專利名稱：包含有效氧源的金屬鹵化物燈的制作方法
包含有效氧源的金屬鹵化物燈
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有高燈流明維持率的放電燈。它具體用于與在容器中具有有效氧源 的陶瓷金屬鹵化物(CMH)燈相關(guān)的應(yīng)用，這種燈在工作期間，使鎢類物質(zhì)在壁和電極之間 保持溶解度差，以下將對(duì)其作出具體描述。高強(qiáng)度放電(HID)燈是能夠從相對(duì)較小源產(chǎn)生大量光的高效率燈。這些燈廣泛用 于很多應(yīng)用，僅舉幾個(gè)例子，包括公路和道路照明、大型會(huì)場(chǎng)(如運(yùn)動(dòng)場(chǎng))照明、建筑的泛光 照明、商店、廠房和探照燈。術(shù)語“HID燈”用于代表不同類型的燈。這些燈包括汞氣燈、金 屬鹵化物燈和鈉燈。特別是，金屬鹵化物燈廣泛用于需要以相對(duì)較低成本實(shí)現(xiàn)高亮度水平 的領(lǐng)域。HID燈與其他燈不同，因?yàn)樗鼈兊淖饔铆h(huán)境需要在高溫和高壓長(zhǎng)期工作。另外，由 于它們的用途和成本，需要這些HID燈具有相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命，并且產(chǎn)生一致的亮度水 平和光色。雖然原則上HID燈可用交流(AC)電源或直流(DC)電源工作，但實(shí)際上，這些燈 通常由AC電源驅(qū)動(dòng)。放電燈利用在兩個(gè)電極之間通過電弧使蒸氣填充物質(zhì)電離來發(fā)光，蒸氣填充物 質(zhì)如稀有氣體、金屬鹵化物和汞的混合物。電極和填充物質(zhì)密封在半透明或透明放電容 器內(nèi)，放電容器保持受激勵(lì)填充物質(zhì)的壓力，并允許發(fā)出的光透過。填充物質(zhì)，也稱為“劑 (dose) ”，響應(yīng)電弧激發(fā)發(fā)出所需的光譜能量分布。例如，鹵化物提供賦予寬選擇光性質(zhì)的 光譜能量分布，這些光性質(zhì)例如色溫、顯色性和發(fā)光效率。這些燈的光輸出通常由于放電容器壁變黑隨時(shí)間減小。變黑是由于鎢從電極運(yùn)到 壁上?，F(xiàn)已建議在放電容器中加入氧化鈣或氧化鎢氧分配器，例如公開于授予Koninklijke Philips Electronics N. V.的 W099/53522 和 WO 99/53523。然而，根據(jù)這些申請(qǐng)中的建議 制造的燈可能不能同時(shí)滿足可接受的燈效率、色點(diǎn)、色穩(wěn)定性、流明維持率和商用燈的可靠 性價(jià)值。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供具有提高流明維持率的改進(jìn)的新金屬鹵化物燈。發(fā)明概述在示例性實(shí)施方案的一個(gè)方面，燈包括放電容器。鎢電極伸入放電容器中。將可 電離的填充物密封于容器內(nèi)。填充物包含緩沖氣體、任選的金屬汞、和鹵化物組分，鹵化物 組分包含選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、鈰的鹵化物及其組合的 稀土金屬商化物。有效氧源存在于容器中。稀土金屬商化物以一定量存在，使得在燈工作 期間與有效氧源組合對(duì)于氣相中存在的鎢類物質(zhì)在放電容器壁和至少一個(gè)電極的至少一 部分之間保持溶解度差。在另一個(gè)方面，燈包括放電容器。鎢電極伸入放電容器中。將可電離的填充物密 封于容器內(nèi)。填充物包含緩沖氣體、任選的汞、和鹵化鈰。填充物也包含至少一種選自以下 的鹵化物a)堿金屬鹵化物，b)鎂以外的堿土金屬鹵化物，和C)選自銦和鉈的元素的鹵化 物。燈填充物不含鈥、銩、鏑、鉺、镥、釔和鐿、鋱、鈧和鎂的鹵化物。鎢的氧化物以足夠量密 封于容器中，以在燈工作期間保持填充物中至少lxlO—9 μ mol/cm3的氣相WO2X2濃度。另一方面，制成燈的方法包括提供放電容器，提供伸入放電容器的鎢電極，并將可電離填充物密封于容器內(nèi)。