专利名称：具有用于改进变暗特性的卤化镁填充物的金属卤素灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及高强度放电灯，特别涉及高强度放电金属卤素灯。具体地说，涉及一种用于陶瓷放电金属卤素灯的金属卤化填充物。陶瓷金属卤素灯通常在其填充物中包含TlI和NaI。但是，其它已知的金属卤化物材料，例如DyI3、HoI3和TmI3也多有使用。
背景技术：
本发明一般涉及高强度放电(HID)灯，特别涉及具有陶瓷放电容器的金属卤素灯，它具有优良的变暗特性。具有高效率的低功率金属卤素灯已经广泛应用于内部照明。直到现在，几乎所有金属卤素灯被用于普通的照明，并以额定功率工作。由于在节能照明系统方面日益增长兴趣，一些可变暗的金属卤化物填充系统可在市场上购得，用于金属卤素灯。在暗淡条件下工作(通常变暗为额定功率的50％)时，市场上获得的常规金属卤素灯的性能大大下降。通常，当显色指数(CRI)降低时，色温(CCT)明显增加。并且灯色调将根据灯的化学成分从白色变为发绿或发粉。另外，灯的效率通常明显下降。
在变暗条件下，从市场获得的金属卤素灯发出的光线具有非常强的绿色调，这对于许多户外应用来说是非常令人厌烦的。在变暗的陶瓷金属卤素灯的光线中的强绿色调是由于Tl绿线(535.0nm)造成的。在变暗条件下，放电管壁温度，以及其冷点温度与在额定功率的温度相比是非常低的。在变暗条件下，在较低的冷点温度时，放电管中的TlI的分压比率与其它金属卤化物的分压相比高得多。在变暗条件下，相对较高的TlI分压在535.0nm发出相对较强的绿Tl辐射。由于在535.0nm处的Tl辐射非常接近于人眼敏感曲线的峰值，以额定功率获得较高的照明效率，因此用TlI做为在几乎所有商用陶瓷金属卤素灯中的填充成分。
对于本发明，在变暗条件下，用陶瓷放电容器在350和600mmHg这样相对较高的压力之间，由陶瓷放电管的新的化学填充物在充氮气的外壳中获得优良的灯性能。在新发明的灯中，MgI2被用在该放电管中，代替陶瓷金属卤素灯的填充成分中的TlI。MgI2被用于取代作为填充成分的TlI，因为Mg具有较高的绿辐射效率，并且具有与在放电管掺杂中的稀土金属碘化物相类似的随温度改变的蒸汽压力变化。
由于随温度改变的类似蒸汽压力变化，MgI2的分压将在变暗条件下与其它稀土金属卤化物成比例地下降。这导致在变暗条件下的白光灯，不具有TlI的灯的绿色调。
并且，在额定功率下，相对较高的MgI2蒸汽压力导致在518.4nm的相对较强的绿光辐射。由于在518.0nm的Mg辐射非常接近于人眼敏感曲线的峰值，因此，在额定功率下，用MgI2作为其中一种填充成分获得较高的照明效率。(在一些情况下，MgBr2可以代替TlI)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种陶瓷金属卤素灯，它在变暗到大约50％的功率时，基本上保持其白色色调。
本发明的另一个目的是提供一种陶瓷金属卤化物放电管填充配方，在额定功率下，它给出基本上与当前在市场可获得的产品相类似的性能(包括效率、CRI、CCT和Duv)。
本发明的又一个目的是提供一种陶瓷金属卤素灯，变暗时，它的性能不下降，并且它的外壳内填充有高压气体，从而在使用寿命结束时或者在该灯的使用寿命过程中因外壳泄露而防止电弧。
本发明的再一个目的是提供一种陶瓷金属卤素灯，其在变暗到大约50％的功率时，其显色指数保持在70以上。
相关技术的描述现有的金属卤素放电灯的缺点如下1.现有金属卤素灯最好用于额定功率，而没有考虑变暗性能。
2.当灯功率下降到大约额定值的50％时，相关色温大大增加，通常大于1000°K。对于大多数户内应用来说，这种该改变是不可接受的。
3.当灯功率下降到大约额定值的50％时，显色指数显著下降。
4.当灯功率下降到大约额定功率的50％时，由常规金属卤素灯辐射的光线具有色点，它远离黑体线，导致非白色的色调。
美国专利US5,698,948公开了一种灯，其中包含Mg、Tl以及从一组Sc、Y和Ln中选择一种或几种元素的卤化物。该灯填充物还包含Mg，以提高光通量。由于在变暗条件下相对较高的TlI汽压力，该灯的缺点在于当变暗到低于额定功率时具有强的绿色色调。
