專利名稱：金屬鹵素?zé)舻闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燈，特別是包括放電容器的金屬鹵素?zé)簦摲烹娙萜饔赏庹忠砸欢ㄩg隙圍繞并且具有陶瓷壁，該陶瓷壁封閉放電空間，該放電空間填充有填充物，所述填充物包括諸如氙氣(Xe)的惰性氣體和可電離鹽，其中，在所述放電空間中放置有兩個電極，所述兩個電極的尖部具有一定的相互間距，以便在其間限定放電路徑。
在本說明書和權(quán)利要求書中，陶瓷壁應(yīng)被理解為包括由金屬氧化物(比如藍(lán)寶石、致密燒結(jié)的多晶Al2O3)以及金屬氮化物(AIN)制成的壁。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這些陶瓷適于形成半透明的放電容器壁。
這種燈是公知的。所述兩個電極分別由伸入放電容器的電流導(dǎo)體支撐。所述電流導(dǎo)體由第一部分和第二部分構(gòu)成，其中第一部分由抗鹵素材料(比如Mo-Al2O3金屬陶瓷)制成，第二部分由鈮制成。選擇鈮是因為這種材料的熱膨脹系數(shù)對應(yīng)于放電容器的熱膨脹系數(shù)，以便防止頭燈的泄漏。
已知的燈具有下面的缺點。其放電容器的中心部分在兩側(cè)具有通過燒結(jié)連接到該放電容器的中心部分的較窄的端部或者延伸插頭(即延長的端部)，所述較窄的端部或者延伸插頭封閉所述電流導(dǎo)體。然而，由于所述插頭遠(yuǎn)離放電路徑，因此所述插頭充當(dāng)散熱片，從而一部分燈填充物(即鹽)可以在每個電流導(dǎo)體和延伸插頭(的壁)之間的空隙中冷凝。所述冷凝可能導(dǎo)致頭燈的顏色不穩(wěn)定性。各種鹽成分的分解通常會導(dǎo)致顏色不穩(wěn)定性(例如，如果所述填充物包含NaCe碘化物，比Ce更多的Na將會蔓延到所述空隙中)。為了獲得盡可能高的光功效，優(yōu)選地，將諸如CeI3、PrI3、LuI3和/或NdI3的稀土金屬碘化物添加到所述填充物中。然而，特別是在施加了較大摩爾份數(shù)的情況下，這些鹽是腐蝕性的，并且將會導(dǎo)致對放電容器的陶瓷壁的侵蝕。此外，如果對所述陶瓷壁的侵蝕靠近放電路徑，則將會導(dǎo)致對光的散射/吸收，從而對于光分布將帶來各種不利的后果。最后，作為時間的函數(shù)的光輸出應(yīng)當(dāng)盡可能地穩(wěn)定。然而，如果所述鹽與其他燈部件發(fā)生反應(yīng)并且因此消失，則所述光輸出將會下降，因此流明維持率也會下降。
從WO 99/53522和WO 99/53523可以獲知流明維持率得到改善的金屬鹵素?zé)?，這是由于在燈操作期間存在W鹵素循環(huán)。所述W鹵素循環(huán)本身的性質(zhì)非常復(fù)雜，并且對于所述W鹵素循環(huán)來說，Ca的存在是至關(guān)重要的，該W鹵素循環(huán)使得從電極的熱尖部蒸發(fā)的鎢沉積回到電極的稍為冷卻的部分上，而不是沉積在放電容器壁上。因此，所述W鹵素循環(huán)防止放電容器壁變黑。然而，所述已知的燈的流明輸出相對不高。
本發(fā)明的一個目的是消除上述缺點，特別是提出一種金屬鹵素?zé)?，其中避免了所述延伸插頭(的壁)的所述腐蝕以及所述顏色不穩(wěn)定性。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的在介紹部分中提到的燈的特征在于所述可電離鹽包括NaI、TlI、CaI2和X碘化物，其中X是從包括稀土金屬的組中選出的一種或多種元素。因此，X可以由單一元素形成，或者可以由兩種或多種元素的混合物形成。優(yōu)選地，X是從包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Nd的組中選出的。更為優(yōu)選地，X是從包括Ce、Pr、Nd(即鈰、鐠、釹)的組中選出的。令人驚訝的是，大量研究已經(jīng)表明，包括NaI、TlI、CaI2和X碘化物的鹽是非腐蝕性的，并且對于燈功率的大變化、因此對于最冷點溫度(例如在上述空隙的位置處)的大變化僅僅略微敏感，并且這些鹽相對較難發(fā)生離析(segregation)(即例如由于所述鹽的腐蝕或轉(zhuǎn)移而發(fā)生的在最冷點處的鹽混合比率的變化)，從而使得所述燈對于由離析引起的顏色偏移相對較不敏感。為了完整性起見，應(yīng)當(dāng)注意到Na、Tl、Ca和I分別代表鈉、鉈、鈣和碘。
