CN103703538A - 一种放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种放电灯，其能够在小于满额定功率下操作，而不遭受不利的色移、流明维持率的损失或灯效率的损失。所述放电灯具有与陶瓷金属卤化物灯相关的特定应用，所述陶瓷金属卤化物灯在其中具有低配料水平的碘化铊和任选的碘化铟，例如少于1mol％。

Description

一种放电灯
技术领域
本发明涉及一种能够在小于满额定功率下操作的放电灯，其显示出优良的流明维持率(lumen maintenance)和高发光效率(luminous efficacy)而不会遭受不利的色移。所述放电灯具有与陶瓷金属卤化物灯相关的特定应用，并特别地在此方面进行描述，所述陶瓷金属卤化物灯在其配料(dose)中具有低含量的碘化铊和任选的低含量的碘化铟。
背景技术
高强度放电(HID)灯为可由相对较小的光源产生大量光的高效率灯。这些灯广泛用于许多应用中，包括(略举数例)零售展示照明、公路和道路照明、大场馆(如体育馆)的照明、工业和商用建筑和商店的泛光灯照明，以及投影仪。术语“HID灯”用于表示不同类型的灯。这些包括汞蒸气灯、金属卤化物灯和钠灯。特别地，金属卤化物灯广泛用于以相对较低的成本而需要高水平的亮度的区域。由于HID灯的运行环境要求长时间在高温和高压下操作，因此HID灯不同于其他的灯。而且，由于HID灯的使用和成本，因此希望的是这些HID灯具有相对较长的可用寿命并产生一致水平的亮度和灯光颜色。尽管原则上HID灯可使用交流电(AC)供应或直流电(DC)供应而操作，但实际上灯常常经由AC供应驱动。
放电灯通过电离蒸气填充材料(如稀有气体、金属卤化物和汞的混合物)而产生光，且电弧在两个电极之间经过。电极和填充材料密封于半透明或透明放电容器内，所述放电容器保持通电的填充材料的压力，并允许发射光经过。填充材料(也称为灯“配料(dose)”)在被电弧激发下发射所需光谱能量分布。例如，卤化物提供具有广泛光性质(例如色温、显色性和发光效率)选择的光谱能量分布。
考虑到当前关于以更有效和经济的方式使用能量的社会意识，照明工业中日益感兴趣的是提供能够以降低的能量消耗操作，最佳地不牺牲灯性能，特别是不发生不利的色移的灯。一种解决方案是在降低的功率水平下操作灯。用于商业照明目的的能量消耗的可能的节约，以及作为社会降低我们的能源消耗的机会是显著的。
然而，在小于其满额定功率下操作陶瓷金属卤化物(CMH)灯照明存在至少一个缺点。当操作灯功率水平降低时，发射光的颜色从白色变化至绿色，这相当于灯的相关色温(CCT)增加多达1000°K或更多。CMH灯的颜色主要由电弧管中的蒸气相中的卤化物配料组合物所决定。典型的CMH灯例如含有NaI、TlI、CaI2和一种或多种稀土碘化物(如DyI3、HoI3、TmI3)。当CMH灯调光时，电弧管中的卤化物蒸气压力将随电弧管温度的降低而下降。然而，相比于稀土卤化物的蒸气压，TlI蒸气压更慢地下降。由于TlI发射绿光，并且相比于填充物中的其他卤化物TlI在相对较高的蒸气压下保持，因此灯发射的光在调光条件下显示出从白到绿的色移。光色的这种变化对商业使用具有相当大的影响。例如，由于CMH灯的长的寿命和聚焦光发射而常常使用CMH灯的零售和展示场馆可能相当大地受到不能效果最佳地(即在白光下)呈现被展示的物品的照明的影响。照明有助于顾客所体验的气氛或环境的公共场馆也同样如此。
使用当前的技术，灯化学在大多数性能指标方面提供极有利的性质。然而，当灯在降低的功率下操作以降低能量消耗时，这些性能指标可被改变，特别地发射光的颜色可受到不利影响，即色移可能发生。已尝试通过改变配料化学来降低在小于额定功率的100％下操作灯时所发生的不利色移，但如果这些尝试成功降低色移，则这些尝试常常导致损害其他灯指标。换言之，当改变配料以优化所需的灯特性时，通常存在另一性能参数的权衡。例如，在保持有利的发射颜色的一些情况中，灯遭受降低的效率和/或在灯的寿命内较差的流明维持率。这些参数与灯所发射的光的颜色直接相关，因此直接影响使用灯的消费者的满意度。因此，即使当配料化学的改变已是最小，旨在通过改变灯配料而解决发射颜色问题的努力导致在其他性能和光度参数方面的损失，有时是相当大的损失。在大多数情况中，已经以其他重要的灯参数为代价而这样努力改进灯的颜色。
