包含有效氧源的金属卤化物灯的制作方法
【专利摘要】一种灯包括放电容器(12)。钨电极(20，22)伸入放电容器中。将可电离的填充物密封于容器内。填充物包含缓冲气体、任选的游离汞、和卤化物组分，卤化物组分包括选自镧的卤化物、镨的卤化物、钕的卤化物、钐的卤化物、铈的卤化物及其组合的稀土金属卤化物。有效氧源存在于放电容器中。稀土金属卤化物以一定量存在，使得在灯工作期间与有效氧源组合使钨类物质在放电容器壁和至少一个电极的至少一部分之间保持气相溶解度差。
【专利说明】包含有效氧源的金属面化物灯
[0001] 本申请是W下申请的分案申请：申请日；2008年11月14日；申请号： 2008801199231 (PCT/US2008/083477);发明名称；"包含有效氧源的金属团化物灯"。
[0002] 发明背景
[0003] 本发明涉及具有高灯流明维持率的放电灯。它具体用于与在容器中具有有效氧源 的陶瓷金属团化物（CMH)灯相关的应用，该种灯在工作期间，使鹤类物质在壁和电极之间 保持溶解度差，W下将对其作出具体描述。
[0004] 高强度放电化ID)灯是能够从相对较小源产生大量光的高效率灯。该些灯广泛用 于很多应用，仅举几个例子，包括公路和道路照明、大型会场（如运动场）照明、建筑的泛光 照明、商店、厂房和探照灯。术语"HID灯"用于代表不同类型的灯。该些灯包括隶气灯、金 属团化物灯和轴灯。特别是，金属团化物灯广泛用于需要W相对较低成本实现高亮度水平 的领域。HID灯与其他灯不同，因为它们的作用环境需要在高温和高压长期工作。另外，由 于它们的用途和成本，需要该些HID灯具有相对较长的使用寿命，并且产生一致的亮度水 平和光色。虽然原则上HID灯可用交流（AC)电源或直流值C)电源工作，但实际上，该些灯 通常由AC电源驱动。
[0005] 放电灯利用在两个电极之间通过电弧使蒸气填充物质电离来发光，蒸气填充物 质如稀有气体、金属团化物和隶的混合物。电极和填充物质密封在半透明或透明放电容 器内，放电容器保持受激励填充物质的压力，并允许发出的光透过。填充物质，也称为"剂 (dose)"，响应电弧激发发出所需的光谱能量分布。例如，团化物提供赋予宽选择光性质的 光谱能量分布，该些光性质例如色温、显色性和发光效率。
[0006] 该些灯的光输出通常由于放电容器壁变黑随时间减小。变黑是由于鹤从电极运到 壁上。现已建议在放电容器中加入氧化巧或氧化鹤氧分配器，例如公开于授予KoninklUke Philips Electronics N.V.的 WO 99/53522 和 WO 99/53523。然而，根据该些申请中的建 议制造的灯可能不能同时满足可接受的灯效率、色点、色稳定性、流明维持率和商用灯的可 靠性价值。
[0007] 本发明的示例性实施方案提供具有提高流明维持率的改进的新金属团化物灯。 [000引发明概述
[0009] 在示例性实施方案的一个方面，灯包括放电容器。鹤电极伸入放电容器中。将可 电离的填充物密封于容器内。填充物包含缓冲气体、任选的金属隶、和团化物组分，团化物 组分包含选自铜的团化物、错的团化物、钦的团化物、衫的团化物、铺的团化物及其组合的 稀±金属团化物。有效氧源存在于容器中。稀±金属团化物W-定量存在，使得在灯工作 期间与有效氧源组合对于气相中存在的鹤类物质在放电容器壁和至少一个电极的至少一 部分之间保持溶解度差。