在根據(jù)本發(fā)明的燈的一個優(yōu)選實施例中，X是稀土金屬的總量，其中X碘化物/(NaI+TlI+CaI2+X碘化物)的摩爾百分比高于0％并且最大到10％，特別是處于0.5到7％之間，更特別地是處于1到6％之間。實驗表明，如果X的量太低，則所述電極達(dá)到很高的溫度值，從而無法令人滿意地操作。如果X的量高于所述最大值，則在燈操作期間無法在放電容器中維持W鹵素循環(huán)。
優(yōu)選地，X是稀土金屬的總量，CaI2/(NaI+TlI+CaI2+X碘化物)的摩爾百分比處于10到95％之間。當(dāng)所選擇的CaI2的量不在所述范圍內(nèi)時，在燈操作期間無法在放電容器內(nèi)正確地形成所述W鹵素循環(huán)。
在根據(jù)本發(fā)明的燈的另一個實施例中，NaI、TlI、CaI2和X碘化物的量處于0.001到0.5g/cm3之間，特別是處于0.025到0.3g/cm3之間。放電容器的容積特別處于0.008到2.5cm3之間。
在根據(jù)本發(fā)明的燈的一個優(yōu)選實施例中，所述填充物包括汞(Hg)。在一個替換實施例中，所述燈填充物是無汞的。
為了獲得在其穩(wěn)定標(biāo)稱操作期間發(fā)出色溫Tc高于3500K的光的燈，根據(jù)本發(fā)明的燈的一個優(yōu)選實施例的填充物還包括從Mn和Ir中選出的鹵化物。實驗表明，在添加了Mn和Ir的鹵化物之后，可以主要沿著顏色三角的X軸來調(diào)節(jié)由所述燈發(fā)出的光在具有X、Y坐標(biāo)的顏色三角中的色點。在所述填充物中的Tl鹵化物的量的改變對于沿著Y軸的調(diào)節(jié)具有重要影響。在這里，穩(wěn)定標(biāo)稱操作意味著所述燈操作在其被設(shè)計用于的功率和電壓下。燈的所設(shè)計的功率被稱為標(biāo)稱功率。
為了在燈的標(biāo)稱操作期間提供所需的條件以便維持適當(dāng)?shù)腤鹵素循環(huán)，放電燈壁的溫度需要處于最低水平。根據(jù)實驗，如果所述燈在穩(wěn)定標(biāo)稱操作期間具有至少30W/cm2的壁負(fù)荷，則該要求優(yōu)選地被滿足。這里定義的壁負(fù)荷是在所述電極距離EA上測量的、燈功率與放電容器的內(nèi)壁表面積的比值。
此外，由所述電極產(chǎn)生的熱量優(yōu)選地被用于在燈操作期間將放電容器的兩個端部至少保持在所需溫度水平。其中，一方面是對于適當(dāng)?shù)腤鹵素循環(huán)所必需的所需水平。另一方面是定義所述填充物成分的最冷點溫度，所述填充物成分在穩(wěn)定燈操作期間飽和。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的燈具有至少一個在放電容器內(nèi)延伸一定長度的電極，從而在放電容器壁和電極尖部之間形成電極尖部到底部距離(t-b)，該尖部到底部距離(t-b)最多是4.5mm。特別對于其放電容器具有沿著放電路徑的矩形橫截面的根據(jù)本發(fā)明的燈來說，所述t-b優(yōu)選地最多是3.5mm。優(yōu)選地，作為一種設(shè)計具有通用燃燒位置的燈的非常有效的手段，每個電極都滿足所述t-b要求。所述尖部到底部距離的進(jìn)一步增大將導(dǎo)致燈的發(fā)光功效的急劇降低，并且通常還會導(dǎo)致由燈發(fā)出的光的最終演色性的下降，從而使得所述燈不適合于其特定應(yīng)用。