例如，USPN6,501,220、USPN6,717,364和USPN7,012,375公开了一种包含DyI3、TmI3或HoI3的无TlI灯配料，已知DyI3、TmI3或HoI3中断CMH灯中的钨卤循环。作为结果，这些灯具有降低的流明维持率。另外，如上专利中的一些含有MgI2，MgI2在调光特性(包括无色移或基本上无色移)方面可证实为有利的，但也导致灯效率和流明维持率的降低。迄今为止，缺少可提供优良的调光特性，并同时提供良好的流明维持率和效率的CMH灯配料。前述缺点是在调光的节约能量的条件下广泛使用CMH灯的限制因素。
因此，需要一种照明解决方案，其可以以更能量有效的方式在小于标称功率下(即在调光下)操作，而不遭受发射光的感知白色的损失，特别是不导致向更绿色调的发射光的偏移(shift)、不降低流明维持率，以及不损害灯效率。需要一种灯，其能够在消费者的选择下在降低的额定功率下(直至减少高达50％的功率)操作，并同时保持白光发射、良好的流明维持率和灯效率。
出乎意料地，本发明实现了所有的前述有利参数，同时不导致或仅导致可忽略的灯的其他性能和光度参数的损失。这通过使用一种灯配料而实现，所述灯配料包含以整个卤化物填充物计小于1mol％的量的碘化铊和任选的也小于1mol％的碘化铟，并优化了其他卤化物组成。结果是一种灯，所述灯表现出就流明、效率而言优良的性能，且不显示感知色移。
发明内容
在本发明的一个示例性的实施例中，一种灯，其包括：放电容器；与所述放电容器可操作关联的电极；和密封于所述容器内的可电离的填充物，其中所述填充物包含：惰性气体，汞，少于1mol％的卤化铊，和另一卤化物组分，所述另一卤化物组分包括：碱金属卤化物，碱土金属卤化物，和选自镧和铈和任选的镨、铕、钕和钐以及它们的组合的稀土卤化物中的至少一者。
进一步的，其还含有以其卤化物配料计少于1mol％的卤化铟。
进一步的，当所述灯在50％的标称灯功率下操作时，所述灯显示出在100％的标称灯功率下操作时的灯的CCT的+/-250°K内的CCT。
进一步的，当所述灯在50％的标称灯功率下操作时，所述灯显示出在100％的标称灯功率下操作时的灯的CCT的+/-100°K内的CCT。
进一步的，所述灯在标称功率下3000小时之后显示出至少约85％的流明维持率。
进一步的，所述灯在标称功率下3000小时之后显示出至少约93％的流明维持率。
进一步的，当所述灯在小于标称功率下操作时，所述灯显示出大于或等于90LPW。
进一步的，所述卤化物组分包括碘化铊、碘化铟、卤化钠、卤化钙或卤化锶二者中的至少一者，以及卤化铈或卤化镧二者中的至少一者。
进一步的，在所述填充物中的所有卤化物为碘化物。
进一步的，所述填充物的卤化物组分包含：0.1-1.0mol％的卤化铊；68-72mol％的碱金属卤化物；10-25mol％的碱土金属卤化物；和2-6mol％的稀土卤化物。
进一步的，所述填充物的卤化物组分包含：0.1-2.0mol％的卤化铊；0.1-1.0mol％的卤化铟；68-72mol％的碱金属卤化物；10-25mol％的碱土金属卤化物；和2-6mol％的稀土卤化物。
进一步的，所述填充物包含：0.1-0.9mol％的碘化铊；0.1-0.9mol％的碘化铟；68-72mol％的卤化钠；20-25mol％的卤化钙或卤化锶中的至少一者；和3-5mol％的卤化铈或卤化镧中的至少一者。
进一步的，所述灯在标称灯功率处操作时显示出至少约86的CRI。
进一步的，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、NaI、CaI2和LaI3。
进一步的，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、CaI2和LaI3。
进一步的，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、SrI2和LaI3。
进一步的，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、CaI2和CeI3。
在本发明的另一个示例性的实施例中，一种形成灯的方法，其包括：提供放电容器；将电离填充物密封于所述容器内，其中所述填充物包含：惰性气体，汞，少于1mol％的卤化铊和任选的少于1mol％的卤化铟，和另一卤化物组分，所述另一卤化物组分包括：(i)碱金属卤化物，(ii)碱土金属卤化物，和(iii)选自镧和铈和任选的镨、铕、钕和钐以及它们的组合的稀土卤化物中的至少一者；以及将电极设置于所述放电容器内以响应施加于其上的电压而使所述填充物通电，其特征在于，当所述灯在小于其标称灯功率的50％下操作时，所述灯显示出小于6的MPCD。
进一步的，相比于在标称功率下操作的同样的灯的CCT，当所述灯在小于其标称灯功率下操作时，灯CCT增加或减少不超过250°K。
