專利名稱：無汞金屬鹵素燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬鹵素燈，這種鹵素燈具有一個放電管，所說放電管具有陶瓷壁，所說陶瓷壁圍成一個放電空間，所說放電空間中除了含有稀有氣體之外還包含至少由NaJ組成的一種可電離填充物，在所說放電空間中設置有兩個電極，電極尖端之間的距離為EA，所說放電管至少在電極距離EA之間具有內徑Di。
從EP-A-0215524(PHN11.485)中可以了解到在開篇段落中提及的這種燈。這種已知類型的燈具有高的發光效能以及卓越的顏色特性(特別是其綜合彩色再現指數Ra≥70，色溫Tc在2600至4000K之間)，因此非常適合用作光源，尤其是室內照明。這種燈的結構是以這樣的認識為基礎的，當用鹵化鈉作為燈的填充成分時，能夠實現優良的色彩再現力，并且在燈工作過程中能夠使鈉發射光譜中的Na-D譜線大大展寬和逆增。這需要在放電管中達到較高的最冷點溫度Tkp，例如1170K(900℃)。Na-D線的逆增和展寬意味著它們在光譜中發射帶的形狀為具有兩個最大值，其間的距離為Δλ。由于要求Tkp應當具有高值，所以不能使用石英體或石英玻璃作為放電管壁，而需要使用陶瓷材料作為放電管壁。
在本說明書和權利要求書中使用的術語“陶瓷壁”應當理解為包括金屬氧化物壁，例如藍寶石或致密燒結的多晶Al2O3以及金屬氮化物，例如AlN。
已知的燈結合了優良的色彩表現力與較寬范圍的色溫。放電管的填充物至少包括汞、鹵化鈉和鹵化鈦。此外，可取的是放電管包含由Sc、La和鑭系元素Dy、Tm、Ho、和Er構成的組中至少一種元素。
這種已知的燈在穩定工作時的燈電壓在70至110V之間，是放電燈通常可以接受的范圍。在已知燈中，在穩定工作過程中的電壓主要是由作為填充物一部分的汞來維持的。但是，在釋放汞的情況下，例如在燈達到使用壽命之后，汞對于環境保護產生很大的問題。
為實現其目的，本發明提供一種方法，可以獲得具有無汞填充物的一種金屬鹵素燈，這種燈是對已知燈電子結構的一種改進。
根據本發明，在篇首段落所述類型的燈，為此目的，其特征在于放電空間中不含有汞，可電離填充物還包括Zn，電極之間距離EA和內徑Di滿足關系式1≤EA/Di≤4。
令人驚奇的是，利用本發明的燈能夠在發光效能和顏色特性(特別是綜合彩色再現指數Ra≥70和色溫Tc在2600至4000K之間)方面達到可與已知燈相比較的性能，并且具有無汞的優點。EA/Di＞4的值會導致在非改進燈穩定工作時燈電壓極高。另外，也不使用EA/Di＜1的值，因為使用這樣的值容易使最冷點溫度Tkp出現過低的值，而這將導致燈所發射的光的顏色特性無法接受。可取的是，至少含有100微摩爾/立方厘米的金屬形式的Zn，以便在也是已知燈的放電管結構中的實際放電空間內含有足夠量的Zn。
根據本發明的燈的另一個實施例，至少部分地包含以化合物ZnJ2的形式和至多20微摩爾/立方厘米的量的Zn。使用ZnJ2對于在不改變其顏色特性的情況下提高燈的發光效能是有利的。所說含量應當限制在上述值，以防止在電極之間放電弧的曲率過大。除此之外，ZnJ2還具有相對于已知燈的填充物為化學惰性的優點。如果Zn僅僅是以化合物ZnJ2的形式包含在，則其含量至少應為4微摩爾/立方厘米。因為化合物ZnJ2在燈工作時完全處于蒸發狀態，所以所說含量足以達到適合改進燈的燈電壓。
可取的是，稀有氣體為Xe，其填充壓力至少為400毫巴。因為其相對較重的分子量，Xe作為一種緩沖氣體具有優異的特性，因此對于燈的發光效能具有有利的作用。但是，Ar作為稀有氣體使用也是適合的。
在本發明的燈中，可取的是，可電離填充物所包含成分的含量滿足下列范圍(以微摩爾/立方厘米為單位)金屬Zn 0-200ZnJ20-20NaJ20-200TlJ0-30RE-jodide 0-40其中RE為由In、Sc、Y和鑭系元素構成的組中至少一種，并且在這種情況下僅以化合物ZnJ2的形式包含Zn,ZnJ2的含量至少為4微摩爾/立方厘米。因此，這種燈相對于已知的燈在電子結構上是改進的，并且具有可與之相比擬的顏色特性。
