專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)汞高強(qiáng)度氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了無(wú)汞高強(qiáng)度放電燈。
背景技術(shù)：
在高強(qiáng)度放電(HID)燈(如，汽車(chē)應(yīng)用的氙氣燈)中，期望在燈的壽命期間維持很高的光輸出。氣體放電燈的性能在很大程度上取決于它的電極的性能。良好的電極性能意味著電極損失小，電極保持它們的形狀，蒸發(fā)少量電極材料，以及電極不與熱燈中的各種化學(xué)過(guò)程負(fù)面交互作用。燈性能還會(huì)受通常以操作期間汽化的球粒形式引入的包括惰性氣體和鹽填充物的填充物成分的影響。鹽填充物可以包括根據(jù)其具體屬性選取的多種金屬鹵化物，例如，由于其對(duì)燈色點(diǎn)的貢獻(xiàn)，特定金屬鹵化物可以包括在其中。現(xiàn)有技術(shù)中公知的是，向電極材料或向燈填充物添加發(fā)射器材料(一般為金屬和常常為釷)可以顯著改進(jìn)電極性能。這種金屬，在操作期間即使在電極表面上以少量存在時(shí)，也可以降低電極的工作機(jī)能以及因而使得能夠以較低電極溫度進(jìn)行陰極電子發(fā)射。較低電極溫度繼而導(dǎo)致改進(jìn)的電極性能。通常把發(fā)射器材料以氧化物(例如，氧化釷(ThO2))的形式作為摻雜劑添加到塊狀電極材料。當(dāng)以此方式添加時(shí)，把發(fā)射器材料稱(chēng)作“固態(tài)發(fā)射器”，以及把電極稱(chēng)作“鍍釷電極”。在一些現(xiàn)有技術(shù)汽車(chē)燈中，由于已證明氧化釷對(duì)電極的影響有益(特別是在關(guān)鍵提升 (critical rim-up)階段期間)，所以使用固態(tài)方式來(lái)改進(jìn)電極性能。由于電極隨著它們發(fā)熱而相當(dāng)容易釋放釷，所以特別是在提升期間固態(tài)發(fā)射器是有效的。對(duì)于汽車(chē)頭燈，提升 (run-up)是以很高的電流，所以電極很快速地發(fā)熱，以及因此發(fā)射器在此階段期間存在最重要，以降低工作機(jī)能。在沒(méi)有用任何手段來(lái)對(duì)抗此電極的突然和極度發(fā)熱的情況下，這些承受極度燒接(burn-back)，以及事實(shí)上會(huì)變得易碎和易斷。然而，固態(tài)方式的缺點(diǎn)是，氧化釷中包含的氧對(duì)燈中化學(xué)現(xiàn)象具有不利的副作用， 最終導(dǎo)致燈的壽命期間光輸出(流明)的下降。例如，氧化釷(ThO2)可以從電極蒸發(fā)并與填充氣體中的碘化鈧(ScI3)起反應(yīng)以給出碘化釷(ThI4),以及氧化鈧(Sc2O3)15作為結(jié)果，一部分鈧制約為氧化物以及在氣相中不再可用，所以燈效率更差。另一缺點(diǎn)是，由于制造限制，氧化釷通常在整個(gè)鍍釷電極的塊上分布，但是實(shí)際上只是在電極尖端附近需要添加量的一部分。因?yàn)檠趸Q稀少，所以不期望浪費(fèi)此材料。 此外，釷是放射性材料以及被認(rèn)為具有負(fù)面環(huán)境影響。向電極塊添加釷的進(jìn)一步缺點(diǎn)是， 隨著時(shí)間推移，釷將會(huì)與把鍍釷電極連接到燈外部的引線(xiàn)的鉬箔起反應(yīng)，導(dǎo)致由線(xiàn)柱裂紋 (pinch crack)引起的燈故障。已通過(guò)將鹵化釷包括為鹽填充物的一部分，其以固體形式(以鹽球粒形式)在燈的放電室中初始存在，以及必須首先在釷以氣體形式可用之前汽化以覆蓋電極，對(duì)于把釷包括為“氣相發(fā)射器”做出了一些嘗試。例如，US 4，798，995中描述的基于汞的 HID燈，把傳統(tǒng)鍍釷鎢電極與燈填充物中的少量碘化釷組合，以使得可以建立釷/鹵化物遷移循環(huán)(transport cycle)，其中通過(guò)鹵化釷返回從電極尖端處的氧化釷蒸發(fā)的釷。US6, 809，478B2還描述了具有用氧化釷摻雜電極的燈，以及包含少量碘化釷的填充物。在這些文獻(xiàn)中的這兩個(gè)中，需要通過(guò)在電極中使用充足的氧化釷來(lái)補(bǔ)償?shù)饣Q無(wú)法自行在提升期間有效降低電極的工作機(jī)能(work function)。通常接受的想法是，氣相發(fā)射器只會(huì)在鹽填充物已充分汽化(該過(guò)程花費(fèi)一定的時(shí)間)之后變得有效。