[0010] 在另一个方面，灯包括放电容器。鹤电极伸入放电容器中。将可电离的填充物密 封于容器内。填充物包含缓冲气体、任选的隶、和团化铺。填充物也包含至少一种选自W下 的团化物；a)碱金属团化物，b)镇W外的碱±金属团化物，和C)选自钢和佗的元素的团化 物。灯填充物不含铁、镑、铜、巧、错、纪和镜、铺、筑和镇的团化物。鹤的氧化物W足够量密 封于容器中，W在灯工作期间保持填充物中至少lx 10->mol/cm3的气相wo 2X2浓度。
[0011] 另一方面，制成灯的方法包括提供放电容器，提供伸入放电容器的鹤电极，并将可 电离填充物密封于容器内。填充物包含缓冲气体、任选的金属隶、和团化物组分，团化物组 分包含选自铜的团化物、错的团化物、钦的团化物、衫的团化物、铺的团化物及其组合的稀 ±金属团化物。将有效氧源密封于放电容器中。有效氧源W-定量存在，使得在灯工作期 间填充物中鹤类物质的溶解度在邻近电极之一的至少一部分处低于在放电容器壁处，使得 来自电极的鹤被运回电极之一，不然在灯工作期间所述鹤会沉积于壁上。
[0012] 至少一个实施方案的一个优点是提供具有改进性能和流明维持率的陶瓷电弧管 填充物。
[0013] 至少一个实施方案的另一个优点在于减弱壁变黑。
[0014] 另一个优点是在放电容器壁和在比该壁更高温度工作的一部分电极之间保持鹤 再生循环。
[0015] 通过阅读和理解W下优选实施方案的详细说明，更多优点对本领域的技术人员将 变得显而易见。
[0016] 附图简述
[0017] 图1为根据示例性实施方案的HID灯的横截面图；
[0018] 图2显示在示例性的体积为0. 2cm3的灯中存在不同量化12作为有效团素源的情 况下，所有鹤类物质的组合溶解度与温度的理论曲线图；
[0019] 图3显示在示例性的体积为0. 2cm3的灯中存在不同量化I 2作为有效团素源的情 况下，鹤类物质的过饱和度与温度（K)的理论曲线图；
[0020] 图4显示在示例性的体积为0. 2cm3的灯的填充物中存在不同量W0 3作为有效氧源 的情况下，所有鹤类物质的组合溶解度与温度的理论曲线图；
[0021] 图5显示在示例性的体积为0. 2cm3的灯的填充物中存在不同量W0 3作为有效氧源 的情况下，鹤类物质的过饱和度与温度（K)的理论曲线图；
[002引图6显示对于体积为0. 2cm3的灯在平衡态蒸气形式的WO2I2的量与加入的Hgl 2或 W03的量的理论曲线图；
[002引图7显示在平衡态蒸气形式的化12的量与加入的化12或W0 3的量的理论曲线图； [0024] 图8显示利用不同量化12和W0 3串喊的灯经2000小时的流明输出；并且
[002引图9显示该些灯的流明维持率，用％表示（LM% )。
[002引发明详述
[0027] 示例性实施方案的一些方面涉及一种用于灯的填充物，所述填充物经配制W促进 鹤再生循环，做法是，使鹤类物质在邻近灯壁处具有比在电极处更高的溶解度，不然会在灯 壁处发生沉积，尽管电极在比壁明显更高的温度下工作。
[002引参照图1，图1显示示例性HID灯10的横截面图。灯包括限定内室14的放电容器 或电弧管12。放电容器12具有壁16,壁16可由陶瓷材料（如氧化铅）或其他适合的透光 材料（如石英玻璃）形成。可电离的填充物18密封于内室14内。鹤电极20, 22位于放电 容器的相对端，W便在对其施加电流时激发填充物。两个电极20和22 -般通过导体24， 26 (例如，自镇流器，未显示）提供交流电流。电极20, 22的末端28, 30相隔距离山距离d 限定电弧间隙。在对HID灯10供电时（表明电流流到灯），在两个电极之间产生电压差。 此电压差导致在电极的末端28, 30之间的间隙产生电弧。电弧在电极末端28, 30之间的区 域引起等离子放电。可见光产生并通过壁16传出室14。
