专利名称：无汞金属卤素灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属卤素灯，这种卤素灯具有一个放电管，所说放电管具有陶瓷壁，所说陶瓷壁围成一个放电空间，所说放电空间中除了含有稀有气体之外还包含至少由NaJ组成的一种可电离填充物，在所说放电空间中设置有两个电极，电极尖端之间的距离为EA，所说放电管至少在电极距离EA之间具有内径Di。
从EP-A-0215524(PHN11.485)中可以了解到在开篇段落中提及的这种灯。这种已知类型的灯具有高的发光效能以及卓越的颜色特性(特别是其综合彩色再现指数Ra≥70，色温Tc在2600至4000K之间)，因此非常适合用作光源，尤其是室内照明。这种灯的结构是以这样的认识为基础的，当用卤化钠作为灯的填充成分时，能够实现优良的色彩再现力，并且在灯工作过程中能够使钠发射光谱中的Na-D谱线大大展宽和逆增。这需要在放电管中达到较高的最冷点温度Tkp，例如1170K(900℃)。Na-D线的逆增和展宽意味着它们在光谱中发射带的形状为具有两个最大值，其间的距离为Δλ。由于要求Tkp应当具有高值，所以不能使用石英体或石英玻璃作为放电管壁，而需要使用陶瓷材料作为放电管壁。
在本说明书和权利要求书中使用的术语“陶瓷壁”应当理解为包括金属氧化物壁，例如蓝宝石或致密烧结的多晶Al2O3以及金属氮化物，例如AlN。
已知的灯结合了优良的色彩表现力与较宽范围的色温。放电管的填充物至少包括汞、卤化钠和卤化钛。此外，可取的是放电管包含由Sc、La和镧系元素Dy、Tm、Ho、和Er构成的组中至少一种元素。
这种已知的灯在稳定工作时的灯电压在70至110V之间，是放电灯通常可以接受的范围。在已知灯中，在稳定工作过程中的电压主要是由作为填充物一部分的汞来维持的。但是，在释放汞的情况下，例如在灯达到使用寿命之后，汞对于环境保护产生很大的问题。
为实现其目的，本发明提供一种方法，可以获得具有无汞填充物的一种金属卤素灯，这种灯是对已知灯电子结构的一种改进。
根据本发明，在篇首段落所述类型的灯，为此目的，其特征在于放电空间中不含有汞，可电离填充物还包括Zn，电极之间距离EA和内径Di满足关系式1≤EA/Di≤4。
令人惊奇的是，利用本发明的灯能够在发光效能和颜色特性(特别是综合彩色再现指数Ra≥70和色温Tc在2600至4000K之间)方面达到可与已知灯相比较的性能，并且具有无汞的优点。EA/Di＞4的值会导致在非改进灯稳定工作时灯电压极高。另外，也不使用EA/Di＜1的值，因为使用这样的值容易使最冷点温度Tkp出现过低的值，而这将导致灯所发射的光的颜色特性无法接受。可取的是，至少含有100微摩尔/立方厘米的金属形式的Zn，以便在也是已知灯的放电管结构中的实际放电空间内含有足够量的Zn。
根据本发明的灯的另一个实施例，至少部分地包含以化合物ZnJ2的形式和至多20微摩尔/立方厘米的量的Zn。使用ZnJ2对于在不改变其颜色特性的情况下提高灯的发光效能是有利的。所说含量应当限制在上述值，以防止在电极之间放电弧的曲率过大。除此之外，ZnJ2还具有相对于已知灯的填充物为化学惰性的优点。如果Zn仅仅是以化合物ZnJ2的形式包含在，则其含量至少应为4微摩尔/立方厘米。因为化合物ZnJ2在灯工作时完全处于蒸发状态，所以所说含量足以达到适合改进灯的灯电压。
可取的是，稀有气体为Xe，其填充压力至少为400毫巴。因为其相对较重的分子量，Xe作为一种缓冲气体具有优异的特性，因此对于灯的发光效能具有有利的作用。但是，Ar作为稀有气体使用也是适合的。
在本发明的灯中，可取的是，可电离填充物所包含成分的含量满足下列范围(以微摩尔/立方厘米为单位)金属Zn 0-200ZnJ20-20NaJ20-200TlJ0-30RE-jodide 0-40其中RE为由In、Sc、Y和镧系元素构成的组中至少一种，并且在这种情况下仅以化合物ZnJ2的形式包含Zn,ZnJ2的含量至少为4微摩尔/立方厘米。因此，这种灯相对于已知的灯在电子结构上是改进的，并且具有可与之相比拟的颜色特性。
