具有硫或硒填充物的多次反射无电极灯和用它辐射的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97195109.8

申请日:

1997.05.29

公开号:

CN1222248A

公开日:

1999.07.07

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的视为放弃||||||公开

IPC分类号:

H01J61/12; H01J61/18; H01J61/35; H01J61/42; H01J61/38; H01J17/16; H01J17/20; H05B41/24

主分类号:

H01J61/12; H01J61/18; H01J61/35; H01J61/42; H01J61/38; H01J17/16; H01J17/20; H05B41/24

申请人:

熔化照明股份有限公司;

发明人:

唐纳德·A·麦克伦南; 布赖恩·特纳; 肯特·基普林

地址:

美国马里兰州

优先权:

1996.05.31 US 08/656,381

专利代理机构:

上海专利商标事务所

代理人:

沈昭坤

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内容摘要

本发明提供了一种方法,其中硫或硒灯中的光穿过填充物多次,以将紫外线辐射转变成可见光。发光装置包括无电极玻泡,光反射覆盖层,围绕玻泡第一部分,覆盖层不会因为不同的热膨胀而爆裂,并且玻泡具有第二部分,该部分含有光透小孔。

权利要求书

1: 一种提供辐射的方法,其特征在于包括下述步骤: 提供灯填充物,在激励时它包含至少一种从硫和硒的组中选出的物质, 激励所述灯填充物,以使所述硫或者硒产生分子辐射,所述分子辐射在光谱 的紫外线区域中包括相当大的光谱功率分量而在光谱的可见光区域中包括光谱 功率分量, 在包含的空间中穿过所述填充物多次反射所述产生的辐射,由于在紫外线区 域中有所述相当大的光谱功率分量,穿过所述填充物的通路有效地将至少一部分 辐射转换为可见光区域中的辐射,导致经变换的辐射,所述经变换的辐射由减小 的紫外线辐射和可见光辐射的组合构成,该可见光辐射比如果在没有所述从紫外 线区域到可见光区域中的转换的情况下,发生反射时将有的可见光辐射更大,以 及 从所述包含的空间发射所述可见光。
2: 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述光谱的紫外线区域中的所述相 当大的光谱功率分量具有第一量值,并且所述减小的紫外线辐射至少比所述第一 量值小50%。
3: 如权利要求2所述的方法,其特征在于具有所述第一量值的所述光谱的紫 外线区域中所述相当大的光谱功率分量是在紫外线和可见光区域中产生的辐射 的光谱功率分量的总和的至少20%。
4: 如权利要求2所述的方法,其特征在于光谱的可见光区域中的所述光谱功 率分量具有第二量值,并且从所述包含的空间发射出来的所述可见光辐射由所述 第二量值增加所述第一量值与所述减小的紫外线辐射的光谱功率分量的量值之 间差值的至少50%。
5: 一种提供辐射的方法,其特征在于包括下述步骤: 提供灯填充物,在激励时它包含至少一种从硫和硒的组中选出的物质, 激励所述灯填充物,以使所述硫或者硒产生分子辐射,所述分子辐射包括在 具有给定量值级的光谱的紫外线区域中的光谱功率分量和在光谱的可见光区域 中的光谱功率分量, 在包含的空间中穿过所述填充物多次反射所述产生的辐射,由于在紫外线区 域有中所述光谱功率分量,穿过所述填充物的通路有效地将至少一部分辐射转换 为可见光区域中的辐射,导致经变换的辐射,所述经变换的辐射由具有比所述给 定的量值小至少50%的减小的紫外线辐射和可见光辐射的组合构成,该可见光 辐射比如果在没有所述从紫外线区域到可见光区域中的转换时将有的可见光辐 射更大,以及 从所述包含的空间发射所述可见光。
6: 如权利要求5所述的方法,其特征在于光谱的可见光区域中的所述光谱功 率分量具有某一量值,并且从所述包含的空间发射出来的所述可见光辐射由所述 某一量值增加所述给定的量值与所述减小的紫外线辐射的光谱功率分量的量值 之间的差值的至少50%。
7: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述至少一种物质是硫。
8: 如权利要求7所述的方法,其特征在于来自所述硫的变换的所述经辐射主 要是可见光辐射。
9: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述至少一种物质是硒。
10: 如权利要求9所述的方法,其特征在于来自所述硒的所述经变换的辐射主 要是可见光辐射。
11: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述至少一种物质是硫和硒。
12: 如权利要求的11所述的方法,其特征在于来自所述硫和硒的所述经变换 的辐射主要是可见光辐射。
13: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述反射的步骤包括反射大致 上所有在所述光谱紫外线区域中的所述辐射。
14: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述反射的步骤包括反射所述 光谱的紫外线区域中的97%以上的所述辐射。
15: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述包含的空间包含一玻泡, 所述玻泡包含所述灯填充物。
16: 如权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述包含的空间包含激励腔, 在所述激励腔中放置了包含所述灯填充物的玻泡。