[0029] 电极在灯工作期间变热，并且鹤会从末端28, 30蒸发。一些蒸发的鹤可能沉积在 壁16的内表面32上。没有再生循环的话，沉积的鹤就可能导致壁变黑，并且减小可见光透 射。
[0030] 虽然可用纯鹤形成电极20, 22,例如大于99 %的纯鹤，但也可考虑电极具有较低 鹤含量，例如可包含至少50 %或至少95%的鹤。
[0031] 示例性电弧管12被外灯泡36包围，外灯泡36的一端提供有灯帽38,灯通过灯帽 38与电源（未显示）连接，如市电电压（mains voltage)。外灯泡36可由玻璃或其他适合 材料形成。照明组件10也包括镇流器（未显示），镇流器在开灯时作为启动器。镇流器位 于包括灯和电源的电路中。可将电弧管和外灯泡之间的空间抽空。任选由石英或其他适合 材料形成的罩（未显示）围绕或部分围绕电弧管，W在电弧管破裂的情况下容纳可能的电 弧管碎片。
[0032] 内部空间14具有与灯的工作电压和可承受壁负荷相称的体积。例如，对于70W的 灯，体积可为约0. 15cm3至约0. 3cm 3，例如约0. 2cm3,对于250W的灯，体积可为约0. 5cm3至 约 2. 0cm3,例如约 1. 35cm3。
[0033] 可电离填充物18包含缓冲气体、任选的隶化g)、团化物组分和有效氧源，有效氧 源可作为固体氧化物存在。在一些实施方案中，填充物可包含有效团素源。选择填充物18 的各组分及其相应量，W在壁表面32处提供较高的鹤类物质溶解度用来与壁表面沉积的 任何鹤反应。团化物组分包含稀±金属团化物，并且可进一步包含一种或多种碱金属团化 物、碱±金属团化物和第IIIA族团化物（钢的团化物和/或佗的团化物）。在工作中，电极 20,22在电极的末端28,30之间产生电弧，电弧使填充物电离，W在放电空间产生等离子。 所产生的光的发射性质主要取决于填充物质的组成、电极之间的电压、室的温度分布、室中 的压力和室的几何形状。在填充物的W下说明中，除非另外提到，各组分的量是指在放电容 器中初始密封的量，即，在灯工作之前。
[0034] 缓冲气体可W为惰性气体，如氮、気、氮或其组合，并且可W约5-20微摩尔/立方 厘米（ymol/cm 3)内室14存在于填充物中。缓冲气体也可作为灯工作早期阶段产生光的 启动气体。在适于陶瓷金属团化物灯的一个实施方案中，灯用Ar回填。在另一个实施方案 中，使用加有少量Kr85的Xe或Ar。放射活性的Kr85提供电离，电离帮助灯启动。冷填充 物压力可W为约60-300巧，虽然不排除更高冷填充物压力。在一个实施方案中，使用至少 约120巧的冷填充物压力。在另一个实施方案中，冷填充物压力至高为约240巧。太高的 压力可能不利于启动。太低的压力可导致随时间流明衰减增加。在灯工作期间，缓冲气体 的压力可W为至少约1大气压。
[00巧]隶剂可W约3至35mg/cm3电弧管体积存在。在一个实施方案中，隶剂为约20mg/ cm3。调节隶重量，W提供所需的电弧管工作电压（Vop)来从所选镇流器提取能量。在一个 供选的实施方案中，灯填充物不含隶。
