專利名稱：無汞分子放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無汞分子放電燈。
背景技術(shù)：
低壓氣體放電燈經(jīng)常包括汞作為用于生成紫外(另外也稱為UV)光的主要成份。包括發(fā)光材料的發(fā)光層可存在于放電容器的內(nèi)壁上從而將來自汞的UV光轉(zhuǎn)換成增大波長的光，例如用于醫(yī)學(xué)目的的υν-C、用于曬黑目的(太陽曬黑燈)的UV-B和UV-A或者用于通用照明目的的可見輻射。這些放電燈因此也稱為熒光燈。低壓汞蒸氣放電燈的放電容器通常由以氣密方式封住放電空間的透光的包殼構(gòu)成。放電容器通常是圓形的并且包括細(xì)長且緊湊的實施例。低壓放電燈的新發(fā)展導(dǎo)致引入了至少部分地發(fā)射可見光的所謂分子放電燈。這些分子放電燈包括金屬化合物以及例如鹵素。除了金屬的特征線之外，從放電空間發(fā)射的光還包括來自存在于放電空間內(nèi)該金屬的不同化合物(諸如氯化物、溴化物、碘化物和/或例如碘氧化物)的貢獻(xiàn)。所述金屬的這些不同化合物典型地發(fā)射無需經(jīng)由發(fā)光層轉(zhuǎn)換的可見光。因此，分子放電燈的效率通常高于非分子放電燈的效率。例如從W02007/132368得知這種分子放電燈。這些已知分子放電燈的缺點在于效率和/或效能仍不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有提高的效率和/或效能的分子氣體放電燈。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是利用一種無汞分子放電燈來實現(xiàn)的，包括 透光放電容器，以氣密方式封住包括氣體填充物的放電空間，
放電裝置，用于維持放電空間內(nèi)的放電，以及
放電改變裝置，用于在操作中改變氣體填充物內(nèi)的放電相對于彼此的位置，和/或用于隨時間改變氣體填充物內(nèi)的放電的尺度以用于增大無汞分子放電燈的輸出功率和/或
光通量。氣體填充物內(nèi)的放電相對于彼此的位置改變涉及這樣的實施例，其中放電的位置在氣體填充物內(nèi)改變，在該氣體填充物中存在放電的氣體填充物的位置相對于放電改變， 并且在該氣體填充物中氣體填充物和放電二者的位置被改變，以及在該氣體填充物中存在氣體填充物和放電相對于彼此的位置改變的速度或方向差異。不希望受任何具體理論約束，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體填充物內(nèi)的放電的位置改變時，無汞分子放電燈中分子放電的效率提高。如前文所指明，分子放電燈通常發(fā)射可見范圍內(nèi)的光，因此省略了對典型地用于將紫外輻射轉(zhuǎn)換為可見光的發(fā)光材料的需求。因此，與已知低壓放電燈相比，分子放電燈的效率已經(jīng)提高。在用無汞分子放電燈進(jìn)行的實驗中，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過在操作中改變氣體填充物內(nèi)放電的位置和/或尺度，分子放電燈的發(fā)射強度的增大被記錄。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)射強度的增大包括氣體填充物內(nèi)的放電的最佳改變速度或最佳改變頻率。再者，這些實驗表明，在最佳改變速度或最佳改變頻率下比較緩慢地達(dá)到最大發(fā)射強度在達(dá)到最大發(fā)射強度之前，按照最佳改變速度或改變頻率操作無汞分子放電燈要花費10分鐘以上的時間。觀察到了高達(dá)大約偏離最佳改變速度或改變頻率的值的發(fā)射強度兩倍的最大發(fā)射強度。另一方面，實驗已經(jīng)揭露了在將改變速度或頻率改變到偏離最佳改變速度或頻率的值時，發(fā)射強度的比較快速減小被記錄強度的減小可在偏離最佳改變速度和/或改變頻率的值處操作無汞分子放電燈幾秒之后發(fā)生。盡管在最佳改變速度和 /或改變頻率的無汞分子放電燈這種提高的效率后面的物理過程未被完全理解，但是由于與當(dāng)無汞分子放電燈在偏離最佳改變速度或改變頻率的值處操作時減小發(fā)射強度所需的時間相比，在應(yīng)用最佳改變速度之后達(dá)到最大發(fā)射強度所需的時間的差異，發(fā)明人已經(jīng)排除了氣體填充物中不同成份的混合效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的分子放電燈為無汞分子放電燈。放電中存在汞將生成較大數(shù)量的紫外輻射。由于由分子放電燈生成的輻射優(yōu)選地是可見光，紫外輻射的存在不是優(yōu)選的。再者，汞的部分發(fā)射光譜包括紫色/藍(lán)色范圍內(nèi)的發(fā)射。如果汞存在于放電中，則由于汞的原因，藍(lán)色或紫色的較強貢獻(xiàn)將存在于分子放電燈的發(fā)射光譜中并且在光譜的紅色區(qū)域中不存在汞的貢獻(xiàn)。這將生成具有帶青色的發(fā)射顏色的燈，這同樣通常不是優(yōu)選的。最后，當(dāng)汞存在于放電中時，用于生成和/或維持放電燈內(nèi)的放電所需的放電溫度和電壓相比之下均高于無汞的分子放電燈。這種更高的放電溫度和/或電壓需要更多的功率用于在分子放電燈中生成和/或維持放電，這會減小分子放電燈的效率。因此，分子放電燈通常為無汞分子放電燈。