在一个优选实施例中，本发明的灯在电极距离EA内测得的功率密度最小为3瓦/厘米，最大为130瓦/厘米。在满足这个要求的前提下，本发明的灯具有可与已知灯相比较的结构长度。其优点是可以很容易地用于现有的各种灯具中。
下面参照附图(不是按照真实比例画的)更加详细地解释本发明的灯的上述和其它方面。
在附图中
图1示意性地表示根据本发明构成的一只灯，图2详细地表示图1所示灯的放电管。
图1表示具有放电管3的一只金属卤素灯，所说放电管具有陶瓷壁，所说陶瓷壁限定了一个放电空间11，放电空间中包含可电离填充物。在所说放电空间中设置有两个电极，两个电极尖端之间的相互距离为EA，所说放电管至少在距离EA范围内具有内径Di。放电管的端部由陶瓷突出管脚34、35封闭，在管脚中封装有与位于放电管中的电极4、5相连、具有窄的插入空间的电流导体(图2中40、41、50、51)，该管脚以气密方式通过熔融陶瓷连接点(图2:10)在远离放电空间一端与这个导体相连。放电管由一个外灯泡壳1包围着，外灯泡1的一端有一个灯头2。当灯工作时在电极4、5之间发生放电。电极4通过一个电流导体8与构成灯头2一部分的第一电触点相连。电极5通过一个电流导体9与构成灯头一部分的第二电触点相连。在图2(不是按照真实比例画的)中更加详细表示的放电管具有陶瓷壁，其圆柱体部分的内径为Di，该圆柱体部分的两端由各个端壁部分32a、32b限定，每个端壁部分32a、32b构成放电空间的一个端面33a、33b。这些端壁部分分别具有一个开口，陶瓷突出管脚34、35通过烧结点S以气密方式固定在端壁部分32a、32b中。陶瓷突出管脚34、35分别包围着相关电极4、5的一个狭窄的电流导体40、41、50、51，所说电极4、5具有尖端4b、5b。这些电流导体通过在远离放电空间一侧熔融陶瓷连接点以气密方式与陶瓷突出管脚34、35相连。
电极尖端4b、5b之间的距离为EA。这些电流引入导体分别包括一个耐卤化物腐蚀的部分41、51，例如Mo-Al2O3金属陶瓷和借助于熔融陶瓷连接点10以气密方式固定在各个端部管脚34、35的部分40、50。熔融陶瓷连接点在Mo金属陶瓷40、41部分上延伸一定的距离，例如大约1毫米。用不同于Mo-Al2O3的另一种方式也可以构成部分41、51。从例如EP-0587238(US-A-5424609)中可以获知其它可能的结构。已经发现一种特别适合的结构是将耐卤化物腐蚀的线圈缠绕在用相同材料制成的芯杆上。Mo是一种非常适合用作高度耐卤化物腐蚀的材料。部分40、50由膨胀系数与端部管脚非常一致的一种金属制成。例如Nb就是一种非常适合的材料。部分40、50以没有示出的一种方式与电流导体8、9相连。所述的导线贯穿结构使得灯能够在任何点燃位置工作。
每个电极4、5包括一个电极棒4a、5a，在接近尖端4b、5b处带有一个线圈4c、5c。突出陶瓷管脚通过烧结连接点S以气密方式固定在端壁部分32a和32b。因此电极尖端位于由端壁部分形成的端面33a、33b之间。在本发明的灯的另一个实施例中，突出陶瓷管脚34、35凹进在端壁部分32a、32b之后。在这种情况下，电极尖端基本位于由端壁部分限定的端面33a、33b中。
在实际实现如图所示的本发明的灯时，额定灯功率为75瓦，电弧电压为86伏特。所说灯由Philips制造的EMC070W型电源驱动。电极之间的距离EA为9毫米，这段距离的内径为4.5毫米，因此EA/Di值为2。所说灯的发光功效为84流明/瓦。所产生的光的综合彩色再现指数Ra为84，色温Tc为2880K，相当于彩色点坐标(x,y)(0.436；0.387)。灯的放电管中的填充物包含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，在室温下填充压力为400毫巴。放电管的总体积为0.175立方厘米。因此填充量相当于1050微摩尔/立方厘米、190微摩尔/立方厘米、17微摩尔/立方厘米和21微摩尔/立方厘米。
在另一个具有相同几何结构的实际实施例中，放电管填充物中除了含有NaJ、TlJ、DyJ3之外，仅含有10毫克的Zn，相当于874微摩尔/立方厘米，Xe气的填充压力在室温下为2巴。灯功率、发光效能、综合彩色再现指数Ra和色温Tc的初始值为74瓦、88流明/瓦、78和2980K。由于这种灯的电弧电压为94伏特，因此这种灯相对于已知的灯来说在电学上是有改进的。