只要汽化不充分，發(fā)射器材料就無(wú)法作用以降低電極工作機(jī)能。 對(duì)于此處描述的類(lèi)型的HID燈，在使鹽填充物充分汽化之前會(huì)輕易逝去等于20秒的時(shí)間。通常已認(rèn)為此長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間不可接受。缺少可靠發(fā)射器導(dǎo)致過(guò)度電極發(fā)熱、較強(qiáng)燒接 (burn-back)、以及最終惡化電極性能，這可能會(huì)造成電極故障。明顯地，這種負(fù)面特性在諸如可靠性極為重要的汽車(chē)頭燈的產(chǎn)品中是不可接受的。由于這些原因，固態(tài)發(fā)射器已是現(xiàn)有技術(shù)氣體放電燈中的選取方法，以及通常為了對(duì)燈色點(diǎn)的特定影響只在鹽填充物中包括任何少量的鹵化釷。例如，在US6，376，988 Bl中，填充氣體中的釷僅僅用于改進(jìn)辨色。 事實(shí)上，在一些方式中完全拒絕碘化釷的使用，而是采用了用于改進(jìn)電極性能的其他技術(shù)。 W02007/(^6288例如描述了一種完全無(wú)釷的燈，但是描述的燈的電極性能不能與使用釷作為固態(tài)發(fā)射器的燈相媲美(compare favourably).與使用氙氣作為緩沖氣體的HID燈相關(guān)聯(lián)的一個(gè)已知問(wèn)題是，在點(diǎn)火之后的提升階段期間以及在穩(wěn)態(tài)操作中，會(huì)發(fā)生電磁干擾(EMI )。燈隨后生成會(huì)對(duì)車(chē)輛中的電子器件 (例如，車(chē)載TV接收器)有負(fù)面作用的射頻信號(hào)。在燈以它的穩(wěn)定‘斑點(diǎn)模式(spot mode)’工作時(shí)，EMI的出現(xiàn)更加不可能。由于此原因，一旦燈點(diǎn)燃，期望燈盡可能早地從漫射模式切換到斑點(diǎn)模式(spot mode)。添加碘化釷作為氣相發(fā)射器有幫助，但是在現(xiàn)有技術(shù)的燈中由于氣相中釷的初始不充分存在，斑點(diǎn)未足夠早地顯現(xiàn)，因?yàn)辂}池(salt pool)必須在足夠的釷可用之前首先達(dá)到一定溫度。由于很多原因(例如，它是以相對(duì)較低操作溫度給出有利光輸出的很有效的輻射器)，在HID燈的填充氣體中初始地包括汞。汞也具有高的蒸氣壓力，所以可以獲得高燈電壓，具有結(jié)果的低操作電流。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但近年來(lái)為了環(huán)境和健康原因已做出舉動(dòng)以從某些類(lèi)型的汽車(chē)燈中去除汞，以及相應(yīng)地開(kāi)發(fā)了燈標(biāo)準(zhǔn)。然而，汞的省略加劇上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的是，提供避免上述問(wèn)題的無(wú)汞高強(qiáng)度放電燈。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)汞高強(qiáng)度氣體放電燈，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。根據(jù)本發(fā)明，無(wú)汞高強(qiáng)度氣體放電燈包括放電容器，其封裝放電室中的填充物，以及包括延伸到放電室中的一對(duì)電極，對(duì)于此燈，電極不包含釷，以及填充物包括有包含至少 6襯％碘化釷的鹵化物成分。通常把一般也稱(chēng)作“鹽填充物”的“鹵化物成分”以鹽球粒的形式添加到填充物中，以及可以因此互換使用術(shù)語(yǔ)“鹽填充物”和“鹵化物成分”。在燈的操作期間，當(dāng)加熱放電室(discharge chamber)時(shí)，填充物大量蒸發(fā)，并且因此可以稱(chēng)作“填充氣體”。以下，可以因此互換使用術(shù)語(yǔ)“填充物”和“填充氣體”。應(yīng)該把如向電極所應(yīng)用的表述“不包含釷”理解為意思是，制造電極，而不包括任何氧化釷。也可以把這種電極稱(chēng)作“非鍍釷”電極。由于高強(qiáng)度放電燈的電極通常由鎢制成，所以可以在以下假定，根據(jù)本發(fā)明的燈中非鍍釷電極的塊狀材料主要包括鎢。