專利名稱：高壓鈉放電燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓鈉放電燈，它包括一個連接同著間隔空間一齊封入一個外殼中、并具有一層陶瓷壁的放電容器，該放電容器的兩個電極的相應尖端以距離D分隔開，至少在整個距離D范圍，放電容器有著內徑為di、基本上是圓形的橫截面，上述間隔空間中充氣，此放電燈在額定工作條件下發出色溫Tc至少為2500°K的白光。
DE-OS3129329中描述了上述的這種類型的燈。這種已知的燈在工作條件下發出白光，并有著較高的發光效率。該燈所發出的光的現色性用一般的現色性指數Ra來表示，在某些條件下此指數大于80。在現色性指數Ra≥80的情況下，就可用它來替代白熾燈。然而，為實現這種替代，就希望色溫顯著地高于2500°K，因為白熾燈的色溫在2600°K到4000°K之間。通過這些有著下述(X;Y)座標的點的直線構成了一個色三角區(0，400;0，430)、(0，510;0，430)、(0，485;0，390)和(0，400;0，360)。通常，如果高壓鈉燈發出的光落在這個區域內，就能把這種光看作“白”光。在這種情況下，色溫處于大約2300°K到4000°K之間。通過比較應當注意到，標準高壓鈉放電燈發出的金黃色光的Tc＜2200°K而Ra＜50。然而，這種燈的發光效率遠高于有著相同額定功率的上述已知的燈的發光效率。
這種已知的燈有著高的額定功率，即大約400瓦或更高，因而有著較高的光通量。因此這種燈僅用作為大范圍照明，比如公共照明。高壓鈉放電燈發出的光有著十分良好的色性能(Tc＞2500°K、Ra＞80)，并且是如此適合于替代白熾燈，使它可能十分適合于室內照明用，比如強光照明。這要求燈的尺寸相對要小。對于在比如說汽車前燈這樣的應用場合，也要求光的色性能十分好。在此也希望燈的尺寸相對小。對于這些場合，希望燈具有相對低的光通量和相對小的尺寸。于是，對于已知燈的多種應用，要求燈有相對低的額定功率和相對小的尺寸。為此，在許多情況下要求色溫至少為2800°K而有著盡可能最高的現色性指數。然而，在已知的燈中，額定功率低于400瓦會造成色溫相當大的跌落，下降到2200°K以下，并且現色性指數遠低于50。事實上，這種已知的燈已是一種標準的高壓鈉放電燈，而“白”光已絕對談不上了。
在1988年夏季的IES雜志第105到117頁中的一篇文章描述了一種具有相對低的額定功率的高壓鈉放電燈，它在額定工作條件下發出Tc為2500°K而Ra大約為80的白光。發光效率僅在40流明/瓦以下。色溫增高而Ra仍保持在至少為80僅可能靠過載來實現，也就是說，通過使加到燈上的功率增加到超過額定功率才能實現。然而，這樣就一方面造成了發光效率的急劇跌落和另一方面使放電容器的壁急劇溫升，達到不希望有的程度。在過載條件下，在2700°K的色溫時達到最大的Ra值。當色溫進一步升高時，現色性再一次變壞。
本發明的目的特別在于提供一種裝置，使得燈具有相對低的額定功率和相對小的尺寸，該燈在額定工作條件下發出的光具有至少為2800°K的色溫、現色性指數在80以上，而且具有較高的發光效率。
根據本發明，這個目標的實現是通過使第一段中描述的這種類型燈具有發下特點在燈的額定工作條件下，放電容器的陶瓷壁的壁負載至少為80瓦/厘米2。
由于本發明的裝置，有可能得到一種高壓鈉燈，它在額定工作條件之下的一個較低的功率時也能發出白光，其色溫至少為2800°K、而現色性指數Ra大于80。對于、額定功率高達100瓦的燈能實現至少為40流明/瓦的發光效率，而對于額定功率100瓦或更高的燈，至少為45流明/瓦的發光效率是有可能的。高的壁負載意味意能容易地制成尺寸相對小的燈。
應當注意到，在本說明和權利要求書中的“壁負載”規定為以瓦計的額定燈率與放電容器在整個距離D范圍的壁內表面積之比。
高壓鈉放電燈發出的光的頻譜的特點在于，它有一個近于589nm的吸收帶，在吸收帶每一邊有著間距為△λ的譜線最大值邊緣。如果發出的光的現色性指數Ra在80以上，此間距△λ在大約40到大約55nm之間。已經知道，進一步展寬吸收帶，使得間距△λ進一步增大，有可能使發出的光的色溫Tc進一步增高。然而，這會對現色性和發光效率產生不利影響。此外，在放電容器內徑保持不變時展寬吸收帶會使放電容器中的鈉蒸汽壓上升。
