專(zhuān)利名稱(chēng)：亮度可變的金屬鹵化物燈和照明方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬鹵化物燈和用于該金屬鹵化物燈的照明方法。
背景技術(shù)：
金屬鹵化物燈包括由放電容器形成的電弧管，放電容器中具有放電空間，并且該放電容器由主管和兩個(gè)從主管的每一端部延伸的細(xì)管以及一對(duì)電極電感構(gòu)成，該電極電感中的每一個(gè)密封在每一細(xì)管中，以便該電感的相應(yīng)端部在放電空間中相面對(duì)。發(fā)光材料、緩沖氣體、和啟動(dòng)稀有氣體封裝在電弧管中。發(fā)光材料由例如碘化鏑(DyI3)、碘化銩(TmI3)、碘化鈥(HoI3)、碘化鉈(TlI)等的鹵化物形成，緩沖氣體由汞形成，啟動(dòng)稀有氣體由氬等形成。
放電容器由半透明的陶瓷材料形成，這是因?yàn)槠涫沟秒娀」艿臒嶙韪哂谟墒⒉Ａе瞥傻某Ｒ?guī)電弧管的熱阻，并且因?yàn)榭色@得例如高燈功效、高顯色性指數(shù)、和長(zhǎng)壽命的有利的燈特性。
最近幾年，考慮到減少能量消耗，對(duì)使用陶瓷放電容器的金屬鹵化物燈在亮度降低的情況下的工作進(jìn)行了研究。然而，當(dāng)帶有陶瓷放電容器的金屬鹵化物燈以低的燈功率在亮度降低的情況下工作時(shí)，與燈在高功率下工作相比，燈特性明顯地惡化，這使得該燈是不實(shí)用的。注意到，在本發(fā)明中，如果在亮度降低的情況下最小和最大燈功率時(shí)的色溫差或者Duv(黑體軌跡偏差×1000)差分別≥750K和≥7，則該燈被定義為不實(shí)用的。
也就是說(shuō)，封裝在電弧管內(nèi)的發(fā)光材料、緩沖氣體、氬等的濃度設(shè)計(jì)成在高的燈功率下亮度降低地照明。因此，構(gòu)成發(fā)光材料的鹵化物(DyI3、TmI3、HoI3、TlI)的蒸氣壓力在以高燈功率工作時(shí)是良好平衡的，這可獲得理想的發(fā)射光譜。然而，當(dāng)該燈以低功率工作時(shí)，與稀土金屬碘化物(DyI3、TmI3、HoI3)的蒸氣壓力顯著降低相反，TlI的蒸氣壓力僅稍微降低。因此，對(duì)于T1發(fā)射而獲得的強(qiáng)發(fā)射光譜使得色溫改變，同時(shí)對(duì)于稀土金屬獲得較弱的發(fā)射光譜使得燈功效明顯降低。
因此，已經(jīng)提出了一種金屬鹵化物燈以便平衡在低的燈功率工作中的鹵化物蒸氣壓力的降低，其中使用MgI2(碘化鎂)來(lái)代替TlI，(在燈功率低的情況下TlI展示出的蒸氣壓力僅稍微降低)，碘化鎂的蒸氣壓力改變幾乎與稀土金屬碘化物例如DyI3、TmI3、HoI3相同。這使得即使該燈以低燈功率工作時(shí)仍可獲得非常好的顯色性，(例如見(jiàn)公開(kāi)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2002-42728)。
然而，使用具有MgI2封裝在其中的金屬鹵化物燈時(shí)，由于MgI2與構(gòu)成放電容器的半透明陶瓷材料的強(qiáng)反應(yīng)性而使得該燈壽命縮短，這使得這種燈在亮度可變的照明應(yīng)用中不太實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬鹵化物燈和一種使用該燈的照明方法，即使在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)該燈的燈特性只展示出非常小的改變。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種亮度可變的金屬鹵化物燈，其構(gòu)造有電弧管，該電弧管包括半透明的陶瓷放電容器和兩個(gè)保持在放電空間內(nèi)的電極，該放電空間位于該放電容器內(nèi)并具有封裝在其內(nèi)的多種鹵化物；和向該電極提供電力的燈頭。另外，當(dāng)燈功率在亮度降低狀態(tài)下設(shè)定在由最大燈功率Wmax[W]和最小燈功率Wmin[W]限定的范圍內(nèi)時(shí)，該放電容器的內(nèi)表面的表面面積S[cm2]滿足Wmax/60≤S≤Wmin/20。
這種結(jié)構(gòu)限定了該放電容器的內(nèi)表面的表面面積的預(yù)定范圍。在這種金屬鹵化物燈中，即使在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)該燈的燈特性只展示出非常小的改變，這使得該燈可以完全用于亮度降低的情況。
其中，滿足0＜Wmin/Wmax≤0.7。
其中，該放電容器包括主管和兩個(gè)細(xì)管，每一細(xì)管從該主管的每一端部延伸，該電極均包括在不同的電極電感內(nèi)，該電極電感由密封材料部分地密封在所述細(xì)管的相應(yīng)一個(gè)細(xì)管中，和當(dāng)燈以Wmax工作時(shí)，每一細(xì)管的對(duì)應(yīng)于設(shè)置該密封材料的部段的放電空間端部具有≤900℃的外表面溫度。
其中，除了汞之外，鹵化物是發(fā)光材料，并且以一濃度封裝在該放電空間內(nèi)，該濃度滿足0.9≤(Htotal-3)/V≤5.2，其中Htotal[mg]是鹵化物的濃度，V[cm3]是放電空間的容積。
其中，該鹵化物包括鹵化鈉、鹵化鈰、鹵化鉈、以及從以下一組包括鹵化鏑、鹵化鈥、鹵化銩、鹵化釓、鹵化鉺中選擇的至少一種物質(zhì)。
其中，滿足1.0≤MT/C≤3.5，其中MT/C是鹵化鉈的濃度[mol]與鹵化鈰的濃度[mol]的比率。
其中，該鹵化鈰的濃度與總的鹵化物濃度的比率＜4.0mol％。
其中，該金屬鹵化物燈用做白光源。
其中，Wmin是90W，Wmax是150W。
以上目的還通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)，即，提供一種用于使金屬鹵化物燈在亮度降低的狀態(tài)下工作的照明方法，該燈包括電弧管，兩個(gè)電極彼此面對(duì)地保持在半透明的陶瓷放電容器中，和向該燈提供燈功率，以便滿足WLmin≥20且WLmax≤60，其中，Wlmin和Wlmax分別是以最小和最大燈功率在亮度降低的狀態(tài)下該電弧管的泡體壁負(fù)荷[W/cm2]。


下面參考附圖進(jìn)行說(shuō)明，由此技術(shù)人員可以明顯看出本發(fā)明的其它一些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是依據(jù)實(shí)施例1的金屬鹵化物燈的局部截面圖；圖2是依據(jù)實(shí)施例1的金屬鹵化物燈的電弧管的縱向截面圖；圖3示出了當(dāng)實(shí)施例1的燈在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的特征變化；圖4示出了實(shí)施例1的燈在不同燈功率時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的光通量保持因數(shù)；圖5表明了對(duì)于不同泡體壁負(fù)荷可獲得的燈特征和壽命特征；圖6是依據(jù)實(shí)施例2的金屬鹵化物燈的局部截面圖；圖7是實(shí)施例2的金屬鹵化物燈的電弧管的縱向截面圖；圖8示出了當(dāng)實(shí)施例2的燈在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的特征變化；圖9示出了實(shí)施例1的燈在不同燈功率時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的光通量保持因數(shù)；圖10是依據(jù)實(shí)施例3的金屬鹵化物燈的局部截面圖；