由于X的存在(優(yōu)選地是Sc、Y、La、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Nd的存在，更為優(yōu)選地是Ce、Pr或Nd的存在)，所述電極尖部在穩(wěn)定操作期間將恢復(fù)相對較低的值。因此，有利地減小了所述t-b，從而改善了熱平衡控制，并且因此改善了電極附近的放電容器壁的溫度。這樣做還有利于在整體上使得放電容器小型化。
本發(fā)明還涉及一種將被用在根據(jù)本發(fā)明的車輛頭燈中的金屬鹵素?zé)簟?br> 最后，本發(fā)明涉及一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的燈的方法，其中，所述燈包括放電容器，該放電容器由外罩以一定間隙圍繞并且具有陶瓷壁，該陶瓷壁封閉放電空間，該放電空間填充有填充物，所述填充物包括諸如氙氣(Xe)的惰性氣體和可電離鹽，其中，在所述放電空間中放置有兩個電極，所述兩個電極的尖部具有一定的相互間距，以便在其間限定放電路徑，其特征在于，所述可電離鹽包括NaI、TlI、CaI2和X碘化物，其中X是從包括稀土金屬的組中選出的。
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中

圖1以側(cè)視圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的燈的一個優(yōu)選實施例；圖2詳細(xì)示出圖1的燈的放電容器；以及圖3示出經(jīng)整形的放電容器的另一個優(yōu)選實施例。
圖1示出配備有放電容器3的金屬鹵素?zé)?，該放電容?具有封閉放電空間11的陶瓷壁，該放電空間11包含可電離填充物。在該放電空間中放置有兩個鎢電極4、5，其尖部4b、5b之間的相互距離是EA，以便限定其間的放電路徑。該放電容器的內(nèi)徑Di至少超過該距離EA。每個電極4、5在該放電容器內(nèi)延伸一定長度，從而在放電容器壁和電極尖部4b、5b之間形成尖部到底部距離(圖2t-b)。該放電容器在一側(cè)通過陶瓷突出插頭34、35閉合，所述陶瓷突出插頭封閉到電極4、5的電流導(dǎo)通導(dǎo)體(圖240、41、50、51)，所述電極4、5被以較窄的插入距離定位在該放電容器中，并且在遠(yuǎn)離放電空間的一端通過熔化陶瓷接頭(圖210)以氣密方式連接到所述導(dǎo)體。該放電容器被外燈泡1圍繞，該外燈泡在一端配備有燈帽2。當(dāng)該燈操作時，放電在電極4、5之間延伸。電極4通過電流導(dǎo)體8連接到燈帽2的第一電接觸形成部件。電極5通過電流導(dǎo)體9連接到燈帽2的第二電接觸形成部件。在圖2中詳細(xì)示出(未按比例示出)的放電容器具有陶瓷壁，并且由內(nèi)徑為Di的圓柱形部分形成，該圓柱形部分在每一端由相應(yīng)的陶瓷突出插頭34、35限制，所述陶瓷突出插頭通過燒結(jié)接頭S以氣密方式固定在該圓柱形部分中。所述陶瓷突出插頭34、35分別狹窄地封閉具有尖部4b、5b的相關(guān)電極4、5的電流導(dǎo)通導(dǎo)體40、41、50、51。所述電流導(dǎo)通導(dǎo)體在遠(yuǎn)離放電空間的一側(cè)通過熔化陶瓷接頭10以氣密方式連接到陶瓷突出插頭34、35。電極尖部4b、5b的相互距離為EA。所述電流導(dǎo)通導(dǎo)體分別包括抗鹵素部分41、51(例如具有Mo-Al2O3金屬陶瓷的形式)以及通過熔化陶瓷接頭10以氣密方式固定到相應(yīng)的端部插頭34、35的部分40、50。該熔化陶瓷接頭在Mo金屬陶瓷40、41上延伸一段距離，例如大約1mm。除了用Mo-Al2O3金屬陶瓷之外，還可能以替換方式形成部件41、51。例如從EP 0 587 238中可以獲知其他可能的構(gòu)造。一種特別適用的構(gòu)造是抗鹵素材料。部件40、50是由金屬制成的，其膨脹系數(shù)與所述端部插頭的膨脹系數(shù)非常良好地對應(yīng)。例如，Nb是用于這種目的的非常適用的金屬。部件40、50連接到電流導(dǎo)體8、9的方式并沒有被詳細(xì)示出。每個電極4、5包括配備有尖部4b、5b的電極棒4a、5a。
