陶瓷金属卤化物灯的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种陶瓷金属卤化物灯，其可以改善灯效率和色特性这两方面，并且在调光时不发生脱离白色区域的光色偏移。其中，发光物质含有碘化钠NaI、碘化铈CeI3、碘化铊TlI、碘化镝DyI3和碘化铟InI，所述碘化镝DyI3的添加量D[DyI3]为0.07mg/cm3≦D[DyI3]≦1.53mg/cm3，并且所述发光物质中含有的碘化铟InI相对于碘化铊TlI的重量比R[InI/TlI]为0＜R[InI/TlI]≦0.23。
【专利说明】陶瓷金属卤化物灯
【技术领域】
[0001]本发明涉及高亮度放电灯，特别涉及陶瓷金属卤化物灯。
【背景技术】
[0002]作为高亮度放电灯，已知有汞灯、钠灯、金属卤化物灯和陶瓷金属卤化物灯。金属卤化物灯使用金属卤化物作为发光物质。因此，其不仅灯效率(或发光效率)高，而且具有相关色温、色偏差、演色性等色特性优异的特征。金属卤化物灯使用石英玻璃制的放电管，而陶瓷金属卤化物灯使用透光性陶瓷制的放电管。因此，陶瓷金属卤化物灯不仅灯效率和色特性优异，而且具有寿命长、稳定性高等特征。
[0003]对于陶瓷金属卤化物灯而言，灯效率和色特性通常呈相反关系，难以兼顾。即，若提高灯效率，则色特性趋于下降；若改善色特性，则灯效率趋于下降。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1日本专利第4279122号(日本特开2004-288617号公报)
[0007]专利文献2日本专利第4340170号(日本特开2004-349242号公报)
[0008]专利文献3日本特开2012-59702号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010]近年来,从节电、节能的需求出发，对高亮度放电灯实施调光(dimming)。调光是指在低于额定功率的功率、例如额定功率的70%、50%等功率的条件下使用高亮度放电灯。通过调光可以降低电力消耗，但相比于额定功率下使用时，放电管的内部温度降低，因此存在产生脱离白色区域的光色偏移的问题。即发生如下现象:额定功率下使用时产生白色光，而在调光时产生特定的着色光。这是因放电管中封入的2种以上不同发光物质的饱和蒸汽压的差异而引起的。
[0011]要避免上述光色偏移，只要不使用成为光色偏移原因的发光物质即可。然而，如此一来有可能产生灯效率、色特性下降等其他不利现象。
[0012]本发明的目的在于提供一种陶瓷金属卤化物灯，其可以改善灯效率和色特性(相关色温、色偏差、演色性等)这两方面，并且在调光时不发生脱离白色区域的光色偏移。
[0013]用于解决问题的手段
[0014]本申请的发明人为了制成灯效率及色特性良好且调光时不发生脱离白色区域的光色偏移的高亮度放电灯，对放电管和封入放电管的发光物质进行了深入考察。在高亮度放电灯中，为了追求高的灯效率而使用铊T1作为发光物质。然而，铊T1在绿色区域(535nm附近)具有发光峰，此外其蒸汽压高于其他发光物质。因此，铊T1是调光时产生朝向绿色的光色偏移的主要原因。因此，需要寻求抑制铊T1所导致的朝向绿色的光色偏移的手段。
[0015]根据本发明，所述陶瓷金属卤化物灯具有在内部封入了发光物质和启动用气体的透光性陶瓷制放电管、容纳该放电管的透光性外管，在所述陶瓷金属卤化物灯中，所述发光物质含有碘化钠Nal、碘化铈Cel3、碘化铊T11、碘化镝Dyl3和碘化铟Inl，所述碘化镝Dyl3的添加量记为D[DyI3]时,该添加量由下式表示，
[0016]0.07mg/cm3 = D [Dyl3] = 1.53mg/cm3,
[0017]所述发光物质中含有的碘化铟Inl相对于碘化铊T1I的重量比记为R[InI/TlI]时,该重量比由下式表示，
[0018]0 < R[InI/TlI]刍 0.23。
[0019]在本实施方式涉及的陶瓷金属卤化物灯中，其特征可以在于，所述发光物质中含有的碘化铟Inl相对于碘化铊T1I的重量比R[InI/TlI]由下式表示。
[0020]0.05 含 R[InI/TlI]含 0.23
[0021]在本实施方式涉及的陶瓷金属卤化物灯中，其特征可以在于，若所述发光物质中含有的碘化钠Nal的添加量记为D [Nal]、碘化铈Cel3的添加量记为D [Cel3]、碘化铊T1I的添加量记为D[T1I]时，这些添加量由下式表示。
[0022]0.70mg/cm3 = D [Nal] = 1.73mg/cm3
