CN101740305A - 镧系元素氧化物在金属卤化物灯中作为氧分配剂 - Google Patents

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CN101740305A CN200910222041A CN200910222041A CN101740305A CN 101740305 A CN101740305 A CN 101740305A CN 200910222041 A CN200910222041 A CN 200910222041A CN 200910222041 A CN200910222041 A CN 200910222041A CN 101740305 A CN101740305 A CN 101740305A
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Abstract

本发明涉及镧系元素氧化物在金属卤化物灯中作为氧分配剂。灯(10)包括放电容器(12)。钨电极(20，22)延伸到所述放电容器(12)中。可电离填充物(18)被密封在所述容器(12)内。所述填充物(18)包括缓冲气体和包含稀土元素卤化物的卤化物组分。在所述放电容器(12)中存在包括镧系元素氧化物的氧源(40)。所述氧源(40)为再生循环提供氧，其减少了由来自所述电极(20，22)的钨导致的灯壁的变黑。

Description

镧系元素氧化物在金属卤化物灯中作为氧分配剂
本申请作为部分继续申请要求2007年12月6日递交的申请No.11/951,677的权益，其公开的内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明涉及具有高流明保持(lumen maintenance)的放电灯。发现其尤其是可应用于在容器中具有作为有效氧源(source ofavailable oxygen)的镧系元素氧化物(镧系元素的氧化物)的金属卤化物灯(在石英和陶瓷情况中)，在灯运行期间对于钨物种(tungstenspecies)在壁和电极之间保持溶解度(solubility)的差异，并将特别参考其进行描述。
背景技术
高强度放电(HID)灯是能够由相对小的源产生大量的光的高效灯。这些灯在许多应用中被广泛使用，包括公路和道路照明，大型场馆如运动场照明，建筑物、商店、工业建筑的泛光照明，和投影仪，不再一一列举。术语“HID灯”被用于表示不同种类的灯。这些包括汞蒸汽灯、金属卤化物灯和钠灯。尤其金属卤化物灯在以相对低成本需要高水平亮度的领域被广泛应用。HID灯与其它的灯不同，因为HID灯的作用环境需要在高温和高压下长时间运行。而且，由于它们的使用和成本，希望这些HID灯具有相对长的使用寿命并产生一致的亮度水平和光颜色。尽管原理上HID灯能够使用交流(AC)电源或直流(DC)电源运行，但是实际上所述灯一般通过AC电源驱动。
放电灯通过采用在两个电极之间通过的电弧电离蒸汽填充物质(如稀有气体、金属卤化物和汞的混合物)产生光。所述电极和所述填充物质被密封在半透明或透明的放电容器内，所述放电容器保持被激发的填充物质的压力并允许发射的光通过它。所述填充物质，也称为“配料(dose)”，响应电弧的激发发出所希望的光谱能量分布。例如，卤化物提供了提供广泛的光性能选择，例如色温、显色性和发光效能的光谱能量分布。
由于放电容器壁的变黑，这种灯通常具有随着时间而减小的光输出。所述变黑是由于钨从电极迁移到所述壁上引起。已经建议在放电容器中引入氧化钙或氧化钨氧分配剂(oxygen dispenser)，如例如在Koninklijke Philips Electronics N.V.的WO 99/53522和WO 99/53523中所公开的那样。然而，根据这些申请中的建议制造的灯可能无法同时满足可接受的灯效率、色点、颜色稳定性、流明保持和商品灯的可靠度值。
上述申请No.11/951,677公开了包括钨的氧化物作为氧分配剂的灯。
示例性实施方案提供了具有改进的流明保持的新的和经改进的金属卤化物灯。
发明内容
在所述示例性实施方案的一个方面，灯包括放电容器。钨电极延伸到所述放电容器中。可电离的填充物(ionizable fill)被密封在所述容器内。所述填充物包括缓冲气体，包含稀土元素卤化物(rare earthhalide)的卤化物组分。包含镧系元素氧化物的氧源(source of oxygen)存在于所述放电容器内。
在另一方面，灯包括放电容器。钨电极延伸到所述放电容器中。可电离的填充物被密封在所述容器内。所述填充物包括缓冲气体，包含稀土元素卤化物的卤化物组分。镧系元素氧化物存在于所述放电容器中。所述镧系元素氧化物被以足够的量密封在所述容器中，以在灯运行期间保持所述填充物中汽相(vapor phase)中WO2X2的浓度至少为1×10-9μmol/cm3。
