专利名称：无汞分子放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及无汞分子放电灯。
背景技术：
低压气体放电灯经常包括汞作为用于生成紫外(另外也称为UV)光的主要成份。包括发光材料的发光层可存在于放电容器的内壁上从而将来自汞的UV光转换成增大波长的光，例如用于医学目的的υν-C、用于晒黑目的(太阳晒黑灯)的UV-B和UV-A或者用于通用照明目的的可见辐射。这些放电灯因此也称为荧光灯。低压汞蒸气放电灯的放电容器通常由以气密方式封住放电空间的透光的包壳构成。放电容器通常是圆形的并且包括细长且紧凑的实施例。低压放电灯的新发展导致引入了至少部分地发射可见光的所谓分子放电灯。这些分子放电灯包括金属化合物以及例如卤素。除了金属的特征线之外，从放电空间发射的光还包括来自存在于放电空间内该金属的不同化合物(诸如氯化物、溴化物、碘化物和/或例如碘氧化物)的贡献。所述金属的这些不同化合物典型地发射无需经由发光层转换的可见光。因此，分子放电灯的效率通常高于非分子放电灯的效率。例如从W02007/132368得知这种分子放电灯。这些已知分子放电灯的缺点在于效率和/或效能仍不是最佳的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有提高的效率和/或效能的分子气体放电灯。根据本发明的第一方面，该目的是利用一种无汞分子放电灯来实现的，包括 透光放电容器，以气密方式封住包括气体填充物的放电空间，
放电装置，用于维持放电空间内的放电，以及
放电改变装置，用于在操作中改变气体填充物内的放电相对于彼此的位置，和/或用于随时间改变气体填充物内的放电的尺度以用于增大无汞分子放电灯的输出功率和/或
光通量。气体填充物内的放电相对于彼此的位置改变涉及这样的实施例，其中放电的位置在气体填充物内改变，在该气体填充物中存在放电的气体填充物的位置相对于放电改变， 并且在该气体填充物中气体填充物和放电二者的位置被改变，以及在该气体填充物中存在气体填充物和放电相对于彼此的位置改变的速度或方向差异。不希望受任何具体理论约束，发明人已发现当气体填充物内的放电的位置改变时，无汞分子放电灯中分子放电的效率提高。如前文所指明，分子放电灯通常发射可见范围内的光，因此省略了对典型地用于将紫外辐射转换为可见光的发光材料的需求。因此，与已知低压放电灯相比，分子放电灯的效率已经提高。在用无汞分子放电灯进行的实验中，发明人已发现通过在操作中改变气体填充物内放电的位置和/或尺度，分子放电灯的发射强度的增大被记录。已经发现，发射强度的增大包括气体填充物内的放电的最佳改变速度或最佳改变频率。再者，这些实验表明，在最佳改变速度或最佳改变频率下比较缓慢地达到最大发射强度在达到最大发射强度之前，按照最佳改变速度或改变频率操作无汞分子放电灯要花费10分钟以上的时间。观察到了高达大约偏离最佳改变速度或改变频率的值的发射强度两倍的最大发射强度。另一方面，实验已经揭露了在将改变速度或频率改变到偏离最佳改变速度或频率的值时，发射强度的比较快速减小被记录强度的减小可在偏离最佳改变速度和/或改变频率的值处操作无汞分子放电灯几秒之后发生。尽管在最佳改变速度和 /或改变频率的无汞分子放电灯这种提高的效率后面的物理过程未被完全理解，但是由于与当无汞分子放电灯在偏离最佳改变速度或改变频率的值处操作时减小发射强度所需的时间相比，在应用最佳改变速度之后达到最大发射强度所需的时间的差异，发明人已经排除了气体填充物中不同成份的混合效应。根据本发明的分子放电灯为无汞分子放电灯。放电中存在汞将生成较大数量的紫外辐射。由于由分子放电灯生成的辐射优选地是可见光，紫外辐射的存在不是优选的。再者，汞的部分发射光谱包括紫色/蓝色范围内的发射。如果汞存在于放电中，则由于汞的原因，蓝色或紫色的较强贡献将存在于分子放电灯的发射光谱中并且在光谱的红色区域中不存在汞的贡献。这将生成具有带青色的发射颜色的灯，这同样通常不是优选的。最后，当汞存在于放电中时，用于生成和/或维持放电灯内的放电所需的放电温度和电压相比之下均高于无汞的分子放电灯。