專(zhuān)利名稱(chēng)：具有為高流明維持率選擇的氧含量的陶瓷金屬鹵化物燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及陶瓷電弧放電燈，并且更具體地涉及其中選擇燈操作期間的燈填充物的氧含量來(lái)提供高流明維持率的放電燈。
背景技術(shù)：
放電燈通過(guò)采用兩個(gè)電極之間傳遞的電弧電離蒸氣填充物材料(例如稀有氣體、 金屬鹵化物和汞的混合物等)而產(chǎn)生光。電極和填充物材料密封在半透明或透明的放電容器內(nèi)，該放電容器維持通電的填充物材料的壓力并且允許發(fā)射的光穿過(guò)它。填充物材料 (也稱(chēng)為“劑量”)響應(yīng)于被電弧激發(fā)而發(fā)射期望的光譜能量分布。例如，鹵化物提供光譜能量分布，其提供例如色溫、顯色性和發(fā)光效率的光性質(zhì)的廣泛選擇。常規(guī)地，放電燈中的放電容器由例如熔融石英等玻璃質(zhì)材料形成，該材料在被加熱到軟化狀態(tài)后成型為期望的腔的幾何形狀。這些燈在性能上受到在石英放電容器中能實(shí)現(xiàn)的最大壁溫的限制。陶瓷放電腔發(fā)展成了在更高的溫度操作以實(shí)現(xiàn)提高的色溫、顯色性和流明效能， 同時(shí)顯著地降低與填充物材料的反應(yīng)。這樣的燈的一個(gè)問(wèn)題是隨時(shí)間的光輸出(典型地表達(dá)為流明維持率)由于放電容器的壁變黑而趨于減少。變黑是由于從電極向壁輸送的鎢。已經(jīng)提出在放電容器中包含氧化鈣或氧化鎢的氧分配器，如例如在對(duì) Koninklijke Philips Electronics N. V 的 WO 99/53522 和 W099/53523 中公開(kāi)的。然而， 根據(jù)這些申請(qǐng)生產(chǎn)的燈可能不能同時(shí)滿足對(duì)于商用燈能接受的燈效率、色點(diǎn)、顏色穩(wěn)定性、 流明維持率和可靠性值。

發(fā)明內(nèi)容
示范性實(shí)施例提供了具有提高的流明維持率的新的且改進(jìn)的金屬鹵化物燈。根據(jù)示范性實(shí)施例的一個(gè)方面，燈包括放電容器。電極延伸進(jìn)入該放電容器?？呻婋x填充物密封在容器內(nèi)，該填充物包括緩沖氣體、可選地汞和商化物組分。該商化物組分包括從由鑭、鈰、釹、鐠、釤及其組合組成的組選擇的稀土鹵化物?？捎醚跻灾辽?. Ιμπιο 0/cc的濃度密封在放電容器內(nèi)。根據(jù)示范性實(shí)施例的另一個(gè)方面，燈包括放電容器。電極延伸進(jìn)入該放電容器。可電離填充物密封在容器內(nèi)，該填充物包括緩沖氣體、可選地汞和商化物組分，該商化物組分基本上包括鹵化物，就它們?cè)跓舨僮髌陂g形成氧化物來(lái)說(shuō)，形成的氧化物是不穩(wěn)定的氧化物，其提供可用氧?？捎醚跻?. 1-1.5μπι01 0/cc的濃度密封在放電容器內(nèi)。根據(jù)示范性實(shí)施例的另一個(gè)方面，形成具有高的流明維持率的燈的方法包括提供一組具有鹵化物填充物組分和可用氧的源的陶瓷金屬鹵化物燈，由此該組中的至少三個(gè)或四個(gè)燈在它們各自的可用氧濃度方面不同以提供涵蓋從0. 1 μ mol 0/cc至1. 5 μ mol 0/cc 的范圍內(nèi)的不同可用氧濃度范圍的燈。通過(guò)供應(yīng)電流給每個(gè)燈來(lái)操作這些燈以在燈容器中產(chǎn)生放電。確定對(duì)于這些燈的每個(gè)的流明維持率值?；诖_定的流明維持率值，計(jì)算最佳氧濃度或濃度范圍。燈形成為具有計(jì)算的氧濃度或具有計(jì)算的濃度范圍內(nèi)的氧濃度。本公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供具有提高的流明維持率的燈。當(dāng)閱讀并且理解優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，再另外的優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將變得明顯。


圖1是根據(jù)示范性實(shí)施例的燈的橫截面圖；圖2是根據(jù)示范性實(shí)施例的一個(gè)方面的圖1的放電容器的放大的橫截面圖；圖3是圖1和2的放電容器的內(nèi)部體積的放大的透視圖；圖4是具有圓形端的備選放電容器的內(nèi)部體積的放大透視圖；圖5是對(duì)于具有不同氧濃度的39W和70W燈的IOOOhr %流明維持率vs.氧濃度的組合標(biāo)繪圖；圖6是對(duì)于39W和70W燈的IOOOhr %流明維持率vs.摩爾比[鹵化物/0]/cc的組合標(biāo)繪圖。
