专利名称：流明保持改善的石英金属卤化物灯的制作方法
技术领域：
本发明一般性涉及石英金属卤化物灯，并更具体地涉及流明保持改善的石英金属卤化物灯。
具有钠和钪化学组成和化学性质的石英金属卤化物灯提供有效的白色光和长寿命，已经使它们成为工业、零售业和户外照明行业选择的灯。但是，这些灯的流明保持需要加以改善。流明输出随灯寿命下降，需要更多的灯或及早更换。当石英金属卤化物灯老化时，电弧管中的高温使电极的钨气化到放电容器或电弧管器壁上，由此使器壁发黑。这种高温引起的电极腐蚀是石英卤化物灯的一个重要老化因素。
石英金属卤化物灯的流明保持定义为工作Y小时之后光输出与工作一百(100)小时之后灯的光输出的百分比。石英金属卤化物灯在Y小时下的平均流明保持额定为X％。可商购石英金属卤化物灯的典型寿命终点额定值为额定光线的60％到40％。
理想的将是提供一种流明保持改善的石英金属卤化物灯。
本发明的一个方面提供一种石英金属卤化物灯，包括限定内部空间的外部密封外壳和设置在内部空间中的电弧管，该电弧管具有填充空间。化学填充物设置在填充空间中。化学填充物包括卤化钠和镧系元素卤化物，并且镧系元素卤化物选自碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合。镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。电极部分设置在填充空间内。
本发明的第二个方面提供一种石英金属卤化物灯，包括限定内部空间的外部密封外壳和设置在内部空间中的电弧管。该电弧管具有填充空间和设置在填充空间中的化学填充物。化学填充物包括汞、卤化钠、镧系元素卤化物和卤化钪。触发稀有气体设置在填充空间中，并且电极设置在电弧管中，与触发稀有气体接触。镧系元素卤化物选自碘化铈、溴化铈、碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合，并且卤化钠大于化学填充物的77wt％。
本发明的第三个方面提供一种石英金属卤化物灯，包括限定内部空间的外部密封外壳和设置在内部空间中的电弧管。该电弧管具有含有化学填充物的填充空间和设置在填充空间中的触发稀有气体。电极设置在电弧管中，与触发稀有气体接触。化学填充物包括汞、卤化钠、镧系元素卤化物、卤化铟和卤化铊。镧系元素卤化物选自碘化铈、溴化铈、碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合，并且镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。
根据结合附图阅读以下本发明优选实施方案的详细说明，本发明的上述形式以及其它形式、特征和优点将变得进一步显而易见。详细说明和附图仅是本发明的举例说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
图1为根据本发明制得的石英金属卤化物灯的前视图；图2为相对于常规石英金属卤化物灯，本发明第一实施方案的石英金属卤化物灯的平均流明保持的变化图；和图3为相对于常规石英金属卤化物灯，本发明第二实施方案的石英金属卤化物灯的平均流明保持的变化图。
图1为根据本发明制得的石英金属卤化物灯的前视图。石英金属卤化物灯10包括限定内部空间13的外部密封外壳15，设置在内部空间13中并具有填充空间31的放电容器或电弧管30。电弧管30为封起填充空间31的柱体。化学填充物设置在电弧管30的填充空间31中，并且电极21和22部分设置在填充空间31内，处于封闭的电弧管30的相对端部。电极21和电极22由电弧管30的具有预定间距D的封闭端部保持就位，并且可接通以在电弧管30内产生电弧。
将化学填充物置于电弧管30的填充空间31中，并且触发稀有气体充满化学填充物未占据的任何填充空间31。当保持电极21和电极22以预定间距D就位时，电弧管30的端部被气密以将化学填充物和触发稀有气体封闭在填充空间31内。
电极21连接到电流引线33和34。电极22连接到电流引线35和36。提供辅助触发探头37和转换器38以促进灯触发。两个吸气器40和41吸收外部密封外壳15内的气体杂质。电弧管30安装在包括金属条42和43的框架上。导电体45经由导电体20连接到电流引线33和34。电线23，导电体24、45、46和47，管座48和电弧管30容纳在外部密封外壳15中，并提供结构体以使电弧管30定位在内部空间13中。在一个实施方案中，电弧管30和外部密封外壳15之间的内部空间13中存在真空。在可选实施方案中，电弧管30和外部密封外壳15之间的内部空间13中存在压力为0.1大气压到0.7大气压的氮气。导电体46和47连接到灯头16。导电体47连接到灯头壳17，导体46连接到灯头孔18。
交流电(AC)提供给灯头16并流向电极21、22以在电极21、22之间产生电弧。电极21、22之间的电弧使触发稀有气体的原子和分子离子化，使得化学填充物气化并变为放射性的。因此，当电流在电弧管30内产生电弧时，石英金属卤化物灯10产生光线。
通常，电弧管30由熔融石英制成，电极21、22由钨制成。在一个实施方案中，电极21和电极22由其中钍包含在钨电极中的镀钍钨制成。在一个实施方案中，外部密封外壳15由玻态玻璃材料制成。在一个实施方案中，石英金属卤化物灯10的额定功率大于或等于25瓦并小于或等于2000瓦。
举例说明的构造是示例性的，并不希望限制本发明的范围。当将如下所述化学填充物封闭在电弧管30内时，对于任何石英金属卤化物灯10构造都可以实现本发明的好处和优点。