这种更高的放电温度和/或电压需要更多的功率用于在分子放电灯中生成和/或维持放电，这会减小分子放电灯的效率。因此，分子放电灯通常为无汞分子放电灯。在无汞分子放电灯的实施例中，放电改变装置配置成用于连续地和/或周期性地改变气体填充物内的放电的位置和/或尺度。此实施例的优点在于它使得能够改变从无汞分子放电灯发射的光的色点而不必改变气体填充物。通过接通或断开放电改变装置，可以改变由无汞分子放电灯发射的光的光谱，从而改变发射的光的颜色。在无汞分子放电灯的实施例中，放电改变装置配置成用于以最佳改变速度和/或改变频率改变位置和/或尺度，最佳改变速度和/或改变频率取决于放电空间的气体填充物。发明人已发现，最佳改变速度和/或改变频率强烈地取决于放电灯的气体填充物。实验表明，使用相同放电容器、相同放电装置和相同放电改变装置时，不同气体填充物需要不同的最佳改变速度和/或改变频率。当例如通过以最佳旋转频率旋转放电容器而改变气体填充物内的放电的位置时，包括^Br4和P2O5的第一气体填充物具有18赫兹的最佳旋转频率，而包括HfBr4和硫的第二气体填充物具有1. 5赫兹的最佳旋转频率。以此最佳改变速度和/或改变频率改变位置和/或尺度将显著地增大无汞分子放电灯的输出功率。显著地意味着记录了高达2倍的提高。在无汞分子放电灯的实施例中，放电改变装置包括用于相对于彼此旋转放电和气体填充物以用于改变放电的位置和/或尺度的旋转装置。此实施例的优点在于可以使用所发明的等离子体发射的最优化，而没有与诸如灯功率、直流操作等的原始使用操作条件的任何相互影响。在可替换实施例中，放电改变装置包括用于在脉冲模式中应用功率到无汞分子放电灯以用于改变放电的位置和/或尺度的脉冲生成装置。此实施例的优点在于通过提供脉冲模式操作中的功率来调节无汞分子放电灯的电源，可以比较容易地结合该脉冲生成装置。在特定脉冲模式频率，等离子可能遭遇不稳定，所述不稳定会导致等离子体在放电容器中且因此在气体填充物内的移动。在这种特定脉冲模式频率期间，无汞分子放电灯的输出功率朝最大输出功率逐渐增大。当移动偏离特定脉冲模式频率时，增大的输出功率比较快速地降低并且无汞分子放电灯的输出功率返回到其原始输出功率。在可替换实施例中，放电改变装置包括用于在振幅调制模式中应用功率到无汞分子放电灯以用于改变放电的位置和/或尺度的振幅调制装置。同样，通过调节无汞分子放电灯的电源，可以比较容易结合此振幅调制模式。在可替换实施例中，放电改变装置包括用于在频率调制模式中应用功率到无汞分子放电灯以用于改变放电的位置和/或尺度的频率调制装置。同样，通过调节无汞分子放电灯的电源，可以比较容易结合此频率调制模式。使用频率调制装置的另外优点在于，由于干扰(如果有)在更大频段上扩展，无汞分子放电灯可生成更少的电磁干扰。在包括旋转装置作为放电改变装置的无汞分子放电灯的实施例中，旋转装置配置成用于旋转放电容器。此实施例的优点在于旋转放电容器已经用于例如避免无电极放电灯的放电容器上的热点或者用于在一些汞蒸气放电灯中混合汞(诸如例如在US4卯4756中所示)。重新使用这种放电容器会是比较容易的，但是此处这涉及一种无汞分子放电灯，其中放电容器的旋转频率优选地调谐到最佳旋转速度，在该最佳旋转速度无汞分子放电灯的输出功率增大。在阅读US4%4756时，技术人员习知旋转放电容器的原因是提高US4%4756 的放电混合物中汞的混合并且放电容器的旋转速度应高于某一最小水平从而保证该混合是充分的。因此，当旋转无汞分子放电灯时，使用如US4%4756中所示的这种旋转放电容器，技术人员将不会预期输出功率的增大，因为不存在可以被混合的汞。再者，在先前部分以及在已经进行的实验中表明，根据本发明的无汞分子放电灯的输出功率的增大不是由混合效应造成的，因为获得最大输出功率所需的时间相比之下明显长于将增大的输出功率减小到其原始水平所需的时间。因此，造成本发明中输出功率增大的物理效应应当不同于由混合放电中的元件造成的效应。这再次被这样的事实所强调放电容器的旋转轴的取向不需要如US4954756所要求的垂直于电场轴。在本发明的优选实施例中，放电容器的旋转轴甚至基本上平行于电场以允许细长的放电容器。