进一步的，当所述灯在小于80％的标称功率下操作时，所述灯显示出相比于标称功率下的3000°K不超过+/-250°K的CCT偏移、至少约86的CRI、至少约90的LPW，和在3000小时的操作内约93％的流明维持率。
由根据本发明的一个实施例的灯所实现的一个主要益处在于在小于灯的满额定功率下(通常降低满额定功率的约50％)操作灯时增强的发射光的颜色，而无可感知的色移，这主要由于以填充物中的卤化物的全部mol％计，仅包含少量的碘化铊(即至多约1mol％)和任选的少量的碘化铟(即至多约1mol％)。
根据本发明的一个实施例的灯所实现的另一益处在于相比于现有技术CMH灯，在3000小时的操作之后15％或更高的提高的流明维持率，即，尽管其他的灯显示流明维持率的下降，本发明的灯显示出85％的流明维持率。
根据本发明的一个实施例的灯所实现的又一益处在于超过90LPW的提高的效率。
通过阅读和理解如下详细描述，根据本发明的灯的其他特征和益处将变得更明显。
附图说明
图1为根据本发明的一个示例性实施例的HID灯的横截面图。
图2为显示出相比于可相比的常规的灯，根据本发明的一个实施例的灯随着标称灯功率的百分比的降低，以开尔文度(°K)计的灯CCT的偏移(shift)的图。
图3为显示出相比于可相比的常规的灯，根据本发明的一个实施例的灯随着标称灯功率的百分比的降低，以开尔文度(°K)计的灯CCT的偏移的另一个图。
图4为显示出相比于可相比的常规的灯，在根据本发明的灯的寿命内的流明维持率的图。
具体实施方式
本公开涉及一种放电灯，其能够在小于满额定功率下操作，而不遭受不利的色移、流明维持率的损失或灯效率的损失。所述放电灯具有与陶瓷金属卤化物灯相关的特定应用，其中当所述灯在小于其标称灯功率(例如50％，如低至40％的标称功率)下操作时，其基本上不显示色移、显示出良好的流明维持率和良好的效率，所述陶瓷金属卤化物灯包括含有低的碘化铊和任选的低的碘化铟摩尔分数(即至多约1mol％)的配料。应理解，尽管如下公开不时地示例70W CMH灯或70W Ultra灯，但所提供的新型配料组合物在大多数(如果不是全部的话)CMH灯设计中具有相同的益处。
在一个示例性实施例中，灯包括具有密封于其中的可电离的填充物的放电容器，所述可电离的填充物包含至少惰性气体、汞和卤化物组分，所述卤化物组分具有包含于其中的低含量的碘化铊和任选的低含量的碘化铟(即各自少于1mol％)，还包含碱金属卤化物、碱土金属卤化物和稀土卤化物。例如，所述卤化物组分可包含卤化钠、卤化钙或卤化锶二者中的至少一者、卤化铈或卤化镧二者中的至少一者，以及少于1mol％的卤化铊和卤化铟。当包含少于1mol％的卤化铊的灯在小于标称灯功率(甚至低至50％的标称功率)下操作时，其不显示可感知的色移。尽管不要求碘化铟存在，但包含少于卤化物填充物的1mol％的碘化铟显示为进一步提高灯的光度和性能参数。
在一个实施例中，提供了一种根据前述的放电灯，其显示出超过90，优选高达94的每瓦流明(LPW)，并在3000小时操作之后进一步显示出大于约93％的流明维持率。当在降低的功率水平(低至额定灯功率的约50％)下操作时，灯CCT偏移小于+/-250K。如本文所用，可交换使用的术语“额定功率”、“标称灯功率”和“灯额定功率”或它们的任意形式，它们指根据工业标准，灯预期操作的最佳瓦特数。就此而言，例如，白炽灯可作为100W、70W或50W灯销售，瓦特(W)表示灯的满额定功率。同样地，HID灯可通常作为150W、100W、70W、50W、39W和20W灯销售。
在另一实施例中，提供了一种陶瓷金属卤化物灯，当所述陶瓷金属卤化物灯在小于其标称灯功率的80％下，甚至在小于其标称灯功率的约50％下操作时，其显示出与在其标称灯功率的100％处操作的灯的CCT基本上相同的CCT，或显示出在其标称灯功率的100％处操作的灯的CCT的约+/-100°K内的CCT。因此，由于CCT保持基本上相同，灯发射的光的颜色不发生可感知的偏移。除了前述之外，根据本发明的至少一个实施例的灯显示出优良的流明输出和效率。表现这些特性的CMH灯包括一种配料，所述配料包含碘化铊(少于1mol％)、任选的碘化铟(少于1mol％)、卤化钠、卤化钙和/或卤化锶，以及卤化铈或卤化镧中的至少一者。这样，如下公开提供了一种灯，即使当这种灯在小于其标称灯功率下操作时，其相比于目前可得的其他可相比的灯具有改进的效率和更好的颜色性能。
如在各个方面中所述，灯能够同时满足光度目标，而不损害目标可靠性或流明维持率。在根据本发明的灯设计中的至少令人满意地获得，且在一些情况中提高的光度性质(包括初始流明输出、流明维持率(LPW)和CCT)。