[0036] 团化物组分可W约20至约80mg/cm3电弧管体积存在，例如约30-60mg/cm 3。团化 物剂与隶的比率可W为例如约1 : 3至约15 : 1重量比。团化物组分中的一种或多种团 化物可分别选自氯化物、漠化物、楓化物及其组合。在一个实施方案中，团化物全部为楓化 物。楓化物倾向于提供较长的灯寿命，因为在填充物中含楓化物组分的电弧管和/或电极 的腐蚀比利用其他类似的氯化物或漠化物组分的腐蚀小。所述团化物化合物通常表现化学 计量关系。
[0037] 团化物组分的稀±金属团化物为其类型和浓度经选择使其不与任选的氧源反应 生成稳定氧化物（即，生成不稳定氧化物）的团化物。该意味着允许在灯工作期间在填充 物中存在有效氧。生成不稳定氧化物的示例性稀±金属团化物包括铜（La)的团化物、错 (Pr)的团化物、钦（Nd)的团化物、衫（Sm)的团化物、铺（Ce)的团化物及其组合。填充物的 稀±金属团化物可具有通式REXs，其中RE选自La、Pr、化USm和Ce，X选自C1、化和I及其 组合。稀±金属团化物可W例如约3至约13]imol/cm 3总浓度存在于填充物中。选自该组 的示例性稀±金属团化物为团化铺，其可W填充物中团化物的至少2%的摩尔浓度存在，例 女口，填充物中团化物的至少约8%摩尔。在一个实施方案中，只有自稀±金属团化物的该个 限制组的稀±金属团化物存在于填充物中。因此，灯填充物不含其他稀±金属团化物，该意 味着所有其他稀±金属团化物W不大于约0. lymol/cm3的总量存在。具体地讲，填充物不 含W下稀±金属元素铺、铜、铁、镑、巧、镜、错和纪的团化物。生成稳定氧化物的其他团化物 也不存在于填充物中，如筑的团化物和镇的团化物。
[0038] 存在碱金属团化物时，碱金属团化物可选自轴（Na)的团化物、钟化）的团化物和 飽（Cs)的团化物及其组合。在一个具体实施方案中，碱金属团化物包括团化轴。填充物的 碱金属团化物可具有通式AX，其中A选自化、K和Cs，X如上限定及其组合。碱金属团化物 可W例如约20至约300 y mol/cm3总浓度存在于填充物中。
[0039] 存在碱±金属团化物时，碱±金属团化物可选自巧（Ca)的团化物、顿炬a)的团化 物和餓（Sr)的团化物及其组合。填充物的碱±金属团化物可具有通式MX2,其中M选自化、 Ba和Sr, X如上限定及其组合。在一个具体实施方案中，碱±金属团化物包括团化巧。碱 ±金属团化物可W例如约10至约100 ymol/cm3总浓度存在于填充物中。在另一个实施方 案中，填充物不含团化巧。
[0040] 存在第IIla族团化物时，第IIla族团化物可选自佗们）的团化物和钢（In)的 团化物。在一个具体实施方案中，第Ilia族团化物包括团化佗。填充物的第Ilia族团化 物可具有通式LX或LXs，其中L选自T1和In,X如上限定。第Ilia族团化物可W例如约1 至10 y mol/cm3总浓度存在于填充物中。
[0041] 有效氧源为在灯工作条件下使氧有效用于与其他填充物组分反应形成WO2X2的氧 源。有效氧气源可W为在灯工作温度下不稳定的氧化物，如鹤的氧化物、游离氧气（〇2)、水、 氧化钢、氧化隶或其组合。鹤的氧化物可具有通式W0"Xm，其中n为至少1，m可W为0, X如 上限定。示例性鹤的氧化物包括W〇3、W〇2和团氧化鹤，如W0 2I2。有效氧源（用其化含量表 示）可W例如约0. 1 y mol/cm3存在于填充物中，例如0. 2-3 y mol/cm 3,在一个实施方案中， 0. 2-2. 0 y mol/cm3。应了解，某些氧化物在灯工作条件下不易分解成有效氧，如氧化铺和氧 化巧，因此不倾向于有效作为氧源。一般大多数稀±元素的氧化物不是适合的有效氧源，因 为它们在灯工作温度下稳定。
