專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈。

背景技術(shù)：
高壓放電燈、特別是所謂的HID(高強(qiáng)度放電)燈長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)已被公開。它們用于不同的目的，尤其是也用于其中要求較好的色彩重現(xiàn)度和良好的發(fā)光效率的應(yīng)用中。在此，這兩個(gè)量通常是相互作用的，即改善一個(gè)量會(huì)使另一個(gè)量劣化，反之亦然。在一般的照明應(yīng)用中，色彩重現(xiàn)度通常更為重要，例如在道路照明中則情況相反。
此外，高壓放電燈的特征在于，與燈大小或者燈的發(fā)光區(qū)域的大小相比的高功率。
高壓放電燈在此以及在下面僅理解為在放電容器內(nèi)具有電極的燈。存在關(guān)于高壓放電燈的大量的公開文獻(xiàn)以及大量的專利文獻(xiàn)，例如WO99/05699，WO 98/25294以及Born，M.在以下期刊中的著作PlasmaSources Sci.Technol.，11，2002，A55。
在還未公開的DE-Az 10 2006 034 833.8中公開了一種分子輻射占主導(dǎo)地位的高壓放電燈。然而，在非關(guān)鍵地選擇稀土碘化物的情況下，通常出現(xiàn)色彩距離ΔC(P)在功率變化時(shí)的敏感的功率相關(guān)性的問(wèn)題。色彩距離也稱作色度差或者色度偏差。功率與□C＝0的工作點(diǎn)的小偏差導(dǎo)致更大的ΔC值，這些值隨著增加的功率非常陡峭地從正值過(guò)渡到負(fù)值，反之亦然。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種分子輻射占主導(dǎo)地位的高壓放電燈，該高壓放電燈的特征在于在大的功率范圍上的良好的色彩重現(xiàn)度。附加的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)這種燈的盡可能高的效率。
該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)解決。
特別有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明的目的是提出一種在發(fā)光效率和色彩重現(xiàn)度特性的良好整體組合方面改進(jìn)的高壓放電燈，該高壓放電燈的特征特別是在于色彩重現(xiàn)度的恒定性和在大的功率范圍上的低的色度偏差。已表明的是，這可以通過(guò)組合至少兩組的稀土作為填充物的組成部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中第一組具有的特性是，在以預(yù)先給定的功率間隔升高燈的功率P的情況下，色彩距離□C(P)在功率升高時(shí)降低，并且其中第二組具有的特性是，在以該預(yù)先給定的功率間隔升高燈的功率P的情況下，色彩距離□C(P)在功率升高時(shí)增加，使得這兩組的代表物的適當(dāng)組合使在功率升高時(shí)色彩距離□C(P)的接近零的平坦變化過(guò)程。功率的改變一方面可以是由于可調(diào)光這一角度，另一方面可以是由于在燈的較大全體情況下功率的波動(dòng)以及其特性上的分散范圍。
本發(fā)明針對(duì)一種具有放電容器的高壓放電燈，該放電容器包含電極；至少一種稀有氣體作為起動(dòng)氣體；選自Al、In、Mg、Tl、Hg、Zn中的至少一種元素用于電弧轉(zhuǎn)移和放電容器壁加熱；以及至少一種稀土鹵化物用于產(chǎn)生輻射，該高壓放電燈被設(shè)計(jì)為使得所產(chǎn)生的光由分子輻射占主導(dǎo)地位。
優(yōu)選的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明并且同樣在下面更為詳細(xì)進(jìn)行闡述。本發(fā)明在此尤其是也涉及一種照明系統(tǒng)，其包括高壓放電燈與用于其驅(qū)動(dòng)的匹配的電子鎮(zhèn)流器。
如在DE-Az 10 2006 034 833.8中所闡述的那樣，本發(fā)明的基本思想在于在高壓放電燈產(chǎn)生光的情況下以強(qiáng)烈占主導(dǎo)地位的方式來(lái)利用由放電介質(zhì)中的分子產(chǎn)生的輻射。為此目的，設(shè)置有稀土鹵化物用于產(chǎn)生輻射，其中放電等離子體的其他組成部分自然也可以參與產(chǎn)生輻射。