考虑到如下光度和性能参数(包括流明、CRI、CCT、Dccy、CCT偏移和CRI偏移)，测试如下表1中以mol％显示的卤化物配料组合物，以确定获得所需目标的最佳配料含量。除了所示的其他卤化物之外，所有的灯配料包含70mol％的碘化钠和24mol％的碘化钙。对于每个配料组合物，确定不同参数的优化。样品13包含代替NaI的LaI3，样品14包含代替CaI2的SrI2。发现无组合物满足所有参数达到最佳。然而，通过考虑测试结果，有可能获得提供就色移而言最佳的性能，并同时保持其他性能参数的灯。根据所示的数据，已确定包含各自少于1mol％的TlI和InI的卤化物配料提供最好结果。该配料也可包含3.0-6.0mol％的CeI3。在下文和附图中提供进一步的测试数据以支持该结论。
表1
样品 TlI InI CeI3 NaI CaI2
1 0.4 1.6 4.0 70 24
2 0.8 0.6 4.6 70 24
3 0.6 2.4 3.0 70 24
4 0.9 1.1 4.1 70 24
5 0.0 3.0 3.0 70 24
6 1.2 1.8 3.0 70 24
7 0.0 1.0 5.0 70 24
8 0.0 1.5 4.5 70 24
9 0.6 0.0 5.0 70 24
10 0.0 0.0 6.0 70 24
11 1.2 0.0 4.8 70 24
12 0.8 0.6 4.6 70 24
13 0.8 0.6 LaI34.6 70 24
14 0.8 0.6 4.6 70 SrI224
术语“流明”在本文指由光源(在此情况中为CMH灯)发射的可见光的总量。灯的效率或发光效率为以流明计的光通量与通常以瓦特测得的功率的比值。通常，当测量光源输出时，或当测量光源由给定量的电力提供可见光的程度时，发射以每瓦流明(LPW)测得。换言之，发光效率表示由器件发射的总光通量(流明)与由器件消耗的输入功率的总量(瓦特)之间的比值。输入能量中的一些以热或除了可见光辐射之外的形式损失。
相关色温或CCT指当黑体辐射体的色品(颜色)最密切匹配光源的色品时，黑体辐射体的以开尔文度(K)表示的绝对温度。可由色坐标(u，v)在国际照明委员会(CIE)1960色空间中的位置估计CCT。就此而言，CCT等级为光源“暖”或“冷”的程度的指示。数值越高，则灯越冷。数值越低，则灯越暖。一个示例性的灯可提供例如约2700K至约4500K之间、约3300K至约2900K之间，例如3000K的相关色温(CCT)。例如，具有常规填充物组合物的CMH灯可在其70W的标称灯功率处在约3000°K的CCT下操作，所述常规填充物组合物包含NaI、CaI2、超过3mol％的TlI，和LaI3，以及惰性气体和Hg。然而，当在降低的灯功率下操作时，具有同样的填充物的所述同样的灯经历CCT的增加，从而当在其标称灯功率的约50％处操作时，CCT增加至约4400°K。大约1400°K的所述CCT的上升对应于从白色向绿色色移。然而，如果根据本发明的至少一个实施例的灯进行类似测试，在其标称灯功率的100％处其显示出3000°K的CCT，且在其标称灯功率的50％处其显示出仅约3100°K的CCT，所述灯在其配料组合物中仅具有极低量的碘化铊和碘化铟，即少于1mol％的TlI和任选的少于1mol％的InI，且还包含NaI、CaI2和/或SrI2，以及LaI3和/或CeI3。由3000°K至3100°K的约100°K的所述CCT的略微增加不导致足够大而被大多数消费者感知的色移。因此，根据本发明的灯在降低的功率下提供了发射光的改进的光色品质，从而使得所述灯为能量有效的照明选择。前述仅为示例性的，仅提供以表明本发明的灯配料如何提供改进的光色品质。这样，应理解本发明不局限于上述具体实施例，在本文可预期其各种修改，包括填充物和温度。
光色的另一量度Dccy为灯在Y轴上的色点的色品(CCY)与标准黑体曲线的色品的差异。对于感知为未改变的发射颜色，在不同的操作功率(起始于100％标称灯功率，之后降低至80％、70％、60％和50％)下测得的单个灯的色点必须保持在通常称为“麦克亚当椭圆(MacAdam Ellipse)”内。术语麦克亚当椭圆指在常规色品图上的区域，所述区域含有对于平均人眼而言与椭圆中心处的颜色不可区分的所有颜色。所述椭圆使用由色点的独立观察者进行的匹配而形成。麦克亚当观察到由观察者进行的所有匹配均落入CIE1931色品图上的该颜色的椭圆中。测量在色品图上的25个点处进行，据发现图上的椭圆的尺寸和取向取决于测试颜色而广泛变化。通常，可理解超过6MPCD(最小的可感知色差)的色点差异表示发射光的颜色的可感知的偏移。