在另一方面，制造灯的方法包括提供放电容器、提供延伸到所述放电容器中的钨电极和在所述容器内引入有效氧源。所述有效氧源包括固态的镧系元素氧化物。
至少一个实施方案的一个优点是提供具有改善的性能和流明保持的放电容器。
至少一个实施方案的另一优点在于减少的壁变黑。
另一优点是在放电容器的壁和在比所述壁高的温度运行的电极的一部分之间保持钨再生循环。
另一优点是通过当前的定量加料器装置易于控制镧系元素氧化物配料组分。
还进一步的优点在阅读和理解以下对优选实施方案的详细描述后，对本领域的普通技术人员而言将变得显而易见。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的HID灯的截面图；
图2示出了对于存在于具有0.3cm3灯体积的灯中作为有效氧源的不同量的镧系元素氧化物(LnO2)，所有钨物种的组合溶解度对温度的理论曲线；和
图3示出了对于存在于示例性0.3cm3灯体积中作为有效氧源的不同量的镧系元素氧化物(LnO2)，钨物种的过饱和(supersaturation)对温度(K)的理论曲线。
具体实施方式
所述示例性实施方案的方面涉及这样的灯，其配置为通过使钨物种在灯壁(否则在此处将发生沉积)附近的溶解度高于在所述电极处来促进钨再生循环，尽管所述电极在显著高于所述壁的温度运行。
参考图1，示出了示例性HID灯10的截面图。所述灯包括放电容器或电弧管12，其限定了内腔室14。所述放电容器12具有壁16，其可以由陶瓷材料如氧化铝，或其它适合的光透射材料如石英玻璃制成。可电离的填充物18被密封在所述内腔室14中。钨电极20，22被安置在所述放电容器的相对端，从而当在其上施加电流时激发所述填充物。所述两个电极20和22典型地通过导体24，26而提供有交流电流(如来自镇流器，未示出)。所述电极20，22的端部28，30相距距离d，其限定了电弧间隙(arc gap)。当向所述HID灯10供电时(表示电流流向所述灯)，在所述两个电极之间产生电压差。该电压差导致跨过所述电极的端部28，30之间的间隙的电弧。所述电弧在所述电极端部28，30之间的区域中导致等离子体放电。可见光得以产生并穿过所述壁16而传出所述腔室14。
在灯运行期间所述电极变热，并且钨倾向于从所述端部28，30汽化(vaporize)。一些汽化的钨可能沉积在壁16的内表面32上。在缺乏再生循环的情况下，所述沉积的钨可能导致壁变黑和可见光的透过减少。
虽然所述电极20，22可以由纯钨(例如大于99％的纯钨)制成，但是也可以考虑所述电极可具有较低的钨含量，例如可包含至少50％或至少95％的钨。
所述示例性放电容器12被在一端提供有灯头38的外灯泡36包围，通过灯头38所述灯与电源(未示出)例如电网电压连接。所述灯泡36可以由玻璃或其它适合的材料形成。所述照明组装体10还包括镇流器(未示出)，其在所述灯接通时充当起动器(starter)。所述镇流器位于包括所述灯和电源的电路中。所述放电容器和外灯泡之间的空间可以是抽空的(evacuated)。任选地，由石英或其它适合的材料形成的护罩(shroud)(未示出)包围或部分包围所述放电容器，从而如果发生放电容器破裂而容纳可能的放电容器碎片。
所述内部空间14具有与所述灯的运行电压和可支撑的(sustainable)壁载荷相匹配的体积。例如，对于70W的灯，所述体积可以为约0.15cm3-约0.3cm3，如约0.2cm3，而对于250W的灯，所述体积可以为约0.5cm3-约2.0cm3，如约1.35cm3。
所述可电离的填充物18包括缓冲气体、任选的汞(Hg)、和卤化物组分。包含至少一种镧系元素氧化物的有效氧源40(氧分配剂)也存在于所述放电容器中并在灯运行期间与所述填充物接触。所述源40可以作为固体氧化物存在。在一些实施方案中，所述填充物可以进一步包括有效卤素源。选择所述填充物18的组分、源40和它们各自的量，以为了与任何沉积在壁表面32处的钨发生反应而在壁表面32处提供较高的钨物种溶解度。所述卤化物组分包括稀土元素卤化物，并可以进一步包括一种或更多种碱金属卤化物、碱土金属卤化物和IIIA族元素卤化物(铟和/或铊卤化物)。运行时，所述电极20，22在所述电极的端部28，30之间产生的电弧，其电离所述填充物以在所述放电空间中产生等离子体。所产生的光的发射特性主要取决于填充物材料的构成、所述电极之间的电压、所述腔室的温度分布、所述腔室中的压力和所述腔室的几何形状。所述氧源40也可对所述发射特性有贡献。在以下对所述填充物的描述中，除非另外说明，否则组分的量是指最初被密封在所述放电容器中，即在所述灯运行之前，的量。