傳統(tǒng)的高壓放電燈由原子輻射占主導(dǎo)地位。分子輻射傳統(tǒng)上以從屬地位出現(xiàn)，并且在此與原子輻射相比具有帶寬更寬的光譜分布，于是可以以輻射來(lái)完全填滿更寬的波長(zhǎng)部分。與此相對(duì)，原子輻射本質(zhì)上是線輻射，然而其中在傳統(tǒng)的燈中通過(guò)多個(gè)線和不同的擴(kuò)展機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度上改進(jìn)線輻射的原則上有限的顯色特性。然而，與分子輻射情況下相比，通常通過(guò)這種機(jī)制產(chǎn)生的部分明顯更小，并且此外原子的線寬以更復(fù)雜的方式與另外的粒子密度固定地相關(guān)，其中影響燈中的粒子密度是極為困難的。
強(qiáng)調(diào)針對(duì)燈的輻射預(yù)算(Strahlungshaushalt)的分子在此同時(shí)具有的作用是，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的吸收特性以及由此實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的熱化(Thermalisierung)。在此，術(shù)語(yǔ)熱化應(yīng)當(dāng)局部地理解。人們談及局部的熱力學(xué)平衡，因?yàn)閷?shí)際上當(dāng)然不存在均勻的溫度分布。
燈具有稀有氣體或者稀有氣體混合物作為起動(dòng)氣體(Startgas)或緩沖氣體，其中稀有氣體Xe、Ar、Kr以及其中特別是Xe是優(yōu)選的。起動(dòng)氣體的典型冷填充分壓在10mbar(毫巴)至15bar(巴)的范圍中，并且優(yōu)選在50mbar至10bar之間，進(jìn)一步優(yōu)選在500mbar至5bar之間，并且特別優(yōu)選的是在500mbar至2bar之間。此外，設(shè)置有電弧轉(zhuǎn)移和容器壁加熱成分，該成分具有選自Al、In、Mg、Tl、Hg、Zn中的至少一種元素。這些元素在此可以作為鹵化物、特別是碘化物或溴化物存在，并且也以該形式被注入，譬如作為AlI3或者TlI注入。起動(dòng)氣體和緩沖氣體負(fù)責(zé)放電的冷起動(dòng)點(diǎn)燃和冷起動(dòng)能力。在充分加熱之后，以化合物或者在Al、Mg、In、Hg和Zn情況下也可能以元素形式存在的電弧轉(zhuǎn)移和容器壁加熱元素蒸發(fā)。在得到的等離子體中相應(yīng)的化學(xué)成分轉(zhuǎn)移電弧。由于變化的等離子體特性，提高了壁溫度，由此至少一種稀土鹵化物過(guò)渡為氣相。該稀土鹵化物優(yōu)選借助選自Tm、Dy、Ce、Ho、Gd中的元素、優(yōu)選選自Tm、Dy的元素、以及特別優(yōu)選借助Tm來(lái)形成。在此，如上所述，優(yōu)選是碘化物或溴化物。一個(gè)例子是TmI3。對(duì)于起動(dòng)過(guò)程重要的成分(即起動(dòng)氣體以及電弧轉(zhuǎn)移和容器壁加熱元素)對(duì)于發(fā)射而言現(xiàn)在可能僅僅起著次要的作用。
與常規(guī)的高壓放電燈不同，現(xiàn)在出現(xiàn)電弧，該電弧由特別是稀土鹵化物的分子輻射占主導(dǎo)地位。特別是考慮一碘化銩TmI，其由注入的三碘化物TmI3形成。
原則上，稀土元素特別是可以作為三碘化物來(lái)注入，它們根據(jù)溫度變?yōu)槎饣锊⑶易詈笞優(yōu)橐坏饣?。?duì)于本發(fā)明特別有效的是臨時(shí)形成的稀土一碘化物或者一般的稀土一鹵化物。
稀土鹵化物的作用并不局限于產(chǎn)生所希望的連續(xù)輻射。它們同時(shí)用于收縮電弧(Bogenkontraktion)，即用于降低收縮區(qū)域中的溫度以及相應(yīng)地改變等離子體的歐姆電阻。
在常規(guī)的高壓放電燈中，傳統(tǒng)上在所謂的電壓形成器(Spannungsbildnern)和光形成器之間進(jìn)行區(qū)分。在本上下文中，添加特殊的電壓形成器并非一定必需，而是肯定從某個(gè)數(shù)量開始也會(huì)起反作用。由于收縮的電弧形式中的溫度廓線的特殊構(gòu)建，包含于放電芯中的物質(zhì)仍舊顯然承擔(dān)了等離子體的合適的電阻形成。特別地，也可以完全或者部分地省去傳統(tǒng)的電壓形成器Hg和Zn，其中本發(fā)明并不局限于沒有Hg或Zn的燈。從環(huán)境視角來(lái)看，可以去除或者至少減少組成成分Hg已經(jīng)形成明顯的優(yōu)點(diǎn)。
組成成分Hg和Zn例如也可以與壁相互作用關(guān)聯(lián)地起到積極作用，或者希望組成成分Hg和Zn用于進(jìn)一步提高燈電壓，并且因此可以包含組成成分Hg和Zn，盡管實(shí)際上可以省去電壓形成器。
為了實(shí)現(xiàn)非常好的輻射效率，常規(guī)上通常使用原子輻射，特別是Tl和Na的原子輻射。使用原子輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率的必要性在本上下文中不僅不必要，而且由于顯色特性(在Tl和Na的情況下尤其是由于不希望的電弧冷卻)也是不希望的。特別地，應(yīng)完全放棄引入Na或者明顯限制引入Na。在大約819nm的紅外中以及Na的其他紅外線的Na輻射會(huì)很大程度上不受阻礙地離開等離子體，因?yàn)榈入x子體在邊界波長(zhǎng)之上、譬如在大約630nm之上通常在光學(xué)上極為稀薄，并且這種Na輻射可冷卻電弧。即使在589nm處的Na諧振線附近的光譜范圍也不能稱為在光學(xué)上稀薄，該輻射也導(dǎo)致中央電弧區(qū)域的不希望的冷卻。由此，電弧中的溫度以不希望的方式降低。
