CN1258206C - 金属卤化物灯和照明系统 - Google Patents

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CN1258206C CNB031021786A CN03102178A CN1258206C CN 1258206 C CN1258206 C CN 1258206C CN B031021786 A CNB031021786 A CN B031021786A CN 03102178 A CN03102178 A CN 03102178A CN 1258206 C CN1258206 C CN 1258206C
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Abstract

金属卤化物灯，包括：放电室，具有光透射的室壁结构，其确定有放电区、第一电极、和第二电极，第一和第二电极彼此相反定位；以及包括在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和至少包括两种类型的卤化物，即包括卤化镨和卤化钠，其中，室壁结构的直径D和第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉大体上成直角，并且满足L/D＞4的关系。

Description

金属卤化物灯和照明系统
技术领域
本发明涉及高亮度弧光放电灯，尤其是具有高效率的可调节明暗的高亮度弧光放电金属卤化物灯。
背景技术
由于对用于内部和外部照明的节能照明系统的需求不断增加，现在人们正在研制用于普通照明应用的具有增强电灯效率的灯。因而，例如，近来人们将无电极荧光灯引入市场用于户内、户外、工业，和商业应用。这种无电极灯的优点是去掉了限制常规荧光灯寿命因素的内部电极和发热灯丝。然而，无电极灯系统更加昂贵，因为它需要射频功率系统，而射频功率系统导致了更大和更复杂的电灯夹具设计以便向灯提供射频线圈并且导致了与其他电子仪器的电磁干扰以及不利的起动环境，因而需要附加电路设置。
另一种高效灯是越来越广泛地应用于内部和外部照明的弧光放电金属卤化物灯。这种灯是众所周知的，包括密封的光透射的弧光放电室，其内附有一对彼此间隔开的电极，并且还典型地包括适宜的激活材料，诸如惰性起动气体和一个或多个具有特定克分子比的可电离的金属或金属卤化物，或者这两者。它们是带有镇流电路的在通常的120伏特rms电势下能够在标准交流电灯插座上使用的相对低功率的灯，或者是磁性或者是电子的，以在随后的工作期间提供起动电压和电流限制。
这种灯具有陶瓷材料弧光放电室，弧光放电室通常包括一些NaI、TlI和诸如DyI3、HoI3和TmI3之类的稀土卤化物以及水银以便在电极之间提供适当的电压降或负载。包括这些材料的灯在相关色温(CCT)、彩色再现指数(CRI)上具有良好的性能，并且具有达到95流明/瓦特(LPW)的相对高的效率。在常规金属卤化物灯中，弧光放电室包括CeI3和NaI，因而能够实现高效(例如，见美国专利No.5,973,453)。在另一个常规金属卤化物灯中，弧光放电室包括碘化钠和水银，因而能够实现高效(例如，见美国专利No.6,300,729)。当然，为了通过使用更有效的灯在照明中进一步节省电能，需要具有甚至更高电灯效率的高亮度弧光放电金属卤化物灯。当不需要满光输出时通过减少流过其中的电流，使这种灯在使用中变暗，能够节省更多的电能，所以在变暗情形下具有良好性能的高亮度弧光放电金属卤化物灯可用于许多照明应用。
然而，在这种变暗情形下，当灯功率减小到额定值的大约50％时，这种陶瓷材料室弧光金属卤化物灯发光，其中由于相对强的T1发光，通过具有强绿色色调，彩色再现指数显著减小。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种金属卤化物灯，它包括：一放电室，具有一光透射室壁结构，其确定有一放电区、第一电极和第二电极，该第一和第二电极彼此相反地定位；和包括在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和包括卤化镨和卤化钠的至少两种类型的卤化物，其中，室壁结构的直径D与第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉基本上成直角，并且满足L/D＞4的关系。
根据本发明的一个实施例，室壁结构由多晶氧化铝形成。
根据本发明的另一个实施例，卤化镨是碘化镨(PrI3)，和卤化钠是碘化钠(NaI)。
根据本发明的还有一个实施例，室壁结构具有设置于第一电极侧的第一端和设置于第二电极侧的第二端，并且第一端和第二端是锥形的。
根据本发明的还有一个实施例，放电室还包括至少覆盖第一端和第二端之一的热屏蔽。
根据本发明的还有一个实施例，稀有气体从由氙(Xe)、氩(Ar)、氖(Ne)，和氪(Kr)构成的一组中选择。
根据本发明的还有一个实施例，直径D和电极间隔距离L满足7≤L/D≤9的关系。
根据本发明的还有一个实施例，水银的数量与放电区容积的比值等于或小于4mg/cm3。
根据本发明的还有一个实施例，可电离材料还包括卤化铈。
根据本发明的还有一个实施例，金属卤化物灯还包括：光透射的球形外壳(envelop)；和连接到外壳上的基座，该基座具有伸入所述外壳的第一访问丝(access wire)和第二访问丝，其中，放电室置于外壳中，第一电极连接到第一访问丝，并且第二电极连接到第二访问丝。
