相關(guān)色溫的燈特性。
Duv是表示燈發(fā)出的光與黑體輻射體發(fā)出的光的比較的參數(shù)。該Duv參數(shù)的值越大，燈發(fā)光與相應(yīng)地黑體發(fā)光在光的光白度方面的偏差也就越大。
表1中指出，少量TlI結(jié)合MgI2使燈具有比大量TlI沒有MgI2時更優(yōu)的變暗特性。例如，在帶有小劑量的TlI的燈腔中功率從150W變化至75W，Duv和CCT的變化分別是0.9個單位和61K，然而在商標(biāo)名為PANASONIC提供的市場上普遍使用的燈中，Duv和CCT的變化分別是13.9個單位和932K。圖1和2的燈中的Duv和CCT的變化并不是裸眼易察覺的，可是市場上普遍使用的燈的Duv和CCT的變化卻是裸眼易察覺的并會對裸眼造成傷害。從表2的數(shù)據(jù)可以得出相同的結(jié)論。
圖3至圖6表示圖1和2對應(yīng)的燈與市場上普遍使用的陶瓷腔金屬鹵化物燈的比較結(jié)果。用基準(zhǔn)鎮(zhèn)流器來操作該燈，并在北美照明工程技術(shù)協(xié)會發(fā)布的所接受條件下在兩米集光體中進(jìn)行測量?；诔潆婑詈掀骷嬎愕臄?shù)據(jù)獲得系統(tǒng)獲得該數(shù)據(jù)。圖3至6中的所有數(shù)據(jù)在垂直基座向上的燈的工作位置得到。使用150W陶瓷金屬鹵化物放電腔來進(jìn)行得到圖3至圖6的數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的燈的工作期間，當(dāng)將它們與市場上普遍使用的燈相比較時，市場上普遍使用的燈在變暗時發(fā)綠，并且當(dāng)變暗至大約50％的額定功率時就基本偏離了黑體發(fā)射特性。相反，當(dāng)由上述腔材料成分實(shí)現(xiàn)的圖1和2的燈變暗至大約50％時，它們?nèi)詫⒒旧献鳛楹隗w發(fā)光，沒有綠色色相，并通常呈白色。這種色彩是令眼睛滿意的，并且基本上不可能鑒別出任何色彩或色相在變暗條件下的變化。
圖3以圖表形式表示了當(dāng)這些燈從額定功率時的工作變暗時相關(guān)色溫(CCT)的變化。圖1和2的以上述方式實(shí)現(xiàn)的燈的CCT在這些燈變暗至它們的額定功率的50％時并沒有顯著的變化?？墒钱?dāng)那些市場上普遍使用的燈變暗至它們的額定功率的50％時，其CCT會有顯著的變化。
圖4以圖表形式表示了當(dāng)這些燈從額定功率時的工作變暗時彩色再現(xiàn)指數(shù)(color rendering index)(CRI)的變化。當(dāng)燈變暗至它們的額定功率的50％時，圖1和2的以上述方式實(shí)現(xiàn)的燈的CRI比市場上普遍使用的燈的CRI變化得少。
圖5以圖表形式表示了當(dāng)這些燈從額定功率時的工作變暗時燈的每瓦特流明效率(LPW)(lumens per watt)的變化。當(dāng)燈變暗至它們的額定功率的50％時，圖1和2的以上述方式實(shí)現(xiàn)的燈的LPW和市場上普遍使用的燈的LPW以非常相似的方式變化。
圖6以圖表形式表示了當(dāng)這些燈從額定功率時的工作變暗時燈的Duv的變化。圖1和2的以上述方式實(shí)現(xiàn)的燈的Duv在這些燈變化至它們的額定功率的50％時并沒有顯著的變化?？墒钱?dāng)那些市場上普遍使用的燈變暗至它們的額定功率的50％時，其Duv會有顯著的變化。
因此，圖1和2以上述方式實(shí)現(xiàn)的燈含有MgI2和非常低摩爾比的TlI，這些燈顯示了與那些市場上普遍使用的燈在額定功率時的對比。這種所依賴的特性的標(biāo)志包括效率、CCT、CRI和Duv。可是，當(dāng)市場上普遍使用的燈變暗至它們的額定功率的50％時，基本上破壞了由相同的標(biāo)志測量的它們的可得到的特性。從使用者的觀點(diǎn)來說，在這種破壞中最嚴(yán)重的是隨著后者在Duv的變化表示出的CCT和Duv的變化。在變暗過程中這些不想要的變化被市場上普遍使用的陶瓷腔金屬鹵化物燈的腔材料成分TlI的主要部分由MgI2替代所消除，由此使得在圖1和2的放電腔中僅有相對很少量的TlI，從而使得它們在整個變暗范圍內(nèi)基本上保持相同的CCT和色相，即在整個變暗范圍保持白光。
以下的表3表示3000K相關(guān)色溫?zé)舻姆烹娗恢泻械腡lI的摩爾百分比(mol％)和ΔTc(K)之間的關(guān)系。TlI的摩爾百分比(mol％)表示TlI的摩爾量與放電腔中的所有鹵化物的總摩爾量的比值。ΔTc(K)是額定功率下的CCT與當(dāng)燈功率減少至額定值的大約50％時的變暗條件下的CCT的差值。
表3

圖7是對應(yīng)于表3表示TlI的摩爾百分比(mol％)和ΔTc(K)之間的關(guān)系的圖表。從圖7中可以看出，ΔTc隨著TlI摩爾百分比的增加而增加，隨著ΔTc增加，使用者以較高速率識別任何色彩或色相的變化?？墒?，如果ΔTc等于或小于大約500K，那么使用者就不能識別任何色彩或色相變化。因此，理想的是可以調(diào)整TlI的摩爾百分比使得ΔTc等于或小于大約500K。根據(jù)圖7的曲線，可以理解，當(dāng)TlI的摩爾百分比等于或小于5(mol％)時，ΔTc等于或小于大約500K。
