專利名稱：包括一氧化物輻射發(fā)射材料的放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)光裝置的新穎材料，具體地涉及用于放電燈的 新穎材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
放電燈是最為突出、廣泛使用和流行照明形式之一。然而，相當(dāng) 多放電燈有這樣的缺陷，即它們的發(fā)射光譜中缺乏綠色和紅色的貢獻(xiàn)， 即，藍(lán)色(和紫外)成份太突出。這正限制著這種放電容器可達(dá)到的發(fā)光 效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種照明系統(tǒng)，其至少部分地能夠克服上述 不足，具體地允許構(gòu)建具有用于寬范圍應(yīng)用的改進(jìn)照明特征的放電燈。
該目的是通過如本發(fā)明權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng) 地，提供一種照明系統(tǒng)，特別是放電燈，包括氣態(tài)的一氧化物輻射發(fā)
射材料XO，其中X選自Ti、 Zr、 Hf或它們的混合物。
對于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，這一照明系統(tǒng)已經(jīng)顯示出具有至少 一個下述優(yōu)點(diǎn)
對于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，使用這一照明系統(tǒng)，光技術(shù)屬性可 以通過容易且高效的方式大幅提高。
與純IVB族金屬卣化物放電相比，發(fā)光效率提高。 色坐標(biāo)x、 y朝普朗克軌跡偏移(即，該放電變得"更白")。 顯色屬性得到提高。
所使用的材料無毒，因此可用于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用。 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在封閉燈容器內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)生光的放電。 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該一氧化物輻射發(fā)射材料XO于是可以
在可再生的化學(xué)循環(huán)內(nèi)連續(xù)地形成和破壞，使得工作系統(tǒng)的光技術(shù)屬
性在大于一個小時的時間長度上保持不變。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該一氧化物輻射發(fā)射材料在該工作的放電燈的氣體內(nèi)由至少一種，優(yōu)選地兩種前驅(qū)體形成。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在該照明系統(tǒng)的額定工作下，該放電體
積的最冷點(diǎn)溫度Tcs為S 900 K且更優(yōu)選地Tcs ￡ 700 K。
已經(jīng)表明，這對于本發(fā)明內(nèi)的許多應(yīng)用是有益的，因?yàn)橛捎谶@一
特征，照明系統(tǒng)的屬性特別是作為放電燈的系統(tǒng)的壽命可以大幅提高。 本發(fā)明還涉及一種照明系統(tǒng)，特別是放電燈，包括 至少一種第一過渡金屬化合物，其中該金屬選自Ti、 Zr、 Hf或它
們的混合物，
至少一種第二過渡金屬化合物，
其中這些第一和/或第二化合物至少之一在700K具有S0.01 Pa的
蒸氣壓。
如果一種化合物在700 K的蒸氣壓未知，其可以通過公知熱力學(xué) 方法來評估，例如通過使用克勞修斯一克拉佩龍方程將文獻(xiàn)數(shù)據(jù)已知 的溫度范圍外推而得到蒸氣壓曲線。
在本發(fā)明的含義中，過渡金屬化合物具體地包括金屬卣化物、金 屬氧化物和/或金屬氧化囟化物。
對于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，這一照明系統(tǒng)已經(jīng)顯示出具有至少 一個下述優(yōu)點(diǎn)
對于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，使用這一照明系統(tǒng)，光技術(shù)屬性可 以通過容易且高效的方式大幅提高。
與純IVB族金屬囟化物放電相比，發(fā)光效率提高。 色坐標(biāo)x、 y朝普朗克軌跡偏移(即，該放電變得"更白")。 顯色屬性得到提高。
所使用的材料無毒，因此可用于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用。
不拘泥于任何理論，發(fā)明人認(rèn)為通過使用這種第一和第二化合物， 對于寬范圍應(yīng)用，特別地該一氧化物輻射發(fā)射材料是以影響該照明系 統(tǒng)的照明屬性的程度產(chǎn)生。
人們認(rèn)為上述情況是按照如下方式發(fā)生，化合物擴(kuò)散到放電的熱 中心區(qū)域，化合物在此處被分離成原子。隨后原子重新組合成期望的 一氧化物，此一氧化物最終發(fā)射期望的分子輻射。
令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，對于本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，第二化合物無需 是氧化囟化物化合物。人們認(rèn)為這些實(shí)施例中氧的來源起源于在制作工藝過程中引入的含氧雜質(zhì)或者起源于過渡金屬卣化物填充物與放電