圖11示出了當(dāng)實(shí)施例3的燈在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的特征變化；圖12示出了實(shí)施例3的燈在不同燈功率時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的光通量保持因數(shù)；圖13示出了當(dāng)實(shí)施例3的燈在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的特征變化；圖14示出了等同于實(shí)施例3的燈的亮度降低特征；圖15示出了等同于實(shí)施例3的燈的亮度降低特征；圖16示出了對(duì)于不同數(shù)值的MT/C的(在100小時(shí)之后的)亮度降低特征；圖17示出了在亮度降低的狀態(tài)下與鹵化物濃度相關(guān)的特征改變；和圖18示出了在亮度降低的狀態(tài)下與鹵化物濃度相關(guān)的特征改變。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例的金屬鹵化物燈。
實(shí)施例1圖1是依據(jù)實(shí)施例1的金屬鹵化物燈的局部截面圖。
金屬鹵化物燈100(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“燈100”)在150-225W的燈功率范圍內(nèi)亮度可變，并且該燈可用于例如商店的室內(nèi)照明、展示、展覽等等。在這些應(yīng)用中，重要的是結(jié)合燈功效和顏色特征，并且優(yōu)選地采用所謂的白光源(顯色性指數(shù)(CRI)≥80，優(yōu)選為≥90；Duv+2～-10)。
1.結(jié)構(gòu)在燈100中，如圖1所示，電弧管150容納在泡體120中，泡體還包括燈頭110(例如E26燈頭)。石英屏蔽管130包圍電弧管150并保護(hù)泡體120免受損壞，該石英屏蔽管130設(shè)置在泡體120內(nèi)。
泡體120由例如硬玻璃制成，并且具有封裝在其中的例如氮?dú)狻Ｗ⒁庠谂蒹w內(nèi)的空間可以是真空的。
燈100在接通時(shí)由燈頭110來(lái)提供電力，由于(以下描述的)饋電線183和188，每一個(gè)饋電線從電弧管150的每一端部導(dǎo)出，電連接到連接金屬絲141和142上，它們與燈頭110連接。注意金屬絲141和142總體上包括整數(shù)數(shù)量的連接的金屬絲。
以下描述電弧管150。
圖2是電弧管150的縱向截面圖。
如圖2所示，電弧管150具有主管160、設(shè)置在主管160的端部162、163處的細(xì)管170和175、以及一對(duì)電極電感180和185，在主管中形成放電空間161。注意，細(xì)管170和175設(shè)置在主管160中，以便細(xì)管的中心軸線與主管的中心軸線大致對(duì)準(zhǔn)。
主管160和細(xì)管170、175由半透明的多晶氧化鋁(97％總透光率)整體地形成。半透明的多晶氧化鋁具有大約1200℃的熱阻，這比通常使用的石英玻璃的熱阻(大約1000℃)高200℃。
細(xì)管170、175燒結(jié)到主管160的端部162、163中。主管160和細(xì)管170、175一起構(gòu)成放電容器155。如圖2所示，主管160的中部164具有圓柱大直徑，從中部164的末端朝向端部162、163該直徑逐漸減小。細(xì)管170、175均具有直圓柱的形狀。
電極電感180和185由電極桿181和186、圍繞電極桿181和186在放電空間側(cè)上盤(pán)繞的線圈182和187、以及連接到電極桿181和186的與放電空間側(cè)相對(duì)的端部上的饋電線183和188而形成。注意，在電極桿181和186以及線圈182和187中可使用鎢，而在饋電線183和188中可使用導(dǎo)電的金屬陶瓷。
其中，電極桿181與線圈182以及電極桿186與線圈187的組合稱(chēng)為電極，電極的端部設(shè)置在放電空間161中，以便彼此大致相對(duì)。
電極電感180和185從設(shè)置線圈182和187的端部插入到細(xì)管170、175中并且通過(guò)使用密封材料(例如玻璃料191、192)在細(xì)管170、175中氣密密封饋電線183和188的一部段從而保持在細(xì)管170、175中。注意，在玻璃料密封中使用的玻璃料191、192具有Dy2O3-Al2O3-SiO2的成分。
鉬線圈193、194用于防止(以下描述的)發(fā)光材料侵蝕到電極桿與細(xì)管之間的相應(yīng)間隙中，該鉬線圈插入到該間隙中，以便圍繞電極桿181和186盤(pán)繞。
由鹵化物(例如DyI3、TmI3、HoI3、TlI以及碘化鈉或NaI)、汞(作為緩沖氣體)、和氬(作為啟動(dòng)稀有氣體)形成的發(fā)光材料165的預(yù)定濃度物質(zhì)封裝在電弧管150的放電空間161內(nèi)。
在此給出了具有上述結(jié)構(gòu)的電弧管150的特定示例。
首先，在電弧管150中，泡體壁負(fù)荷WLmax和泡體壁負(fù)荷WLmin設(shè)定為落在(以下給出的)預(yù)定范圍內(nèi)。在此，WLmax是當(dāng)燈100以最大燈功率Wmax在亮度降低狀態(tài)下工作時(shí)的泡體壁負(fù)荷，而WLmin是當(dāng)燈100以最小燈功率Wmin在亮度降低狀態(tài)下工作時(shí)的泡體壁負(fù)荷。泡體壁負(fù)荷WL通過(guò)使用等式WL＝Wi/S，其中Wi[W]是燈功率，而S[cm2]是放電容器161的內(nèi)表面的表面面積。
電弧管150的測(cè)量基于放電容器161的內(nèi)表面的表面面積S來(lái)確定，其本身如此確定，即，使得泡體壁負(fù)荷WL采用的數(shù)值滿足預(yù)定的范圍。注意，泡體壁負(fù)荷WLmax(WLmin)是由燈功率Wmax(Wmin)除以表面面積S所獲得的數(shù)值。
以下給出電弧管150的測(cè)量示例。
電弧管150容納在泡體120中，在泡體中封裝有56.5kPa的氮?dú)狻?br> 在電弧管150中，在Wmax(在此為225W)時(shí)的泡體壁負(fù)荷WLmax設(shè)定為41W/cm2，而在Wmin(在此為150W)時(shí)的泡體壁負(fù)荷WLmin設(shè)定為27W/cm2。其內(nèi)形成放電空間161的放電容器155的測(cè)量如此確定，以便使得這時(shí)放電容器161的內(nèi)表面的表面面積S大約為5.5cm2。
放電容器155的總長(zhǎng)度是44毫米。在主管160中，中部164的內(nèi)徑和外徑分別是10毫米和11.4毫米，在主管160的每一側(cè)上的細(xì)管170、175之間的距離(圖2中的L1)是15毫米。細(xì)管170、175均具有3.0毫米的外徑、1.0毫米的內(nèi)徑、和14.5毫米的總長(zhǎng)度。
注意，在本實(shí)施例的放電容器155中，在主管160內(nèi)，放電空間161由細(xì)管170、175的端面之間的距離(圖2中的L1)來(lái)限定，放電空間不包括在細(xì)管170、175中的孔。
以下將描述電極電感180和185的主要測(cè)量。電極電感180和185保持在細(xì)管170、175中，以便使得放電空間161內(nèi)的電極桿181、186之間的距離為10毫米。電極桿181、186具有0.5毫米的外徑和12.5毫米的總長(zhǎng)度，而饋電線183、188具有0.9毫米的外徑和12毫米的總長(zhǎng)度。電極電感180和185的玻璃料密封部段(即對(duì)應(yīng)于設(shè)置玻璃料191、192的部段)均具有沿相應(yīng)細(xì)管的4.5毫米的總長(zhǎng)度。
發(fā)光材料165以5mg封裝在放電空間161內(nèi)。以下給出了構(gòu)成發(fā)光材料165的鹵化物，以及以摩爾百分比表示的相應(yīng)濃度
DyI3∶TmI3∶HoI3∶TlI∶NaI＝6.6∶4.8∶6.5∶8.5∶73.5mol％2.亮度降低特性以下的描述涉及燈100，其包括具有以上特定結(jié)構(gòu)的電弧管150，以最小燈功率150W和最大燈功率225W限定的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作。
圖3示出了當(dāng)燈100在150-225W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于總光通量、燈功效、色溫、CRI(普通顯色性指數(shù))、Duv(黑體軌跡偏差×1000)的測(cè)量結(jié)果。