[0042] 在一个实施方案中，使鹤电极部分氧化形成氧化鹤，例如在插入灯前使其表面上 的斑点热氧化，W提供有效氧源。在其他实施方案中，可将磨碎的氧化鹤（如氧化鹤碎片） 引入填充物中。
[0043] 存在有效团素源时，有效团素源通常为不稳定的团化物或能够通过在灯工作期间 发生的一个或多个反应增加气相WO2X2浓度的其他含团素化合物，其中X如上限定。游离团 素源可W为能够直接或间接与鹤金属、含鹤类物质或鹤化合物反应形成WO2X2的化合物。有 效团素源可W为选自隶团化物的团化物，如化12、H浊r2、HgCls及其组合。
[0044] 通常游离团素源不是稀±金属团化物或钢、佗、轴、镇、钟、飽、巧、顿或餓的团化物 或比鹤更紧密结合团素使其不能有效用于反应的任何团化物。在楓化物的情况下，有效 团素源（用其12含量表示）可W例如至少约〇.4mol/cm 3的总浓度存在于填充物中，例如 0. 4-7 y mol/cm3,在一个实施方案中，约1-3 y mol/cm3。在H浊和HgCl 2的情况下，在灯工 作期间生成的W〇2化2或WO2CI2复合物比相应的W0I 2化合物更稳定，因此，可W使用较化I 2 更少量的H浊r2或化C12。有效团素源可W在灯工作期间在填充物中提供至少约0. 4 y mol/ cm3有效团素（例如，12或其他活性团素类物质）浓度的足够量存在。
[0045] 在氧化鹤和团化隶两者均存在于填充物时，它们之一或两者可W比W上提到更低 的量存在。例如，氧化鹤和团化隶W满足W下公式的足够量存在于填充物中：
[0046] 0. 2《（A巧B)《12
[0047] 其中A为团化隶的量，用y mol/cm3表示，B为氧化鹤的量，用y mol 〇2/cm3表示。
[0048] 在一个实施方案中：
[0049] 0. 4《（A巧B)《6
[0050] 通常团化隶和WO3W允许在灯工作期间在填充物中存在至少lxl(T9y mol/cm3的 WO2I2 (作为蒸气）的足够量存在（即，一旦在壁上已生成鹤）。
[0051] 在不同的实施方案中，在制成灯时，即在工作前，灯填充物基本由缓冲气体、任选 的游离隶、任选的氧化鹤、和团化物组分组成，团化物组分基本由团化隶；选自铜的团化物、 错的团化物、钦的团化物、衫的团化物、铺的团化物及其组合的稀±金属团化物；和至少一 种碱金属团化物、碱±金属团化物和选自In和T1的元素的团化物的团化物组成。
[005引 70W和250W灯的示例性填充物组合物可如表1所示配制，其中可存在Hgl2和W0 3 之一或两者。
[0053] 表 1
[0054]
【权利要求】
1. 一种灯，所述灯包括： 放电容器； 伸入放电容器的鹤电极； 密封于容器内的可电离填充物，所述填充物包含： 缓冲气体， 任选的游离隶，和 团化物组分，所述团化物组分包含选自铜的团化物、错的团化物、钦的团化物、衫的团 化物、铺的团化物及其组合的稀±金属团化物，且所述填充物不含铜、错、钦、衫和铺的团化 物W外的所有稀±金属团化物；和 在放电容器中的有效氧源，稀±金属团化物W-定量存在，使得在灯工作期间与有效 氧源组合使鹤类物质在放电容器壁和至少一个电极的至少一部分之间保持气相溶解度差。
2. 权利要求1的灯，其中填充物包含游离隶。
3. 权利要求1的灯，其中有效氧源在灯工作条件下分解W形成有效氧。
4. 权利要求6的灯，其中有效氧源包括固体金属氧化物。