容器材料(例如Si02)的反應(yīng)。人們認(rèn)為在這些實(shí)施例中，第二化合物首 先與這些雜質(zhì)和/或Si02反應(yīng)以形成中間氧化卣化物化合物，此化合物 隨后進(jìn)一步反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，這些第 一和/或第二化合物至少之一在700 K具有2 0.01 Pa,優(yōu)選地^ 0.05 Pa且最優(yōu)選地^ 0.10 Pa的蒸氣壓。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該至少一種第二化合物包括金屬、金屬 卣化物、金屬氧化物和/或金屬氧化卣化物化合物，其中該金屬選自V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W或它們的混合物。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該第 一化合物與第二化合物的比例(按 mol:mol)為^0.01:l且￡1000:1,優(yōu)選地^).1:1且^100:1以及最優(yōu)選地 $0.5:1且^20:1。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該照明系統(tǒng)包括放電容器，該放電容器 優(yōu)選地由特別是在放電燈技術(shù)中使用的無定形或(多)晶氧化物或它們 的混合物制成。優(yōu)選地該容器材料為Si()2(石英)或Ah03(多晶氧化鋁或 藍(lán)寶石)。備選地，如果由合適(氧化物)涂層保護(hù)而免受燈填充物侵蝕， 則可使用例如軟質(zhì)玻璃的其他容器材料。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該氣體容器內(nèi)部該第一化合物和/或該第 二化合物的含量為^1012 mol/cm3且^l(r4 mol/cm3，優(yōu)選地^1011 mol/cm3 且￡105 mol/cm3。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該第一材料選自TiF4、ZrF4、HfF4、TiCl4、 ZrCl4、 HfCl4、 TiBr4、 ZrBr4、 HfBr4,TiI4、 Zrl4、 HfLt或它們的混合物。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該第二材料選自VB族元素、VB族元素 卣化物、VB族元素氧化卣化物、VIB族元素、VIB族元素囟化物、VIB 族元素氧化囟化物或它們的混合物。
才艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該放電燈為HID燈，介質(zhì)阻擋放電(DBD) 燈，TL、 CFL和/或QL低壓放電燈，這些燈或者在RF或微波頻率范 圍無電極(電容性或電感性)地工作，和/或在低頻率或DC使用內(nèi)部電極 工作。
如果照明系統(tǒng)包括或者就是HID或DBD燈，則尤為優(yōu)選地，該氣 體容器內(nèi)部該第 一化合物和/或該第二化合物的含量為^1(T8 mol/cm3且 S104 mol/cm3，優(yōu)選地^1(T7 mol/cm3且^l(r5 mol/cm3。對于該照明系統(tǒng)包括或者是TL、 CFL和/或QL 4氐壓放電燈的情 形，尤為優(yōu)選地，該氣體容器內(nèi)部該第一化合物和/或該第二化合物的 含量為21011 mol/cm3且^l(T6 mol/cm3，優(yōu)選地^101。 mol/cm3且^l(T7 mol/cm30
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，該照明系統(tǒng)包括氣體填充物，其中該氣 體填充物包括惰性緩沖氣體。該緩沖氣體可以是稀有氣體、氮?dú)饣蚬?更優(yōu)選地該緩沖氣體選自氦氣、氖氣、氬氣、氪氣及氙氣或它們的混 合物。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在該照明系統(tǒng)的額定工作下，該放電體 積的最冷點(diǎn)溫度Tcs為^ 900 K以及更優(yōu)選地Tes ^ 700 K。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以在各種各樣系統(tǒng)和/或應(yīng)用中使用，包括下 述一個或多個系統(tǒng)和/或應(yīng)用
辦公室照明系統(tǒng)，
家庭應(yīng)用系統(tǒng)，
商店照明系統(tǒng)，
家居照明系統(tǒng)，
重點(diǎn)照明系統(tǒng)，
聚光照明系統(tǒng)，
劇院照明系統(tǒng)，
光纖應(yīng)用系統(tǒng)，
投影系統(tǒng)，
自點(diǎn)亮顯示系統(tǒng)，
像素化顯示系統(tǒng)，
分段顯示系統(tǒng)，
警告標(biāo)志系統(tǒng)，
醫(yī)療照明應(yīng)用系統(tǒng)，
指示標(biāo)志系統(tǒng)，以及
裝飾照明系統(tǒng)，
便攜式系統(tǒng)，
車輛應(yīng)用，
溫室照明系統(tǒng)。
前述組件、以及所主張的組件和在所述實(shí)施例中依據(jù)本發(fā)明將使用的組件在其尺寸、形狀、材料選擇和技術(shù)概念方面沒有任何特別例外，使得在沒有無限制的情況下可以應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域中已知的選擇標(biāo)準(zhǔn)。


本發(fā)明目的的附加細(xì)節(jié)、特征、特性及優(yōu)點(diǎn)在從屬權(quán)利要求、附圖以及各附圖和實(shí)例的下述描述中披露，下述描述以示例性方式示出本發(fā)明照明系統(tǒng)的多個實(shí)施例和實(shí)例。
