TW201126567A - Ceramic gas discharge metal halide lamp with high color temperature - Google Patents

Description

201126567 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈， 且更特定言之係關於利用含有持續電弧放電填充物之多晶 氧化鋁（PCA)陶瓷氣體放電容器之此等燈，該填充物包含 金屬鹵化物鹽之混合物。 【先前技術】 CDM燈通常採用一由一外部玻璃包絡圍繞之PCA陶瓷放 電容器及一密封於該包絡以提供一氣密封閉體之基座。該 放電容器具有一特定形狀以容納高的内部壓力及提供最小 熱梯度。該放電容器含有一填充物，該填充物為一惰性氣 體、一鹽混合物及水銀，其能夠在位於該放電容器之相對 末端之一對放電電極之間維持一電弧放電。該等放電電極 係經由框線連接至該基座，該等框線亦支撐該放電容器。 金屬齒化物之特定組合及其等在鹽混合物中之比例很大 程度上決定燈之特性，例如燈的流明輸出、相關色溫 (CCT)及演色係數（CRI)。 WO 2005/08 8675揭示一種具有高效率及長使用壽命的金 屬鹵化物燈，該金屬鹵化物燈具有在2500K至4500K之範 圍中之一 CCT。該燈具有一化學填充物，該化學填充物為 碘化鈉（Nal)、碘化鉈（ΤΠ)、碘化鈣（Cal2)及選自碘化銃、 埃化紀、換化鑭、碳化鈽、填化镨、埃化此、峨化轼、蛾 化鏑、填化鈥、埃化辑、蛾化鐘、填化镱、填化錦及蛾化 鈥之蛾化物。據稱所揭示的鹽混合物中金屬蛾化物組合對 145683.doc 201126567 需要達到長使用壽命之該放電容器產生低腐蝕。 WO 2005/088675所描述之燈之一缺點在於CCT通常係受 限於一低於4500K之值。由於鹽混合物中存在大量的鹵化 鈉（例如70莫耳百分比），因此更高的CCT係不可能。 美國專利第7,268,495號亦揭示一種陶瓷金屬鹵化物燈， 其具有一在2500K至4500K之範圍中之CCT。該燈具有一化 學填充物，該化學填充物為Nal(至少5莫耳百分比）、T1I、 可為Cal2之鹼金屬鹵化物及一稀土鹵化物。該燈必須具有 至少一鹵化鋇或鹵化鋰，但亦可包含Csl。 美國專利第7,268,495號之燈據稱具有高的效率及良好的 演色，但是如WO 2005/088675之例，CCT係受限於一至多 4500K之值。 【發明内容】 根據本發明之一態樣，一CDM燈包括一PCA放電容器， 該放電容器具有填充物，該填充物為一惰性氣體、水銀及 一金屬函化物鹽混合物，其特徵在於該鹽混合物包括： 至少約62莫耳百分比之碘化鈣（Cal2)，較佳為從約62莫 耳百分比至約95莫耳百分比； 至多約8莫耳百分比之碘化鈽（Cel3)，較佳為從約2莫耳 百分比至約6莫耳百分比； 至多約1 5莫耳百分比之碘化鉋（Csl)，較佳為從約3莫耳 百分比至約15莫耳百分比；及 至多約15莫耳百分比之選自由鋰（Li)、鈉（Na)、銦（In)、 錳（Μη)、鉛（Pb)、镨（Pr)、銪（Eu)、鎵（Ga)及鉈（T1)之鹵化 145683.doc 201126567 物所組成之群組之一或多者，鹵化鈉（Na)之量係低於約5 莫耳百分比，且鹵化鉈（T1)之量係低於約5莫耳百分比。 所描述之金屬_化物鹽組合結合使用一經定型之PCA放 電容器可達成高的相關色溫（CCT)(高於4500K)、高的發光 效率（高於100 Lm/W)、高的演色係數（CRI)(85或更高）及具 有低的最低可辨色差（MPCD)之良好的色彩穩定性；此 外，該金屬鹵化物鹽混合物之特徵為低腐蝕性，其有助於 確保本發明之CDM燈之良好的流明維持及長的使用壽命。 此等燈在園藝應用，以及體育照明、水族館照明及其他 專業照明應用中係特別有用。 【實施方式】 將參考圖1描述本發明之一實施例。 該圖式為略圖，且未按比例繪製。 更具體言之，圖1顯示一中等瓦數（315 W)CDM燈23，該 燈具有一 PC A放電容器12，該放電容器包含圍封一放電空 間20之一中心扁長球體狀部分12a以及一對管狀末端部分 12b及12c。該PCA放電容器12之該中心部分12a具有一形 狀及大小，該形狀及大小係由沿著長軸之一長度L及沿著 短軸之一寬度W所界定，該中心部分係經設計以容納高内 部壓力及提供最小熱梯度，其導致高的流明輸出及長的使 用壽命。 一對放電電極13及14延伸穿過該放電容器12之該等末端 部分12b及12c且由該放電容器12之該等末端部分12b及12c 支撐進入該放電空間20。一外部燈泡狀包絡10圍繞該放電 145683.doc 201126567 容器12及諸放電電極13及14且密封於一基座25，以提供一 氣密封閉體。 具有終端部分21 &及21 b之諸電導線22a及22b分別延伸穿 過基座25且分別經由支撐元件15及支撐框架構件16電連接 至諸放电電極13及14。框架構件16之一延伸部19從包絡1〇 之上端向内延伸至進入一凸部丨丨以提供額外的支撐。一收 氣器17係附接至該框架構件丨6。該放電空間2〇係充滿一惰 性起始氣體、水銀及一化學填充物，該化學填充物為選自 Cal2、Cel3、Csl 之金屬鹵化物鹽與 Li、Na、In、Mn、 Pb ' Pr、Eu、Ga及T1之齒化物之一混合物。

