CN103247514B - 陶瓷金属卤化物灯 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种陶瓷金属卤化物灯，其能够在不导致灯效率的实质下降的前提下，改善显色性、尤其是改善特殊显色评价数R9。陶瓷金属卤化物灯在外球内封入有发光管，所述发光管采用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部两端的、贯穿地插着一对电极组件的毛细管，所述发光部中至少封入了碘化铥（TmI₃）、碘化铊（TlI）、碘化钠（NaI）以及碘化钙（CaI₂），此外，还封入了碘化银（AgI），所述碘化银的量的范围是：2≦（AgI/CaI₂）[摩尔比]≦5，0＜（AgI/TlI）[摩尔比]≦10。

Description

陶瓷金属卤化物灯

技术领域

本发明涉及陶瓷金属卤化物灯。

背景技术

作为高亮度放电灯（HID灯），例如有高压水银灯、高压钠灯、金属卤化物灯以及陶瓷金属卤化物灯。HID灯利用电极间的放电来发光。因此，与白炽灯相比，具有光通量大、适合于大规模空间的照明、能效高这样的各种特征。

关于HID灯，在1960年代，开发出了采用金属卤化物的金属卤化物灯，其与荧光水银灯相比，改善了显色性与发光效率。

在金属卤化物灯中，通过将陶瓷作为发光管的材料，与以往的石英相比，与发光管内部的封入物质之间的反应较少，所以可以使用各种发光物质，并且，由于发光管的劣化少从而能够使寿命变长。其结果是，陶瓷金属卤化物灯实现了显色性的改善、光颜色以及光输出的稳定化等光质的提高，从而快速渗透到要求高显色性的店铺照明等领域。

但是，在陶瓷金属卤化物灯中，效率与显色性存在平衡关系，双方难以同时提高。因此，以往的陶瓷金属卤化物灯，即使宣称高显色性和高灯效率，但也被分类为偏重灯效率型或偏重显色性型中的某一种。通常，“灯效率”用lm/W（流明每瓦：每瓦的亮度）表示，“显色性”（颜色的视觉绩效）用平均显色性评价数（颜色的视觉绩效指数）Ra表示。在该情况下，通常，如果灯效率η≧100左右，则评价为偏重灯效率型，如果平均显色性评价数Ra≧80左右则评价为偏重显色性型。

另外，发明人没有发现公开了本申请文件中所公开的如下技术的现有技术文献的存在，本申请文件中所公开的技术是：通过在发光管中追加封入碘化银（AgI）从而实现高效率且高显色性的陶瓷金属卤化物灯。

评价显色性的平均显色评价数Ra是8种基准色No.1～8的平均，为了规定得更详细，规定了特殊显色评价数No.9～15。通常，在HID灯中，与其它原色系的显色相比，No.9（红色）的视觉绩效（特殊显色评价数R9）较差。

发明内容

鉴于上述目的，本发明的陶瓷金属卤化物灯在外球内封入有发光管，其中，所述发光管采用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部两端的、贯穿地插着一对电极组件的毛细管，所述发光部中至少封入了稀土类金属的卤化物、铊的卤化物、钠（Na）的卤化物以及钙（Ca）的卤化物，此外，还封入了银（Ag）的卤化物，该银的卤化物的封入量的范围是：2≦（Ag/Ca）[摩尔比]≦5，0＜（Ag/Tl）[摩尔比]≦10。

此外，在上述陶瓷金属卤化物灯中，所述稀土类金属可以是铥（Tm）、镝（Dy）、钬（Ho）以及铈（Ce）中的任意一种或者两种以上的混合物。

此外，本发明的陶瓷金属卤化物灯在外球内封入有发光管，其中，所述发光管采用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部两端的、贯穿地插着一对电极组件的毛细管，所述发光部中至少封入了碘化铥（TmI₃）、碘化铊（TlI）、碘化钠（NaI）以及碘化钙（CaI₂），此外，还封入了碘化银（AgI），该碘化银的量的范围是：2≦（AgI/CaI₂）[摩尔比]≦5，0＜（AgI/TlI）[摩尔比]≦10。