對(duì)根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明了，通過(guò)以這種高濃度把發(fā)射器金屬以鹽(例如，碘化釷ThI4)的形式作為氣相發(fā)射器添加到無(wú)汞燈的鹽填充物，電極性能堪比使用固態(tài)發(fā)射器方式的現(xiàn)有技術(shù)燈獲得的電極性能。實(shí)驗(yàn)考慮了相關(guān)性能需求，諸如燈的持續(xù)燃燒中觀測(cè)的早期提升期間的陰極附近等離子亮度、“流明維持”(將在下面解釋這些術(shù)語(yǔ))、以及 “至斑點(diǎn)時(shí)間(time-to-spot)”。早期提升期間(在前十秒左右)高水平的陰極附近等離子亮度是燈的發(fā)射器令人滿(mǎn)意地運(yùn)行，以及燈的電極充分‘冷卻’的可靠指示。在對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，在沒(méi)有任何固態(tài)發(fā)射器的情況下，觀測(cè)了出乎預(yù)料的高等離子亮度水平。這些觀測(cè)很意外，因?yàn)橐验L(zhǎng)期接受的理解是，作為鹽填充物一部分包括的任何發(fā)射器將會(huì)簡(jiǎn)單地在鹽填充物充分蒸發(fā)或汽化的時(shí)間是不可用的。對(duì)于這些出乎預(yù)料正面觀測(cè)的解釋是，在預(yù)燒(burn-in)期間，充分量的鹽填充物蒸發(fā)和游離，所以大量釷沉積在電極表面上以及遷移到電極的主體中。遷移的釷在關(guān)斷燈時(shí)仍然在電極中。在后續(xù)提升(rim-up) 階段中，在電極中仍在一些程度上存在釷，以及只它的一部分約束為鹽填充物中的碘化釷。 因此，一旦對(duì)于燈執(zhí)行了預(yù)燒(burn-in)流程，在接通燈立即之后釷的一部分作為固態(tài)發(fā)射器可用，以及因此立即作用以降低電極溫度，甚至在從鹽填充物蒸發(fā)了任何釷之前。換言之，釷發(fā)射器的行為仿佛它從電極塊狀材料起源一樣，所以根據(jù)本發(fā)明的燈組合了使用碘化釷作為氣相發(fā)射器的優(yōu)點(diǎn)與使用釷作為固態(tài)發(fā)射器的優(yōu)點(diǎn)，但是沒(méi)有隨附的缺點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰趸Q；避免了燈中氧的負(fù)面副作用；燈中釷的總量比使用鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈顯著低于(一至兩個(gè)量級(jí))；以及燈的壽命相比于使用鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈而言更長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的燈的另一優(yōu)點(diǎn)是，由于電極初始地不包含任何釷，所以鉬箔(也稱(chēng)作“Mo箔”)對(duì)于相當(dāng)?shù)臅r(shí)長(zhǎng)仍然不受從電極起源的任何釷的影響，因而延長(zhǎng)了燈的壽命。諸如介紹中所提到的那些的在填充氣體中具有碘化釷以及具有非鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)無(wú)汞汽車(chē)頭燈，通常僅具有低的碘化釷百分比，例如，等于或少于兩個(gè)重量百分比(2 wt%)，通常被包括以影響色點(diǎn)。這些燈的特征在于，對(duì)應(yīng)初始流明輸出的約10 %，光通量在 15個(gè)小時(shí)之后從200 — 400 Im嚴(yán)重下降。光輸出的下降如此嚴(yán)重而使得這種燈無(wú)法滿(mǎn)足顧客規(guī)定。此外，這種現(xiàn)有技術(shù)燈的填充氣體中碘化釷的氣相濃度初始太低而使得提升階段期間的性能不令人滿(mǎn)意。然而，在根據(jù)本發(fā)明的無(wú)汞燈中，示出了碘化釷的水平增加結(jié)合非鍍釷電極得到了，燈的光輸出相對(duì)穩(wěn)定，即，從45分鐘至15個(gè)小時(shí)的老化期間它的流明損失有益地低于在可比較的現(xiàn)有技術(shù)燈中。換言之，根據(jù)本發(fā)明的燈實(shí)施例的流明輸出是更穩(wěn)定的。此外，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈的實(shí)施例進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)示出了，可以取得與具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)無(wú)汞燈可比較的、出乎預(yù)料良好的電極性能。