CN102272883A

CN102272883A - 具有陶瓷放电容器的金属卤化物灯

Info

Publication number: CN102272883A
Application number: CN2009801533890A
Authority: CN
Inventors: R.吉布森; T.斯蒂尔; J.涂
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: EP2384516A1; US9773659B2; WO2010076725A1; TW201103074A; EP2384516B1; CN102272883B; JP5655006B2; US20110266955A1; JP2012514293A

Abstract

放电灯和形成灯的方法，该灯包含陶瓷放电容器，该陶瓷放电容器定义至少一部分腔体，该腔体含有位于腔体内的功率因数介于约0.75和0.85的金属卤化物（MH）化学填充物；以及一个或多个馈通部件，其具有第一和第二端部，第一端部位于腔体内。腔体可具有彼此成正比的内部长度LINT和内径DINT，使得定义为LINT/DINT的纵横比小于或等于2。该灯可以利用没有内部点火器电路或没有启动电极（或内部点火器）的探头启动镇流器来启动和工作。

Description

具有陶瓷放电容器的金属卤化物灯

技术领域

本公开内容大体上涉及金属卤化物（MH）灯，诸如陶瓷MH灯（CDM），并且更具体地涉及具有成形陶瓷放电容器并且可以提供增强的照明和启动特性的MH灯，以及形成和操作该灯的方法。

背景技术

为了减小成本，使用高效率“节能”灯从而降低能量使用变得更为有利。相应地，期望使用高效率灯替换现有较低效率灯。遗憾的是，现有某些类型的灯具会与许多高效率灯不兼容。例如，由于将在下文描述的各种原因，许多高效率灯与使用探头启动镇流器（也称为开关启动镇流器）的传统灯具不兼容。相应地，为了在使用探头启动镇流器的传统照明灯具中使用这些高效率灯，这些灯具或者其部件必须被替换或更新，使得它们与这些高效率灯的电压要求兼容。然而，由于成本和/或时间约束，灯具替换或更新并不总是现实的。

就探头启动镇流器而言，在美国使用中的约90%的高瓦特数（例如，在175W-1500W的范围）汞（Hg）和石英金属卤化物（QMH）镇流器是这种类型的。这些探头启动镇流器典型地具有恒定瓦特数自耦变压器（CWA）电路并且不具有高电压点火器或高电压点火电路。因此，探头启动镇流器可以典型地仅仅提供约500V的峰值开路电压从而启动灯。相应地，为了在（具有探头启动镇流器的）这些灯具中翻新高效率陶瓷金属卤化物灯（CDM），CDM灯必须能够启动和运行而不从高电压点火电路（例如，典型地由脉冲启动镇流器提供）接收启动脉冲（约3000V）。遗憾的是，由于许多现有技术CDM灯需要约3000V的点火脉冲，它们与未结合高电压点火脉冲的探头启动镇流器不兼容。另外，尽管现有技术教导了与探头启动镇流器兼容的CDM灯，这些灯需要双金属开关和/或启动电极，这会增大复杂性和成本。

例如，与探头启动镇流器兼容的典型CDM探头启动灯公开于Ramaiah等人题为“Three Electrode Ceramic Metal Halide Lamp”的美国专利No.6798139，其内容通过引用结合于此。这种CDM灯的电弧管具有启动电极和双金属开关，这增大灯的复杂性和成本。另外，这些部件也会负面影响灯的可靠性。相应地，存在对具有单个馈通部件（feedthrough）并且与传统探头启动镇流器兼容的CDM灯的需求。

另外，当在QMH探头启动镇流器上使用CDM灯时，与脉冲启动镇流器（其提供诸如高于3000V的高电压启动脉冲）对比，CDM灯会经历可能包含更高的电弧管壁温度、增大的电弧弯曲、更宽的工作功率范围、更高的峰值电流和/或更低的灯电压的工作状况。这些工作状况会减小镇流器和/或CDM灯的寿命。相应地，存在对可以减轻或消除一个或多个前述工作状况的CDM灯的需求。

再者，增大MH灯的效率的常用方法是减小Hg剂量和灯的电压从而使灯在低于标称瓦特数工作。例如，在使用400W镇流器时为了实现10%节电，高能效的灯可以额定在360W而不是400W。然而，假设这些灯具有相同化学填充物（例如Na-Sc），那么这些灯将具有相同功率因数。MH灯的灯电压（L_V）与灯工作瓦特数（L_OW）成正比并且分别与功率因数（P_F）和灯电流（I_L）成反比。这在下面的方程（1）中予以说明：

L_V=L_OW/P_F*I_L （方程1）。

相应地，在额定用于400W的探头启动镇流器上工作的额定值为360W的节能QMH灯具有120V的标称L_V，相比之下对于相同镇流器上相同灯的400W的额定值，L_V为135V。另外，假设具有Na-Sc化学组成或填充物的典型CDM灯的P_F为约0.92，并且L_V的电压容差可以改变±15%，于是QMH 360W灯的L_V可以落在105V至135V的范围内。遗憾的是，对于竖直（V）或水平（HOR）位置，部分此范围会低于约120V的推荐的最小镇流器电压。相应地，此低电压状况会负面地影响镇流器效率和寿命。另外由于它们降低的功率值（L_OW），传统节能灯的使用会对传统镇流器的寿命具有负面影响，这会增大工作成本。另外，使用传统化学填充物，通过使灯在较低L_V工作，流明输出也会被折衷。

因此，CDM灯在QMH探头启动镇流器上工作具有许多障碍，主要障碍是更高的电弧管壁温度、更大的电弧弯曲、更宽的工作功率范围、高的峰值电流（与电子镇流器相比）以及最重要的是用于灯启动的低的可用镇流器电压。