根据再一个实际的实施例，放电灯填充物除了包含金属Zn之外，还包含0.9毫克的ZnJ2，从而获得2.5巴的工作压力，其含量相当于13微摩尔/立方厘米。不改变电极距离，而将内径Di略微增大到5.1毫米，则EA/Di比值减小到1.7。灯电压减小到85伏特。色温Tc增大到3090K，对应于色点坐标(x,y)(0.429；0.398)。发光效能和综合彩色再现指数Ra的值仅略微下降为86流明/瓦和76。
在又一个实施例中，电极距离为10.8毫米，内径Di为5.1毫米，因此EA/Di=2.1。放电管的填充物中包含填充压力为400毫巴的Ar气，8毫克的NaJ、TlJ和DyJ3的混合物，其重量比为5∶1∶2，以及7毫克的Zn。灯功率为75瓦。这种灯的起始灯电压为85伏特，所发射光的发光效能为79流明/瓦，色温Tc为2750K，综合彩色再现指数Ra为79。在灯工作100小时之后，灯电压上升到95伏特。发光效能略微下降到77流明/瓦，而色温Tc和综合彩色再现指数Ra没有明显的变化，其值分别为2780K和79。
下面介绍本发明的灯的一个实际的实施例，其中填充物仅以ZnJ2的形式包含Zn。陶瓷放电管在12.88毫米的电极之间距离的范围内具有3.52毫米的内径。放电管的总体积为0.145立方厘米。放电管的填充物包含0.21毫克的ZnJ2、1毫克的TlJ、2毫克的DyJ3和在室温下400毫巴压力的Xe气。ZnJ2的含量相当于4,5微摩尔/立方厘米。灯的标称功率为75瓦，灯电压为71伏特。灯的发光效能为75流明/瓦，色温Tc为3000K，综合彩色再现指数Ra为80。
权利要求
1.金属卤素灯，其具有一个放电管，放电管的陶瓷壁包围着一个放电空间，在所说放电空间中除了包含稀有气体之外，还包含一种可电离填充物，至少包含NaJ，在所说放电空间中设置有两个电极，电板尖端之间的距离为EA，所说放电管至少在电极之间距离范围内具有内径Di，其特征在于所说放电空间是不含有汞的，所说可电离填充物还包括Zn，并且电极距离EA与内径Di满足关系式1≤EA/Di≤4。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于以金属形式包含Zn，其含量至少为100微摩尔/立方厘米。
3.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于至少部分地以化合物ZnJ2的形式包含Zn，其含量至多为20微摩尔/立方厘米。
4.如权利要求1或3所述的灯，其特征在于仅以化合物ZnJ2的形式包含Zn，其含量至少为4微摩尔/立方厘米。
5.如权利要求1、2、3或4所述的灯，其特征在于所说稀有气体为Xe，其填充压力至少为400毫巴。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的灯，其特征在于所说可电离填充物包含具有下列含量范围的多种成分，以微摩尔/立方厘米为单位金属Zn 0-200ZnJ20-20NaJ 20-200TlJ 0-30RE-jodide0-40其中RE为由In、Sc、Y和镧系元素构成的组中至少一种，并且在这种情况下仅以化合物ZnJ2的形式包含Zn,ZnJ2的含量至少为4微摩尔/立方厘米。
7.如前面任意一项权利要求所述的灯，其特征在于在所说电极距离EA范围内测量的灯功率至少为3瓦/厘米，至多为130瓦/厘米。
全文摘要
本发明涉及一种金属卤素灯,其具有一个放电管,放电管的陶瓷壁包围着一个放电空间,在所说放电空间中除了包含稀有气体之外,还包含一种可电离填充物,至少包含NaJ,在所说放电空间中设置有两个电极,电极尖端之间的距离为EA,所说放电管至少在电极之间距离范围内具有内径Di。根据本发明所说放电空间是不含有汞的,所说可电离填充物还包括Zn,并且电极距离EA与内径Di满足关系式1≤EA/Di≤4。
文档编号H01J61/22GK1234907SQ98801033
公开日1999年11月10日 申请日期1998年5月14日 优先权日1997年7月23日
发明者M·波尔恩, 鲁迪格 J, F·C·B·M·范夫洛恩霍文 申请人:皇家菲利浦电子有限公司