专利名称：气体放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有放电气体的气体放电灯，该放电气体包括封装入放电容器内的发光物质。
该气体放电灯由DE 2225308所公知。在该灯中，发生放电的发光物质是亚硒酸锗，该物质以其成分元素锗和硒的形式被引入放电容器，并且在灯的工作状态下以蒸气的形式出现。
然而，该灯的缺点是所产生的射线具有很高的色温，因此通常不适合用于一般的照明目的。在该应用场合中，更多的物质被引入到放电容器中，这些物质在可见光的更长的波长区域内产生明显的发射光。这些物质是诸如以某种混合比例混合的锡与至少一种卤素，以遵照如下双重目的产生足够的发射部分用于改变色温并且又不影响灯的稳定工作。另外，这些物质也对所需的锗和硒的数量或混合比例有影响，因此该灯的制造由于众多的参数而变得很复杂。
因此，本发明的目的是提供一种在开始的段落中所述的类型的气体放电灯，其可以以更简单的方式来产生光的发射，该发射也适用于一般的照明目的，特别是适用于在(低)色温方面的照明。
而且，本发明所提供的气体放电灯的发光效率或其它诸如演色性指数的灯参数能以简单的方式被调节到所需的数值。
这些目的依靠具有包括装入放电容器内的发光物质的放电气体的气体放电灯来实现，根据权利要求1所述，该气体放电灯的特征在于，其发光物质是由周期系统的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一种元素与VI-A族(O，S，Se，和Te)中的至少一种元素形成的化合物来形成，化合物GeSe除外。
该方案的主要优点是依靠元素的选择，在不需要更多的添加物的情况下也可以优化一些灯参数。
从属权利要求项涉及本发明的优选的更进一步的实施例。
如权利要求2到4所定义的实施例，其可能产生具有大致相当于自然光的色温的光，以使该灯特别适用于一般照明目的。
而且，由此可实现非常高的发光效率，并且较低的碲化锗的饱和蒸气压力也对(再)起弧性能、放电的稳定性、和灯的寿命有明确程度的改善。
最终发现的是，特别是在该实施例中，不仅可通过在高频或微波范围内的交流电磁场以无电极的方式提供电力，也可通过常规金属，特别是钨电极，来提供电力，因为其具有比较低的反应性(特别是GeTe)。
权利要求3和4指出了元素的优选的数量和混合比例，该元素形成了用于灯稳定工作的发光物质，同时权利要求5和6描述了优选的初始气体及其量。
依照权利要求7所述的灯尺寸，最终特别地实现了良好的灯的特性和性能。
特别是在权利要求8所述的实施例中，灯的显色特性会受到有利地影响。
这里应注意由JP-A-32 007247所公知的水银蒸气灯，在该专利中，除了放电气体以外，几种物质制成的细粉被引入放电容器。由放电被加热的该物质通过气流被散布在容器中，并随后产生选择性辐射，该辐射对发射光线的整体光谱具有积极的影响。所增加的物质由I、II、III或IV族的元素的氧化物与V、VI或VII族的元素的氧化物构成，以使该物质依赖所需的附加的选择性辐射的光谱而选定。除了与上述现有技术相似，依靠在该灯内的添加物实现光谱的改变的事实之外，因发光物质属于完全不同的化学族，所以该灯与本发明无关。
由下面结合附图的本发明的优选实施例的说明，本发明更进一步的特点、特征和优点将是显而易见的，在附图中
图1示出本发明的气体放电灯；图2示出由该灯产生的光的波长谱；和图3示出带有不同气体填充物的气体放电灯的波长谱。
图1示出依据本发明的在放电气体下运行的高压气体放电灯的可行实施例。该灯包括石英玻璃放电容器1，放电气体存在于其内。设置钨电极6、7以用于激发放电。电流由供电元件4、5提供，该元件穿过在放电容器1的相对的端部上的各自的夹紧部2、3，并且与钨电极6、7相连接。所有这些元件被外壳8包围，外壳8在其一个端部上具有夹紧部9，真空密封的电源线10、11延伸通过该夹紧部。外壳8上的常规的螺口灯头12通过电源线10、11与供电元件4、5相连接。
在灯的另外的实施例中，可在没有电极的情况下，借助于用于耦合高频(HF)或微波辐射的装置(如微波谐振器)进行供电，借助该装置在高频或微波范围内产生交流电磁场，以穿过放电气体。
放电容器1容纳有放电气体，该气体除了包括作为启动气体使用的诸如氩的稀有气体外，还可能包括诸如汞的缓冲气体、作为发光物质的周期系统的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一种元素与VI-A族(O，S，Se，Te)中的至少一种元素形成的化合物，该化合物以其成分元素的形式被引入放电容器中。