根据本发明的灯在它的化学填充物中没有包含TlI从而在变暗条件下没有由于较高TlI汽压力而造成的色调改变。
根据本发明的灯包含作为一种主要填充材料的MgI2。该MgI2的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的大约5％和50％之间。它取代用于绿光发射的TlI，并且达到与包含Tl填充物的商用灯相同的照明效率。美国专利US5,698,948的灯包含MgI2作为一种对填充成分的附加成分，用以在灯使用寿命过程中提高亮度。根据本专利，通过把Mg填加到灯的填充物中，可以用尖晶石(MgAl2O4)来影响Sc、Y和Ln之间的一种或几种化学反应的平衡，达到这样的程度，使得容易在灯使用寿命开始之后的短时间内获得这种平衡，在此之后不再发生进一步消除成分Sc、Y和Ln的情况。由于Mg附加物是用于减小填充成分与壁面之间的化学反应的，因此Mg填充物的量取决于放电容器的内壁的表面面积。
由于在本发明中的MgI2填充物用于光发射，以及用于在变暗条件下获得更好的灯性能，因此最佳的MgI2填充物的量基于在额定功率下的灯性能以及减小的功率条件，而不是基于放电容器的表面面积。
图1为一种陶瓷金属卤素灯的部分截面正视图。
图2为示出本发明第一实施例中放电管结构的放大截面视图。
图3为示出根据实施例I的灯和现有的可在市场上获得的灯的100小时的光度测定的显色指数(CRI)的曲线。
图4为示出根据实施例I的灯和现有的可在市场上获得的灯的100小时光度测定的以每瓦特流明数(LPW)为单位的灯效率的曲线。
图5给出根据实施例I的灯和现有的可在市场上获得的灯的100小时光度测定的相关色温(CCT)。
图6给出根据实施例I的灯和现有的可在市场上获得的灯的100小时光度测定的Duv。
具体实施例方式
本发明的一个目的是提供一种金属卤素灯，其中在变暗条件下能够获得优越的颜色性能。
根据本发明，该灯的可离子化填充物还包括MgI2，其摩尔量在全部卤化物的总摩量的10％和50％之间。
根据本发明的灯具有如下优点，即灯的相关色温在变暗过程中几乎不改变，并且在额定功率下，该灯的照明效率不受到新填充物的负面影响。
从化学填充物中消除TlI具有这样的优点，即在额定功率下和在降低为50％的降低功率下，由灯所辐射的光线具有接近于黑体线的色点。
本发明的灯在变暗性能上比现有的灯具有显著的优点。在先前的专利申请中(Zhu等人，申请号09/074,633)，灯必须具有在真空外壳中发光的放电管，以减小来自放电管的冷点的热损耗，并且金属热屏蔽被用于该放电管，以减小在变暗过程中来自冷点的辐射热损耗。由于高的电压启动脉冲通常用于低功率金属卤素灯来启动该灯。当放电管泄露或者存在缓慢的外壳泄露时，具有真空外壳的灯可能使该灯产生电弧。并且耐火金属热屏蔽的使用可能导致较高的灯制造成本。
利用本发明的灯，在氮气填充的外壳中具有优良的变暗特性的陶瓷金属卤素灯，在其使用寿命过程中不太容易受到彻底的毁坏。
优选实施例的描述参见图1，本发明的灯10包括装配标准玻璃管口16的常规基座12的灯泡状封装11。与常规情况相同，引线14和15从基座12通过管口16延伸到封装11内部。由弯线结构15、15a所形成的线束置于封套11中。该线束固定在封套中的凹陷24上。线束15、15a和线束14a支承一个放电管20。线束14a被焊接到该引线14。附着到该线束15a上的一对紧固带22a、22b支承环绕放电管20的一个遮罩23。常规的吸气剂9附着在该线束15a上。支承电极(未示出)的线30a、30b分别附着到线束15a上，并且导线14a把电能提供到灯并且还提供支承作用。线30a、30b置于内部并且密封到一对窄管21a、21b。
图2示出一个放电管结构的放大截面视图。在图2中，放电管20包括基本上成圆柱形的主管25，并且第一和第二盘体28a和28b分别置于主管25的两端的开孔处。主管25和第一及第二盘体28a和28b由半透明的陶瓷材料所制成。通过烧结处理，使第一和第二盘体28a和28b收缩固定到主管25上，使得主管25被气密。
