CN100576423C - 金属卤化物灯的具有镁和铟的化学成分 - Google Patents

金属卤化物灯的具有镁和铟的化学成分 Download PDF

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Abstract

一种用于放电灯的金属卤化物填充物，该填充物由汞和金属卤化物盐混合物组成，该混合物包括作为全部或部分的碘化钙的替代物的碘化镁。至少一些碘化钙的替代物提高了弧光管中的熔盐冷凝物的性能。特别地，金属卤化物盐的混合物包含大约1至大约50摩尔百分比的碘化钠、大约15至大约50摩尔百分比的稀土碘化物、大约10至大约30摩尔百分比的碘化镁、大约10至大约25摩尔百分比的碘化铟和大约0至大约25摩尔百分比的碘化钙，其中碘化钙和碘化镁在混合物中的总量是从大约20至大约45的摩尔百分比。

Description

金属卤化物灯的具有镁和铟的化学成分
技术领域
本发明总体上涉及用于放电灯的金属卤化物填充物化学成分。本发明尤其涉及包含镁和铟的金属卤化物填充物。
背景技术
金属卤化物放电灯由于其具有由通过其稀土化学成分产生的复合发射光谱从而获得的高效率和高显色性的特性而广受欢迎。特别希望的是，提供一种优于传统的弧光管型的改进的显色性、色温和效能的金属陶瓷卤化物灯。这是由于陶瓷弧光管可以在比石英对应物高的温度下工作并且不易于与各种金属卤化物化学成分反应。像大多数金属卤化物灯一样，陶瓷灯也特别地设计成发射白光。这就需要将目标发射的X、Y颜色坐标放置在黑体辐射曲线上或者附近。不仅必须调整灯的填充物化学成分以实现目标发射，而且当要保持高显色指数(CRI)和高效率(流明/瓦(LPW))时，也必须调整灯的填充物化学成分。
为了实现这些目标，多数商业使用的金属陶瓷卤化物灯都包含复杂的金属卤化物的混合体。例如，商业的4200K灯可能包含汞加上NaI、CaI2、DyI3、HoI3、TmI3和TlI的混合物。通常，由于其低反应性，碘盐比氟化物更受欢迎，并且由于氯化物或溴化物在高温时不稳定，碘盐比氯化物或溴化物更受欢迎。碘化钙为放电的发射光谱提供红色以便提高其R9值，并且碘化钙也被用来控制灯的电特性。
发明内容
本发明人已经发现；某些金属卤化物灯，特别是那些具有凸出形状弧光管的灯的相关色温(CCT)的不希望的范围扩展可能与在金属卤化物填充物中存在碘化钙有关。因此，所希望的是，为了见效灯性能的变化，需要限制碘化钙的使用。
本发明是用于放电灯的金属卤化物填充物，该填充物包括碘化镁作为全部或部分碘化钙的替代物。特别地，该填充物由汞和包含大约1至大约50摩尔百分比的碘化钠、大约15至大约50摩尔百分比的稀土碘化物、大约10至大约30摩尔百分比的碘化镁、大约10至大约25摩尔百分比的碘化铟和大约0到大约25摩尔百分比的碘化钙的金属卤化物盐的混合物组成，其中碘化钙和碘化镁在混合物中的总量是从大约20至大约45的摩尔百分比。在优选的实施例中，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。在金属卤化物盐混合物中，可用碘化铊代替部分碘化铟。优选地，碘化铊在混合物中的数量不大于大约6摩尔百分比。
在更优选的实施例中，金属卤化物盐混合物包含6至42摩尔百分比的碘化钠、15至22摩尔百分比的碘化钙、18至23摩尔百分比的碘化镁、10至25摩尔百分比的碘化铟和18至38摩尔百分比的稀土碘化物。金属卤化物盐混合物特别有利的成分包含大约22摩尔百分比的碘化钠、大约19摩尔百分比的碘化镁、大约17摩尔百分比的碘化钙、大约16摩尔百分比的碘化铟和大约26摩尔百分比的稀土碘化物。
优选地，根据本发明的金属卤化物填充物制造的灯表现出大约3500K至大约4700K范围内的相关色温。优选地，灯表现出大于或等于大约85，并且更优选地，大于大约90的显色指数(CRI)。此外，根据本发明的金属卤化物填充物具有高效率。优选地，灯效率至少是大约90流明/瓦(LPW)，并且更优选地，至少是大约100LPW。
附图说明
图1是金属陶瓷卤化物弧光管的截面图。