在無汞分子放電燈的實施例中，放電改變裝置配置成用于連續(xù)地和/或周期性地改變氣體填充物內(nèi)的放電的位置和/或尺度。此實施例的優(yōu)點在于它使得能夠改變從無汞分子放電燈發(fā)射的光的色點而不必改變氣體填充物。通過接通或斷開放電改變裝置，可以改變由無汞分子放電燈發(fā)射的光的光譜，從而改變發(fā)射的光的顏色。在無汞分子放電燈的實施例中，放電改變裝置配置成用于以最佳改變速度和/或改變頻率改變位置和/或尺度，最佳改變速度和/或改變頻率取決于放電空間的氣體填充物。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，最佳改變速度和/或改變頻率強烈地取決于放電燈的氣體填充物。實驗表明，使用相同放電容器、相同放電裝置和相同放電改變裝置時，不同氣體填充物需要不同的最佳改變速度和/或改變頻率。當(dāng)例如通過以最佳旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)放電容器而改變氣體填充物內(nèi)的放電的位置時，包括^Br4和P2O5的第一氣體填充物具有18赫茲的最佳旋轉(zhuǎn)頻率，而包括HfBr4和硫的第二氣體填充物具有1. 5赫茲的最佳旋轉(zhuǎn)頻率。以此最佳改變速度和/或改變頻率改變位置和/或尺度將顯著地增大無汞分子放電燈的輸出功率。顯著地意味著記錄了高達(dá)2倍的提高。在無汞分子放電燈的實施例中，放電改變裝置包括用于相對于彼此旋轉(zhuǎn)放電和氣體填充物以用于改變放電的位置和/或尺度的旋轉(zhuǎn)裝置。此實施例的優(yōu)點在于可以使用所發(fā)明的等離子體發(fā)射的最優(yōu)化，而沒有與諸如燈功率、直流操作等的原始使用操作條件的任何相互影響。在可替換實施例中，放電改變裝置包括用于在脈沖模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈以用于改變放電的位置和/或尺度的脈沖生成裝置。此實施例的優(yōu)點在于通過提供脈沖模式操作中的功率來調(diào)節(jié)無汞分子放電燈的電源，可以比較容易地結(jié)合該脈沖生成裝置。在特定脈沖模式頻率，等離子可能遭遇不穩(wěn)定，所述不穩(wěn)定會導(dǎo)致等離子體在放電容器中且因此在氣體填充物內(nèi)的移動。在這種特定脈沖模式頻率期間，無汞分子放電燈的輸出功率朝最大輸出功率逐漸增大。當(dāng)移動偏離特定脈沖模式頻率時，增大的輸出功率比較快速地降低并且無汞分子放電燈的輸出功率返回到其原始輸出功率。在可替換實施例中，放電改變裝置包括用于在振幅調(diào)制模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈以用于改變放電的位置和/或尺度的振幅調(diào)制裝置。同樣，通過調(diào)節(jié)無汞分子放電燈的電源，可以比較容易結(jié)合此振幅調(diào)制模式。在可替換實施例中，放電改變裝置包括用于在頻率調(diào)制模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈以用于改變放電的位置和/或尺度的頻率調(diào)制裝置。同樣，通過調(diào)節(jié)無汞分子放電燈的電源，可以比較容易結(jié)合此頻率調(diào)制模式。使用頻率調(diào)制裝置的另外優(yōu)點在于，由于干擾(如果有)在更大頻段上擴展，無汞分子放電燈可生成更少的電磁干擾。在包括旋轉(zhuǎn)裝置作為放電改變裝置的無汞分子放電燈的實施例中，旋轉(zhuǎn)裝置配置成用于旋轉(zhuǎn)放電容器。此實施例的優(yōu)點在于旋轉(zhuǎn)放電容器已經(jīng)用于例如避免無電極放電燈的放電容器上的熱點或者用于在一些汞蒸氣放電燈中混合汞(諸如例如在US4卯4756中所示)。重新使用這種放電容器會是比較容易的，但是此處這涉及一種無汞分子放電燈，其中放電容器的旋轉(zhuǎn)頻率優(yōu)選地調(diào)諧到最佳旋轉(zhuǎn)速度，在該最佳旋轉(zhuǎn)速度無汞分子放電燈的輸出功率增大。在閱讀US4%4756時，技術(shù)人員習(xí)知旋轉(zhuǎn)放電容器的原因是提高US4%4756 的放電混合物中汞的混合并且放電容器的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)高于某一最小水平從而保證該混合是充分的。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)無汞分子放電燈時，使用如US4%4756中所示的這種旋轉(zhuǎn)放電容器，技術(shù)人員將不會預(yù)期輸出功率的增大，因為不存在可以被混合的汞。再者，在先前部分以及在已經(jīng)進(jìn)行的實驗中表明，根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈的輸出功率的增大不是由混合效應(yīng)造成的，因為獲得最大輸出功率所需的時間相比之下明顯長于將增大的輸出功率減小到其原始水平所需的時間。因此，造成本發(fā)明中輸出功率增大的物理效應(yīng)應(yīng)當(dāng)不同于由混合放電中的元件造成的效應(yīng)。這再次被這樣的事實所強調(diào)放電容器的旋轉(zhuǎn)軸的取向不需要如US4954756所要求的垂直于電場軸。