在一個優選實施例中，本發明的燈在電極距離EA內測得的功率密度最小為3瓦/厘米，最大為130瓦/厘米。在滿足這個要求的前提下，本發明的燈具有可與已知燈相比較的結構長度。其優點是可以很容易地用于現有的各種燈具中。
下面參照附圖(不是按照真實比例畫的)更加詳細地解釋本發明的燈的上述和其它方面。
在附圖中

圖1示意性地表示根據本發明構成的一只燈，圖2詳細地表示圖1所示燈的放電管。
圖1表示具有放電管3的一只金屬鹵素燈，所說放電管具有陶瓷壁，所說陶瓷壁限定了一個放電空間11，放電空間中包含可電離填充物。在所說放電空間中設置有兩個電極，兩個電極尖端之間的相互距離為EA，所說放電管至少在距離EA范圍內具有內徑Di。放電管的端部由陶瓷突出管腳34、35封閉，在管腳中封裝有與位于放電管中的電極4、5相連、具有窄的插入空間的電流導體(圖2中40、41、50、51)，該管腳以氣密方式通過熔融陶瓷連接點(圖2:10)在遠離放電空間一端與這個導體相連。放電管由一個外燈泡殼1包圍著，外燈泡1的一端有一個燈頭2。當燈工作時在電極4、5之間發生放電。電極4通過一個電流導體8與構成燈頭2一部分的第一電觸點相連。電極5通過一個電流導體9與構成燈頭一部分的第二電觸點相連。在圖2(不是按照真實比例畫的)中更加詳細表示的放電管具有陶瓷壁，其圓柱體部分的內徑為Di，該圓柱體部分的兩端由各個端壁部分32a、32b限定，每個端壁部分32a、32b構成放電空間的一個端面33a、33b。這些端壁部分分別具有一個開口，陶瓷突出管腳34、35通過燒結點S以氣密方式固定在端壁部分32a、32b中。陶瓷突出管腳34、35分別包圍著相關電極4、5的一個狹窄的電流導體40、41、50、51，所說電極4、5具有尖端4b、5b。這些電流導體通過在遠離放電空間一側熔融陶瓷連接點以氣密方式與陶瓷突出管腳34、35相連。
電極尖端4b、5b之間的距離為EA。這些電流引入導體分別包括一個耐鹵化物腐蝕的部分41、51，例如Mo-Al2O3金屬陶瓷和借助于熔融陶瓷連接點10以氣密方式固定在各個端部管腳34、35的部分40、50。熔融陶瓷連接點在Mo金屬陶瓷40、41部分上延伸一定的距離，例如大約1毫米。用不同于Mo-Al2O3的另一種方式也可以構成部分41、51。從例如EP-0587238(US-A-5424609)中可以獲知其它可能的結構。已經發現一種特別適合的結構是將耐鹵化物腐蝕的線圈纏繞在用相同材料制成的芯桿上。Mo是一種非常適合用作高度耐鹵化物腐蝕的材料。部分40、50由膨脹系數與端部管腳非常一致的一種金屬制成。例如Nb就是一種非常適合的材料。部分40、50以沒有示出的一種方式與電流導體8、9相連。所述的導線貫穿結構使得燈能夠在任何點燃位置工作。
每個電極4、5包括一個電極棒4a、5a，在接近尖端4b、5b處帶有一個線圈4c、5c。突出陶瓷管腳通過燒結連接點S以氣密方式固定在端壁部分32a和32b。因此電極尖端位于由端壁部分形成的端面33a、33b之間。在本發明的燈的另一個實施例中，突出陶瓷管腳34、35凹進在端壁部分32a、32b之后。在這種情況下，電極尖端基本位于由端壁部分限定的端面33a、33b中。
在實際實現如圖所示的本發明的燈時，額定燈功率為75瓦，電弧電壓為86伏特。所說燈由Philips制造的EMC070W型電源驅動。電極之間的距離EA為9毫米，這段距離的內徑為4.5毫米，因此EA/Di值為2。所說燈的發光功效為84流明/瓦。所產生的光的綜合彩色再現指數Ra為84，色溫Tc為2880K，相當于彩色點坐標(x,y)(0.436；0.387)。燈的放電管中的填充物包含12毫克的Zn、5.0毫克的NaJ、1.0毫克的TlJ、2.0毫克的DyJ3和Xe，在室溫下填充壓力為400毫巴。放電管的總體積為0.175立方厘米。因此填充量相當于1050微摩爾/立方厘米、190微摩爾/立方厘米、17微摩爾/立方厘米和21微摩爾/立方厘米。
在另一個具有相同幾何結構的實際實施例中，放電管填充物中除了含有NaJ、TlJ、DyJ3之外，僅含有10毫克的Zn，相當于874微摩爾/立方厘米，Xe氣的填充壓力在室溫下為2巴。燈功率、發光效能、綜合彩色再現指數Ra和色溫Tc的初始值為74瓦、88流明/瓦、78和2980K。由于這種燈的電弧電壓為94伏特，因此這種燈相對于已知的燈來說在電學上是有改進的。
