具有高顯色性的鈉蒸氣燈的製作方法

2023-05-15 21:12:11

>管壁負荷(W/cm2)32.234.739.549.662.072.3內徑(mm)6.746.35.54.43.53.0一般顯色指數Ra768084868476色溫(K)236025002620266027152750管溫度(℃)108511001120117012001230從上面的表3中可以發現，當管壁負荷大於34.7W/cm2時，在總顯色性指數Ra和色溫中均呈現高顯色性。另一方面，管壁負荷超過62W/cm2會使管溫超過1,200℃，從而多晶氧化鋁和金屬鋁之間的反應速度上升，這是我們所不希望的。對於填充在外泡內的惰性氣體，比如除氮氣以外的氪氣，同樣也表現出使管壁的溫度降低的作用。實施例2本實施例採用與實施例1中相同的結構，它包括由透光的多晶氧化鋁製成的放電管1，其尺寸例如為內徑5.5mm，外徑6.9mm，總長34mm。通過由如氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鍶(SrO)和氧化鈣(CaO)製成的熔接物4和5，將由鈮(Nb)和1％鋯(Zr)製成的導電體2和3密封固定在放電管1上。電極6和7在放電管1內側裝在導電體2和3的端部，並且儘管圖中未示出，還塗上如氧化釔(Y2O3)，隨後在燒結在電極6和7上作為發射體。電極6和7相互隔開如22mm。因此，製得的放電管具有如39.5W/cm2的管壁負荷，以及在如4×104Pa(25℃)下區域封裝如3mg的金屬鈉附著物8和氪氣(未圖示)。上述放電管1保持在外泡9內，外泡9由如直徑為40mm的硬玻璃製成，氮氣封裝在該外泡9內，處在如2.7×104Pa(25℃)下。附件10沿著放電管1的外壁，幾乎位於二電極6和7之間，作為施加電壓後易於使燈啟動的結構。此外，還配備有如鋯-鋁(Zr-Al)吸氣劑，用來吸收外殼9中的氫氣，從而抑制啟動電壓的上升，燈座12配置在外殼9的一端。當用具有觸發極的扼流圈型鎮流器使燈功率為150W的燈工作時，燈的效率為581m/W，色溫為2,520K，這樣高的顯色性在一般顯色指數Ra中為85，其色坐標為+0.001，這目前幾乎處在黑體軌跡上，並且光色調不會變綠。按照實施例2的技術參數製造了十盞燈，用這十盞燈在5.5小時處在點燃ON狀態而0.5小時處在點燃OFF的ON/OFF循環下進行點燃實驗。即使在12,000小時總點燃時間以後，燈仍然能夠點燃，而不會熄滅，並且在點燃期間，平均在十盞燈中燈電壓上升4.1V，最高達6.8V。其次，對燈進行另一項實驗，即，分別使放電管的內徑恆定為5.5mm，而電極間的距離為22mm，並且按下面表4那樣，使封入的氪氣氣壓具有不同的六種大小，從而測量各燈內產生的效果。在外泡9內，使氮氣在約2.7×104Pa(25℃)下封入。由實驗發現，採用低於2.5×104Pa的氪氣體時，氪氣體不足以起緩衝氣體的作用，從而一般顯色指數Ra或光學特徵(如色溫)變壞。另外，與黑體軌跡的色坐標偏差低於±0.002。另一方面，當氪氣氣壓超過5.3×104Pa時，一般顯色指數Ra降低到80以下，但與此相反，飽和增大，並且可以增大被照明的物體的色度。表4然後，製造供實驗用的燈，使用多晶氧化鋁製成的透光放電管的內徑恆定為5.5mm，但改變電極之間的距離，即管壁的負荷，如下面的表5所示。氪氣體為4×104Pa，且鈉為3mg。同時，在外泡9中充入2.7×104(25℃)的氮氣。表5從表5中的結果可以發現，當管壁負荷大於36.1W/cm2時，在一般顯色指數Ra和色溫中均表現出高顯色性。另一方面還發現，當管壁負荷超過54.3W/cm2時，管壁溫度超過1,200℃，從而構成放電管的多晶氧化鋁和金屬鈉之間的反應速度加快，因而這是我們所不希望的。另外，還製造了這樣的燈，使由透光多晶氧化鋁製成的放電管的電極之間的距離為22mm，但改變管的內徑，即管壁負荷如下面的表6所示。氙為4×104Pa，而鈉為3mg。在直徑為40mm的外泡中，充入2.7×104(25℃)的氮氣。表6從上表中可以發現，當管壁負荷超過54.3W/cm時，管壁的溫度超過1200℃，從而多晶氧化鋁和用作放電管材料的金屬鈉之間的反應速度上升，這是我們所不希望的。對於充入外泡中的惰性氣體，如氪氣而非氮氣同樣也具有使放電管的表面溫度降低的效果。