所述缓冲气体可以是惰性气体，如氩、氙、氪或它们的组合，并且可以以约5-20微摩尔/立方厘米(μmol/cm3)所述内腔室14的量存在于所述填充物中。所述缓冲气体还可以在灯运行的初期阶段充当用于产生光的起动气体(starting gas)。在一个实施方案中，适用于CMH灯，用Ar回填所述灯。在另一实施方案中，使用添加了少量Kr85的Xe或Ar。所述放射性的Kr85提供有助于起动所述灯的电离。冷填充物压力可以为约60-300托，但是不排除更高的冷填充物压力。在一个实施方案中，使用至少为约120托的冷填充物压力。在另一实施方案中，所述冷填充物压力高达约240托。过高的压力可能危害起动。过低的压力可能在寿命期间导致增加的流明减少。在灯运行期间，所述缓冲气体的压力可以是至少约1atm。
汞配料，当存在时，可以以约3-35mg/cm3所述放电容器体积的量存在。在一个实施方案中，所述汞配料为约20mg/cm3。调整汞重量以提供期望的放电容器运行电压(Vop)以用于从所选择的镇流器吸取功率。在一个可选择的实施方案中，所述灯填充物不含汞。
所述卤化物组分可以以约20-约80mg/cm3放电容器体积的量存在，例如约30-60mg/cm3。卤化物配料与汞的比例可以例如为约1∶3-约15∶1，以重量表示。卤化物组分中的一种或多种卤化物可以各自选自氯化物、溴化物、碘化物和它们的组合。在一个实施方案中，所述卤化物全部是碘化物。碘化物倾向于提供更长的灯寿命，因为与其它类似的氯化物或溴化物组分相比，对于填充物中的碘化物组分，所述放电容器和/或电极的腐蚀较低。所述卤化物化合物通常将表示化学计量关系(The halide compounds usually will represent stoichiometricrelationships)。
在一个实施方案中，所述稀土元素卤化物可以是这样的稀土元素卤化物，通过选择其种类和浓度使得其通过与所述氧源的反应不形成稳定的氧化物，即其形成不稳定的氧化物。这意味着在灯运行期间其允许有效氧存在于填充物中。形成不稳定氧化物的示例性稀土元素卤化物包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)和它们的组合的卤化物。所述填充物的一种或多种稀土元素卤化物可以具有通式REX3，其中RE选自La、Ce、Pr、Nd、Sm和Gd，X选自Cl、Br和I，以及它们的组合。来自该组的示例性稀土元素卤化物是卤化镧。
所述稀土元素卤化物可以以例如至少约3μmol/cm3的总浓度存在于所述填充物中。所述稀土元素卤化物的浓度最高可以达到约13μmol/cm3。所述稀土元素卤化物可以以所述填充物中卤化物的至少2％的摩尔浓度存在，例如所述填充物中卤化物的至少约8mol％。
在一个实施方案中，只有来自该限定的稀土元素卤化物组(La、Ce、Pr、Nd、Sm和Gd)的稀土元素卤化物存在于所述填充物中。因此在该实施方案中，所述灯填充物不含其它稀土元素卤化物，这意味着所有其它稀土元素卤化物以不超过约0.1μmol/cm3的总量存在。特别地，所述填充物不含以下稀土元素的卤化物：铽、镝、钬、铥、铒、镱、镥和钇。所述填充物中也不存在形成稳定氧化物的其它卤化物，如钪卤化物和镁卤化物。
所述碱金属卤化物，当存在时，可以选自钠(Na)、钾(K)和铯(Cs)卤化物，以及它们的组合。在一个具体实施方案中，所述碱金属卤化物包括卤化钠。所述填充物的一种或多种碱金属卤化物可以具有通式AX，其中A选自Na、K和Cs，和X是如上文所定义，以及它们的组合。所述碱金属卤化物可以以例如约20-约300μmol/cm3的总浓度存在于填充物中。
所述碱土金属卤化物，当存在时，可以选自钙(Ca)、钡(Ba)和锶(Sr)卤化物，以及它们的组合。所述填充物的一种或多种碱土金属卤化物可以具有通式MX2，其中M选自Ca、Ba和Sr，和X是如上文所定义，以及它们的组合。在一个具体实施方案中，所述碱土金属卤化物包括卤化钙。所述碱土金属卤化物可以以例如约10-约100μmol/cm3的总浓度存在于所述填充物中。在另一实施方案中，所述填充物不含卤化钙。
所述IIIa族元素卤化物，当存在时，可以选自铊(Tl)和铟(In)卤化物。在一个具体实施方案中，所述IIIa族元素卤化物包括铊卤化物。所述填充物的一种或多种IIIa族元素卤化物可以具有通式LX或LX3，其中L选自Tl和In，和X是如上文所定义。所述IIIa族元素卤化物可以以例如约1-10μmol/cm3的总浓度存在于所述填充物中。
如上所述，所述有效氧源40包括至少一种镧系元素氧化物。所述源40是这样的源，其在所述灯的运行条件下，产生可用于与其它填充物组分反应以形成卤氧化钨(WO2X2)的氧。所述有效氧源因此可以是在灯运行温度下不稳定的氧化物。然而，在一些实施方案中，所述有效氧源可以进一步包括其它的源，如氧气(O2)、水、氧化钼、氧化汞或它们的组合。
所述镧系元素氧化物可以具有通式LnnOm，其中Ln表示选自由镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)和它们的组合组成的组的镧系元素，n≥1且m≥2。示例性的镧系元素氧化物包括LnO2和Ln6O11。