類似的理由也適用于其他在580nm以上的波長(zhǎng)范圍中具有重要的發(fā)射能力的物質(zhì)，特別是K和Ca。組成成分Na、K和Ca于是應(yīng)當(dāng)優(yōu)選最多以如下的量存在這些量與輻射特性不相關(guān)，并且不干擾所提及的分子輻射的主導(dǎo)地位。
根據(jù)本發(fā)明，等離子體應(yīng)在盡可能寬的可見光譜范圍上在光學(xué)上是厚的。這意味著，在輻射從燈出射之前，存在與常規(guī)的高壓放電燈相比的更大程度上的輻射的熱化，其建立了所希望的、對(duì)于類似普朗克光譜分布的近似。普朗克光譜分布對(duì)應(yīng)于理想的黑體輻射器，并且在人的感官知覺中感知為“自然的”。
此外，添加物Na、K和Ca的顯著的輻射貢獻(xiàn)“扭曲”光譜，并且劣化了對(duì)于普朗克光譜特性的近似。然而，在600nm以上的波長(zhǎng)情況下的線原則上幾乎不能避免，因?yàn)樵诖讼⊥聋u化物不再顯著地進(jìn)行吸收，并且也不提供其他的吸收器。
對(duì)于普朗克輻射特性的近似可以借助所謂的色度差ΔC來(lái)計(jì)量。根據(jù)本發(fā)明的燈應(yīng)具有良好的、即小的ΔC值。在使用陶瓷放電容器的情況下，在此可以為了通用照明目的而實(shí)現(xiàn)|ΔC|＜10-2的非常有利的值。
借助根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈，可以實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)光效率，確切地說(shuō)，優(yōu)選超過(guò)90lm/W(流明/瓦)。同時(shí)，顯色特性應(yīng)是良好的，確切地說(shuō)，優(yōu)選具有至少90的顯色指數(shù)Ra。
在個(gè)別情況中，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，上述兩個(gè)目的(顯色特性或發(fā)光效率)之一會(huì)是明顯重要的，譬如在道路照明時(shí)的發(fā)光效率。然而本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選領(lǐng)域是高質(zhì)量的通用照明，其中最終取決于兩個(gè)量。
通過(guò)分子輻射占主導(dǎo)地位在本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展方案中通過(guò)參數(shù)AL來(lái)量化，其在此稱為“原子線部分”。權(quán)利要求12說(shuō)明了該原子線部分AL的確定。該原子線部分優(yōu)選在最高40％左右，更好為35％、30％或者甚至最高為25％，確切地說(shuō)也在石英放電容器的情況下如此。在陶瓷放電容器的情況下，該原子線部分特別優(yōu)選地在最高20％左右，更好為15％并且甚至最高為10％。
在功率變化時(shí)的特別的穩(wěn)定性通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)將多種稀土鹵化物作為分子輻射體而適當(dāng)?shù)亟M合。在此，共同使用兩組稀土鹵化物。第一組具有如下特性功率與ΔC＝0的工作點(diǎn)的小的偏差導(dǎo)致較大的ΔC值，這些值隨著功率增大陡峭地從正值過(guò)渡為負(fù)值。這組的特別合適的代表物是Tm鹵化物，特別是TmJ3。第二組具有如下特性功率與ΔC＝0的工作點(diǎn)的小的偏差導(dǎo)致較大的ΔC值，這些值隨著功率增大陡峭地從負(fù)值過(guò)渡為正值。該組的特別合適的代表物是Dy鹵化物，特別是DyJ3。該組的另一良好合適的代表物是GdJ3，其中特別是除了使用Dy鹵化物之外還可以使用GdJ3。特別良好地合適的是一種混合物，其例如包括第一和第二組的大約相同的摩爾量，特別是第一組25mol-％至75mol-％。特別優(yōu)選的是，第一組的含量為45mol-％至55mol-％。
根據(jù)本發(fā)明的燈的有利的特性尤其是可以結(jié)合電子鎮(zhèn)流器來(lái)利用和優(yōu)化，因此本發(fā)明也涉及一種根據(jù)本發(fā)明的燈連同匹配的電子鎮(zhèn)流器構(gòu)成的照明系統(tǒng)。



圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有陶瓷放電容器的高壓放電燈的示意性截面圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有石英玻璃放電容器的高壓放電燈的示意性截面圖。
圖3示出了帶有根據(jù)圖1和2的燈和電子鎮(zhèn)流器的原理性電路圖。
圖4-6示出了根據(jù)圖1和2的燈的發(fā)射光譜。
圖7示出了光譜上的視覺靈敏度曲線的圖。
圖8示出了與普朗克曲線相比的圖4中的發(fā)射光譜。
圖9以六個(gè)單個(gè)的圖示出了與燈功率相關(guān)的、圖1中的燈的不同的特征值。
圖10至圖11示出了針對(duì)不同的填充物的、作為燈的功率的函數(shù)的色度偏差和色溫。
圖12示出了兩種填充物的發(fā)射光譜。
圖13至圖16示出了針對(duì)一系列稀土的、作為燈的功率的函數(shù)的色度偏差和色溫。
圖17示出了帶有Tm/Dy混合物的高壓放電燈的發(fā)射光譜。
圖18至圖19示出了針對(duì)兩種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燈的發(fā)射光譜。

具體實(shí)施例方式 圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈的示意性截面圖。圖1示出了一種帶有Al2O3陶瓷構(gòu)成的放電容器1的燈。通過(guò)電弧放電而產(chǎn)生的電流由于在放電容器中安裝在兩側(cè)的鎢電極2而變得可能，這些電極通過(guò)穿通系統(tǒng)3引入放電容器中。穿通系統(tǒng)例如由鉬桿構(gòu)成，并且與電極以及與(圖中未示出的)外部饋電裝置焊接。
圖2示出了帶有石英玻璃構(gòu)成的放電容器10的燈。鎢電極2在此與鉬膜13焊接。在該膜的區(qū)域中，石英玻璃放電容器通過(guò)擠壓而密封。此外，鉬膜與相應(yīng)的外部的饋電裝置4焊接。
放電容器的特征尺寸是長(zhǎng)度l、內(nèi)直徑d以及電極距離a，對(duì)此下面還將進(jìn)一步說(shuō)明。
陶瓷放電容器以及石英玻璃放電容器分別引入未示出的、石英玻璃構(gòu)成的外燈泡中，如已知的那樣。外部燈泡被排空。饋電裝置通過(guò)對(duì)外燈泡進(jìn)行密封地封閉的擠壓部從外燈泡向外伸出，并且用于將燈連接到電子鎮(zhèn)流器(EVG)上。該電子鎮(zhèn)流器由電網(wǎng)電壓產(chǎn)生對(duì)于驅(qū)動(dòng)高壓放電燈典型的矩形激勵(lì)，該矩形激勵(lì)在功率為35W至400W的情況下具有典型為100Hz至400Hz的頻率(“交變的直流電壓”)。圖3示出了帶有簡(jiǎn)稱AC的電網(wǎng)電壓、稱為EVG的電子鎮(zhèn)流器和燈的原理性電路圖。
放電容器包含填充物，該填充物具有Xe作為起動(dòng)氣體以及具有AlI3和TlI作為電弧轉(zhuǎn)移和壁加熱元素，以及具有TmI3。
放電容器的特征尺寸和填充量根據(jù)燈的實(shí)施形式而變化。
在表1中列舉了典型的例子A1至A6。所說(shuō)明的Xe壓力是冷填充壓力。所說(shuō)明的碘化物量是添加的絕對(duì)量。也列舉了上面的幾何參數(shù)l、d、a。ΔC的說(shuō)明以千分之一(E-3)標(biāo)出。
優(yōu)選的是，電子鎮(zhèn)流器可以被設(shè)計(jì)為用于激勵(lì)聲學(xué)諧振，其方式是施加頻率范圍譬如在20kHz至60kHz之間的高頻幅度調(diào)制。為了進(jìn)一步闡述，例如參考專利文獻(xiàn)EP-B 0 785 702和其中所給出的參考文獻(xiàn)。以這種形式激勵(lì)聲學(xué)諧振導(dǎo)致等離子體中的放電電弧的主動(dòng)穩(wěn)定，這特別是也與本發(fā)明結(jié)合由于溫度廓線的相對(duì)收縮的形狀而會(huì)是有利的。
表1 以下將進(jìn)一步說(shuō)明表1的最后四列。
首先針對(duì)實(shí)施例A1、A2和A3示出了燈的發(fā)射光譜。在此，也闡述了原子線部分AL的確定。圖4、5和6分別涉及實(shí)施例A1、A2和A3，并且分別示出了圖1或圖2中的燈的、在380nm至780nm之間的可見范圍中的發(fā)射光譜，該發(fā)射光譜是在工作10小時(shí)之后以0.3nm的光譜分辨率用光度球(Ulbricht-Kugel)所測(cè)量到的。垂直軸線以mW/nm示出了光譜功率密度I。
可看出的與分辨率對(duì)應(yīng)地呈尖齒狀的線分別疊加有根據(jù)以下方法確定的曲線，用于確定連續(xù)的背景。特別地，在此參考圖5中的附加的圖形解釋。從測(cè)量得到曲線Im(λ)。在與測(cè)量對(duì)應(yīng)的每個(gè)波長(zhǎng)值λ左右的總寬度為30nm的區(qū)間中，即在相應(yīng)的側(cè)分別有50個(gè)測(cè)量值的區(qū)間中，每個(gè)波長(zhǎng)值與該區(qū)間中的最小值Ih1(λ)關(guān)聯(lián)。由此，給出了平滑的和基本上在所測(cè)量的光譜分布Im(λ)之下延伸的函數(shù)Ih1(λ)。
