專利名稱：氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有放電氣體的氣體放電燈，該放電氣體包括封裝入放電容器內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)。
該氣體放電燈由DE 2225308所公知。在該燈中，發(fā)生放電的發(fā)光物質(zhì)是亞硒酸鍺，該物質(zhì)以其成分元素鍺和硒的形式被引入放電容器，并且在燈的工作狀態(tài)下以蒸氣的形式出現(xiàn)。
然而，該燈的缺點(diǎn)是所產(chǎn)生的射線具有很高的色溫，因此通常不適合用于一般的照明目的。在該應(yīng)用場(chǎng)合中，更多的物質(zhì)被引入到放電容器中，這些物質(zhì)在可見光的更長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生明顯的發(fā)射光。這些物質(zhì)是諸如以某種混合比例混合的錫與至少一種鹵素，以遵照如下雙重目的產(chǎn)生足夠的發(fā)射部分用于改變色溫并且又不影響燈的穩(wěn)定工作。另外，這些物質(zhì)也對(duì)所需的鍺和硒的數(shù)量或混合比例有影響，因此該燈的制造由于眾多的參數(shù)而變得很復(fù)雜。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在開始的段落中所述的類型的氣體放電燈，其可以以更簡(jiǎn)單的方式來產(chǎn)生光的發(fā)射，該發(fā)射也適用于一般的照明目的，特別是適用于在(低)色溫方面的照明。
而且，本發(fā)明所提供的氣體放電燈的發(fā)光效率或其它諸如演色性指數(shù)的燈參數(shù)能以簡(jiǎn)單的方式被調(diào)節(jié)到所需的數(shù)值。
這些目的依靠具有包括裝入放電容器內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)的放電氣體的氣體放電燈來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)權(quán)利要求1所述，該氣體放電燈的特征在于，其發(fā)光物質(zhì)是由周期系統(tǒng)的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一種元素與VI-A族(O，S，Se，和Te)中的至少一種元素形成的化合物來形成，化合物GeSe除外。
該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是依靠元素的選擇，在不需要更多的添加物的情況下也可以優(yōu)化一些燈參數(shù)。
從屬權(quán)利要求項(xiàng)涉及本發(fā)明的優(yōu)選的更進(jìn)一步的實(shí)施例。
如權(quán)利要求2到4所定義的實(shí)施例，其可能產(chǎn)生具有大致相當(dāng)于自然光的色溫的光，以使該燈特別適用于一般照明目的。
而且，由此可實(shí)現(xiàn)非常高的發(fā)光效率，并且較低的碲化鍺的飽和蒸氣壓力也對(duì)(再)起弧性能、放電的穩(wěn)定性、和燈的壽命有明確程度的改善。
最終發(fā)現(xiàn)的是，特別是在該實(shí)施例中，不僅可通過在高頻或微波范圍內(nèi)的交流電磁場(chǎng)以無電極的方式提供電力，也可通過常規(guī)金屬，特別是鎢電極，來提供電力，因?yàn)槠渚哂斜容^低的反應(yīng)性(特別是GeTe)。
權(quán)利要求3和4指出了元素的優(yōu)選的數(shù)量和混合比例，該元素形成了用于燈穩(wěn)定工作的發(fā)光物質(zhì)，同時(shí)權(quán)利要求5和6描述了優(yōu)選的初始?xì)怏w及其量。
依照權(quán)利要求7所述的燈尺寸，最終特別地實(shí)現(xiàn)了良好的燈的特性和性能。
特別是在權(quán)利要求8所述的實(shí)施例中，燈的顯色特性會(huì)受到有利地影響。
這里應(yīng)注意由JP-A-32 007247所公知的水銀蒸氣燈，在該專利中，除了放電氣體以外，幾種物質(zhì)制成的細(xì)粉被引入放電容器。由放電被加熱的該物質(zhì)通過氣流被散布在容器中，并隨后產(chǎn)生選擇性輻射，該輻射對(duì)發(fā)射光線的整體光譜具有積極的影響。所增加的物質(zhì)由I、II、III或IV族的元素的氧化物與V、VI或VII族的元素的氧化物構(gòu)成，以使該物質(zhì)依賴所需的附加的選擇性輻射的光譜而選定。除了與上述現(xiàn)有技術(shù)相似，依靠在該燈內(nèi)的添加物實(shí)現(xiàn)光譜的改變的事實(shí)之外，因發(fā)光物質(zhì)屬于完全不同的化學(xué)族，所以該燈與本發(fā)明無關(guān)。