根据本发明的还有一个实施例，卤化镨是碘化镨(PrI3)，和卤化钠是碘化钠(NaI)。
根据本发明的还有一个实施例，卤化镨是碘化镨(PrI3)，和卤化钠是碘化钠(NaI)。
根据本发明的还有一个实施例，卤化镨是碘化镨(PrI3)，和卤化钠是碘化钠(NaI)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种照明系统，包括金属卤化物灯和用于使金属卤化物灯工作的操作电路，金属卤化物灯包括：一放电室，具有一光透射室壁结构，其确定有一放电区、第一电极和第二电极，该第一和第二电极彼此相反地定位；和包含在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和包括卤化镨和卤化钠，的至少两种类型的卤化物，其中，室壁结构的直径D与第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉基本上成直角，并且满足L/D＞4的关系。该操作电路构造成能够给金属卤化物灯提供电压用于使金属卤化物灯起动和放电，并且能够给金属卤化物灯提供电流用于调节金属卤化物灯的工作功率。
根据本发明的一个实施例，水银的数量与放电区容量的比值等于或小于4mg/cm3。
因此，在此描述的本发明可能具有许多优点，因为本发明提供有：(1)在变暗情形下具有较高的效率和较好的彩色性能的弧光放电金属卤化物灯；和(2)利用这种弧光放电金属卤化物灯的照明系统。
在参照附图阅读和理解下面详细描述的基础上，本发明的这些和其他优点对于本领域内的技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是本发明弧光放电金属卤化物灯的侧视图，其中局部是横截面图，在该金属卤化物灯内部具有陶瓷弧光放电室。
图2是图1的弧光放电室的横截面部分的放大图。
图3是显示发光效率(LPW)和用于本发明典型灯的放电室有效直径之间的关系的曲线图。
图4是显示发光效率(LPW)和用于本发明典型灯的弧光放电室电极间距长度与有效直径的比值之间的关系的曲线图。
图5是显示发光效率(LPW)和用于本发明典型灯的弧光放电功率与有效直径的比值之间的关系的曲线图。
图6A到6G用横截面图示出了图1的弧光放电室的备选实施例。
图7示出了用于本发明的典型灯的相关色温(CCT)变化，其中本发明将可选的克分子比PrI3和NaI用作灯中的激活材料，用于将亮度从150W减低到75W。
图8示出了用于本发明的典型灯的发光效率(LPW)变化，其中本发明将可选的克分子比PrI3和NaI用作灯中的激活材料，用于将亮度从150W减低到75W。
图9示出了用于本发明的典型灯的彩色再现指数(CRI)变化，其中本发明将可选的克分子比PrI3和NaI用作灯中的激活材料，用于将亮度从150W减低到75W。
图10示出了发光效率(LPW)和用于本发明的典型灯的每单位放电室容量内的水银剂量之间的关系。
图11是示出了本发明的灯内的电子镇流电路的方框图。
图12是图11电子镇流电路的电路图。
具体实施方式
在下文将参照附图描述本发明的实施例。
参照图1，在局部截面图中示出了与常规爱迪生型金属基座12适配的弧光放电金属卤化物灯10，该弧光放电金属卤化物灯10具有球形硼硅玻璃外壳11，在这个视图中该球形硼硅玻璃外壳11有一部分被切掉了。玻璃外壳11是透明的。由的镍或低碳钢制作的引入电极丝(第一和第二访问丝)14和15的每一个从基座12内两个电隔离电极金属部分中相应的一个处伸出且平行地贯穿并经过硼硅玻璃端部(flare)(外壳长轴通过端部(past flare))16，被定位在基座12的位置处，并且沿外壳的较从长轴(沿图1的虚线104)伸进外壳11的内部。第一访问丝14和第二访问丝15最初在平行于外壳长轴通过端部16的方向上从外壳长轴通过端部16的两侧伸出并且其部分进一步伸入外壳11的内部。第一访问丝14和第二访问丝15的每一个在外壳11内部的一段剩余部分从其最初方向弯折一锐角，之后，弯曲的第一访问丝14末端进一步伸出部分，结果它或多或少地与外壳长轴104交叉。
然而，在通过端部16那里具有第一次弯曲从而偏离外壳长轴104方向的第二访问丝15在图1所示的部分15a处再次弯曲以致其接下来的部分大体上平行于轴104，并且在图1的部分15b处进一步弯曲一个直角以致其随后部分大体垂直于外壳长轴104并且在接近外壳11的另一端，即与配合基座12的一端相对的一端，或多或少地与外壳长轴104交叉。第二访问丝15平行于外壳长轴104的部分贯穿氧化铝陶瓷管18，以便防止在灯工作期间从第二访问丝15表面产生光电子，并且该部分还支撑一常规的吸气器19，以便捕获气体杂质。第二访问丝15中的另两个直角弯曲(在部分15c和15d)使一个短剩余端部分位于原来描述的与外壳长轴104交叉的部分之下且与之平行，并且该短端部分最后固定在外壳11距离基座12的远端处的硼硅玻璃凹座24内。
在图1中示出了陶瓷弧光放电室20的一种可能的结构，其中将容纳区构造成为一个壳体结构，该壳体结构具有对可见光半透明的多晶体氧化铝壁。室20具有室壁结构25和一对内外径小的陶瓷截头圆柱壳体部分21a和21b(或管21a和21b)，管21a和21b热装进室壁结构25两个开口端中的相应的一个内。在此说明书中，管21a和21b覆盖第一和第二电极(后面有描述)以便切断热量，也就是，管21a和21b分别起第一和第二热屏蔽的作用。
