专利名称：效能改进的无电极灯的制作方法
技术领域：
本发明是1993年10月15日申请的第08/136,078号美国专利申请的部分继续申请。
本发明涉及一种改进的产生辐射的方法，并涉及一种改进的灯。
众所周知，无电极灯用于照明，它由包括微波和射频的电磁能供电。而且，众所周知，这种灯可以包括一种充填物，其中用硫或硒或它们的化合物产生辐射。1993年6月3日申请的第071,027号美国专利申请，以及第WO92/08240号PCT国际专利都已对这种灯作了披露，它们在此作为参考资料。
众所周知，灯的各种性能中一种重要的品质因数就是效能，即可见光输出与输入灯的电功率之比，因为它决定了使用灯的成本。上述PCT申请所披露的这种灯是一类具有高效能的灯。根据本发明，已经发现通过在一种特定的状态下使用这种灯，其效能可以有进一步实质性的改进。
根据本发明的第一方面，在灯泡的容积与表面积之比至少为0.45cm的状态下，使用其中用硫、硒或碲作为基本发光物质的灯。
提供较大的容积与表面积之比可以使通过灯泡壁损耗的热减至最小。由于所输入的电能转换为光或热，因此，增大容积与表面积之比可以得到提高发光效率的效果。在球面灯泡的情况下，通过增大灯泡的直径来增大容积与表面积之比。
根据本发明的第二个方面，在灯泡的容积与表面积之比至少为0.45cm的状态下，使用其中用硫、硒或碲作为基本发光物质的灯，使用期间，硫、硒或碲的密度为小于1.75mg/cc，功率密度小于100瓦/cc左右而大于5瓦/cc左右。在此状态下使用可以产生未曾料到的实际改善其效率的效果。
以下将结合附图更详细地描述本发明。
图1是本发明一个实施例的透视图。
图2是图1所示实施例的侧视图。
图3是采用硫充填物的发光谱线图。
图4是采用硒充填物的发光谱线图。
图5是采用碲充填物的发光谱线图。
参见图1，其中描述了作为本发明一个实施例的灯2由微波能源供电，当然，也可以采用射频能源。
灯2包括一个微波谐振腔4，它由金属圆筒6和金属网8组成。网8可有效地允许光从腔体内穿透出来而将微波能留在里面。
灯泡10设置在腔体内，在所述的实施例中它是球面形的。参见图2，该灯泡由杆12支承，后者与用以旋转灯泡的电动机14连接。这种旋转有助于稳定灯的工作。
微波能由磁控管16产生，波导18将该微波能传送到腔壁内的一条缝隙(未图示)，由此将微波耦合到腔体并耦合到灯泡10内的充填物。
灯泡10包括泡壳和泡壳内的充填物。充填物包括硫、硒或者碲，或者这些物质之一的一种化合物。可以应用于充填物的物质有InS，As2S3，S2Cl2，CS2，In2S3，SeS，SeO2，SeCl4，SeTe，SCe2，P2Se5，Se3As2，TeO，TeS，TeCl5，TeBr5和TeI5。
此外，也可以采用其它硫、硒和碲的化合物，例如，在室温下具有相对较低真空压力的化合物，即，它们处于固态或液态，以及在能有效保持有用光输出的工作温度下的一种真空压力。
根据本发明的一个方面，灯壳的容积与表面积之比至少为0.45cm。如上所述，这有助于高效率。容积与表面积的较佳比例为0.6cm以上。这里所用的术语“容积与表面积”中的“表面积”指的是灯壳的外表面积(容积是指灯泡内表面所包含的部分)。
此外，使用期间硫、硒或碲的密度为1.75mg/cc以下，功率密度为100瓦/cc左右以下和5瓦/cc左右以上。
值得注意的是，本发明的灯在功率密度为20瓦/cc以下的条件下使用。术语“功率密度”指的是输入灯泡的功率除以灯泡的容积。在本发明的灯中，可以采用任何充填物，包括一种充填物或各种充填物的组合，它们置于灯的工作温度下并置于所选择的功率密度，在灯泡内产生硫、硒和/或碲的足够的密度，提供有用的照明。
该灯可以输出少量的红外能谱，已经发现能谱随着功率密度的变化而偏移。在较高的功率密度下要求采用风冷却。实例1在进行试验的本发明的一个特定实施例中，采用外径为4.7cm(壁厚为1.5mm)的球面形灯泡，形成具有0.64cm的容积与表面积之比。所加功率为1100瓦，充填物为1.3mg/cc密度下的硫，形成19.5瓦/cc的功率密度，灯泡以300RPM旋转。产生其光谱如图3所示的可见光。灯泡周围的平均功效为165流明/瓦(微波瓦特)。所产生的可见光谱功率与红外光谱功率之比为10比1。作为这种常规类型的灯，典型的充填物包括惰性气体，具体是压力为150乇的氩。比较(实例1)在上述采用“仅仅含硫”之充填物的PCT申请的例子中，球面形无电极石英灯泡的内径为2.84cm(外径为30mm)，容积与表面积之比为0.43cm，并充填了0.062mg-moles(克分子)/cc(1.98mg/cc)的硫和60乇的氩。当用功率密度为280瓦/cc的微波能点亮时，灯周围的功效为140流明/瓦。实例2直径为40mm外径(37mm内径)，形成容积与表面积之比为0.53cm的球面形灯泡充填了34mg的硒和300乇的氙气，形成1.28mg/cc的硒密度。该灯用谐振腔内部的1000瓦微波能供电。产生其光谱如图4所示的可见光。灯泡周围的平均功效超过180流明/瓦。比较(实例2)如上述PCT申请中所披露的，容积为12cc(壁厚为1.5mm)的无电极石英灯泡充填了54mg的硒和60乇的氩。灯泡设置在微波谐振腔内，并用3500瓦的微波能量点燃。灯泡周围的平均功效为120流明/瓦左右。