17: 一种发光装置,其特征在于包括: 无电极玻泡,包含形成放电填充物,所述玻泡具有第一和第二部分,及 用于接近于所述第一玻泡部分的漫反射陶瓷覆盖层,它至少接触所述玻泡的 一个位置,并且不会由于所述玻泡和所述覆盖层之间的不同的热膨胀而在工作温 度下破裂, 其中所述玻泡的第二部分包含透光孔,所述漫反射陶瓷覆盖层通过所述透光 孔反射光。
18: 如权利要求17所述的装置,其特征在于所述漫反射陶瓷覆盖层包括不附 着到所述玻泡的套壳。
19: 如权利要求18所述的装置,其特征在于所述套壳接触所述玻泡的多个位 置。
20: 如权利要求19所述的装置,其特征在于所述套壳的不接触所述玻泡的那 些部分与所述玻泡相隔在千分之几英寸的内。
21: 如权利要求17所述的装置,其特征在于所述漫反射陶瓷覆盖层用和所述 玻泡的材料相同的材料制成。
22: 如权利要求21所述的装置,其特征在于所述材料是硅土。
23: 一种发光装置,其特征在于包括: 无电极玻泡,包含形成放电填充物,该玻泡具有第一和第二部分, 在所述玻泡的所述第一部分周围的漫反射光反射套壳,所述不附到所述玻泡 的反射套壳,至少在所述玻泡的一个位置处与之接触,及 所述玻泡的所述第二部分包括透光孔,所述套壳通过所述透光孔反射光。
24: 如权利要求23所述的装置,其特征在于所述玻泡由所述第一和第二部分 构成。
25: 如权利要求23或24所述的装置,其特征在于还包含从所述小孔延伸的光 端口。
26: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述套壳在多个位置处接触所述 玻泡。
27: 如权利要求23所述的装置,其特征在于所述套壳的不接触所述玻泡的那 些部分与所述玻泡隔开千分之几英寸。
28: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述套壳是烧结过的粉末。
29: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述玻泡是球形的,并且所述套 壳由半圆形的两部分形成。
30: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述套壳包含光漫射孔,所述孔 包含所述光端口。
31: 如权利要求30所述的装置,其特征在于所述孔足够长,以使进入所述孔 的光随机化。
32: 如权利要求31所述的装置,其特征在于所述光端口包括光纤元件。
33: 如权利要求31所述的装置,其特征在于所述光端口包括复合抛物面聚光 器。
34: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述填充物受激励时包括硫、硒 或碲,用于主要提供可见光辐射。
35: 如权利要求25所述的装置,其特征在于所述套壳用这样的材料制成,并 且足够厚,从而大致上所有入射于其上的可见光和紫外线辐射被反射。
36: 如权利要求25所述的装置,其特征在于和用于提供电磁功率的微波或R.F. 产生装置,以及和用于将所述电磁功率耦合到所述玻泡中的填充物的装置相组 合。
37: 一种发光装置,其特征在于包括: 被包含的填充物,在激励时它包括至少一种从硫和硒的组中选出的物质,及 包围所述填充物,由第一和第二部分构成的外壳,在所述外壳的所述第一部 分上或周围的反射器,它由大致上反射所有穿过填充物入射到其上的紫外线和可 见光辐射的材料制成,其中所述外壳的所述第二部分包括小孔径,所述小孔不被 所述反射器围绕,并且对可见光大致上是透明的。
38: 如权利要求37所述的装置,其特征在于所述物质以预定数量在经激励的 填充物中出现,并且所述预定数量和穿过所述填充物的所述反射的组合足以在所 述光谱的可见光部分中产生的主要是分子辐射所光谱,该可见光部分从所述小孔 中发射出来。
39: 如权利要求37或38所述的装置,其特征在于所述材料是漫反射材料。
40: 如权利要求39所述的装置,其特征在于所述漫反射材料反射入射在其上 的大于97%的紫外线和可见光辐射。
41: 如权利要求40所述的装置,其特征在于所述漫反射材料反射入射在其上 的大于99%的紫外线和可见光辐射。
42: 如权利要求39所述的装置,其特征在于所述小孔大致上反射紫外线辐 射。
43: 如权利要求41所述的装置,其特征在于所述漫反射材料包括铝土。
44: 如权利要求39所述的装置,其特征在于所述装置是无电极灯的灯泡,并 且所述外壳是包含所述填充物的玻泡。
45: 如权利要求44所述的发光装置,其特征在于所述反射器包括套壳,所述 套壳围绕所述玻泡的所述第一表面部分,并且在至少一个位置处接触所述玻泡的 所述第一表面部分,但不附着到该处。
46: 如权利要求37所述的发光装置,其特征在于所述外壳围绕所述玻泡,并 且是金属的,并且所述反射器在所述金属外壳的内侧上。
47: 一种无电极灯,其特征在于包括: 包含形成放电填充物的玻泡, 所述玻泡的第一部分,具有光反射材料, 所述玻泡的第二部分,包括一小孔, 和所述小孔对准的光端口,及 围绕所述玻泡的金属外壳,除所述光端口延伸的开口之外它是封闭的,在所 述外壳中接近于所述玻泡的电感性耦合装置,以及R.F.产生装置,用于激励所述 电感性耦合装置,它将所述R.F.功率耦合度所述玻泡中的填充物。
48: 一种无电极灯,其特征在于包括: 包含形成放电填充物的无电极玻泡,具有第一和第二部分, 围绕所述第一部分的外壳,及 留在所述外壳和所述玻泡之间的漫反射粉末, 其中,所述玻泡的所述第二部分包含透光射小孔,所述粉末通过所述小孔反 射光。
49: 如权利要求48所述的灯,其特征在于所述外壳也由漫反射材料制成。
50: 如权利要求30所述的装置,其特征在于还包含邻近于所述孔的反射装 置,用于将孔界面处的光反射回孔。