Ce〗3之放射光譜具有極多量之譜線，尤其是在藍色區 域’其促成良好的CRI及高的CCT。CeI3之總莫耳量不應 超過8%，高於8%可能腐蝕PCA壁，其導致易於吸收來自 該放電空間之鹽之一海綿狀結構，其因此縮短燈的壽命。 較佳是將Cel;保持於從約2莫耳百分比至約6莫耳百分比之 範圍内，低於該範圍其對發光之貢獻不足以達成高色溫及 高發光效率，且高於該範圍則PCA腐蝕開始限制長使用壽 命的達成。 在約4莫耳百分比至6莫耳百分比之範圍内，增加Ce“具 有提高發光效率以及燈電壓之效應，但是伴隨沿y軸的色 點偏離黑體輻射曲線。

Csl具有穩定電弧之效應，其防止電弧彎曲及伴隨之 PCA壁腐#，以增長使用壽命而不對放射光譜產生不利影 響。Csl之莫耳量不應超過15%，高於15%則發光效率降至 145683.doc 201126567 =可用：準。較佳將CsI的量保持在約3莫耳百分比至約 、耳百分比之範圍内，低於該範圍則不利於電弧穩定 性。 如美國士利第6,〇31，332號之解釋，Cal2提供良好的放射 屬^及一向功率因子。Cal2亦具有一低PCA腐姓率且因此 種/谷劑以將鹽組合物之莫耳百分率完善至1 〇〇莫 耳百刀比。因此’考慮其他元素之最大莫耳量，Cal2之莫 耳量應高於62%，尤其從約62%至95%，低於該範圍，則 '、他、且刀之莫耳量超過其等最大值，且高於該範圍則其他 組分之莫耳量將低於其等最小值。 鹽組合物可進一步含有小莫耳量之金屬（如u、Na、 In Μη、Pb、pr、Eu、（^或T1) _化物以微調cct及相對 於黑體輻射曲線調整燈之色點。微調添加之莫耳量依據所 選擇之_化物之蒸汽壓力，但應不超過總鹽混合物之15莫 耳百分比，高於15莫耳百分比則PC A腐蝕率使其無法達成 一長的燈壽命。 關於上述鹵化物群組，雖然NaI的存在對於達成一具有 咼CCT之燈而言並非關鍵，但是Nai對於微調cct及調整燈 的色點特別有用’但在任何情況中應保持低於總鹽混合物 之5莫耳百分比，超過5莫耳百分比則其影響阻止所要高色 溫之達成。 特定言之’ NaI的添加偏移沿X軸之色點，其降低色溫。 因此，可將NaI用於抵消如上所述Cel3對色點的效應。 進一步關於上述i化物群組，同樣無需T1I的存在以達 I45683.doc 201126567 成-具有高CCT之燈。然而，由於TiI之放射光 可見光區域中具有約535奈米之強譜線，因而T1I在= CCT及調整燈之色點中亦係有用，但在任何情況中應保持 低於總鹽混合物之5莫耳百分比，高於5莫耳百分比，則 CCT開始向下偏移。此外，對於受關注的商業應用而言， MPCD變得A高’且光變得太綠。此外，η之化學活性可 增強腐钱性，因而危及使用壽命。依據上述考慮，一從約 2莫耳百分比至约3莫耳百分比之範圍之ΤΠ為較佳。狹 而，對於高於测κ之CCT而言，應將TU漠度保持為约ι 莫耳百分比或更少。 範例 電弧管係根據圖式中所顯示之形狀形成。該形狀具有扁 長球體之形式，約18毫米之短軸寬度W及約26毫米之長轴 長度L。主體之壁厚度為約1毫米。球體之末端部分係一體 形成為-中空軸向延伸部’鎮放電電極從中***。該等鎢 電極之間之距離為14毫米。將一劑量之啦添加至電弧管以 及鹽混合物本身。該電弧管係充滿Ar，添加少量Kr85。填 充壓力為75 Torr。亦可將其他惰性氣體，如心、价或該 專氣體之一混合物，用於填充。該等放電電極係緊密地封 閉於電弧管主體之延伸部中。 j-額定功率315 W來製造燈。燈的電壓為約⑽v，其 可错由Hg劑f進行調整。在燈垂直操作1叫時後量測 ^CT、CR]^MPCD之值。該系列燈之化學填充物與其等之 參數—起呈現於表1中。 145683.doc 201126567 鹽組分，莫耳百分比 發光效率 CCT CRI MPCD Csl Nal Til Cel3 Cal2 Ini 4.35 0.00 2.27 4.34 87.17 1.87 107.7 4900 87 48 4.42 0.00 2.31 6.62 84.74 1.90 112.3 4900 86 56 4.37 2.52 2.28 6.54 82.40 1.88 114.1 4700 86 53 4.40 0.00 0.00 5.49 88.85 1.26 107.7 5000 89 22 4.41 0,00 1.15 5.50 87.68 1.26 110.7 5000 87 42 4.35 0.00 1.14 5.43 86.59 2.50 109.4 4800 89 46 4.35 0.00 0.00 5.42 87.74 2.49 106.0 4900 91 29 表1顯示所量測之燈具有從約106 L/W至114 L/W之發光 效率、4700K至5 000K之CCT、從86至91之CRI、從29至56 之MPCD。 已必需地依據有限量之實施例描述本發明。其他實施例 及實施例之變化方案將從此描述中被熟習此項技術者瞭 解，且旨在完全被本發明及附加請求項之範圍涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1展示根據本發明之一實施例具有一金屬ii化物鹽化 學填充物及高色溫之一中等瓦數陶瓷氣體放電金屬鹵化物 (CDM)燈。 【主要元件符號說明】 10 包絡 11 凸部 12 放電容器 12a 中心部分 12b 末端部分 12c 末端部分 13 放電電極 14 放電電極 145683.doc -10- 201126567

