本發(fā)明是關(guān)于一種無電極燈，特別是一種可提供全光譜連續(xù)輻射的無電極燈。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有氣體放電燈技術(shù)中，如高壓汞燈、低壓汞燈、短弧氙氣燈、長弧氙氣燈、金屬鹵素?zé)簟⒏邚?qiáng)度放電燈(HID燈)等，通常是通過填充各式氣體或添加劑至燈體中，并借由電極激發(fā)填充的物質(zhì)來提供不同范圍及比例的光譜。

然而，由于所填充的物質(zhì)具有不同的老化特性，長時(shí)間的使用及作用時(shí)所產(chǎn)生的高溫使得電極與添加劑容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而導(dǎo)致氣體放電燈的光譜改變及強(qiáng)度衰減。再者，使用于前述氣體放電燈技術(shù)的燈具，其外部常裝設(shè)有外部濾光器以調(diào)整光譜的輸出，然而該外部濾光器的架設(shè)將降低整體燈源的發(fā)光功效，且其中的濾光片亦容易受長時(shí)間的光照影響而老化。

為突破上述缺點(diǎn)，無電極燈(亦稱為等離子燈或等離子燈)因此問世。同屬氣體放電燈的無電極燈，是于一密封透明的燈體內(nèi)填充化學(xué)惰性氣體和一或多種活性成分(如汞、硫、硒、碲、或金屬鹵化物)，并通過一射頻或微波能量來激發(fā)填充的物質(zhì)而提供光源。

無電極燈的使用壽命長達(dá)約40,000至90,000小時(shí)，遠(yuǎn)高于目前已知的發(fā)光體(含LED)，且在長期使用下仍能保持一致的光譜特性，再者，其光譜的演色性CRI>95是所有當(dāng)前發(fā)光體中最近似陽光的。

自1970年代起，Childs等學(xué)者帶動(dòng)無電極的微波硫燈的研究。微波硫燈是一種以微波驅(qū)動(dòng)的全光譜無電極燈，該微波硫燈是于石英泡殼內(nèi)填充硫，并借由2,450MHz的微波輻射來激發(fā)，使硫被加熱至極高溫而形成等離子態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生連續(xù)光譜。微波硫燈具有高光效、使用壽命長、光譜連續(xù)、無汞污染、良好的流明維持率、瞬時(shí)啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，且大約73％的發(fā)光落在可見光譜范圍，而 有害的紫外線成分不到1％。

無電極燈的相關(guān)技術(shù)在許多篇專利文獻(xiàn)上都有披露，例如，美國專利US5404076、US 5866980A、US 6469444B1、US 5606220A、US 5866981A、US6633111B1、US 2010/0117533A1等，然而這些文獻(xiàn)多是針對借由調(diào)整填充物質(zhì)的種類及條件，以使燈具的光譜范圍、發(fā)光效率、及顯色性能更符合普通照明的應(yīng)用。

在產(chǎn)業(yè)上，太陽光模擬器(Solar Simulator)是廣泛應(yīng)用于太陽能電池(Photovoltaic Cell、或稱光伏電池)系統(tǒng)的性能評估。太陽光模擬器是借由光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以獲得與于地球表面所接收的自然太陽光照特性一致的光源，從而確保精確且可再現(xiàn)的測試結(jié)果。

為整合和規(guī)范太陽光模擬器的光譜特性與量測，已于國際上訂立如IEC60904-9、ASTM E927-10、JIS C 8912、CNS 13059-9等標(biāo)準(zhǔn)，及IEC 61215、IEC 61646等光電元件的試驗(yàn)規(guī)范。依據(jù)這些規(guī)范，一標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池(光伏電池)的量測應(yīng)以強(qiáng)度為100mW/cm2的AM 1.5G的標(biāo)準(zhǔn)入射光源進(jìn)行。

如圖1所示，在已知技術(shù)中，使用于普通照明的現(xiàn)有硫燈的發(fā)光光譜分布較窄，所發(fā)射的光主要落在可見光光譜范圍內(nèi)，落在紫外光光譜與紅外光光譜的比例都偏低，故無法滿足上述規(guī)范，因此在改良上多利用(氙氣)放電燈和鹵素?zé)舻牟煌M合來作為太陽光模擬器的標(biāo)準(zhǔn)光源。另外，亦可通過設(shè)置適當(dāng)?shù)臑V光器對所發(fā)出的光譜進(jìn)行校正。