说明书


具有硫或硒填充物的多次反射无电极灯和用它辐射的方法

    本申请是1996年5月31日提交的第08/656,381号美国申请的续展申请。

    本发明针对一种产生可见光的改进方法和用于提供这种光的改进的灯泡和灯。

    在这里通过引用而合并的No.5,404,076号和5,606,220号美国专利以及WO92/08240号PCT公布揭示了用于提供可见光的灯,这种灯使用基于硫和硒的填充物。也在这里通过引用合并的1994年10月17日提交的第08/324,149号待批的美国申请揭示了类似的用于提供可见光的灯,这种灯使用基于碲的填充物。

    这些现有技术中的硫、硒和碲灯以高效能提供具有良好的显色性指数的光。另外,这些灯的无电极形成具有很长的寿命。

    大多数实际的硫、硒和碲灯的实施例需要的旋转灯泡,以适当地工作。这揭示在第WO 94/084309号PCT公布中,其中指出,在无旋转灯泡时,产生隔离的或丝状的放电,这种放电基本上不充满灯泡地内部。

    现有技术中通常存在的旋转要求引入了某些复杂的因素。因此,灯泡用马达旋转,该马达具有潜在的出故障的可能,并且这对灯的寿命是一个限制的因素。另外,需要额外的部件,由此使制造灯更复杂,并需要备有更多的备件。由此,希望提供既给出原有的硫、硒和碲灯的优点,而又不需要旋转的灯。

    第WO 95/28069号PCT公布中揭示了一种杜瓦灯,用于打算去掉旋转。但是,这种杜瓦结构的一个问题是,它利用电镀在灯泡上的周围和中心电极,并且中心电极易于过热。

    本发明提供了一种产生可见光的方法,和这种方法中使用的,消除或减少了对旋转灯泡的需要的灯泡和灯。

    本发明在提供与现有技术相比具有更小的尺寸的灯泡和/或利用具有更低密度的硫、硒和碲填充物的活性物质方面给出了较大的设计灵活,它仍能够提供主要的可见光的输出。例如,这一点便于供给低功率灯,这有助于使用更小的灯泡。本发明的这个特点可以和其它的特点一起使用,或独立地使用。例如,可以提供不旋转更小的灯泡,或提供旋转的更小的灯泡。

    根据本发明的第一个方面,提供了一种方法,这种方法利用一种灯填充物,在激励时该填充物包含从硫和硒中选出的至少一种物质;激励灯填充物以使所述硫或硒产生辐射,该辐射在光谱的紫外线区域内包含相当巨大的光谱功率分量,以及在光谱的可见光区域中的光谱功率分量,辐射在被包含的空间中穿过填充物反射多次,由此将光谱中紫外线区域中的部分辐射转换到光谱的可见光区域中的辐射,其可见光辐射比如果发生反射而没有转换时的可见光辐射更大。最后,可见的辐射从包含的空间中发射。

    根据本发明的另一个方面,激励填充物,使硫或硒在紫外线中产生光谱功率分量,并在可见光区域中产生光谱功率分量,其中多次反射导致减小的紫外线光谱分量的大小至少比原来的分量小50%。