基于此確定另一函數(shù)Ih2(λ)，其中又圍繞每個(gè)單個(gè)的波長(zhǎng)值使用相同寬度的區(qū)間，即具有一共100個(gè)測(cè)量點(diǎn)的區(qū)間。然而在此情況下分別將函數(shù)Ih1(λ)在這些區(qū)間中的最大值用作函數(shù)值Ih2。形成第二函數(shù)，其略為更加接近所測(cè)量的分布，即在所測(cè)量的分布Im(λ)和具有最小值的函數(shù)Ih1(λ)之間。
基于此確定第三函數(shù)Iu(λ)，其中又在相應(yīng)的波長(zhǎng)值左右30nm的寬度區(qū)間中這次確定Ih2(λ)的平均值。這顯著平滑了曲線Ih2并且在該例子中導(dǎo)致在圖4至6中繪出的平滑線。
在此，基本上涉及一種僅僅模型式的并且較為簡(jiǎn)單的用于確定實(shí)際的連續(xù)背景的方式，而該方式是客觀的并且是可重現(xiàn)的。借助所確定的背景函數(shù)Iu(λ)和所測(cè)量的光譜分布Im(λ)，于是可以如下確定原子線部分AL 在此，人眼的適應(yīng)光亮的靈敏度作為權(quán)重函數(shù)也被一同考慮，并且由此同時(shí)也將積分限制到可見的光譜范圍上。圖7示出了光譜上的視覺靈敏度V(λ)。
為了如所示的那樣以30nm的整個(gè)區(qū)間寬度來(lái)實(shí)施用于確定Ih1(λ)、Ih2(λ)和Iu(λ)的各步驟，在波長(zhǎng)范圍邊緣也需要在380nm之下和在780nm之上的測(cè)量值。
通過(guò)以視覺靈敏度V(λ)的加權(quán)(其中該視覺靈敏度在380nm至780nm的波長(zhǎng)范圍之外等于零)，對(duì)于原子線部分AL的確定而言，僅在380nm至780nm之間實(shí)施測(cè)量就足夠了。在確定Ih1(λ)、Ih2(λ)和Iu(λ)時(shí)，于是在各個(gè)步驟中必要時(shí)將區(qū)間大小限制到測(cè)量值中存在的范圍上。為了確定Ih1(390nm)、Ih2(390nm)和Iu(390nm)的值，例如并不使用與30nm的區(qū)間寬度對(duì)應(yīng)的375nm至405nm的區(qū)間，而是僅僅使用380nm至405nm的區(qū)間。
如例如在圖4中在535nm處可以看到的那樣，由于原子線引起的吸收(在此是535nm處的Tl線)會(huì)導(dǎo)致在連續(xù)的分子輻射中出現(xiàn)深的陷落。陷落出現(xiàn)在窄的波長(zhǎng)范圍中，使得這些陷落并不影響連續(xù)的分子輻射的積極的特性，例如良好的色彩重現(xiàn)度。然而，在測(cè)量Im(λ)時(shí)光譜分辨率越高，則這些陷落越深并且在越大數(shù)量上完全可見。
如果這些陷落比30nm的區(qū)間寬度更密，則以所述方式確定的背景曲線Iu(λ)被錯(cuò)誤地向下拉。為了阻止這一點(diǎn)，在測(cè)量Im(λ)時(shí)光譜分辨率被限制到0.25nm至0.35nm的范圍上。
上邊界取決于如下必要性將分辨率選擇為高到使得原子線可以被完全分辨。
如果以高于0.25nm的光譜分辨率來(lái)測(cè)量，則Im(λ)的測(cè)量必須在確定Ih1(λ)、Ih2(λ)和Iu(λ)之前轉(zhuǎn)換到0.25nm至0.35nm的邊界內(nèi)的光譜分辨率。這例如可以通過(guò)在多個(gè)相鄰的測(cè)量點(diǎn)上求平均值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
直觀來(lái)說(shuō)，原子線部分綜合地描述了測(cè)量曲線的在上面描述的連續(xù)的背景曲線之上的剩余部分。該部分在此整體上計(jì)量相對(duì)于在測(cè)量曲線之下的面積的相對(duì)面積比例。
在該實(shí)施例中，針對(duì)根據(jù)實(shí)施例A1和A2的陶瓷燈，原子線部分為4％，并且針對(duì)根據(jù)實(shí)施例A3的石英燈，原子線部分為12％。由此表明，由于根據(jù)本發(fā)明的在發(fā)射中分子主導(dǎo)地位，所以存在相對(duì)而言非常大的連續(xù)背景，該背景強(qiáng)烈降低了原子線發(fā)射的相對(duì)重要性。
圖8示出了針對(duì)溫度為3320K的黑體輻射器的、圖4中的測(cè)量曲線Im(λ)連同疊加的普朗克曲線(虛線示出)。
可以看出，該光譜至略微在600nm以上的紅色波長(zhǎng)范圍中表現(xiàn)非常類似普朗克曲線。定量來(lái)看，這意味著色度偏差ΔC的大小為3×10-4。在顯色指數(shù)為Ra＝92時(shí)，發(fā)光效率為94lm/W。由此，該實(shí)施例特別適于通用照明。