迄今为止，某些氧化物如氧化铈能够在灯运行条件下容易地分解以形成有效氧并从而有效地起到氧源的作用，并不是显而易见的。已经发现一些稀土元素氧化物如一些镧系元素氧化物能够释放氧。据信，这来自于这些氧化物在具有不同氧化学计量的两种不同氧化态之间发生转化的能力。例如，在+4氧化态，本发明示例性的镧系元素与氧结合形成稳定的LnO2形式。然而，当暴露于缺氧环境(oxygendepleted environment)时，LnO2易于释放氧而转化到其最常见的还原(itsmost reduced)+3氧化态从而形成Ln2O3，如式1中所示。
4LnO2→2Ln2O3+O2(g)        式1
以下反应式表示示例性的镧系元素氧化物的一些反应：
4CeO2→2Ce2O3+O2(g)
4PrO2→2Pr2O3+O2(g)
4NdO2→2Nd2O3+O2(g)
Pr6O11→3Pr2O3+O2(g)
用于较高氧化态氧化物向较低氧化态转变的能量由运行期间灯的能量提供。例如CeO2可以在约800℃的温度转化成Ce2O3，在灯运行中该温度典型地被超过。
与释放所有附着的氧的氧化钨(WO3)相比，从+4变成+3氧化态时，CeO2和其它LnO2氧化物释放四分之一的所附着的氧。因此，0.12mg CeO2与0.027mg WO3释放相同摩尔量的O2。其它镧系元素二氧化物是类似的。Pr6O11释放较小重量比例的O2。这样的一个好处是与较小量的WO3相比，在生产中较大量的LnO2更易于控制。
所述有效氧源40(如LnO2)可以以足够在所述放电空间中提供总共至少为10-2μmol/cm3的氧的量存在(即当所述镧系元素氧化物从它被引入的形式如LnO2转化到它的较低氧化态时)。在一个实施方案中，所述有效氧源40以足够在所述放电空间中提供至少5×10-2μmol/cm3的O2，和在一个实施方案中最高达约20μmol/cm3的O2的量存在。在LnO2的情况下，所述有效氧源每四摩尔LnO2产生1摩尔O2。因此，所述镧系元素氧化物可以以至少约4×10-2μmol/cm3放电空间，如至少约0.1μmol/cm3的量存在于所述填充物中，和在一些实施方案中至少为约1μmol/cm3，并可最高达到约80μmol/cm3放电空间，或更大。例如，所述镧系元素氧化物可以以0.2-7.0μmol/cm3的量存在，和在一个实施方案中以0.2-3.6μmol/cm3的量存在。对于每摩尔氧化物产生更多O2的镧系元素氧化物，如Pr6O11，尽管使用的重量较高但是相应地摩尔量可以较低。此外，如果其它氧源如WO2与镧系元素氧化物组合，则引入到所述放电容器中的LnO2的最小量可以相应降低。所添加的量在一定程度上可以取决于所述灯的预期寿命。
虽然理论上可以使用相同量的镧系元素氧化物而不考虑灯寿命，但是发现随着时间流逝一些产生的氧可能被耗尽。因此，对于设计为运行超过20,000小时的灯可以加入稍微更多的镧系元素氧化物以对此进行补偿。
可以将所述镧系元素氧化物以细粉末、颗粒、纯晶体、丸粒(pellet)、氧化物层(如在电极/放电容器壁上)、它们的组合等等形式引入所述放电容器中。例如，在一个实施方案中，所述镧系元素氧化物是具有约0.30-0.35mm尺寸的丸粒形式。可以选择所述丸粒的大小从而使其能够引入电弧管中。所述镧系元素氧化物可以是所述丸粒的唯一组分或可以与其它组分组合，如载体材料和/或所述填充物的一种或多种其它组分，如将要使用的一种或多种所述卤化物。
可以用手或使用自动分配器将所述镧系元素氧化物引入所述放电容器中。例如，可以使用自动分配器将镧系元素氧化物以丸粒、球形或其它适合的形状引入所述放电容器中。在其它实施方案中，可以将所述镧系元素氧化物与延伸到所述放电容器中的钨电极的插入一起引入，如作为在所述电极的一部分上的层。
在一个实施方案中，所述放电容器，当形成时，不含除镧、铈、镨、钕、钐和钆的氧化物以外的所有稀土元素氧化物。在另一实施方案中，所述填充物不含铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇的稀土元素氧化物。不含是指这些氧化物作为所述放电容器、电极和/或所述填充物的其它组分的一部分以不大于正常杂质量的量存在，例如各自以少于约10ppm的总浓度存在于所述放电容器/电极中。
如先前在申请No.11/951,677中所讨论的那样，有效卤素源，当存在时，通常可以是不稳定的卤化物或其它包含卤素的化合物，其能够通过在灯运行期间发生的一个或更多个反应增加汽相WO2X2的浓度，其中X是如上文所定义。游离卤素源可以是能够直接或间接与钨金属、含钨物种或钨的化合物反应以形成WO2X2的化合物。所述有效卤素源可以是选自卤化汞如HgI2、HgBr2、HgCl2和它们的组合的卤化物。