而如美國專利US 5866980A與US 6469444B1所述，盡管可借由在硫燈中添加微量金屬鹵化物來修正硫燈的光譜性能，然而由于過量的金屬鹵化物易與硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致硫燈難以啟動(dòng)或無法重復(fù)點(diǎn)燈的問題，且金屬鹵化物的添加比例有一定限制，故欲借由添加微量金屬鹵化物來擴(kuò)大紫外光與紅外光的光譜范圍的效果也相當(dāng)有限。

有鑒于此，如何改善上述缺失，提供一種無電極燈，以使其可產(chǎn)生全光譜連續(xù)輻射并滿足AM 1.5G的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)乃此一業(yè)界極待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一目的在于提供一種無電極燈，其所發(fā)出的光的光譜可集中在 350nm-1,100nm的范圍內(nèi)，故得以涵蓋紫外光、可見光與紅外光等三部分光譜，并作為模擬太陽標(biāo)準(zhǔn)光源的應(yīng)用，具有長壽命、極低光衰等特色。

本發(fā)明的第一特征在于：無電極燈的主要填充物質(zhì)不采用硫成份，而是以活性金屬溴化物為主成份來取代。此改良后的無電極燈能夠避免微波硫燈在光譜表現(xiàn)上的缺點(diǎn)，獲得更寬廣且穩(wěn)定的光譜分布。本發(fā)明的主要填充物質(zhì)為金屬溴化物，即：溴化銦、三溴化銻、二溴化鈷、溴化鎂，或這些金屬溴化物的混合物。當(dāng)燈泡之外徑為3.5cm時(shí)，所添加的金屬溴化物總量可在16mg到40mg范圍內(nèi)，也就是0.93mg/cm³到2.33mg/cm³的濃度范圍，故與一般具有兩端電極的鹵素?zé)艋蚨鄠€(gè)金屬放電燈中常用的金屬碘化物，二者在性能上還是有很大的不同。

本發(fā)明的第二特征在于：無電極燈的燈泡內(nèi)可同時(shí)添加少量金屬銻。金屬銻的添加將有助于此微波無電極燈的快速啟動(dòng)，以及可縮短關(guān)燈冷卻后再啟動(dòng)的時(shí)間。于先前技術(shù)中，有些是使用金屬銦，但本填充金屬銻的組成以溴化銻為主。金屬銻在燈泡發(fā)光時(shí)可參與高溫等離子反應(yīng)，冷卻時(shí)會過飽和析出于石英內(nèi)壁上，因此不會產(chǎn)生不良的化學(xué)作用。

本發(fā)明的第三特征在于：無電極燈的燈泡內(nèi)也可添加少量稀土族金屬鹵化物或微量過渡金屬鹵化物。所添加的稀土族金屬鹵化物，包括一種或多種稀土族金屬鹵化物混合物組成，例如稀土族金屬為鏑(Dy)、鈥(Ho)及/或銫(Cs)等。少量稀土族金屬鹵化物也有助于此微波無電極燈快速啟動(dòng)，以及提高發(fā)光效率和顯色性能，克服過去都無法在燈泡積熱下再次啟動(dòng)，改善后的效果可達(dá)到關(guān)燈后可立即在30秒內(nèi)快速啟動(dòng)的優(yōu)勢能力。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明由一微波驅(qū)動(dòng)的一無電極燈包含一電磁殼體、一燈泡、一導(dǎo)電性篩網(wǎng)及一磁控管。電磁殼體是具有一微波供應(yīng)腔，燈泡是借由一燈體設(shè)置于電磁殼體的微波供應(yīng)腔上，導(dǎo)電性篩網(wǎng)是包覆燈泡設(shè)置，且磁控管是可借由一導(dǎo)波管將所產(chǎn)生的微波提供至微波供應(yīng)腔內(nèi)。其中，燈泡內(nèi)是填充含有一無汞金屬鹵化物的一填充物，且該填充物包含一第一填充組成、一第二填充組成、一第三填充組成及一第四填充組成。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第一填充組成為具有溴化銦與溴化銻的一第一混合物組成、第二填充組成為具有活性金屬元素的一第二混合物組成、 第三填充組成為具有一或多種稀土族金屬鹵化物的一第三混合物組成、且第四填充組成為惰性氣體的一第四混和物組成。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第一混合物組成包括三溴化銻、二溴化鈷及/或溴化鎂。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第二混合物組成包含銻(Sb)。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第三混合物組成包括鏑(Dy)、鈥(Ho)及/或銫(Cs)。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第四混和物組成包括氦氣、氖氣、氬氣及/或氙氣。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第一填充組成、第二填充組成與第三填充組成的濃度是介于0.6-2.9mg/cm³之間。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的第一填充組成、第二填充組成與第三填充組成的濃度是介于0.9-2.3mg/cm³之間。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈更包含以透光石英構(gòu)成的一燈泡壁。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的無電極燈的燈泡所發(fā)射的光為含紫外光、可見光和紅外光的一全光譜連續(xù)輻射光。