此外，本发明的陶瓷金属卤化物灯在外球内封入有发光管，其中，所述发光管采用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部两端的、贯穿地插着一对电极组件的毛细管，所述发光部中至少封入了碘化铥（TmI₃）、碘化铊（TlI）、碘化钠（NaI）以及碘化钙（CaI₂），此外，还封入了溴化银（AgBr），该溴化银的量的范围是：2≦（AgBr/CaI₂）[摩尔比]≦5，0＜（AgBr/TlI）[摩尔比]≦10。

此外，在上述陶瓷金属卤化物灯中，进一步地，还可以具有围着所述发光管的发光管保护套。

根据本发明，能够提供一种陶瓷金属卤化物灯，其能够将灯效率的下降抑制在允许范围内，同时改善显色性、尤其是改善特殊显色评价数R9。

附图说明

图1是说明陶瓷金属卤化物灯的结构的图。

图2A是横轴为（AgI/CaI₂）[摩尔比]、纵轴为特殊显色评价数R9的曲线图。

图2B是横轴为（AgI/TlI）[摩尔比]、纵轴为光通量比率[％]的曲线图。

图3是作为发光金属，除了少量的碘化钙以外，还追加并用了碘化银（AgI）时的典型的灯的光谱分布图（以实线示出）。作为比较例，还示出了没有添加碘化银（AgI）的灯的光谱分布图（以虚线示出）。

图4是本实施方式中使用的发光管的局部剖视图。

标号说明

2：外球，2a：中央部，2b：顶部，2c：颈部，3：引线，4：发光管，4a：发光部、粗管部，4b、4c：毛细管，细管部，5：引线，6：灯头，8：安装部，10：灯，14：芯柱管，16：支柱，18：内管、发光管保护套。

具体实施方式

以下，对于本发明所涉及的陶瓷金属卤化物灯的实施方式，参照附图进行详细说明。另外，对于图中相同的要素，赋予相同的参照标号，并省略重复的说明。

[陶瓷金属卤化物灯]

图1是说明陶瓷金属卤化物灯的结构的图，图1（A）是灯的正视图，图1（B）是其侧视图。关于灯10，在外球2的内部，封入有作为发光部的发光管4，发光管保护套（也称为“内管”）18围在发光管的周围。在外球2的端部，接合有E型的灯头6。通过安装部8将发光管4支撑在预定位置并向其供电，所述安装部8将内管18安装在由金属的线材和板组合而成的结构物上。另外，在外球2的内部，可以设置2组（发光管-内管）。

下面对这各个要素进行简单说明。

发光管4是透光性陶瓷制容器，具有中央的发光部（粗管部）4a以及两端的毛细管（细管部）4b、4c这样的形状。1对引线3、5分别穿过这些细管部4b、4c并延伸到发光部4a的区域，形成1对钨（W）制主电极。另外，关于该发光管4的特征以及被封入的发光物质，将在后面进行详细说明。

安装部8以气密地密封着一对导入线的芯柱管（stem tube）14和与一方的导入线连接的支柱16为主要部件而构成，所述支柱16由镀镍铁线等线材或成型为近似长方形的框状的圆棒体构成。

内管18由透明石英玻璃管构成，并且为了防止发光管4破裂时对外球的影响而配设为分别围在发光管4的周围。通过在发光管4的周围设置内管，具有对亮灯中的发光管进行保温这样的效果。因此，与不存在内管的灯相比，能够减小发光管的壁面负荷（灯功率÷发光部内面积）的值，降低发光管破裂的概率。此外，对于壁面负荷比较小的发光管，能够抑制发光管与封入发光物质之间的化学反应速度。不过，在灯10中，内管18的存在不是必须的，也可以没有内管18。

外球2例如由硼硅玻璃等透光性硬质玻璃构成。有透明型和扩散型（不透明型）。外球2构成BT型，该BT型具有最大口径的中央部2a、图中所见下部侧被封堵的顶部2b、以及上部侧的颈部2c。在颈部2c中，具有封闭了芯柱管14的扩口部的封闭部。密封后，通过设置在芯柱管14中的排气管（未图示）对外球2的内部进行排气，然后封入氩气（Ar）、氮气（N₂）等惰性气体、或形成真空气密环境。