圖1示出本發(fā)明實(shí)例I的放電燈的測量和模擬發(fā)射光譜。
圖2示出本發(fā)明實(shí)例II的放電燈的測量和模擬發(fā)射光譜。圖3示出本發(fā)明實(shí)例III的放電燈的測量和模擬發(fā)射光譜。圖4示出本發(fā)明實(shí)例IV的放電燈的測量發(fā)射光譜。圖5示出本發(fā)明實(shí)例V的放電燈的測量發(fā)射光譜。圖6示出本發(fā)明實(shí)例VI的放電燈的測量發(fā)射光譜。
具體實(shí)施例方式
圖1涉及實(shí)例I，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為24mm且長度為250 mm，即體積為113 ccm的管狀石英包殼填充有0.05mgTi、 0.3mgWCl6和10毫巴(mbar) Ar(在室溫的壓強(qiáng))。足夠數(shù)量的氧通過與石英壁材料反應(yīng)而被供給。頻率為13.56MHz的81 W的RF功率通過外部銅電極被電容性耦合到燈內(nèi)。在212。C的最冷點(diǎn)溫度，測得如圖1所示的發(fā)射光譜。
圖1還包括由TiO分子的三個能帶體系(A-X、 B-X和C-X)發(fā)射的模擬光譜(虛線)。顯而易見的是，該模擬在綠色和紅色可見范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)光譜吻合非常好，且由TiO分子發(fā)射的輻射對總發(fā)射輻射有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。
實(shí)例II:
圖2涉及實(shí)例I1，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為32mm，即體積為17 ccm的球形石英包殼填充有0.105 mgTi、 1.157 mgAuCl3、 0.36 mg W02C12和100毫巴Ar (在室溫的壓強(qiáng))。通過將燈放置在半球形黃銅諧振器內(nèi)，頻率為2.45 GHz的約630 W微波功率被耦合到燈內(nèi)。所測量的發(fā)射光譜繪制于圖2。從該測量導(dǎo)出如下光4支術(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)于色溫TC=3574K的色度坐標(biāo)x=0.3955、 y=0.3725;HP紅色-21.37。/。； 一般顯色指數(shù)Ra8=94.46;光通量0=481631m;發(fā)光效率ii=761m/W;總可見輻射(400至780nm) Pvis=243.3W;對應(yīng)于1.45E18光子/焦耳的總光子數(shù)量-9.17E20 /s。
圖2還包括由TiO分子的三個能帶體系(A-X、 B-X和C-X)發(fā)射的模擬光譜(虛線)。顯而易見的是，該模擬在整個光譜范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)光譜吻合非常好，且由TiO分子發(fā)射的輻射對總發(fā)射輻射有最大量的貢獻(xiàn)。
實(shí)例III:
圖3涉及實(shí)例I11，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為24mm且長度為250 mm，即體積為113 ccm的管狀石英包殼填充有0.26mgHfCl4、0.21 mgNbC5和12毫巴Xe(在室溫的壓強(qiáng))。足夠數(shù)量的氧通過與石英壁材料反應(yīng)而被供給。頻率為13.56 MHz的98 W的RF功率通過外部銅電極被電容性耦合到燈內(nèi)。在174 。C的最冷點(diǎn)溫度，測得如圖3所示的發(fā)射光譜(實(shí)曲線)。
圖3還包括從在相同實(shí)驗(yàn)條件下工作且僅填充有NbCls和12毫巴Xe的燈發(fā)射的光譜(虛線)。350 nm和600 nm之間的該實(shí)施例燈1的附加發(fā)射可以主要地歸結(jié)為來自二原子HfO的輻射。(另見圖4)
實(shí)例IV:
圖4涉及實(shí)例IV，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為32 mm，即體積為17 ccm的球形石英包殼填充有0.96 mgHfCl4、 0.38mg \￥02<:12和100毫巴Ar(在室溫的壓強(qiáng))。通過將燈放置在半球形黃銅諧振器內(nèi)，頻率為2.45 GHz的約600 W微波功率被耦合到燈內(nèi)。所測量的發(fā)射光譜繪制于圖4。
給出的光譜由二原子HfO分子的發(fā)射占主導(dǎo)。D-X躍遷(介于=370nm和500 nm)的能帶結(jié)構(gòu)以及重疊的B-X和A-X躍遷(介于- 550 nm和650 nm)可以被清楚地識別。
實(shí)例V:
圖5涉及實(shí)例V，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為40 mm且長度為90 mm，即體積為145 ccm的管狀石英管填充有0.84mgZrCl4、0.47mgMoCl3、0.25mgAuCl3和18毫巴Xe (在室溫的壓強(qiáng))。足夠數(shù)量的氧通過與石英壁材料反應(yīng)而被供給。頻率為14 MHz的280 W的RF功率通過燃燒器上的外部空氣線圏(1 mm銀絲，7個繞組)電感性耦合到燈內(nèi)。在240。C的最冷點(diǎn)溫度，測得如圖5所示的發(fā)射光譜(實(shí)曲線)。
500 nm和660 nm之間的該實(shí)施例燈3的發(fā)射主要是來自二原子 ZrO的輻射(另見圖6)。 實(shí)例VI:
圖6涉及實(shí)例VI，其設(shè)置如下