最后，US4954756没有指出存在提供输出功率明显增大的最佳旋转速度。US4954756仅仅指出旋转速度必须优选地高于最小旋转速度以保证汞混合是充分的。在根据本发明的无汞分子放电灯中，发现了真实的旋转速度最佳值，其造成当旋转速度高于以及低于最佳旋转速度时输出功率减小。因此，尽管类似旋转放电容器可用于在根据本发明的无汞分子放电容器中获得增大的输出功率，这种效应后面的物理机制均不同于所已知的物理机制并且根据如US4%4756中所示的混合原理是无法预期到的。在无汞分子放电灯的实施例中，旋转装置配置成用于在一定的旋转频率处旋转放电容器，该旋转频率低于20赫兹。在无汞分子放电灯包括旋转装置作为放电改变装置的实施例中，放电改变装置配置成用于生成改变电场和/或磁场以用于旋转和/或改变气体填充物内的放电。此实施例的优点在于可以获得放电和/或气体填充物的这种旋转和/或改变，而不实际移动硬件从而相对于彼此移动气体填充物和/或放电。移动和/或旋转硬件受到磨损，并且需要维护和/或替换以保证无汞分子放电灯正确地工作。这种维护和/或替换成本较高并且应避免。通过改变放电附近的电场和/或磁场，可以在气体填充物内移动和/或旋转放电而不实际移动放电容器中的各部分。因此，无汞分子放电灯的寿命提高和/或维护成本明显减小。最后但相当重要的是，通过避免在放电容器中使用移动部件用于相对于气体填充物移动放电，明显降低了放电容器的复杂性。在无汞分子放电灯的实施例中，旋转装置围绕旋转轴相对于气体填充物旋转放电，所述旋转轴基本上平行于用于生成放电的电场。此实施例的益处在于，细长放电容器也可用于收纳无汞分子放电容器。因此，光源可以在某一距离上拉伸，而不是基本上球形。基本上平行于电场在此上下文中意思是旋转装置的旋转轴可以与电场的方向形成小的角度， 典型地角度小于或等于10度。在无汞分子放电灯的实施例中，气体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。此实施例的益处在于发明人从实验已经看到，这些辐射体对所发明的放电相对于气体填充物的尺度和/或位置的改变比较敏感，例如，它们表现出比较高的效率和/或效能方面的增益。在无汞分子放电灯的实施例中，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。此实施例的优点在于鉴于一氧化物的光谱以及这些双原子分子的稳定性，效能的提高主要是由于它们对直接可见光发射的显著贡献。在无汞分子放电灯的实施例中，无汞分子放电灯为无电极放电灯。放电装置可以例如包括经由电感性操作、或者经由电容性操作、或者经由微波操作而维持放电的元件。无电极无汞分子放电灯的益处在于，它们提供了在放电容器填充物方面的更多的设计自由。 特别是当使用分子放电灯时，这些分子放电灯的填充物经常包括会损伤放电灯的电极的卤素。可替换地，气体填充物的成份可以与放电容器中的电极反应并且因此改变气体填充物的组成。这会导致不同颜色的发射光，或者甚至导致放电熄灭。因此，无电极无汞分子放电灯的使用提供关于无汞分子放电灯的气体填充物选择的更大设计自由度。在使用无电极无汞分子放电灯时的另外优点在于，无电极无汞分子放电灯的平均寿命与传统低压气体放电灯相比明显更长，其中传统低压气体放电灯具有穿过放电容器从而输送功率到放电空间内的电接触。通常，电接触也称为电极，其限制了传统低压气体放电灯的寿命。电极例如会受残留物污染或者例如受放电损伤，并且无法输送足够功率到放电空间内以确保传统低压气体放电灯的操作。在无汞分子放电灯的实施例中，无汞放电灯包括用于调谐放电改变装置以用于最优化放电灯的输出的调谐装置。此调谐装置可调谐放电相对于气体填充物的改变频率和改变速度，从而最优化无汞分子放电灯的输出功率。在无汞分子放电灯的实施例中，无汞分子放电灯包括发光材料。发光材料可以例如用于通过吸收从放电发射的光的一部分而校正或精细调谐由无汞分子放电灯发射的颜色，并且将所吸收的光转换成不同颜色的光。当根据本发明的无汞分子放电灯用于通用照明目的时，无汞分子放电灯优选地产生预定义颜色的光。包括该发光材料的发光层可应用到放电容器的内壁或者放电容器的外壁。应用发光层到放电容器的外壁防止发光材料与放电容器内部的气体填充物反应。本发明还涉及照明系统，其包括根据本发明的无汞分子放电灯。照明系统可以例如是用于办公室照明、路灯、商店照明的通用照明系统以及用于照明例如建筑物的照明系统。照明系统也可以被应用作为例如汽车照明。