這些實(shí)驗(yàn)還示出了提升期間燈 EMI特性的顯著改進(jìn)。此外，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)示出了，鹽填充物中碘化釷的相對(duì)高濃度允許釷在燈的早期提升階段期間已經(jīng)起作用，這是直到現(xiàn)在為止只通過(guò)固態(tài)發(fā)射器可獲得的屬性。因此，在一個(gè)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的解決方案中，根據(jù)本發(fā)明的燈在比使用釷作為固態(tài)發(fā)射器的現(xiàn)有技術(shù)燈壽命長(zhǎng)(由于把較少的鈧約束為氧化物，以及鉬箔較不容易損壞)和在環(huán)境上友好(由于燈中使用的釷的總體量較低)的情況下，與采用釷作為固態(tài)發(fā)射器的燈類(lèi)似，享有有利的電極性能。從屬權(quán)利要求和后面的續(xù)描述公開(kāi)了本發(fā)明特別有益的實(shí)施例和特征?？梢允褂酶鶕?jù)本發(fā)明的燈替代現(xiàn)有技術(shù)Dl — D4頭燈(headlamp)。由于根據(jù)本發(fā)明的燈是無(wú)汞的，所以會(huì)在以下稱(chēng)為D3或D4燈，然而不以任何方式限制本發(fā)明。此外，通過(guò)化學(xué)式對(duì)金屬鹵化物的任何引用(例如，碘化釷的ThI4)不排除鹵素和該金屬另一金屬鹽的使用。例如，在根據(jù)本發(fā)明的燈中，鹵化釷可以是溴化釷、氯化釷或氟化釷中的任一種。根據(jù)本發(fā)明的燈的填充物中總鹽填充物的重量?jī)?yōu)選地至少I(mǎi)OOyg和至多 400 μ g。更優(yōu)選地，總鹽填充物的重量為適合D3或D4燈的至少250 μ g和至多350 μ g。許多因素(如，鹽填充物成分、放電室的尺寸、電極的位置和尺寸等)，控制了無(wú)汞 HID燈的流明輸出和色點(diǎn)。此外，燈的物理構(gòu)造、燈的操作條件以及燈中填充氣體的壓力均用來(lái)影響它的光輸出。HID燈的填充氣體通常包括多種重要物質(zhì)，每一種被選取以滿(mǎn)足一定需求。例如，填充氣體中碘化鈧和碘化鈉的組合量確定了燈的效率。明顯地，可以根據(jù)需要調(diào)整這些金屬鹽的相對(duì)比例，以及可以調(diào)整相對(duì)量以控制流明輸出的變化、色點(diǎn)相對(duì)于黑體線(xiàn)的位置等。因此，根據(jù)本發(fā)明的燈優(yōu)選地包括具有鹵化物成分的填充氣體，該鹵化物成分包括至少35 wt%和至多60碘化鈉以及包括至少20 wt%和至多40 wt%的碘化鈧。為了進(jìn)一步改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的燈的性能，填充氣體的鹵化物成分更優(yōu)選地包括至少20 wt%和至多40 wt%比例的碘化鈉，以及至少25 wt%和至多35 wt%比例的碘化鈧。碘化鈉和碘化鈧的這些水平確保燈提供充分高的光輸出。如以上已經(jīng)提到的，使用汞和具有鍍釷電極的HID燈可以產(chǎn)生有利的白色光。通過(guò)包括諸如銫、鉈、釷等的某些元素的化合物，進(jìn)一步改進(jìn)這種燈的色點(diǎn)。然而，在沒(méi)有汞的情況下，碘化鈉和碘化鈧趨于產(chǎn)生色調(diào)發(fā)黃的光，而其對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用是不期望的，因?yàn)榘l(fā)黃的顏色妨害駕駛員辨別頭燈照射對(duì)象的顏色的能力。由于此原因，無(wú)汞HID燈通常在填充氣體中包括一定量的其它物質(zhì)或化合物以提供需要范圍中的色溫。因此，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，無(wú)汞HID燈的填充氣體包括有鹵化物成分，其包括至多20襯％碘化鋅和包括至多0. 5襯％碘化銦。汽車(chē)HID燈通常包含一定比例氙氣以加速提升(rim-up)時(shí)間以及在點(diǎn)燃之后直接提供可接受的光輸出。因此，根據(jù)本發(fā)明的燈中的填充氣體優(yōu)選地包括非操作狀態(tài)中至少12巴壓力下的氙氣。這也被稱(chēng)作燈的‘冷壓力’。