如圖3所示，總光通量隨燈功率的波動(dòng)而波動(dòng)(增加/降低)，而無(wú)論燈功率如何變化，燈功效大致保持恒定(90.1-91.5lm/W)。
在常規(guī)的金屬鹵化物燈中，當(dāng)燈在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)由于燈功率的改變而引起色溫(≥750K)的明顯變化。然而，在具有上述結(jié)構(gòu)的燈100中，圖3清楚地示出了無(wú)論燈功率如何變化色溫保持大致恒定。具體地說(shuō)，在燈以Wmax(3555K)和Wmin(3615K)工作之間的色溫差為60K，這意味著對(duì)現(xiàn)有技術(shù)有顯著的改進(jìn)。
即使在低的燈功率下，CRI(86-93Ra)和Duv(-1.9～-2.8)均保持大致恒定，CRI保持在86Ra或更高，Duv數(shù)值非常小。
注意，嚴(yán)格意義上講，對(duì)于燈功效和色溫分別隨燈功率的改變波動(dòng)大約1.5％和1.7％。然而，在這種程度的波動(dòng)下，該燈是完全可以使用的，在實(shí)際使用中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。另外注意，波動(dòng)范圍是由燈功率數(shù)值之間的差值除以基準(zhǔn)值而獲得的絕對(duì)值，在這種情況下基準(zhǔn)值是燈以最大功率(Wmax)工作的狀態(tài)。
這些測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)使燈100設(shè)定成上述的泡體壁負(fù)荷WL，在燈功率150-225W的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)燈在亮度降低的狀態(tài)下良好地工作，同時(shí)燈特性(例如燈功效、色溫、顯色性等等)展示出最小程度的改變。
以下將描述當(dāng)燈以燈功率150-225W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)該燈的壽命特征。
圖4示出了使用以上結(jié)構(gòu)的燈100在燈功率數(shù)值為150W、180W、210W、225W時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的燃弧時(shí)間與光通量保持因數(shù)之間的關(guān)系。
注意，燈壽命的測(cè)試涉及分別開(kāi)燈5.5小時(shí)和關(guān)燈0.5小時(shí)的開(kāi)/關(guān)循環(huán)，在點(diǎn)亮100小時(shí)之后的光通量數(shù)值用作初始數(shù)值，以便計(jì)算光通量保持因數(shù)。在開(kāi)/關(guān)循環(huán)的測(cè)試中燈壽命限定為光通量保持因數(shù)達(dá)到該初始數(shù)值的70％的開(kāi)燈累計(jì)時(shí)間。
如圖4所示，測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于所有的燈功率數(shù)值，光通量保持因數(shù)保持非常好的程度，同時(shí)沒(méi)有觀察到常規(guī)的金屬鹵化物燈以低的燈功率在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的燈壽命縮短。
以上的測(cè)試表明，通過(guò)使用具有以上結(jié)構(gòu)的燈100，在不改變發(fā)光材料165的情況下，可防止在燈功率范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下(即在150W時(shí)泡體壁負(fù)荷WL為27.3W/cm2，而在225W時(shí)泡體壁負(fù)荷WL為40.9W/cm2)工作時(shí)的色溫降低，而且，在燈功率數(shù)值的整個(gè)范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)光通量保持因數(shù)沒(méi)有明顯地降低。因此，燈100被認(rèn)為完全可用作亮度可變的燈。
3.管壁負(fù)荷隨著用于亮度可變的照明的金屬鹵化物燈發(fā)展到現(xiàn)今，公認(rèn)的是，當(dāng)該燈以Wmax在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)，泡體壁負(fù)荷WLmax最大，而燈壽命最短。即，常規(guī)的想法是降低泡體壁負(fù)荷WL以便降低燈功率并延長(zhǎng)燈壽命。
然而，通過(guò)試圖增加泡體壁負(fù)荷WL以縮短壽命測(cè)試的過(guò)程時(shí)，本申請(qǐng)的發(fā)明人燈壽命沒(méi)有縮短而是增加了。發(fā)明人由此通過(guò)應(yīng)用金屬鹵化物燈的該原理實(shí)現(xiàn)了即使在亮度降低的狀態(tài)下減小了色溫的變化。
由于進(jìn)行了這些研究，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)使用具有以上結(jié)構(gòu)的燈100，優(yōu)選的是，當(dāng)在亮度降低的狀態(tài)下Wmax≤250W時(shí)，將泡體壁負(fù)荷WL設(shè)定在泡體壁負(fù)荷WLmin≥20W/cm2、泡體壁負(fù)荷WLmax≤60W/cm2的范圍內(nèi)。
以下解釋它原因。
首先，作出十個(gè)不同的試樣，在試樣中放電容器161的內(nèi)表面的表面面積S可調(diào)節(jié)，以便當(dāng)燈以135-225W的燈功率范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)，泡體壁負(fù)荷WLmax在Wmax下以5W/cm2的增加率在25-70W/cm2的范圍內(nèi)增加。每一試樣在亮度降低的狀態(tài)下工作，并且對(duì)燈功效、燈特征(例如亮度降低特征等等)和壽命特征進(jìn)行測(cè)試。注意，涉及試樣的燈特征和壽命特征的測(cè)試以與對(duì)燈100的其中放電容器161的內(nèi)表面的表面面積S為5.5cm2的上述測(cè)試相同的方式來(lái)進(jìn)行。
十個(gè)試樣的測(cè)試結(jié)果在圖5中示出。
圖5示出了首先，在泡體壁負(fù)荷列中示出了兩個(gè)數(shù)值，第一個(gè)數(shù)值是Wmax時(shí)的泡體壁負(fù)荷數(shù)值，而括號(hào)中的數(shù)值是Wmin時(shí)的泡體壁負(fù)荷數(shù)值。
使用四個(gè)等級(jí)“×”“△”“○”“◎”來(lái)評(píng)判燈特征和壽命特征×差△不好(存在問(wèn)題)○良好(完全可以使用)◎非常好(a)燈特征首先描述燈特征。
圖5表明了即使燈在亮度降低的狀態(tài)下工作，對(duì)于范圍40(24)-55(33)的泡體壁負(fù)荷可獲得非常好的燈特征(“◎”)。即使燈在亮度降低的狀態(tài)下工作，即使對(duì)于范圍33(20)-65(39)內(nèi)的泡體壁負(fù)荷，燈特征不存在問(wèn)題，可以實(shí)際使用(至少是“○”)。
然而，在33(20)-65(39)的范圍之外(即泡體壁負(fù)荷≤30(18)或者≥70(42))，不能獲得實(shí)用的燈特征，(即“×”“△”)。
以下將簡(jiǎn)要討論其原因。
首先，泡體壁負(fù)荷≤30(18)時(shí)的結(jié)果“×”和“△”是由于當(dāng)燈以低于Wmax(225W)的Wmin(135W)工作時(shí)放電空間161中的溫度造成的。因?yàn)榉庋b在放電空間161中的鹵化物的不同蒸氣壓力特征，所以這加強(qiáng)了燈特性(燈功效、色溫等等)在以Wmax和Wmin工作之間的差別。
另一方面，當(dāng)燈以Wmax工作時(shí)，導(dǎo)致在泡體壁負(fù)荷70(42)或更高時(shí)出現(xiàn)結(jié)果“△”的原因是由于負(fù)荷過(guò)高而導(dǎo)致燈功效、色溫惡化。