實施例3本實施例採用與上述實施例1相同的結構，包括一個放電管12，該放電管是用透光的多晶氧化鋁製成的，而其尺寸為，例如，內徑5.5mm，外徑6.9mm，總長34mm。在放電管1的兩端，把導電體2和3通過熔接物4和5密封地固定在放電管上，導電體例如由鈮(Nb)和1％的鋯(Zr)製成，熔接物例如由氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鍶(SrO)和氧化鈣(CaO)製成。電極6和7裝在導電體2和3在放電管內側的頂端，並且，雖未畫出，例如用氧化釔(Y2O3)塗覆然後燒結在電極6和7上作為發射體。電極6和7例如互相隔開22mm。這樣，做出的放電管1具有例如39.5W/cm2的管壁負荷，並且例如在4×104Pa(25℃)下把例如3mg的金屬鈉附著物8和氬氣(未示出)區域封入放電管內。把上述放電管1固定在一外泡9中，該外泡例如用硬玻璃製成，直徑為40mm，並且例如把氮氣在2.7×104Pa(25℃)下封入此外泡9中。沿放電管的外周壁設有附件10，它大致位於兩個電極6和7之間，作為一種施加電壓後使燈泡比較容易啟動的裝置。此外，設有例如由鋯-鋁(Zr-Al)做成的吸氣劑11用於吸收外泡9中的氫氣以抑制啟動電壓的升高，還在外泡9的一端設有燈座12。當實施例3的這種燈用一包括一觸發極的扼流圈型鎮流器以150W的燈瓦數工作時，該燈顯示出燈效率為54lm/W，色溫2，520K，以及在一般顯色指數中它具有高達85的顯色性，它的色坐標幾乎在黑體軌跡上，並且光色調不變綠。製造了10盞實施例3的燈並對它們作了點燃實驗，在一個接通/斷開(ON/OFF)循環中，點燃ON為5.5小時，而點燃OFF為0.5小時。即使經過了12,000小時的總點燃時間，它們仍然都能被點燃而不熄滅，並且當點燃時，在燈電壓升高方面得到的改善對於十盞燈的平均而言為3.9V，最大為6.1V。接下來，用這些燈作另一個實驗，在此實驗中，使放電管的內直徑電極間的距離保持恆定，分別為5.5mm和22mm，而封入的氙氣的氣壓分別改變為如下面的表7所示的六種不同的大小，以便測量在各盞燈中出現的效果。把氮氣在2.7×104Pa(25℃)下封入外泡9中。已經發現，當氬氣氣壓小於3.3×104Pa時，氬氣不足以起緩衝氣體的作用，因而一般顯色指數Ra或諸如色溫等光學特性變壞。此外，色坐標與黑體軌跡的偏差小於±0.0002。另一方面，當氬氣的氣壓超過5.3×104Pa時，一般顯色指數Ra低得小於81，但相反地卻使飽和較高而增大被照明物體的色度。接下來，製造用於試驗的燈，把用透光多晶氧化鋁製成的放電管的內直徑總是保持在5.5mm，而改變電極間的距離，即管壁負荷，如下面的表8所示。使氬氣為4×104Pa而鈉為3mg。同時將2.7×104Pa(25℃)的氮氣充入外泡。表7表8從示於表8的結果可以發現，當管壁負荷大於39.5W/cm2時，在一般顯色指數Ra和色溫方面都呈現高的顯色性。另一方面，還可以發現，當管壁負荷超過55.7W/cm2時，管壁溫度超過1,200℃，由此在構成放電管的材料的多晶氧化鋁和金屬鈉之間的反應速率升高，因而不可取。此外，為作試驗而製作了燈，使得在用透光的多晶氧化鋁做的放電管的電極之間的距離為22mm，而改變放電管的內徑，即管壁負荷，如表9所示。使氬氣為4×104Pa而鈉為3mg。充在直徑為40mm的外泡中的氮氣為2.7×104Pa(25℃)。表9如表9所示可以發現，當管壁負荷大於39.5W/cm2時，在一般顯色指數和色溫方面都呈現高的顯色性。當管壁負荷超過55.7W/cm2時，管壁溫度超過1,200℃，由此在構成放電管的材料的多晶氧化鋁和金屬鈉之間的反應速率升高，因而不可取。對於要充入外泡的惰性氣體，諸如除氮氣之外的氪氣，也顯示出降低放電管表面溫度的效果。實施例4參看圖2，它示出按照本發明實施例4和實施例5的高壓鈉蒸氣燈的基本結構。參看同一圖首先對實施例4作說明。此高壓鈉蒸氣燈包括放電管1；用於容納放電管1的外泡9；在外泡一端設有的燈座12；用於在外泡9內固定放電管1支撐杆15；以及在放電管1兩端與導電體2和3端部電連接的電極6和7。說得更詳細些，放電管1做成大體呈圓柱形的形狀，並且例如用耐鹼透明材料製成，耐鹼透明材料有透光陶瓷(例如多晶氧化鋁或多晶釔)、單晶氧化鋁等。放電管的尺寸為，例如，內徑6mm，外徑7.4mm，而總長為60mm。