在传统上，在使用包括诸如Ar、Kr或Xe的纯气体的化学填充物（包含具有Kr⁸⁵的那些填充物）的灯中，击穿电压随压力增大而增大。因此，为了减小击穿电压，化学填充物压力被减小。然而，这种压力减小导致碘化氢（HI）重新点火电压增大，这会造成灯在仅仅几分钟之后无法循环（cycle out）。一种已知解决方案是增大电弧管容积和压力的乘积，如Jackson等人的题为“Ceramic Metal Halide Lamp Having Medium Aspect Ratio”的美国专利No.6555962中所描述，其内容通过引用结合于此。然而，这种设计不适合于本发明，因为气体击穿电压可能高于从探头启动镇流器可得到的击穿电压，举例来说，诸如高于495-600伏特。

相应地，存在对灯电压（L_V）是在推荐镇流器电压范围之内和/或具有有限电弧弯曲的节能QMH灯的需求。另外，存在对这样的节能CDM灯的需求：例如其可以在诸如脉冲启动或开关启动系统或者具有内部点火器的灯的现有照明灯具中翻新，而不需要双金属开关和/或启动电极。此外，存在对这样的节能CDM灯的需求：其电弧管长度在尺寸上相当于传统探头启动或开关启动石英灯，使得需要很少的调整或不需要调整从而用本发明的节能灯替换这些灯。

再者，存在对具有这样的化学填充物的MH灯的需求，该化学填充物包含选自Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物、NA-Tl-Ca-Ce-Mn碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Mg碘化物、Na-Tl-Ca-Ce碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Cs碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-In-Cs碘化物和Na-Tl-Ca-Ce-Mn-Cs碘化物填充物其中之一的混合物，从而提高颜色属性和灯效率。

发明内容

根据一个说明性实施例，一种放电灯包含：陶瓷放电容器，其定义腔体的至少一部分，该腔体含有位于腔体内的金属卤化物（MH）化学填充物，该金属卤化物（MH）化学填充物具有介于0.75和0.85（或者介于0.80和0.85）的功率因数；以及一个或多个馈通部件，其具有第一和第二端部，第一端部位于腔体内。陶瓷放电灯配置成利用没有点火器电路的探头启动镇流器来启动和工作。腔体可具有彼此成正比的内部长度L_INT和内径D_INT，使得定义为L_INT/D_INT的纵横比小于或等于约2，诸如大约1.2至2.0，因为最佳纵横比也可取决于灯功率。腔体108的外部长度L_EXT也示于图1。

除了汞（Hg），该化学填充物可包含选自下述其中之一的混合物：Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物（钠-铊-钙-铈-铟碘化物）、Na-Tl-Ca-Ce-Mn（-锰）碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Mg（-镁）碘化物、Na-Tl-Ca-Ce碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Cs（-铯）碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-In-Cs碘化物和Na-Tl-Ca-Ce-Mn-Cs碘化物化学填充物。另外，气体或化学填充物可包含氖-氩潘宁（Penning）混合物，该氖-氩潘宁混合物包括介于98-99.5%的Ne以及100%的其余部分包括或者为Ar。气体填充物可进一步包含痕量的Kr⁸⁵。再者，气体填充物具有大于或等于约150Torr且小于或等于约200Torr的压力。

每个所述一个或多个馈通部件可以彼此分隔从而定义介于约12mm和14mm的电弧长度。放电灯可包含耦合到所述一个或多个馈通部件其中之一的天线。天线可以与放电容器整体或者部分地一体形成，并且可以电学耦合到一个或多个所述一个或多个馈通部件。天线可包括无源或有源天线类型。

放电灯可进一步包含石英绝缘套管，该石英绝缘套管位于至少一部分陶瓷放电容器周围和/或具有大约介于20mm和28mm的内径和大约50mm至70mm的长度。石英套管可影响放电管的热/冷点温度。

该灯可进一步包含位于陶瓷放电容器和包含石英套管的外包壳之间的气体（例如N₂等），该气体可具有介于大约100Torr和400Torr的压力。该气体可包含氮气N2的混合物和/或氮气-氖气混合物（N2-Ne）。根据本发明系统的MH灯可具有介于约150瓦特至约450瓦特的功率范围，不过还设想到其它功率范围，诸如高达并且包含1500瓦特的探头启动MH灯。

根据另一说明性实施例，形成放电灯的方法包含下述动作：形成定义至少一部分腔体的陶瓷放电容器；用位于腔体内的功率因数介于0.75和0.85（或介于0.80和0.85）的金属卤化物（MH）化学填充物填充腔体；以及将一个或多个馈通部件部分定位在腔体内从而密封腔体，使得陶瓷放电灯利用没有点火器电路的探头启动镇流器来启动和工作。

填充的动作进一步可包含在腔体内插入氖气-氩气潘宁混合物，该氖气-氩气（Ne-Ar）潘宁混合物具有介于约98.0%和99.5%的Ne，其中Ne-Ar潘宁混合物的其余部分为或者包括Ar。另外，填充的动作可进一步包含在腔体内插入痕量的Kr⁸⁵。再者，填充的动作可进一步包含调节化学或者气体填充物的压力，使得填充物具有大于或等于150Torr且小于或等于250Torr的压力。

根据该方法，定位所述一个或多个馈通部件的动作可包含将每个所述一个或多个馈通部件定位为彼此分隔从而定义一电弧长度，该电弧长度例如介于约10mm和约16mm，并且对于更高功率的灯是更长的。

该方法可进一步包含形成天线以及将天线耦合到所述一个或多个馈通部件。天线可以与放电陶瓷放电容器一体形成或者可以与陶瓷放电容器分开形成。应理解，天线是可选的并且可能不是启动灯所必需的。