又一常用颜色指标为显色指数(CRI)。CRI为灯相对于标准显示单独的颜色的能力的指示，并衍生自在相同的色温下灯的光谱分布相比于所述标准(通常为黑体)的比较。存在十四种特殊显色指数(Ri，其中i＝1-14)，其限定了当光源用于照明标准色瓷砖时光源的显色性。一般显色指数(Ra)为以0-100的范围表示的前八个特殊显色指数(其对应于不饱和色)的平均。除非另外指出，否则显色性在本文以“Ra”表示。具有可相比于根据本发明的灯的填充物，但包含更大量的碘化铊和碘化铟的常规70W CMH灯的显色指数可在约80至90的范围内。如之前所述，避免在降低的操作功率下发射光的色移的在先尝试包括从配料中去除TlI。然而，这些尝试产生显示出远低于80的CRI的灯。相比之下，具有包含极低量的碘化铊或碘化铟，并包含如本文所述的剩余卤化物配料的配料的灯显示为显示出高达86的CRI。工业中应理解，大于约80的任何物质的CRI被认为是优良的。
当在灯标称额定功率的80％处或低于80％下操作时，本发明的灯设计可同时满足这些范围和参数，即约3000°K的+/-250°K内的一致的CCT和至少约86的CRI。出乎意料地，可实现此而不会不利地影响灯效率和流明维持率。因此，例如，当在小于80％，甚至低至约50％，例如约45％的降低的标称灯功率下操作时，示例性的灯可显示出与改进的色品质(即白光发射)相关的CCT、CRI和色点，并仍然保持根据已知合意标准的流明效率和灯寿命。
在一个实施例中，提供了一种灯，其包括放电容器和延伸至放电容器中的电极。所述灯还包括密封于容器内的可电离的填充物。可电离的填充物含有极低配料量的碘化铊和碘化铟，即少于约1mol％。本文已认识到，通过将配料中碘化铊和碘化铟(如果存在的话)的量降低为等于或小于卤化物填充物的1％(摩尔分数)，并通过进一步包含根据如下的卤化物配料组分，可有利地实现与发射颜色和性能相关的前述参数。该有利的CMH灯的可电离的填充物包含惰性气体、Hg和另外的卤化物组分，所述另外的卤化物组分包括碱金属卤化物、至少一种碱土金属卤化物和至少一种稀土卤化物。
参照图1，显示了一个示例性的HID灯10的横截面图。该灯可为，例如，通常称为70W Ultra CMH灯的类型。然而，应了解使用可电离的填充物的任何灯类型将受益于本公开。所述灯包括放电容器或电弧管12，所述放电容器或电弧管12限定了内室14，并可被封装至护罩或外封套或夹套32中。放电容器壁16可由陶瓷材料(如氧化铝)或其他合适的光透射材料(如石英玻璃)形成。可电离的填充物18被密封于内室14中。可由钨形成的电极20、22设置于放电容器的相对端部，以在电流施加于其上时将填充物通电。通常经由导体24、26(例如来自镇流器，未显示)通过基底34将交变电流提供至两个电极20和22。电极20、22的尖端28、30间隔距离d，所述距离d限定了弧隙。当灯10被供电时(表明电流流动至灯)，电压差在两个电极上产生。该电压差在电极的尖端28、30之间的间隙上引起电弧。电弧在电极尖端28、30之间的区域中产生等离子体放电。可见光产生，并通过壁16穿出室14。应理解，任何合适的灯构造可用于实施本发明，图1仅为一种这样的构造。
可电离的填充物18包含惰性气体、汞(Hg)和卤化物配料，所述卤化物配料包含至多1mol％的碘化铊和任选的至多1mol％的碘化铟。卤化物组分包括稀土卤化物，且还可包括碱金属卤化物和碱土金属卤化物中的一种或多种。在操作中，电极20、22在电极的尖端28、30之间产生电弧，所述电弧电离填充物而在放电空间中产生等离子体。产生的光的发射特性主要取决于填充材料的成分、电极上的电压、室的温度分布、室中的压力和室的几何形状。此外，当灯在小于其标称灯功率下操作时，这些参数组合而显著影响由灯发射的光的颜色。通过降低卤化物配料中碘化铊和碘化铟的量，有可能有利地影响在低于标称灯功率下的灯性能，由此产生能量节约而无任何性能损失，且在一些情况中产生改进的灯性能。在填充物的如下描述中，除非另外指出，否则组分的量指最初密封于放电容器中的量(即在灯操作之前)。
缓冲气体可为惰性气体，如氩气、氙气、氪气或它们的组合，并可以以约2-20微摩尔/立方厘米(μmol/cm3)内室14存在于填充物中。缓冲气体也可在灯操作的早期阶段过程中充当用于产生光的启动气体。在适于CMH灯的一个实施例中，灯由Ar充填。在另一实施例中，使用具有另外少量的Kr85的Xe或Ar。放射性Kr85提供有助于启动灯的电离。冷填充物压力可为约60-300托，尽管不排除更高的冷填充物压力。在一个实施例中，使用至少约240托的冷填充物压力。过高的压力可损害灯启动。过低的压力可导致在灯的寿命中增加的流明下降。
汞配料可以以约2至35mg/cm3电弧管体积存在。调节汞重量，以提供用于从所选镇流器获得功率的所需电弧管操作电压。