在放電管1的兩端，將導電體2和3插入放電管兩端的開口，並通過熔接物4和5密封地固定至放電管的端部，導電體是用例如鈮(Nb)和1％的鋯(Zr)製成的，而熔接物是用例如氧化鋁(AlwO3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鍶(SrO)和氧化鈣(CaO)製成的。固定在放電管1兩端的電極6和7之間的距離d為40mm，並且，例如，用氧化釔(Y2O3)覆蓋然後燒結在電極6和7上作為發射體。密封在作為放電管1的內空間的放電空間內的是，例如，5mg金屬鈉和在溫度為35℃時氣壓為4×104Pa的氙氣。用硬玻璃製成的外泡例如做成直徑40mm。在大體上為圓柱形、用來裝入放電管1的空間中，有連至外泡一端的燈座12的一對導電支撐杆15和15A，用它們來支撐放電管1。鋇吸氣劑13用來從管中抽空內空間的空氣以使它保持高真空。沿放電管1的外壁，大約在兩個電極6和7之間，把一附件10連至支撐杆15和15A之一，以向它施加一預定的電位來改善燈的啟動。附件10在其一端通過雙金屬14連至支撐杆15，從而防止附件10在燈工作時與放電管1的外壁接觸。當如此構造的高壓鈉蒸氣燈用一包含一觸發極的扼流圈型鎮流器以燈瓦數(燈功率)150W工作時，該燈顯示出這樣一些良好的照明特性，例如燈效率η為56lm/w，色溫為2,570K，並有一般顯色指數Ra達85的高顯色性。此時，假設在工作時的燈電壓用V(V)表示，放電管1的內徑用φ(mm)表示，電極6和7之間的距離用d(mm)表示，則滿足V/d＝2.0和w/φ＝25的關係。製造了二十盞具有相同結構的高壓鈉蒸氣燈，並用一包含一觸發極的扼流圈型鎮流器對它們進行點燃實驗，其ON/OFF循環的點燃ON為5.5小時而點燃OFF為0.5小時。即使總點燃時間過了12,000小時，它們仍然能夠點燃而沒有熄滅也沒有移向粉紅色一側，並且點燃時燈電壓升高也獲得改善，對於20盞燈平均為3.6V，最大為8.9V。類似地，對一些燈作另一實驗，其中，放電管內徑φ和電極之間的距離d保持恆定，分別為6mm和40mm，而使封入的氙氣氣壓在2.3×104Pa至5.3×104Pa之間改變，取下面的表10所示的五個值，從而當V/d＝2.0和W/φ＝25時測量一般顯色指數Ra和色溫，以測量在各盞燈中的效果。表10由上表所示的結果可以發現，當示於實施例4的氙氣氣壓為2.5×104Pa時，呈現出一般顯色指數Ra為80以及色溫為2430K的良好光學特性，但如同在比較例1當氣壓小於2.5×104Pa時，氙氣不足以起緩衝氣體的作用，從而使一般顯色指數Ra和色溫的光學特性變壞。由於這個原因，把封入的氙氣氣壓設置得超過2.5×104Pa。為試驗製作燈，使放電管1的氙氣壓力保持恆定為2.5×104Pa，而改變放電管1的內直徑φ(mm)和兩電極6和7之間的距離d(mm)。然後對製造好的燈作點燃評價，其做法是改變加至燈的電壓(燈電壓)V(V)和鎮流器的阻抗，這些測量結果示於表11。表11即，在使封入的氙氣氣壓保持為4×104Pa的條件下，當V/d幫W/φ增加時，色溫單調增加，另一方面，當V/d和W/φ增加時，一般顯色指數Ra增加至86，而當V/d和W/φ再增加時，Ra的值從86下跌，相反飽和增加。當V/d和W/φ增加時，燈效率單調減小。從上述結果可以發現，當作出調節，以滿足得出的兩個公式(1)和(2)時，可以獲得具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，它呈現出良好的光學特性，諸如一般顯色指數Ra大於80，燈效率η高於50lm/w，而色溫高於2,400K。2.0≤V/d≤2.7……(1)20≤W/φ≤28……(2)採用上述結構，按照本實施例，當在溫度25℃充入放電管的1的氙氣氣壓大於2.5×104Pa，而滿足得出的公式(1)和(2)，這裡V(V)表示點燃時的燈電壓，φ(mm)表示放電管1的內直徑，而d(mm)表示兩電極間的距離，可以獲得一種高壓鈉蒸氣燈，它具有類似於白熾燈光色的高暖顯色性。2.0≤V/d≤2.7……(1)20≤W/φ≤28……(2)此外，因為可以把放電管1的內徑做得相當小，這就可以不需要提供一種絕熱材料來升高放電管1的最冷溫度點，這就使燈的結構變得簡單，因而可以較低的成本製造具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈。實施例5接下來，如在實施例4中那樣，參看圖2詳細敘述本發明的實施例5。