在圖3(未按比例繪制)中示出根據(jù)本發(fā)明的燈的另一個優(yōu)選實施例。其中用相同的附圖標(biāo)記表示與圖1、2中所示的相對應(yīng)的燈部件。放電容器3具有封閉放電空間11的經(jīng)整形的壁2。在所示的例子中，該經(jīng)整形的壁形成橢圓體。替換地，同樣可以使用其他形狀，比如扁球體。
在如附圖所示的燈的一種實際的實現(xiàn)方式中，制造多個額定功率為30W的燈。這些燈被用作機(jī)動車輛的頭燈。每個燈的放電容器3的可電離填充物包括100mg/cm3的碘化物，其中包括NaI、TlI、CaI2和CeI3。所述填充物還包括Xe，其填充壓力在室溫下是16巴。電極尖部4a、5a之間的距離EA是4mm，內(nèi)徑Di是1.3mm，因此得到比值EA/Di＝3.1。每個電極的尖部到底部距離t-b是1mm。放電容器3的壁厚是0.4mm。在額定功率下，所述燈在穩(wěn)定操作時的壁負(fù)荷為184W/cm2。這里，壁負(fù)荷被定義為在所述電極距離EA上測量的、燈功率與放電容器的內(nèi)壁表面積的比值。
已經(jīng)制造并測試了根據(jù)本發(fā)明的多種燈實施例。在第一系列中，測試了具有圓柱形放電容器的燈，該放電容器的內(nèi)徑Di為4mm，其填充物除了汞和氙氣之外還包括71.4mol％的NaI、2.4mol％的TlI、23.6mol％的CaI2和2.7mol％的CeI3。燈屬性和測試結(jié)果如下所示。
表I
在“發(fā)光功效”和“色溫Tc”兩列中的值涉及燈操作100小時后的結(jié)果。在最后一列中以％列出的流明維持率與“壽命”一列中列出的壽命相關(guān)。
從表I中示出的結(jié)果可以明顯看出，本發(fā)明導(dǎo)致具有長而穩(wěn)定的光輸出的燈。在燈的壽命期間，所發(fā)出的光的顏色屬性沒有發(fā)生顯著變化。
在表II中給出另一系列實施例的主要數(shù)據(jù)。
表II
對于第10-13號燈，電極距離EA是7mm。在表II中的燈的所列出的壽命期間，所述燈在所發(fā)出的光的顏色屬性方面沒有任何顯著變化。
此外，已經(jīng)制造并且測試了多種高瓦數(shù)燈。這些燈的標(biāo)稱功率為400W，并且配備有圓柱形放電容器。在表III中列出了這些燈的主要數(shù)據(jù)。
表III
在第17號燈中，填充物附加地包括0.25mg的InI。放電容器的容積處于2.1mm3(第15號燈)到2.4mm3(其他燈)的范圍內(nèi)。在所列出的壽命期間，所有的燈都具有非常穩(wěn)定的顏色屬性。
下面列出特別用于一般照明的根據(jù)本發(fā)明的其他實施例的數(shù)據(jù)和結(jié)果。
標(biāo)稱功率(W) 60 140放電容器容積(mm3)163.6573.6放電容器內(nèi)徑Di(mm)3.5 5.3電極EA(mm)15.4 23電極尖部到底部距離t-b(mm) 0.8 1.5汞含量(mg)12.5鹽含量(mg)≈7 ≈15
NaI(mol％) 74.179.8TlI(mol％) 0.8 0.7CaI2(mol％) 22.617.5CeI3(mol％) 2.5 2.0100h時的發(fā)光功效(lm/W) 114 1221000h時的發(fā)光功效(lm/W) 112 122100h時的色溫TC(K) 286028401000h時的色溫TC(K) 2910295權(quán)利要求
1.一種包括放電容器的金屬鹵素?zé)?，該放電容器由外罩以一定間隙圍繞并且具有陶瓷壁，該陶瓷壁封閉放電空間，該放電空間填充有填充物，所述填充物包括諸如氙氣(Xe)的惰性氣體和可電離鹽，其中，在所述放電空間中放置有兩個電極，所述兩個電極的尖部具有一定的相互間距，以便在其間限定放電路徑，其特征在于，所述可電離鹽包括NaI、TlI、CaI2和X碘化物，其中X是從包括稀土金屬的組中選出的一種或多種元素。