諸如汽車(chē)HID燈的高壓氣體放電燈的特性或性能將會(huì)隨著時(shí)間推移而改變。在所謂“預(yù)燒”時(shí)間的操作前45分鐘期間，會(huì)觀測(cè)到很有利的結(jié)果，此后結(jié)果會(huì)衰退。因此把此類(lèi)型燈的操作前十五小時(shí)視為‘老化’時(shí)間。在老化時(shí)間之后，可以假定諸如流明輸出、效率等的相關(guān)值已達(dá)到它們的設(shè)定值。如下面將會(huì)描述的，使用表明高濃度的碘化釷來(lái)提供氣相發(fā)射器的根據(jù)本發(fā)明的無(wú)汞燈，相比于現(xiàn)有技術(shù)燈而言在老化之后取得了很有利的性能。通常把HID燈的電極布置成使得它們突出到放電室的相對(duì)端中。因?yàn)榉烹娙萜鞯氖⒉ＡУ淖冃握凵鋵傩?，通常無(wú)法以光學(xué)方式確定以及通常使用例如X射線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行電極的實(shí)際隔離。由于此原因，通常把電極隔離表示為‘光學(xué)隔離’。在根據(jù)本發(fā)明的燈中，把電極放置在放電室中以使得電極尖端包括至少3. 8 mm和至多4. 6 mm的光學(xué)隔離。3.7 mm 的‘實(shí)際’隔離例如對(duì)應(yīng)于約4. 2 mm的光學(xué)隔離。通常，HID燈中電極的尺寸和厚度也對(duì)燈的性能有影響。穩(wěn)定電弧的維持在很大程度上取決于電極的幾何結(jié)構(gòu)，特別是它們的直徑，因?yàn)殡姌O的厚度控制操作期間達(dá)到的電極溫度，其繼而根據(jù)鎮(zhèn)流器參數(shù)確定電極的燒接(burn-back)和換向特性。電極可以實(shí)現(xiàn)成從尖端至線(xiàn)柱均勻直徑的簡(jiǎn)單棒狀，或者可以實(shí)現(xiàn)為在尖端處比在線(xiàn)柱處寬、或者在尖端處比在線(xiàn)柱處窄，例如，電極可以特征為從它的尖端或前面向外引導(dǎo)的小‘鼻子’。明顯地，以下給出的尺寸應(yīng)用于燃燒之前電極的初始尺寸。對(duì)于碘化釷的一些濃度，根據(jù)本發(fā)明的燈實(shí)施例示出了，‘細(xì)’電極產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的性能。在根據(jù)本發(fā)明的燈中，因此，電極前方區(qū)域(front region)中的最大直徑優(yōu)選地至少200 μ m和至多400 μπι。更優(yōu)選地，電極直徑在260μπι與360μπι之間。也可以在根據(jù)本發(fā)明的燈中使用階梯電極，在此情形中尖端處的直徑可以在360 μπι與400 μπι之間， 而電極桿(shaft)的直徑朝向線(xiàn)柱(pinch)變窄。例如，通過(guò)8. 3 wt%的碘化釷和300 μ m 電極獲得良好結(jié)果(老化之后的流明損失只有約100 lm)。然而，使用具有‘細(xì)’電極的碘化釷的這種濃度，會(huì)發(fā)生不期望的EMI水平。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，電極尖端處的直徑優(yōu)選地大約360 μ m,例如，至少300 μ m和至多400 μ m。具有8. 3 wt%碘化釷和 360 μ m的根據(jù)本發(fā)明的燈上進(jìn)行的觀測(cè)示出了，老化之后光沒(méi)有減少。此外，通過(guò)這些參數(shù)，顯著改進(jìn)了燈的EMI性能。對(duì)于汽車(chē)HID燈的重要考慮是，燈達(dá)到‘斑點(diǎn)’模式花費(fèi)的時(shí)間，即，點(diǎn)火之后直到放電弧從初始漫射模式發(fā)展成最終斑點(diǎn)模式為止逝去的時(shí)間。此時(shí)間通常稱(chēng)作‘至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)’，以及應(yīng)當(dāng)理想地盡可能短。現(xiàn)有技術(shù)D3和D4燈可以取得有利的至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)，但是只是以使用具有已經(jīng)在介紹中提到缺點(diǎn)的鍍釷電極的代價(jià)。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)示出了，鹽填充物中碘化釷的較高濃度對(duì)至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)有正面影響。