本實施例的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈在結構上與前面的實施例4的相同，所不同的是在放電管1內部，除了鈉和氙氣之外，還封入了很少量的汞。說得更詳細些，這樣來構造具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，從而在類似於實施例4規定的放電管1的內部空間(作為具有內體積1.5cm3的放電空間)封入0.7mg的汞以及5mg的金屬鈉和氣壓為4×104Pa溫度為25℃的氙氣，把放電管1放在類似於實施例4的外泡中。當如此構造的高壓鈉蒸氣燈用一包括一觸發極的扼流圈型鎮流器以150W的燈瓦數(燈功率)工作時，得到如此高的顯色性，其燈效率為54lm/w，色溫為2,500K，而一般顯色指數Ra為86，色坐標在黑體軌跡上，這樣，光色調不變綠。這時，假設點燃時燈電壓用V(V)表示，放電管1的內直徑用φ(mm)表示，電極6和7之間的距離用d(mm)表示，則適合V/d＝2.5以及W/φ＝25的關係。製作了20盞具有相同結構的高壓鈉蒸氣燈，並對它們作了點燃實驗，在一個ON/OFF循環中，點燃ON為5.5小時，而點燃OFF為0.5小時。即使經過了12,000小時的總點燃時間，它們仍然能被點燃而沒有移向帶有粉紅色一側和不熄滅，並且當點燃時，在燈電壓的升高方面獲得良好結果，對二十盞燈平均為4.1V，最大為10.4V。類似地，用這些燈作另一實驗，在該實驗中，使放電管的內徑φ以及電極間的距離d分別保持為6mm和40mm不變(V/d＝2.5，W/φ＝25)，但被封入的氙氣氣壓將取從2.3×104Pa至5.3×104Pa的五個不同的值，如下面的表12所示，從而測量對各盞燈內的光學特性的影響。使汞為0.7mg不變，而金屬鈉為5mg。已經發現，當氙氣氣壓低於2.5×104Pa時，該氣體不足以起緩衝氣體的作用，其結果是，諸如一般顯色指數Ra或色溫等光學特性變壞。色坐標對黑體軌跡的偏離在±0.002之內。表12上述結果與實施例4的結果相似，即，當氙氣氣壓為2.5×104Pa時，可以得到諸如一般顯色指數為80以及色溫為2430K的良好的光學特性。而在本實施例中，色坐標對黑體軌跡的偏差在±0.002之內，光色調未見絲毫變綠。製造出燈作實驗，使氙氣氣壓為4×104Pa(25℃)不變，而改變放電管1的內直徑φ(mm)和電極6和7之間的距離d(mm)。把製造出來的燈通過改變要施加至燈的電壓(燈電壓)V(V)和鎮流器的阻抗作評價實驗，這些測量的結果如下面的表13所示。即使在使被封入的氙氣氣體在25℃溫度下為4×104Pa不變以及封入汞的條件下，當滿足公式(1)和(2)時，能夠得到具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其光學特性為一般顯色指數Ra為80或更大，燈效率η為45lm/w或更高，而色溫為2,400K或更高。2.0≤V/d≤2.7……(1)20≤W/φ≤28……(2)此時，色坐標的偏離在±0.002之內。表13此外，採用類似的放電管1(具有1.5cm3的內體積)，並用以測量色坐標對黑體軌跡的偏離，其做法是使氙氣氣壓為4×104Pa不變，在0mg～1.5mg(0.8mg/cm3)範圍內改變要封入的汞的數量。測量結果示於下面的表14。表14從上述表的結果可以發現，只要汞的數量高於0.45mg和低於1.2mg，即，對於放電管單位體積(1cm3)高於0.3mg和低於0.8mg，則色坐標對於黑體軌跡的偏離在±0.002之內。在本實施的結構如上所述的高壓鈉蒸氣燈中，除了上述實施例4的效果外，即使當工作時金屬鈉與放電管的材料發生反應和反應消失，汞對鈉的比值的改變也很小，這是由於封入的汞的數量很少的緣故，從而光色調不會變粉紅。並且色坐標對黑體軌跡的偏離在±0.002之內。結果可以防止光色調變綠，因而可以獲得一種高壓鈉蒸氣燈，它具有類似於白熾燈光色的高暖顯色性。雖然在以前的實施例中被封入的氙氣的氣壓的最大值為5.4×104Pa，但本實施例不限於特定的例子。例如，當採用E26或E39型燈座時，從其擊穿電壓的觀點來看，氙氣氣壓最好設置在大約2.5×104Pa至大約6.6×104Pa。這是因為氙氣氣壓越高，啟動電壓也越高，而當啟動電壓增加並超過5000V時，通常的E26或E39型燈座將不足以承受此電壓。