填充物包含緩沖氣體、任選的金屬汞、和鹵化物組分，鹵化物組 分包含選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、鈰的鹵化物及其組合的稀 土金屬鹵化物。將有效氧源密封于放電容器中。有效氧源以一定量存在，使得在燈工作期 間填充物中鎢類物質(zhì)的溶解度在鄰近電極之一的至少一部分處低于在放電容器壁處，使得 來自電極的鎢被運(yùn)回電極之一，不然在燈工作期間所述鎢會(huì)沉積于壁上。至少一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供具有改進(jìn)性能和流明維持率的陶瓷電弧管 填充物。至少一個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減弱壁變黑。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在放電容器壁和在比該壁更高溫度工作的一部分電極之間保持鎢 再生循環(huán)。通過閱讀和理解以下優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明，更多優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 變得顯而易見。附圖簡(jiǎn)述

圖1為根據(jù)示例性實(shí)施方案的HID燈的橫截面圖；圖2顯示在示例性的體積為0. 2cm3的燈中存在不同量HgI2作為有效鹵素源的情 況下，所有鎢類物質(zhì)的組合溶解度與溫度的理論曲線圖；圖3顯示在示例性的體積為0. 2cm3的燈中存在不同量HgI2作為有效鹵素源的情 況下，鎢類物質(zhì)的過飽和度與溫度(K)的理論曲線圖；圖4顯示在示例性的體積為0. 2cm3的燈的填充物中存在不同量WO3作為有效氧源 的情況下，所有鎢類物質(zhì)的組合溶解度與溫度的理論曲線圖；圖5顯示在示例性的體積為0. 2cm3的燈的填充物中存在不同量WO3作為有效氧源 的情況下，鎢類物質(zhì)的過飽和度與溫度(K)的理論曲線圖；圖6顯示對(duì)于體積為0. 2cm3的燈在平衡態(tài)蒸氣形式的WO2I2的量與加入的HgI2或 WO3的量的理論曲線圖；圖7顯示在平衡態(tài)蒸氣形式的HgI2的量與加入的HgI2或WO3的量的理論曲線圖；圖8顯示利用不同量HgI2和WO3制成的燈經(jīng)2000小時(shí)的流明輸出；并且圖9顯示這些燈的流明維持率，用％表示(LM% )。發(fā)明詳述示例性實(shí)施方案的一些方面涉及一種用于燈的填充物，所述填充物經(jīng)配制以促進(jìn) 鎢再生循環(huán)，做法是，使鎢類物質(zhì)在鄰近燈壁處具有比在電極處更高的溶解度，不然會(huì)在燈 壁處發(fā)生沉積，盡管電極在比壁明顯更高的溫度下工作。參照?qǐng)D1，圖1顯示示例性HID燈10的橫截面圖。燈包括限定內(nèi)室14的放電容器 或電弧管12。放電容器12具有壁16，壁16可由陶瓷材料(如氧化鋁)或其他適合的透光 材料(如石英玻璃)形成?？呻婋x的填充物18密封于內(nèi)室14內(nèi)。鎢電極20，22位于放電 容器的相對(duì)端，以便在對(duì)其施加電流時(shí)激發(fā)填充物。兩個(gè)電極20和22 —般通過導(dǎo)體24， 26 (例如，自鎮(zhèn)流器，未顯示)提供交流電流。電極20，22的末端28，30相隔距離d，距離d 限定電弧間隙。在對(duì)HID燈10供電時(shí)(表明電流流到燈)，在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電壓差。 此電壓差導(dǎo)致在電極的末端28，30之間的間隙產(chǎn)生電弧。電弧在電極末端28，30之間的區(qū) 域引起等離子放電?？梢姽猱a(chǎn)生并通過壁16傳出室14。