(b)壽命特征以下描述壽命特征。
圖5表明了對(duì)于范圍在33(20)-50(30)內(nèi)的泡體壁負(fù)荷可獲得非常好的壽命特征(“◎”)。即使對(duì)于30(18)-60(36)范圍內(nèi)的泡體壁負(fù)荷，壽命特征不存在問(wèn)題，可以實(shí)際使用(至少是“○”)。
然而，在30(18)-60(36)的范圍之外(即泡體壁負(fù)荷≤25(15)或者≥65(39))，不能獲得實(shí)用的壽命特征，(即“×”或“△”)。
以下將簡(jiǎn)要討論其原因。
首先，當(dāng)燈以Wmin工作時(shí)，在泡體壁負(fù)荷25(15)或更低時(shí)出現(xiàn)結(jié)果“△”的原因是放電容器155的管壁的低溫。這抑制了鹵素的循環(huán)并導(dǎo)致管壁嚴(yán)重的變黑。
另一方面，當(dāng)燈以Wmax工作時(shí)，在泡體壁負(fù)荷65(39)或更高時(shí)出現(xiàn)結(jié)果“×”的原因是電弧管150的溫度升高。這使得放電容器155和發(fā)光材料165在放電容器155內(nèi)的反應(yīng)性增加，并且在壽命測(cè)試中，在3000小時(shí)內(nèi)在電弧管150的主管160中出現(xiàn)裂紋，這導(dǎo)致由于泄漏而形成燈工作的故障。
(c)總結(jié)以上的效果表明，在33(20)-60(36)的泡體壁負(fù)荷的范圍內(nèi)，燈100的燈特征和壽命特征是滿意的。注意，該范圍稱(chēng)為“在亮度降低的狀態(tài)下最佳的泡體壁負(fù)荷范圍”。
具體地說(shuō)，在亮度降低的狀態(tài)下當(dāng)Wmax≤250W時(shí)，在亮度降低的狀態(tài)下的泡體壁負(fù)荷WL設(shè)定在由Wmin時(shí)的泡體壁負(fù)荷WLmin≥20W/cm2和Wmax時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmax≤60W/cm2限定的范圍內(nèi)。
注意，當(dāng)?shù)獨(dú)夥庋b在泡體120內(nèi)或者當(dāng)泡體內(nèi)形成真空時(shí)，該測(cè)試已經(jīng)確認(rèn)對(duì)于以上泡體壁負(fù)荷范圍可獲得大致相同的結(jié)果。
因此，在電弧管150中，如果設(shè)定亮度降低的照明狀態(tài)(即Wmax、Wmin)，放電容器161的內(nèi)表面的表面面積S優(yōu)選為如此確定，即，使得泡體壁負(fù)荷WL滿足以上的條件，并且其不限于上述的5.5cm2的內(nèi)表面的表面面積。
實(shí)施例2圖6是依據(jù)實(shí)施例2的金屬鹵化物燈的局部截面圖。
金屬鹵化物燈200(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“燈200”)在270-400W的燈功率范圍內(nèi)亮度可變，并且該燈可用于例如街道燈的室外照明、或者例如機(jī)構(gòu)建筑、體育館等等的高屋頂照明應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，重要的是燈功效而不是顏色特征，(CRI大約50-70；Duv+10～+20)。
1.結(jié)構(gòu)在燈200中，如圖6所示，電弧管250容納在泡體220中，泡體還包括燈頭210(例如E39燈頭)。石英屏蔽管230包圍電弧管250，該石英屏蔽管設(shè)置在泡體220內(nèi)。
泡體220由例如硬玻璃制成，并且在其中形成真空。注意，薄膜221(例如Teflon)圍繞泡體220的外側(cè)形成，以防止玻璃碎片在破裂時(shí)散開(kāi)。
借助饋電線283和288，由燈頭210來(lái)向電弧管250提供電力，每一個(gè)饋電線從電弧管的每一端部突伸出來(lái)，電連接到連接金屬絲241和242上。
以下描述電弧管250。
圖7是電弧管250的縱向截面圖。
如圖7所示，電弧管250具有主管260、從主管260的每一端延伸的細(xì)管270和275、以及一對(duì)電極電感280和285，在主管中形成放電空間261。
主管260和細(xì)管270、275由半透明的多晶氧化鋁(97％總透光率)整體地形成。主管和細(xì)管一起構(gòu)成放電容器255。
如圖7所示，主管260是圓柱形的并且在中部264處具有大直徑，該直徑以弧形朝向端部逐漸減小。細(xì)管270、275均具有直圓柱的形狀。
與實(shí)施例1相似，電極電感280和285由電極桿281和286、線圈282和287、以及饋電線283和288而形成。注意，這些部件的材料與實(shí)施例1相同。
與實(shí)施例1相似，在電極電感280和285中，饋電線283和288的一部分使用例如玻璃料291、292氣密密封在細(xì)管270、275中，以便在放電空間中電極桿281和286之間的距離為30毫米。
與實(shí)施例1相似，鉬線圈293、294設(shè)置在電極桿與細(xì)管之間的相應(yīng)間隙中。
由汞、氬和鹵化物(例如碘化鈰或CeI3、碘化銦或InI3、TlI、NaI)形成的發(fā)光材料265封裝在電弧管250內(nèi)。
以下描述具有上述結(jié)構(gòu)的電弧管250的特定示例。
在電弧管250中，在Wmax(在此為400W)時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmax設(shè)定為37W/cm2，而在Wmin(在此為270W)時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmin設(shè)定為25W/cm2。其內(nèi)形成放電空間261的放電容器255的測(cè)量如此確定，即，以便使得這時(shí)放電容器的內(nèi)表面的表面面積S大約為10.8cm2。
放電容器255的總長(zhǎng)度是80毫米。主管260在中部264的內(nèi)徑和外徑分別是12毫米和14.5毫米。細(xì)管270、275均具有4毫米的外徑、1.4毫米的內(nèi)徑、和20毫米的總長(zhǎng)度。
注意，在本實(shí)施例的放電容器255中，如圖7所示，放電空間261由細(xì)管270、275的放電空間-端部開(kāi)始彎曲的位置之間的距離(即圖7中的L2)來(lái)限定。
以下將描述電極電感280和285的主要測(cè)量。電極桿281、286具有0.75毫米的外徑和20毫米的總長(zhǎng)度，而饋電線283、288具有1.3毫米的外徑和10毫米的總長(zhǎng)度。電極電感280和285的玻璃料密封部段均具有沿相應(yīng)細(xì)管的5毫米的總長(zhǎng)度(即對(duì)應(yīng)于設(shè)置玻璃料的部段長(zhǎng)度)。
發(fā)光材料265以18mg封裝在放電空間261內(nèi)。以下給出了構(gòu)成發(fā)光材料265的鹵化物，以及以摩爾百分比表示的相應(yīng)濃度CeI3∶InI3∶TlI∶NaI＝14.5∶0.9∶2.6∶82.0mol％2.亮度降低特性以下的描述涉及燈200，其包括具有以上特定結(jié)構(gòu)的電弧管250，該燈在最小燈功率Wmin270W和最大燈功率Wmax400W限定的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作。
圖8示出了當(dāng)燈200在270-400W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于總光通量、燈功效、色溫、CRI(普通顯色性指數(shù))、Duv(黑體軌跡偏差×1000)的測(cè)量結(jié)果。
如圖8所示，總光通量隨燈功率的波動(dòng)而波動(dòng)(增加/降低)，而無(wú)論燈功率如何變化，燈功效大致保持恒定(131.1-135.0lm/W)。
圖8清楚地表明了無(wú)論燈功率如何變化色溫保持大致恒定。具體地說(shuō)，在燈以Wmax(4155K)和Wmin(4095K)工作之間的色溫差為60K，這意味著對(duì)現(xiàn)有技術(shù)有顯著的改進(jìn)。