以覆盖该封闭部的方式，使用耐热性的粘合剂来接合拧入型灯头6，或者将灯头6旋合并安装到通过模具形成的螺旋状的旋槽中。关于灯10，将灯头6安装到灯座（未图示）上，从电源经由规定的亮灯电路装置进行通电，通过主电极之间的放电来实现持续稳定的亮灯。

[发光物质]

发明人使用这样的灯，进行了改善显色性、尤其是特殊显色评价数R9的研究。所使用的灯的额定输出为100W，相关色温为4200K。

在该类型的发光管的发光部中，作为发光物质，封入了卤化金属、水银以及启动用稀有气体。作为卤化物，至少包含稀土类金属的卤化物、铊的卤化物、钠（Na）的卤化物以及钙（Ca）的卤化物。作为稀土类金属，包含铥（Tm）、镝（Dy）、钬（Ho）以及铈（Ce）中的任意一种或者两种以上的混合物。

表1示出了实验所用的灯的发光部中封入的发光物质。样本No.1是现有的灯，其作为与本实施方式中所公开的灯No.2、3相比较的比较例而示出。

（表1）封入发光部中的发光物质

样本No.1作为卤化金属，封入了碘化铥（TmI₃）、碘化铊（TlI）、碘化钠（NaI）以及碘化钙（CaI₂）。此外，还封入了碘化镝（DyI₃）以及碘化铈（CeI₃）。

对于封入了卤化金属中的碘化铥（TmI₃）、碘化铊（TlI）以及碘化钠（NaI）的Tm-Tl-Na系陶瓷金属卤化物灯，（TmI₃）增加了绿色区域的发光，（TlI）提高了发光效率，碘化钠（NaI）增加了黄色区域的发光而提高了显色性。

此外，作为发光物质，还封入了碘化钙（CaI₂）。碘化钙（CaI₂）用于抑制颜色变化的下降和电弧的波动。同时，碘化钙（CaI₂）具有增加红色区域的发光，提高显色性的效果。但是，当单纯地增加碘化钙（CaI₂）、例如成为全部卤化物的50％摩尔百分比以上时，会降低其它发光物质的发光，导致灯效率η下降。另外，如果为了避免灯效率η下降而减少碘化钙（CaI₂）的封入量，例如使碘化钙（CaI₂）的封入量为全部卤化物的20％以下时，则无法期待增加红色区域的发光。

发明人发现：通过对现有的灯（样本No.1）追加地封入碘化银（AgI），由此在不增加碘化钙（CaI₂）的情况下，增加了红色发光。此处，作为采用碘化银（AgI）的原因，可列举出以下原因：碘化银（AgI）在可见光区域中基本上不存在强峰值，所以不会对灯的光学特性带来大的影响；而且，碘化银（AgI）几乎不会与形成发光管4的多晶氧化铝发生反应，所以没有侵蚀的问题。

（表2）根据表1的样本得到的数据

图2A是横轴为（AgI/CaI₂）[摩尔比]、纵轴为特殊显色评价数R9的曲线图。

如样本No.1～3的数据所示，在碘化银（AgI）相对于碘化钙（CaI₂）的比率[摩尔比]从0增加到6.3时，特殊显色评价数R9从45上升到54后下降到50。当将比现有的灯（样本No.1）的特殊显色评价数R9＝45高+10％以上的R9≧50作为所期望的红色系的特殊显色评价数时，则范围为2≦（AgI/CaI₂）[摩尔比]≦5。换言之，以在现有的灯中封入的碘化钙（CaI₂）的封入量为基准，碘化银（AgI）的封入量处于2×CaI₂≦（AgI）≦5×CaI₂[单位摩尔]的范围内。

关于所担心的其它发光物质的发光下降的问题，即使追加封入了碘化银（AgI）也没有影响。如表2所示，关于样本No.1～3，平均显色评价数固定为Ra＝93没有变化。

此外，作为发光物质，在现有的灯（样本No.1）中，封入了碘化铊（TlI）。碘化铊（TlI）是可以在相对可见度高的535nm处发光，且对光通量值影响最大的物质。

通过在灯中追加地封入碘化银（AgI）来改善显色性，可能导致灯效率η的下降。因此，通过实验求出了此次追加封入的碘化银（AgI）相对于作为对光通量值影响最大的物质的碘化铊（TlI）的比例与灯效率之间关系。图2B是横轴为（AgI/TlI）[摩尔比]、纵轴为光通量比率的曲线图。光通量比率表示以现有的灯（样本No.1）的光通量值111000[Im]为100％时的各灯的光通量值的比例。