图2是金属陶瓷卤化物灯的图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明以及本发明的其他的和另外的目的、优点和性能，将结合上述附图进行下面的描述和参考后附的权利要求。
如上所述，本发明的金属卤化物填充物使用了碘化镁作为部分或全部碘化钙的替代物。至少一些碘化钙被替代，这提高了熔盐冷凝物的性能并减少了灯与灯之间(lamp-to-lamp)的CCT(相关色温)的变化。但是，为了实现商业上需要的光度值，碘化镁必须和碘化铟或者和碘化铟与碘化铊的组合物一起使用。
在大约535nm处的由铊产生的绿光发射的附近，镁在位于可见光谱的绿光区域的大约518nm处具有强烈的发射。由于这种发射接近于人眼灵敏度曲线峰值，所以镁提供了灯的高照明效率。但是，镁和汞也在可见光谱的大约380nm至大约440nm之间的蓝光区域发射。这些蓝光发射可能导致灯色温的显著增加。
将铟或铟与铊的组合物添加到包含镁和汞的填充物中，这可将CCT减小到较佳的水平。这是因为In和Tl原子在光谱的蓝光区域具有宽的自反转吸收带。铟带的中心在大约410nm处并且铊带的中心在大约378nm处。这些自反转带吸收Mg和Hg的蓝光发射而不吸收相对强的Mg绿光发射。已经公开了从金属卤化物填充物中消除铊可使灯更易变暗的技术方案。例如，美国专利No.6,717,364描述了利用碘化镁作为碘化铊的替代物来制造暗淡的、没有铊的灯。因此，所需的是在金属卤化物填充物中限制铊的数量。优选地，在金属卤化物盐的混合物中碘化铊的数量是在0至大约6摩尔百分比的范围。
现在参考图1，其示出了金属陶瓷卤化物弧光管的截面图。弧光管1是两件式结构，其通过使得两个完全相同的处于生坯状态的模制的陶瓷半部连接，然后使该生坯部件经受高温烧结而制成的。制造弧光管的方法典型地是将表面接缝(cosmetic seam)5设置在弧光管的中心，即在两半部配对的位置。美国专利6,620,272中描述了制造这种类型陶瓷弧光管的方法的更详细的内容，在此通过引证而结合该专利的内容。虽然可以利用其他陶瓷材料，但是，弧光管通常是由半透明的多晶氧化铝构造成的。
弧光管具有半球形末端腔17a、17b并且其通常被称为是凸出形状。该凸出形状是优选的，因为与例如在美国专利No5,424,609和No6,525,476中描述的圆柱形状相比其提供了更均匀的温度分布。该凸出形状的弧光管具有包围放电室12的轴向对称本体6。两个相对的毛细管2从本体6沿着中心轴向外延伸。在这种两件式结构中，毛细管是与弧光管本体是整体模制成的。弧光管的放电室12包含例如30至300托的氙或氩的缓冲气体，以及本发明所描述的金属卤化物填充物8。
电极组件14插在各毛细管2中。电极组件14的一端伸出到弧光管的外部以提供电连接。电极组件的延伸到放电室内的末端装配有钨丝3或其他类似的用来提供用于弧光放电的附接点的装置。电极组件借助烧结材料9(优选为Al2O3-SiO2-Dy2O3玻璃料)密封到毛细管上。在灯工作过程中，电极组件将来自外部电流源的电流传导到弧光管的内部以在放电室内形成电弧。
图2是金属陶瓷卤化物灯的图。弧光管1在其一端连接到装接在框架35上的导线31上并且在其另一端连接到装接在安装杆43上的导线36上。通过螺口灯头40向灯提供电源。螺口灯头40的螺纹部分61通过连接到第二安装杆44上的导线51电连接到框架35。螺口灯头40的灯头触点65借助绝缘体60与螺纹部分61电隔离。导线32提供灯头触点65和安装杆43之间的电连接。产生紫外光的起动辅助装置39连接到安装杆43。导线51和32穿过并密封在玻璃杆部47内。玻璃外罩30环绕弧光管及其连接部件并密封到杆部47以提供气密环境。典型地，外罩是抽真空的，但是在某些情况下其可能包含达到400托的氮气。吸气剂带55被用来降低外罩环境的污染。