如圖8所示，即使在燈功率降低的情況下，CRI(72-78Ra)和Duv(18～23)均保持大致恒定，CRI保持在72Ra或更高。
這些測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)使燈200設(shè)定成上述的泡體壁負(fù)荷WL，在燈功率270-400W的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)燈在亮度降低的狀態(tài)下良好地工作，同時(shí)燈特性(例如燈功效、色溫、顯色性等等)展示出最小程度的改變。
以下將描述當(dāng)燈以燈功率270-400W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)該燈的壽命特征。
圖9示出了使用以上結(jié)構(gòu)的燈100在燈功率數(shù)值為270W、300W、350W、400W時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的燃弧時(shí)間與光通量保持因數(shù)之間的關(guān)系。
注意，燈壽命的測(cè)試與實(shí)施例1的測(cè)試相同。燈壽命等等的定義與實(shí)施例1相同。
如圖9所示，測(cè)試結(jié)果表明，隨著燈功率增加，光通量保持因數(shù)趨向增加，壽命特征趨向于得到改善，同時(shí)沒(méi)有觀察到常規(guī)的金屬鹵化物燈以低的燈功率在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的燈壽命縮短。
以上的測(cè)試表明，通過(guò)使用具有以上結(jié)構(gòu)的燈200，在不改變發(fā)光材料265的情況下，可防止在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的色溫變化(差別)，而且，在燈功率數(shù)值的整個(gè)范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)光通量保持因數(shù)沒(méi)有明顯地降低。因此，燈200被認(rèn)為完全可用作亮度可變的燈。
3.管壁負(fù)荷依據(jù)測(cè)量的以上特定描述，在亮度降低的狀態(tài)下電弧管250的泡體壁負(fù)荷WL設(shè)定25-37在W/cm2的范圍內(nèi)。然而，在亮度降低的狀態(tài)下泡體壁負(fù)荷WL設(shè)定在Wmin時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmin≥20W/cm2、在Wmax＞250W時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmax≤60W/cm2的范圍內(nèi)。
這是因?yàn)閷?duì)于燈200(即實(shí)施例2的燈)進(jìn)行實(shí)施例1所述的3部段的測(cè)試從而獲得與實(shí)施例1相同的結(jié)果。因此，在此省去了實(shí)施例2的測(cè)試結(jié)果的圖表。
當(dāng)然，在電弧管250中，如果設(shè)定亮度降低的照明狀態(tài)(即Wmax、Wmin)，放電容器261的內(nèi)表面的表面面積S優(yōu)選為如此確定，即，使得泡體壁負(fù)荷WL滿足以上的條件，并且其不限于上述的10.8cm2的內(nèi)表面的表面面積。
注意，當(dāng)?shù)獨(dú)夥庋b在泡體120內(nèi)或者當(dāng)泡體內(nèi)形成真空時(shí)，對(duì)于以上泡體壁負(fù)荷范圍可獲得大致相同的結(jié)果。
實(shí)施例3圖10是依據(jù)實(shí)施例3的金屬鹵化物燈的局部截面圖。
金屬鹵化物燈300(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“燈300”)在90-150W的燈功率范圍內(nèi)亮度可變，并且該燈可用于例如商店的室內(nèi)照明、展示、展覽等等。在這些應(yīng)用中，重要的是結(jié)合燈功效和顏色特征，并且優(yōu)選地采用所謂的白光源(顯色性指數(shù)(CRI)≥80，優(yōu)選為≥90；Duv+2～-10)。
1.結(jié)構(gòu)在燈300中，如圖10所示，電弧管350保持在泡體320中，泡體還包括燈頭310(例如E26燈頭)。如實(shí)施例1和2，石英屏蔽管330包圍電弧管350，該石英屏蔽管設(shè)置在泡體220內(nèi)，以便保護(hù)泡體防止其損壞。泡體320由例如硬玻璃制成。
借助饋電線383和388，由燈頭310來(lái)向電弧管350提供電力，每一個(gè)饋電線從電弧管的每一端部突伸出來(lái)，電連接到連接金屬絲341和342上。
以下描述電弧管350。
如實(shí)施例1和2，電弧管350具有主管360、從主管360的每一端延伸的細(xì)管370和375、以及一對(duì)電極電感380和385，在主管中形成放電空間361。
主管360和細(xì)管370、375由半透明的多晶氧化鋁(97％總透光率)整體地形成。如實(shí)施例1和2，主管和細(xì)管一起構(gòu)成放電容器。
如圖10所示，主管360是圓柱形的并且在中部處具有大直徑，該直徑朝向端部逐漸減小。細(xì)管370、375均具有直圓柱的形狀。
如實(shí)施例1和2，電極電感380和385由電極桿、線圈、以及饋電線383和388而形成。電極電感380和385通過(guò)使用玻璃料部分地密封在細(xì)管370、375中。如實(shí)施例1和2，鉬線圈293、294設(shè)置在電極桿與細(xì)管之間的相應(yīng)間隙中。
由汞、氬和鹵化物(例如DyI3、TmI3、HoI3、CeI3、TlI、NaI)形成的預(yù)定濃度的物質(zhì)封裝在電弧管350內(nèi)。
以下描述具有上述結(jié)構(gòu)的電弧管350的特定示例。
在電弧管350中，在Wmax(在此為150W)時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmax設(shè)定為40W/cm2，而在Wmin(在此為90W)時(shí)泡體壁負(fù)荷WLmin設(shè)定為24W/cm2。構(gòu)成放電空間的放電容器的測(cè)量如此確定，即，以便使得這時(shí)放電容器的內(nèi)表面的表面面積S大約為3.75cm2。
放電容器的總長(zhǎng)度是48毫米。主管360在中部的內(nèi)徑和外徑分別是10毫米和11.4毫米。細(xì)管370、375均具有3毫米的外徑、1.0毫米的內(nèi)徑、和15.5毫米的總長(zhǎng)度。
以下將描述電極電感的主要測(cè)量。電極桿均具有0.45毫米的外徑和13.5毫米的總長(zhǎng)度，而饋電線均具有0.9毫米的外徑和12毫米的總長(zhǎng)度。注意，氮?dú)庖?0kPa封裝在泡體320內(nèi)。
2.燈特征使用具有不同鹵化物成分的發(fā)光材料的兩種類(lèi)型的電弧管來(lái)進(jìn)行各個(gè)燈特征的測(cè)量。除了鹵化物成分不同之外，兩個(gè)類(lèi)型的電弧管在例如度量等等方面中是相同的。注意以摩爾百分比表示的以下成分類(lèi)型1DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝9.6∶9.6∶9.5∶1.8∶3.7∶65.7mol％類(lèi)型2DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝2.1∶2.1∶2.1∶1.3∶3.9∶88.5mol％2-1.類(lèi)型1(a)亮度降低特性以下的描述涉及燈300，其包括具有類(lèi)型-1的電弧管350，該燈在最小燈功率Wmin90W和最大燈功率Wmax150W限定的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作。