具體實(shí)施例方式示范性實(shí)施例的方面涉及燈，其包括具有密封在其中的可電離填充物和氧源的放電容器。該氧源以在填充物中提供選擇為優(yōu)化流明維持率的氧濃度這樣的量存在。如本文使用的，流明(Im)指光通量的SI單位，這是一種光的感知功率的度量。如果光源發(fā)射一個(gè)燭光的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)入一個(gè)球面度的立體角，發(fā)射進(jìn)入該立體角的總光通量是一個(gè)流明。換句話說(shuō)，各向同性的一個(gè)燭光光源發(fā)射確切地為4π流明的總光通量。流明可以認(rèn)為是發(fā)射的可見(jiàn)光的總“量”的度量。燈的輸出可以從流明每瓦(LPW)方面來(lái)限定。流明維持率是在燈操作給定時(shí)間段(例如，IOOOhr)后的流明與初始流明(例如，在操作IOOhr后)的比。示范性燈可具有IOOOhr或2000hr時(shí)的至少95%或至少98%或以上的流明維持率。這可通過(guò)放電容器的壁溫不大于1460K來(lái)實(shí)現(xiàn)。在各種方面，燈能夠同時(shí)滿足光度學(xué)目標(biāo)而不損害目標(biāo)流明維持率。燈設(shè)計(jì)中可取的光度學(xué)特性中的一些包括CRI、CCT、燈輸出(例如，表達(dá)為流明/瓦)和dCCy。顯色指數(shù)(CRI)是人眼對(duì)燈的光顏色的分辨能力的度量。如本文使用的，顯色指數(shù) Ra 是由國(guó)際照明委員會(huì)(Commission Internationale de Γ Eclairage (CIE))所使用的標(biāo)準(zhǔn)度量并且指八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顏色(選擇為具有中間飽和度并且遍布整個(gè)測(cè)量的色調(diào)范圍) 的指數(shù)的平均(有時(shí)稱(chēng)為R8)。值在0-100的標(biāo)度上表達(dá)，其中100代表黑體輻射體的值。 示范性燈可具有至少大約85的顯色指數(shù)Ra，并且可以多達(dá)大約87或更高。
如本文使用的，相關(guān)色溫CCT是人眼的感知中最接近地匹配來(lái)自燈的光的黑體輻射體的色溫。示范性燈可提供在大約2700K至大約4500K之間的相關(guān)色溫(CCT)，例如 3000K。dCCy是在Y軸上色點(diǎn)的色度(CCY)與標(biāo)準(zhǔn)黑體曲線的色度的差異。示范性實(shí)施例可相對(duì)于黑體軌跡具有大于0. 005+/-0. 010的dCCy，并且在一個(gè)特定實(shí)施例中，燈直接位于黑體軌跡上，即dCCy = 0. 000?？稍诒緹粼O(shè)計(jì)中同時(shí)滿足這些范圍的全部。這可以實(shí)現(xiàn)而沒(méi)有負(fù)面地影響燈流明
維持率。參照?qǐng)D1，示出根據(jù)示范性實(shí)施例的燈10，其包括陶瓷金屬鹵化物(CMH)放電容器 12。圖1意在為僅示范性的。還參照?qǐng)D2，為了說(shuō)明，示出放電容器12的一個(gè)實(shí)施例。示范性放電容器12適于在例如大約15-200瓦的多個(gè)瓦數(shù)操作的燈中使用。通過(guò)示例，在本文描述39和70瓦的燈而沒(méi)有意在限制本發(fā)明的范圍。燈的瓦數(shù)典型地基于假設(shè)的95V的AC 燈電壓。燈10通過(guò)與AC電力源連接的電路(未示出)而供應(yīng)有電流。燈可設(shè)計(jì)成以更高的頻率在電子鎮(zhèn)流器上運(yùn)行。備選地，燈可在DC電力源上運(yùn)行。放電容器12限定內(nèi)部放電空間或腔14。該放電容器12包括高壓包封或電弧管 16，其可由例如多晶氧化鋁或藍(lán)寶石(單晶氧化鋁)等透明或半透明材料形成，該高壓包封或電弧管16在相對(duì)端處密封以包圍放電空間14。放電空間14包含可電離氣體混合物的填充物18，例如金屬鹵化物和惰性氣體混合物，其還可包括汞?？赏耆涉u或至少部分由鎢(> 20wt. % )形成的第一和第二內(nèi)部電極20、22延伸進(jìn)入放電空間14。當(dāng)跨這些電極施加電壓時(shí)，在電極20、22之間的填充物18中形成放電。這些電極連接到導(dǎo)體對(duì)、26(其由鉬和鈮段形成)。這些導(dǎo)體MJ6將電極電連接到外部電力供應(yīng)。電極的端部觀、30在電弧管16的相應(yīng)內(nèi)端壁32、34內(nèi)部延伸并且由尺寸 d的電弧間隙AG間隔開(kāi)。放電容器12可被包圍在玻璃或其他適合的透明或半透明材料的外包封36中，其在一端處由燈頭38封閉(盡管還可預(yù)想雙端燈)。