    在第WO 93/21655号PCT公布中,揭示了硫和硒灯,其中光被反射回灯泡,以降低发射光的色温,或者使其更为接近地类似黑体辐射。和本发明不同,在现有技术的系统中,它是具有相当大的可见光的(或更高的)光谱输出的辐射,该辐射被反射以产生另一可见光的光谱输出,该光谱输出在红光区域中具有更多的光谱功率。和现有技术的区别在于,本发明中,被反射的辐射在紫外线区域中具有相当大的光谱功率分量(即,至少紫外线和可见光光谱功率总量的10%),其中的一部分转换为可见光。本发明中的正是这种通过多次反射的紫外线到可见光的转换,允许小灯泡代替较大的灯泡和/或使用更低密度的活性材料,允许得到稳定的工作而不旋转灯泡。

    因为本发明的方法包括光穿过填充物的多次反射并最后射到外面,人们打算使用一种灯泡,它在除小孔径之外的石英周围具有反射器层,而光通过所述小孔射出。这种“小孔灯”(aperture lamp)在现有技术中已知,并且在Robers的第Re34,492美国专利中示出一个例子。

    Roberts的专利揭示了一种无电极球形外壳,其上除了与光导对准的小孔之外具有反射敷层。但是,已经发现,如在一般的商业使用中应用那样,Roberts的结构不适合实施本发明的方法。这是因为它使用了在灯的外壳上面的敷层。当灯泡在使用中变热时,石英外壳和敷层的不同的热膨胀系数使敷层破裂。因此灯泡的寿命十分有限。还有,敷层通常不够厚,不能提供从紫外线到可见光的足够的波长转换所需的反射率的大小。

    根据本发明的一个方面,这些问题通过对于灯泡使用一个漫射的反射陶瓷覆盖层来解决,它至少和外壳在一个位置处接触,并且不会因为不同的热膨胀而破裂。在第一实施例中,覆盖层包括不同于敷层的套壳,该套壳不附着到灯泡。还有,套壳做得足够厚,以提供足够高的反射率,以实施需要的波长转换。在第二实施例中,反射灯泡的覆盖层由和灯泡相同的材料制成,从而没有因不同的热膨胀而产生的问题。在这个实施例中,覆盖层还可以取不附着的套壳的形式。在再一个实施例中,在套壳和灯泡之间设置漫射的反射粉末。

    通过参照附图将更好地理解本发明,其中:

    图1示出现有技术中具有基于硫、硒或碲的填充物的灯;

    图2示出小孔灯;

    图3示出根据本发明的实施例的无电极的灯泡;

    图4和5示出一种特殊构造;

    图6至8示出本发明的其它的实施例;

    图9和10示出漫射孔的使用;

    图11到13示出漫射孔的其它设计;

    图14到16示出本发明的其它的实施例;

    图17示出微波灯的实施例有覆盖物和无覆盖物的灯泡之间的归一化光谱比较;

    图18示出微波灯的实施例有覆盖物和无覆盖物的灯泡之间的光谱比较;

    图19示出R.F.灯的实施例有覆盖物和无覆盖物的灯泡之间归一化的光谱比较;

    图20示出R.F.灯的实施例有覆盖物和无覆盖物的灯泡之间的光谱比较。

    参照图1,描述了一种现有技术中具有填充物的灯,填充物在激励时包含硫、硒或碲。如在上面提到的在这里通过引用而包括进来的专利中描述的,提供的光是分子辐射,这种辐射主要在光谱的可见光区域中。

    灯20包括微波谐振腔24,该谐振腔24由金属的圆柱形部件26和金属网28构成。网28允许光从腔中透出,同时在其内部保存大部分的微波能。

    灯泡30设置在腔中,在描述的实施例中是球形的。灯泡由杆支承,该杆和马达34连接,以使灯泡旋转。旋转促进了灯的稳定工作。

    微波功率由磁控管36产生,并且波导38将该功率传送到腔壁中的缝隙(未示出)中,其中功率从该缝隙耦合连到腔,特别是耦合到灯泡30中的填充物,

    灯泡30由灯泡玻泡和玻泡中的填充物构成。除了包含惰性气体之外,填充物包含硫、硒或碲。例如,可以使用InS、As2S3、S2Cl2、CS2、In2S3、SeS、SeO2、SeCl4、SeTe、SCe2、P2Se5、Se3As2、TeO、TeCl5、TeBr5、TeBr5和TeI5。其它可以使用的化合物是那些在室温下蒸气压足够低的化合物,即,固体和液体,以及那些在工作温度下蒸压足够高以提供有用照明的化合物。