2.如權(quán)利要求1所述的燈，其中，X是從包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Nd的組中選出的一種或多種元素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燈，其中，X是從包括Ce、Pr、Nd的組中選出的一種或多種元素。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的燈，其中，X碘化物/(NaI+TlI+CaI2+X碘化物)的摩爾百分比處于0到10％之間，特別是處于0.5到7％之間，更特別地是處于1到6％之間。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的燈，其中，CaI2/(NaI+TlI+CaI2+X碘化物)的摩爾百分比處于10到95％之間。
6.如前述權(quán)利要求1到5中的任意一條所述的燈，其中，NaI、TlI、CaI2和X碘化物的量處于0.001到0.5g/cm3之間，特別是處于0.025到0.3g/cm3之間。
7.如前述權(quán)利要求1到6中的任意一條所述的燈，其在穩(wěn)定標(biāo)稱操作期間發(fā)出具有高于3500K的色溫Tc的光，其中，所述放電空間的填充物還包括從Mn和In中選擇的鹵化物。
8.如前述權(quán)利要求1到7中的任意一條所述的燈，其中，所述填充物包括汞。
9.如前述權(quán)利要求1到8中的任意一條所述的燈，其中，所述燈在額定功率下的穩(wěn)定操作期間具有至少30W/cm2的壁負(fù)荷。
10.如前述權(quán)利要求1到9中的任意一條所述的燈，其中，至少一個電極在所述放電容器內(nèi)延伸一定的長度，從而在放電容器壁和電極尖部之間形成尖部到底部距離(t-b)，該尖部到底部距離(t-b)最多是4.5mm。
11.如前述權(quán)利要求1到10中的任意一條所述的燈，其中，所述放電容器具有沿著所述放電路徑的矩形橫截面，并且所述尖部到底部距離(t-b)最多是3.5mm。
12.如前述權(quán)利要求1到9中的任意一條所述的燈，其中，所述放電容器的填充物中沒有Cs。
13.將被用在如前述權(quán)利要求1到6中的任意一條所述的車輛頭燈中的金屬鹵素?zé)簟?br> 14.一種用于制造如前述權(quán)利要求1到6中的任意一條所述的車輛頭燈的方法，其中，該車輛頭燈配備有包括放電容器的金屬鹵素?zé)簦摲烹娙萜饔赏庹忠砸欢ㄩg隙圍繞并且具有陶瓷壁，該陶瓷壁封閉放電空間，該放電空間填充有填充物，所述填充物包括諸如氙氣(Xe)的惰性氣體和可電離鹽，其中在所述放電空間中放置有兩個電極，所述兩個電極的尖部具有一定的相互間距，以便在其間限定放電路徑，其特征在于，所述可電離鹽包括NaI、TlI、CaI2和X碘化物，其中X是從包括稀土金屬的組中選出的。
全文摘要
一種包括放電容器的金屬鹵素?zé)簦摲烹娙萜饔赏庹忠砸欢ㄩg隙圍繞并且具有陶瓷壁，該陶瓷壁封閉放電空間，該放電空間填充有填充物，所述填充物包括諸如氙氣(Xe)的惰性氣體和可電離鹽，其中，在所述放電空間中放置有兩個電極，所述兩個電極的尖部具有一定的相互間距，以便在其間限定放電路徑，其特征在于，所述可電離鹽包括NaI、TlI、CaI
文檔編號H01J61/34GK1930655SQ200580007403
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者J·J·F·蓋坦比克, A·A·杜斯特斯, T·G·M·M·卡彭, J·L·G·蘇杰克, V·M·費希爾, G·M·J·F·路杰克斯, H·A·范厄斯弗德, V·L·E·布魯恩唐西 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司