[0023]0.15mg/cm3 = D [Cel3] = 0.29mg/cm3
[0024]0.15mg/cm3 = D[Til] = 0.26mg/cm3
[0025]在本实施方式涉及的陶瓷金属卤化物灯中，其特征可以在于，灯的额定功率为100W~400W，灯的壁面负荷为15W/cm2~40W/cm2，所述放电管的有效长度记为L、有效内径记为ID时，两者之比L/ID为1.8兰L/ID ^ 2.3，使用灯的额定功率的70%功率时，灯的壁面负荷为10.5ff/cm2~28.0W/cm2，使用灯的额定功率的50%功率时，灯的壁面负荷为7.5W/cm2 ~20.0ff/cm2。
[0026]在本实施方式涉及的陶瓷金属卤化物灯中，其特征可以在于，所述发光物质含有碘化钙Cal2。
[0027]发明效果
[0028]根据本发明，可以提供陶瓷金属卤化物灯，其改善灯效率和色特性(相关色温、色偏差、演色性等)这两方面的同时，在调光时不发生脱离白色区域的光色偏移。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的一个示例进行说明的图。
[0030]图2为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的另一示例进行说明的图。
[0031]图3为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的再一示例进行说明的图。
[0032]图4为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的放电管的示例进行说明的图。
[0033]图5为用于说明高亮度放电灯中碘化镝浓度和灯效率的关系的说明图。
[0034]图6为用于说明高亮度放电灯中碘化铊与碘化铟之比和色度偏差的关系的说明图。
[0035]图7A为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的调光的实施例进行说明的说明图。
[0036]图7B为对本实施方式涉及的高亮度放电灯的调光的代表例进行说明的说明图。
[0037]图8A为用于对在本实施方式涉及的高亮度放电灯中使用额定功率时的波长的分光光谱进行说明的说明图。[0038]图8B为用于对在本实施方式涉及的高亮度放电灯中使用额定功率的70%功率时的波长的分光光谱进行说明的说明图。
[0039]图8C为用于对在本实施方式涉及的高亮度放电灯中使用额定功率的50%功率时的波长的分光光谱进行说明的说明图。
[0040]符号说明[0041]L...陶瓷金属卤化物灯、3…放电管、3A、3B…毛细管、3C...发光部、5A、5B…电极、6A、6B…电极组件、7A、7B…供电导线、9A、9B…外部端子、12…灯头、13…外管、14…管座(8七6111)、15、价..支柱、174、178吣支撑盘、收..透光性套管、194、198吣镍线、20...吸气剂(getter)
【具体实施方式】
[0042]以下参照附图对本发明涉及的高亮度放电灯的实施方式进行详细说明。需要说明的是，在图中对相同要素标注相同的参考符号，以省略重复的说明。
[0043]参照图1~图3对本发明涉及的高亮度放电灯的示例进行说明。此处，对作为高亮度放电灯的陶瓷金属卤化物灯的示例进行说明。参照图1对本发明涉及的陶瓷金属卤化物灯的一个示例进行说明。本例的陶瓷金属卤化物灯1具有放电管3、围着放电管3配置的圆筒状透光性套管18、在一端设置有灯头12的透光性外管13。在本例中，外管13为圆筒状的T型。在外管13中封入了氮气作为惰性气体。放电管3具有位于中央的发光部3C和向其两侧延伸的毛细管3A、3B。参照图4对放电管3的结构进行说明。
[0044]灯头12的管座14上安装有2根支柱15、16。支柱15、16上以规定间隔安装有2个支撑盘17A、17B。另外，盘17A、17B上固定有透光性套管18。其中之一的盘17B的安装有吸气剂20。
[0045]自毛细管3A、3B的两端起突出有供电导线7A、7B。供电导线7A、7B直接地或经由镍线19A、19B而分别连接于支柱15、16。由此，自放电管3的两端起延伸出的供电导线7A、7B经由支柱15、16而电连接于灯头12。
[0046]参照图2对本发明涉及的陶瓷金属卤化物灯的另一示例进行说明。本例的陶瓷金属卤化物灯1具有放电管3、在一端设置有灯头12的外管13。本例中，外管13为旋转椭圆体状的B型。灯头12的管座14上安装有2根支柱15、16。其中之一的支柱16上安装有安装支撑板16A和吸气剂20。