通过将碘化银（AgI）相对于碘化铊（TlI）的比率[摩尔比]从0～增加到14，光通量比率下降到94.4%。此处，如果光通量值的变化在±5％以内，则人的眼睛没有不舒适感，实际使用上没有问题。另外，在额定输出100W下，光通量值为111000[lm]的现有灯（样本No.1）的灯效率η＝111（lm/W）的-5％的变化相当于灯效率η＝105（lm/W）。

在光通量的下降不足5%时，范围为0＜（AgI/TlI）[摩尔比]≦10。换言之，以现有的灯中封入的碘化铊（TlI）的封入量为基准，碘化银（AgI）的封入量处于0＜（AgI）≦10×TlI[单位摩尔]的范围内。

图3是作为发光金属除了少量的碘化钙以外还追加并用了碘化银（AgI）时的典型的灯的光谱分布图（以实线示出）。作为比较例，还示出了未添加碘化银（AgI）的灯的光谱分布图（以虚线示出）。此处，追加并用了碘化银（AgI）时的灯是分别满足上述的条件2≦（AgI/CaI₂）[摩尔比]≦5以及0＜（AgI/TlI）[摩尔比]≦10的、（AgI/CaI₂）[摩尔比]＝3.1以及（AgI/TlI）[摩尔比]＝7.1的灯。

参照图3的光谱分布图中○（圆）所包围的部分。从图3的光分布图可以看出，仅添加碘化钙不能增加红色区域的发光强度，但是通过追加并用碘化银，即使碘化钙的封入量是相同的，也能实现630～650nm的区域的发光强度增大且其它波长的发光强度未降低的灯。

[替代例]

（1）在上述实施方式中，说明了以碘化物的形式封入作为卤化金属的银（Ag）的示例，但是，也可以将其替换为作为溴化物的溴化银（AgBr）。由于溴化银（AgBr）在易于电离而离子化这点上具有与碘化银（AgI）相同的性质，因此可以将碘化银（AgI）的一部分或者全部替换为溴化银（AgBr）。在追加并用溴化银（AgBr）的情况下，其量额如下。

2≦（AgBr/CaI₂）[摩尔比]≦5

0＜（AgBr/TlI）[摩尔比]≦10

（2）在上述实施方式中，说明了以碘化物的形式封入发光金属的示例，但是，也可以替换为其它卤化方式。在陶瓷金属卤化物灯中，在基础电压（例如，200～300V）上叠加非常高的脉冲电压（例如，3.7～4.5kV），将其从稳定器（未图示）瞬间施加到发光管的电极之间，进行绝缘破坏，转换为辉光放电，进而，在转换为电弧放电的状态下进行利用，在灯的亮灯中，由于卤化金属基本全部处于电离状态，因而该金属作为发光物质发挥作用。因此，本实施方式所公开的金属卤化物灯的情况如下。

在发光部中，至少封入了稀土类金属的卤化物、铊的卤化物、钠（Na）的卤化物以及钙（Ca）的卤化物，此外，还封入了银（Ag）的卤化物，该银的卤化物的封入量的量额如下。

2≦（Ag/Ca）[摩尔比]≦5

0＜（Ag/Tl）[摩尔比]≦10

（3）发光金属中铥（Tm）可以由其它稀土类金属替代。尤其是，将稀土类金属中铥（Tm）、镝（Dy）、钬（Ho）、铈（Ce）相互替换，或者将它们中的两种以上作为混合物而封入，也能得到几乎同等的效果。

[发光管]

图4是本实施方式中使用的发光管4的局部剖视图。关于该发光管4，在发光部4a的长轴方向两端侧，经由没有折角部的过渡曲面连续形成有一对毛细管4b、4c，其中，所述发光部4a形成为以楕圆的长轴为旋转轴而旋转的大致楕圆形。发光管4是将透光性氧化铝的粉末压缩体进行成型而使发光部4a与毛细管4b、4c一体成型的、所谓单件类型。因此，能够使发光管的壁厚均一地形成。另外，也可以是使发光部4a与毛细管4b、4c以一半的形状成型，并在发光部中央处接合的所谓双件类型的发光管。