電極在燈工作期間變熱，并且鎢會(huì)從末端28，30蒸發(fā)。一些蒸發(fā)的鎢可能沉積在 壁16的內(nèi)表面32上。沒有再生循環(huán)的話，沉積的鎢就可能導(dǎo)致壁變黑，并且減小可見光透 射。雖然可用純鎢形成電極20，22，例如大于99 %的純鎢，但也可考慮電極具有較低 鎢含量，例如可包含至少50%或至少95%的鎢。示例性電弧管12被外燈泡36包圍，外燈泡36的一端提供有燈帽38，燈通過燈帽 38與電源(未顯示)連接，如市電電壓(mains voltage) 0外燈泡36可由玻璃或其他適合 材料形成。照明組件10也包括鎮(zhèn)流器(未顯示)，鎮(zhèn)流器在開燈時(shí)作為啟動(dòng)器。鎮(zhèn)流器位 于包括燈和電源的電路中?？蓪㈦娀」芎屯鉄襞葜g的空間抽空。任選由石英或其他適合 材料形成的罩(未顯示)圍繞或部分圍繞電弧管，以在電弧管破裂的情況下容納可能的電 弧管碎片。內(nèi)部空間14具有與燈的工作電壓和可承受壁負(fù)荷相稱的體積。例如，對(duì)于70W的 燈，體積可為約0. 15cm3至約0. 3cm3,例如約0. 2cm3,對(duì)于250W的燈，體積可為約0. 5cm3至 約 2. 0cm3，例如約 1. 35cm3。可電離填充物18包含緩沖氣體、任選的汞(Hg)、鹵化物組分和有效氧源，有效氧 源可作為固體氧化物存在。在一些實(shí)施方案中，填充物可包含有效鹵素源。選擇填充物18 的各組分及其相應(yīng)量，以在壁表面32處提供較高的鎢類物質(zhì)溶解度用來與壁表面沉積的 任何鎢反應(yīng)。鹵化物組分包含稀土金屬鹵化物，并且可進(jìn)一步包含一種或多種堿金屬鹵化 物、堿土金屬鹵化物和第IIIA族鹵化物(銦的鹵化物和/或鉈的鹵化物)。在工作中，電極 20，22在電極的末端28，30之間產(chǎn)生電弧，電弧使填充物電離，以在放電空間產(chǎn)生等離子。 所產(chǎn)生的光的發(fā)射性質(zhì)主要取決于填充物質(zhì)的組成、電極之間的電壓、室的溫度分布、室中 的壓力和室的幾何形狀。在填充物的以下說明中，除非另外提到，各組分的量是指在放電容 器中初始密封的量，即，在燈工作之前。緩沖氣體可以為惰性氣體，如氬、氙、氪或其組合，并且可以約5-20微摩爾/立方 厘米(μπιο /cm3)內(nèi)室14存在于填充物中。緩沖氣體也可作為燈工作早期階段產(chǎn)生光的 啟動(dòng)氣體。在適于陶瓷金屬鹵化物燈的一個(gè)實(shí)施方案中，燈用Ar回填。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，使用加有少量Kr85的Xe或Ar。放射活性的Kr85提供電離，電離幫助燈啟動(dòng)。冷填充 物壓力可以為約60-300托，雖然不排除更高冷填充物壓力。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用至少 約120托的冷填充物壓力。在另一個(gè)實(shí)施方案中，冷填充物壓力至高為約240托。太高的 壓力可能不利于啟動(dòng)。太低的壓力可導(dǎo)致隨時(shí)間流明衰減增加。在燈工作期間，緩沖氣體 的壓力可以為至少約1大氣壓。汞劑可以約3至35mg/cm3電弧管體積存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，汞劑為約20mg/ cm3。調(diào)節(jié)汞重量，以提供所需的電弧管工作電壓(Vop)來從所選鎮(zhèn)流器提取能量。在一個(gè) 供選的實(shí)施方案中，燈填充物不含汞。鹵化物組分可以約20至約80mg/cm3電弧管體積存在，例如約30-60mg/cm3。鹵化 物劑與汞的比率可以為例如約1 3至約15 1重量比。鹵化物組分中的一種或多種鹵 化物可分別選自氯化物、溴化物、碘化物及其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，鹵化物全部為碘化 物。碘化物傾向于提供較長(zhǎng)的燈壽命，因?yàn)樵谔畛湮镏泻饣锝M分的電弧管和/或電極 的腐蝕比利用其他類似的氯化物或溴化物組分的腐蝕小。所述鹵化物化合物通常表現(xiàn)化學(xué)計(jì)量關(guān)系。鹵化物組分的稀土金屬鹵化物為其類型和濃度經(jīng)選擇使其不與任選的氧源反應(yīng) 生成穩(wěn)定氧化物(即，生成不穩(wěn)定氧化物)的鹵化物。