该方法可进一步包含将石英套管定位在至少一部分陶瓷放电容器周围。另外，该方法可包含用压力介于100Torr和400Torr的气体填充位于石英套管和放电容器之间的区域。

根据又一说明性实施例，放电灯可包含：外包壳，其定义至少一部分第一腔体；陶瓷放电容器，其位于第一腔体内并且定义至少一部分第二腔体，该第二腔体含有功率因数介于约0.75和0.85的金属卤化物（MH）化学填充物；以及一个或多个馈通部件，其具有第一和第二端部，第一端部位于第二腔体内。第二腔体可具有彼此成正比的内部长度L_INT和内径D_INT，使得定义为L_INT/D_INT的纵横比小于或等于2（例如1.2至2.0）。然而，还设想到其它纵横比。陶瓷放电灯利用没有内部或外部点火器电路（诸如没有内部探头、启动电极、双金属开关）的探头启动镇流器来启动和工作。

本发明系统、方法、设备和装置提供用于在具有或者不具有高电压点火电路的镇流器系统上使用的陶瓷放电金属卤化物（CDM）灯。另外，本发明系统提供CDM灯，其可包含Ne-Ar潘宁气体混合物，该Ne-Ar潘宁气体混合物具有比例如Ar、Kr或Xe的其它惰性气体大的浮力并且可以因此形成具有受控弯曲的电弧。还设想到化学填充物气体也可包含NeKr⁸⁵、Ar、Kr和/或Xe。

通过在下文提供的详细描述，本发明装置和系统以及方法的另外应用领域将变得清楚明显。应理解，尽管指示了该系统和方法的示例性实施例，所述详细描述和特定实例旨在仅仅用于说明的目的，而不是旨在限制该系统的范围。

附图说明

通过下述描述、所附权利要求以及附图，将更好地理解本发明系统的设备、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点，在附图中：

图1为依照本发明系统的实施例的MH灯的截面视图；

图2为沿图1的线2-2截取的MH灯的截面侧视图；

图3为依照本发明系统的实施例的MH灯的截面视图；

图4为依照本发明系统的实施例的MH灯的侧视图；

图5为依照本发明系统的实施例的MH灯的详细部分侧视图；

图6为依照本发明系统的实施例的具有外包壳的MH灯的侧视图；

图7为依照本发明系统的另一实施例的MH灯和外包壳的侧视图；

图8为说明根据本发明系统的实施例的340W灯的输出频谱的曲线图；

图9为说明根据本发明系统的实施例的340W灯的功率扫描的曲线图；

图10为说明根据本发明系统的实施例的灯的击穿与化学填充物压力关系的曲线图；

图11为说明根据本发明系统的实施例的新Ne-Ar填充灯的重新点火电压与压力关系的曲线图；

图12为说明根据本发明系统的实施例的在灯之下具有框架导线的Ne-Ar灯的电弧弯曲与电极间距关系的曲线图；

图13为说明根据本发明系统的实施例的气体填充和真空外包壳的最高电弧管壁温度与功率关系的曲线图；

图14为说明根据本发明系统的实施例的气体填充和真空外包壳的击穿电压的曲线图；

图15为说明根据本发明系统的实施例的在气体填充外包壳中在350瓦特工作的灯的效能与套管内径关系的曲线图；

图16为说明根据本发明系统的实施例的330W灯在100小时的测光结果的曲线图；以及

图17为说明根据本发明系统的实施例的205W灯在100小时的测光结果的曲线图。

具体实施方式

对某些示例性实施例的下述描述在性质上纯粹是示例性的并且决不是旨在限制该系统、其应用或者使用。在对本发明系统和方法各实施例的下述详细描述中参考了附图，附图形成其一部分，并且在附图中通过说明的方式示出可以实践所描述系统和方法的特定实施例。充分详细地描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实践当前公开的系统和方法，并且将理解，可以利用其它实施例以及可以进行结构和逻辑变化而不背离本发明系统的精神和范围。

下述详细描述因此不解读为限制含义，并且本发明系统的范围仅仅由所附权利要求定义。图中附图标记的（多个）前导数字在这里典型地对应于图编号，除了在多个图中出现的相同部件使用相同附图标记来标识。再者，为了清楚起见，当某些图对于本领域技术人员而言是清楚明白时，将不讨论所述图的详细描述，从而不模糊对本发明系统的描述。

依照本发明系统的实施例的MH灯100的截面视图示于图1。灯100可包含下述的一个或多个：例如多晶氧化铝的陶瓷放电容器102（其具有容器端部部分118）、馈通部件106以及诸如有源或无源天线的天线122。

放电容器102可具有成形结构从而定义放电腔体108，该放电腔体108可位于各容器端部部分118之间，并且具有长度L_INT和内径D_INT。内部长度L_INT和内径D_INT可彼此成正比，使得定义为L_INT/D_INT的纵横比小于或等于2。内腔体108可具有球形并且含有期望的化学填充物116。腔体108可具有位于每个容器端部部分118的一个或多个开口120。开口120可以形状和尺寸调适为使得合适的电学引线，例如馈通部件106，可以穿过该开口。腔体108可用合适化学填充物填充，该化学填充物可包含可电离填充物，该可电离填充物可包含诸如氖（例如作为启动气体）的惰性气体、一种或多种金属卤化物的混合物、痕量的氪85（Kr⁸⁵）和汞，如将在下文所描述。