圖11示出了當(dāng)燈300在90-150W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于總光通量、燈功效、色溫、CRI(普通顯色性指數(shù))、Duv(黑體軌跡偏差×1000)的測(cè)量結(jié)果。注意，圖11中的數(shù)據(jù)在燈工作100小時(shí)之后獲得。
如圖11所示，在燈功率90W時(shí)的總光通量(7859lm)與在燈功率150W時(shí)的總光通量(13967lm)的比率(即7859/13967＝0.56)大致等于最小與最大燈功率的比率(即具體而言是90.5/147＝0.62)，這表明如實(shí)施例1和2，通過(guò)改變燈功率可實(shí)現(xiàn)亮度降低的照明。
燈功效在90W時(shí)(86.8lm/W)和150W時(shí)(95.4lm/W)保持較高，盡管前者稍微低于后者。
無(wú)論燈功率如何變化色溫保持大致恒定(4248K，4298K)。即使在低的燈功率(90W)的情況下，CRI(96.4Ra，85.9Ra)和Duv(-3.5，-4.0)均保持大致恒定。
這些測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)使燈300設(shè)定成上述的泡體壁負(fù)荷WL(在最大和最小燈功率時(shí)分別為40W/cm2和24W/cm2)，在燈功率90-150W的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)燈在亮度降低的狀態(tài)下良好地工作，同時(shí)燈特性(例如燈功效、色溫、顯色性等等)展示出最小程度的改變。注意，類(lèi)型-1的燈還落在實(shí)施例1所述的在亮度降低的狀態(tài)下最佳的泡體壁負(fù)荷范圍內(nèi)。
(b)壽命特征以下將描述當(dāng)燈以燈功率90-150W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)該燈的壽命特征。
圖12示出了使用以上結(jié)構(gòu)的燈300在燈功率數(shù)值為90W、120W、150W時(shí)進(jìn)行壽命測(cè)試獲得的燃弧時(shí)間與光通量保持因數(shù)之間的關(guān)系。
注意，燈壽命的測(cè)試與實(shí)施例1的測(cè)試相同。燈壽命等等的定義與實(shí)施例1相同。
如圖12所示，測(cè)試結(jié)果表明，隨著燈功率增加，光通量保持因數(shù)趨向增加，壽命特征趨向于得到改善，同時(shí)沒(méi)有觀察到常規(guī)的金屬鹵化物燈以低的燈功率在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的燈壽命縮短。注意，這種趨向與實(shí)施例1和2所觀察到的相同。
以上的測(cè)試表明，通過(guò)使用具有以上發(fā)光材料成分的燈300，可防止在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)的色溫變化(差別)，而且，在燈功率數(shù)值的整個(gè)范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)光通量保持因數(shù)沒(méi)有明顯地降低。因此，燈300被認(rèn)為完全可用作亮度可變的燈。
2-2.類(lèi)型2(a)亮度降低特性以下的描述涉及燈300，其包括具有類(lèi)型-2的電弧管，該燈在最小燈功率Wmin90W和最大燈功率Wmax150W限定的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作。
圖13示出了當(dāng)燈300在90-150W的范圍內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于總光通量、燈功效、色溫、CRI(普通顯色性指數(shù))、Duv(黑體軌跡偏差×1000)的測(cè)量結(jié)果。注意，圖13中的數(shù)據(jù)在燈工作100小時(shí)之后獲得。
如圖13所示，在燈功率90W時(shí)的總光通量(8521lm)與在燈功率150W時(shí)的總光通量(14358lm)的比率(即8521/14358＝0.59)大致等于最小與最大燈功率的比率(即具體而言是90.5/147＝0.62)，這表明如實(shí)施例1和2，通過(guò)改變燈功率可實(shí)現(xiàn)亮度降低的照明。
燈功效在90W時(shí)(94.1lm/W)和150W時(shí)(97.7lm/W)保持較高，盡管前者稍微低于后者。
盡管不影響使用，但是在燈功率90W時(shí)色溫(2875)與在燈功率150W時(shí)色溫(3084K)之間稍有差別。CRI數(shù)值在燈功率90W時(shí)(77Ra)與在燈功率150W時(shí)(93Ra)之間也稍有差別。Duv(-4.0，-5.2)保持大致恒定。
3.燈特征(a)燈功效圖14示出了等同于類(lèi)型-1燈的燈(以下稱(chēng)為“類(lèi)型-1的等同形式”)的亮度降低特征。類(lèi)型-1的等同形式具有4300K的色溫，并且不包括CeI3。另一方面，圖15示出了等同于類(lèi)型-2燈的燈(以下稱(chēng)為“類(lèi)型-2的等同形式”)的亮度降低特征。類(lèi)型-2的等同形式具有3000K的色溫，并且不包括CeI3。注意，圖14和15所示的亮度降低特征是當(dāng)該燈以90-150W功率范圍在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)相應(yīng)燈的特征，形式上如圖11和13。
類(lèi)型-1的等同形式DyI3∶TmI3∶HoI3∶TlI∶NaI＝10∶10∶10∶12∶58mol％類(lèi)型-2的等同形式DyI3∶TmI3∶HoI3∶TlI∶NaI＝2∶2∶2∶10∶83mol％本發(fā)明的類(lèi)型-1和類(lèi)型-2的燈的燈功效(見(jiàn)圖11和13)高于不包括CeI3的類(lèi)型-1等同形式和類(lèi)型-2等同形式的燈的燈功效。
更具體地說(shuō)，以150W工作時(shí)類(lèi)型-1的燈的燈功效是95.4lm/W，而類(lèi)型-1的等同形式的燈的相應(yīng)數(shù)值是91.9lm/W。因此，類(lèi)型-1的燈的燈功效比類(lèi)型-1的等同形式的燈提高了3.8％。
相似的，以150W和90W工作時(shí)類(lèi)型-2的燈的燈功效是97.7和94.1lm/W，而類(lèi)型-2的等同形式的燈的相應(yīng)數(shù)值是92.5和92.1lm/W。因此，類(lèi)型-2的燈的燈功效比類(lèi)型-2的等同形式的燈分別提高了5.6和2.2％。
以上的效果表明，當(dāng)CeI3包括在發(fā)光材料中時(shí)，可提高燈功效。
(b)亮度降低特征如上所述，除了該發(fā)現(xiàn)之外，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)CeI3包括在發(fā)光材料中時(shí)，可提高燈功效，另外還注意到CeI3的濃度的變化導(dǎo)致在亮度降低的狀態(tài)下色溫和Duv的變化。
因此，發(fā)明人對(duì)于發(fā)光材料的成分比例進(jìn)行了研究，并且成功地降低了色溫和Duv的變化，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化鈰和鉈的濃度從而可保持燈在亮度降低狀態(tài)下工作時(shí)的高的燈功效。
也就是說(shuō)，如果MT/C滿足1.0≤MT/C≤3.5，則在亮度降低的狀態(tài)下可獲得非常好的亮度降低特征，其中MT/C是TlI的濃度[mol]與CeI3的濃度[mol]的比率。
以下將解釋其原因。
圖16示出了對(duì)于不同數(shù)值的MT/C的(在100小時(shí)之后的)亮度降低特征。
其中，圖16中的不同燈類(lèi)型用于在色溫3000K和4300K下使用，并且在這些燈中使用的發(fā)光材料由以下鹵化物和成分比率構(gòu)成。