這意味著允許在燈工作期間在填充 物中存在有效氧。生成不穩(wěn)定氧化物的示例性稀土金屬鹵化物包括鑭(La)的鹵化物、鐠 (Pr)的鹵化物、釹(Nd)的鹵化物、釤(Sm)的鹵化物、鈰(Ce)的鹵化物及其組合。填充物的 稀土金屬鹵化物可具有通式REX3，其中RE選自La、Pr、Nd、Sm和Ce，X選自Cl、Br和I及其 組合。稀土金屬鹵化物可以例如約3至約13ymol/Cm3總濃度存在于填充物中。選自該組 的示例性稀土金屬鹵化物為鹵化鈰，其可以填充物中鹵化物的至少2%的摩爾濃度存在，例 如，填充物中鹵化物的至少約8%摩爾。在一個(gè)實(shí)施方案中，只有自稀土金屬鹵化物的這個(gè) 限制組的稀土金屬鹵化物存在于填充物中。因此，燈填充物不含其他稀土金屬鹵化物，這意 味著所有其他稀土金屬鹵化物以不大于約0. 1 μ mol/cm3的總量存在。具體地講，填充物不 含以下稀土金屬元素鋱、鏑、鈥、銩、鉺、鐿、镥和釔的鹵化物。生成穩(wěn)定氧化物的其他鹵化物 也不存在于填充物中，如鈧的鹵化物和鎂的鹵化物。存在堿金屬鹵化物時(shí)，堿金屬鹵化物可選自鈉(Na)的鹵化物、鉀⑷的鹵化物和 銫(Cs)的鹵化物及其組合。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，堿金屬鹵化物包括鹵化鈉。填充物的 堿金屬鹵化物可具有通式AX，其中A選自Na、K和Cs，X如上限定及其組合。堿金屬鹵化物 可以例如約20至約300 μ mol/cm3總濃度存在于填充物中。存在堿土金屬鹵化物時(shí)，堿土金屬鹵化物可選自鈣(Ca)的鹵化物、鋇(Ba)的鹵化 物和鍶(Sr)的鹵化物及其組合。填充物的堿土金屬鹵化物可具有通式MX2，其中M選自Ca、 Ba和Sr，X如上限定及其組合。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，堿土金屬鹵化物包括鹵化鈣。堿 土金屬鹵化物可以例如約10至約100 μ mol/cm3總濃度存在于填充物中。在另一個(gè)實(shí)施方 案中，填充物不含鹵化鈣。存在第IIIa族鹵化物時(shí)，第IIIa族鹵化物可選自鉈(Tl)的鹵化物和銦(In)的 鹵化物。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，第IIIa族鹵化物包括鹵化鉈。填充物的第IIIa族鹵化 物可具有通式LX或LX3，其中L選自Tl和In，X如上限定。第IIIa族鹵化物可以例如約1 至10 μ mol/cm3總濃度存在于填充物中。有效氧源為在燈工作條件下使氧有效用于與其他填充物組分反應(yīng)形成WO2X2的氧 源。有效氧氣源可以為在燈工作溫度下不穩(wěn)定的氧化物，如鎢的氧化物、游離氧氣(O2)、水、 氧化鉬、氧化汞或其組合。鎢的氧化物可具有通式WOnXm，其中η為至少1，m可以為0，X如 上限定。示例性鎢的氧化物包括W03、W02*鹵氧化鎢，如W02I2。有效氧源(用其O2含量表 示)可以例如約0. 1 μ mol/cm3存在于填充物中，例如0. 2_3 μ mol/cm3，在一個(gè)實(shí)施方案中， 0. 2-2. 0 μ mol/cm3。應(yīng)了解，某些氧化物在燈工作條件下不易分解成有效氧，如氧化鈰和氧 化鈣，因此不傾向于有效作為氧源。一般大多數(shù)稀土元素的氧化物不是適合的有效氧源，因 為它們?cè)跓艄ぷ鳒囟认路€(wěn)定。在一個(gè)實(shí)施方案中，使鎢電極部分氧化形成氧化鎢，例如在插入燈前使其表面上 的斑點(diǎn)熱氧化，以提供有效氧源。在其他實(shí)施方案中，可將磨碎的氧化鎢(如氧化鎢碎片) 引入填充物中。存在有效鹵素源時(shí)，有效鹵素源通常為不穩(wěn)定的鹵化物或能夠通過在燈工作期間 發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)增加氣相WO2X2濃度的其他含鹵素化合物，其中X如上限定。游離鹵素源可以為能夠直接或間接與鎢金屬、含鎢類物質(zhì)或鎢化合物反應(yīng)形成WO2X2的化合物。