根据本发明的灯的卤化物配料仅包含至多约1mol％的碘化铊和任选的至多约1mol％的碘化铟作为卤化物配料的一部分。如上所述，已知从配料材料中完全去除卤化铊。然而，不包含卤化铊，特别是碘化铊的那些灯经历灯效率的减少，从而使得卤化铊的使用为合意的。包含碘化铊的需要必须与其已知的影响灯在小于标称功率(例如标称功率的80％或更低)下操作时的发射光的色移的倾向平衡。常规CMH灯已包含远高于1mol％的TlI，例如直至5mol％或甚至更高。然而，现在已出乎意料地认识到，通过将配料中的卤化铊(例如TlI)的量限定至少于约1mol％，并通过任选地添加同样低量的卤化铟(即少于约1mol％)，有可能获得对光度灯性质无有害影响的灯。如本文之前所述，不具有低配料量的卤化铟(即仅含有少于1mol％的TlI)的灯在调光条件下显示出改进的性能。然而，低配料量的卤化铟(优选碘化铟)的添加已显示为进一步提高灯性能。另外，仔细选择根据本发明的剩余配料成分会提高灯性能。这样，现在已确定，当在小于标称操作功率，小于80％(例如50％)下操作时，具有如下配料组分的CMH灯不显示不利的色移、不显示流明维持率的降低并显示良好的发光效率。配料包含少于1mol％的碘化铊和任选的少于1mol％的碘化铟，且还包含NaI2、CaI2和/或SrI2，以及CeI3和/或LaI3。
卤化物组分中的一种或多种卤化物可各自选自氯化物、溴化物、碘化物和它们的组合。在一个实施例中，卤化物均为碘化物。碘化物往往提供更长的灯寿命，因为相比于使用类似的氯化物或溴化物组分，在填充物中使用碘化物组分时电弧管和/或电极的腐蚀更少。卤化物化合物通常以化学计量关系存在。
卤化物组分的稀土卤化物可包括至少镧(La)和铈(Ce)的卤化物，且还可包括镨(Pr)、铕(Eu)、钕(Nd)、钐(Sm)和它们的组合的卤化物。填充物的稀土卤化物可具有通式REX3(其中RE选自La和Ce，并任选地选自Pr、Nd、Eu和Sm，X选自Cl、Br和I和它们的组合)，并可以以本领域技术人员已知的任何合适的浓度存在于填充物中。来自该组的示例性稀土卤化物为卤化镧和卤化铈。填充物通常含有这些卤化物中的至少一者，且稀土卤化物摩尔浓度为填充物中的全部卤化物的至少1％，至少约3％，例如约4.8％。
当存在时，碱金属卤化物可选自卤化锂(Li)、卤化钠(Na)、卤化钾(K)和卤化铯(Cs)，以及它们的组合。在一个具体实施例中，碱金属卤化物包括卤化钠。填充物的一种或多种碱金属卤化物可具有通式AX(其中A选自Li、Na、K和Cs，且X如上所定义和它们的组合)，并可以以本领域技术人员已知的合适浓度存在于填充物中。
当存在时，碱土金属卤化物可选自卤化钙(Ca)、卤化钡(Ba)和卤化锶(Sr)，以及它们的组合。填充物的一种或多种碱土金属卤化物可具有通式MX2，其中M选自Ca、Ba和Sr，且X如上所定义和它们的组合。在一个具体实施例中，碱土金属卤化物包括卤化钙。在另一实施例中，碱土金属卤化物包括卤化锶。碱土金属卤化物可以以本领域技术人员已知的任何合适的浓度存在于填充物中。然而，碱土金属卤化物组分不包括MgX2。据本发明人的理解，MgX2的使用可在灯在标称灯功率处或小于标称灯功率下操作时导致减少的流明维持率，或者可抑制初始灯流明效率。
在一个实施例中，填充物包含：
0.1-1mol％的卤化铊，
68-72mol％的碱金属卤化物，
10-25mol％的碱土金属卤化物，和
2-6mol％的稀土卤化物，
其中所述卤化物组分选择为与前述公开一致。
在一个实施例中，填充物包含：
0.1-1mol％的卤化铊，
0.1-1mol％的卤化铟，
68-72mol％的碱金属卤化物，
10-25mol％的碱土金属卤化物，和
2-6mol％的稀土卤化物，
其中所述卤化物组分选择为与前述公开一致。
在另一实施例中，填充物包含：
0.1-0.9mol％的卤化铊，
0.1-0.9mol％的卤化铟，
68-72mol％的碱金属卤化物，
10-25mol％的碱土金属卤化物，
2-6mol％的稀土卤化物，和
至少1.0mol％的卤化铯，
其中所述卤化物组分选择为与前述公开一致。
用于配料组合物以及颜色参数的所有前述范围可在本发明的灯设计中得以同时满足。出乎意料地，可实现此而不会不利地影响灯可靠性或流明维持率。因此，例如，示例性的灯可显示与改进的色品质(即白光发射)相关的CCT、CRI和色点，且仍然保持符合或优于已知的合意标准的流明输出和灯寿命，同时在小于标称灯操作功率下操作。