圖9以六個(gè)單個(gè)的圖示出了用作圖1中的實(shí)施例的燈A1的、取決于分別在水平軸上的燈功率的不同的特征值。從左向右在上部首先看到光通量Φ、顯色指數(shù)Ra、發(fā)光效率η，而在下部從左向右看到燈電壓U和燈電流I(其中下部作為方形示出的點(diǎn)與右邊的電流軸關(guān)聯(lián)，而上部的點(diǎn)與左邊的電壓軸關(guān)聯(lián))以及色度偏差ΔC和最后是最相似的色溫Tn，即色彩最相似的黑體輻射器的溫度?？梢钥闯觯貏e是顯色指數(shù)和色度偏差強(qiáng)烈地與功率相關(guān)，并且在180W的值時(shí)，具有特別好的值。發(fā)光效率在此僅略微劣化。在此不恰當(dāng)?shù)氖敲黠@高于180W。于是可以看出的是，借助本發(fā)明，尤其是在相對(duì)于放電容器大小比較高的功率的情況下可以制造帶有不同尋常地良好的顯色特性的高壓放電燈。
補(bǔ)充地，針對(duì)量“色度偏差ΔC”引用CIE技術(shù)報(bào)告13.3(1995)。它涉及關(guān)于被人感知為“自然”的感官知覺方面的燈的光色的質(zhì)量評(píng)估。色度偏差是燈光譜相對(duì)于5000K的色溫以下的或者該界限之上的目光光譜以下的普朗克輻射特性的近似的度量。存在如下應(yīng)用領(lǐng)域，其中色度偏差的大的值沒有干擾影響，但是為了例如在通用照明中要求更高的照明任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明的燈應(yīng)優(yōu)選具有數(shù)量在10-2以下的色度偏差值，較好的是數(shù)量在5×10-3以下的色度偏差值，更好的是數(shù)量在2×10-3以下的色度偏差值。
在該實(shí)施例中所提及的組成成分在該發(fā)明的教導(dǎo)的范圍中可以被可替選的方案更換，例如Xe也可以非常好地完全或者部分地被Ar或者Kr或者稀有氣體混合物替代。AlI3例如可以被InI3、InI或者被MgI2替代，確切地說(shuō)，也可以完全地或者部分地替代。稀土鹵化物TmI3也可以被替代，特別是被CeI3或者被其他稀土碘化物或者稀土溴化物或者稀土混合物替代。
可以省去組成成分如Hg而形成了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而，這些組成成分也可以一同被包含。已經(jīng)提及的、Na、K和Ca的顯著的輻射貢獻(xiàn)優(yōu)選應(yīng)被完全放棄或者總是被放棄到如下程度使得保持滿足所描述的、分子輻射的主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。
該實(shí)施例包含少量的碘化鉈TlI。Tl由于其在535nm處的諧振線而在傳統(tǒng)上用于提高效率。圖4至6示出了其對(duì)于發(fā)射并沒有顯著的貢獻(xiàn)。TlI的功能在此僅僅在于電弧轉(zhuǎn)移以及附加的電弧穩(wěn)定化。該組成成分應(yīng)當(dāng)被小心地處理，以使得Tl在紅外中同樣具有線并且在那里類似Na、K或者Ca地起作用。
于是，燈中的情況應(yīng)被構(gòu)建為使得原子線發(fā)射在連續(xù)譜的盡可能大的光譜范圍中在可見范圍中并不起主要作用，于是等離子體在該波長(zhǎng)范圍中針對(duì)該輻射基本上在光學(xué)上是厚的，或者該輻射在較小的范圍中被產(chǎn)生。同時(shí)，應(yīng)最大程度地促進(jìn)來(lái)自等離子體中的稀土鹵化物、特別是稀土一價(jià)鹵化物的分子發(fā)射，其方式特別是將由于其中等離子體在光學(xué)上不再足夠厚的光譜范圍中的發(fā)射導(dǎo)致的電弧冷卻最小化。在此實(shí)施例中，該光譜范圍從380nm延伸到大約600nm，并且由此比較大。然而這種大的范圍并非必須如此。
市面上的燈顯示出明顯20％以上的線部分。圖18示出了一個(gè)例子。在此涉及一種燈，其具有類型為HCI-TS WDL 150W的陶瓷放電容器(制造商OSRAM)，該燈在10小時(shí)燃燒持續(xù)時(shí)間之后用光度球進(jìn)行測(cè)量。在此得到35％的原子線部分的值A(chǔ)L。圖10示出了已經(jīng)描述的背景的連續(xù)曲線。
帶有類型為CDM-TD 942 150W的陶瓷放電容器的、具有根據(jù)圖19的光譜分布的另一高壓放電燈(制造商Philips)顯示出37％的AL值。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，以下描述了分子輻射占主導(dǎo)地位的、優(yōu)選無(wú)汞的高壓放電燈的實(shí)現(xiàn)，該高壓放電燈特征在于在大的功率范圍上的良好的效率和色彩重現(xiàn)度。