5. 权利要求1的灯，其中有效氧源包括鹤的氧化物。
6. 权利要求5的灯，其中鹤的氧化物包括W〇3。
7. 权利要求5的灯，其中鹤的氧化物W至少0. 1微摩尔/cm3浓度存在于填充物中。
8. 权利要求5的灯，其中鹤的氧化物W 0. 2-3. 0微摩尔/cm3浓度存在于填充物中。
9. 权利要求1的灯，其中稀±金属团化物包括团化铺。
10. 权利要求1的灯，其中稀±金属团化物W 3至13帕ol/cm3总浓度存在于填充物中。
11. 权利要求1的灯，其中填充物不含铁、镑、铜、巧、错、纪和镜、铺、筑和镇的团化物。
12. 权利要求1的灯，其中填充物进一步包含至少一种选自W下的团化物；碱金属团 化物、Mg W外的碱±金属团化物和T1或In的团化物。
13. 权利要求1的灯，其中在灯工作期间填充物包含蒸气态WO2X2,其中X选自C1、化 和I。
14. 权利要求1的灯，其中在灯工作期间壁的温度比电极部分低至少200K。
15. 权利要求14的灯，其中在灯工作期间壁的温度比电极部分低不大于800K。
16. 权利要求1的灯，其中在工作中在邻近电极之一的至少一部分处的温度高于气 相中鹤溶解度最小处的温度，并且在放电容器壁处的温度高于气相中鹤溶解度最小处的温 度。
17. -种灯，所述灯包括： 放电容器； 伸入放电容器的鹤电极； 密封于容器内的可电离填充物，所述填充物包含： 缓冲气体， 任选的游离隶， 团化物组分，团化物组分包含选自铜的团化物、错的团化物、钦的团化物、衫的团化物、 铺的团化物及其组合的稀±金属团化物，W及至少一种选自W下的团化物；a)碱金属团化 物、b)镇W外的碱±金属团化物和C)选自钢和佗的元素的团化物，灯填充物不含铁、镑、 铜、巧、错、纪和镜、铺、筑和镇的团化物，和 鹤的氧化物，鹤的氧化物W足够量密封于容器中，W在灯工作期间保持填充物中至少1Xl〇-9Mmol/cm3的气相 WO2X2浓度。
18. 权利要求17的灯，其中鹤的氧化物为W〇3。
19. 一种制成灯的方法，所述方法包括： 提供放电容器； 提供伸入放电容器的鹤电极； 将可电离填充物密封于容器内，所述填充物包含： 缓冲气体， 任选的游离隶， 团化物组分，所述团化物组分包含选自铜的团化物、错的团化物、钦的团化物、衫的团 化物、铺的团化物及其组合的稀±金属团化物，且所述填充物不含铜、错、钦、衫和铺的团化 物W外的所有稀±金属团化物；并且 在放电容器中提供有效氧源，有效氧源W-定量存在，使得在灯工作期间填充物中鹤 类物质的溶解度在邻近电极之一的至少一部分处低于在放电容器壁处，使得来自电极的鹤 被运回电极，不然在灯工作期间所述鹤会沉积于壁上。
20. -种使灯工作的方法，所述方法包括： 提供权利要求1的灯； 使灯工作，做法是，为灯提供交流电流W在灯容器中产生放电，有效氧与容器壁上沉积 的鹤反应W产生可溶性鹤类物质，可溶性鹤类物质沉积于电极上。
21. 权利要求20的方法，其中在灯工作期间在邻近电极之一的至少一部分处的温度 高于气相中鹤溶解度最小处的温度，并且在放电容器壁处的温度高于气相中鹤溶解度最小 处的温度。
【文档编号】H01J61/26GK104465311SQ201510006973
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2008年11月14日 优先权日:2007年12月6日
【发明者】D. 拉塞尔 T., 拉赫马尼 M., J. 梅希特 P., W. 乌特贝克 G. 申请人:通用电气公司