如下表2提供了用于产生下图的数据的灯的以摩尔分数计的卤化物配料含量。应注意，根据本发明的灯A包含少于1mol％的碘化铊和碘化铟。也是根据本发明的灯B包含少于1mol％的碘化铊和碘化铟。然而，灯C为包含如下卤化物配料的市售70W Ultra灯：所述卤化物配料具有4.2mol％(远高于所需1mol％上限)的碘化铊含量，且不具有碘化铟。灯D为包含如下卤化物配料的市售150W灯：所述卤化物配料具有4.0mol％(远高于所需1mol％上限)的碘化铊含量，且不具有碘化铟。
表2
Figure BDA0000408312710000161
图2提供了在水平和垂直燃烧位置(burn position)的含有至少4mol％的TlI的常规70W和150W CMH灯(分别为灯Cv、Ch、Dv和Dh)在降低的功率水平下的灯CCT的图。也提供了根据本发明的一个实施例的70W CMH灯(灯B)的数据。提供了灯C和D的数据。在100％标称功率下，所示的所有的灯均显示出约3000°K的CCT，对应于图中的0。随着操作功率降低，常规的灯显示出由750°K至1350°K的增加的CCT。所述CCT的增加与发射颜色向绿色的不利偏移相关。然而，根据本发明的灯显示出在100％操作功率下的灯CCT的+/-250°K内的CCT。这归因于包含少于1mol％的TlI。
图3为显示随着灯的标称(满)功率的百分比而变化的CCT的图，所述灯的填充物示于如上表2中。灯(A)具有包含Ce/Sr/Na和少于1mol％的TlI和InI的配料。灯(B)具有包含Ce/Ca/Na和少于1mol％的TlI和InI的配料。灯C为含有Na/La/T1/Ca的填充物的常规70瓦ultra灯，其中TlI以大于1mol％的水平被包含，且不包含卤化铟。如所示，灯A和B均在55％标称功率下经历至多200°K的CCT偏移。相比之下，常规的灯C在55％标称功率处经历约850°K的CCT偏移，这与灯发射向绿色的色移相关。
图4为显示随着以千小时计的灯寿命而变化的流明维持率(即流明维持率的百分比)的图。显示了灯A-D的流明维持率。可以看出，根据本发明的灯A和B在2500小时之后显示出至少约90％的流明维持率。
表3提供了具有表2中如上所示的配料的灯A、B和C所产生的关于CCT以及其他光度性能参数的数据，所述灯均额定在70W下操作。提供了具有根据灯B的填充物的两个灯的数据，其中一个灯在基准镇流器上操作，另一个灯在电子镇流器上操作。
表3
灯C 灯A 灯B 灯B
电压 94.7 91.8 92.7 88
功率 72 72 72.1 73
流明 6480 6577 6662 6866
LPW 90 91.3 92.4 94
CLR-X 0.4421 0.4181 0.4182 0.4217
CLR-Y 0.4063 0.3808 0.3783 0.3749
CCT 2993 3151 3122 3022
CRI 87.5 86.2 87.6 88
#灯 248 6 5 5
镇流器 基准 基准 基准 电子
陶瓷 70W ultra 70W ultra 70W ultra 70W ultra
表3清楚显示，根据本公开的灯配料(灯A和B)显示出等于或优于常规的灯(灯C)所显示的性能和光度参数，所述常规的灯具有包含多于1mol％的碘化铊且不包含碘化铟的卤化物配料。更重要地，结合上文所示的数据可以看出，根据本公开的灯在表现等于或优于已知的灯的同时，还在调光条件(即在小于标称功率下，甚至低至标称功率的仅50％)下操作时不显示出不利的色移。这样，具有根据本发明的卤化物配料的灯代表相比于目前可得的灯更经济的照明解决方案。
本发明已参照优选实施例进行描述。明显地，通过阅读和理解前述详细描述，其他人将想到修改和改变。本发明旨在被解释为包括所有这种修改和改变。因此，上述说明或附图中所示的所有主题可以仅解释为示出本说明书中的本说明书中所述发明概念的实例，并且不视作限定本发明。

Claims (20)

1.一种灯，其包括： 
放电容器； 
与所述放电容器可操作关联的电极；和 
密封于所述容器内的可电离的填充物，其中所述填充物包含： 
(a)惰性气体， 
(b)汞， 
(c)少于1mol％的卤化铊，和 
(d)另一卤化物组分，所述另一卤化物组分包括： 
(i)碱金属卤化物， 
(ii)碱土金属卤化物，和 
(iii)选自镧和铈和任选的镨、铕、钕和钐以及它们的组合的稀土卤化物中的至少一者。 
2.根据权利要求1所述的灯，其还含有以其卤化物配料计少于1mol％的卤化铟。 
3.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，当所述灯在50％的标称灯功率下操作时，所述灯显示出在100％的标称灯功率下操作时的灯的CCT的+/-250°K内的CCT。 