迄今已經(jīng)表明，單獨(dú)使用例如TmI3作為分子輻射體具有對(duì)色彩距離(Farbabstand)ΔC的比較敏感的功率相關(guān)性。功率與ΔC＝0的工作點(diǎn)的小的偏差導(dǎo)致較大的ΔC的值。這些值隨著增大的功率非常陡峭地從正值過(guò)渡到負(fù)值。在其他稀土情況下也發(fā)現(xiàn)類似的特性。而使用例如DyI3導(dǎo)致ΔC分段地隨著功率增大從負(fù)值過(guò)渡到正值-與TmI3的特性曲線相反的ΔC(P)特性曲線。針對(duì)色溫Tn(P)得到類似的相關(guān)性。在圖12中示例性示出了在所謂的工作點(diǎn)附近(ΔC＜2E-3)的分別包含TmI3或者DyI3的燈的光譜。在圖10和11中示出了ΔC和Tn的特性曲線。工作點(diǎn)的范圍用虛線示出。
圖13至16中示出了其他實(shí)施例。在此分別涉及帶有陶瓷放電容器的、基于帶有1bar的Xe、2mg的AlJ3、0.5mg的TlJ和稀土金屬鹵化物的填充物的高壓放電燈。所示的是稀土金屬CeJ3、PrJ3、NdJ3、GdJ3、DyJ3、TmJ3、YbJ2和HoJ3的特性。圖16表明，作為其中色度偏差ΔC隨著功率增大而減小的第一組的代表物，特別是考慮Tm和Ho，因?yàn)樗鼈兎侄蔚貙?shí)現(xiàn)近似零的ΔC的值或者也分段地具有平坦的斜率。該組的其他代表物在圖15中示出。其特別是涉及Pr、Ce和Nd以及Yb。作為其中色度偏差ΔC隨著功率增大而增大的第二組的代表物，尤其是考慮Dy和Gd，參見圖16，關(guān)聯(lián)的色溫(開爾文為單位)在圖13和14中示出。
涉及HoI3并且也涉及GdI3的具體實(shí)施例在圖10和11中進(jìn)行說(shuō)明。帶有陶瓷放電容器的高壓放電燈具有1bar的Xe、2mg的AlJ3、0.5mg的TlJ和4mg的HoJ3作為填充物(例如菱形)，以及基于具有1bar的Xe、2mg的AlJ3、0.5mg的TlJ和4mg的GdJ3的填充物(例如星形)。所說(shuō)明的分別是ΔC(P)接近零(ΔC的單位為10-3)，參見圖10，以及色溫Tn(單位為K)，參見圖11。兩個(gè)量都作為功率(P)的函數(shù)在50W至300W的范圍中進(jìn)行說(shuō)明。兩種碘化物都在功率變化時(shí)示出了色彩距離ΔC(P)的平坦的分布。在僅僅使用HoJ3時(shí)，色溫作為功率變化的函數(shù)是特別恒定的。
TmI3和DyI3的合適的組合是特別優(yōu)選的，因?yàn)樵摻M合允許在特別高的效率情況下有針對(duì)性地調(diào)節(jié)ΔC和Tn的功率相關(guān)性。一種合適的組合有利地是一種混合物，其包含25Mol.-％至75Mol.-％的TmI3，其余為DyI3。特別優(yōu)選的是，TmI3的含量為45Mol.-％至55Mol.-％。在圖10中關(guān)于色度偏差ΔC以及在圖11中關(guān)于色溫的變化示出了具有1∶1的混合物的一個(gè)具體例子。此外，其中TmI3和HoI3與DyI3一同使用的實(shí)施例給出了良好的結(jié)果。
這兩組分子輻射體的合適組合得到如下光譜該光譜特征在于近似零的ΔC(P)(ΔC＜2E-3)的特別平坦的分布，如圖15和16中可以看出的那樣。可以通過(guò)近似1∶2的功率變化實(shí)現(xiàn)超過(guò)80lm/W的效率、Ra＞＝95的色彩重現(xiàn)度、R9＝74-95的良好的顯紅色性以及大約3500K的色溫Tn，參見圖13至14。圖17示出了帶有Tm/Dy混合物的高壓放電燈的發(fā)射光譜，如具體在圖10和11中所描述的那樣。
針對(duì)該實(shí)施例所使用的圓柱形陶瓷放電容器(參見圖1)的最重要的參數(shù)是內(nèi)直徑(d＝9.1mm)、內(nèi)部長(zhǎng)度(l＝13mm)和電極距離(a＝10mm)。
燈的填充物都包含1bar的Xe(冷填充壓力)、2mg的AlI3和0.5mg的TlI。此外，對(duì)燈還分別添加了4mg的TmI3、4mg的DyI3或者2mg的TmI3+2mg的DyI3作為占主導(dǎo)地位的分子輻射體。替代DyI3或者除了DyI3之外，優(yōu)選可以使用GdI3。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，具有放電容器(1)，該放電容器包含
-電極(2)，
-至少一種稀有氣體作為起動(dòng)氣體，
-選自Al、In、Mg、Tl、Hg、Zn中的至少一種元素，用于電弧轉(zhuǎn)移和放電容器壁加熱；以及
-至少一種稀土鹵化物用于產(chǎn)生輻射，