例如，具有約17wt% ThI4含量和細(xì)電極(大約300 μπι)的燈展現(xiàn)了老化之后只有7秒的低至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)，這可與使用具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈可獲得的結(jié)果相比較。使用厚電極(大約360 μ m),至斑點(diǎn)的時(shí)間對(duì)于ThI4為 17襯％的燈在老化之后甚至進(jìn)一步減小為約1秒。然而，根據(jù)本發(fā)明的燈還可以通過(guò)較低水平的碘化釷(例如，只有8. 5wt%的比例)結(jié)合較厚電極(大約360μπι)，取得約1秒的有利至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)。由于這些簡(jiǎn)短至斑點(diǎn)的時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，在根據(jù)本發(fā)明的燈實(shí)施例中觀測(cè)到提升期間的EMI特性顯著減小。HID燈的另一重要特性是它的“流明維持”，即，該燈在它的壽命期間輸出的流明通量的穩(wěn)定性。例如，300 μ g總鹽量中ThI4為2 wt%的現(xiàn)有技術(shù)D4燈可以展現(xiàn)出，會(huì)是初始流明輸出約10%的老化之后200 — 400 Im光通量下降。這種高流明下降是非常嚴(yán)重的，而使得此燈將會(huì)無(wú)法滿(mǎn)足顧客規(guī)定。因此，燈序列的發(fā)展期間的目標(biāo)是，對(duì)于預(yù)燒的前45分鐘燈展現(xiàn)有利特性以及該特性在15個(gè)小時(shí)的老化之后未顯著改變。在對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈的實(shí)施例進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)到了，相對(duì)高的碘化釷含量對(duì)老化期間的流明損失有顯著正面影響。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)示出了，約 8. 5wt%或更多的碘化釷含量把流明輸出的下降限制為約0 — 100 Im0因此，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，鹵化物成分中碘化釷的比例包括至少7 wt%、優(yōu)選地至少8 wt%、更優(yōu)選地至少9 wt%、以及最優(yōu)選地至少10 wt%。在碘化釷的相對(duì)高濃度在8 - 18 wt%范圍中的情況下對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的燈進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)示出了，總體可獲得的流明輸出是穩(wěn)定的。然而，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)示出了可以通過(guò)調(diào)整其它因素增加流明輸出。例如，可以增加燈的初始冷壓力。因此，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，填充氣體包括非操作狀態(tài)中至少14巴的壓力下的氙氣。還可以通過(guò)調(diào)整燈中碘化鋅的水平正面地影響光通量。因此，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，填充氣體包括有包括至多5 wt%減小碘化鋅濃度的鹵化物成分。碘化鈉和碘化鈧的相對(duì)比例也會(huì)對(duì)燈的光通量有正面影響，而使得在根據(jù)本發(fā)明的燈的優(yōu)選實(shí)施例中，填充氣體包括有鹵化物成分，其包括碘化鈉和碘化鈧以使得碘化鈉對(duì)碘化鈧的比率(按重量)接近但是不下降為1.0以下。如以上所表明的，對(duì)于HID燈的已知問(wèn)題是，一些釷將會(huì)最終到達(dá)鉬箔以及會(huì)造成對(duì)箔的損壞和線(xiàn)柱區(qū)域中的裂紋。