例如，关于将发光部和毛细管与分成独立部件（3件或者5件）而进行加工、并在陶瓷烧结时通过烧嵌来进行组装的类型的发光管，为了确保烧嵌时的机械强度，发光部端部的壁厚是中央部的1.5以上。发光管端部远离发光部内的放电部位，且壁厚较厚，所以温度难以上升。为了提高最低温度，必需提高壁面负荷，发光部内的温度差变大。在壁面负荷较高的情况下，发光部的最高温度非常高，在此部位处，与卤化金属之间化学反应剧烈，侵蚀加快，灯寿命缩短。

与此相对，在本实施方式中使用的发光管4中，由于发光管的壁厚均一，所以能够减小壁面负荷，能够在不牺牲灯寿命的前提下，实现高的灯效率、高显色性。

[本实施方式的优点/效果]

通过使用这样的发光管，并且以规定量封入碘化银（AgI），能够将灯效率的下降抑制在允许范围内，同时实现显色性的提高。具体地说，根据本实施方式，能够提供一种金属卤化物灯，其在100W级别的灯中，具有特殊显色评价数R9≧50并且平均显色评价数Ra＞90的高显色性，符合灯效率η＞100的高效率的要求。只要发光管的基本构造相同，即可通过摩尔比换算来决定发光部内的发光物质的组成，此时，在100W级别以外的其它输出的陶瓷金属卤化物灯中，也能够得到相同的结果。

其结果是，能够实现高灯效率并且高显色性的陶瓷金属卤化物灯。

[总结]

以上，对本实施方式的具备外球保护构造的陶瓷金属卤化物灯进行了说明，但是它们仅为示例，并非对本发明的范围进行限制。本领域技术人员对本实施方式进行的容易想到的追加/删减/变更/改良等，均属于本发明的范围内。本发明的技术范围由所附权利要求的记载来决定。

Claims (5)

1.一种陶瓷金属卤化物灯，其在外球内封入有发光管，其中，

关于所述发光管，使用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部的两端的毛细管，在所述毛细管中贯穿地插着一对电极组件，

所述发光部中至少封入了稀土类金属的卤化物、铊的卤化物、钠Na的卤化物以及钙Ca的卤化物，

此外，在不增加碘化钙CaI₂的情况下，追加封入了银Ag的卤化物，该银的卤化物的封入量的范围是：

2≦(Ag/Ca)[摩尔比]≦5，

0＜(Ag/Tl)[摩尔比]≦10。

2.根据权利要求1所述的陶瓷金属卤化物灯，其中，

所述稀土类金属是铥Tm、镝Dy、钬Ho以及铈Ce中的任意一种或者两种以上的混合物。

3.一种陶瓷金属卤化物灯，其在外球内封入有发光管，其中，

关于所述发光管，使用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部的两端的毛细管，在所述毛细管中贯穿地插着一对电极组件，

所述发光部中至少封入了碘化铥TmI₃、碘化铊TlI、碘化钠NaI以及碘化钙CaI₂，

此外，在不增加碘化钙CaI₂的情况下，追加封入了碘化银AgI，该碘化银的量的范围是：

2≦(AgI/CaI₂)[摩尔比]≦5，

0＜(AgI/TlI)[摩尔比]≦10。

4.一种陶瓷金属卤化物灯，其在外球内封入有发光管，其中，

关于所述发光管，使用透光性陶瓷形成了封入有卤化金属、水银以及启动用稀有气体的发光部以及配置在所述发光部的两端的毛细管，在所述毛细管中贯穿地插着一对电极组件，

所述发光部中至少封入了碘化铥TmI₃、碘化铊TlI、碘化钠NaI以及碘化钙CaI₂，

此外，在不增加碘化钙CaI₂的情况下，追加封入了溴化银AgBr，该溴化银的量的范围是：

2≦(AgBr/CaI₂)[摩尔比]≦5，

0＜(AgBr/TlI)[摩尔比]≦10。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的陶瓷金属卤化物灯，其中，

所述陶瓷金属卤化物灯还具有围着所述发光管的发光管保护套。