腔体108可以以气体密封方式使用任何合适的密封来密封。例如，该密封可包含玻璃料104，玻璃料104可以位于放电容器102和部分的邻近馈通部件106之间从而密封腔体108。玻璃料104可使用任何合适材料形成并且可包含玻璃、钡或者其它合适的密封和/或绝缘材料。另外，用于玻璃料的合适材料可具有与放电容器的热膨胀率类似的热膨胀率，使得当灯在使用期间经受加热/冷却时可以避免对灯100或其各部分的不必要的应力。腔体108可包含潘宁气体混合物，诸如Ne-Ar和/或Ar-Hg。放电容器102可使用合适技术形成。例如，放电容器102可由射出模制材料形成，其接着可以经历空气烘烤技术。应当注意从而维持放电容器的纯度，并且使得H污染减小或者被防止从而减小或防止在使用期间的H^-尖峰。

每个馈通部件106分别具有第一和第二馈通部件端部112和110以及电极114，电极114可紧邻第一端部112，使得电极114可位于腔体108内。馈通部件106可由一种或多种材料形成并且可以彼此分隔距离L_E，所述距离L_E为电极末梢到末梢距离，如图1所示。馈通部件106可由任何合适材料形成。例如，一个或多个所述馈通部件106可包含三部分构成，其包含例如铌（Nb）、金属陶瓷和钨（W）。馈通部件106的Nb部分可位于可以邻近第二或外部端部110的馈通部件106的一部分内，馈通部件106的W部分可位于可以邻近第一或内部端部112的馈通部件106的一部分内，并且馈通部件106的金属陶瓷部分可位于Nb和W部分之间。另外，馈通部件106可包含一个或多个压花节段从而例如辅助对腔体108的密封。

天线122可用于辅助启动并且可包含无源或有源天线类型。尽管示出导线天线，天线可包含其它天线类型，例如，诸如在Renardus等人的“High Pressure Discharge Lamp with Metal Layer on Outer Surface”的美国专利No. 5541480和/或Jacobs等人的题为“High-Pressure Sodium Vapor Discharge Lamp”的美国专利No.4260929中描述的飞利浦发明的天线（PIA）类型天线，二者的内容通过引用结合于此。天线122可沿着例如放电容器102的外部部分在位于电极114之间的区域中延伸。另外，天线122可包含一个或多个环122R，所述环可以部分和/或完全环绕放电容器102的任何外部部分（例如颈部124）。天线122诸如可使用任何合适导电材料形成，例如，钨、钼（Mo）、钽（Ta）、其合金等。再者，天线122可以与放电容器102或者整体地或者一部分地一体形成。例如，天线122可包含至少部分形成于放电容器102上的导电材料。另外，天线可包含如2008年7月10日提交的题为“High-Pressure Sodium Vapor Discharge Lamp with Hybrid Antenna”的美国临时专利申请No.61/079514（代理人案号No.010330）中所描述的集成混合（点火）天线，该美国临时专利申请的内容通过引用结合于此。因此，天线可被提供从而减小点火脉冲值以及制造成本和复杂度。在此处描述的各种实施例中，天线可是无源、有源和/或混合天线。

金属陶瓷可包含任何合适的金属陶瓷，诸如35-55%钼（moly）金属陶瓷。另外，55%钼金属陶瓷可产生一发光效能，该发光效能比当使用35%钼金属陶瓷时提供的发光效能高约6%。然而，还设想到金属陶瓷的其它值。

化学填充物116可包含具有期望的功率因数和/或流明输出的各元素的组合。例如，设想功率因数可根据需要从约0.75至0.85（或者0.80至0.85）变化。例如可以使用Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物化学填充物，其可产生约0.83的功率因数。然而，还设想到其它化学填充物。例如，化学填充物可包含NA-Tl-Ca-Ce-Mn、Na-Tl-Ca-Ce-Mg、Na-Tl-Ca-Ce、Na-Tl-Ca-Ce-Cs、Na-Tl-Ca-Ce-In-Cs和Na-Tl-Ca-Ce-Mn-Cs碘化物，从而实现期望的颜色属性，诸如3000K或4000K的色温。另外，化学填充物诸如可包含盐，例如4K盐混合物。对于L_V约为135V的400W替换灯，盐混合物为40mg的CDM 4k盐+4.0mg NaI附加+CsI。化学填充物可包含剂量为例如5.3mg的Hg。然而，还设想到其它Hg剂量。

相应地，将方程1考虑在内，具有功率因数较低的化学填充物的灯可产生比具有Na-Sc化学填充物的类似灯高的L_V。Na-Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物化学填充物的附加益处在于，在额定在相同功率（即相同L_OW）的灯中，其具有比传统Na-Sc化学填充物高的流明输出。相应地，即使灯的L_OW降低，通过使用具有低功率因数的化学填充物，可以获得类似流明输出。此化学填充物的另外优点可包含在使用节能灯时更好地匹配镇流器的标称L_V的L_V范围。在使用探头或者脉冲启动类型镇流器（诸如M59或者M135类型镇流器）的传统400W MH上的根据本发明系统的340W灯和传统400W灯的100小时电学和技术属性的实验比较示于下面的表1和2。

Figure 2009801533890100002DEST_PATH_IMAGE001

表1

表2

参考上面的表1看出，根据本发明系统的340W灯的灯电压（L_V）和电流（I_L）与传统QMH 400W灯的相应值类似。相应地，由于这些值与镇流器（例如400W镇流器）的相应标称值一致，镇流器的效率和寿命未受根据本发明系统的340W灯负面影响。

再者，参考上面的表2看出，根据本发明系统的340W灯的100小时光输出（单位为流明）类似于传统QMH 400W灯的输出。然而，在工作约8000小时之后，根据本发明系统的340W灯的光输出（单位为平均流明）超过传统QMH 400W的光输出。另外，根据本发明系统的340W灯的可包含显色指数和MPCD（平均感知色差）的颜色属性超过了传统QMH 400W灯的颜色属性。最后，在根据本发明系统的灯寿命上约200K的预期颜色偏移小于在对应传统QMH灯寿命上600K的预期颜色偏移。