所述高壓放電燈被設(shè)計(jì)為使得所產(chǎn)生的光由分子輻射占主導(dǎo)地位，其特征在于，來(lái)自第一組稀土鹵化物的至少一個(gè)代表物與來(lái)自第二組稀土鹵化物中的至少一個(gè)代表物一起使用，其中第一組具有如下特性在燈的功率P以預(yù)先給定的功率間隔升高時(shí)，色彩距離ΔC(P)隨功率升高而降低，而其中第二組具有如下特性在燈的功率P以該預(yù)先給定的功率間隔升高時(shí)，色彩距離ΔC(P)隨功率升高而增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其中稀有氣體是選自Xe、Ar、Kr中的至少一種稀有氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓放電燈，其中稀有氣體的冷填充分壓在500毫巴至5巴之間。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中電弧轉(zhuǎn)移和放電容器壁加熱元素是選自Al、In、Mg中的至少一種元素。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中第一稀土鹵化物包含選自Tm、Ho、Ce、Pr、Nd的至少一種元素。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中第二稀土鹵化物包含選自Dy、Gd的至少一種元素。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中在放電容器(1)中不包含與輻射特性關(guān)系重大的量的Na。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中在放電容器(1)中不包含與輻射特性關(guān)系重大的量的CaI2或K。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中放電容器(1)包括陶瓷，并且對(duì)于色度偏差ΔC適用|ΔC|＜10-2。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中對(duì)于發(fā)光效率η適用η＞90流明/瓦。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中對(duì)于顯色指數(shù)Ra適用Ra≥90。
12.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高壓放電燈，其中填充有碘化物或者溴化物形式的電弧轉(zhuǎn)移和放電容器壁加熱元素和/或稀土元素。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中對(duì)于原子線部分AL適用AL≤40％，其中適用以下關(guān)系
其中
V(λ)是人眼的適應(yīng)光亮的視覺靈敏度，
Im(λ)是在測(cè)量中用光度球以0.35nm至0.25nm之間的分辨率所測(cè)量的、或者在更高的測(cè)量分辨率情況下通過(guò)求平均值轉(zhuǎn)換到該范圍中的分辨率的、高壓放電燈的光譜強(qiáng)度分布，其中上述0.35nm至0.25nm之間的分辨率包括邊界值，并且
Iu(λ)是與所測(cè)量的強(qiáng)度分布Im(λ)的連續(xù)背景近似的模型函數(shù)，該模型函數(shù)如下確定
1.借助在相應(yīng)的波長(zhǎng)值左右的寬度為30nm的區(qū)間中存在的Im(λ)的最小值來(lái)確定函數(shù)Ih1(λ)，
2.借助在相應(yīng)的波長(zhǎng)值左右的寬度為30nm的區(qū)間中存在的Ih1(λ)的最大值來(lái)確定另一函數(shù)Ih2(λ)，以及
3.借助在相應(yīng)的波長(zhǎng)值左右的寬度為30nm的區(qū)間中存在的Ih2(λ)的相應(yīng)的算術(shù)平均值來(lái)確定函數(shù)Iu(λ)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高壓放電燈，其中放電容器(1)包括陶瓷并且對(duì)于AL適用AL≤20％。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高壓放電燈，其中放電容器(1)包括石英玻璃并且對(duì)于AL適用AL≤30％。
16.一種照明系統(tǒng)，具有根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的高壓放電燈和用于驅(qū)動(dòng)高壓放電燈的電子鎮(zhèn)流器。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種高壓放電燈，其具有放電容器(1)，該放電容器包含電極(2)；至少一種稀有氣體作為起動(dòng)氣體；選自Al、In、Mg、Tl、Hg、Zn中的至少一種元素，用于電弧轉(zhuǎn)移和放電容器壁加熱；以及至少一種稀土鹵化物，該高壓放電燈設(shè)計(jì)為，使得所產(chǎn)生的光由分子輻射占主導(dǎo)地位。
文檔編號(hào)H01J61/12GK101743611SQ200780053806
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者馬爾科·卡寧, 伯恩哈德·沙爾克, 斯特芬·弗蘭克, 拉爾夫-彼得·梅特林 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆有限公司