有 效鹵素源可以為選自汞鹵化物的鹵化物，如Hgl2、HgBr2、HgCl2及其組合。通常游離鹵素源不是稀土金屬鹵化物或銦、鉈、鈉、鎂、鉀、銫、鈣、鋇或鍶的鹵化物 或比鎢更緊密結(jié)合鹵素使其不能有效用于反應(yīng)的任何鹵化物。在碘化物的情況下，有效 鹵素源(用其I2含量表示)可以例如至少約0. 4mol/Cm3的總濃度存在于填充物中，例如 0.4-7ymol/cm3，在一個(gè)實(shí)施方案中，約l-3ymol/cm3。在HgBr2和HgCl2的情況下，在燈工 作期間生成的WO2Br2或WO2Cl2復(fù)合物比相應(yīng)的WOI2化合物更穩(wěn)定，因此，可以使用較HgI2 更少量的取81~2或取(12。有效鹵素源可以在燈工作期間在填充物中提供至少約0. 4 μ mol/ cm3有效鹵素(例如，I2或其他活性鹵素類物質(zhì))濃度的足夠量存在。在氧化鎢和鹵化汞兩者均存在于填充物時(shí)，它們之一或兩者可以比以上提到更低 的量存在。例如，氧化鎢和鹵化汞以滿足以下公式的足夠量存在于填充物中0. 2 ≤(A+2B)≤ 12其中A為鹵化汞的量，用μπιο /cm3表示，B為氧化鎢的量，用μ mol 02/cm3表示。在一個(gè)實(shí)施方案中0. 4 彡(A+2B)彡 6通常鹵化汞和WO3以允許在燈工作期間在填充物中存在至少1χ10_9μ mol/cm3的 WO2I2 (作為蒸氣)的足夠量存在(即，一旦在壁上已生成鎢)。在不同的實(shí)施方案中，在制成燈時(shí)，即在工作前，燈填充物基本由緩沖氣體、任選 的游離汞、任選的氧化鎢、和鹵化物組分組成，鹵化物組分基本由鹵化汞；選自鑭的鹵化物、 鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、鈰的鹵化物及其組合的稀土金屬鹵化物；和至少一 種堿金屬鹵化物、堿土金屬鹵化物和選自In和Tl的元素的鹵化物的鹵化物組成。70W和250W燈的示例性填充物組合物可如表1所示配制，其中可存在HgI2和WO3 之一或兩者。表 1 配制填充物，以提供有利于再生的條件，即，有利于在壁32處填充物18中鎢的溶 解度，同時(shí)有利于溶解的鎢重新沉積于電極20，22。在燈工作期間，電極溫度在電極末端 28，30可以為約2500-3200K，在一個(gè)實(shí)施方案中，保持在小于約2700K的溫度。通過選擇燈 填充物以提供鄰近壁處比在電極末端處更高的鎢類物質(zhì)溶解度，可實(shí)現(xiàn)再生。即使放電容器壁32處于比電極末端28或30 (或者在其上重新沉積鎢的電極的其 他部分)更低的溫度，也實(shí)現(xiàn)再生，不然在放電容器壁32發(fā)生顯著鎢沉積。例如，壁可處于 比在其上發(fā)生重新沉積的電極部分低至少200K的溫度，一般低至少500K。圖2顯示在體積為0. 2cm3的燈中存在不同量HgI2作為有效鹵素源的情況下，鎢類 物質(zhì)溶解度與溫度的理論熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果。SPW表示用大氣壓表示的以蒸氣態(tài)存在的所有 鎢類物質(zhì)的總壓力。一般來說，鄰近壁32的鎢類物質(zhì)主要為WO2I2蒸氣，在電極20，22處 可為諸如W、WI、WI2、WI3、WI4和WO2I2蒸氣的物類的混合物。如從圖2看到，各曲線通過一 個(gè)谷，此處溶解度最低(例如，在SPW最小處)。本發(fā)明示例性實(shí)施方案通過選擇碘化汞濃 度，使得電極末端溫度比壁更接近這個(gè)谷(即更低的SPW)利用這個(gè)谷。一般而言，在電極 末端(或電極上溶解度最低的無論什么地方)處的SPW應(yīng)不大于在壁處的SPW的90%，以 促進(jìn)再生。因此，例如利用0.04mg HgI2汞劑，在工作期間的壁溫為約1300K且末端溫度為 約2200K的情況下，在電極末端28，30處SPW比在壁32處高，因此不利于再生。然而，在 0. 08mg HgI2劑用于這些溫度時(shí)，谷偏移到較高溫度，并且在末端28，30處的SPW比在壁32 處低。