尽管给出针对340W灯的规格，设想到根据本发明系统的灯可包含范围为例如175-1000W或者更高的灯。再者，根据本发明系统的灯可提供的节能比传统QMH灯高约15-20%，同时提供对应的流明输出。参考下面的表3更好地说明这一点，在该表中示出了根据本发明系统的各种灯瓦特数的节能。

表3

根据本发明系统的沿图1的线2-2截取的MH灯的截面侧视图示于图2。如所示，腔体108可包含圆形或者基本上圆形的截面。相应地，第一和第二径向剖面a和b（它们从腔体108的中心轴沿径向向外延伸）可以彼此相等。在腔体108区域内放电容器102的壁由腔体108的外径（D_EXT）和内径D_INT之差定义。由于当电极114之间的距离L_E（图1）缩短时电弧弯曲可减小，此距离L_E可选择为使得电弧弯曲在期望范围内。附加地，减小电极114之间的距离L_E可增大灯100的发光效率。

依照本发明系统的实施例的MH灯300的截面视图示于图3。灯300类似于图1所示的灯100，不同在于颈部324可以长于灯100的颈部124。另外，一个或多个馈通部件306可包含纹理化或压花部分325从而增强腔体308的密封。此压花部分325可对应于位于内部W馈通部件节段和内部Nb馈通部件节段之间的金属陶瓷部分，如另外结合图1所描述。电弧301示为在第一和第二电极314之间延伸。为了清楚起见，未示出天线。由于当电极314之间的距离L_E缩短时电弧弯曲可以减小，此距离L_E可选择为使得电弧弯曲在期望范围内。附加地，减小电极114之间的距离L_E可增大灯的发光效率。

依照本发明系统的实施例的MH灯400的侧视图示于图4。灯400可包含天线422从而辅助启动。天线422可由任何合适导电材料形成，例如，钨（W）、钼（Mo）、钽（Ta）。如所示，天线422使用导线来形成，所述导线围绕灯400的一个或多个颈部424，使得其电学耦合到一个或多个所述馈通部件406。然而，还设想到电学耦合天线的其它方法。例如，天线可以使用诸如钨的导电材料形成，其沉积在放电容器402上和/或与放电容器402一体形成。另外，天线422或其部分可以延伸到和/或沉积在至少一部分密封玻璃（玻璃料）404上。例如，钨糊料可应用到放电管（和/或密封放电管的一个或多个端部的底部的部分）并且可以随后通过毛细作用被“牵拉”几微米成为管的所形成的氧化铝材料的孔隙度。再者，尽管示出无源天线，还设想到可以采用有源天线或混合天线。当然，取决于应用以及在系统中使用的镇流器，天线对于启动灯可以不是必要的。

另外，天线422可具有邻近馈通部件的近端和/或位于灯400的颈部424之间某处的远端，使得它关于放电容器402是不对称的。通过控制根据本发明系统的灯的长度，灯在使用QMH或者MS类型灯的应用中可以容易地被翻新。

就放电容器402内部的气体填充物416而言，气体填充物416可包含Ne-Ar潘宁混合物，其中填充压力被调节（例如至介于150Torr和250Torr）从而减小击穿（或启动）电压和/或减小或防止形成碘化氢（HI^-）重新点火电压尖峰，所述尖峰会造成灯在预热期间断开。增大的化学填充物压力与典型实践相反，在典型实践中当使用纯气体（例如Ar、Kr或Xe）时，化学填充物击穿电压随化学填充物压力减小而下降。这将参考下面的图10-13在下文更全面解释。

另外，应防止将诸如氢（H）的杂质引入到灯的腔体内，从而减小或者完全消除不期望的效应，例如HI^-重新点火电压尖峰等。相应地，通过控制启动气体的类型、电弧管压力和/或电弧管容积，可以防止HI^-重新点火电压尖峰。例如，通过从对应传统灯使用的电弧长度减小电弧长度（例如对于210W和330W灯，分别减小至约10.1mm和12mm），并且将化学填充物压力增大到至少150Torr Ne-Ar，可以令人满意地控制HI^-重新点火电压尖峰。另外，可以选择气体填充物的类型以减小或者完全消除HI^-重新点火电压尖峰。例如，与使用Ar或者Ne填充物相比，使用Xe填充物观察到更少的HI^-重新点火电压尖峰。另外，Ar填充物可产生比Ne填充物更少的HI^-重新点火电压尖峰。

依照本发明系统的实施例的MH灯500的详细部分侧视图示于图5。灯500可包含至少一个放电容器502、馈通部件506和天线522。馈通部件506可包含位于腔体508内的电极514。放电容器502可包含颈部524，该颈部524可具有比放电容器502的腔体部分508的外径（或周长）小的外径（或周长）。天线522可由诸如钨（W）、钼（Mo）和/或钽（Ta）导线的导电材料形成，并且可包含一个或多个端部，所述端部完全（或部分）围绕颈部524，使得天线522可以电学耦合到馈通部件506以辅助灯500的启动。颈部524的直径（或外周长）可以在邻近天线522的端部的那些部分中被调节，从而调节馈通部件506和天线522之间的电学耦合。

依照本发明系统的实施例的MH灯600的侧视图示于图6。灯600可包含至少一个外包壳602、基底604、分别第一和第二底座引线606和640、（玻璃）底座634、导线框架608、凹座616以及诸如例如放电灯642的照明源，该放电灯642可以类似于例如灯100、400。