由下面結(jié)合附圖的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明，本發(fā)明更進(jìn)一步的特點(diǎn)、特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，在附圖中

圖1示出本發(fā)明的氣體放電燈；圖2示出由該燈產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)譜；和圖3示出帶有不同氣體填充物的氣體放電燈的波長(zhǎng)譜。
圖1示出依據(jù)本發(fā)明的在放電氣體下運(yùn)行的高壓氣體放電燈的可行實(shí)施例。該燈包括石英玻璃放電容器1，放電氣體存在于其內(nèi)。設(shè)置鎢電極6、7以用于激發(fā)放電。電流由供電元件4、5提供，該元件穿過在放電容器1的相對(duì)的端部上的各自的夾緊部2、3，并且與鎢電極6、7相連接。所有這些元件被外殼8包圍，外殼8在其一個(gè)端部上具有夾緊部9，真空密封的電源線10、11延伸通過該夾緊部。外殼8上的常規(guī)的螺口燈頭12通過電源線10、11與供電元件4、5相連接。
在燈的另外的實(shí)施例中，可在沒有電極的情況下，借助于用于耦合高頻(HF)或微波輻射的裝置(如微波諧振器)進(jìn)行供電，借助該裝置在高頻或微波范圍內(nèi)產(chǎn)生交流電磁場(chǎng)，以穿過放電氣體。
放電容器1容納有放電氣體，該氣體除了包括作為啟動(dòng)氣體使用的諸如氬的稀有氣體外，還可能包括諸如汞的緩沖氣體、作為發(fā)光物質(zhì)的周期系統(tǒng)的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一種元素與VI-A族(O，S，Se，Te)中的至少一種元素形成的化合物，該化合物以其成分元素的形式被引入放電容器中。
當(dāng)發(fā)光物質(zhì)由碲化鍺(GeTe)形成時(shí)，可獲得極為有利的特性。分別為每cm3容器容積至少約0.1μmol的量的鍺和碲因該目的被引入放電容器。為了避免額外形成Te2，鍺和碲之間的摩爾比率選擇成大于約0.25。如果該比率為大于1，則大量的鍺將會(huì)殘存在底部，直到氣體成分再達(dá)到約為1的摩爾比率為止。放電容器的材料可為石英(SiO2)，致密燒結(jié)的氧化鋁(Al2O3)，或其它氧化的陶瓷物質(zhì)。
在(第一)實(shí)施例進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試中，除了具有約100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷壓的作為啟動(dòng)氣體的氬氣之外，約12.6mg的鍺(＝173μmol)和約22.1mg的碲(＝166μmol)被引入內(nèi)徑約為32-33mm的球形的石英放電容器。氣體放電依靠發(fā)出約2.45GHz頻率的微波諧振器產(chǎn)生。燈和諧振器的整體系統(tǒng)的功率消耗約為800W，在放電容器的最冷點(diǎn)出現(xiàn)約1200K的溫度，該最冷點(diǎn)相應(yīng)的碲化鍺(GeTe)的飽和蒸氣壓力約為0.2bar。
圖2和圖3中的曲線I顯示了由該第一種充氣氣體產(chǎn)生的光譜，其顯示出光發(fā)射的最大值大致位于光的可見光譜區(qū)域的中部。
假定由于諧振器壁中的電流，微波諧振器發(fā)生約10％的功率損失，則720W的等離子體的功率產(chǎn)生81.5klm的光通量，也就是113lm/W的等離子體功效。所產(chǎn)生的光具有在原色三角形中坐標(biāo)為x＝0.3383和y＝0.3954時(shí)的約5330K的色溫，并且顯色指數(shù)Ra8＝84.9。
因此，該第一實(shí)施例以其特別高的發(fā)光功效和大致相當(dāng)于自然光的特別低的色溫為特征。而且，由于GeTe的約為0.2bar的較低的飽和蒸氣壓力，氣相下鍺和硫族化物的濃度是特別低的。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，(再)起弧特性、放電的穩(wěn)定性、和燈壽命等該燈的工作特性由此受到非常有利地影響。特別有益的是，因?yàn)殒N和硫族化物的較低的局部壓力，確實(shí)延長(zhǎng)了帶有鎢電極的燈的壽命。帶有鎢的硫族化物的反應(yīng)性實(shí)際上顯示了由硫開始經(jīng)硒直到碲的下降的趨勢(shì)，因此特別是帶有GeTe填充物的燈也能在常規(guī)的諸如鎢電極的金屬電極的情況下可靠地工作。