    在上述本发明的硫、硒和碲灯以前,由现有技术中的灯产生的这些物质的分子光谱被认为主要在紫外线区域中。在由参照图1描述的硫、硒和碲灯进行的过程中,起初由元素硫、硒和碲(这里称之为“活性材料”)提供的辐射类似于现有技术中的灯的辐射,即,主要在紫外线区域中。但是,当辐射在其到玻泡壁的路线上穿过填充物时,该辐射通过吸收和再辐射的过程主要转换为可见辐射。转移的量直接和光程长度,即,填充物中活性材料的密度乘以灯泡的直径有关。如果使用较小的灯泡,则必需提供较高密度的活性材料,以有效地产生需要的可见辐射,而如果使用较大的灯泡时,则可以使用较低密度的这些物质。

    根据本发明的一个方面,通过在辐射起初穿过填充物之后多次穿过填充物反射该辐射以大大增加光程长,而不增加灯泡的直径。另外,活性材料的密度和灯泡的尺寸要足够小,从而最初穿过填充物并且正被反射的辐射可在紫外线区域中具有的光谱功率分量。即,在没有多次反射时,从灯泡发射出来的光谱在可见光灯的应用中对我们来说是无法接受。但是,由于多次反射,紫外线辐射被转换为可见光,这产生了更好的光谱。穿过填充物的多次反射允许使用较小密度的活性材料,向任何给定的应用提供可接受的光谱。还有,较小密度的填充物具有较小的电阻抗,这在许多实施例中提供了更好的至填充物的微波或R.F.耦合。这种较小密度的活性材料的工作促进了稳定工作,即使没有灯泡旋转。另外,使用较小灯泡的能力增加了设计的适应性,并且例如,便于供应较低功率的灯。如这里所使用的,术语“微波”指比“R.F.”的频带更高的频带。

    如上所述,由于本发明的方法在光发射到外面之前需要穿过填充物的多次反射,故人们打算使用其上除了一个小孔之外具有反射层的灯泡,光从该小孔射出。这种类型的灯(揭示在Robert等人的RE 34,492号专利中)示于图2中。参照图2,球形玻泡或灯泡9(它典型地由石英制成)包含一种形成放电填充物3。玻泡在除了小孔2之外的整个表面上具有反射层1,小孔2与光导4对准。

    但是,如上所述,发现由于Robert的结构使用了本来附着的敷层(它不同于灯泡的材料),故它不适合实施本发明的方法。当灯泡在一般的商业应用中变热时,石英玻泡和敷层的不同的热膨胀系数使敷层破裂。因此,装置的寿命被十分有限。还有,通常敷层并不厚到足以提供为提供从紫外线到可见光的适当的波长转换所需的反射率的大小。

    参照图3,描述了一种根据本发明的实施例,该实施例解决了这些问题。封入填充物42的灯泡40由不附着的反射套壳44围绕。套壳制作得足够厚,以提供足够高的紫外线反射率,以进行所需的波长转换。在灯泡和套壳之间有空气隙46,其数量级可以是几千分之几英寸。套壳在一位置的极小处和灯泡接触,并且可以在多个位置处和灯泡接触。有一个小孔48,光就通过该小孔射出。由于套壳并不附着到灯泡,故可以适应在工作温度下不同的热膨胀,而不使套壳破裂。

    根据本发明的另一个实施例,漫反射粉末(诸如铝土或其它的粉末)可以用于填充套壳和灯泡之间的空隙。在这种情况下,空隙可以更宽一些。

    根据本发明的又一个实施例,使用陶瓷做的灯泡的反射覆盖层,它由和灯泡相同的材料制成。因此,不存在不同热膨胀的问题。这种覆盖层还可以如此构造,从而不附着到灯泡。

    在构成套壳的一种方法中,直接在球形的灯泡上制作烧结体。它开始时为粉末,但被加热并施压,以便形成经烧结的固体。由于没有附着,故当套壳破裂时它会分崩离析。适当的材料是成粉末的铝土和硅土,或它们的组合。套壳制作得足够厚,以提供这里所述的所需的UV和可见光反射率,并且它一般厚于0.5mm,直到约2至3mm,这要比敷层厚得多。