外包壳602可由玻璃或其它合适材料形成并且诸如附连到合适基底，例如，带螺纹的基底604。然而，例如还设想到其它基底，例如微型封装（mini can）、双接触卡口（例如如图7所示）、中等和大型的双接点、凹槽式单个接触、管座PG-12等。外包壳602可形成放电灯642位于其中的腔体622的至少一部分。

放电灯642可包含放电容器630（其可由PCA或者其它合适材料形成），馈通部件610、612以及天线614。天线614可以是无源、有源或混合天线。天线614应取向为使得它不与灯内诸如导线框架608的部件导线框架产生电弧。

第一和第二底座引线606、640分别形成用于定位放电灯642和其它元件的框架，并且诸如可由例如钢铁的导电材料形成且可包含涂层以防止蒸发。例如，第一和第二底座引线606、640分别以及外包壳602内其它露出的导电元件可包含镍涂层，从而减小或者完全防止蒸发（例如框架导线蒸发）。第一和第二底座引线606、640分别应彼此分隔合适距离，使得防止在它们之间形成电弧。

第一和第二底座引线606、640在它们的第一端部可分别耦合到基底604和导电中心接触638。第一底座引线606的端部部分也可以耦合到延展部626，该延展部626耦合到放电灯642的馈通部件610。第二底座引线640的端部部分可耦合到导线框架608，该导线框架608可包含适合于配合支持装置（例如凹座616）的端部部分618，该凹座616可用于相对于外包壳602定位导线框架608。然而，还设想到可以使用其它类型的支持装置。相应地，导线框架608可包含至少一部分凹座616可位于其中的开口。然而，还设想到诸如导线的定位装置可以根据需要而置于导线框架608周围。

第二导线底座引线640的端部可以或者直接地或者经由一个或多个其它引线而耦合到放电灯642的相应馈通部件612。底座引线和其它电气管道应具有足够余隙，使得在具有相反电势的底座引线和/或管道之间避免形成电弧。如图6所示，导线框架608形成双框架以减小当灯600置于水平位置时的电弧弯曲。然而，可以根据需要使用单个框架（例如，位于与两个侧边相对的放电灯642的一个纵向侧边上）。另外，通过将框架（例如底座引线606、640）与放电灯642分隔，可以最小化电弧弯曲。

玻璃底座634形成至少一部分腔体622并且可以分别为第一和第二底座引线606、640提供通道（和密封），所述第一和第二底座引线可以穿过该玻璃底座。绝缘体636可用于将中心接触638与金属基底604绝缘。

腔体622优选地维持期望的气氛。例如，该气氛可包含在期望压力下的气体。另外，为了增大对腔体622中含有的元件的冷却，腔体诸如可包含例如在期望压力下的N₂的气体。另外，例如通过用气体填充物（诸如氮气或者氮气-氖气）填充腔体622，可以降低放电灯642的启动电压。然而，还设想到腔体622可维持在真空状况下的气氛。真空可增大放电灯642的工作温度。相应地，腔体622内含有的气氛可用于控制放电灯642的冷/热点温度。

诸如可选的屏罩（或套管），例如石英屏罩646可置于至少一部分放电灯642周围从而控制冷/热点温度和/或在放电灯642破裂情况下提供保护。石英屏罩646可以利用任何合适机制而保持在适当位置。例如，保持装置648可附连到部分的导线框架608并且用于将石英屏罩646保持在期望位置。当使用根据本发明系统的330W灯时，石英屏罩646可具有例如22-28mm的内径。然而，还设想到其它直径。可选的氧气和污染（例如，水、氢气、甲烷以及其它碳氢化合物污染）移除装置，诸如一种或多种吸气剂644，可附连到一个或多个所述底座引线606、640并且用于移除灯600的腔体622内的氧气。

因此，根据本发明系统和装置，提供了可以与探头和/或脉冲镇流器一起使用的高压力、低成本、可靠且容易点火的高效率CDM类型灯。

说明依照本发明系统的实施例的MH灯的实验结果的曲线图示于下面的表4。在表4中，第六列是单位为流明每瓦特的发光效能，CCT为相关色温，CRI为显色指数，x和y为CIE（国际照明委员会）1931色彩空间色度图中的色坐标，以及MPCD为平均感知色差。表4中的底部一行说明使用传统400W MH灯获得的结果。

表4

参考表4，示出使用在标称线路电压的340W灯和电抗器镇流器的根据本发明系统的实验灯的第100小时测光数据。在标称线路电压（例如220V）在电抗器镇流器上在100小时读取光技术属性（LTP）。从表4中标记为Lm/W的列以及标记为AVG（或平均值）和石英的行看出，平均效能为107.8lm/W，相比之下传统开关/探头启动400W QMH灯为90lm/W。计算的流明维持率可以优于传统400W QMH灯的流明维持率（例如，在8000小时65%）。另外，根据本发明系统的灯的色点接近黑体线（BBL）。

依照本发明系统的实施例的具有外包壳的MH灯700的侧视图示于图7。灯700包含双卡口座790。另外，向外延伸的凹座716位于至少一部分导线框架708以用于支持电弧管730。

说明根据本发明系统的实施例的340W灯的输出频谱的曲线图示于图8。在451nm的铟发射是显著的。由于与传统节能灯的100V相比约136V的高灯电压（L_V）以及由于高的Hg压力，在610nm至640nm范围内的Ca分子辐射增强。与具有Na-Sc填充物的传统灯的4000K–4300K色温相比，由于根据本发明系统的灯的N-T-C-C-In碘化物化学填充物引起的在频谱红色区域中的高辐射而将色温减小到3929K。

现在更详细描述根据本发明系统的实施例的灯的启动测试结果。首先，根据本发明系统的灯使用没有任何点火器的探头或开关启动镇流器（诸如传统M59镇流器）来启动。也就是说，根据本发明的陶瓷灯利用没有任何内部/外部点火器电路或者没有任何启动电极、探头或内部点火器的探头启动镇流器来工作。在工作100小时之后，测试灯在170V线路电压（与240V的标称线路电压相对）启动。