圖3顯示鎢類物質(zhì)的過飽和度與溫度(K)的理論熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，其中 其中SPWTe為在電極20，22溫度(2600K)下的SPW，SPffTs為在壁表面32溫度下 的SPW。這意味著如果該值<0，則在電弧管壁由蒸氣/鎢平衡(S卩，通過蒸氣與壁上沉積的 鎢接觸)建立的SPW大于電極表面上至少一個(gè)點(diǎn)的SPW，因此，如果在一定的電極溫度范圍 內(nèi)該值< 0，則對(duì)于至少那一個(gè)點(diǎn)-并且可能在較寬范圍，存在使鎢從氣相沉積到電極的驅(qū) 動(dòng)力。一般而言，較低過飽和度值更有利，雖然如果過飽和度值變得太負(fù)可能不合乎需要。 然而，在圖3中所示范圍內(nèi)的數(shù)值一般可以接受。圖4顯示與圖2類似的熱力學(xué)衍生曲線圖，但顯示將不同量的恥3作為有效氧源加 入到填充物時(shí)的鎢溶解度。在此，各曲線圖也具有谷，并且可利用曲線圖保證在壁處的SWP 超過在電極處的SWP。圖5為與圖3類似但對(duì)于WO3的理論曲線圖。知道了在燈工作期間由于鎢沉積最可能發(fā)生變黑區(qū)域的電弧管壁32的溫度和電 極末端28，30的溫度，就可確定有利于再生同時(shí)使對(duì)其他燈性能影響最小的HgI2或WO3的 適合量。雖然曲線圖將HgI2和WO3獨(dú)立考慮，但應(yīng)了解，可關(guān)于HgI2和WO3的組合和所選的兩種化合物的適合量制作類似的曲線圖。不受任何具體理論限制，相信HgI2和WO3兩者均導(dǎo)致蒸氣中WO2I2和HgI2增加，因 此能夠降低鎢飽和度和增大壁的清潔。相信HgI2與Al11CeO18 (由電弧管壁中的氧化鋁與填 充物中的&13反應(yīng)生成)反應(yīng)，并與沉積的鎢反應(yīng)形成W02I2。在WO3的情況下，它與CeI3 反應(yīng)生成WO2I2和Hgl2。例如，圖6顯示對(duì)于體積為0. 2cm3的燈的蒸氣態(tài)WO2I2的量與加入的HgI2或而3的 量的理論曲線圖。圖7顯示蒸氣態(tài)HgI2的量與加入的HgI2或WO3的量的類似理論曲線圖。 可以看到，這兩種添加劑均導(dǎo)致在平衡態(tài)生成HgI2和W02I2。由于WO3傾向于減少填充物中存在的CeI3的量，因此，一般而言，填充物中WO3的 濃度不應(yīng)太高，以免顯著影響燈的顯色性。另外，在電極之間存在溫度梯度的垂直工作的燈 中，需要避免高濃度氧化鎢，以避免鎢在兩個(gè)電極20，22之間過多運(yùn)送。在不同的方面，選擇鎮(zhèn)流器，以提供在工作期間具有至少約30W/cm2壁負(fù)荷的燈。 壁負(fù)荷可以為至少約50W/cm2，在一些實(shí)施方案中為約70W/cm2或更高。低于約25-30W/cm2， 電弧管壁傾向于對(duì)有效維持活動(dòng)鎢鹵素循環(huán)而言太冷。如本文定義，電弧管壁負(fù)荷(WL)= W/A，其中W為總電弧管功率(瓦)，A為位于電極末端28，30之間的電弧管壁的面積(cm2)。 電弧管功率為總電弧管功率，包括電極功率。一般而言，劑和壁負(fù)荷足以保持至少約1000K 的壁溫，例如1000-1400K。陶瓷金屬鹵化物電弧管12可以為三件式結(jié)構(gòu)，并且可如美國(guó)專利5，866，982、 6，346，495,7, 215，081和美國(guó)專利公布2006/0164017中的任一個(gè)專利所述制成。應(yīng)了解， 電弧管12可由更少或更多個(gè)元件構(gòu)成，如一或五個(gè)元件。各部分形成為生陶瓷，并通過燒 結(jié)或其他適合方法以氣密方式粘結(jié)。一種示例性電弧管可通過將陶瓷粉末和粘合劑的混合 物模壓、注模或擠成固體圓筒構(gòu)成。陶瓷粉末可包含高純度氧化鋁(Al2O3),任選用氧化鎂 摻雜?？墒褂玫钠渌沾刹牧习ǚ腔钚阅透邷匮趸锖脱醯铮缪趸?、氧化镥和氧 化鉿及其與氧化鋁的固溶體和配混物，如釔-鋁-石榴石和氧氮化鋁。粘合劑可單獨(dú)或組 合使用，包括有機(jī)聚合物，如聚醇、聚乙烯醇、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、纖維素制品和聚酯。