    参照图4和5描述套壳的结构。在此情形中,套壳和灯泡分开形成。石英灯泡吹气模制为球形,这导致了对OD(外直径)和壁厚进行尺寸控制的灯泡。在模制时将填充管装到球形灯泡上。例如,一个7mmOD和壁厚0.5mm,并且填充有0.05mg的Se和500Toor的Xe的灯泡电感应性耦合的设备中工作。去除填充管,从而灯泡只保留较短的突出部分。套壳由稍稍烧结过的高反射铝土(Al2O3)做成的两44A和44B形成,如图所示。套壳材料的颗粒尺寸分布和晶体结构必需能够提供需要的光学性质。粉末状的铝土由不同的厂商出售,例如,由Nichia AmericaCorp.出售的牌号为NP999-42的铝土是适合的。附图是灯泡、套壳和小孔的截面图(通过灯泡的中心截取)。图中未示出封离(tip-off)头。除了封离附近的区域(未示出)之外套壳的ID(内直径)是球形的。部分烧结的套壳烧结到这样的程度,使颗粒的颈缩(necking)(颗粒之间的连接)可以在微尺度上观察到。烧结由所需的通过陶瓷的热导率支配。颈缩的目的是加强热传导,而只对陶瓷的反射率产生最小的影响。陶瓷两半爿配合非常紧密,并可由机械装置合在一起,并或者能够用例如General Electric Arc Tube Coating No.113-7-38粘在一起。选择套壳ID和灯泡OD,从而平均空气隙允许足够的热量从灯泡传导出去,并且为所需的反射率选择陶瓷的厚度。灯泡它用千分之几英寸的空气隙和只有1mm的最少的陶瓷厚度工作。

    在上述的另一个实施例中,用于灯泡的材料是石英(SIO2),而反射覆盖层是硅土(SiO2)。由于材料相同,故没有不同的热膨胀的问题。硅土是非晶状态的,并且由轻微地熔合在一起的小片构成。它被制造得足够厚,以达到需要的反射率,并且是白色的。还可以以不附着的套壳形式应用硅土。

    当使用提到过的基于硫、硒和碲的填充物时虽然当上述本发明的设备方面(并结合图6到13)的具有特别的适应性,但它们具有与填充物无关的优点,因而以有利地和任何填充物(包括各种金属卤化物填充物,诸如卤化锡、卤化铟、卤化镓、卤化溴(例如,碘化物)以及卤化铊)一起使用。

    当基于硫和硒的填充物一同使用时,图3中的套壳44的材料在紫外线和可见光区域中是高反射的,并且在这些区域中具有较低的吸收率,并且在红外线区域也较佳。大致上敷层反射所有的射于其上的紫外线和可见光辐射,至少在330nm和730nm之间的范围(UV和可见光)中,这意味着套壳在光谱的紫外线和可见光部分的反射率大于85%。这样的反射率最好大于97%更好,最好大于99%。反射率被定义为在上述波长的范围中返回到内部的入射的辐射功率的总的部分,该辐射人们需要高的反射率,因为光的任何损耗都要乘以反射的次数。套壳10最好是辐射的漫反射件,但也可以是镜面反射件。套壳反射入射的辐射,而不管入射角如何。上述的反射率百分比最好延伸至远低330nm波长,例如,低到250nm,最好是低到220nm。

    虽然不是必需的,但对套壳来说,在红外线区域中它具有反射率也是有利的,从而较佳的材料是从远紫外线到红外线都是高反射率的。人们需要高的红外线反射率,因为它改善了能量平衡,并允许在更低的功率下工作。套壳还必需能够经得起灯泡中产生的高温。如上所述,铝土和硅土是合适的材料,并以套壳的形式出现,该套壳厚得足够,以提供所需的反射率和结构刚性。

    如上所述,在使用硫或硒的灯泡的工作中,由套壳对辐射的多次反射模拟了大得多的灯泡的效果,允许在活性材料较低密度下和/或用更小的灯泡工作。光子集合的每一个吸收和再发射(包括和被反射的大致上为紫外线辐射相应的那些)导致光谱功率的转移,以向更长的波长方向分布。光子在灯泡玻泡中反射的平均数越大,则吸收/再辐射的数目越大,因而得到的和光子相关的光谱移动越大。光谱移动将由活化种类的振动温度决定。

    虽然图3中描述了不用套壳遮盖的小孔48,但它最好设置一种物质,这种物质具有高的紫外线反射率,但对可见光辐射的透明度高。这种物质的一种例子是多层介质叠层,该叠层具有所需的光学性质。

    参数α定义为小孔的表面积与反射表面总面积(包括小孔的面积)的比值。于是α可以取零附近的值(对于非常小的孔)至0.5(对于一半有套壳的灯泡)。较佳的α对于许多应用具有0.02到0.3范围中的值。依赖于特殊的应用,这个范围之外的比值也可以工作,但可能不太有效。典型地,更小的α值一般将增加亮度,减小包温,并降低效能。因此,本发明的一个优点是可以提供极为明亮的光源。

    图6中示出另一个实施例,该实施例利用光导纤维14形式的光端口,该光纤和小孔12相接。小孔的面积被认为是端口的截面积。在图6的实施例中漫反射的套壳10围绕在灯泡19周围。