当发光物质由碲化锗(GeTe)形成时，可获得极为有利的特性。分别为每cm3容器容积至少约0.1μmol的量的锗和碲因该目的被引入放电容器。为了避免额外形成Te2，锗和碲之间的摩尔比率选择成大于约0.25。如果该比率为大于1，则大量的锗将会残存在底部，直到气体成分再达到约为1的摩尔比率为止。放电容器的材料可为石英(SiO2)，致密烧结的氧化铝(Al2O3)，或其它氧化的陶瓷物质。
在(第一)实施例进行的相关测试中，除了具有约100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷压的作为启动气体的氩气之外，约12.6mg的锗(＝173μmol)和约22.1mg的碲(＝166μmol)被引入内径约为32-33mm的球形的石英放电容器。气体放电依靠发出约2.45GHz频率的微波谐振器产生。灯和谐振器的整体系统的功率消耗约为800W，在放电容器的最冷点出现约1200K的温度，该最冷点相应的碲化锗(GeTe)的饱和蒸气压力约为0.2bar。
图2和图3中的曲线I显示了由该第一种充气气体产生的光谱，其显示出光发射的最大值大致位于光的可见光谱区域的中部。
假定由于谐振器壁中的电流，微波谐振器发生约10％的功率损失，则720W的等离子体的功率产生81.5klm的光通量，也就是113lm/W的等离子体功效。所产生的光具有在原色三角形中坐标为x＝0.3383和y＝0.3954时的约5330K的色温，并且显色指数Ra8＝84.9。
因此，该第一实施例以其特别高的发光功效和大致相当于自然光的特别低的色温为特征。而且，由于GeTe的约为0.2bar的较低的饱和蒸气压力，气相下锗和硫族化物的浓度是特别低的。令人惊讶的发现是，(再)起弧特性、放电的稳定性、和灯寿命等该灯的工作特性由此受到非常有利地影响。特别有益的是，因为锗和硫族化物的较低的局部压力，确实延长了带有钨电极的灯的寿命。带有钨的硫族化物的反应性实际上显示了由硫开始经硒直到碲的下降的趋势，因此特别是带有GeTe填充物的灯也能在常规的诸如钨电极的金属电极的情况下可靠地工作。
该第一实施例特别获得的测试结果也是令人惊讶的，因为，例如使用GeO作为发光物质的情况下，光发射的最大值位于约280nm处，并且该光谱没有足够远地延伸到可见光区域以使GeO灯可用做光源使用。一些实验确实已显示出向较重的锗的硫族化物的偏移，即分子量的增加，这也导致光发射最大值向更长波长的明显的偏移。另外，在给定气相下的锗的硫族化物足够地更高的浓度的情况下，出现了谱带系统的短波射线的自吸收，使得光发射最大值位于谱带顶部的上方，并且更进一步地随具有升高的锗的硫族化物的压力向更长波长方向偏移。
然而，在另一方面，除了GeO以外，由较轻的锗的硫族化物向较重的锗的硫族化物的过渡导致额外的问题，即蒸气压力强烈地下降。由于石英玻璃放电容器最高温度必须保持在约1400K的软化或结晶点以下，因此在实际应用中容器的最冷点必须不超过约1200K。然而，在此温度，蒸气压力是非常低的，特别是对具有0.2bar压力的GeTe而言(GeO30mbar、GeS20bar、GeSe2bar)，因此不希望在如此低的蒸气压力下放电，其光发射最大值已大致位于光的可见光谱区域的中部并且具有较高的辐射功效(113lm/W)。
更进一步显示出的是，在带有其它锗的硫族化物的情况下，当被引入放电容器的硫族元素(VI-A族)与金属元素(IV-A)的摩尔比率是在2以下，优选为1∶1的比率，以使足够量的硫族化物进入气相时，等离子体功效和色温也可达到有益的数值。
在第二实施例中，除了具有约100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷压的作为启动气体的氩气之外，具有约32-33mm内径的球形放电容器被充以约32.7mg的锗(＝450μmol)和约13.5mg的硫(＝433μmol)。气体放电依靠发出约2.45GHz频率的微波谐振器产生。由于约800W的灯和谐振器的整体系统的功率消耗，全部数量的GeS都处在气态下，并且在放电容器内出现5.6bar的压力。
图3中的曲线II显示了在第二种充气方式下所产生的光谱，从中显而易见的是，光发射的最大值与GeTe的相比已向较短的波长方向偏移。
假定由于谐振器壁中的电流，微波谐振器发生约10％的功率损失，则720W的等离子体功率产生66.9klm的光通量，也就是93lm/W的等离子体功效。所产生的光具有在原色三角形中坐标为x＝0.2790和y＝0.2784时的约10,870K的色温，并且显色指数Ra8＝93.7。