参考在下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将清楚明白并得以阐述。在附图中
图1示出根据本发明的包括电极的无汞分子放电灯的截面视图， 图2示出根据本发明的包括电感性放电装置的无汞分子放电灯的截面视图， 图3A和:3B示出根据本发明的包括微波放电装置的无汞分子放电灯的截面视图， 图4A至4D示出根据本发明的无汞分子放电灯的不同发射光谱，以及图5示出根据本发明的无汞分子放电灯随时间的输出功率，其中不同旋转频率用于生成低压四氯化锆气体放电灯的发射光谱。各图纯粹是图解性且未按比例绘制。特别是为了清楚起见，某些尺度被强烈夸大。 各图中的相似部件尽可能用相同附图标记表示。
具体实施例方式图1示出根据本发明的包括电极16的无汞分子放电灯10的截面视图。根据本发明的无汞分子放电灯10包括透光放电容器12，该透光放电容器具有以气密方式封住放电空间的壁。放电空间包括气体填充物14，该气体填充物例如包括元素周期表的IIIB、IVB, VB族和/或VIB族元素的金属化合物。无汞分子放电灯10进一步包括将能量耦合到放电空间内的放电装置16。经由电容性耦合、电感性耦合(见图2)、微波耦合(见图3)，或者经由如图1的实例中所示电极16，放电装置16可将能量耦合到放电空间内，从而获得放电空间中的气体放电。在如图1所示的实施例中，放电装置16为一组电极16。在图1中仅仅示出这组电极16中的一个电极16。电极16为延伸穿过无汞分子放电灯10的放电容器12的壁的电连接。通过在两个电极16之间应用电势差，在两个电极16之间生成和/或维持放电18。一般地，无汞分子放电灯10中的光生成是基于这样的原理电荷载流子，特别是电子，但是也包含离子，被应用于无汞分子放电灯10的电极16之间的电场加速。这些被加速的电子和离子与无汞分子放电灯10的气体填充物中的气体原子或分子的碰撞造成这些气体原子或(优选地)分子被分离、激发或电离。当气体填充物的原子或分子返回到基态时， 或多或少的主要部分的激发能量被转换为辐射。在图1所示的无汞分子放电灯10的实施例中，无汞分子放电灯进一步包括放电改变装置40、42，该放电改变装置配置成用于在操作中改变气体填充物14内的放电18相对于彼此的位置，和/或用于随时间改变气体填充物14中放电18的尺度，从而增大无汞分子放电灯10的输出功率。此放电改变装置可以例如是改进电源42，该改进电源提供功率到无汞分子放电灯。此改进电源42可以例如生成一种作为脉冲信号的功率信号，或者生成例如这样一种功率信号，其中附加振幅调制被添加到该功率信号用于改变放电18相对于气体填充物14的位置和/或尺度。可替换地，改进电源42可以例如生成功率信号，该功率信号进一步包括添加到该功率信号的附加频率调制，用于改变放电18相对于气体填充物14的位置和/或尺度。这些实施例可以按照预定义改变频率和/或改变速度改变放电18相对于气体填充物的位置和/或尺度，使得无汞分子放电的输出功率明显提高。明显提高意思是提高例如高达两倍。图1所示的实施例进一步包括调谐装置50。此调谐装置50可用于进一步最优化无汞分子放电灯的输出功率。另外，调谐装置50是可选的。特定气体填充物的最佳改变频率和/或改变速度可以在实验室中确定，并且改进电源42可配置成按照预定义最佳改变频率和/或改变速度操作而无需最优化。在图1所示的无汞分子放电灯10的实施例中，发光层60存在于放电容器12的内部。发光层60例如吸收部分从放电18发射的光并且将所吸收的光转换为不同颜色的光。 由于从放电空间14发射的可见光与由发光层60发射的光的混合，通过选择特定发光材料或发光材料的混合物可以确定无汞分子放电灯10的颜色。