在其他實(shí)施例中，燈可容置在反射外殼中。如在圖2中示出的，示范性陶瓷電弧管16包括中空的圓柱形部分或筒40以及兩個(gè)相對(duì)的中空端塞42、44。該筒40和端塞42、44可由單獨(dú)的部件形成，這些單獨(dú)的部件在燈形成期間熔合在一起。這兩個(gè)端塞42、44可相似地成型并且每個(gè)包括錐或基底部分46、 48，相應(yīng)的中空支部或管50、52從該錐或基底部分46、48向外延伸。電極20、22被密封在它們相應(yīng)的支部50、52內(nèi)的孔M、56中并且延伸進(jìn)入圓柱形基底部分的相應(yīng)的圓柱形中空部分60、62中。這些圓柱形的中空部分60、62收容在筒40的相應(yīng)端中以當(dāng)這兩個(gè)部分聯(lián)接在一起時(shí)形成環(huán)形增厚區(qū)域(圖幻。環(huán)形緣部或法蘭64、66從相應(yīng)的中空部分60、62向外徑向延伸并且密封到筒的相應(yīng)端來(lái)限定放電空間14的端壁32、34。放電腔14在支部50、52的端處由密封物(未示出)密封來(lái)形成氣密放電空間?，F(xiàn)在將限定電弧管16的各種尺寸內(nèi)部筒長(zhǎng)IBL =沿著燈軸線測(cè)量的端壁32、34之間的距離(mm)。外部筒長(zhǎng)XBL =筒加法蘭的長(zhǎng)度(mm)。內(nèi)徑ID=筒在中間區(qū)域，即介于電極端部之間(即遠(yuǎn)離端塞的圓柱形部分60、62)的平均內(nèi)徑(以mm計(jì))。壁厚t =電弧管體的中央部分(例如電極端部之間的半途)中的壁材料的厚度 (mm) ο外徑OD=筒的最大直徑。端部到塞的距離TTP =電極的端部觀、30與相鄰的端壁32、34之間的距離(mm)。 注意 IBL = d+2TTP電弧間隙AG =電極端部觀、30在它們最近點(diǎn)處之間的距離(mm)。內(nèi)部面積IA =腔內(nèi)部表面積，以cm2計(jì)。WL =包括端凹處(end bowl)但排除支部的內(nèi)壁表面的壁負(fù)載，以W/cm2計(jì)，并且電弧管功率(W)是包括電極功率的總電弧管功率。在一個(gè)實(shí)施例中，壁負(fù)載在大約11至 52W/cm2之間，例如，大約14至32W/cm2。在一個(gè)實(shí)施例中，在操作期間放電容器的壁溫不大于 1460K。腔體積Vol. (cc)-腔的內(nèi)部體積，不包括孔。對(duì)于如示出的圓柱形燈，其基本上包括三個(gè)圓柱形的內(nèi)部體積部分70、72、74，如在圖3中示出的，其中第一和第三部分70、74具有高度Ii1和內(nèi)部半徑r1;并且中間部分72具有高度Ii2和內(nèi)部半徑r2，則該設(shè)計(jì)的總體積是 2 π I^h1+ π r2\。在燈筒彎曲(參見(jiàn)，例如圖4)而不是大致上圓柱形(如在圖2和3中示出的)的情況下，當(dāng)例如使用S0LDW0RKS 程序計(jì)算體積時(shí)可考慮曲率。該方法論可以應(yīng)用于任何形狀的燈。在隨后的示例中，腔體積通過(guò)基于燈尺寸的計(jì)算而確定，但對(duì)于形狀不太規(guī)則的腔，還預(yù)期可通過(guò)例如當(dāng)用水填充時(shí)通過(guò)確定電弧管的增加重量、將其轉(zhuǎn)換為同等體積并且減去占據(jù)支部的水的體積等其他手段來(lái)確定腔體積。通過(guò)示例，對(duì)于39W和70W燈的參數(shù)可如在表1中示出的表 權(quán)利要求
1.一種燈，其包括 放電容器；延伸進(jìn)入所述放電容器的電極； 密封在所述容器內(nèi)的可電離填充物，所述填充物包括 緩沖氣體； 可選地，汞，以及鹵化物組分，所述商化物組分包括從由商化鑭、商化鈰、商化釹、商化鐠、商化釤及其組合組成的組選擇的稀土商化物；可用氧，其以至少0. 1 μ mol 0/cc的濃度密封在所述容器內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.14ymol0/cc的濃度。
3.如權(quán)利要求2所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.3 μ mol 0/cc的濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.5 μ mol 0/cc的濃度。
5.如權(quán)利要求4所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.0 μ mol 0/cc的濃度。
6.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少98%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