在 模壓/擠出后，粘合劑從坯件去除，一般通過熱解，例如在約900-1100°C，以形成素瓷燒制 部件。通過在氫中在約1850-1880°C加熱素瓷燒制部件，可進(jìn)行燒結(jié)步驟。所得陶瓷材料包 含致密燒結(jié)的多晶氧化鋁。在其他實(shí)施方案中，電弧管由石英玻璃制成，并且可由單件形成。示例性的燈用于多種應(yīng)用，包括公路和道路照明、大型會(huì)場(chǎng)(如運(yùn)動(dòng)場(chǎng))照明、建 筑的泛光照明、商店、工廠廠房和用于探照燈中。不限制本發(fā)明的范圍，以下實(shí)施例說明具有提高流明維持率的燈的形成。 實(shí)施例根據(jù)圖1所示形狀由三個(gè)組成部件制成電弧管12。內(nèi)部體積為0.2cm3。各燈 分別用表2所示的填充物填充。樣燈B、C、D和F的填充物也包含Hg(137 μ mol/em3)、 NaI (107 μ mol/cm3)、CaI2 (38 μ mol/cm3) ,TlI (3 μ mol/cm3)禾口 Ar (12 μ mol/cm3)。燈 A 禾口 E 具有類似于樣燈的填充物，但沒有HgI2或WO3。MJl
燈以水平方向(即，與圖1所示成90° )在70W在鎮(zhèn)流器上標(biāo)準(zhǔn)燃燈循環(huán)(burning cycle)(接通11小時(shí)，隨后斷開1小時(shí))長(zhǎng)時(shí)間工作。表3顯示在100小時(shí)后得到的結(jié)果。V為燃燈電壓(burningvoltage)。流明是燈 的流明輸出。X 色和 Y 色分別為標(biāo)準(zhǔn) CIE (Commission Internationale de 1' Eclairage) 色度圖上的色度X和Y，其中色度坐標(biāo)X和Y表示三原色之中兩個(gè)的相對(duì)強(qiáng)度。CRI為顯色 指數(shù)，為人眼由該燈光區(qū)分顏色的能力的量度，較高值有利。CCT為燈的相關(guān)色溫，為最接近 匹配該燈的感知色的黑體的色溫。dCCy為色點(diǎn)在Y軸上的色度(Y色)與標(biāo)準(zhǔn)黑體曲線在 Y軸上的色度的差。結(jié)果為約5個(gè)燈的平均值?？蓮谋?看到，與對(duì)照燈比較，樣燈B、C、D 和F具有優(yōu)良特性。表3 圖8和9顯示在這些燈中Hgl2和W03對(duì)流明維持率的影響。圖8對(duì)流明輸出與燃 燈小時(shí)作圖，而圖9顯示流明輸出(作為初始流明輸出的百分比)的范圍?？蓮膱D8和9 看到，對(duì)照樣品顯示在試驗(yàn)中流明和流明百分比下降，而樣燈B、C、D和F顯示流明維持率極 大提高?，F(xiàn)已參考優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明。顯而易見，其他人通過閱讀和理解上文 的詳細(xì)描述，可想到很多修改和變化。本發(fā)明旨在解釋為包括所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
一種燈，所述燈包括放電容器；伸入放電容器的鎢電極；密封于容器內(nèi)的可電離填充物，所述填充物包含緩沖氣體，任選的游離汞，和鹵化物組分，所述鹵化物組分包含選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、鈰的鹵化物及其組合的稀土金屬鹵化物；和在放電容器中的有效氧源，稀土金屬鹵化物以一定量存在，使得在燈工作期間與有效氧源組合使鎢類物質(zhì)在放電容器壁和至少一個(gè)電極的至少一部分之間保持氣相溶解度差。
2.權(quán)利要求1的燈，其中填充物包含游離汞。
3.權(quán)利要求1的燈，其中有效氧源在燈工作條件下分解以形成有效氧。
4.權(quán)利要求6的燈，其中有效氧源包括固體金屬氧化物。
5.權(quán)利要求1的燈，其中有效氧源包括鎢的氧化物。
6.權(quán)利要求5的燈，其中鎢的氧化物包括W03。
7.權(quán)利要求5的燈，其中鎢的氧化物以至少0.1微摩爾/cm3濃度存在于填充物中。