[0047]从放电管3的两端起突出有供电导线7A、7B。供电导线7A、7B分别连接于支柱15、16。由此，从放电管3的两端起延伸出的供电导线7A、7B经由支柱15、16而电连接于灯头12。
[0048]参照图3对本发明涉及的陶瓷金属卤化灯的再一示例进行说明。本例的陶瓷金属卤化物灯1具有:在一端形成有灯头12的透光性外管13、配置于其内部的放电管3和围着放电管3配置的圆柱状透光性套管18。灯头12的管座14上安装有支柱15、16。支柱15上安装有支撑盘17A、17B。支撑盘17A、17B上固定有透光性套管18。
[0049]从放电管3的两端起突出有供电导线7A、7B。供电导线7A、7B分别连接于支柱15、16。
[0050]图1~图3所示的本发明涉及的高亮度放电灯中具有在一端具备灯头的透光性外管13，但在本发明涉及的高亮度放电灯中，也可以为具有在两侧具备灯头的透光性外管的结构。
[0051]参照图4对本实施方式涉及的金属卤化物灯的放电管3的结构进行说明。放电管3具有位于中央的发光部3C和向其两端侧延伸出的一对毛细管3A、3B。本例的发光部3C具有近似旋转椭圆体的形状。毛细管3A、3B上插接有一对电极组件6A、6B。在电极组件6A、6B的内端分别设置有电极5A、5B，在电极组件6A、6B的外端分别连接有供电导线7A、7B。毛细管3A、3B的两端由具有电绝缘性的熔结玻璃(fritted glass)等密封材料气密密封，同时利用该密封材料将电极组件6A、6B固定在毛细管3A、3B内的固定位置。
[0052]发光部3C和毛细管3A、3B之间为通过过渡曲面4A、4B而连续形成的没有拐角处的形状。本例的放电管3使用所谓单件式的发光部，其是对透光性氧化铝的粉末压缩体进行造型而使发光部3C和毛细管3A、3B成形为一体得到的。
[0053]定义有效长度L和有效内径ID来作为放电管3的内侧尺寸。有效长度L由直管状的毛细管3A、3B的内径开始扩大的位置2A和2B之间的距离来定义。在使用单件式放电管3的情况下，有效内径ID由电极5A、5B间的发光部3C的中央的最大内径来定义。放电管3的有效长度L和有效内径ID之比L/ID被称为纵横比。根据本实施方式，纵横比被设计为 1.8 ≤ L/ID ≤ 2.3。
[0054]使用壁面负荷作为影响灯寿命和灯效率的参数。壁面负荷由灯功率P[W]除以放电管3的发光部3C的总内面积S [cm2]得到的值来定义。
[0055]根据本实施方式，额定功率 为100W~400W。根据本实施方式，额定功率下使用时，壁面负荷为15W/cm2~40W/cm2。调光时，例如在使用额定功率的70%功率的情况下，壁面负荷为10.5ff/cm2~28.0W/cm2，在使用额定功率的50%功率的情况下，壁面负荷为7.5W/cm2 ~20.0ff/cm2。
[0056]在本发明的实施方式中，纵横比L/ID为1.8~2.3，因此放电管3的发光部3C的总内面积S[cm2]比较大，可以使壁面负荷比较小。因此,可以实现高的灯效率、高演色性，并且不牺牲灯寿命。进一步，本实施方式中，可以抑制构成放电管3的发光部3C的内壁面的材料与其中所封入的发光物质、特别是稀土类金属碘化物之间的化学反应速度至较低，从而可以使灯长寿命化。
[0057]放电管3的发光部3C的各部分的温度由壁面负荷、透光性外管内的气体压力、放电管材质和放电管的纵横比(L/ID)来决定。根据本实施方式，对放电管的壁面负荷、透光性外管内的气体压力、放电管材质和放电管的纵横比(L/ID)进行设定，使点亮时的放电管的最低温度为800°C以上且放电管的最高温度为1200°C以下。
[0058]放电管3中封入了作为发光物质的水银及金属卤化物、和启动用气体。此处对使用金属碘化物作为金属卤化物的示例进行说明，但也可以使用金属溴化物。本实施方式中，使用碱金属的碘化物、碱土类金属的碘化物、稀土类金属的碘化物等作为金属卤化物。本实施方式中可以使用碘化钠Nal、碘化钙Cal2、碘化铊T11、碘化镝Dyl3、碘化铟Inl和碘化铈Cel3作为金属卤化物。之后对这些发光物质的添加量进行详细说明。
[0059]本申请的发明人为了制成灯效率及光特性良好且调光时不会发生脱离白色区域的光色偏移的高亮度放电灯，对封入放电管的发光物质进行了深入考察。在高亮度放电灯中，为了追求高的灯效率，使用铊T1作为发光物质。然而，铊T1在绿色区域(535nm附近)具有发光峰，此外其蒸汽压比其他发光物质高。因此，若使用铊T1，则调光时会产生朝向绿色的光色偏移。因此，需要寻求抑制起因于铊T1的朝向绿色的光色偏移的手段。