室壁结构25具有处于室20两端之间的直径较大的截头圆柱壳体部分101和处在相应端的长度非常短的直径较小的截头圆柱壳体部分102a和102b，并且部分锥形外壳部分103a和103b将较小直径截头圆柱壳体部分102a和102b连接和较大直径截头圆柱壳体部分101在一起。
在这个说明书中，直径较小的截头圆柱壳体部分102a和锥形外壳部分103a作为整体称为第一端。类似地，直径较小的截头圆柱壳体部分102b和锥形外壳部分103b作为整体称为第二端。第一端从锥形外壳部分103a向直径较小的截头圆柱壳体部分102a逐渐变细。类似地，第二端从锥形外壳部分103b向直径较小的截头圆柱壳体部分102b逐渐变细。第一和第二端彼此相对。第一端定位在第一电极边，而第二端定位在第二电极边。第一和第二电极将在后面描述。
室20还具有用于屏蔽热量的第一和第二热屏蔽(未示出)。第一热屏蔽覆盖直径较小的截头圆柱壳体部分102a、锥形壳体部分103a和管21a中的至少一个。第一热屏蔽最好覆盖第一端(也就是，直径较小的截头圆柱壳体部分102a和锥形壳体部分103a)。类似地，第二热屏蔽覆盖直径较小的截头圆柱壳体部分102b、锥形壳体部分103b和管21b中的至少一个。第二热屏蔽最好覆盖第二端(也就是，较小直径截头圆柱壳体部分102b和锥形壳体部分103b)。可选地，室20可以仅仅具有第一和第二热屏蔽中之一。
由铌制成的室电极互连线26a和26b的每一个从相应的管21a和21b伸出以便分别到达并通过焊接固定到第一访问丝14的与外壳长轴14交叉的端部和开始所描述的第二访问丝15的与外壳长轴104交叉的端部。这种结构使得室20被定位并被支撑在第一和第二访问丝14和15的这些部分之间从而使得室20的长尺寸轴近似与外壳长轴104重合，并且进一步使电功率从其穿过而提供给室20。
图2是图1弧光放电室20的截面图，示出了包括在由室壁结构25和管21a和21b限定的限制壁之内的放电区201。在图2中，用图1中使用的相同数字标号指示相同元件，在此省略详细描述。
放电区201被提供有可电离材料。这种可电离材料包括水银、稀有气体，和卤化物。从由氙(Xe)、氩(Ar)、氖(Ne)，和氪(Kr)构成的组中选择稀有气体。卤化物至少包括卤化镨和卤化钠。
由铌制成的室电极互连线26a具有与管21a和玻璃料27a的热膨胀特性相当近似匹配的热膨胀特性，将线26a固定到管21a的内表面(并且将线26a贯穿通过的互连线开口密封)，但这不能抵抗由于工作期间在室20的放电区201内形成的等离子体导致的化学浸蚀。因而，能够抵抗等离子体浸蚀的钼制的引线(lead-through)29a的一端通过焊接连接到互连线26a的一端，而引线29a的另一端通过焊接连接到钨制的主电极杆31a的一端。
另外，钨电极线圈32a通过焊接被集成并被安装在主电极杆31a另一端的尖部，从而电极33a由主电极杆31a和电极线圈32a构成。电极33a由钨制作，有利于电子的良好的热离子发射，同时相当好地抵抗金属卤化物等离子体的化学浸蚀。引线29a用来设置电极33a在弧光放电室20的放电区201内的预定位置处。互连线26a的典型直径是0.9mm，而电极杆31a的典型直径是0.5mm。在此说明书中，互连线26a、引线29a、主电极杆31a和钨电极线圈32a都连接到第一访问丝14以便被通电，也就是，互连线26a、引线29a、主电极杆31a和钨电极线圈32a共同用作第一电极。
类似地，在图2中，室电极互连线26b由铌制成。线26b也具有与管21b和玻璃料27b的热膨胀特性相当近似匹配的热膨胀特性，在此说明书中，室电极互连线26a和26b均由铌制成，但本发明不仅限于这种材料。互连线26a和26b可以由导电的金属陶瓷等制成，导电的金属陶瓷的热膨胀特性能够与氧化铝的热膨胀特性相当近似地匹配。室电极互连线26b由玻璃料27b固定到管21b的内表面(并且将线26b贯穿通过的互连线开口密封)。能够抵抗等离子体浸蚀的钼引线29b的一端通过焊接连接到互连线26b的一端，而引线29b的另一端通过焊接连接到钨主电极杆31b的一端。
钨电极线圈32b通过焊接被集成并被安装在主电极杆31b另一端的尖部，从而电极33b由主电极杆31b和电极线圈32b构成。引线29b用来设置电极33b在弧光放电室20的放电区201内的预定位置处。互连线26b的典型直径也是0.9mm，而电极杆31b的典型直径也是0.5mm。在此说明书中，互连线26b、引线29b、主电极杆31b和钨电极线圈32b都连接到第一访问丝15以便被通电，也就是，互连线26b、引线29b、主电极杆31b和钨电极线圈32b共同用作第二电极。
另一种灯结构方面的考虑是弧光室20的电极33a和33b之间的长度或距离“L”(电极间隔距离)与弧光室20的室壁结构25在该电极间隔距离段上的有效内径“D”(或者，选择有效半径)的比值，即，L/D的比值。电极间隔距离L与直径D交叉大体成直角。在此说明书中，“交叉成直角”不仅包括电极间隔距离L与直径D正好成直角的情形，也包括电极间隔距离L与直径D没有精确地交叉成直角，只要发射特性降低对普通灯设计没有影响的情形，这里的发射特性降低可能是由于没有精确交叉成直角引起的。在容纳于室20内的激活材料的量与室20的容量的比值范围内，这个比值是选择弧光室配置与室总体容纳容量(它形成放电区201)的重要因素。L与D的比值这方面影响从弧光室20被径向发射的光量、激活材料原子的激发态分布、材料发射谱线的增宽等。