內(nèi)徑為32 mm，即體積為17 ccm的球形石英包殼填充有1.07 mg ZrBr4、 0.41 mgMo02Br2和100毫巴Ar(在室溫下壓強(qiáng))。通過將燈放 置在半球形黃銅諧振器內(nèi)，頻率為2.45 GHz的約600 W微波功率被耦 合到燈內(nèi)。所測量的發(fā)射光譜繪制于圖6。
給出的光譜由二原子ZrO分子的發(fā)射占主導(dǎo)。三重態(tài)躍遷f-a (介 于k = 420 nm和520 nm)、 e-a (介于X = 530 nm和600 nm)以及與單重 態(tài)躍遷B-X重疊的d-a (介于人=600 nm和800 nm)的能帶結(jié)構(gòu)可以被 清楚地識別。
上文詳細(xì)實(shí)施例中的要素和特征的具體組合僅僅是示例性的；這
換和替^也被特別地考慮在內(nèi)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員可以想到此處所述方案的變型、調(diào)整和其他實(shí)施方式，而 不背離所要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍。相應(yīng)地，前述描述僅僅是 示例而非限制。本發(fā)明的范圍在下述權(quán)利要求及其等同特征中定義。 此外，說明書和權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不限制所要求保護(hù)的本發(fā)明的 范圍。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，特別是放電燈，包括一氧化物輻射發(fā)射材料XO，其中X選自Ti、Zr、Hf或它們的混合物。
2. 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中在封閉燈容器內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)生光的放電。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中在該照明系統(tǒng)的額定工作下，該放電體積的最冷點(diǎn)溫度Tcs為^ 900 K以及更優(yōu)選地Tcs ^ 700K。
4. 一種照明系統(tǒng)，特別是放電燈，包括至少一種第一過渡金屬化合物，其中該金屬選自Ti、 Zr、 Hf或它們的混合物，至少 一種第二過渡金屬化合物，其中這些第一和/或第二化合物至少之一在700 K具有^ 0.01 Pa的蒸氣壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中該氣體容器內(nèi)部該第一化合物和/或該第二化合物的含量為^1012 mol/cm3_i^l(r4 mol/cm3。
6. 如權(quán)利要求4至5任意一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中該第一材料選自TiF4、 ZrF4、 HfF4、 TiCl4、 ZrCl4、 HfCl4、 TiBr4、 ZrBr4、 HfBr4,TiI4、Zrl4、 Hfl4或它們的混合物。
7. 如權(quán)利要求4至6任意一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中該笫二材料選自VB族元素、VB族元素由化物、VB族元素氧化卣化物、VIB族元素、VIB族元素卣化物、VIB族元素氧化囟化物或它們的混合物。
8. 如權(quán)利要求4至7任意一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中在該照明系統(tǒng)的額定工作下，該放電體積的最冷點(diǎn)溫度Tes為^ 900 K以及更優(yōu)選地Tes ^ 700 K。
9. 如權(quán)利要求l至8任意一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中該放電燈為HID燈、介質(zhì)阻擋放電(DBD)燈、TL、 CFL和/或QL低壓放電燈，這些燈在RF或微波頻率范圍無電極的電容性或電感性地工作，和/或在低頻率或DC使用內(nèi)部電極工作。
10. —種包括如權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述照明系統(tǒng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一個或多個下述應(yīng)用中使用辦公室照明系統(tǒng)，家庭應(yīng)用系統(tǒng)，商店照明系統(tǒng)，家居照明系統(tǒng)，重點(diǎn)照B月系統(tǒng)，聚光照明系統(tǒng)，劇院照明系統(tǒng)，光纖應(yīng)用系統(tǒng)，投影系統(tǒng)，自點(diǎn)亮顯示系統(tǒng)，像素化顯示系統(tǒng)，分段顯示系統(tǒng)，警告標(biāo)志系統(tǒng)，醫(yī)療照明應(yīng)用系統(tǒng)，指示標(biāo)志系統(tǒng)，以及裝飾照明系統(tǒng)，便攜式系統(tǒng)，車輛應(yīng)用，溫室照明系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括IVB族一氧化物輻射發(fā)射材料的放電燈，由于該一氧化物化合物優(yōu)異的發(fā)光屬性，可以大幅提高該燈的特征。
文檔編號H01J61/12GK101657878SQ200880011934
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者A·G·R·科爾伯, R·希爾比格, S·施萬, 林大雄 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司