从参照上述实例可见，通过工作于上面讲述的状态下可以在功效方面得到实质性的改善。实例3外径为40mm(内径为37mm)，形成容积与表面积之比为0.53cm的球面形灯泡充填了20mg的碲和100乇的氙，形成0.75mg/cc的碲密度。该灯用微波谐振腔内部1100瓦左右的能量供电。产生其光谱如图5所示的可见光。灯泡周围的平均功效至少为105流明/瓦。
上面已经揭示了其功效得到改善的灯。尽管本发明是结合较佳和图示的实施例来描述的，但显然对于本领域的熟练人员来说，还可以在本发明的精神和范围内对此作出种种变换，因此，本发明仅仅由所附的权利要求书和相同的内容所限定。
权利要求
1.一种产生可见光的方法，其特征在于包括如下步骤提供其容积与表面积之比至少为0.45cm的灯泡，它含有一种充填物，其中在灯的工作温度下，硫为基本的可见光放射体，以及以一定的功率密度将电磁能量耦合到充填物，该功率密度足能使可见光从所述灯泡放射出来。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为至少0.6cm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫有1.75mg/cc以下的密度，所述功率密度在大约100瓦/cc与大约5瓦/cc之间。
4.一种产生可见光的方法，其特征在于包括如下步骤提供其容积与表面积之比至少为0.45cm的灯泡，它含有一种充填物，其中在灯的工作温度下，硒或碲为基本的可见光放射体，以及以一定的功率密度将电磁能量耦合到充填物，该功率密度足能使可见光从所述灯泡放射出来。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为至少0.6cm。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硒或碲的密度小于1.75mg/cc，所述功率密度在大约100瓦/cc与大约5瓦/cc之间。
7.一种提供可见光的灯，其特征在于包括具有其容积与表面积之比为至少0.45cm的透光材料的灯泡，它含有一种充填物，其中在灯的工作温度下，硫为基本的可见光放射体，以及以一定的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，所述功率密度足能使可见光从所述灯泡放射出来。
8.如权利要求7所述的灯，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为至少0.6cm。
9.如权利要求7所述的灯，其特征在于，所述硫有1.75mg/cc以下的密度，所述将电磁能量耦合到充填物的装置提供在大约100瓦/cc和大约5瓦/cc之间的功率密度。
10.一种提供可见光的灯，其特征在于包括具有其容积与表面积之比为至少0.45cm的透光材料的灯泡，它含有一种充填物，其中在灯的工作温度下，硒为基本的可见光放射体，以及以一定的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，所述功率密度足能使可见光从所述灯泡放射出来。
11.如权利要求10所述的灯，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为至少0.6cm。
12.如权利要求10所述的灯，其特征在于，所述硫有1.75mg/cc以下的密度，所述将电磁能量耦合到充填物的装置提供在大约100瓦/cc和大约5瓦/cc之间的功率密度。
13.一种提供可见光的灯，其特征在于包括具有其容积与表面积之比为至少0.45cm的透光材料的灯泡，它含有一种充填物，其中在灯的工作温度下，碲为基本的可见光放射体，以及以一定的功率密度将电磁能量耦合到充填物的装置，所述功率密度足能使可见光从所述灯泡放射出来。
14.如权利要求13所述的灯，其特征在于，所述灯泡的容积与表面积之比为至少0.6cm。
15.如权利要求13所述的灯，其特征在于，所述硫有1.75mg/cc以下的密度，所述将电磁能量耦合到充填物的装置提供在大约100瓦/cc和大约5瓦/cc之间的功率密度。
全文摘要
一种以硫、硒和/或碲为基础，提供可见光的灯。灯(2)工作在具有高功效的状态下，其中，灯泡的容积与表面积之比大于0.45cm，硫、硒或碲的密度小于1.75mg/cc，功率密度在大约100瓦/cc和5瓦/cc之间。
文档编号H01J65/04GK1133103SQ94193745
公开日1996年10月9日 申请日期1994年10月17日 优先权日1993年10月15日
发明者布赖恩·特纳, 穆罕默德·卡马拉希, 莱斯利·莱文, 迈克尔·G·乌里 申请人:熔化照明股份有限公司