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，放電容器的旋轉(zhuǎn)軸甚至基本上平行于電場以允許細(xì)長的放電容器。最后，US4954756沒有指出存在提供輸出功率明顯增大的最佳旋轉(zhuǎn)速度。US4954756僅僅指出旋轉(zhuǎn)速度必須優(yōu)選地高于最小旋轉(zhuǎn)速度以保證汞混合是充分的。在根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈中，發(fā)現(xiàn)了真實的旋轉(zhuǎn)速度最佳值，其造成當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度高于以及低于最佳旋轉(zhuǎn)速度時輸出功率減小。因此，盡管類似旋轉(zhuǎn)放電容器可用于在根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電容器中獲得增大的輸出功率，這種效應(yīng)后面的物理機制均不同于所已知的物理機制并且根據(jù)如US4%4756中所示的混合原理是無法預(yù)期到的。在無汞分子放電燈的實施例中，旋轉(zhuǎn)裝置配置成用于在一定的旋轉(zhuǎn)頻率處旋轉(zhuǎn)放電容器，該旋轉(zhuǎn)頻率低于20赫茲。在無汞分子放電燈包括旋轉(zhuǎn)裝置作為放電改變裝置的實施例中，放電改變裝置配置成用于生成改變電場和/或磁場以用于旋轉(zhuǎn)和/或改變氣體填充物內(nèi)的放電。此實施例的優(yōu)點在于可以獲得放電和/或氣體填充物的這種旋轉(zhuǎn)和/或改變，而不實際移動硬件從而相對于彼此移動氣體填充物和/或放電。移動和/或旋轉(zhuǎn)硬件受到磨損，并且需要維護(hù)和/或替換以保證無汞分子放電燈正確地工作。這種維護(hù)和/或替換成本較高并且應(yīng)避免。通過改變放電附近的電場和/或磁場，可以在氣體填充物內(nèi)移動和/或旋轉(zhuǎn)放電而不實際移動放電容器中的各部分。因此，無汞分子放電燈的壽命提高和/或維護(hù)成本明顯減小。最后但相當(dāng)重要的是，通過避免在放電容器中使用移動部件用于相對于氣體填充物移動放電，明顯降低了放電容器的復(fù)雜性。在無汞分子放電燈的實施例中，旋轉(zhuǎn)裝置圍繞旋轉(zhuǎn)軸相對于氣體填充物旋轉(zhuǎn)放電，所述旋轉(zhuǎn)軸基本上平行于用于生成放電的電場。此實施例的益處在于，細(xì)長放電容器也可用于收納無汞分子放電容器。因此，光源可以在某一距離上拉伸，而不是基本上球形?；旧掀叫杏陔妶鲈诖松舷挛闹幸馑际切D(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸可以與電場的方向形成小的角度， 典型地角度小于或等于10度。在無汞分子放電燈的實施例中，氣體填充物包括元素周期表的IIIB、IVB、VB族和 /或VIB族元素的氧化物和/或硫化物。此實施例的益處在于發(fā)明人從實驗已經(jīng)看到，這些輻射體對所發(fā)明的放電相對于氣體填充物的尺度和/或位置的改變比較敏感，例如，它們表現(xiàn)出比較高的效率和/或效能方面的增益。在無汞分子放電燈的實施例中，元素周期表的IIIB、IVB、VB族和/或VIB族元素的氧化物包括元素周期表的IIIB、IVB、VB族和/或VIB族元素的一氧化物。此實施例的優(yōu)點在于鑒于一氧化物的光譜以及這些雙原子分子的穩(wěn)定性，效能的提高主要是由于它們對直接可見光發(fā)射的顯著貢獻(xiàn)。在無汞分子放電燈的實施例中，無汞分子放電燈為無電極放電燈。放電裝置可以例如包括經(jīng)由電感性操作、或者經(jīng)由電容性操作、或者經(jīng)由微波操作而維持放電的元件。無電極無汞分子放電燈的益處在于，它們提供了在放電容器填充物方面的更多的設(shè)計自由。 特別是當(dāng)使用分子放電燈時，這些分子放電燈的填充物經(jīng)常包括會損傷放電燈的電極的鹵素?？商鎿Q地，氣體填充物的成份可以與放電容器中的電極反應(yīng)并且因此改變氣體填充物的組成。這會導(dǎo)致不同顏色的發(fā)射光，或者甚至導(dǎo)致放電熄滅。因此，無電極無汞分子放電燈的使用提供關(guān)于無汞分子放電燈的氣體填充物選擇的更大設(shè)計自由度。在使用無電極無汞分子放電燈時的另外優(yōu)點在于，無電極無汞分子放電燈的平均壽命與傳統(tǒng)低壓氣體放電燈相比明顯更長，其中傳統(tǒng)低壓氣體放電燈具有穿過放電容器從而輸送功率到放電空間內(nèi)的電接觸。通常，電接觸也稱為電極，其限制了傳統(tǒng)低壓氣體放電燈的壽命。電極例如會受殘留物污染或者例如受放電損傷，并且無法輸送足夠功率到放電空間內(nèi)以確保傳統(tǒng)低壓氣體放電燈的操作。在無汞分子放電燈的實施例中，無汞放電燈包括用于調(diào)諧放電改變裝置以用于最優(yōu)化放電燈的輸出的調(diào)諧裝置。此調(diào)諧裝置可調(diào)諧放電相對于氣體填充物的改變頻率和改變速度，從而最優(yōu)化無汞分子放電燈的輸出功率。在無汞分子放電燈的實施例中，無汞分子放電燈包括發(fā)光材料。發(fā)光材料可以例如用于通過吸收從放電發(fā)射的光的一部分而校正或精細(xì)調(diào)諧由無汞分子放電燈發(fā)射的顏色，并且將所吸收的光轉(zhuǎn)換成不同顏色的光。