因此，在根據(jù)本發(fā)明的燈的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，鉬箔位于線(xiàn)柱區(qū)域中的進(jìn)一步后方，即，距放電室較大距離處，以使得電極連接到鉬箔的點(diǎn)也位于線(xiàn)柱區(qū)域中的進(jìn)一步后方。額外距離可以包括約2 mm，以使得增加兩個(gè)相對(duì)線(xiàn)柱區(qū)域中的鉬箔之間的隔離。優(yōu)選地，電極連接到處于燈的線(xiàn)柱區(qū)域中的鉬箔以使得鉬箔的邊緣與放電室的內(nèi)壁之間電極的嵌入長(zhǎng)度包括至少4 mm的距離。應(yīng)該把“嵌入長(zhǎng)度”理解為意思是自電極從放電室的內(nèi)壁突出到線(xiàn)柱區(qū)域中的點(diǎn)起、以及直至它連接到的鉬箔的邊緣為止線(xiàn)柱區(qū)域中嵌入的電極的長(zhǎng)度。實(shí)際上，把鉬箔從放電容器移動(dòng)開(kāi)，以及此增加的距離意味著釷到達(dá)鉬箔花費(fèi)顯著更長(zhǎng)的時(shí)間，從而通過(guò)延長(zhǎng)此遷移所花的時(shí)間避免或至少推遲該問(wèn)題。線(xiàn)柱區(qū)域中的較長(zhǎng)電極長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致另一類(lèi)型的裂紋，即，會(huì)在增加電極的嵌入長(zhǎng)度時(shí)出現(xiàn)的徑向延伸裂紋(REC)，這對(duì)技術(shù)人員而言已知的。然而，可以通過(guò)使用替選電極形狀避免此問(wèn)題。因此，在根據(jù)本發(fā)明的燈的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)具有填充氣體中碘化釷的高濃度以及進(jìn)一步延伸到線(xiàn)柱中的電極的燈的壽命，可以使用替選電極形狀，例如，盤(pán)繞電極或激光結(jié)構(gòu)(“毛刷”)電極，其形狀可以縮小會(huì)因?yàn)檠由祀姌O長(zhǎng)度而發(fā)展的線(xiàn)柱區(qū)域中裂縫的可能性。通過(guò)此處提到的特征的適當(dāng)組合，根據(jù)本發(fā)明的燈享有對(duì)于可比較現(xiàn)有技術(shù)燈的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。相比于具有無(wú)釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈而言，這些優(yōu)點(diǎn)是
一早期提升期間的電極較冷； 一至斑點(diǎn)的時(shí)間短； 一燈的壽命期間較少電極變形； -老化期間的流明損失較低。相比于具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈而言，優(yōu)點(diǎn)是 一在燈中未引入氧而使得鈧的損失最小化。一鉬箔對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間仍然與任何傳播的釷隔離； 一燈中釷的總量低于在具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈中； 一釷電極較之用氧化釷摻雜的鎢而言更容易可獲用。本發(fā)明的其它目的和特征將根據(jù)以下結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)描述變得明顯。然而應(yīng)該理解，把圖設(shè)計(jì)為僅用于示例的目的以及并非作為本發(fā)明限制的限定。


圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體放電燈的橫截面； 圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氣體放電燈的橫截面；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)燈和現(xiàn)有技術(shù)燈的“至斑點(diǎn)的時(shí)間”的框圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的燈和現(xiàn)有技術(shù)燈的光通量的框圖；圖4示出了具有填充物中不同碘化釷濃度的根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)燈、以及現(xiàn)有技術(shù)燈的陰極附近等離子亮度測(cè)量值的圖。 在圖中，類(lèi)似標(biāo)號(hào)通篇是指類(lèi)似對(duì)象。圖中的對(duì)象并非需按比例繪制。