7.如權(quán)利要求6所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少99%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
8.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述鹵化物組分包括碘的至少一個(gè)源。
9.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述鹵化物組分包括鹵化鈉、鹵化鑭、鹵化鉈和鹵化鈣。
10.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以至少0.009的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
11.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以多達(dá)0.3的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
12.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述鹵化鈉在所述鹵化物組分中以至少0.3的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
13.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述鹵化鉈在所述鹵化物組分中以至少0.01的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
14.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述鹵化鈣在所述鹵化物組分中以至少0.09的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
15.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.14ymol0/cc的濃度。
16.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.3 μ molO/cc的濃度。
17.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.5 μ molO/cc的濃度。
18.如權(quán)利要求17所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.0 μ molO/cc的濃度。
19.如權(quán)利要求9所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少98%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
20.如權(quán)利要求19所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少99%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
21.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以至少0.009的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
22.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以多達(dá)0.3的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
23.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述鹵化鈉在所述鹵化物組分中以至少0.3的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
24.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述鹵化鉈在所述鹵化物組分中以至少0.01的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
25.如權(quán)利要求15所述的燈，其中所述鹵化鈣在所述鹵化物組分中以至少0.09的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
26.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述鹵化物組分不含除了鑭、鈰、釹、鐠和釤的鹵化物外的所有稀土鹵化物。
27.如權(quán)利要求沈所述的燈，其中所述填充物不含除鑭的鹵化物外的所有稀土鹵化物。
28.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.14ymol0/cc的濃度。
29.如權(quán)利要求28所述的燈，其中所述可用氧處于至少0.3 μ molO/cc的濃度。
30.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.5 μ mo W/cc的濃度。
31.如權(quán)利要求30所述的燈，其中所述可用氧處于多達(dá)1.0 μ molO/cc的濃度。
32.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少98%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
33.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述可用氧處于提供表達(dá)為IOOhr時(shí)流明的百分比的至少99%的IOOOhr時(shí)的流明維持率的濃度。
34.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以至少0.009的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
35.如權(quán)利要求27所述的燈，其中所述鹵化鑭在所述鹵化物組分中以多達(dá)0.3的摩爾分?jǐn)?shù)存在。
36.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述燈進(jìn)一步在2000小時(shí)時(shí)滿足至少95%的流明維持率。
37.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述填充物包括汞。
38.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述可用氧由設(shè)置在所述放電容器中的可用氧的源提供。
39.如權(quán)利要求38所述的燈，其中所述可用氧的源包括鎢的氧化物。
40.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述填充物中電弧管體積的比
41.如權(quán)利要求40所述的燈，其中所述填充物中電弧管體積的摩爾比
42.一種操作燈的方法，包括 提供如權(quán)利要求1所述的燈；通過(guò)供應(yīng)電流給所述燈來(lái)操作所述燈以在燈容器中產(chǎn)生放電，其中在操作中，所述燈以IOOOhr的至少98%流明維持率操作。
43.一種燈，包括 放電容器；延伸進(jìn)入所述放電容器的電極； 密封在所述容器內(nèi)的可電離填充物，所述填充物包括 緩沖氣體； 可選地，汞，以及鹵化物組分，所述鹵化物組分基本上包括鹵化物，關(guān)于其在燈操作期間形成氧化物而言，形成的氧化物是不穩(wěn)定的氧化物，其提供可用氧；以及可用氧，其以0. 1-1. 5 μ mo 1 0/cc的濃度密封在所述放電容器內(nèi)。
44.一種形成具有高的流明維持率的燈的方法，包括提供一組具有鹵化物填充物組分和可用氧的源的陶瓷金屬鹵化物燈，由此所述組中的至少三個(gè)燈在它們相應(yīng)的可用氧濃度方面不同以提供涵蓋從0. 1 μ mol 0/cc至1. 5 μ mol 0/cc的范圍內(nèi)的不同可用氧濃度的范圍的燈；通過(guò)供應(yīng)電流給所述燈來(lái)操作所述燈的每個(gè)以在燈容器中產(chǎn)生放電； 確定對(duì)于所述燈的每個(gè)的流明維持率值； 基于確定的流明維持率值計(jì)算最佳氧濃度或濃度范圍； 形成具有計(jì)算的氧濃度或具有計(jì)算的濃度范圍內(nèi)的氧濃度的燈。
全文摘要
燈包括放電容器，其中電極延伸進(jìn)入該放電容器并且可電離填充物密封在該容器內(nèi)。該填充物包括緩沖氣體、可選地汞和鹵化物組分。該燈包括可用氧，其以至少0.1μmol O/cc的濃度密封在該放電容器內(nèi)。
文檔編號(hào)H01J61/82GK102549708SQ201080044684
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者A·博羅茨基, N·M·貝特, R·拉麥亞, T·D·拉塞爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司