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈用于通用照明目的時，無汞分子放電燈優(yōu)選地產(chǎn)生預(yù)定義顏色的光。包括該發(fā)光材料的發(fā)光層可應(yīng)用到放電容器的內(nèi)壁或者放電容器的外壁。應(yīng)用發(fā)光層到放電容器的外壁防止發(fā)光材料與放電容器內(nèi)部的氣體填充物反應(yīng)。本發(fā)明還涉及照明系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈。照明系統(tǒng)可以例如是用于辦公室照明、路燈、商店照明的通用照明系統(tǒng)以及用于照明例如建筑物的照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)也可以被應(yīng)用作為例如汽車照明。


參考在下面描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將清楚明白并得以闡述。在附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括電極的無汞分子放電燈的截面視圖， 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的包括電感性放電裝置的無汞分子放電燈的截面視圖， 圖3A和:3B示出根據(jù)本發(fā)明的包括微波放電裝置的無汞分子放電燈的截面視圖， 圖4A至4D示出根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈的不同發(fā)射光譜，以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈隨時間的輸出功率，其中不同旋轉(zhuǎn)頻率用于生成低壓四氯化鋯氣體放電燈的發(fā)射光譜。各圖純粹是圖解性且未按比例繪制。特別是為了清楚起見，某些尺度被強烈夸大。 各圖中的相似部件盡可能用相同附圖標(biāo)記表示。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括電極16的無汞分子放電燈10的截面視圖。根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈10包括透光放電容器12，該透光放電容器具有以氣密方式封住放電空間的壁。放電空間包括氣體填充物14，該氣體填充物例如包括元素周期表的IIIB、IVB, VB族和/或VIB族元素的金屬化合物。無汞分子放電燈10進(jìn)一步包括將能量耦合到放電空間內(nèi)的放電裝置16。經(jīng)由電容性耦合、電感性耦合(見圖2)、微波耦合(見圖3)，或者經(jīng)由如圖1的實例中所示電極16，放電裝置16可將能量耦合到放電空間內(nèi)，從而獲得放電空間中的氣體放電。在如圖1所示的實施例中，放電裝置16為一組電極16。在圖1中僅僅示出這組電極16中的一個電極16。電極16為延伸穿過無汞分子放電燈10的放電容器12的壁的電連接。通過在兩個電極16之間應(yīng)用電勢差，在兩個電極16之間生成和/或維持放電18。一般地，無汞分子放電燈10中的光生成是基于這樣的原理電荷載流子，特別是電子，但是也包含離子，被應(yīng)用于無汞分子放電燈10的電極16之間的電場加速。這些被加速的電子和離子與無汞分子放電燈10的氣體填充物中的氣體原子或分子的碰撞造成這些氣體原子或(優(yōu)選地)分子被分離、激發(fā)或電離。當(dāng)氣體填充物的原子或分子返回到基態(tài)時， 或多或少的主要部分的激發(fā)能量被轉(zhuǎn)換為輻射。在圖1所示的無汞分子放電燈10的實施例中，無汞分子放電燈進(jìn)一步包括放電改變裝置40、42，該放電改變裝置配置成用于在操作中改變氣體填充物14內(nèi)的放電18相對于彼此的位置，和/或用于隨時間改變氣體填充物14中放電18的尺度，從而增大無汞分子放電燈10的輸出功率。此放電改變裝置可以例如是改進(jìn)電源42，該改進(jìn)電源提供功率到無汞分子放電燈。此改進(jìn)電源42可以例如生成一種作為脈沖信號的功率信號，或者生成例如這樣一種功率信號，其中附加振幅調(diào)制被添加到該功率信號用于改變放電18相對于氣體填充物14的位置和/或尺度?？商鎿Q地，改進(jìn)電源42可以例如生成功率信號，該功率信號進(jìn)一步包括添加到該功率信號的附加頻率調(diào)制，用于改變放電18相對于氣體填充物14的位置和/或尺度。這些實施例可以按照預(yù)定義改變頻率和/或改變速度改變放電18相對于氣體填充物的位置和/或尺度，使得無汞分子放電的輸出功率明顯提高。明顯提高意思是提高例如高達(dá)兩倍。圖1所示的實施例進(jìn)一步包括調(diào)諧裝置50。此調(diào)諧裝置50可用于進(jìn)一步最優(yōu)化無汞分子放電燈的輸出功率。另外，調(diào)諧裝置50是可選的。特定氣體填充物的最佳改變頻率和/或改變速度可以在實驗室中確定，并且改進(jìn)電源42可配置成按照預(yù)定義最佳改變頻率和/或改變速度操作而無需最優(yōu)化。在圖1所示的無汞分子放電燈10的實施例中，發(fā)光層60存在于放電容器12的內(nèi)部。