图2示出包括由电感耦合器沈构成的放电装置沈的无汞分子放电灯20的截面视图。电感耦合器沈也可用于生成放电。电感耦合器沈通常包括缠绕在铁氧体芯(例如镍-锌铁氧体或锰-锌铁氧体)上的线圈。电感耦合器26布置在放电容器22内的凸出23 中，并且生成在放电容器22内部在放电空间处的改变的电磁场。放电空间的气体填充物对中的电子和离子被电磁场加速并且与气体填充物中的其它化合物(例如分子化合物)碰撞。 由于碰撞，分子化合物被激发并且随后发射光。电感性生成和/或维持无汞分子放电灯20 内的放电的益处在于可以省略电极16 (见图1)，所述电极16通常限制放电灯的寿命。可替换地，电感耦合器沈可以布置在(未示出)放电容器22外部，这导致了放电容器22的制造工艺简化。另外在图2所示的实施例中，应用了发光层60，然而此发光层60应用到放电容器22的外部。另外在如图2中所示的无汞分子放电灯20的实施例中，存在放电改变装置40、42， 其同样实施为提供功率到无汞分子放电灯的改进电源42。此改进电源42可生成功率信号， 该功率信号为脉冲功率信号、频率调制功率信号和/或振幅调制功率信号，以用于改变放电观相对于气体填充物M的位置和/或尺度。再者，可以存在可选的调谐装置50。图3A和:3B示出根据本发明的无汞分子放电灯30的第三实施例的截面视图，其中无汞分子放电灯30包括微波放电装置36，该微波放电装置连接到波导33并且连接到放电容器32位于其中的微波谐振器35。放电容器32在本实施例中由安装在可移动支架37上的球形石英放电容器32组成。可移动支架37连接到放电改变装置40，该放电改变装置可以例如是用于按照特定旋转频率旋转放电容器32的旋转装置40。可替换地，放电改变装置 42可以是改进电源42(见图:3B)，该改进电源可生成微波功率信号，该微波功率信号为脉冲微波功率信号、频率调制微波功率信号和/或振幅调制微波功率信号，以用于改变放电38 相对于放电容器32内部的气体填充物34的位置和/或尺度。在放电改变装置40、42的两个实施例中，可选地可以存在调谐装置50。图4A至4D示出根据本发明的无汞分子放电灯的不同发射光谱。图4A至4D所示的不同发射光谱示出了由于在操作中气体填充物14、24、34内的放电18、28、38的位置相对于彼此的改变和/或由于气体填充物14、24、34内的放电18、28、38的尺度随时间的改变以用于增大无汞分子放电灯10、20、30的输出功率，而引起的提高的发射特性。用于测量图4A 至4D的光谱的放电容器12、22、32与如图3A和所示的无汞分子放电灯30的放电容器相似。图4A示出第一实施例的发射光谱，其中内径为32. 5毫米、即体积为18立方厘米的球形石英放电容器32使用1. 32毫克&Br4、0. 23毫克P2O5和100毫巴Ar (=在室温的填充压力)来填充。这种灯另外也称为&PH2灯。无汞分子放电灯30在微波谐振器35中操作，如图3A和;3B所示，该微波谐振器是由2. 45GHz的RF场驱动。放电容器32 在微波谐振器35中按照旋转轴R垂直于电场矢量E的方式以旋转频率Vrat旋转。如图4A所示的发射光谱是在200瓦特的灯功率处，利用9赫兹、18赫兹和30赫兹的旋转频率Vrat获得的。在9赫兹的旋转频率Vrat处，光谱中ZrO发射是几乎不可见的由于ZrO波段发射引起的等离子体辐射主要地发生在介于λ =600纳米至650纳米以及 λ =530纳米至570纳米的波长范围中。将旋转频率vMt翻倍到18赫兹则明显地改变放电发射，因为分子ZrO的发射被强烈地添加到无汞分子放电灯30的总发射光谱。进一步增大旋转频率ν rot到30赫兹则再次减小分子ZrO对无汞分子放电灯30的总发射光谱的贡献。 这清楚地表明存在在大约18赫兹的最佳旋转频率Vrat，在该旋转频率处，ZrPH2灯的发射效率被最优化。从图4A已经可以看出，通过改变旋转频率Vrat，显著地改变了特别是可见范围 (400纳米-800纳米)中的光学功率，这明显提高无汞分子放电灯30用于生成可见光的效率。图4A的无汞分子放电灯30的输出功率的逐渐提高也在图5中被示出，图5示出与在偏离18赫兹的旋转频率Vrat的输出功率相比，由于在18赫兹的旋转频率Vrat得到的总输出功率几乎翻倍。