另外，弧光室20的较小有效直径D将减小弧光室20内辐射金属的强辐射光谱谱线的自吸收。从图3可以看出，自吸收随着弧光室20的有效直径D的增大而增加，这将减小电灯效率。如果实现较长的灯寿命，弧光室功率壁载(wall loading)必然限制在某一最大值(对于具有陶瓷弧光放电室的低瓦金属卤化物灯，大约为30-35W/cm2)。在较高功率载荷时，典型地，激活材料的化学反应密撒于(salts with)弧光室壁，并且玻璃料材料变得非常严密以致从这种灯获得足够的使用工作寿命相当困难。
弧光室电极间隔长度L和在电极间隔长度L段内的弧光室有效直径D(或半径)不能独立地选择。对于较小的弧光室有效直径D，弧光室电极间隔长度L不得不通过增大内壁面积被增加以减少或消除因而产生的弧光室20的壁载的增加。在保持一固定壁载值时，弧光室电极间隔长度L越长，则弧光室有效直径D(或半径)越小。在保持弧光室电极间隔长度L与弧光室有效直径D(或半径)的比值固定的情形下，可以接受的壁载值越大，则由金属卤化物放电弧光在弧光室内产生光辐射的效率越大，直到所述效率达到极限值。
现在，参照图4。图4示出了电灯效率(LPW)和用于本发明的典型灯的电极间隔距离L与有效直径的比值(L/D)之间的关系。常规高效灯的电灯效率典型地是95流明/瓦特(LPW)。在本发明的灯中，当电极间隔长度L和直径D满足L/D≥2的关系时，能够获得电灯效率等于或高于与常规电灯效率大体相同的95LPW。此外，当满足L/D＞4的关系时，能够获得高于常规电灯效率20％或更多的高电灯效率。因为本发明的灯的电灯效率比常规电灯效率高20％或更多，因此发光装置的数量对比常规照明系统中使用的发光装置的数量可以减少20％。
更具体地，电极间隔距离L和直径D满足7≤L/D≤9的关系。在这种情形下，可以获得最高电灯效率。从图4中可以看出，当满足L/D＞9的关系时，电灯效率从最高电灯效率减少。然而，只要电极间隔距离L和直径D满足9＜L/D≤20的关系，则本发明的电灯效率比常规电灯效率(95LPW)高。如果电极间隔距离L和直径D满足L/D＞20的关系，则电极间隔距离L非常大，或者直径D非常小。在电极间隔距离L非常大的情形，利用通常使用的照明电路开始和保持放电变得很困难。在直径D非常小的情形，由于室壁结构25的壁上的电子衰减，则保持放电变得很困难。因而，可取的是电极间隔距离L和直径D满足L/D＜20的关系。
用于表征弧光放电灯的参数，称为标准化壁载(瓦特/弧光管直径)，该参数将壁载效果和辐射俘获现象合成为一个综合量度。图5将标准化壁载(瓦特/弧光管直径(W/D))用作一个参数，示出了上述弧光室20的电灯效率(LPW)的曲线图。从图5中可以看出，随着将弧光室壁载增大，电灯效率能够增大，直到最大值，而后，电灯效率差不多饱和。这说明进一步增大壁载或进一步减小弧光室直径(也就是，有效直径D)，或者它们的组合，从而产生较大的标准化壁载参数值，并不会获得进一步的效率增益。在图5表征的弧光室内，在标准化壁载参数值为30-44watt/mm时获得最佳效率。超过这些值，效率缩减返回或没有增益，从而最大可能减少灯的工作寿命。
弧光室20可以具有不同于图1和2所示的几何形状，如图6A-6G中例子所示。在图1和2所示的每个例子中，以及在图6A-6G中，示出了沿弧光室结构的长轴的截面图，其中内外壁表面是围绕室长轴旋转的表面，尽管这不一定需要。这种内表面的有效直径D可以通过确定电极之间截面图的内部面积获得，也就是，在整个电极间隔长度L内，用所述面积除以L。其他种类的内表面可能需要更加精心设计的平均方法以便确定有效直径。
图6A示出了侧壁结构截面是椭圆的弧光室。
图6B示出了具有圆柱形截面的弧光室，该圆柱是被截的以致于侧壁结构的两端是平的。
图6C示出了具有这样截面的弧光室，即侧壁结构的两端是半球形状而侧壁结构的侧面是凹的。
图6D示出了具有圆柱形截面的弧光室，该圆柱是被截的以致于侧壁结构的两端是半球形的。
图6E示出了具有这样截面的弧光室，即侧壁结构的两端是半球形状而侧壁结构的侧面是椭圆形的。
图6F示出了具有圆柱截面的弧光室，该圆柱被截成具有较小直径的平端，该平端与具有部分圆锥体的圆柱结合以在它们之间提供一个变窄的锥形。
图6G示出了具有圆柱截面的弧光室，该圆柱被截成具有较大直径的平端，该平端与具有部分反向圆锥体的圆柱结合以在它们之间提供向外张开的锥形。
许多其他的备选结构也可以使用。每种结构都用于不同情况。因而，每种备选结构都有其优点和缺点。也就是说，对于具体的激活材料和其他的灯的特性，某种弧光室结构具有比其他结构更多的优点。根据图6A和6F中所示的弧光室结构的任何之一，当使用提供给本发明的放电区的可电离材料被使用，并且电极间隔距离L和直径D满足上述关系(也就是，L/D＞4)时，能够获得具有比常规电灯效率更高的电灯效率的弧光放电金属卤化物灯。
接下来，下面描述根据图1和2中所示的结构的本发明的金属卤化物灯的具体结构。
(实施例1)