為了得到相對低的相關(guān)色溫(2700K至3700K)，必須增加鹵化鈉的比例?？墒?，隨著鹵化鈉比例的增加，Duv的值變成更大的負(fù)數(shù)(也就是說Duv的值是負(fù)數(shù)，Duv的絕對值變大)。在這種情況下，色彩變成微紅色，其并不是優(yōu)選的光的色彩。為了校正該Duv值(也就是校正光的色彩)，必須將TlI的摩爾百分比設(shè)置成0.5(mol％)或大于0.5(mol％)。
根據(jù)上述結(jié)果，本發(fā)明實(shí)施例的陶瓷放電腔20中含有的TlI的摩爾量被設(shè)置在陶瓷放電腔20中存在的所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。陶瓷放電腔20中含有的TlI的摩爾量可以是在陶瓷放電腔20中存在的所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。在一個實(shí)施例中，TlI的摩爾量可以在所有鹵化物總摩爾量的0.5％和2％之間或0.5％和4％之間。
根據(jù)本發(fā)明，放電腔中含有的TlI的摩爾量被設(shè)置在放電腔中存在的所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。因此，可以提供一種能得到相對較低相關(guān)色溫(2700K至3700K)的金屬鹵化物燈，其中使用者基本上不會察覺到在變暗條件下的任何色彩或色相的變化。
因此，本發(fā)明對于金屬鹵化物燈是特別有用的，使金屬鹵化物燈可以在變暗條件下使用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的條件下對本發(fā)明進(jìn)行各種其它的改變是顯而易見和容易進(jìn)行的。因此，并不意味著權(quán)利要求的范圍被局限于在此處提出的說明書，而意味著說明書是對權(quán)利要求的明白的解釋和分析。
權(quán)利要求
1.一種金屬鹵化物燈，包括其內(nèi)具有一對電極的放電腔；密閉在放電腔中的可電離材料；其中可電離材料包括至少含有鹵化鎂和鹵化鈉的金屬鹵化物、稀土鹵化物以及鹵化鉈，以及鹵化鉈的摩爾量是在放電腔中的所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔具有包括一種或多種多晶氧化鋁、氮化鋁、氧化釔以及藍(lán)寶石的壁。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔容納于具有可透過可見光的壁的管泡中，在該管泡的一端設(shè)置有一基座，放電腔電連接至該基座。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中該稀土鹵化物是一種或多種稀土元素的鹵化物，這些稀土元素為鏑、鈥、銩、鈰、鐠、鈧、釹、銪、镥以及鑭。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔中的鹵化鎂、鹵化鈉和稀土鹵化物的總摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
6.如權(quán)利要求2所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔具有包括多晶氧化鋁的壁。
7.如權(quán)利要求3所述的金屬鹵化物燈，其中還包括繞放電腔設(shè)置在管泡內(nèi)并具有可透過可見光的壁的護(hù)罩。
8.如權(quán)利要求3所述的金屬鹵化物燈，其中壓力超過300mmHg的氮?dú)鈿夥辗忾]于管泡內(nèi)。
9.如權(quán)利要求4所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔中存在有鏑的鹵化物，其具有放電腔中全部鹵化物的總摩爾量的0％和20％之間的摩爾量。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔中存在有碘化鉈，其摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和4％之間。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔中存在有碘化鉈，其摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和2％之間。
12.如權(quán)利要求4所述的金屬鹵化物燈，其中放電腔中的鏑、鈥、銩、鈉和鎂的鹵化物的總摩爾量是放電腔中的所有鹵化物總摩爾量的95％和99.5％之間。
全文摘要
用于選擇發(fā)光的裝置的金屬鹵化物燈具有放電腔，可透過光的陶瓷壁圍繞放電區(qū)域。一對電極彼此隔開地支撐在放電區(qū)域中。在放電區(qū)域中設(shè)置有可離子化材料，其包括水銀、惰性氣體以及含有鹵化鎂和鹵化鈉的至少兩種金屬鹵化物、稀土元素和碘化鉈，其中碘化鉈的摩爾量是放電腔中所有鹵化物總摩爾量的0.5％和5％之間。
文檔編號H01J61/50GK1591763SQ200410055259
公開日2005年3月9日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月2日
發(fā)明者H·朱, S·M·蘭布雷奇特斯, J·馬亞 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社