通过收缩固定，使圆柱形窄管21a的一端与第一盘体28a形成整体。按照类似的方式，通过收缩固定，使圆柱形窄管21b的一端与第二盘体28b形成整体。一个导电密封部件26a、第一引线31a和第一主电极轴29a被整体形成，并且插入在该圆柱形窄管21a中。特别地，第一引线31a的一端通过焊接与密封部件26a的一端相连接，并且第一引线31a的另一端通过焊接与第一主电极轴29a的一端相连接。然后，密封部件26a通过玻璃料27a固定到圆柱形窄管21a的内表面上，使得圆柱形窄管21a被气密密封。当密封部件26a、第一引线31a和第一主电极轴29a置于圆柱形窄管21a中时，密封部件26a的另一端导出到圆柱形窄管21a的外部，并且作为外部引线30a。
另外，通过焊接整体形成电极线圈32a，并将其固定到第一主电极轴29a的另一端的端部，从而第一主电极33a由第一主电极轴29a和电极线圈32a所构成。第一引线31a作为把第一主电极33a置于主管25的预定位置的一个引入部分。密封部件26a由铌的金属线所形成。例如，密封部件26a的直径为0.9毫米，并且第一主电极轴29a的直径为0.5毫米。
类似地，在图2中，一个导电密封部件26b、第一引线31b和第一主电极轴29b被整体形成，并且插入在该圆柱形窄管21b中。特别地，通过焊接，使第一引线31b的一端与密封部件26b的一端相连接，并且通过焊接，使第一引线31b的另一端与第一主电极轴29b的一端相连接。然后，密封部件26b通过玻璃料27b固定到圆柱形窄管21b的内表面上，使得圆柱形窄管21b被气密密封。当密封部件26b、第一引线31b和第一主电极轴29b置于圆柱形窄管21b中时，密封部件26b的另一端导出到圆柱形窄管21b的外部，并且作为外部引线30b。
另外，通过焊接整体形成电极线圈32b，并且固定到第一主电极轴29b的另一端的端部，从而第一主电极33b由第一主电极轴29b和电极线圈32b所构成。第一引线31b作为一个引入部分，把第一主电极33b置于主管25的预定位置。密封部件26b由铌的金属线所形成。例如，密封部件26b的直径为0.9毫米，并且第一主电极轴29b的直径为0.5毫米。
在根据本发明的灯的实际实施中，放电容器由多晶铝制成。主电极轴和电极线圈由钨制成。电极的引线是钼。电极的导电密封部件是铌。灯的额定功率是150W。放电容器的填充物是10.5毫克的Hg以及7.6毫克的、摩尔比为42∶6∶29∶23的金属卤化物NaI、HoI3、TmI3和MgI2。Na、Dy、Ho和Tm的总摩尔量在大约50％和95％之间。另外，该填充物包括作为点火气体、填充压力为160毫巴的Ar或Xe。
图3至6示出本发明的灯与一种商用陶瓷金属卤素灯之间的比较结果，该灯以一种参考惰性物质工作，并且在IES参考条件下在两米的积分球中测量。该数据用基于CCD计算数据获取系统获得。在图3至6中表示的所有数据用该灯被垂直底部朝上的工作位置获得。对于在图3至6中表示的数据，该实验用150W的陶瓷金属卤素放电管来进行。
在根据本发明的灯的工作过程中，当与标准的灯相比较时，我们发现标准的灯在变暗时发绿，并且在变暗到大约50％明显地偏离黑体曲线。当采用本发明的化学填充物的灯变暗到大约50％时，它们基本保持在黑体曲线上，而没有绿色调，并且一般看起来是白色的。这种颜色是令人满意的，并且在暗淡条件下基本上不可能区分出任何颜色或者色调改变。
图3示出当该灯变暗时，显色指数(CRI)的改变。可以看出，当该灯变暗为额定功率的50％时，根据本发明的灯的CRI改变量小于标准的灯。
图4示出当该灯变暗时，每瓦特的灯有效流明数(LPW)的改变。可以看出，当变暗为50％功率时，根据本发明的灯和标准灯的LPW以非常类似的方式改变。
图5示出当该灯变暗时，相关色温(CCT)的改变。可以看出，当该灯变暗为额定功率的50％时，根据本发明的灯的CCT没有明显改变。对于现有的灯，当该灯变暗为额定功率的50％时，CCT明显改变。
图6示出当该灯变暗时，灯Duv的改变。众所周知Duv是偏离黑体的一个测量值。可以看出，当灯变暗为额定功率的50％时，根据本发明的Duv明显改变。