    图7中示出另一个实施例,其中类似于图6中的部分由类似的标号表示。参照图7,和小孔12’相接的光的端口是复合抛物柱面反射器(CPC)70,如所知道的,CPC截面呈现为两条以一倾斜角相互倾斜的抛物线部分。它将具有从0到90度的角分布的光转变为小得多的角分布(例如0到10度或更少(偏离法线的最大值为10度))是有效的。CPC可以是空气中工作的反射器或使用内部全反射的折射器。

    在图7所示的实施例中,可以安排CPC,例如,通过覆盖反射CPC内表面,以便反射紫外线和可见光,同时设置端面72,它使可见光通过,但该端面72可构造或覆盖得将不想要的辐射分量反射回小孔。这些不想要的分量例如可以(但不限于)包括特别波长区域、特别的偏振和光线的空间取向。表面72示为短划线,意味着它既使辐射通过,也使辐射反射。

    图8是另一个利用CPC的实施例。在这个实施例中,灯泡和图7中的一样,但是光端口是光导纤维14”,它馈送CPC70。在图8的实施例中,和图7的实施例相比,到达CPC的热量更少。

    图6到8的实施例中的问题在于,在灯泡和光端口之间有相交处,光在该相交处漏出。

    参照图3,这个问题可以通过把在小孔前部的套壳形成孔的内部漫反射壁47用作光端口来解决。由此,参照图9,将光导纤维80设置在漫射孔前面,而在图10中,固体或反射光学元件82(例如,CPC)设置在孔的前部。光通过孔漫射,并平滑地进入光纤或其它光学元件,而不遇到任何突然的相交处。依赖于应用,光学元件的直径可以更大、更小或和孔的直径相同。

    将漫射孔做得足够长,从而使光随机化,但不是长得使太多的光被吸收。图11到13示出各种孔的设计。在图11中,套壳92具有孔92,其中呈现了平坦的前表面。在图12中,套壳91具有孔93,该孔93延伸超出套壳的厚度。图13中,套壳95具有孔97和渐变厚度区域98。典型地,孔的截面形状是圆形的,但可以是矩形或某种其它的形状。内反射壁可以会聚或发散,这些孔的设计是例示的,出现其它设计对熟悉本领域的人来说是可以的。

    参照图3、9、10和11,示出反射器49(图11中的96)。反射器放置得与或接近于与套壳44接触,并且其功能是反射在孔附近的界面处或附近漏出的光。虽然反射器是可选的,但人们想要改进其性能。反射回进入界面附近的陶瓷中的光主要将返回小孔或灯泡(除非因为被吸收而丧失)。反射器49的径向尺寸(在孔具有圆截面的情况下,反射器将是圆环形的,并尺寸将是“径向”的)应孔47的高度大约相同或更小。在可见光中,较好地它是具有覆盖介质叠层的石英。

    图14描述了本发明的一个实施例,其中紫外线/可见光反射覆盖层51位于金属外壳52的壁上。在外壳中是没有反射覆盖层的灯泡50。网54(它也是小孔)使该外壳完整。反射表面强制产生光通过网区域射出。外壳可以是微波谐振器,并且可以通过例如腔中的耦合槽引进微波激励。在一种替换方法中,微波或R.F.功率可以感应式施加,在这种情况下,外壳不必是谐振腔,但能够提供有效的屏蔽。

    图15中示出了提供了有效屏蔽的一个实施例。灯泡类似于参照图3描述的实施例中的灯泡,虽然在此特定实施例中,它具有比图3所示的更大的α。它通过微波或R.F.功率供给能量,激励围绕着灯泡的耦合线圈62(以截面图示出)。(除了光端口69周围的区域之外)法拉第屏蔽60围绕装置,用于电磁屏蔽。如果需要,有损耗的铁氧体或其它磁屏蔽材料可以设置在外壳60的外侧,以提供额外的屏蔽。在其它的实施例中,其它的光学元件可以和小孔连通,在这种情况下,除了光学元件周围的区域之外法拉第屏蔽将包含该装置。封闭盒子的开口足够小,从而它超过截止值。填充物中活性物质的密度可以在与作为标准值的相同值到非常低的密度值中变化。

    虽然本发明能够产生稳定的可见光,而不需要旋转灯泡,但在某些应用中,灯泡旋转可能是需要的。图16的实施例描述了如何实现这种需要。参照附图,由空气涡轮实施旋转,以便不阻挡可见光。图中示出空气轴承7和进风口8,并且将来自空气涡轮(图中未示出)的空气送到进风口。

    虽然已经结合了灯泡上的反射媒体或内部的屏蔽外壳描述了本发明的方法方面的实施,但是它并不如此限制唯一需要为如此设置反射媒体,从而反射辐射通过填充物多次。例如,介质反射器可以设置在灯泡的外部。还有,在使用具有耦合槽的微波腔的实施例中,可以通过用介质反射覆盖层覆盖槽来避免光的损失。