發(fā)光層60例如吸收部分從放電18發(fā)射的光并且將所吸收的光轉(zhuǎn)換為不同顏色的光。 由于從放電空間14發(fā)射的可見光與由發(fā)光層60發(fā)射的光的混合，通過選擇特定發(fā)光材料或發(fā)光材料的混合物可以確定無汞分子放電燈10的顏色。圖2示出包括由電感耦合器沈構(gòu)成的放電裝置沈的無汞分子放電燈20的截面視圖。電感耦合器沈也可用于生成放電。電感耦合器沈通常包括纏繞在鐵氧體芯(例如鎳-鋅鐵氧體或錳-鋅鐵氧體)上的線圈。電感耦合器26布置在放電容器22內(nèi)的凸出23 中，并且生成在放電容器22內(nèi)部在放電空間處的改變的電磁場。放電空間的氣體填充物對中的電子和離子被電磁場加速并且與氣體填充物中的其它化合物(例如分子化合物)碰撞。 由于碰撞，分子化合物被激發(fā)并且隨后發(fā)射光。電感性生成和/或維持無汞分子放電燈20 內(nèi)的放電的益處在于可以省略電極16 (見圖1)，所述電極16通常限制放電燈的壽命?？商鎿Q地，電感耦合器沈可以布置在(未示出)放電容器22外部，這導(dǎo)致了放電容器22的制造工藝簡化。另外在圖2所示的實施例中，應(yīng)用了發(fā)光層60，然而此發(fā)光層60應(yīng)用到放電容器22的外部。另外在如圖2中所示的無汞分子放電燈20的實施例中，存在放電改變裝置40、42， 其同樣實施為提供功率到無汞分子放電燈的改進(jìn)電源42。此改進(jìn)電源42可生成功率信號， 該功率信號為脈沖功率信號、頻率調(diào)制功率信號和/或振幅調(diào)制功率信號，以用于改變放電觀相對于氣體填充物M的位置和/或尺度。再者，可以存在可選的調(diào)諧裝置50。圖3A和:3B示出根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈30的第三實施例的截面視圖，其中無汞分子放電燈30包括微波放電裝置36，該微波放電裝置連接到波導(dǎo)33并且連接到放電容器32位于其中的微波諧振器35。放電容器32在本實施例中由安裝在可移動支架37上的球形石英放電容器32組成。可移動支架37連接到放電改變裝置40，該放電改變裝置可以例如是用于按照特定旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)放電容器32的旋轉(zhuǎn)裝置40?？商鎿Q地，放電改變裝置 42可以是改進(jìn)電源42(見圖:3B)，該改進(jìn)電源可生成微波功率信號，該微波功率信號為脈沖微波功率信號、頻率調(diào)制微波功率信號和/或振幅調(diào)制微波功率信號，以用于改變放電38 相對于放電容器32內(nèi)部的氣體填充物34的位置和/或尺度。在放電改變裝置40、42的兩個實施例中，可選地可以存在調(diào)諧裝置50。圖4A至4D示出根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈的不同發(fā)射光譜。圖4A至4D所示的不同發(fā)射光譜示出了由于在操作中氣體填充物14、24、34內(nèi)的放電18、28、38的位置相對于彼此的改變和/或由于氣體填充物14、24、34內(nèi)的放電18、28、38的尺度隨時間的改變以用于增大無汞分子放電燈10、20、30的輸出功率，而引起的提高的發(fā)射特性。用于測量圖4A 至4D的光譜的放電容器12、22、32與如圖3A和所示的無汞分子放電燈30的放電容器相似。圖4A示出第一實施例的發(fā)射光譜，其中內(nèi)徑為32. 5毫米、即體積為18立方厘米的球形石英放電容器32使用1. 32毫克&Br4、0. 23毫克P2O5和100毫巴Ar (=在室溫的填充壓力)來填充。這種燈另外也稱為&PH2燈。無汞分子放電燈30在微波諧振器35中操作，如圖3A和;3B所示，該微波諧振器是由2. 45GHz的RF場驅(qū)動。放電容器32 在微波諧振器35中按照旋轉(zhuǎn)軸R垂直于電場矢量E的方式以旋轉(zhuǎn)頻率Vrat旋轉(zhuǎn)。如圖4A所示的發(fā)射光譜是在200瓦特的燈功率處，利用9赫茲、18赫茲和30赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat獲得的。在9赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat處，光譜中ZrO發(fā)射是幾乎不可見的由于ZrO波段發(fā)射引起的等離子體輻射主要地發(fā)生在介于λ =600納米至650納米以及 λ =530納米至570納米的波長范圍中。將旋轉(zhuǎn)頻率vMt翻倍到18赫茲則明顯地改變放電發(fā)射，因為分子ZrO的發(fā)射被強烈地添加到無汞分子放電燈30的總發(fā)射光譜。進(jìn)一步增大旋轉(zhuǎn)頻率ν rot到30赫茲則再次減小分子ZrO對無汞分子放電燈30的總發(fā)射光譜的貢獻(xiàn)。 這清楚地表明存在在大約18赫茲的最佳旋轉(zhuǎn)頻率Vrat，在該旋轉(zhuǎn)頻率處，ZrPH2燈的發(fā)射效率被最優(yōu)化。從圖4A已經(jīng)可以看出，通過改變旋轉(zhuǎn)頻率Vrat，顯著地改變了特別是可見范圍 (400納米-800納米)中的光學(xué)功率，這明顯提高無汞分子放電燈30用于生成可見光的效率。