類(lèi)型3DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝6.3∶6.3∶6.2∶3.9∶1.5∶75.8mol％MT/C＝0.4類(lèi)型4DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝8.4∶8.4∶8.3∶4.1∶4.1∶66.1mol％MT/C＝1.0類(lèi)型5DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝8.8∶8.8∶8.7∶1.6∶4.3∶67.8mol％MT/C＝2.6
類(lèi)型6DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝2.2∶2.2∶2.1∶1.1∶3.8∶88.6mol％MT/C＝3.5類(lèi)型7DyI3∶TmI3∶HoI3∶CeI3∶TlI∶NaI＝2.2∶2.2∶2.0∶1.1∶6.4∶86.3mol％MT/C＝5.8類(lèi)型3-類(lèi)型7的燈以兩個(gè)燈功率90W和150W工作。其中，以90-150W工作的燈可用于例如室內(nèi)的商店照明。在這種情況下，優(yōu)選的是，當(dāng)燈亮度變暗時(shí)，該燈的發(fā)光顏色只有非常小的變化，并且通常在亮度降低的狀態(tài)下Duv偏差≤2.5是商店照明所需的。
從圖16中，我們認(rèn)識(shí)到當(dāng)MT/C滿足1.0≤MT/C≤3.5時(shí)，可實(shí)現(xiàn)商店照明所需的Duv偏差≤2.5，其中MT/C是TlI的濃度與CeI3的濃度的比率。
注意，盡管參照?qǐng)D16對(duì)于燈類(lèi)型描述了兩個(gè)色溫(3000K和4300K)，即使對(duì)于不同的色溫，以上的情況也應(yīng)當(dāng)是適用的。另外，在室外照明的情況下，可允許有大量的顏色變化，并且Duv偏差不限制為≤2.5。因此，MT/C應(yīng)當(dāng)依據(jù)燈的使用場(chǎng)合、輸出等等因素來(lái)適當(dāng)?shù)拇_定，以便使得Duv偏差＜7，如本說(shuō)明書(shū)的背景技術(shù)部分的描述。
(c)相關(guān)事項(xiàng)如上所述，本申請(qǐng)的發(fā)明人通過(guò)其研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)CeI3包括在發(fā)光材料中時(shí)，可提高燈功效，并且優(yōu)化CeI3和TlI的濃度有助于減小在亮度降低的狀態(tài)下色溫和Duv的變化。此外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，如果CeI3的濃度小于總的鹵化物濃度(除汞之外)的4.0mol％，則可獲得適合于商店照明的白光源(即高燈功效、高顯色性、和極佳的Duv)。
換言之，盡管在CeI3的濃度大于4.0mol％時(shí)燈功效得到提高，但是鈰的綠色特性的發(fā)射強(qiáng)度將增加，這導(dǎo)致難以獲得高的顯色性和極佳的Duv(+2到-10)。因此，優(yōu)選的是，封裝的CeI3的濃度小于4.0mol％，以便獲得適合于商店等照明的白光源。
變型和其它事項(xiàng)1.燈功率本發(fā)明盡管參照實(shí)施例1-3來(lái)描述，但是本發(fā)明可應(yīng)用于優(yōu)選實(shí)施例所述之外的燈功率。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于在范圍200-300W內(nèi)亮度可變的燈。
2.發(fā)光材料盡管在優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光材料中使用了DyI3、TmI3、HoI3、CeI3、TlI、NaI，但是可使用其它的鹵化物，例如，鹵化鐠、鹵化鈰、鹵化釓、鹵化镥、鹵化鐿、鹵化鋱、鹵化鉺。注意，這些鹵化物不能于構(gòu)成放電容器的材料(即氧化鋁等)易于發(fā)生反應(yīng)。
另外，盡管在優(yōu)選實(shí)施例中使用碘化物作為鹵化物，但是可使用溴化物等。
3.發(fā)光材料的濃度通常，在金屬鹵化物燈中，燈特征的改變?nèi)Q于封裝在放電空間內(nèi)的發(fā)光材料的濃度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于他們進(jìn)一步的研究，當(dāng)獲得極佳的亮度降低特征時(shí)，發(fā)光材料的濃度[mg]是Htotal，并且放電空間的容積[cm3]是V，對(duì)于在亮度降低的狀態(tài)下工作的燈，等式“0.9≤(Htotal-3)/V≤5.2”是優(yōu)選滿足的。以下將描述設(shè)定該范圍的原因。
(a)測(cè)試首先，在測(cè)試中，制備具有不同發(fā)光材料濃度的燈，并且在燈功率范圍90-150W內(nèi)在亮度降低的狀態(tài)下評(píng)判亮度降低特征。注意，在此使用的燈具有大致與實(shí)施例3相同的結(jié)構(gòu)。
(b)燈對(duì)于在該測(cè)試中使用的燈，不同的鹵化物以不同的比率(mol％)包含在發(fā)光材料中，采用了以下兩種發(fā)光材料的成分。
類(lèi)型8DyI3∶TmI3∶HoI3∶TlI∶NaI＝10∶10∶10∶9∶61mol％類(lèi)型9DyI3∶TmI3∶HoI3∶TlI∶NaI＝3∶3∶3∶7∶84mol％(c)發(fā)光材料的濃度六種不同濃度的全部的發(fā)光材料封裝在放電空間內(nèi)，這些濃度為4.3mg、5.7mg、7.1mg、8.6mg、10.0mg、11.1mg。
注意，本發(fā)明導(dǎo)出的轉(zhuǎn)換表達(dá)式可應(yīng)用于不同的金屬鹵化物燈，該等式是“(Htotal-3)/V”。使用該表達(dá)式將六種不同的發(fā)光材料濃度轉(zhuǎn)變?yōu)?0.5、0.9、2.4、3.8、5.2、6.3。
(d)測(cè)試結(jié)果對(duì)于由具有六種不同的發(fā)光材料濃度的類(lèi)型-8和類(lèi)型-9的燈在亮度降低的狀態(tài)下工作獲得的亮度降低特征的結(jié)果在圖17和18中分別示出。
圖17和18示出了首先，“(Htotal-3)/V”列列出了轉(zhuǎn)換后的濃度。注意用于評(píng)判燈在亮度降低的狀態(tài)下工作獲得的亮度降低特征的符號(hào)是×差△不好(存在問(wèn)題)○良好(完全可以使用)◎非常好圖17和18示出了兩種類(lèi)型的燈即使在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于(Htotal-3)/V≥3.8可獲得非常好的燈特征(“◎”)。此外，圖17和18示出了兩種類(lèi)型的燈即使在亮度降低的狀態(tài)下工作時(shí)對(duì)于(Htotal-3)/V≥0.9可不影響燈使用的燈特征(“○”)。
接著考慮燈功效。對(duì)于給定成分和成分比率的發(fā)光材料，燈功效的改變?nèi)Q于封裝在放電空間內(nèi)的發(fā)光材料的濃度。通常，該濃度設(shè)定成大于使用該發(fā)光材料可獲得的最大燈功效的95％。
對(duì)于類(lèi)型-8的燈的鹵化物成分，最大燈功效被認(rèn)為是大約91lm/W。該數(shù)值的95％大約是86lm/W，給出(Htotal-3)/V的數(shù)值是5.2。如果(Htotal-3)/V的數(shù)值增大超過(guò)(例如6.3)，燈功效終止于低于最大燈功效的95％。
圖18示出了對(duì)于類(lèi)型-9的燈可以作出與類(lèi)型-8的燈作出的結(jié)論相似的結(jié)論。為了參照，注意，對(duì)于實(shí)施例1的燈100，(Htotal-3)/V＝2.2，而對(duì)于實(shí)施例2的燈200，(Htotal-3)/V＝2.0。
4.電弧管的形狀在實(shí)施例1中，電弧管的主管的直徑沿從其中部朝向端部的直線減小，而在實(shí)施例2中，相應(yīng)的直徑以弧形形式朝向其端部減小。然而，在主管可采用其它形式。例如，主要部段和端部可以是柱形的，具有大致相同的直徑。