图4B示出第二实施例的发射光谱，其中内径为32. 5毫米，即体积为18立方厘米的球形石英放电容器32用1. 17毫克HfBr4、0. 10毫克硫和100毫巴AK=在室温的填充压力)填充。这种灯另外也称为HfSH4灯。此HfSH4无汞分子放电灯30在微波谐振器35中操作，如图3A和;3B所示，该微波谐振器是由2. 45GHz的RF场驱动。放电容器32在微波谐振器35中按照旋转轴R垂直于电场矢量E的方式以旋转频率ν rot旋转。如图4B所示的发射光谱是在300瓦特的灯功率，利用1. 5赫兹、10赫兹和22赫兹的旋转频率Vrat获得的。不论在如图4A所示的第一实施例中所示的结果，此处铪单硫化物分子的最佳光学功率和最大发射是在1.5赫兹的低旋转频率Vrat获得的。增大旋转频率 ν rot到IOHz和甚至22赫兹则(略微)减小光学功率以及铪单硫化物发射的数量。这清楚地表明在具有不同气体混合物的此第二实施例中存在在大约1. 5赫兹的最佳旋转频率Vrat， 在该旋转频率处，HfSH4灯的发射效率被最优化。图4C示出第三实施例的发射光谱，其中内径为32. 5毫米，即体积为18立方厘米的球形石英放电容器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 (=在室温的填充压力)填充。这种灯另外也称为ZrHfHl灯。此 ZrHfHl无汞分子放电灯30在微波谐振器35中操作，如图3A和所示，该微波谐振器是由2. 45GHz的RF场驱动。放电容器32在微波谐振器35中按照旋转轴R垂直于电场矢量 E的方式以旋转频率Vrat旋转。如图4C所示的发射光谱是在400瓦特的灯功率，利用3赫兹、10赫兹和15赫兹的旋转频率vMt获得的。尽管对光学功率的影响几乎是不可见的，发射特性(并且因此色温和色点)明显改变。在3赫兹的低旋转频率Vrat (图4C中的黑色实线)，&0的发射在宽波段背景信号上是清楚可见的(比较图4A中的黑色实线)。通过将旋转频率Vrat增大到10赫兹(图4C中的白色实线)，在宽背景上的HfS发射增大(与实施例2中图4B比较得到光谱)， 而来自ZrO分子的光受抑制。旋转频率Vrat进一步增大到15Hz (图4C中的黑色虚线)产生在背景上ZrO和HfS发射的混合。图4D示出第四实施例的发射光谱，其中内径为48毫米且长度为100毫米，即体积为180立方厘米的管状石英包壳用0. 19毫克ZrCl4、0. 55毫克MoC13、0. 80毫克AuCl3和18 毫巴Xe (=在室温的填充压力)填充。这个灯在14兆赫兹频率的观0瓦特的射频功率操作，借助在石英包壳的外表面上布置7个绕组的空气线圈(见图2)，该射频功率被电感性耦合到灯内。所供应的射频功率是由信号发生器功率放大器系统42生成的，并且两个电容器被用作匹配网络以使灯阻抗匹配放大器的输出阻抗(为50Ω )。通过使用信号发生器的AM模式(％振幅调制AM和调制频率ν m。d)来调制到匹配网络中的输出功率以及匹配的输出阻抗。在约330°C的最冷点温度，在25%振幅调制的两种不同调制频率vm。d的发射光谱绘制于图4D。在大约2. 3千赫兹的调制频率vm。d附近，放电观(见图2)表现出一些等离子体不稳定(放电沿着空气线圈的轴的小移动)。移动速度取决于调制频率vm。d。调制频率vm。d 的小改变导致发射光谱明显变化(见图4D)。在2. 32千赫兹的较低调制频率vm。d(图4D的黑色实线)，光学功率更高，并且与2. 37千赫兹的更高的调制频率vm。d (图4D的白色实线) 相比，由于引起的分子发射提高。图5示出根据本发明的无汞分子放电灯的输出功率与时间关系。图5的曲线图在时间上示出不同旋转频率转变。如图5中可以看出，到最佳改变速度(为图4A的第一实施例的组成中的18赫兹)的转变造成逐渐地增大到最大输出功率，并且达到最大输出功率要花费15分钟以上的时间。在偏离最佳改变速度的转变之后，输出功率的减小更快速地(在小于1分钟内)发生。