    下面参照图17描述上述的波长转换的原理,图17描述了包含硫填充物的各个无电极灯的灯泡在紫外线和可见光区域中的光谱。光谱A是从具有低的硫填充物密度(大约0.43mg/cc),并且不具有任何反射套壳和覆盖物的的灯泡中取得的。看得出,从灯泡发射出来的辐射的一部分在紫外线区域中(这里规定为在370nm以下)。

    另一方面,光谱B从具有覆盖物以根据本发明的一个方面提供多次反射的同一灯泡取得的。可以看出,在光谱B的可见光区域中有更大比例的辐射,而紫外线的辐射至少减少(超过)50%。

    虽然图17中描述的光谱B适合于某些应用,但是通过使用具有更高反射率的覆盖层,能够得到具有占比例更大的可见光和作比例更小的紫外线的光谱。如上所述,小孔越小,产生的相对的可见光越多,但是效能越低。本发明的一个优点是通过将小孔做得非常小,可以得到明亮的光源,例如在某些投影应用中有用的光源。在这种情况下,以较低的效能得到较高的亮度。

    在用于得到光谱B的灯中,由石英制成的球形灯泡(ID为33mm,OD为35mm)填充密度为0.43mg/cc的硫和50toor的氩。用于图17到图20的灯泡只用于示范本发明的方法,并是是有覆盖层的。如上所述,使用覆盖层的灯泡因为寿命问题而不用于一商业的实施例中。图17和18中的灯泡用铝土(G.E.LightingProduct No.113-7-38)覆盖层(除了小孔区域之外),厚度为0.18mm,并且α为0.02。灯泡被圆柱形微波腔包围,该腔具有耦合槽并且施加400瓦的施加微波功率,这导致了功率密度为21弋瓦/cc。

    图17中的光谱已经被归一化,即,已经被任意地使各个光谱的峰值相等。图17和图18的灯的工作不旋转灯泡。非归一的光谱示于图18中。

    图19描述了没有覆盖层的R.F.供给能量的硫灯的归一的光谱A,该灯在紫外线区域中具有显著的光谱分量,以及从具有反射覆盖物的同一盏的灯得到的光谱B。可以看出,在光谱B中可见光辐射占比例更大。在这种情况下,灯泡为ID23mm,而OD为25mm,并硫填充密度为0.1mg/cc的硫和100toor的氪。在220瓦下供给能量,功率密度为35瓦/cc。覆盖层的灯泡用铝土覆盖层,厚度为大约0.4mm,而α为0.07。不旋转灯泡,灯的工作稳定,并且图20中示出非归一的光谱。虽然辐射在多次的反射中有损失,但是非归一的光谱B显得比光谱A高,这是因为所用的检测器仅由从无覆盖层的灯泡发射的辐射的一部分对着,但由从小孔发射出的辐射的更大的一部分对着。

    比较图18和图20,可以注意到较大的α导致较高的效能。参照图18,注意到,在有覆盖层的灯泡中的可见光的输出低于无覆盖层的灯泡中的输出,这是因为辐射在多次的反射中有损失;但是,可见光的输出比如果发生反射而不发生从紫外线到可见光的转换时的输出更大些。

    根据本发明,在某些实施例中,灯泡可以用比现有技术中密度低得多的活性材料填充。

    本发明可以用不同形状的灯泡,例如球形、圆柱形、扁椭球形、环形等等。根据本发明的灯的用途包括用作投射光源和用作用于一般照明的照明光源。

    应该注意,可以提供不同功率的灯泡,从较低的功率(例如50瓦)到300瓦以上(包括1000瓦特和3000瓦)。由于光可以通过光端口取出,故光的损失可以较低,并且通过端口取出的光可以用于分布型的照明(例如在办公楼中)。

    根据本发明的另一个方面,这里所述的灯泡和灯可以用作再利用机(recaptureengine),用于地来自任意源的紫外线辐射转换到可见光。例如,可以提供外部的紫外线灯,并且将从该灯发射出来的光送到,通过光端口送到这里所述的灯泡中。然后灯泡将紫外线发射转换为可见光。

    最后,应该知道,虽然已经结合说明性的实施例描述了本发明,但对熟悉本领域的人来说可以有各种变化,因此本发明的范围由所附的权利要求确定。

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本发明提供了一种方法,其中硫或硒灯中的光穿过填充物多次,以将紫外线辐射转变成可见光。发光装置包括无电极玻泡,光反射覆盖层,围绕玻泡第一部分,覆盖层不会因为不同的热膨胀而爆裂,并且玻泡具有第二部分,该部分含有光透小孔。 。

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