本发明系统与CWA类型镇流器以及其它磁性镇流器兼容，并且利用探头启动和脉冲启动镇流器来工作。灯可以利用没有内部点火器电路或者没有启动电极（或内部点火器）的探头启动镇流器来工作。然而，电子镇流器上的流明维持率可以优于CWA镇流器上的流明维持率。另外，本发明系统与M59及M135类型镇流器兼容。根据本发明陶瓷灯的340W陶瓷灯（例如称为CDM340W）与传统石英灯（例如，QMH开关/探头启动400W，以及QMS脉冲启动400W）的LTP（光技术属性）比较示于下面的表5。应注意，根据本发明装置的陶瓷灯与传统石英灯相比具有出色品质，诸如更好的显色和色温控制以及出色的流明维持率。

表5

表5中的第二列是指可以利用探头启动或者脉冲启动镇流器（例如M59和/或M135 ANSI镇流器）来工作的340瓦特节能CDM灯。

尽管在上文描述示例性340W灯的规格，根据本发明系统的节能灯可以容易地扩展到中等瓦特数和高瓦特数应用。指示根据本发明系统的各种灯与传统灯相比的可能节能的表示于表3。

如所描述，根据本发明系统的灯系统可使用比Na-Sc系统的功率因数（例如0.92）低的功率因数化学组成（例如约0.82），并且因此不会对镇流器的效率或寿命有负面影响。然而，还设想到其它功率因数，例如可以根据需要使用0.75-0.85的功率因数。另外，功率因数可选择为使得标称电压依照相应镇流器的要求。

相应地，提供了一种灯系统，其具有增强的灯性能特性，诸如高流明输出和优秀的颜色属性。另外，取决于瓦特数，灯系统可以与例如相应镇流器的ANSI值兼容。例如，250W替换灯（即，表3所示的205W灯）可以与M58镇流器的ANSI值兼容。

说明根据本发明系统的实施例的340W灯的功率扫描的曲线图示于图9。1000h测试灯在各种功率水平进行光度测量。当功率从400W减小到300W时，效能和CRI下降，但是以缓慢速率下降。CCT从在400W的3800K增大到在300W的4200K。R9从在400W的85减小到在300W的44。由于此测试是在老化了1000小时的灯上进行，效能和其它光技术属性（LTP）可能略微不同于100小时读数。

说明根据本发明系统的实施例的灯的击穿与化学填充物压力关系的曲线图示于图10。气体填充外包壳（例如，在外包壳602中）可补偿可包含在灯的放电腔体内的Ne-Ar混合物的更高的热导率。当比较在水平取向上测量的最高电弧管壁温度时可以看到这一点。当外包壳保持在真空时，Ne-Ar灯的最高电弧管温度可以比在相同功率的具有基本上氩的灯高大约60K。然而，当外包壳用在一压力下的气体（例如，N₂，本实例中在300Torr的氮气）填充时，Ne-Ar电弧管的最高电弧管温度与包含Ar以及在包含真空的外包壳中工作的电弧管的最高电弧管温度相同（例如见图13）。另外，当使用气体填充外包壳时，击穿电压可以更低。这是在205W灯上测量的并且示于图14，其中这些灯为ED28并且在灯中具有175Torr的N₂填充物。

说明根据本发明系统的实施例的新Ne-Ar填充灯的重新点火电压与压力关系的曲线图示于图11。

说明根据本发明系统的实施例的灯之下具有框架导线的Ne-Ar灯的电弧弯曲与电极间距关系的曲线图示于图12。如上文所提到，通过将电极置为更加靠近在一起，可以偏移由于使用更轻气体引起的电弧弯曲。将电极置为更加靠近在一起的另一个益处是发光效率可以增大。

说明根据本发明系统的实施例的气体填充和真空外包壳的最高电弧管壁温度与功率关系的曲线图示于图13。参考图13，示出具有ArKr⁸⁵的电弧管以供比较。

说明根据本发明系统的实施例的气体填充和真空外包壳的击穿电压的曲线图示于图14。

说明根据本发明系统的实施例的在气体填充外包壳中在350瓦特工作的灯的效能与套管内径关系的曲线图示于图15。当在气体填充环境中工作时，盐温度会变得太冷而无法实现所要求的灯效能。相应地，石英玻璃屏罩（例如套管）可置于电弧管周围以充当绝缘屏罩并且也充当部分的包容保护，使得灯可以通过ANSI包容测试并且允许灯额定在开放灯具中使用。屏罩的尺寸会是重要的，如果屏罩太大，它不会为电弧管提供充分的绝缘，并且如果屏罩太小，它可以有助于对电弧管的附加冷却。相应地，屏罩的形状和尺寸应被调节以产生期望数量的绝缘。实现这一点的一种方法是调节屏罩的内径（ID），使得屏罩提供期望的热绝缘。

说明根据本发明系统的实施例的330W灯在100小时的测光结果的曲线图示于图16。曲线图1600说明330W灯在基底朝上工作模式中在100小时的测光结果。

说明根据本发明系统的实施例的205W灯在100小时的测光结果的曲线图示于图17。曲线图1700说明205W灯在基底朝上工作模式中在100小时的测光结果。

此系统的某些附加优点和特征通过研究公开内容而对于本领域技术人员会是清楚明白的，或者由采用本发明系统的新颖系统和方法的人员所体验，所述优点和特征主要是提供了一种可以使用传统灯具部件来工作的更可靠且容易启动的HPS灯。本发明系统和装置的另一优点在于，传统灯可以容易地被升级从而结合本发明系统和装置的特征和优点。