在本发明的实施例1中，弧光放电室20由多晶体氧化铝制成，在容纳放电区201内具有大约36mm的空腔长度。电极33a和33b之间的室壁结构25的有效直径D大约4mm。包括于室20内的放电区201内的电极33a和33b的电极间隔距离L大约32mm，以便产生相同值的弧光长度。灯的额定功率标称为150W。在包括于弧光放电室20内的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg，10-15mg的金属卤化物，卤化镨(PrI3)和卤化钠(NaI)，PrI3∶NaI克分子比范围是1∶3.5到1∶10.5。另外，在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气作为点火气体。
(实施例2)
在本发明的实施例2中，在其中添加了另外的金属卤化物(碘化铈(CeI3))并且使用了具有较短电极间隔距离L和较大有效直径D的相同结构弧光室。在实施例2中，弧光放电室20内的容纳放电区201的空腔长度大约28mm。电极33a和33b之间的室壁结构25的有效直径D大约5mm。室20中电极33a和33b之间的电极间隔距离L大约24mm，以便产生相同值的弧光长度。灯的额定功率也是150W。在包括于弧光放电室20内的放电区201内提供的激活材料的数量是2.2mg的Hg和15mg的金属卤化物，PrI3、CeI3和NaI，PrI3∶CeI3∶NaI克分子比可以在0.5∶1∶15.75、0.88∶1∶19.69，或者2∶1∶31.5中选择。另外，在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的Xe气作为点火气体。
在实施例1和2中，Xe气用来作为点火气体，但本发明不限制于此。点火气体可以从由氙(Xe)、氩(Ar)、氖(Ne)，和氪(Kr)构成的组中选择。
图7示出了基于或类似于上面给出的这种灯的实施例1在不同卤化物激活材料克分子比的情况下，典型结合的PrI3和NaI激活材料灯的CCT(K)变化和灯功率瓦数(W)变化之间的关系。在图例中，框符□表示弧光放电金属卤化物灯在PrI3和NaI的总数是10mg，PrI3∶NaI的克分子比是1∶3.5时的结果；圆圈○表示弧光金属卤化物灯在PrI3和NaI的总数是10mg，PrI3∶NaI的克分子比是1∶7时的结果；而三角形△表示弧光放电金属卤化物灯在PrI3和NaI的总数是10mg，PrI3∶NaI的克分子比是1∶10.5时的结果。当通过限制通过其的电流，灯功率瓦数从满额定功率(150W)减少时，相应CCT(K)值减小。在具有各种克分子比的弧光放电金属卤化物灯内，灯功率瓦数从满额定功率(150W)减少50％(75W)从而使灯变暗。由于这些弧光放电金属卤化物灯变暗，所以与现有灯的CCT值变化相比较，任何一个灯的CCT值的变化相当小。
图8示出了基于或类似于上面给出的这种灯的实施例1在不同卤化物激活材料克分子比的情况下，典型结合的PrI3和NaI激活材料灯的电灯效率(LPW)变化和灯功率瓦数(W)变化之间的关系。当通过限制通过其中的电流并在线电压下工作，灯功率瓦数从满额定功率(150W)开始减小时，随着灯功率瓦数的减小，电灯效率值减小。这里还是使用图7的弧光放电金属卤化物灯。在具有各种克分子比的弧光放电金属卤化物灯内，灯功率瓦数从满额定功率(150W)减少50％(75W)从而使灯变暗。由于这些弧光放电金属卤化物灯变暗，所以任何一个灯的电灯效率值的变化与现有灯的电灯效率值的变化基本相同。
图9示出了基于或类似于上面给出的这种灯的实施例1在不同卤化物激活材料克分子比的情况下，典型结合的PrI3和NaI激活材料灯的灯CRI变化和灯功率瓦数(W)变化之间的关系。当通过限制通过其中的电流并在线电压下工作，灯功率瓦数从满额定功率(150W)减小时，随着灯功率瓦数的减小，灯CRI值减小。这里还是使用图7的弧光放电金属卤化物灯。在具有各种克分子比的弧光放电金属卤化物灯内，灯功率瓦数从满额定功率(150W)减少50％(75W)从而使灯变暗。由于这些弧光放电金属卤化物灯变暗，与现有灯的灯CRI值的变化相比，任何一个灯的灯CRI值的变化过都相当小。
图10示出了电灯效率和包含激活材料的区域每单位容量的水银剂量之间的关系，其中所述的激活材料是本发明的典型灯弧光室内使用的。对于在特定的灯电压下工作的灯来说，在诸如用于上面实施例1中的相对较窄且较长的弧光室内使用每单位室容量相对较低的水银剂量，而在诸如用于上面实施例2中的较宽且较短的弧光室内使用每单位室容量相对较高的水银剂量。当用卤化镨和卤化钠作激活材料时，使用每单位室容量较低水银剂量的灯具有相对较高的电灯效率。
在本发明的灯中，当每单位容量的水银剂量(mg/cm3)等于或低于大约16mg/cm3时，可以获得等于或高于95LPW的电灯效率，95LPW基本上是常规的电灯效率。当每单位容量的水银剂量(mg/cm3)等于或低于大约4mg/cm3时，可以获得高于常规电灯效率20％的电灯效率。由于本发明的灯的电灯效率比常规电灯效率高20％或更多，因此与常规设计的照明系统相比，本发明的发光装置的数量可以减少20％，同时能维持发射特性。
接下来，将描述不同于上述实施例1和2的例子1-8。对于例子1-8，将示出在满额定功率的情况下各种光学特性的测量结果。对于例子1-5，将示出在满额定功率和半额定功率的情况下各种光学特性的测量结果。通过限制流过其中的电流且使灯在线电压下工作，实现例子1-5的灯的变暗。
例子