圖4A的無汞分子放電燈30的輸出功率的逐漸提高也在圖5中被示出，圖5示出與在偏離18赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat的輸出功率相比，由于在18赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat得到的總輸出功率幾乎翻倍。圖4B示出第二實施例的發(fā)射光譜，其中內(nèi)徑為32. 5毫米，即體積為18立方厘米的球形石英放電容器32用1. 17毫克HfBr4、0. 10毫克硫和100毫巴AK=在室溫的填充壓力)填充。這種燈另外也稱為HfSH4燈。此HfSH4無汞分子放電燈30在微波諧振器35中操作，如圖3A和;3B所示，該微波諧振器是由2. 45GHz的RF場驅(qū)動。放電容器32在微波諧振器35中按照旋轉(zhuǎn)軸R垂直于電場矢量E的方式以旋轉(zhuǎn)頻率ν rot旋轉(zhuǎn)。如圖4B所示的發(fā)射光譜是在300瓦特的燈功率，利用1. 5赫茲、10赫茲和22赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat獲得的。不論在如圖4A所示的第一實施例中所示的結(jié)果，此處鉿單硫化物分子的最佳光學(xué)功率和最大發(fā)射是在1.5赫茲的低旋轉(zhuǎn)頻率Vrat獲得的。增大旋轉(zhuǎn)頻率 ν rot到IOHz和甚至22赫茲則(略微)減小光學(xué)功率以及鉿單硫化物發(fā)射的數(shù)量。這清楚地表明在具有不同氣體混合物的此第二實施例中存在在大約1. 5赫茲的最佳旋轉(zhuǎn)頻率Vrat， 在該旋轉(zhuǎn)頻率處，HfSH4燈的發(fā)射效率被最優(yōu)化。圖4C示出第三實施例的發(fā)射光譜，其中內(nèi)徑為32. 5毫米，即體積為18立方厘米的球形石英放電容器32用0. 92毫克HfBr4、0. 46毫克&Br4、0. 28毫克的P2O5和0. 13毫克的硫以及100毫巴Ar (=在室溫的填充壓力)填充。這種燈另外也稱為ZrHfHl燈。此 ZrHfHl無汞分子放電燈30在微波諧振器35中操作，如圖3A和所示，該微波諧振器是由2. 45GHz的RF場驅(qū)動。放電容器32在微波諧振器35中按照旋轉(zhuǎn)軸R垂直于電場矢量 E的方式以旋轉(zhuǎn)頻率Vrat旋轉(zhuǎn)。如圖4C所示的發(fā)射光譜是在400瓦特的燈功率，利用3赫茲、10赫茲和15赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率vMt獲得的。盡管對光學(xué)功率的影響幾乎是不可見的，發(fā)射特性(并且因此色溫和色點)明顯改變。在3赫茲的低旋轉(zhuǎn)頻率Vrat (圖4C中的黑色實線)，&0的發(fā)射在寬波段背景信號上是清楚可見的(比較圖4A中的黑色實線)。通過將旋轉(zhuǎn)頻率Vrat增大到10赫茲(圖4C中的白色實線)，在寬背景上的HfS發(fā)射增大(與實施例2中圖4B比較得到光譜)， 而來自ZrO分子的光受抑制。旋轉(zhuǎn)頻率Vrat進(jìn)一步增大到15Hz (圖4C中的黑色虛線)產(chǎn)生在背景上ZrO和HfS發(fā)射的混合。圖4D示出第四實施例的發(fā)射光譜，其中內(nèi)徑為48毫米且長度為100毫米，即體積為180立方厘米的管狀石英包殼用0. 19毫克ZrCl4、0. 55毫克MoC13、0. 80毫克AuCl3和18 毫巴Xe (=在室溫的填充壓力)填充。這個燈在14兆赫茲頻率的觀0瓦特的射頻功率操作，借助在石英包殼的外表面上布置7個繞組的空氣線圈(見圖2)，該射頻功率被電感性耦合到燈內(nèi)。所供應(yīng)的射頻功率是由信號發(fā)生器功率放大器系統(tǒng)42生成的，并且兩個電容器被用作匹配網(wǎng)絡(luò)以使燈阻抗匹配放大器的輸出阻抗(為50Ω )。通過使用信號發(fā)生器的AM模式(％振幅調(diào)制AM和調(diào)制頻率ν m。d)來調(diào)制到匹配網(wǎng)絡(luò)中的輸出功率以及匹配的輸出阻抗。在約330°C的最冷點溫度，在25%振幅調(diào)制的兩種不同調(diào)制頻率vm。d的發(fā)射光譜繪制于圖4D。在大約2. 3千赫茲的調(diào)制頻率vm。d附近，放電觀(見圖2)表現(xiàn)出一些等離子體不穩(wěn)定(放電沿著空氣線圈的軸的小移動)。移動速度取決于調(diào)制頻率vm。d。調(diào)制頻率vm。d 的小改變導(dǎo)致發(fā)射光譜明顯變化(見圖4D)。在2. 32千赫茲的較低調(diào)制頻率vm。d(圖4D的黑色實線)，光學(xué)功率更高，并且與2. 37千赫茲的更高的調(diào)制頻率vm。d (圖4D的白色實線) 相比，由于引起的分子發(fā)射提高。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈的輸出功率與時間關(guān)系。圖5的曲線圖在時間上示出不同旋轉(zhuǎn)頻率轉(zhuǎn)變。如圖5中可以看出，到最佳改變速度(為圖4A的第一實施例的組成中的18赫茲)的轉(zhuǎn)變造成逐漸地增大到最大輸出功率，并且達(dá)到最大輸出功率要花費15分鐘以上的時間。在偏離最佳改變速度的轉(zhuǎn)變之后，輸出功率的減小更快速地(在小于1分鐘內(nèi))發(fā)生。