在一个具体实施方案中，所述灯填充物，当形成所述灯时，即在运行之前，基本上由缓冲气体、游离汞、镧系元素氧化物如氧化铈和卤化物组分组成，所述卤化物组分基本上由稀土元素卤化物以及碱金属卤化物、碱土金属卤化物和选自In和Tl的元素的卤化物中的至少一种组成，其中所述稀土元素卤化物选自由镧卤化物、铈卤化物、钕卤化物、钐卤化物和钆卤化物以及它们的组合组成的组。
用于70W灯的示例性的填充物组合物可以如表1中所示进行配制：
表1
  填充物组分   70W灯(μmol/cm3)
  Ar   11.0
  Hg   102.0
  NaI   139.0
  CaI2   35.0
  TlI   8.0
  LnI3   13.0
  LnO2   2.5-6.6
所述填充物被配制以提供有利于再生的条件，即有利于在壁32处所述填充物18中钨的溶解度，同时有利于增溶的(solubilized)钨在所述电极20，22处的再沉积。灯运行期间所述电极的温度在电极端部28，30可以为约2500-3200K，和在一个实施方案中保持在低于约2700K的温度。可以通过选择所述灯填充物以提供在所述壁附近比在所述电极端部处高的钨物种溶解度而实现再生。
虽然所述放电容器的壁32(否则在这里将发生显著的钨沉积)的温度低于所述电极端部28或30(或钨再沉积在其上的电极的其它部分)，但还是实现了再生。例如，所述壁可以处于比在其上发生再沉积的电极部分至少低200K的温度，和通常至少低500K。
图2示出了对于存在于0.3cm3的灯体积中作为有效卤素源的不同量的CeO2，钨物种的溶解度对温度的理论热力学计算。SPW表示以蒸汽形式存在的所有钨物种的以大气压表示的总压力(summedpressures in atmospheres)。典型地，所述壁32附近的钨物种主要是WO2I2蒸汽和在所述电极20，22处可以是物种的混合物，例如W、WI、WI2、WI3、WI4和WO2I2蒸汽。如可从图2看出的那样，每条曲线都经过溶解度为最低的低谷(例如在SPW min.处)。本发明示例性的实施方案通过选择氧化铈的浓度而利用该低谷，使得电极端部的温度处于比所述壁更接近该低谷，即较低的SPW。通常，在所述电极端部(或所述电极上溶解度最低的任何地方)的SPW应该不超过在所述壁处的SPW的90％以促进再生。因此，例如对于0.14μmol的CeO2配料，其中运行期间壁温为约1300K和端部温度为约2200K，所述电极端部28，30处的SPW将高于所述壁32处的SPW，并且因此将不利于再生。然而，当对于这些温度使用0.33μmol的CeO2配料时，所述低谷移向较高的温度并且所述端部28，30处的SPW低于所述壁32处的SPW。
图3示出了钨物种过饱和对温度(K)的理论热力学计算，其中
Figure G2009102220414D0000101
其中SPWTe是在所述电极20，22的温度(2600K)的SPW而SPWTs是在所述壁表面32的温度的SPW。这意味着如果该值＜0，则通过在所述电弧管壁处平衡的蒸汽(即通过与沉积在所述壁上的钨接触的蒸汽)建立的SPW大于电极表面上至少一点的SPW，从而至少对于这一点-并且如果该值在一定的电极温度范围都＜0则可能在更广泛的区域-对于从汽相到所述电极的W沉积存在驱动力。通常，较低的过饱和值是更有利的，但是如果过饱和值变得负得过多，其可能是不希望的。然而，图3中示出的0.70-1.39μmol范围内的值通常是可以接受的。知道了灯运行时由于钨沉积而很可能发生变黑的区域中
所述放电容器壁32的温度和所述电极端部28，30的温度，就能够确定有利于再生同时最小化对其它灯性能的影响的镧系元素氧化物的合适量。
不受任何特定理论的限制，据信所述镧系元素氧化物导致蒸汽中WO2I2的增加，并从而能够降低W过饱和和增加壁清洁度。
由于铈不显著影响发射的光的颜色，这使得CeO2能够以相对高的量存在而不显著影响灯的显色性。对于对发射的光的颜色具有较大影响的镧系元素，可以选择它们的量以将对光颜色的影响最小化，同时仍然提供减少壁变黑的有益效果。
在各个方面，选择所述镇流器以在运行期间向灯提供至少约30W/cm2的壁载荷。所述壁载荷可以为至少约50W/cm2，和在一些实施方案中为约70W/cm2，或更高。低于约25-30W/cm2时，对于有效保持活性的钨卤素循环，所述放电容器壁趋向于过于冷。如本文中所定义，放电容器壁载荷(WL)＝W/A，其中W是以瓦特表示的总放电容器功率和A是以cm2表示的位于所述电极端部28，30之间的放电容器壁面积。所述放电容器功率是包括电极功率的总放电容器功率。通常，所述配料和壁载荷足够保持至少约600K的壁温，例如1000-1400K。