由文獻(IES雜志，1984年7月，pp.341-349)已知，能夠設計出一種高壓鈉放電燈，其發出的光的色溫Tc在2800°K以上。這種上升是通過展寬吸收帶實現的。這種Tc的上升必然會導致Ra和發光效率的降低。
與此相關聯而要指出的是，實際的高壓鈉燈所能達到的最大現色性指數是在80到大約85之間。這里，現色性取決于鈉蒸汽壓。從發出金黃色光的標準高壓鈉放電燈的鈉蒸汽壓開始，增高鈉蒸汽壓使現色性指數增大，直到Ra值達到最大值。鈉蒸汽壓的進一步增高導致Ra的再一次跌落。在靠近現色性指數最大值處，它與鈉蒸汽壓的依從關系相對變小。
從燈壽命的角度看，鈉蒸汽壓的進一步提高是不可取的，因為特別是鈉蒸汽壓會影響放電容器的、和容器中的各種腐蝕過程。
在本說明書和權利要求書中，詞語“陶瓷壁”意味意由結晶金屬氧化物或結晶金屬氮化物制成的壁，例如由單晶蘭寶石、多晶氣密燒結Al2O3、或多晶氣密燒結ALN制成的壁，它完全能承受高溫下鈉的作用。已知的壁材料能夠在長時間內，在燈中存在的鈉蒸汽壓下承受高達約1400°K的溫度。在相當高的溫度下，由于燈中鈉蒸汽的影響，將對陶瓷壁產生相當程度的腐蝕。也是在較高的壁負載之下，在放電容器和外殼之間的空間中充氣使熱傳遞增大，使得放電容器壁的溫度保持在可接受的限度之內。適合的氣體是例如稀有氣體和氮，因為這些氣體在經常的條件下是高度惰性的。可以由單一氣體，也可由氣體混合物來充氣。在安全具有特別重要性的場合，在額定工作條件下選取充氣壓強為近似一個大氣壓。
如果本發明的燈用在強光照明中，使發出的光會聚成光束的可能性是一個重要的特性。需要有相對小的燈尺寸以便得到良好的光線成束特性。使放電容器的電極端部間有較小的距離D對于光束會聚有相當的幫助。根據本發明的一個優選實施例得出的正確結果是D/di＜3。
通過選定較低的D/di比值，使得有可能得到這樣一種燈，由于放電電弧相對較短，它發出的光能夠十分好地會聚成一個光束。因而這種燈有著相應的高亮度。
通過減小D來增大壁負載會使燈電壓降低和燈電流增大。如果燈是在普通的公用電網中工作，就必須使用變壓器。借助一個電子電路能很好地實現這一點。
然而，為了與在現有裝置中工作的已知燈實現互換，最好使在額定工作條件下的燈電壓為80到100伏之間。如果D/di＞6，根據本發明的燈能實現這一點。除了減小D而外，di的減小也能導致壁負載的增大。在此情況下，di的減小導致燈電壓的升高。
通過選擇壁厚能夠進一步改進對放電容器最高壁溫的控制。壁厚的增大導致壁的熱幅射增大，進而促進了自放電容器的電極間的區域向較低溫的端部的熱傳遞。
另一方面，壁厚的增大對光輸出產生不利影響。此外，隨著壁厚的增長，制造變得更為困難，這是因為不規則的晶體生長和產生內部裂縫的危險增大了。因此，平均壁厚最好選擇為小于3mm。
參考附圖將對本發明的一個實施例作出更為詳細的描述。附圖中，
圖1 表明了帶有外殼的燈的側視圖;
圖2 表明了這種燈的縱向截面;而圖3 表明了另一種燈的縱向截面。
圖1中參考號1表示一個有著陶瓷壁的放電容器，它連同間隔空間8一齊封入外殼6當中。間隔空間8內充氣，在放電容器1中的電極2和3的相應尖端以距離D分隔，放電容器在電極2和3之間有著基本上為圓形的橫截面。電極2和3的每一個分別與電流導體4和5相連。外殼有一個與電流導體4、5相聯接的燈頭7。放電容器在整個距離D范圍內徑為di，并充入鈉、汞和稀有氣體。
在圖2和圖3中，相應部分的參考號比圖1中的部分分別大10和20。電極12、13和22、23分別由鎢/錸(重量比97/3)制成，而電流導體14、15、24、25由Nb制成。放電容器11、21分別由熔融陶瓷18、28所密封。
根據本發明制造的燈有著如圖2所示形狀的放電容器。表中列出了燈的數據。