從這個曲線圖可以推斷生成圖4A至4D所示每個實例中的增大輸出功率的效應(yīng)不是由于放電容器12、22、32的旋轉(zhuǎn)引起的提高的混合而造成，而是具有在此時未完全理解的某些其它物理原因。在第一區(qū)域，放電容器32的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat為9赫茲，這顯然不是如圖4A所示的第一實施例組成的最佳旋轉(zhuǎn)頻率。所發(fā)射的輸出功率逐漸減小。圖4A的第一光譜(標(biāo)記為 9赫茲)是在第一區(qū)域(用羅馬字母I指出)中指示的箭頭處測量的。隨后，第二區(qū)域(用羅馬字母II指出)包括30赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat。此第二旋轉(zhuǎn)頻率提供略微提高的輸出功率， 然而提高輸出功率所需的時間長達(dá)5分鐘。隨后，在圖5所示曲線圖的第三區(qū)域(用羅馬字母III指出)中，旋轉(zhuǎn)頻率vMt再次改變到9赫茲并且觀察到快速的輸出功率減小。在圖5 的第四區(qū)域(用羅馬字母IV指出)中，改變回30赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat導(dǎo)致與轉(zhuǎn)變I-II相似的時間特性(如所預(yù)期)。然而，強度恢復(fù)到區(qū)域II的水平同樣要花費大約3分鐘。隨后，第五區(qū)域(用羅馬字母V指出)包括18赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率vrat。就放電效率而言，這看上去是最佳旋轉(zhuǎn)頻率vMt。在放電容器以18赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat旋轉(zhuǎn)5分鐘之后，強度逐漸增大，同時無汞分子放電燈的其它參數(shù)未改變。頻率短時間改變到第六區(qū)域(用羅馬字母VI指出)中的15赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率Vrat造成輸出功率快速地減小。在此掃描的數(shù)據(jù)采樣率(每10秒一個數(shù)據(jù)點)中，強度下降到原始值的大約70%。在小于1分鐘之后，在第七區(qū)域(用羅馬字母VII指出)中，旋轉(zhuǎn)頻率被復(fù)位到18赫茲的旋轉(zhuǎn)頻率vMt?，F(xiàn)在將花費大約15分鐘直至達(dá)到在高效率的最大強度。因此，為了發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的無汞分子放電燈的最佳頻率，可以執(zhí)行下述步驟 增大改變頻率和/或改變速度，以及
當(dāng)輸出功率逐漸增大時，實現(xiàn)改變頻率和/或改變速度的進(jìn)一步增大， 當(dāng)輸出功率相當(dāng)陡峭地減小時，實現(xiàn)了改變頻率和/或改變速度減小到輸出功率仍在增大的先前改變頻率和/或改變速度。應(yīng)注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替換實施例而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解讀為限制權(quán)利要求。使用動詞“包括”及其變型不排除權(quán)利要求中列出的元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元件前的冠詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以由包括若干不同元件的硬件裝置來實施。在羅列若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，若干這些裝置可以由一個且同一項的硬件來實施。在互不相同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的純粹事實并不意味著這些措施的組合不能有利地使用。
權(quán)利要求
1.一種無汞分子放電燈(10、20、30)，包括透光放電容器(12、22、32)，以氣密方式封住包括氣體填充物(14、M、34)的放電空間，放電裝置(16，沈，36)，用于維持放電空間內(nèi)的放電(18、觀、38)，以及放電改變裝置(40、42)，用于在操作中改變氣體填充物(14、M、34)內(nèi)的放電(18、觀、 38)相對于彼此的位置，和/或用于隨時間改變氣體填充物(14、24、34)內(nèi)的放電(18、28、 38)的尺度以用于增大無汞分子放電燈(10、20、30)的輸出功率和/或光通量。
2.如權(quán)利要求1所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中放電改變裝置(40、42)配置成用于連續(xù)地和/或周期性地改變氣體填充物(14、M、34)內(nèi)的放電(18、觀、38)的位置和 /或尺度。