设置在电弧管30中的化学填充物包括至少一种卤化钠和重量百分比为化学填充物的2wt％到6wt％的至少一种镧系元素卤化物。汞包括在化学填充物中。触发稀有气体也设置在电弧管30中。触发稀有气体可以选自Ar、Xe、Ne和Kr。
在一个实施方案中，设置在电弧管30中的化学填充物包括重量百分比为化学填充物的2wt％到6wt％的至少一种镧系元素卤化物，以及卤化钠、卤化钪、卤化铟、卤化铊及其组合。在一个实施方案中，镧系元素卤化物选自碘化铈(CeI3)和溴化铈(CeBr3)、碘化铕(EuI3)、溴化铕(EuBr3)、碘化镨(PrI3)、溴化镨(PrBr3)、碘化镱(YbI3)、溴化镱(YbBr3)及其组合。在一个实施方案中，镧系元素卤化物具有3wt％到5wt％的重量百分比。
镧系元素卤化物降低电极21、22的温度。功函数是能量量纲的数值，其确定固体在给定温度下的热电子发射。铈、铕、镱和镨的功函数低，降低电极21、22的温度。这一点导致来自电极21、22的钨蒸发减少，并且降低了器壁发黑，改善了流明保持。铈、铕、镱和镨的功函数分别为2.7eV、2.54eV、2.59eV和2.8eV。
对于其中电极21、22为镀钍钨电极的实施方案，化学填充物可以进一步包括碘化钍(ThI4)。在一个实施方案中，ThI4具有化学填充物的1wt％到4wt％的重量百分比。在另一个实施方案中，ThI4具有2wt％到3wt％的重量百分比。
进行长期寿命测试实验以评价具有镀钍钨电极、具有包括与NaI-ScI3混合的CeI3的化学填充物的石英金属卤化物灯的流明保持系数。测试灯1具有2％的镀钍钨电极和与NaI-ScI3混合的3wt％CeI3的化学填充物。以摩尔百分比计，测试灯1具有包括93.8摩尔％的NaI、5.0摩尔％的ScI3和1.2摩尔％的CeI3的化学填充物。测试灯2具有1％的镀钍钨电极和与NaI-ScI3混合的2.4wt％CeI3的化学填充物。以摩尔百分比计，测试灯2具有包括95.7摩尔％的NaI、3.5摩尔％的ScI3和0.8摩尔％的CeI3的化学填充物。表1显示测试灯和对比灯的化学填充物的细节。其中化学填充物中包括CeI3的石英金属卤化物测试灯还具有少量加入到化学填充物中的钪。将充足的汞剂量加入到化学填充物中，以在触发稀有气体离子化之后承受电弧管30内的电弧。测试灯和对比灯都具有氩气触发稀有气体。
表1
测试灯和对比灯如图1所示构造。所有灯均在恒定瓦数自耦变压器镇流器上垂直向上位置中老化。用光度计以各种测试间隔测量光输出。光度计测量提供与石英金属卤化物测试灯和对比灯有关的相关色温、以流明/瓦计的功效和其它参数。
图2为相对于常规石英金属卤化物灯，本发明第一实施方案的石英金属卤化物灯的平均流明保持的变化图。如图2所示，与对比1的灯(表1行2)相比，具有NaI-ScI3和3wt％CeI3的测试1的四个灯(表1行1)具有更高的平均流明保持。在工作3500小时之后，具有NaI-ScI3和3wt％CeI3的测试1的灯具有82.4wt％的流明保持。这一点比3500小时下对比1的灯的68.4％流明保持高14％。与对比1的灯相比，具有NaI-ScI3和3wt％CeI3的测试1的灯在工作100小时之后具有更短的辉光-电弧过渡测量值。100小时下的光输出和光输出的色彩特性与测试1的灯和对比1的灯类似。灯电压上升以及随时间的色移与测试1的灯和对比1的灯类似。
图3为相对于常规石英金属卤化物灯，本发明第二实施方案的石英金属卤化物灯的平均流明保持的变化图。如图3所示，与对比2的灯(表1行4)相比，具有NaI-ScI3和2.4wt％CeI3的测试2的五个灯(表1行3)具有更高的平均流明保持。在工作3500小时之后，具有NaI-ScI3和2.4wt％CeI3的测试2的灯具有78.2％的流明保持。这一点比3500小时下对比2的灯的65.4％流明保持高12.8％。与对比2的灯相比，具有NaI-ScI3和2.4wt％CeI3的测试2的灯在工作100小时之后具有更短的辉光-电弧过渡测量值。100小时下的光输出和光输出的色彩特性与测试2的灯和对比2的灯类似。灯电压上升以及随时间的色移与测试2的灯和对比2的灯类似。
这些实验证明通过在化学填充物中包含2wt％6wt％的CeI3，石英金属卤化物灯10的流明保持得到改善。本领域技术人员将理解，对于镀钍钨和未镀钍钨电极21、22，流明保持中的类似改善可由如下所述化学填充物实施方案得到。在如下所述实施方案中，钠、镧系元素、钪、锂、铟和铊卤化物可以化合物以及化学族内元素的各种组合使用。
在一个实施方案中，利用在NaI-ScI3的化学填充物中包含2wt％到6wt％的CeI3，具有镀钍钨电极21、22的石英金属卤化物灯10的流明保持得到改善，其中卤化钠大于化学填充物的75wt％。向其中卤化钠大于化学填充物的75wt％的NaI-ScI3的化学填充物中添加2wt％到6wt％的CeI3还改善了具有未镀钍钨电极21、22的石英金属卤化物灯10的流明保持。在可选实施方案中，2wt％到6wt％的CeI3用2wt％到6wt％的CeI3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种替代。
在一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠和镧系元素卤化物。镧系元素卤化物为EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种，并且为化学填充物的2wt％到6wt％。在另一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠和镧系元素卤化物。镧系元素卤化物为EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种，并且为化学填充物的3wt％到5wt％。