表燈號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 AD(mm) 7 7 7 5 7 6 6 7 11 16.6di(MM) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 1.7 3.5D/di 2 2 2 1.4 2 1.7 1.7 2 6.5 4.7燈電壓(伏) 42 40 42 28 39 36 33 36 93 90燈功率(瓦) 90 90 95 90 65 75 70 125 55 53壁負載 117 117 123 164 84 114 106 162 93 29(瓦/厘米2)
表中已經包括了商業上可提供的燈(燈A)的數據來進行比較。這是菲利浦SDW50型燈。
放電容器中充入Na-Hg混合物以及在300°K下壓強為53千帕的氙氣。混合物Na/Hg的重量比為15/40。在外殼和放電容器之間的空間中，對1至8號燈是充入在300°K下壓強為100千帕的N2，對9號燈是充入在300°K下壓強為50千帕的N2。這相應于9號燈在額定工作條件下有大約一個大氣壓的壓強。燈A有一個抽真空的外殼。1到4號及8號燈的放電容器的內長為18mm。5、6和7號燈的內長是16mm。9號燈的內長為17mm而燈A的內長為24mm。最高壁溫的數據是用比如說由de Groot等人在“高壓鈉燈”一文(Deventer，1986)中描述的D線高溫測定法(D-line pyrometry)而得到的。
由表中清楚地看到，根據本發明的燈能夠實現色溫相當大的增高而又使現色性指數在80以上，以及在相對低的額定功率下有著相對高的發光效率。
可以作出以下的解釋性評論。通過1和2號燈的數據比較表明，在固定功率下，壁厚的增大會使最高壁溫較低。此時2號燈發出的光的現色性指數近于在額定工作條件下的最大值。1號燈在相同的功率下有較高的色溫和較低的現色性指數。這表明一個增高的鈉蒸汽壓強，它顯然遠超出歸屬于最大現色性指數的壓強之上。在此情況下，發光效率沒明顯變化。
通過2和4號燈的比較表明了電極尖端之間的距離D減小的影響。這導致在固定功率下燈電壓的相當大的降低。色溫、現色性指數和發光效率則未發生實質性的變化。然而，最高壁溫產生了明顯的降低。
3號燈則與2號燈是一致的，很明顯，功率增大到額定功率之上并未得到較高的色溫，而是使現色性指數和發光效率兩者變差。最高壁溫也明顯上升了。
與2號燈比較，5號燈的放電容器的內長減小了，結果明顯表明，在最大現色性指數下色溫比2號燈的色溫低大約100°K。伴隨著的燈功率相當的低，而最大壁溫也低。
對相同的6號和7號燈的數據進行比較表明，在近于最大現色性指數處，現色性指數與鈉蒸汽壓的依從關系相對較小。這也意味意，在近于最大現色性指數處，燈泡工作時的功率與現色性指數和依從關系相對說很小。于是，當現色性指數維持在大約83時，能夠在近似300°K寬度范圍內選擇色溫。色溫的升高或降低分別伴隨著發光效率的降低或升高。
與2號燈比較，8號燈的壁厚進一步增大，這導致在相當高的燈功率下有相當低的最高壁溫，而在同時，現色性指數、色溫和發光效率維持在類似的水平上。
在9號燈中，可以肯定，在相同的額定燈功率下，其燈電壓與目前的燈A的電壓處于可比較的水平上。3伏的燈電壓差值是處在菲利浦SDW50型燈大量生產中的燈電壓離散范圍之內。
權利要求
1.一種高壓鈉放電燈，包括一個連同著間隔空間一齊封入一個外殼中、并具有一層陶瓷壁的放電容器，放電容器的兩個電極的相應尖端以距離D分隔開，至少在整個距離D范圍，放電容器有著內徑為di的、基本上是圓形的橫截面，而上述間隔空間充氣，此放電燈在額定工作條件下發出色溫Tc至少為2500°K的白光，其特征在于，上述放電容器的陶瓷壁在燈的額定工作條件下有著至少為80瓦/厘米2的壁負截。
2.一種如權利要求1的燈，其特征在于D/di＜3。
3.一種如權利要求1的燈，其特征在于D/di＞6。
全文摘要
本發明涉及一種高壓鈉放電燈，它在額定工作條件下發出最大現色性指數Ra大于80的白光。由于其額定工作條件下的壁負載是在80瓦/厘米
文檔編號H01J61/82GK1054332SQ91101090
公開日1991年9月4日 申請日期1991年2月18日 優先權日1990年2月21日
發明者約翰內斯·T·W·迪海爾, 約翰內斯·H·M·范德桑德, 羅伯特斯·A·J·凱澤, 莫妮克·M·F·埃爾迪肯斯 申請人:菲利浦光燈制造公司