从这个曲线图可以推断生成图4A至4D所示每个实例中的增大输出功率的效应不是由于放电容器12、22、32的旋转引起的提高的混合而造成，而是具有在此时未完全理解的某些其它物理原因。在第一区域，放电容器32的旋转频率Vrat为9赫兹，这显然不是如图4A所示的第一实施例组成的最佳旋转频率。所发射的输出功率逐渐减小。图4A的第一光谱(标记为 9赫兹)是在第一区域(用罗马字母I指出)中指示的箭头处测量的。随后，第二区域(用罗马字母II指出)包括30赫兹的旋转频率Vrat。此第二旋转频率提供略微提高的输出功率， 然而提高输出功率所需的时间长达5分钟。随后，在图5所示曲线图的第三区域(用罗马字母III指出)中，旋转频率vMt再次改变到9赫兹并且观察到快速的输出功率减小。在图5 的第四区域(用罗马字母IV指出)中，改变回30赫兹的旋转频率Vrat导致与转变I-II相似的时间特性(如所预期)。然而，强度恢复到区域II的水平同样要花费大约3分钟。随后，第五区域(用罗马字母V指出)包括18赫兹的旋转频率vrat。就放电效率而言，这看上去是最佳旋转频率vMt。在放电容器以18赫兹的旋转频率Vrat旋转5分钟之后，强度逐渐增大，同时无汞分子放电灯的其它参数未改变。频率短时间改变到第六区域(用罗马字母VI指出)中的15赫兹的旋转频率Vrat造成输出功率快速地减小。在此扫描的数据采样率(每10秒一个数据点)中，强度下降到原始值的大约70%。在小于1分钟之后，在第七区域(用罗马字母VII指出)中，旋转频率被复位到18赫兹的旋转频率vMt。现在将花费大约15分钟直至达到在高效率的最大强度。因此，为了发现根据本发明的无汞分子放电灯的最佳频率，可以执行下述步骤 增大改变频率和/或改变速度，以及
当输出功率逐渐增大时，实现改变频率和/或改变速度的进一步增大， 当输出功率相当陡峭地减小时，实现了改变频率和/或改变速度减小到输出功率仍在增大的先前改变频率和/或改变速度。应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应解读为限制权利要求。使用动词“包括”及其变型不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以由包括若干不同元件的硬件装置来实施。在罗列若干装置的设备权利要求中，若干这些装置可以由一个且同一项的硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不意味着这些措施的组合不能有利地使用。
权利要求
1.一种无汞分子放电灯(10、20、30)，包括透光放电容器(12、22、32)，以气密方式封住包括气体填充物(14、M、34)的放电空间，放电装置(16，沈，36)，用于维持放电空间内的放电(18、观、38)，以及放电改变装置(40、42)，用于在操作中改变气体填充物(14、M、34)内的放电(18、观、 38)相对于彼此的位置，和/或用于随时间改变气体填充物(14、24、34)内的放电(18、28、 38)的尺度以用于增大无汞分子放电灯(10、20、30)的输出功率和/或光通量。
2.如权利要求1所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中放电改变装置(40、42)配置成用于连续地和/或周期性地改变气体填充物(14、M、34)内的放电(18、观、38)的位置和 /或尺度。
3.如权利要求1所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中放电改变装置(40、42 )配置成用于以最佳改变速度和/或最佳改变频率改变位置和/或尺度，该最佳改变速度和/ 或最佳改变频率取决于放电空间的气体填充物(14、对、34)，以及用于生成无汞分子放电灯 (10,20,30)的最佳输出功率。