當如一種在兩端都有基座的燈座那樣擊穿電壓變得不重要時，可將氙氣氣壓設置在高於5000V的水平上。權利要求1.一種具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，把稀有氣體和金屬鈉封入透光的放電管內，放電管的兩端具有電極，所述被封入的稀有氣體的壓力設置在預定值或某一更高的值上，從而一般顯色指數Ra為80或以上。2.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，所述色溫設定在2400K或以上。3.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氙氣體時，氣體的封裝壓力設定在2.5×104Pa以上和5.3×104Pa以下。4.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氪氣體時，氣體的封入壓力設定在3×104Pa以上和5.3×104Pa以下。5.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氬氣體時，氣體的封入壓力設定在3.3×104Pa以上和5.3×104Pa以下。6.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，所述放電管的管壁負荷設定在一預定值，並且放電管的管壁溫度設定在12000℃或以下。7.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，色彩溫度設定在2400K或以上，所述放電管的管壁負荷設定在一預定值，從而將放電管的管壁溫度設定在12000℃或以下。8.如權利要求6或7所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氙氣時，氣體的封入壓力設定在2.5×104Pa以上和5.3×104Pa以下，並且所述放電管的管壁負荷設定在34.7W/cm2以上和62W/cm2。9.如權利要求6或7所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氪氣體時，氣體的封裝壓力設定在3×104Pa以上和5.3×104Pa以下，並且所述放電管的管壁負荷設定在36.1W/cm2以上和54.3W/cm2以下。10.如權利要求6或7所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，當所述稀有氣體是氬氣時，氣體的封入壓力設定在3.3×104Pa以上和5.3×104Pa以下，並且所述放電管的管壁負荷設定在39.5W/cm2以上和55.7W/cm2以下。11.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，所述燈具有一個由放電管和外泡構成的雙層結構，在所述外泡之內封入惰性氣體。12.如權利要求1所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，所述燈具有一個由放電管和外泡構成的雙層結構，在所述外泡之內封入惰性氣體，並且滿足下述關係2.0≤V/d≤2.7和20≤W/φ≤28。13.如權利要求12所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，其中封有大於0.3mg但小於0.8mg的汞。14.如權利要求12所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，其中封入的汞產生的黑體軌跡之間的色坐標的偏離在±0.002範圍內。15.如權利要求11所述的具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，其特徵在於，封入所述外泡內的所述惰性氣體包含氮氣或氪氣中的一種或兩種。全文摘要具有高顯色性的高壓鈉蒸氣燈，它包括呈圓柱形的透光材料做的在軸的兩端密封的放電管；一對位於管內部軸兩端的電極和與鈉蒸氣一起封入管內處在至少2.5×10文檔編號H01J61/82GK1164123SQ97102339公開日1997年11月5日申請日期1997年1月22日優先權日1996年1月22日發明者齋藤直樹,岡田淳典,住友卓,西岡浩二申請人:松下電工株式會社