4.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，当所述灯在50％的标称灯功率下操作时，所述灯显示出在100％的标称灯功率下操作时的灯的CCT的+/-100°K内的CCT。 
5.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯在标称功率下3000小时之后显示出至少约85％的流明维持率。 
6.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯在标称功率下3000小时之后显示出至少约93％的流明维持率。 
7.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，当所述灯在小于标称功率下操作时，所述灯显示出大于或等于90LPW。 
8.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述卤化物组分包括碘化铊、碘化铟、卤化钠、卤化钙或卤化锶二者中的至少一者，以及卤化铈或卤化镧二者中的至少一者。 
9.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，在所述填充物中的所有卤化物为碘化物。 
10.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述填充物的卤化物组分包含： 
0.1-1.0mol％的卤化铊； 
68-72mol％的碱金属卤化物； 
10-25mol％的碱土金属卤化物；和 
2-6mol％的稀土卤化物。 
11.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述填充物的卤化物组分包含： 
0.1-2.0mol％的卤化铊； 
0.1-1.0mol％的卤化铟； 
68-72mol％的碱金属卤化物； 
10-25mol％的碱土金属卤化物；和 
2-6mol％的稀土卤化物。 
12.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述填充物包含： 
0.1-0.9mol％的碘化铊； 
0.1-0.9mol％的碘化铟； 
68-72mol％的卤化钠； 
20-25mol％的卤化钙或卤化锶中的至少一者；和 
3-5mol％的卤化铈或卤化镧中的至少一者。 
13.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯在标称灯功率处操作时显示出至少约86的CRI。 
14.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、NaI、CaI2和LaI3。 
15.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、CaI2和LaI3。 
16.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、SrI2和LaI3。 
17.根据权利要求2所述的灯，其特征在于，所述配料包含惰性气体、Hg、TlI、InI、NaI、CaI2和CeI3。 
18.一种形成灯的方法，其包括： 
提供放电容器； 
将电离填充物密封于所述容器内，其中所述填充物包含： 
(a)惰性气体， 
(b)汞， 
(c)少于1mol％的卤化铊和任选的少于1mol％的卤化铟，和 
(d)另一卤化物组分，所述另一卤化物组分包括： 
(i)碱金属卤化物， 
(ii)碱土金属卤化物，和 
(iii)选自镧和铈和任选的镨、铕、钕和钐以及它们的组合的稀土卤化物中的至少一者；以及 
将电极设置于所述放电容器内以响应施加于其上的电压而使所述填充物通电， 
其特征在于，当所述灯在小于其标称灯功率的50％下操作时，所述灯显示出小于6的MPCD。 
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，相比于在标称功率下操作的同样的灯的CCT，当所述灯在小于其标称灯功率下操作时，灯CCT增加或减少不超过250°K。 
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述灯在小于80%的标称功率下操作时，所述灯显示出相比于标称功率下的3000°K不超过+/-250°K的CCT偏移、至少约86的CRI、至少约90的LPW，和在3000小时的操作内约93%的流明维持率。 
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