在陶瓷放电容器的情况下，所述陶瓷金属卤化物放电容器12可以是三部件构造，并且例如可以如例如美国专利No.5,866,982、6,346,495、7,215,081和美国公开No.2006/0164017的任意一个中所描述的那样来制造。可以理解所述放电容器12能够由更小或更大数量的组件构造，例如一个或五个组件。所述部件形成为坯体陶瓷，并通过烧结或其它适合的方法以气密方式粘结。一个示例性的放电容器可以通过模压或注射成型，和将陶瓷粉末和粘合剂的混合物挤出为固体圆筒而构造。所述陶瓷粉末可以包含高纯度氧化铝(Al2O3)，任选地掺杂有氧化镁。可以使用的其它陶瓷材料包括非反应性的难熔氧化物和氧氮化物如氧化钇、氧化镥和氧化铪以及它们与氧化铝的固溶体和复合物如钇-铝石榴石和氧氮化铝。可以单独或组合使用的粘合剂包括有机聚合物如多元醇、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、纤维素类和聚酯。在模压或注射成型和挤出之后，将粘合剂从坯体部件除去，典型地通过热解，例如在约900-1100℃，以形成素烧部件(bisque-fired part)。所述烧结步骤可以通过将所述素烧部件在氢气中在约1850-1880℃加热实施。所获得的陶瓷材料包含致密烧结的多晶氧化铝。
在其它的实施方案中，所述放电容器由石英玻璃制造并可以由单块形成。
所述镧系元素氧化物可以在插入电极之前引入到放电容器中，例如通过引线元件(leg members)之一引入。可选择地，其可以通过所述放电容器的壁中的加注口(未示出)引入，所述加注口随后被密封。
所述示例性的灯在各种应用中都得到应用，包括公路和道路照明，大型场馆(如运动场)照明，建筑物、商店、工业建筑的泛光照明，汽车照明如前灯，和用在投影仪中。
以下实施例说明了具有改善的流明保持的灯的形成，而并不是打算限制本发明的范围。
实施例
放电容器12根据图1中示出的形状由三个组成部件形成。所述放电容器具有0.294cm3的内部体积。由所述放电容器形成示例性的灯，表示为组A、B和C。示例性的灯A、B和C的填充物如下：除了作为氧源的CeO2丸以外，还有Hg(102μmol/cm3)、NaI(139μmol/cm3)、CaI2(35μmol/cm3)、TlI(8μmol/cm3)、Ar(11μmol/cm3)和LaI3(13μmol/cm3)。所述丸只由CeO2形成。
所述镧系元素氧化物纯度可以为至少99wt％，例如纯度至少为99.9％并且纯度可高达99.999％。各种99.9％纯度的镧系元素氧化物可从METALL RARE EARTH LIMITED，12 Floor，AT Tower，180Electric Road，North Point，Hongkong，China获得。
表2示出了在所述灯中使用的样品CeO2丸大小。N是对于各个设计组A、B和C所测试的灯的数量。在一些测试中，将所述氧化铈丸用手引入所述放电容器中。在另一些测试中，使用商品化的定量加料器(从APL Engineered Materials，Inc获得)将氧化铈引入。这种特定的定量加料器使得能够通过包括具有小多孔盖的不锈钢容器的设备将氧化铈引入到所述灯的电弧管中。
表2
  组   CeO2   引入方法   N
  A   0.24mg   用手   9
  B   0.18mg   用手   9
  C   0.18mg   通过APL定量加料器   8
所述灯在70W镇流器上以垂直-灯头向上取向(vertical-base-up orientation)(即相对于图1中所示成90度)，以标准点燃循环(standard burning cycle)(打开11小时，然后关闭1小时)运行延长的时间。
表3示出了100、500和1000小时后获得的结果。V是点燃电压(burning voltage)。流明是所述灯的流明输出。LPW是每瓦特的流明。％流明，即流明保持，是作为在100小时的流明的百分数表示的在一定点燃小时的流明。X颜色和Y颜色分别是色度X和Y；在标准CIE(Commission Internationale de l′Eclairage)色度图上，其中色度坐标X和Y表示三原色中两种的相对大小。CRI是显色指数，并且是人眼通过所述灯的光分辨颜色的能力的量度，较高的值是有利的。CCT是所述灯的相关色温，它是最接近匹配所述灯的被感知颜色的黑体的色温。Dccy是Y轴上的色点(Y颜色)与标准黑体曲线上的色点的色度差。所述结果是组中N个灯的平均值。
表3
组 点燃小时数 V 流明 LPW   ％流明 X颜色 Y颜色 CCT CRI Dccy
  A   100   99.4   5749   79.8   100.0   0.4525   0.4117   2815   86.2   0.0030
  B   100   95.5   6326   87.9   100.0   0.4500   0.4092   2833   85.9   0.0011