根據再一個實際的實施例，放電燈填充物除了包含金屬Zn之外，還包含0.9毫克的ZnJ2，從而獲得2.5巴的工作壓力，其含量相當于13微摩爾/立方厘米。不改變電極距離，而將內徑Di略微增大到5.1毫米，則EA/Di比值減小到1.7。燈電壓減小到85伏特。色溫Tc增大到3090K，對應于色點坐標(x,y)(0.429；0.398)。發光效能和綜合彩色再現指數Ra的值僅略微下降為86流明/瓦和76。
在又一個實施例中，電極距離為10.8毫米，內徑Di為5.1毫米，因此EA/Di=2.1。放電管的填充物中包含填充壓力為400毫巴的Ar氣，8毫克的NaJ、TlJ和DyJ3的混合物，其重量比為5∶1∶2，以及7毫克的Zn。燈功率為75瓦。這種燈的起始燈電壓為85伏特，所發射光的發光效能為79流明/瓦，色溫Tc為2750K，綜合彩色再現指數Ra為79。在燈工作100小時之后，燈電壓上升到95伏特。發光效能略微下降到77流明/瓦，而色溫Tc和綜合彩色再現指數Ra沒有明顯的變化，其值分別為2780K和79。
下面介紹本發明的燈的一個實際的實施例，其中填充物僅以ZnJ2的形式包含Zn。陶瓷放電管在12.88毫米的電極之間距離的范圍內具有3.52毫米的內徑。放電管的總體積為0.145立方厘米。放電管的填充物包含0.21毫克的ZnJ2、1毫克的TlJ、2毫克的DyJ3和在室溫下400毫巴壓力的Xe氣。ZnJ2的含量相當于4,5微摩爾/立方厘米。燈的標稱功率為75瓦，燈電壓為71伏特。燈的發光效能為75流明/瓦，色溫Tc為3000K，綜合彩色再現指數Ra為80。
權利要求
1.金屬鹵素燈，其具有一個放電管，放電管的陶瓷壁包圍著一個放電空間，在所說放電空間中除了包含稀有氣體之外，還包含一種可電離填充物，至少包含NaJ，在所說放電空間中設置有兩個電極，電板尖端之間的距離為EA，所說放電管至少在電極之間距離范圍內具有內徑Di，其特征在于所說放電空間是不含有汞的，所說可電離填充物還包括Zn，并且電極距離EA與內徑Di滿足關系式1≤EA/Di≤4。
2.如權利要求1所述的燈，其特征在于以金屬形式包含Zn，其含量至少為100微摩爾/立方厘米。
3.如權利要求1或2所述的燈，其特征在于至少部分地以化合物ZnJ2的形式包含Zn，其含量至多為20微摩爾/立方厘米。
4.如權利要求1或3所述的燈，其特征在于僅以化合物ZnJ2的形式包含Zn，其含量至少為4微摩爾/立方厘米。
5.如權利要求1、2、3或4所述的燈，其特征在于所說稀有氣體為Xe，其填充壓力至少為400毫巴。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的燈，其特征在于所說可電離填充物包含具有下列含量范圍的多種成分，以微摩爾/立方厘米為單位金屬Zn 0-200ZnJ20-20NaJ 20-200TlJ 0-30RE-jodide0-40其中RE為由In、Sc、Y和鑭系元素構成的組中至少一種，并且在這種情況下僅以化合物ZnJ2的形式包含Zn,ZnJ2的含量至少為4微摩爾/立方厘米。
7.如前面任意一項權利要求所述的燈，其特征在于在所說電極距離EA范圍內測量的燈功率至少為3瓦/厘米，至多為130瓦/厘米。
全文摘要
本發明涉及一種金屬鹵素燈,其具有一個放電管,放電管的陶瓷壁包圍著一個放電空間,在所說放電空間中除了包含稀有氣體之外,還包含一種可電離填充物,至少包含NaJ,在所說放電空間中設置有兩個電極,電極尖端之間的距離為EA,所說放電管至少在電極之間距離范圍內具有內徑Di。根據本發明所說放電空間是不含有汞的,所說可電離填充物還包括Zn,并且電極距離EA與內徑Di滿足關系式1≤EA/Di≤4。
文檔編號H01J61/22GK1234907SQ98801033
公開日1999年11月10日 申請日期1998年5月14日 優先權日1997年7月23日
發明者M·波爾恩, 魯迪格 J, F·C·B·M·范夫洛恩霍文 申請人:皇家菲利浦電子有限公司