因此，可以得出结论，根据我们明确表述的灯，其中包含MgI2取代TlI，在额定功率时其性能可与标准的灯相比。该性能包括效率、CCT、CRI和Duv(这是测量光源接近黑体曲线的程度的一个测量值)。另外，当标准的灯变暗为50％的功率水平时，它们的性能明显退化。最讨厌的是，从终端用户的观点来看，退化时，CCT以及由Duv所给出的色调发生改变。如上文所述，这些问题通过在本发明中用MgI2代替TlI而消除。本发明的灯保持相同的CCT，并且在整个变暗范围内色调不变保持白色。
显然，在本发明的精神和范围内可以做出改变和变化，但是本发明仅仅受到如下权利要求的限制。
权利要求
1.一种具有优良变暗特性的金属卤素灯，所述灯包括由在高温下对钠具有阻挡作用的材料所形成的放电容器；位于该放电容器的相对端处的放电电极；以及一种填充物，它在该放电容器中包含水银和至少具有MgI2与MgBr2中的一种的金属卤化物，并且基本上不包含铊。
2.根据权利要求1所述的灯，其中所述灯进一步包括围绕在该放电容器周围的一个封装，所述封装填充有氮气。
3.根据权利要求2所述的灯，其中所述封装填充有压力在大约350和600mmHg之间的氮气。
4.根据权利要求1所述的灯，其中所述填充物包括至少一种稀有气体的元素，并且所述金属卤化物包含钠和至少一种稀土金属元素，并且所述MgI2和MgBr2中的至少一种的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的约5％和50％之间。
5.根据权利要求1所述的灯，其中所述填充物包括Ar或Xe，并且所述金属卤化物包括Na以及Dy、Ho和Tm元素的卤化物中的至少一种，并且所述MgI2和MgBr2中的至少一种的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的约5％和50％之间。
6.根据权利要求1所述的灯，其中所述填充物包括Ar或Xe，并且所述金属卤化物包括Na、Dy、Ho和Tm的卤化物，并且Na、Dy、Ho和Tm的卤化物在大约50和95％之间。
7.根据权利要求1所述的灯，其中所述Na、Dy、Ho和Tm的卤化物以碘化物或溴化物的形式存在。
8.根据权利要求1所述的灯，其中所述金属卤化物包括Dy卤化物，并且Dy卤化物的摩尔量在约0至20％之间。
9.一种具有优良变暗特性的金属卤素灯，所述灯包括由在高温下对钠具有阻挡作用的材料所形成的放电容器；位于该放电容器的相对端处的放电电极；以及一种填充物，其在该放电容器中包含水银、Ar或Xe、至少MgI2与MgBr2中的一种、Na和至少Dy、Ho和Tm中的一种的卤化物，并且所述MgI2和MgBr2中的至少一种的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的约5％和50％之间。
10.一种具有优良变暗特性的金属卤素灯，所述灯包括由多晶铝所形成的放电容器；位于该放电容器内的相对端处的放电电极；以及一种填充物，其在该放电容器中包含水银、Ar或Xe、至少MgI2与MgBr2中的一种、Na和至少Dy、Ho和Tm中的一种的卤化物，并且所述MgI2和MgBr2中的至少一种的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的约5％和50％之间。
11.一种具有优良变暗特性的金属卤素灯，所述灯包括由多晶铝所形成的放电容器；位于该放电容器内的相对端处的放电电极；围绕该放电容器的封装；以及一种填充物，其在该放电容器中包含水银、Ar或Xe、至少MgI2与MgBr2中的一种、Na和至少Dy、Ho和Tm中的一种的卤化物，并且基本上不包含铊，以及所述MgI2和MgBr2中的至少一种的摩尔量在全部卤化物的总摩尔量的约5％和50％之间。
12.根据权利要求11所述的灯，其中围绕该放电容器的所述封装被填充有氮气。
13.根据权利要求12所述的灯，其中所述封装填充有压力在大约350和600mmHg之间的氮气。
全文摘要
一种无铊的高压陶瓷金属卤素灯具有优良变暗特性,并具有包含MgI
文档编号H01J61/34GK1341950SQ0112068
公开日2002年3月27日 申请日期2001年7月27日 优先权日2000年7月28日
发明者诸惠林, 佳课布·玛雅 申请人:松下电工株式会社