在一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠和CeI3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种的镧系元素卤化物。镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到5.4wt％。在一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠和CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种的镧系元素卤化物。镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到4wt％。在另一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠和CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种的镧系元素卤化物。镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％，并且卤化钠大于化学填充物的77wt％。
在一个实施方案中，将2wt％到6wt％的EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种加入到包括卤化钠和卤化钪的化学填充物中。在另一个实施方案中，将2wt％到6wt％的EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种加入到包括卤化钠、卤化钪和卤化锂的化学填充物中。在另一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠、卤化钪和卤化锂(NaI-ScI3-LiI)。
在一个实施方案中，将2wt％到6wt％的EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种加入到包括卤化钠、卤化铟和卤化铊的化学填充物中。
在一个实施方案中，化学填充物包括大于化学填充物的77wt％的卤化钠，以及汞、卤化钪和CeI3、CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种。在一个实施方案中，化学填充物包括大于化学填充物的77wt％的卤化钠，以及汞、卤化钪、卤化锂和CeI3、CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种。
在一个实施方案中，化学填充物包括汞、卤化钠、卤化铟和卤化铊，以及选自CeI3、CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和YbBr3的一种或多种镧系元素卤化物。在该实施方案中，镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。在一个实施方案中，化学填充物包括卤化钠、卤化铟和卤化铊(NaI-InI-TlI)。
在一个实施方案中，将3wt％到5wt％的CeI3、CeBr3、EuI3、EuBr3、PrI3、PrBr3、YbI3和/或YbBr3的一种或多种加入到包括卤化钠、卤化铟和卤化铊的化学填充物中。
本领域技术人员应理解可以向化学填充物中加入其它元素和化合物，以产生所需效果。可以将1wt％到4wt％的ThI4加入到任何上述化学填充物中，以保证经过几千小时的灯工作寿命存在足够的钍。在一个实施方案中，仅在如果电极21、22为镀钍钨电极时，才将1wt％-4wt％的ThI4加入到上述化学填充物中。也可以将汞加入到上述化学填充物中，以帮助触发该石英金属卤化物灯10。
虽然目前认为在此公开的本发明实施方案是优选的，但是在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以做出各种变化和改进。本发明的范围在所附权利要求中指定，并且在等同物意义和范围内出现的所有变化均拟包括在内。
权利要求
1.一种石英金属卤化物灯(10)，包括限定内部空间(13)的外部密封外壳(15)；设置在内部空间(13)中的电弧管(30)，该电弧管(30)具有填充空间(31)；设置在填充空间(31)中的化学填充物，该化学填充物包括卤化钠和镧系元素卤化物；和部分设置在填充空间(31)内的电极(21、22)；其中镧系元素卤化物选自碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合，并且其中镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。
2.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中碘化铈为镧系元素卤化物之一，并且其中镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到5.4wt％。