[0060]首先，本申请的发明人着眼于镝Dy。镝Dy在青色区域(421nm附近)具有发光峰。通过混合起因于镝Dy的青色和起因于铊T1的绿色，可以抑制朝向绿色的光色偏移、维持白色的发光。
[0061]进一步，镝Dy在红色区域具有起因于分子发光的连续光谱。通过混合起因于镝Dy的红色和起因于铊τι的绿色，可以抑制朝向绿色的光色偏移、维持白色。即，通过添加适量的镝Dy，可以在调光时维持白色，同时得到高的灯效率和高的色特性。
[0062]接着，本申请的发明人着眼于铟In。铟In在青色区域(450nm附近)具有发光峰。因此，通过混合起因于铟In的青色和起因于铊T1的绿色，可以抑制朝向绿色的光色偏移、维持白色。另外，铟In的蒸汽压比较高。因此，通过为铟In相对于铊T1之比选定适当的值，可以抑制起因于铊T1的朝向绿色的光色偏移。 [0063]接着，本申请的发明人着眼于铥Tm。已知铥Tm具有改善灯效率、提高演色性的作用。然而，钱Tm在青绿色区域(450nm~530nm附近)具有多个发光峰。因此，若使用钱Tm，则与其说是抑制，还不如说是助长起因于铊T1的朝向绿色的光色偏移。因此，本申请的发明人决定不使用铥Tm。通过不使用铥Tm可以抑制起因于铊T1的朝向绿色的光色偏移。即使不使用铥Tm，也可以通过使用镝Dy维持灯效率和演色性。
[0064]已知镝Dy、钦Ho、铈Ce、镨Pr、钕Nd等稀土类金属的卤化物通常具有改善灯效率、使白色光产生的作用。稀土类金属的卤化物的封入量较多时，其与放电管之间生成反应生成物，导致光通维持率(lumen maintenance)降低。因此，稀土类金属的卤化物的封入量需要设定为适量来使其不会过剩。本实施方式中，作为封入放电管的添加物，如上所述使用铊T1、镝Dy、铟In ;此外，使用铈Ce的卤化物。
[0065]接着，对于本申请的发明人所实施的实验进行说明。本申请的发明人试制了陶瓷金属卤化物灯，并且与以往的陶瓷金属卤化物灯进行了比较。本申请的发明人试制的灯中至少含有碘化钠Nal作为发光物质。进一步，本申请的发明人试制的灯中，含有碘化铈Cel3作为发光物质。碘化钠Nal的添加量记为D[NaI]、碘化铈Cel3的添加量记为D[CeI3]时，这些添加量由下式表示。
【权利要求】
1.一种陶瓷金属卤化物灯，其具有在内部封入了发光物质和启动用气体的透光性陶瓷制放电管、和容纳该放电管的透光性外管，其特征在于，所述发光物质含有碘化钠Nal、碘化铈Cel3、碘化铊T11、碘化镝Dyl3和碘化铟Inl，所述碘化镝Dyl3的添加量记为D [Dyl3]时，该添加量由下式表示，0.07mg/cm3 = D [Dyl3] = 1.53mg/cm3,所述发光物质中含有的碘化铟Ini相对于碘化铊T1I的重量比记为R[InI/TlI]时，该重量比由下式表示，0 < R[InI/TlI]兰 0.23。
2.如权利要求1所述的陶瓷金属卤化物灯，其特征在于，所述发光物质中含有的碘化铟Ini相对于碘化铊T1I的重量比R[InI/TlI]由下式表示，0.05 兰 R[InI/TlI]兰 0.23。
3.如权利要求1或2所述的陶瓷金属卤化物灯，其特征在于，所述发光物质中含有的碘化钠Nal的添加量记为D [Nal]、碘化铈Cel3的添加量记为D [Cel3]、碘化铊T1I的添加量记为D[T1I]时，这些添加量由下式表示，0.70mg/cm3 = D[Nal] = 1.73mg/cm30.15mg/cm3 = D [Ce l3] = 0.29mg/cm30.15mg/cm3 = D[Til] = 0.26mg/cm3。
4.如权利要求1~3任一项所述的陶瓷金属卤化物灯，其特征在于，灯的额定功率为100W~400W，灯的壁面负荷为15W/cm2~40W/cm2，所述放电管的有效长度记为L、有效内径记为ID时，两者之比L/ID为1.8兰L/ID ^ 2.3，在使用灯的额定功率的70%功率时，灯的壁面负荷为10.5ff/cm2~28.0W/cm2，在使用灯的额定功率的50%功率时，灯的壁面负荷为7.5ff/cm2 ~20.0W/cm2。
5.如权利要求1~4任一项所述的陶瓷金属卤化物灯，其特征在于，所述发光物质含有碘化钙Cal2。
【文档编号】H01J61/82GK103681209SQ201310412515
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】松本泰久, 笹井泰, 前原昭美 申请人:岩崎电气株式会社