(例1)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg、总共15mg的金属卤化物NaI和PrI3，PrI3∶NaI的克分子比是1∶3.5。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.45cm3，每单位容量的水银剂量是大约1.1mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L )是32mm。室壁结构25的有效直径D是4mm。在150W时壁载是31W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例2)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg、总共10mg的金属卤化物NaI和PrI3，PrI3∶NaI克分子比是1∶3.5。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.45cm3，每单位容量的水银剂量是大约1.1mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是32mm。室壁结构25的有效直径D是4mm。在150W时壁载是31W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例3)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg、总共10mg的金属卤化物NaI和PrI3，PrI3∶NaI克分子比是1∶7。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.45cm3，每单位容量的水银剂量是大约1.1mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是32mm。室壁结构25的有效直径D是4mm。在150W时壁载是31W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例4)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg、总共12.5mg的金属卤化物NaI和PrI3，PrI3∶NaI克分子比是1∶7。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.45cm3，每单位容量的水银剂量是大约1.1mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是32mm。室壁结构25的有效直径D是4mm。在150W时壁载是31W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例5)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是0.5mg的Hg、总共10mg的金属卤化物NaI和PrI3，PrI3∶NaI克分子比是1∶10。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.45cm3，每单位容量的水银剂量是大约1.1mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是32mm。室壁结构25的有效直径D是4mm。在150W时壁载是31W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例6)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是2.2mg的Hg，总共15mg的金属卤化物PrI3、CeI3和NaI，PrI3∶CeI3∶NaI克分子比是0.5∶1∶10.5。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.55cm3，每单位容量的水银剂量是大约4mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是24mm。室壁结构25的有效直径D是6mm。在150W时壁载是31.3W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例7)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是2.2mg的Hg，总共15mg的金属卤化物PrI3、CeI3和NaI，PrI3∶CeI3∶NaI克分子比是0.8∶1∶19.69。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.55cm3，每单位容量的水银剂量是大约4mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是24mm。室壁结构25的有效直径D是6mm。
在150W时壁载是31.3W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
(例8)