六个金属陶瓷卤化物灯由250W凸出形状PCA(多晶氧化铝)弧光管制成，其具有包含根据本发明的金属卤化物填充物。用在每个灯的填充物中的金属卤化物盐混合物的组分列在表1中。此外，灯1-3包含21mg的汞并且灯4-6包含24mg的汞。所有弧光管包含9mg的金属卤化物盐混合物和90托的氩气。灯1-3由比灯4-6的弧光管稍小的弧光管制成，并因此具有较高的壁载荷。灯1-3中的电弧间隙是17.0mm而灯4-6中的电弧间隙是16.4mm。使用BT28形状的真空外护壳，并且灯在垂直状态工作，灯头朝上工作1至2小时。六个灯的光度数据列在表2中。
两个附加灯，灯7和灯8由具有150W凸出形状弧光管制成。每个150W灯包含11.4mg的汞。如表1中所述，灯7包含8.6mg的金属卤化物盐混合物，而灯8包含8.0mg的金属卤化物盐混合物。用于灯7和8的真空外护壳具有ED17形状并且灯在垂直状态工作，灯头朝上工作5小时。这些灯的光度数据也列在表2中。
表1-金属卤化物盐混合物(摩尔百分比)
  灯序号   NaI   CaI<sub>2</sub>   MgI<sub>2</sub>   InI   TlI   DyI<sub>3</sub>   HoI<sub>3</sub>   TmI<sub>3</sub>
  1   22.5   16.8   18.9   16.1   ---   8.6   8.6   8.5
  2   22.5   16.8   18.9   16.1   ---   ---   ---   25.7
  3   20.4   16.7   18.8   16.0   5.3   7.2   7.2   8.4
  4   22.5   16.8   18.9   16.1   ---   8.6   8.6   8.5
  5   22.5   16.8   18.9   16.1   ---   ---   ---   25.7
  6   20.4   16.7   18.8   16.0   5.3   7.2   7.2   8.4
  7   36.4   ---   20.6   7.0   5.5   ---   5.3   25.2
  8   17.0   19.3   20.4   17.1   ---   ---   ---   26.2
表2-光度特性
  灯序号   LPW   x   y   CCT(K)   CRI   D<sub>uv</sub>
  1   110.3   0.389   0.360   3620   93   -10.4
  2   124.2   0.370   0.364   4197   93   0.2
  3   118.9   0.392   0.370   3627   96   -6.8
  4   112.6   0.386   0.369   3777   95   -5.8
  5   131.8   0.373   0.366   4148   93   -2.9
  6   117.2   0.375   0.368   4098   95   -2.5
  7   112.4   0.356   0371   4702   85   5.3
  8   123.9   0.383   0.382   3968   91   1.7
表2中所有测试的灯都具有至少大约85的CRI并且大多数具有至少90的CRI。灯CCT的范围从大约3600K到大约4700K并且都具有大于大约100LPW的效率。灯2和5具有最有效的化学成分以及所期望的大约4200K的CCT和位于黑体辐射曲线(普朗克轨迹)上或非常靠近的CIEx，y色点(color point)。本领域技术人员可以理解，通过稍微地改变填充物中各个成分的浓度，特别地，铊和/或钠的浓度，可将Duv，x、y色点离普朗克轨迹的距离调整为零。优选地，根据本发明的金属卤化物灯将具有位于大约+5至大约-10范围内的Duv。更优选地，Duv将位于大约-1至大约-5的范围，并且更优选地是大约+0.2至大约-2.5。
虽然已经展示和描述了本发明认为的优选实施例，但是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的后附权利要求所限定范围下，可以作出各种改变和变型。