5.Wmin與Wmax的比率在實(shí)施例1和2中，最小燈功率與最大燈功率的比率(即Wmin/Wmax)分別是0.66和0.675。注意，在Wmin與Wmax之間存在較大差別(即Wmin/Wmax≤0.7)的亮度降低的狀態(tài)下，燈特征的改變被特別地抑制。
6.電弧管泄漏在實(shí)施例1中，參照以下進(jìn)行描述，當(dāng)泡體壁負(fù)荷超過(guò)特定水平時(shí)，從電弧管的主管中出現(xiàn)泄漏。泄漏可以發(fā)生在其它部分中。使用實(shí)施例1的燈100作為示例，當(dāng)電弧管150溫度升高時(shí)，泄漏例如在電極電感180、185由玻璃料191、192密封在細(xì)管170、175內(nèi)的部段處出現(xiàn)。
發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)管的部段的設(shè)置玻璃料的放電空間-端部的外部溫度超過(guò)900℃時(shí)，從這些密封部分中出現(xiàn)泄漏。因此，如果降低密封材料的放電空間-端部(即優(yōu)選實(shí)施例中的玻璃料)的溫度則可避免這種泄漏，這可以通過(guò)延長(zhǎng)細(xì)管以便增加放電空間與密封材料之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。
7.燈在優(yōu)選實(shí)施例中所述的燈頭是Edison(螺口式)燈頭(例如E26燈頭)，當(dāng)然可使用其它類(lèi)型的燈頭，例如包括單頭PG式燈頭和雙頭燈頭。
不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和構(gòu)思，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)上述的技術(shù)方案作出各種改變和改型。因此，本發(fā)明不由上述的說(shuō)明限定，而是由下面的權(quán)利要求限定。應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)僅僅是示意性的而不是限定性的。因此，本發(fā)明旨在包括落在后附權(quán)利要求限定的精神和范圍內(nèi)的所有替換、變型、等同形式和改變。
權(quán)利要求
1.一種亮度可變的金屬鹵化物燈，其包括電弧管，該電弧管包括半透明的陶瓷放電容器和兩個(gè)保持在放電空間內(nèi)的電極，該放電空間位于該放電容器內(nèi)并具有封裝在其內(nèi)的多種鹵化物；和向該電極提供電力的燈頭，其中，當(dāng)燈功率在亮度降低狀態(tài)下設(shè)定在由最大燈功率Wmax[W]和最小燈功率Wmin[W]限定的范圍內(nèi)時(shí)，該放電容器的內(nèi)表面的表面面積S[cm2]滿足Wmax/60≤S≤Wmin/20。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，其中0＜Wmin/Wmax≤0.7。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該放電容器包括主管和兩個(gè)細(xì)管，每一細(xì)管從該主管的每一端部延伸，該電極均包括在不同的電極電感內(nèi)，該電極電感由密封材料部分地密封在所述細(xì)管的相應(yīng)一個(gè)細(xì)管中，和當(dāng)燈以Wmax工作時(shí)，每一細(xì)管的對(duì)應(yīng)于設(shè)置該密封材料的部段的放電空間端部具有≤900℃的外表面溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，除了汞之外，鹵化物是發(fā)光材料，并且以一濃度封裝在該放電空間內(nèi)，該濃度滿足0.9≤(Htotal-3)/V≤5.2，其中Htotal[mg]是鹵化物的濃度，V[cm3]是放電空間的容積。
5.如權(quán)利要求2所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，除了汞之外，鹵化物是發(fā)光材料，并且以一濃度封裝在該放電空間內(nèi)，該濃度滿足0.9≤(Htotal-3)/V≤5.2，其中Htotal[mg]是鹵化物的濃度，V[cm3]是放電空間的容積。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化物包括鹵化鈉、鹵化鈰、鹵化鉈、以及從以下一組包括鹵化鏑、鹵化鈥、鹵化銩、鹵化釓、鹵化鉺中選擇的至少一種物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求4所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化物包括鹵化鈉、鹵化鈰、鹵化鉈、以及從以下一組包括鹵化鏑、鹵化鈥、鹵化銩、鹵化釓、鹵化鉺中選擇的至少一種物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求5所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化物包括鹵化鈉、鹵化鈰、鹵化鉈、以及從以下一組包括鹵化鏑、鹵化鈥、鹵化銩、鹵化釓、鹵化鉺中選擇的至少一種物質(zhì)。
9.如權(quán)利要求6所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，1.0≤MT/C≤3.5，其中MT/C是鹵化鉈的濃度[mol]與鹵化鈰的濃度[mol]的比率。
10.如權(quán)利要求7所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，1.0≤MT/C≤3.5，其中MT/C是鹵化鉈的濃度[mol]與鹵化鈰的濃度[mol]的比率。
11.如權(quán)利要求6所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化鈰的濃度與總的鹵化物濃度的比率＜4.0mol％。
12.如權(quán)利要求7所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化鈰的濃度與總的鹵化物濃度的比率＜4.0mol％。
13.如權(quán)利要求9所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化鈰的濃度與總的鹵化物濃度的比率＜4.0mol％。
14.如權(quán)利要求10所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，該鹵化鈰的濃度與總的鹵化物濃度的比率＜4.0mol％。
15.一種如權(quán)利要求7所述的金屬鹵化物燈用做白光源。
16.如權(quán)利要求15所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，Wmin是90W，Wmax是150W。
17.一種用于使金屬鹵化物燈在亮度降低的狀態(tài)下工作的照明方法，該燈包括電弧管，兩個(gè)電極彼此面對(duì)地保持在半透明的陶瓷放電容器中，和向該燈提供燈功率，以便滿足WLmin≥20且WLmax≤60，其中，Wlmin和Wlmax分別是以最小和最大燈功率在亮度降低的狀態(tài)下該電弧管的泡體壁負(fù)荷[W/cm2]。
全文摘要
一種亮度可變的金屬鹵化物燈，其中電弧管容納在泡體中，該泡體在其一端具有燈頭。該電弧管包括主管和從主管的端部延伸的細(xì)管、以及一對(duì)電極電感。主管和細(xì)管由半透明的多晶氧化鋁制成，并且構(gòu)成在其中具有放電空間的放電容器。其中，當(dāng)燈功率在亮度降低狀態(tài)下設(shè)定在由最大燈功率Wmax[W]和最小燈功率Wmin[W]限定的范圍內(nèi)時(shí)，該放電容器的內(nèi)表面的表面面積S[cm
文檔編號(hào)H01J61/20GK1591765SQ200410074848
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者竹內(nèi)延吉, 馬庭隆司, 西浦義晴 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社