在弧光放电室20的放电区201内提供的激活材料的数量是2.2mg的Hg，总共15mg的金属卤化物PrI3、CeI3和NaI，PrI3∶CeI3∶NaI克分子比是2∶1∶31.5。在放电区201内提供了压力大约为330毫巴、室温的氙(Xe)气。放电室20的容量是0.55cm3，每单位容量的水银剂量是大约4mg/cm3，而电极33a和33b之间的弧光长度(电极间隔距离L)是24mm。室壁结构25的有效直径D是6mm。壁载在150W时是31.3W/cm2。灯的光度学结果显示在下面的表1中。
[表1]
在满额定功率和半额定功率情况下的例子1-5的灯的光度学结果，和在满额定功率的情况下的例子6-8的灯的光度学结果。
  样本灯序号   瓦数(W)   LPW   CCT(K)   CRI
  1   150   118   4904   73
  1   75   56   4460   68
  2   150   118   4976   74
  2   75   60   4653   66
  3   150   128   4144   69
  3   75   58   4351   54
  4   150   125   4380   69
  4   75   59   4011   62
  5   150   125   3693   65
  5   75   67   3467   62
  6   150   127   3718   66
7 150 124 4128 71
  8   150   119   4002   73
在将上述例子1-6的灯的工作功率从满额定功率(150W)减到半额定功率(75W)时，发射的光大体上保持白色而没有浅绿色色调。这种颜色适合在使用普通照明的情况下的眼睛，而在这样的变暗情形下辨别任何颜色或色调变化基本上是不可能的。因而，就在整个变暗范围内的色调来说，本发明的灯保持相同的CCT并且大体上不变。而且，与常规的一般在满额定功率使用的灯的电灯效率相比，本发明的灯具有较高的电灯效率。
在上述的实施例1和2以及例子1-8中，仅仅描述了灯的额定功率标称为150W的例子。然而，根据本发明，灯的额定功率不限定于150W。通过简单地改变室结构(室的形状、电极间隔距离L、有效直径D、可电离材料的克分子比等等)在其他额定功率值的情况下可获得相同的效果。例如，额定功率在70W到400W的范围内，放电区内的PrI3的数量最好在0.5mg/cm3到50mg/cm3的范围内。当PrI3的数量小于0.5mg/cm3时，Pr对发射的贡献变小，结果，不能获得想要的电灯效率。当PrI3的数量大于50mg/cm3时，获得白色发射变得困难，并且放电变得不稳定。
图11是示出本发明的灯内的电子镇流电路40的方框图。电子镇流电路40在灯工作期间改变灯功率(工作功率)以使灯变暗。例如，电子镇流电路40能够将灯功率从100％减小到50％。电子镇流电路40连接到电源47。电源47可以是60Hz的交流电源。电源47向电子镇流电路40提供用于固定电压的60Hz交流电。
电子镇流电路40包括连接到电源47的功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41、功率调节电路部分(电压递减断路器部分)42、全桥电路部分(全桥变换器)43、点火器44，和明暗操作电路部分46。
功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41从电源47接收电功率。功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41将交变极性线电压转变成具有比峰值线电压显著大的值的恒定极性电压，同时保持与线电压同相的正弦电流。功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41在这种转换过程中限制电磁发射。
功率调节电路部分(电压递减断路器部分)42从功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41接收正弦电流和恒定极性电压。功率调节电路部分42产生和输出调节的恒定极性电压和电流。这种调节通过与功率调节电路部分42连接的明暗操作电路部分46来实现。明暗操作电路部分46使用设置其中的参考值将接收的电压值调节到预定电压值。功率调节电路部分42还在灯开始工作时输出100％电压以便执行弧光放电。
全桥电路部分(全桥变换器)43将从功率调节电路部分42输出的恒定电压波形转变成低频矩形波。
点火器44产生4kv的起动电压脉冲。随后，点火器44将从全桥变换器43输出的低频矩形波电压提供给与点火器44连接的灯45以使灯45弧光放电。
图12示出了图11的电子镇流电路40的电路图。在图12中，用图11中使用的相同数字标号表示相同的元件，在此省略其详细描述。功率因数校正和电磁干扰滤波电路部分41和全桥变换器43与常规的相同，因此，在此省略其详细描述。
功率调节电路部分42包括一电阻Rc，该电阻Rc用于检测流经灯45的电流。
明暗操作电路部分46包括放大部分1202、比较部分1204和激励电路1206。明暗操作电路部分46通过电阻Rc监控电流并且将检测的电流转变成电压。转变的电压称为反馈信号1201。
放大部分1202包括电阻R1、电阻R2、参考电压Vref和放大器1203。反馈信号1201通过电阻R1输入误差放大器1203。误差放大器1203根据参考电压Vref、电阻R1和电阻R2放大反馈信号1201。流经灯的电流通过改变参考电压Vref能设置成期望值。这样，灯功率被改变以便实现灯的变暗。