当然，将理解，依照本发明系统、装置和方法，任何一个上述实施例或过程可以与一个或多个其它实施例和/或过程组合或者可以分离和/或在分离的装置或装置部分之间执行。

最后，上面讨论旨在纯粹说明本发明系统并且不应解读为将所附权利要求限制到任何具体实施例或者实施例组。因此，尽管本发明系统已经参考示例性实施例特别详细地予以描述，但是应理解，本领域普通技术人员可以设计许多调整和可替换实施例而不背离在随后权利要求中阐明的本发明系统的更宽广和预期的精神和范围。相应地，说明书和附图被认为是说明性的方式并且不旨在限制所附权利要求的范围。

在解释所附权利要求时，应理解：

a）用词“包括”不排除存在给定权利要求中列出的元件或者动作以外的元件或者动作；

b）元件前的用词“一”或者“一个”不排除存在多个这种元件；

c）权利要求中的任何附图标记不限制它们的范围；

d）若干“装置”可以由相同项或硬件或软件实施的结构或功能代表；

e）任何所公开的元件可包括硬件部分（例如包含离散和集成电子电路系统）、软件部分（例如计算机编程）以及其任何组合；

f）硬件部分可包括模拟和数字部分之一或二者；

g）任何所公开的装置或其各部分可以组合在一起或者分割为另外部分，除非另行特别说明；

h）不打算要求动作或步骤的特定顺序，除非特别指出；以及

i）术语“多个”元件包含两个或者更多个所要求保护的元件，并且不暗示任何具体数目范围的元件；也就是说，多个元件可以是只有两个元件，并且可包含不可估量数目的元件。

Claims

1. 一种放电灯，包括：

陶瓷放电容器，其定义含有金属卤化物填充物的腔体的至少一部分；以及

一个或多个馈通部件，其具有第一和第二端部，第一端部位于该腔体内；

其中放电灯配置成利用没有点火器电路的探头启动镇流器来启动和工作。

2. 权利要求1的放电灯，其中金属卤化物填充物具有介于0.75和0.8的功率因数。

3. 权利要求1的放电灯，其中腔体具有彼此成正比的内部长度L_INT和内径D_INT，使得定义为L_INT/D_INT的纵横比小于或等于2。

4. 权利要求3的放电灯，其中该填充物具有在约150Torr至约200Torr的范围内的压力。

5. 权利要求1的放电灯，其中该填充物进一步包括氖-氩（Ne-Ar）潘宁混合物，该氖-氩（Ne-Ar）潘宁混合物包括介于约98.0-99.5%的Ne并且的Ne-Ar潘宁混合物为Ar。

6. 权利要求1的放电灯，其中该填充物进一步包括痕量的Kr⁸⁵。

7. 权利要求1的放电灯，其中所述一个或多个馈通部件彼此分隔从而定义介于约12mm和14mm的电弧长度。

8. 权利要求1的放电灯，进一步包括耦合到所述一个或多个馈通部件其中之一的天线，其中天线与放电容器一体形成。

9. 权利要求1的放电灯，进一步包括位于至少一部分陶瓷放电容器周围的石英套管，该石英套管具有介于20mm和28mm的内径和介于50mm和70mm的长度。

10. 权利要求9的放电灯，进一步包括位于陶瓷放电容器和石英套管之间的气体，该气体具有介于100Torr和400Torr的压力。

11. 权利要求1的放电灯，其中该填充物包括选自下述其中之一的混合物：Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物、NA-Tl-Ca-Ce-Mn碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Mg碘化物、Na-Tl-Ca-Ce碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Cs碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-In-Cs碘化物和Na-Tl-Ca-Ce-Mn-Cs碘化物填充物。

12. 一种形成放电灯的方法，该方法包括下述动作：

形成定义至少一部分腔体的陶瓷放电容器；

用位于腔体内的金属卤化物（MH）填充物填充腔体；以及

将一个或多个馈通部件部分地定位在腔体内从而密封腔体，使得放电灯利用没有点火器电路的探头启动镇流器来启动和工作。

13. 权利要求12的方法，其中该金属卤化物填充物具有介于0.75和0.8的功率因数。

14. 权利要求12的方法，其中填充的动作进一步包括下述动作：在腔体内插入氖-氩潘宁混合物，该氖-氩（Ne-Ar）潘宁混合物具有范围介于约98.0%至约99.5%的Ne并且Ne-Ar潘宁混合物的其余部分包括Ar。

15. 权利要求12的方法，其中填充的动作进一步包括下述动作：调节化学填充物的压力，使得压力在基本上150Torr至基本上200Torr的范围内。

16. 权利要求12的方法，其中定位的动作包括下述动作：将每个所述一个或多个馈通部件定位为彼此分隔从而定义基本上介于12mm和14mm的电弧长度。

17. 一种放电灯，包括：

外包壳，其定义至少一部分第一腔体；

陶瓷放电容器，其位于第一腔体内并且定义至少一部分第二腔体，该第二腔体含有功率因数介于0.75和0.85的金属卤化物（MH）填充物；以及

一个或多个馈通部件，其具有第一和第二端部，第一端部位于第二腔体内，

其中该腔体具有彼此成正比的内部长度L_INT和内径D_INT，使得定义为L_INT/D_INT的纵横比小于或等于2，以及该填充物包括选自下述其中之一的混合物：Na-Tl-Ca-Ce-In碘化物、NA-Tl-Ca-Ce-Mn碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Mg碘化物、Na-Tl-Ca-Ce碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-Cs碘化物、Na-Tl-Ca-Ce-In-Cs碘化物和Na-Tl-Ca-Ce-Mn-Cs碘化物填充物。