  C   100   93.1   6414   89.1   100.0   0.4465   0.4102   2895   85.0   0.0031
  A   500   99.0   5959   82.8   104.8   0.4450   0.4106   2921   86.0   0.0039
  B   500   94.6   6549   91.0   103.6   0.4413   0.4097   2972   84.9   0.0041
  C   500   93.7   6589   91.5   102.8   0.4420   0.4122   2982   84.8   0.0065
组 点燃小时数 V 流明 LPW   ％流明 X颜色 Y颜色 CCT CRI Dccy
  A   1000   99.1   5928   82.3   104.2   0.4454   0.4111   2919   86.1   0.0044
  B   1000   94.8   6497   90.2   102.8   0.4391   0.4107   3017   85.0   0.0057
  C   1000   93.2   6515   90.5   101.6   0.4424   0.4126   2979   85.0   0.0068
可以看出，具有较低CeO2配料(组B和C)的灯在各个点燃时间的流明和流明效能(LPW)都较高，而具有较高CeO2配料(组A)的灯在500小时和1000小时具有较高的流明保持。
使用两样本t-检验来比较手动进料和定量加料器进料组之间的平均差异是否显著。结果在表4和表5中示出。对于CRI和流明，对于100小时灯性能这些在手动进料的组B和APL-进料的组C之间没有显示显著差异。平均值是CRI和流明分别对样品数N进行平均。标准偏差(St.Dev.)分别是样本CRI和流明值的集合的分散度的量度。SE平均值是测量方法的标准误差，P是获得至少与实际观测的结果一样极端的结果的可能性。如表4和5中所示，由于两个样本都具有超过0.05(5％)的P值，所以可以断定所述平均值之间没有差异。
表4
用于CRI的两样本检验
  组   N   平均值   St.Dev.   SE平均值
  B   9   85.889   0.928   0.31
  C   8   85.000   1.07   0.38
P＝0.090
表5
用于流明的两样本检验
  组   N   平均值   St.Dev.   SE平均值
  B   9   6326   152   51
  C   8   6414   163   58
P＝0.027
实施类似测试以确定对于两种丸大小结果是否显著不同。表6、7、8和9分别示出了对CRI(表6和7)和流明(表8和9)的方差分析。方差分析(ANOVA)是对平均值之间显著差异的检验。N、平均值和St Dev是如上所述。SS是平方偏差的和。P是如上所述。如表7和9中所示，由于样本具有低于0.05(5％)的P值，因此可以断定所述平均值之间存在差异。因此可以断定0.18mg的CeO2配料比0.24mg的CeO2配料产生更多的流明。对于所述两种用料量CRI结果是相似的。
表6
  水平   N   平均值   St.Dev
  A   9   86.222   0.833
  B   9   85.889   0.928
  C   8   85.000   1.069
表7
  源   SS   P
  组   6.671   0.039
  误差   20.444
  总计   27.115
表8
  组   N   平均值   St.Dev
  A   9   5748.6   233.3
  B   9   6326.2   151.7
  C   8   6414.1   163.0
表9
  源   SS   P
  组   2287719   0.00
  误差   805237
  总计   3092956
在对比研究中，如同组A、B和C制造了五盏灯，其具有相同的放电容器几何形状和配料，但不含镧系元素氧化物氧分配剂。这些组(标记为D)在100小时、500小时和1000小时的结果在下表10中示出。还提供了平均值和标准偏差(Sigma)。
表10
  组   灯   小时   V   流明   LPW   ％流明
  G   1   100   101.1   6155   85.5   100
  G   2   100   100.1   6309   87.7   100
  G   3   100   100.7   6419   89.2   100
  G   4   100   102.2   6228   86.6   100
  G   5   100   100.6   6205   86.3   100