附圖說明

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明，其中：

圖1為先前技術(shù)中微波硫燈的連續(xù)光譜與AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn)的光譜的比較圖；

圖2為本發(fā)明中所使用的微波產(chǎn)生器與無電極燈燈座的裝置示意圖；

圖3為依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無電極燈的連續(xù)光譜圖；

圖4為依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的無電極燈的連續(xù)光譜與太陽AM 1.5G光譜的比較圖；及

圖5為依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的無電極燈的連續(xù)光譜圖。

圖中元件標(biāo)號說明如下：

10 無電極燈

1 燈體

2 燈泡

3 電磁殼體

4 導(dǎo)電性篩網(wǎng)

5 磁控管

6 導(dǎo)波管

7 微波供應(yīng)腔

具體實(shí)施方式

如圖2所示，其為本發(fā)明的無電極燈10的示意圖。本發(fā)明的無電極燈10包含一燈體1、一燈泡2、一電磁殼體3、一導(dǎo)電性篩網(wǎng)4、一磁控管5及一導(dǎo)波管6。其中，電磁殼體3是具有一微波供應(yīng)腔7，燈泡2是借由燈體1設(shè)置于電磁殼體3的微波供應(yīng)腔7上，導(dǎo)電性篩網(wǎng)4是包覆燈泡2設(shè)置，且磁控管5是可借由導(dǎo)波管6將所產(chǎn)生的微波提供至微波供應(yīng)腔7內(nèi)。

借此，當(dāng)于燈泡2內(nèi)填充含有一無汞金屬鹵化物的一填充物，且該填充物包含一第一填充組成、一第二填充組成、一第三填充組成及一第四填充組成后予以密封，并使磁控管5提供一頻率為2.45GHz及功率為1kW的微波。接著，將該微波通過導(dǎo)波管6進(jìn)入至微波供應(yīng)腔7，同時(shí)借電磁殼體3將微波能量集中，以加熱燈泡2內(nèi)的填充物，并將其激發(fā)至等離子狀態(tài)而產(chǎn)生光譜輻射，并讓光線自燈泡2經(jīng)導(dǎo)電性篩網(wǎng)4的孔洞輸出后，即可獲得滿足AM 1.5G的標(biāo)準(zhǔn)的全光譜連續(xù)輻射光。

于本發(fā)明中，為承受無電極燈10運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的高溫(約600-900℃)，無電極燈10的燈泡2的燈泡壁是以石英制成。另外，根據(jù)所需的功率，燈泡2的尺寸通常為10-30立方厘米，而燈泡2內(nèi)部的填充多介于10-100mbar之間。

接著，將針對本發(fā)明的無電極燈10之內(nèi)部填充進(jìn)行詳細(xì)的說明。相較于已知的無電極燈，本發(fā)明的無電極燈10于技術(shù)上主要具有三大特征。

首先，本發(fā)明的第一特征在于：無電極燈10的主要填充物質(zhì)不采用硫成份，而是以活性金屬溴化物為主成份來取代。此改良后的無電極燈能夠避免微波硫燈在光譜表現(xiàn)上的缺點(diǎn)，獲得更寬廣且穩(wěn)定的光譜分布。本發(fā)明的主要填 充物質(zhì)為金屬溴化物，即：溴化銦、三溴化銻、二溴化鈷、溴化鎂，或這些金屬溴化物的混合物。

當(dāng)燈泡2之外徑為3.5cm時(shí)，所添加的金屬溴化物總量可在16mg到40mg范圍內(nèi)，也就是0.93mg/cm³到2.33mg/cm³的濃度范圍，故與一般具有兩端電極的鹵素?zé)艋蚨鄠€(gè)金屬放電燈中常用的金屬碘化物，二者在性能上還是有很大的不同。