Claims (26)

1.一种用于放电灯的金属卤化物填充物，包括：
汞和金属卤化物盐混合物；
该金属卤化物盐混合物包括1至50摩尔百分比的碘化钠、15至50摩尔百分比的稀土碘化物、10至30摩尔百分比的碘化镁、10至25摩尔百分比的碘化铟和0至25摩尔百分比的碘化钙，其中碘化钙和碘化镁在混合物中的总量为20至45的摩尔百分比。
2.根据权利要求1的金属卤化物填充物，其特征在于，用碘化铊代替部分碘化铟。
3.根据权利要求1的金属卤化物填充物，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
4.根据权利要求2的金属卤化物填充物，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
5.根据权利要求2的金属卤化物填充物，其特征在于，在该混合物中的碘化铊的量不大于6摩尔百分比。
6.一种用于放电灯的金属卤化物填充物，包括：
汞和金属卤化物盐混合物；
该金属卤化物盐混合物包括6至42摩尔百分比的碘化钠、15至22摩尔百分比的碘化钙、18至23摩尔百分比的碘化镁、10至25摩尔百分比的碘化铟和18至38摩尔百分比的稀土碘化物。
7.根据权利要求6的金属卤化物填充物，其特征在于，该金属卤化物盐混合物包括22摩尔百分比的碘化钠、19摩尔百分比的碘化镁、17摩尔百分比的碘化钙、16摩尔百分比的碘化铟和26摩尔百分比的稀土碘化物。
8.根据权利要求6的金属卤化物填充物，其特征在于，用碘化铊代替部分碘化铟。
9.根据权利要求6的金属卤化物填充物，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
10.根据权利要求8的金属卤化物填充物，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
11.根据权利要求8的金属卤化物填充物，其特征在于，在该混合物中的碘化铊的量不大于6摩尔百分比。
12.一种金属卤化物放电灯，其包括：灯头、外护壳、和包括在外护壳中的陶瓷放电容器，该陶瓷放电容器封装包含金属卤化物填充物的放电室，该放电容器具有至少一个密闭密封的电极组件，该电极组件延伸进入放电室并与该灯头电连接以便在放电室内产生弧光放电；
金属卤化物填充物包括：
汞和金属卤化物盐混合物；
该金属卤化物盐混合物包括1至50摩尔百分比的碘化钠、15至50摩尔百分比的稀土碘化物、10至30摩尔百分比的碘化镁、10至25摩尔百分比的碘化铟、和0至25摩尔百分比的碘化钙，其中碘化钙和碘化镁在混合物中的总量为20至45的摩尔百分比。
13.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出在3500K至4700K范围内的相关色温。
14.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出大于或等于85的显色指数。
15.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出大于90的显色指数。
16.根据权利要求15的灯，其特征在于，灯具有至少90流明/瓦的效率。
17.根据权利要求15的灯，其特征在于，灯具有至少100流明/瓦的效率。
18.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出在+5至-10范围内的Duv。
19.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出在+1至-5范围内的Duv。
20.根据权利要求12的灯，其特征在于，灯表现出在+0.2至-2.5范围内的Duv。
21.根据权利要求12的灯，其特征在于，用碘化铊代替部分碘化铟。
22.根据权利要求12的灯，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
23.根据权利要求21的灯，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择。
24.根据权利要求21的灯，其特征在于，在该混合物中的碘化铊的量不大于6摩尔百分比。
25.根据权利要求12的灯，其特征在于，稀土碘化物从碘化镝、碘化钬、碘化铥或它们的混合物中选择，并且该灯表现出在3500K至4700K范围内的相关色温，大于90的显色指数，至少100流明/瓦的效率，以及在+5至-10范围内的Duv。
26.根据权利要求25的灯，其特征在于，用碘化铊代替部分碘化铟，并且在该混合物中的碘化铊的量不大于6摩尔百分比。
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