在第三实施例中，除了具有约100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷压的作为启动气体的氩气之外，具有约32-33mm内径的球形放电容器再次被充以约32.7mg的锗(＝450μmol)和约34.2mg的硒(＝433μmol)。气体放电依靠发出约2.45GHz频率的微波谐振器产生。约800W的灯和谐振器的整体系统的功率消耗导致在放电容器的最冷点的温度约为1200K，导致GeSe的饱和蒸气压力约为2bar。
在图3中的曲线III显示了由该第三种充气产生的光谱。该光发射的最大值位于GeTe和GeS的光发射最大值之间。
假定由于谐振器壁中的电流，微波谐振器发生约10％的功率损失，则720W的等离子体功率产生69.7klm的光通量和97lm/W的等离子体功效。所产生的光具有在原色三角形中坐标为x＝0.2783和y＝0.2992时的约9660K的色温，并且显色指数Ra8＝97.0。
另外显示出的是，在功率增加并从而在放电容器的壳壁温度增加的情况下，上述实施例的光发射最大值向更长波长的方向偏移，这对于实现较低的色温是所希望的。为更进一步加强该偏移，并且增加发光功效，三种措施被发现是有效的增加放电容器内部的气体压力，扩大容器的直径，以及光发射从容器壁面反射回到放电空间。
总之，由上述数据及图3可明显看到的是，通过含有碲化锗作为发光物质的灯(第一实施例)，可以实现特别有利的特性。
加入卤族元素，特别是使用锡和铅的硫族化物时是有利的，即优选为金属(M)与硫族元素(C)与卤族元素(X)的摩尔比率为1比1比2，其对应的化合物为MCX2。放电容器内的总蒸气压力因此增加。
最终发现的是，所有上述的发光物质可与常规的金属电极相结合，例如与由钨制成的金属电极相结合，以使依靠高频或微波辐射的激发不是绝对必需的。
权利要求
1.一种具有放电气体的气体放电灯，该放电气体包括封装入该放电容器内的发光物质，其特征在于，所述发光物质由周期系统的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一种元素与VI-A族(O，S，Se，和Te)中的至少一种元素形成的化合物来形成，化合物GeSe除外。
2.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述发光物质由碲化锗(GeTe)形成。
3.如权利要求2所述的气体放电灯，其特征在于，所述碲化锗在灯的运行状态下由以每cm3的所述容器容积至少约0.1μmol的量被引入放电容器中的锗和碲来形成。
4.如权利要求2所述的气体放电灯，其特征在于，所述锗与碲的摩尔比率约为0.25以上。
5.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述放电气体包括作为启动气体的稀有气体，例如氩气。
6.如权利要求5所述的气体放电灯，其特征在于，所述放电容器包含在约100mbar的冷压下或每cm3的放电容器容积约4.0μmol的量的启动气体。
7.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述放电容器为大致球形的石英容器。
8.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述放电气体包括卤族元素，并且IV-A族中的元素与VI-A族中的元素与卤族元素的摩尔比率约为1比1比2。
9.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，设置有金属电极或用于耦合高频(HF)或微波辐射的装置以便提供电源，依靠该金属电极或该装置在高频或微波区域内可产生穿过该放电气体的交流电磁场。
全文摘要
一种具有放电气体的气体放电灯，该放电气体包括封装在放电容器内的发光物质，其特征在于，该发光物质由周期系统的IV－A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一种元素与VI－A族(O，S，Se，和Te)中的至少一种元素形成的化合物来形成，化合物GeSe除外。令人惊讶的发现是，通过使用这种物质，特别是GeTe，在较低的蒸气压力下，其光发射最大值约位于光的可见光谱区域的中部，并获得非常高的发光功效。而且，该发射的光具有大致相当于没有添加物的自然光的色温，相对于许多其它的气体放电灯，由此提供了用于一般照明目的的灯的使用。
文档编号H01J65/04GK1515021SQ02811452
公开日2004年7月21日 申请日期2002年6月6日 优先权日2001年6月8日
发明者R·P·肖尔, R·希尔比格, A·克尔贝尔, J·拜尔, R P 肖尔, 炊, 雀 申请人:皇家菲利浦电子有限公司