接著，本發(fā)明的第二特征在于：無電極燈10的燈泡2內(nèi)可同時(shí)添加少量活性金屬元素銻(Sb)，銻的添加將有助于無電極燈10的快速啟動(dòng)，并縮短關(guān)燈冷卻后再啟動(dòng)的時(shí)間。于部分已知技術(shù)中，是通過添加銦(In)以達(dá)到相同效果，然而，本發(fā)明中的填充組成是以溴化銻為主，所添加的銻在燈具運(yùn)作時(shí)可參與高溫等離子反應(yīng)，冷卻后會過飽和析出于石英燈泡壁內(nèi)，可因此避免其他不良的化學(xué)作用。

再者，本發(fā)明的第三特征在于：無電極燈10的燈泡2內(nèi)可進(jìn)一步添加少量稀土族金屬鹵化物或過渡金屬鹵化物。該稀土族金屬鹵化物包括至少一種稀土族金屬鹵化物的混合物，且其成分包含鏑(Dy)、鈥(Ho)及/或銫(Cs)。該稀土族金屬鹵化物的添加同樣有助于無電極燈關(guān)閉后快速(30秒內(nèi))再啟動(dòng)的功能，以克服已知技術(shù)中，燈泡無法在具積熱的情形下再次啟動(dòng)的缺陷，同時(shí)提高燈具的發(fā)光效率和顯色性能。

借由上述特征，本發(fā)明的無電極燈10將因此具有長壽命、極低光衰等優(yōu)點(diǎn)，再者，相對于傳統(tǒng)的照明應(yīng)用，本發(fā)明的無電極燈10所發(fā)出的光譜穩(wěn)定、連續(xù)、且廣泛，其光譜范圍更可同時(shí)涵蓋紫外光(于350nm到400nm之間)、可見光與紅外光(于700nm到1,100nm之間)，與自然太陽光的光譜分布一致，因此可作為符合AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn)的太陽光模擬器的標(biāo)準(zhǔn)光源。

于本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，無電極燈10的第一填充組成為具有溴化銦與溴化銻的一第一混合物組成、第二填充組成為具有活性金屬元素的一第二混合物組成、第三填充組成為具有一或多種稀土族金屬鹵化物的一第三混合物組成、且第四填充組成為惰性氣體的一第四混和物組成。

其中，該第一混合物組成包括三溴化銻、二溴化鈷及/或溴化鎂；該第二混合物組成包含銻(Sb)及/或銦(In)；該第三混合物組成包括鏑(Dy)、鈥(Ho) 及/或銫(Cs)；該第四混和物組成包括氦氣、氖氣、氬氣及/或氙氣。

具體而言，在燈泡2內(nèi)填充的活性填充組成(即第一填充組成、第二填充組成及第三填充組成的集合)，其濃度應(yīng)介于0.6-2.9mg/cm³，并以介于0.9-2.3mg/cm³為較佳范圍。并且，于無電極燈10中所添加的填充物(尤其為第一填充組成中的無汞金屬鹵化物及第三填充組成中的稀土族金屬鹵化物)，可通過改變填充物的種類與濃度來控制此無電極燈10的光譜范圍及能量特性。

以下將針對本發(fā)明各實(shí)施例的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。

于本發(fā)明的第一實(shí)施例中，是提供了一無電極燈10，無電極燈10采用以石英構(gòu)成的球形燈泡壁，且其外徑為3.5cm，而燈泡內(nèi)部的體積為17.16cm³，并將燈泡內(nèi)部的填充物表列如下：

溴化銦(InBr)：7mg

三溴化銻(SbBr3)：22mg

銻(Sb)：6mg

三碘化鏑(DyI3)：0.3mg

氙氣(Xe)：30torr at 25℃

第一實(shí)施例的無電極燈10的燈泡2內(nèi)所填充的溴化銦、三溴化銻、銻、三碘化鏑的總量為35.3mg，也就是第一填充組成、第二填充組成及第三填充組成的濃度為2.06mg/cm³，再將第四填充組成的氙氣填充并密封后，將燈泡2插入在具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)中，于1,200～3,000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，并于2.45GHz和1,000W的條件下即可得到如圖3所示的發(fā)射光譜。