該第一實(shí)施例特別獲得的測(cè)試結(jié)果也是令人驚訝的，因?yàn)?，例如使用GeO作為發(fā)光物質(zhì)的情況下，光發(fā)射的最大值位于約280nm處，并且該光譜沒有足夠遠(yuǎn)地延伸到可見光區(qū)域以使GeO燈可用做光源使用。一些實(shí)驗(yàn)確實(shí)已顯示出向較重的鍺的硫族化物的偏移，即分子量的增加，這也導(dǎo)致光發(fā)射最大值向更長(zhǎng)波長(zhǎng)的明顯的偏移。另外，在給定氣相下的鍺的硫族化物足夠地更高的濃度的情況下，出現(xiàn)了譜帶系統(tǒng)的短波射線的自吸收，使得光發(fā)射最大值位于譜帶頂部的上方，并且更進(jìn)一步地隨具有升高的鍺的硫族化物的壓力向更長(zhǎng)波長(zhǎng)方向偏移。
然而，在另一方面，除了GeO以外，由較輕的鍺的硫族化物向較重的鍺的硫族化物的過渡導(dǎo)致額外的問題，即蒸氣壓力強(qiáng)烈地下降。由于石英玻璃放電容器最高溫度必須保持在約1400K的軟化或結(jié)晶點(diǎn)以下，因此在實(shí)際應(yīng)用中容器的最冷點(diǎn)必須不超過約1200K。然而，在此溫度，蒸氣壓力是非常低的，特別是對(duì)具有0.2bar壓力的GeTe而言(GeO30mbar、GeS20bar、GeSe2bar)，因此不希望在如此低的蒸氣壓力下放電，其光發(fā)射最大值已大致位于光的可見光譜區(qū)域的中部并且具有較高的輻射功效(113lm/W)。
更進(jìn)一步顯示出的是，在帶有其它鍺的硫族化物的情況下，當(dāng)被引入放電容器的硫族元素(VI-A族)與金屬元素(IV-A)的摩爾比率是在2以下，優(yōu)選為1∶1的比率，以使足夠量的硫族化物進(jìn)入氣相時(shí)，等離子體功效和色溫也可達(dá)到有益的數(shù)值。
在第二實(shí)施例中，除了具有約100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷壓的作為啟動(dòng)氣體的氬氣之外，具有約32-33mm內(nèi)徑的球形放電容器被充以約32.7mg的鍺(＝450μmol)和約13.5mg的硫(＝433μmol)。氣體放電依靠發(fā)出約2.45GHz頻率的微波諧振器產(chǎn)生。由于約800W的燈和諧振器的整體系統(tǒng)的功率消耗，全部數(shù)量的GeS都處在氣態(tài)下，并且在放電容器內(nèi)出現(xiàn)5.6bar的壓力。
圖3中的曲線II顯示了在第二種充氣方式下所產(chǎn)生的光譜，從中顯而易見的是，光發(fā)射的最大值與GeTe的相比已向較短的波長(zhǎng)方向偏移。
假定由于諧振器壁中的電流，微波諧振器發(fā)生約10％的功率損失，則720W的等離子體功率產(chǎn)生66.9klm的光通量，也就是93lm/W的等離子體功效。所產(chǎn)生的光具有在原色三角形中坐標(biāo)為x＝0.2790和y＝0.2784時(shí)的約10,870K的色溫，并且顯色指數(shù)Ra8＝93.7。
在第三實(shí)施例中，除了具有約100mbar(＝4.0μmol/cm3)冷壓的作為啟動(dòng)氣體的氬氣之外，具有約32-33mm內(nèi)徑的球形放電容器再次被充以約32.7mg的鍺(＝450μmol)和約34.2mg的硒(＝433μmol)。氣體放電依靠發(fā)出約2.45GHz頻率的微波諧振器產(chǎn)生。約800W的燈和諧振器的整體系統(tǒng)的功率消耗導(dǎo)致在放電容器的最冷點(diǎn)的溫度約為1200K，導(dǎo)致GeSe的飽和蒸氣壓力約為2bar。
在圖3中的曲線III顯示了由該第三種充氣產(chǎn)生的光譜。該光發(fā)射的最大值位于GeTe和GeS的光發(fā)射最大值之間。
假定由于諧振器壁中的電流，微波諧振器發(fā)生約10％的功率損失，則720W的等離子體功率產(chǎn)生69.7klm的光通量和97lm/W的等離子體功效。所產(chǎn)生的光具有在原色三角形中坐標(biāo)為x＝0.2783和y＝0.2992時(shí)的約9660K的色溫，并且顯色指數(shù)Ra8＝97.0。