3.如權(quán)利要求1所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中放電改變裝置(40、42 )配置成用于以最佳改變速度和/或最佳改變頻率改變位置和/或尺度，該最佳改變速度和/ 或最佳改變頻率取決于放電空間的氣體填充物(14、對、34)，以及用于生成無汞分子放電燈 (10,20,30)的最佳輸出功率。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中放電改變裝置(40、 42)包括旋轉(zhuǎn)裝置(40)，用于相對于彼此旋轉(zhuǎn)放電(18、觀、38)和氣體填充物(14、M、34)以用于改變放電(18、觀、38)的位置和/或尺度，和/或脈沖生成裝置(42)，用于在脈沖模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈(10、20、30)以用于改變放電(18、觀、38)的位置和/或尺度，和/或振幅調(diào)制裝置(42)，用于在振幅調(diào)制模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈(10、20、30) 以用于改變放電(18、觀、38)的位置和/或尺度，和/或頻率調(diào)制裝置(42)，用于在頻率調(diào)制模式中應(yīng)用功率到無汞分子放電燈(10、20、30) 以用于改變放電(18、觀、38)的位置和/或尺度。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，包括作為放電改變裝置 (40,42)的旋轉(zhuǎn)裝置(40)，其中旋轉(zhuǎn)裝置(40)配置成用于旋轉(zhuǎn)放電容器(12、22、32)。
6.如權(quán)利要求5所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中旋轉(zhuǎn)裝置(40)配置成用于在一定的旋轉(zhuǎn)頻率下旋轉(zhuǎn)放電容器(12、22、32)，該旋轉(zhuǎn)頻率低于20赫茲。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中放電改變裝置(40、 42)配置成用于生成改變的電場和/或磁場以用于旋轉(zhuǎn)和/或改變氣體填充物(14、M、34) 內(nèi)的放電(18、沘、38)。
8.如權(quán)利要求4、5、6或7所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中旋轉(zhuǎn)裝置(40)圍繞旋轉(zhuǎn)軸(R)相對于氣體填充物(14、M、34)旋轉(zhuǎn)放電(18、觀、38)，所述旋轉(zhuǎn)軸(R)基本上平行于用于生成放電(18、觀、38)的電場(E)。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中氣體填充物包括元素周期表的IIIB、IVB、VB族和/或VIB族元素的氧化物和/或硫化物。
10.如權(quán)利要求9所述的無汞分子放電燈，其中元素周期表的IIIB、IVB、VB族和/或 VIB族元素的氧化物包括元素周期表的IIIB、IVB、VB族和/或VIB族元素的一氧化物。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中無汞分子放電燈 (10,20,30)為無電極放電燈(10、20、30)。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中無汞放電燈(10、 20,30)包括用于調(diào)諧放電改變裝置(40、42)以用于最優(yōu)化放電燈(10、20、30)的輸出的調(diào)諧裝置(50)。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的無汞分子放電燈(10、20、30)，其中無汞分子放電燈 (10、20、30)包括發(fā)光材料(60)。
14.一種照明系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項的無汞分子放電燈(10、20、30)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無汞分子放電燈(30)，該無汞分子放電燈包括透光放電容器(32)，其以氣密方式封住包括氣體填充物(34)的放電空間。無汞分子放電燈進(jìn)一步包括放電裝置(36)，用于維持放電空間內(nèi)的放電(38)；以及放電改變裝置(40、42)，用于在操作中隨時間改變氣體填充物內(nèi)的放電相對于彼此的位置，和/或用于隨時間改變氣體填充物內(nèi)的放電的尺度。隨時間改變放電的位置和/或尺度的效應(yīng)在于，在特定改變速度或改變頻率下，無汞分子放電燈的輸出功率和/或光通量顯著增大。發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)取決于氣體填充物并且取決于改變速度和/或改變頻率。
文檔編號H01J61/12GK102272882SQ201080004189
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者G. R. 克爾貝爾 A., 哈亞斯 D., 希爾比希 R., 施萬 S. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司