之后，再借由分光式色彩分析儀與太陽分光光譜儀(sun spectroradiometer)量測由微波激發(fā)的無電極燈10的發(fā)光光譜，可得到相對色溫為5,233K，而在400nm-1,100mm光譜范圍的分布結(jié)果是如表1與圖3所示，該結(jié)果符合IEC60904-9(及JIS C 8912)規(guī)范中，太陽光模擬器A級光源的要求。由此可知，這些種類及比例的無電極燈10的填充物提供了一個(gè)理想的全光域連續(xù)頻譜及良好光效。

表1 IEC 60904-9規(guī)范與第一實(shí)施例的無電極燈的光譜分布比較

接著，于本發(fā)明的第二實(shí)施例中，提供了另一無電極燈10，無電極燈10同樣采用以石英構(gòu)成的球形燈泡壁，且其外徑為3.5cm，而燈泡內(nèi)部的體積為17.16cm³，并將燈泡內(nèi)部的填充物表列如下：

溴化銦(InBr)：10mg

三溴化銻(SbBr3)：12mg

銻(Sb)：3mg

二碘化鈷(CoI2)：1.0mg

三碘化鏑(DyI3)：0.3mg

氙氣(Xe)：15torr at 25℃

第二實(shí)施例的無電極燈10的燈泡2內(nèi)所填充的溴化銦、三溴化銻、銻、二碘化鈷、三碘化鏑的總量為26.3mg，也就是第一填充組成、第二填充組成及第三填充組成的濃度為1.54mg/cm³。接著，將第四填充組成(氙氣)填充并將燈泡2密封后，將燈泡2插入如圖2所示的結(jié)構(gòu)中，于3,000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，并于2.45GHz和1,000W的條件下即可得到如圖4所示的發(fā)射光譜。

之后，再借由分光式色彩分析儀與太陽分光光譜儀量測微波激發(fā)的該無電極燈的發(fā)光光譜，可得到相對色溫為5,900K，而于350nm-750mm光譜范圍的分布結(jié)果是如表2與圖4所示，該結(jié)果符合JIS C 8933規(guī)范中，對于量測非晶質(zhì)的薄膜太陽能電池與模塊所需的太陽光模擬器A級光源的要求。由此可知，這些種類及比例的無電極燈的填充物提供了一個(gè)另一理想的全光域連續(xù)頻譜及良好光效。

表2JIS C 8933規(guī)范與第二實(shí)施例中無電極燈的光譜分布比較

于本發(fā)明的第三實(shí)施例中，提供了另一無電極燈10，無電極燈10同樣采用以石英構(gòu)成的球形燈泡壁，且其外徑為3.5cm，而燈泡內(nèi)部的體積為17.16cm³，并將燈泡內(nèi)部的填充物表列如下：

溴化銦(InBr)：8mg

三溴化銻(SbBr3)：21mg

銻(Sb)：6mg

三碘化鏑(DyI3)：0.6mg

氙氣+氬氣(Xe+Ar)：20torr at 25℃

第三實(shí)施例的無電極燈10的燈泡2內(nèi)所填充的溴化銦、三溴化銻、銻、三碘化鏑的總量為35.6mg，也就是第一填充組成、第二填充組成及第三填充組成的濃度為2.07mg/cm³。將第四填充組成(氙氣及氬氣)填充并將燈泡2密封后，將燈泡2插入在具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)中，于3,000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，并于2.45GHz和1,000W的條件下即可得到如圖5所示的發(fā)射光譜。

之后，再借由分光式色彩分析儀與太陽分光光譜儀量測由微波激發(fā)的無電極燈的發(fā)光光譜，可得到相對色溫為5,651K，而在350nm-1,100mm光譜范圍的分布結(jié)果是如表3、表4與圖5所示，該結(jié)果符合IEC 60904-9(及JIS C 8912) 與JIS C 8933規(guī)范中，太陽光模擬器A級光源的要求。由此可知，這些種類及比例的無電極燈10的填充物提供了一個(gè)寬廣的全光域連續(xù)頻譜及良好光效。

表3IEC 60904-9規(guī)范與第三實(shí)施例中無電極燈的光譜分布比較

表4JIS C 8933規(guī)范與第三實(shí)施例中無電極燈的光譜分布比較

綜合上述，本發(fā)明的無電極燈10可產(chǎn)生滿足AM 1.5G的標(biāo)準(zhǔn)的光譜連續(xù) 輻射，故得以涵蓋紫外光、可見光與紅外光等三部分光譜，并進(jìn)一步應(yīng)用于太陽光模擬器的領(lǐng)域中，且具有長壽命、極低光衰等特色。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。