15 16 17 19 20 21a 21b 22a 22b 23 25 W 支撐元件 框架構件 收氣器 延伸部 放電空間 終端部分 終端部分 電導線 電導線 陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈 基座 鶴 145683.doc

Claims (1)

1. 201126567 七、申請專利範圍： 1. 一種陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其包括： 一陶瓷放電容器（12),其具有圍封一放電空間（2〇)之 一中心部分（12a)及一對末端部分（12b、12c); 一對放電電極（13、14)，其等延伸穿過該等各自末端 口P刀（12b、12c)進入該放電空間（14); 圍繞s亥放電容器（12)之一外部玻璃包絡（1〇)，及一基 座（25)，該外部玻璃包絡（1〇)係密封於該基座（25)以形成 該放電容器（12)之一氣密封閉體； 該燈之特徵在於，該放電空間（2〇)含有填充物，該填 充物係由h性氣體、水銀及一金屬齒化物鹽混合物所 組成’其特徵在於該鹽混合物包括： 至少約62莫耳百分比之碘化鈣（Cal2); 至多約8莫耳百分比之碘化鈽（Cel3); 至多約1 5莫耳百分比之碘化铯（CsI);及 至多約15莫耳百分比之選自由鋰（Li)、鈉（Na)、銦 (In)、錳（Μη)、鉛（Pb)、镨（Pr)、銪（Eu)、鎵（Ga)及鉈（T1) 之鹵化物所組成之群組之一或多者，鹵化鈉（Na)之量係 低於約5莫耳百分比，且鹵化鉈（Τι)之量係低於約5莫耳 百分比^ 2. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中碘化鈣（CalJ係以從約62莫耳百分比至約95莫耳百分 比之範圍存在》 3. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（(：]〇]^)燈（23)，其 145683.doc 201126567 中碘化鈽（Cel3)係以從約2莫耳百分比至約6莫耳百分比 之範圍存在。 4. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中碘化鉋（Csl)係以從約3莫耳百分比至約15莫耳百分比 之範圍存在。 5. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中碘化鉈（T1I)係以從約2莫耳百分比至約3莫耳百分比之 範圍存在。 6. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中碘化鉈（T1I)係以至多約1莫耳百分比之量存在。 7. 如請求項1之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中該放電容器（12)之該中心部分（12a)之形狀係經設計以 容納高内部壓力及提供最小熱梯度。 8. 如請求項5之陶瓷氣體放電金屬鹵化物（CDM)燈（23)，其 中該放電容器（12)之該中心部分（12a)之形狀為一扁長球 體。 145683.doc