3.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中碘化铈为镧系元素卤化物之一，并且其中镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％，以及卤化钠大于化学填充物的75wt％。
4.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中溴化铈为镧系元素卤化物之一，并且其中镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到4.0wt％。
5.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中溴化铈为镧系元素卤化物之一，并且其中镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％，以及卤化钠大于化学填充物的77wt％。
6.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中化学填充物进一步包括卤化钪。
7.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中化学填充物进一步包括卤化钪和卤化锂。
8.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中化学填充物进一步包括卤化铟和卤化铊。
9.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中电极(21、22)为镀钍钨电极并且化学填充物进一步包括碘化钍。
10.权利要求9的石英金属卤化物灯(10)，其中碘化钍为化学填充物的1wt％到4wt％。
11.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中化学填充物进一步包括汞。
12.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，进一步包括设置在填充空间(31)内与电极(21、22)接触的触发稀有气体。
13.权利要求12的石英金属卤化物灯(10)，其中触发稀有气体选自Ar、Xe、Ne和Kr。
14.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中镧系元素卤化物为化学填充物的3wt％到5wt％。
15.权利要求1的石英金属卤化物灯(10)，其中石英金属卤化物灯(10)的额定功率大于或等于25瓦和小于或等于2000瓦。
16.一种石英金属卤化物灯(10)，包括限定内部空间(13)的外部密封外壳(15)；设置在内部空间(13)中的电弧管(30)，该电弧管(30)具有填充空间(31)；设置在填充空间(31)中的化学填充物，该化学填充物包括汞、卤化钠、镧系元素卤化物和卤化钪；设置在填充空间(31)中的触发稀有气体，和设置在电弧管(30)中与触发稀有气体接触的电极(21、22)；其中镧系元素卤化物选自碘化铈、溴化铈、碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合，并且卤化钠大于化学填充物的77wt％。
17.权利要求16的石英金属卤化物灯(10)，其中化学填充物进一步包括卤化锂。
18.权利要求16的石英金属卤化物灯(10)，其中电极(21、22)为镀钍钨电极并且化学填充物进一步包括碘化钍。
19.权利要求18的石英金属卤化物灯(10)，其中碘化钍为化学填充物的1wt％到4wt％。
20.一种石英金属卤化物灯(10)，包括限定内部空间(13)的外部密封外壳(15)；设置在内部空间(13)中的电弧管(30)，该电孤管(30)具有填充空间(31)；设置在填充空间(31)中的化学填充物，该化学填充物包括汞、卤化钠、镧系元素卤化物、卤化铟和卤化铊；设置在填充空间(31)中的触发稀有气体，和设置在电孤管(30)中与触发稀有气体接触的电极(21、22)；其中镧系元素卤化物选自碘化铈、溴化铈、碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合，并且镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。
21.权利要求20的石英金属卤化物灯(10)，其中电极(21、22)为镀钍钨电极并且化学填充物进一步包括碘化钍。
22.权利要求21的石英金属卤化物灯(10)，其中碘化钍为化学填充物的1wt％到4wt％。
全文摘要
一种石英金属卤化物灯(10)，包括限定内部空间(13)的外部密封外壳(15)和设置在内部空间(13)中的电弧管(30)，该电弧管(30)具有填充空间(31)。化学填充物设置在填充空间(31)中。化学填充物包括卤化钠和镧系元素卤化物，该镧系元素卤化物选自碘化铕、溴化铕、碘化镨、溴化镨、碘化镱、溴化镱及其组合。镧系元素卤化物为化学填充物的2wt％到6wt％。电极(21、22)部分设置在填充空间(31)内。
文档编号H01J61/22GK101053058SQ200580037718
公开日2007年10月10日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月3日
发明者J·屠 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司