8.權(quán)利要求5的燈，其中鎢的氧化物以0.2-3. 0微摩爾/cm3濃度存在于填充物中。
9.權(quán)利要求1的燈，其中稀土金屬鹵化物包括鹵化鈰。
10.權(quán)利要求1的燈，其中稀土金屬鹵化物以3至13μ mol/cm3總濃度存在于填充物中。
11.權(quán)利要求1的燈，其中填充物不含鑭、鐠、釹、釤和鈰的鹵化物以外的所有稀土金屬 鹵化物。
12.權(quán)利要求1的燈，其中填充物不含鈥、銩、鏑、鉺、镥、釔和鐿、鋱、鈧和鎂的鹵化物。
13.權(quán)利要求1的燈，其中填充物進(jìn)一步包含至少一種選自以下的鹵化物堿金屬鹵化 物、Mg以外的堿土金屬鹵化物和Tl或In的鹵化物。
14.權(quán)利要求1的燈，其中在燈工作期間填充物包含蒸氣態(tài)WO2X2，其中X選自Cl、Br和I。
15.權(quán)利要求1的燈，其中在燈工作期間壁的溫度比電極部分低至少200K。
16.權(quán)利要求15的燈，其中在燈工作期間壁的溫度比電極部分低不大于800K。
17.權(quán)利要求1的燈，其中在工作中在鄰近電極之一的至少一部分處的溫度高于氣相 中鎢溶解度最小處的溫度，并且在放電容器壁處的溫度高于氣相中鎢溶解度最小處的溫度。
18.一種燈，所述燈包括 放電容器；伸入放電容器的鎢電極；密封于容器內(nèi)的可電離填充物，所述填充物包含緩沖氣體，任選的游離汞，鹵化物組分，鹵化物組分包含選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、 鈰的鹵化物及其組合的稀土金屬鹵化物，以及至少一種選自以下的鹵化物a)堿金屬鹵化物、b)鎂以外的堿土金屬鹵化物和C)選自銦和鉈的元素的鹵化物，燈填充物不含鈥、銩、 鏑、鉺、镥、釔和鐿、鋱、鈧和鎂的鹵化物，和鎢的氧化物，鎢的氧化物以足夠量密封于容器中，以在燈工作期間保持填充物中至少 IxliT9 μ mol/cm3 的氣相 WO2X2 濃度。
19.權(quán)利要求18的燈，其中鎢的氧化物為W03。
20.一種制成燈的方法，所述方法包括 提供放電容器；提供伸入放電容器的鎢電極；將可電離填充物密封于容器內(nèi)，所述填充物包含緩沖氣體，任選的游離汞，鹵化物組分，所述鹵化物組分包含選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵 化物、鈰的商化物及其組合的稀土金屬商化物；并且在放電容器中提供有效氧源，有效氧源以一定量存在，使得在燈工作期間填充物中鎢 類物質(zhì)的溶解度在鄰近電極之一的至少一部分處低于在放電容器壁處，使得來自電極的鎢 被運(yùn)回電極，不然在燈工作期間所述鎢會(huì)沉積于壁上。
21.一種使燈工作的方法，所述方法包括 提供權(quán)利要求1的燈；使燈工作，做法是，為燈提供交流電流以在燈容器中產(chǎn)生放電，有效氧與容器壁上沉積 的鎢反應(yīng)以產(chǎn)生可溶性鎢類物質(zhì)，可溶性鎢類物質(zhì)沉積于電極上。
22.權(quán)利要求21的方法，其中在燈工作期間在鄰近電極之一的至少一部分處的溫度高 于氣相中鎢溶解度最小處的溫度，并且在放電容器壁處的溫度高于氣相中鎢溶解度最小處 的溫度。
全文摘要
一種燈包括放電容器(12)。鎢電極(20，22)伸入放電容器中。將可電離的填充物密封于容器內(nèi)。填充物包含緩沖氣體、任選的游離汞、和鹵化物組分，鹵化物組分包括選自鑭的鹵化物、鐠的鹵化物、釹的鹵化物、釤的鹵化物、鈰的鹵化物及其組合的稀土金屬鹵化物。有效氧源存在于放電容器中。稀土金屬鹵化物以一定量存在，使得在燈工作期間與有效氧源組合使鎢類物質(zhì)在放電容器壁和至少一個(gè)電極的至少一部分之間保持氣相溶解度差。
文檔編號(hào)H01J61/26GK101889324SQ200880119923
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者G·W·烏特貝克, M·拉赫馬尼, P·J·梅希特, T·D·拉塞爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司