  平均：   101.1   6263   87.1   100
  Sigma：   0.9   103   1.4   0
  G   1   500   100.5   5962   82.8   96.9
  G   2   500   99.5   6119   84.9   97.0
  G   3   500   98.3   6116   84.9   95.3
  G   4   500   99.8   6202   86.1   99.6
  G   5   500   100.2   5891   81.9   94.9
  平均：   99.7   6058   84.1   96.7
  Sigma：   0.9   127   1.7   1.8
  G   1   1000   100.5   5624   78.1   91.4
  G   2   1000   99.4   5916   82.1   93.8
  G   3   1000   99.6   5961   82.8   92.9
  组   灯   小时   V   流明   LPW   ％流明
  G   4   1000   99.3   6002   83.4   96.4
  G   5   1000   98.8   5535   76.9   89.2
  平均：   99.5   5808   80.6   92.7
  Sigma：   0.6   213   2.9   2.7
从这些结果可以看出所述示例性的灯平均优于不含CeO2氧分配剂的灯。
已经参考优选实施方案对本发明进行了描述。显然，在阅读和理解以上详细说明后，其他技术人员可以进行改变和替代。本发明被解释为包括所有此类改变和替代。
部件列表
  附图标记   组件
  10   HID灯
  12   放电容器-电弧管
  14   内腔室
  16   内腔室的壁
  18   可电离的填充物
  20，22   钨电极
  24，26   导体
  28，30   电极端部
  32   壁的内表面
  36   外灯泡
  38   灯头
  40   CeO2丸粒
  附图标记   组件
  d   距离

Claims (10)

1.灯(10)，其包含：
放电容器(12)；
延伸到所述放电容器(12)中的钨电极(20，22)；
密封在所述容器(12)内的可电离填充物(18)，所述填充物(18)包含：
缓冲气体，
卤化物组分，其包含稀土元素卤化物；和
在所述放电容器(12)内的氧源(40)，其包含镧系元素氧化物。
2.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物以这样的量存在，其使得在灯运行期间所述填充物(18)中钨物种的溶解度在至少所述电极(20，22)之一的一部分附近低于在所述放电容器(12)的壁处，从而将来自所述电极(20，22)的否则在灯运行期间将沉积在所述壁上的钨输送回所述电极(20，22)。
3.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物包含具有至少两个氧化态的镧系元素并且在灯运行期间被从所述氧化态中较高的氧化态转化至所述氧化态中较低的氧化态。
4.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物包含选自由镧、铈、谱、钕、钐、钆和它们的组合所组成的组的镧系元素的氧化物。
5.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物包含氧化铈和氧化镧中的至少一种。
6.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物具有以下通式：
LnnOm，
其中Ln表示选自由镧、铈、谱、钕、钐、钆和它们的组合所组成的组的镧系元素，
n≥1，和
m≥2。
7.权利要求1的灯(10)，其中所述镧系元素氧化物在所述放电容器(12)中的存在浓度最高为80微摩尔/厘米3。
8.权利要求1的灯(10)，其中所述放电容器(12)不含铽氧化物、镝氧化物、钬氧化物、铒氧化物、铥氧化物、镱氧化物、镥氧化物、钪氧化物和钇氧化物的镧系元素氧化物。
9.权利要求1的灯(10)，其中所述稀土元素卤化物选自由镧、镨、钕、钐、钆、铈和它们的组合的卤化物所组成的组。
10.形成灯(10)的方法，其包括：
提供放电容器(12)，
提供钨电极(20，22)，其延伸到所述放电容器(12)中；和
在所述放电容器(12)内引入有效氧源(40)，所述有效氧源(40)包含固态的镧系元素氧化物。
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