另外顯示出的是，在功率增加并從而在放電容器的殼壁溫度增加的情況下，上述實(shí)施例的光發(fā)射最大值向更長(zhǎng)波長(zhǎng)的方向偏移，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)較低的色溫是所希望的。為更進(jìn)一步加強(qiáng)該偏移，并且增加發(fā)光功效，三種措施被發(fā)現(xiàn)是有效的增加放電容器內(nèi)部的氣體壓力，擴(kuò)大容器的直徑，以及光發(fā)射從容器壁面反射回到放電空間。
總之，由上述數(shù)據(jù)及圖3可明顯看到的是，通過含有碲化鍺作為發(fā)光物質(zhì)的燈(第一實(shí)施例)，可以實(shí)現(xiàn)特別有利的特性。
加入鹵族元素，特別是使用錫和鉛的硫族化物時(shí)是有利的，即優(yōu)選為金屬(M)與硫族元素(C)與鹵族元素(X)的摩爾比率為1比1比2，其對(duì)應(yīng)的化合物為MCX2。放電容器內(nèi)的總蒸氣壓力因此增加。
最終發(fā)現(xiàn)的是，所有上述的發(fā)光物質(zhì)可與常規(guī)的金屬電極相結(jié)合，例如與由鎢制成的金屬電極相結(jié)合，以使依靠高頻或微波輻射的激發(fā)不是絕對(duì)必需的。
權(quán)利要求
1.一種具有放電氣體的氣體放電燈，該放電氣體包括封裝入該放電容器內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)，其特征在于，所述發(fā)光物質(zhì)由周期系統(tǒng)的IV-A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一種元素與VI-A族(O，S，Se，和Te)中的至少一種元素形成的化合物來形成，化合物GeSe除外。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述發(fā)光物質(zhì)由碲化鍺(GeTe)形成。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體放電燈，其特征在于，所述碲化鍺在燈的運(yùn)行狀態(tài)下由以每cm3的所述容器容積至少約0.1μmol的量被引入放電容器中的鍺和碲來形成。
4.如權(quán)利要求2所述的氣體放電燈，其特征在于，所述鍺與碲的摩爾比率約為0.25以上。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述放電氣體包括作為啟動(dòng)氣體的稀有氣體，例如氬氣。
6.如權(quán)利要求5所述的氣體放電燈，其特征在于，所述放電容器包含在約100mbar的冷壓下或每cm3的放電容器容積約4.0μmol的量的啟動(dòng)氣體。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述放電容器為大致球形的石英容器。
8.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述放電氣體包括鹵族元素，并且IV-A族中的元素與VI-A族中的元素與鹵族元素的摩爾比率約為1比1比2。
9.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，設(shè)置有金屬電極或用于耦合高頻(HF)或微波輻射的裝置以便提供電源，依靠該金屬電極或該裝置在高頻或微波區(qū)域內(nèi)可產(chǎn)生穿過該放電氣體的交流電磁場(chǎng)。
全文摘要
一種具有放電氣體的氣體放電燈，該放電氣體包括封裝在放電容器內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)，其特征在于，該發(fā)光物質(zhì)由周期系統(tǒng)的IV－A族(Si，Ge，Sn，Pb)中的至少一種元素與VI－A族(O，S，Se，和Te)中的至少一種元素形成的化合物來形成，化合物GeSe除外。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，通過使用這種物質(zhì)，特別是GeTe，在較低的蒸氣壓力下，其光發(fā)射最大值約位于光的可見光譜區(qū)域的中部，并獲得非常高的發(fā)光功效。而且，該發(fā)射的光具有大致相當(dāng)于沒有添加物的自然光的色溫，相對(duì)于許多其它的氣體放電燈，由此提供了用于一般照明目的的燈的使用。
文檔編號(hào)H01J65/04GK1515021SQ02811452
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月8日
發(fā)明者R·P·肖爾, R·希爾比格, A·克爾貝爾, J·拜爾, R P 肖爾, 炊, 雀 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司