比较部分1204包括一比较器1205。放大的反馈信号1201输入到比较器1205。比较器1205将反馈信号1201与锯齿波比较以便产生一开关脉冲信号，该开关脉冲信号用于转换功率调节电路部分42的开关1207。
激励电路1206将开关脉冲信号调节到预定电压级别并且将调节的开关脉冲信号输出到开关1207。功率调节电路部分42根据开关脉冲信号被控制On/Off以便向灯提供调节到期望值的电流。
用于灯的工作的电子镇流电路40不限制于图11和12的结构。电子镇流电路40可以具有任何结构，只要通过控制提供给灯的电流能够改变灯功率(工作功率)。
尽管已经参照上述的优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员明白在不背离本发明的精神和范围的情况下能够对这些实施例做出各种改变。
本发明的金属卤化物灯包括：一放电室，具有一光透射室壁结构，具确定有一放电区、第一电极和第二电极，该第一和第二电极彼此相反地定位；和包含在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和包括卤化镨和卤化钠的至少两种类型的卤化物，具中，室壁结构的直径D与第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉基本上成直角，并且满足L/D＞4的关系。因而，在本发明的这种灯内获得的电灯效率高于常规电灯效率。而且，当满足上述情形时，甚至在变暗的条件下也能够保持高电灯效率和良好的彩色性能。
各种其他更改对于本领域内的技术人员是显而易见的并且能够在不背离本发明的范围和精神的情况下很容易地做出。因此，没有意欲将后附的权利要求书的范围限制于上述描述，相反，权利要求是广泛的解释。

Claims (15)

1、金属卤化物灯，包括：
一放电室，具有一光透射室壁结构，其限定有一放电区、第一电极和第二电极，该第一和第二电极彼此相反定位；和
包括在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和包括卤化镨和卤化钠的至少两种类型的卤化物，
其中，室壁结构的直径D与第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉成直角，并且满足L/D＞4的关系。
2、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，室壁结构由多晶氧化铝形成。
3、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，卤化镨是PrI3，且卤化钠是NaI。
4、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，室壁结构具有设置于第一电极侧的第一端和设置于第二电极侧的第二端，并且第一端和第二端是锥形。
5、如权利要求4所述的金属卤化物灯，其中，放电室还包括至少覆盖第一端和第二端中之一的热屏蔽。
6、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，稀有气体从由Xe、Ar、Ne，和Kr构成的一组中选择。
7、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，直径D和电极间隔距离L满足7≤L/D≤9的关系。
8、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，水银的量与放电区容积的比值等于或小于4mg/cm3。
9、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，可电离材料还包括卤化铈。
10、如权利要求1所述的金属卤化物灯，其中，还包括：
光透射的球形外壳；和
连接到该外壳上的基座，该基座具有伸入该外壳的第一访问丝和第二访问丝，
其中，放电室处于该外壳中，第一电极连接到第一访问丝，并且第二电极连接到第二访问丝。
11、如权利要求2所述的金属卤化物灯，其中，卤化镨是PrI3，和卤化钠是NaI。
12、如权利要求7所述的金属卤化物灯，其中，卤化镨是PrI3，和卤化钠是NaI。
13、如权利要求8所述的金属卤化物灯，其中，卤化镨是PrI3，和卤化钠是NaI。
14、一种照明系统，包括金属卤化物灯和用于使金属卤化物灯工作的操作电路，
该金属卤化物灯包括：
一放电室，具有一光透射室壁结构，其确定有一放电区、第一电极和第二电极，该第一和第二电极彼此相反定位；和
包含在放电区内的可电离材料，可电离材料包括水银、稀有气体，和包括卤化镨和卤化钠的至少两种类型的卤化物，
其中，室壁结构的直径D和第一和第二电极之间的电极间隔距离L彼此交叉成直角，并且满足L/D＞4的关系，和
该操作电路被构造成使得能够给金属卤化物灯提供一电压，用于使金属卤化物灯起动和放电，并且能够给金属卤化物灯提供一电流，用于调节金属卤化物灯的工作功率。
15、如权利要求14所述的照明系统，其中，水银的量与放电区容积的比值等于或小于4mg/cm3。
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