4.如权利要求1、2或3所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中放电改变装置(40、 42)包括旋转装置(40)，用于相对于彼此旋转放电(18、观、38)和气体填充物(14、M、34)以用于改变放电(18、观、38)的位置和/或尺度，和/或脉冲生成装置(42)，用于在脉冲模式中应用功率到无汞分子放电灯(10、20、30)以用于改变放电(18、观、38)的位置和/或尺度，和/或振幅调制装置(42)，用于在振幅调制模式中应用功率到无汞分子放电灯(10、20、30) 以用于改变放电(18、观、38)的位置和/或尺度，和/或频率调制装置(42)，用于在频率调制模式中应用功率到无汞分子放电灯(10、20、30) 以用于改变放电(18、观、38)的位置和/或尺度。
5.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，包括作为放电改变装置 (40,42)的旋转装置(40)，其中旋转装置(40)配置成用于旋转放电容器(12、22、32)。
6.如权利要求5所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中旋转装置(40)配置成用于在一定的旋转频率下旋转放电容器(12、22、32)，该旋转频率低于20赫兹。
7.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中放电改变装置(40、 42)配置成用于生成改变的电场和/或磁场以用于旋转和/或改变气体填充物(14、M、34) 内的放电(18、沘、38)。
8.如权利要求4、5、6或7所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中旋转装置(40)围绕旋转轴(R)相对于气体填充物(14、M、34)旋转放电(18、观、38)，所述旋转轴(R)基本上平行于用于生成放电(18、观、38)的电场(E)。
9.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中气体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.如权利要求9所述的无汞分子放电灯，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.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中无汞分子放电灯 (10,20,30)为无电极放电灯(10、20、30)。
12.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中无汞放电灯(10、 20,30)包括用于调谐放电改变装置(40、42)以用于最优化放电灯(10、20、30)的输出的调谐装置(50)。
13.如任一前述权利要求所述的无汞分子放电灯(10、20、30)，其中无汞分子放电灯 (10、20、30)包括发光材料(60)。
14.一种照明系统，包括根据前述权利要求中任意一项的无汞分子放电灯(10、20、30)。
全文摘要
本发明涉及一种无汞分子放电灯(30)，该无汞分子放电灯包括透光放电容器(32)，其以气密方式封住包括气体填充物(34)的放电空间。无汞分子放电灯进一步包括放电装置(36)，用于维持放电空间内的放电(38)；以及放电改变装置(40、42)，用于在操作中随时间改变气体填充物内的放电相对于彼此的位置，和/或用于随时间改变气体填充物内的放电的尺度。随时间改变放电的位置和/或尺度的效应在于，在特定改变速度或改变频率下，无汞分子放电灯的输出功率和/或光通量显著增大。发现该效应取决于气体填充物并且取决于改变速度和/或改变频率。
文档编号H01J61/12GK102272882SQ201080004189
公开日2011年12月7日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月9日
发明者G. R. 克尔贝尔 A., 哈亚斯 D., 希尔比希 R., 施万 S. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司