具體實(shí)施例方式在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)汞石英玻璃HID燈1的橫截面?；旧希?燈1包括石英玻璃放電容器5，其封裝包含填充氣體的放電室2。此實(shí)例中示出的放電室2 的內(nèi)徑D內(nèi)可以在2. 2 mm與2. 6 mm之間，以及外徑可以在5. 3 mm與6. 3 mm之間，以使得放電室2的容積可以在15 μ 1與30 μ 1之間。兩個(gè)電極3、4從燈1的相對(duì)端突出到放電室2中。在制造期間，在圍繞電極3、4軸的兩側(cè)上壓緊放電容器5的石英玻璃以密封放電室2中的填充氣體。通過(guò)線(xiàn)柱或密封區(qū)域中封裝的鉬箔30、40做出電極3、4與導(dǎo)電引線(xiàn) 31、41之間去往外部的連接。電極3、4因此向線(xiàn)柱中延伸一定距離，如電極3所指示，其在鉬箔30的引線(xiàn)邊緣與放電室2的內(nèi)壁之間線(xiàn)柱區(qū)域中具有嵌入長(zhǎng)度d。電極3、4是制造為初始地基本上不含有釷的鎢棒，以及延伸到放電室2中以及可選地彼此分開(kāi)一定距離，例如，通過(guò)該燈類(lèi)型的相關(guān)規(guī)范所規(guī)定的距離。實(shí)例中示出的燈1 的‘實(shí)際’電極隔離Esep可以是約3. 7 mm，對(duì)應(yīng)滿(mǎn)足D3和D4規(guī)范的約4. 2 mm的光學(xué)隔離。 可以作為從基座至尖端均勻厚度的簡(jiǎn)單棒實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的燈1的電極3、4。然而，電極3、 4的厚度可以在電極的不同階段上同等地良好變化，以使得例如電極3、4在它的尖端處較厚以及在基座處較窄。在圖中描述的實(shí)施例中，電極3、4的直徑可以等于360 μ m (厚電極) 或直徑可以為等于300μπι (細(xì)電極)。直徑的這些值是指每個(gè)情形中燃燒之前的初始值。為了清楚起見(jiàn)，圖只示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。未示出的是基座和燈為控制燈的功率或電流需要的鎮(zhèn)流器。由于這些和其它額外組件對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會(huì)是已知的，所以此處將不會(huì)詳細(xì)解釋它們。當(dāng)接通燈1時(shí)，鎮(zhèn)流器的點(diǎn)火器在電極3、4上迅速?zèng)_激在數(shù)千伏的點(diǎn)火電壓以發(fā)起放電弧。放電室中的溫度迅速增加，以及金屬鹽蒸發(fā)。在逐漸建立高發(fā)光強(qiáng)度的電弧的情況下，鎮(zhèn)流器把功率向下調(diào)節(jié)為工作水平(例如，對(duì)于D4燈的 35ff)0如已經(jīng)解釋的，燈的鹽填充物中碘化釷的較高濃度會(huì)最終導(dǎo)致燈的密封區(qū)域中線(xiàn)柱裂縫引起的不想要的降級(jí)。圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明的燈1'的第二實(shí)施例，其中，電極3'、4'的桿(軸，shaft)比圖Ia的燈1中長(zhǎng)?？梢园哑渌叽绮扇榕c圖Ia的尺寸一樣。這允許鉬箔30' ,40'封裝在線(xiàn)柱中，其具有在鉬箔30'的引線(xiàn)邊緣與放電室2的內(nèi)壁之間較長(zhǎng)的電極的嵌入長(zhǎng)度d'。增加的嵌入長(zhǎng)度造成該區(qū)域中的溫度減小以及釷達(dá)到鉬箔30' ,40'的可能性減小。以此方式，可以延長(zhǎng)燈1'的壽命。圖2示出了對(duì)于填充氣體中沒(méi)有任何碘化釷的現(xiàn)有技術(shù)燈L_0、以及具有無(wú)釷電極和填充氣體中碘化釷的濃度高的三個(gè)燈L_17_300、L_17_360、L_8. 5_360測(cè)量的至斑點(diǎn)的時(shí)間(time-to-spot)的框圖。框圖示出了直到放電弧附接到小明亮斑點(diǎn)中的電極為止逝去的時(shí)間，如以上所解釋的。填充氣體中沒(méi)有任何碘化釷的現(xiàn)有技術(shù)燈L_0在開(kāi)始之后達(dá)到斑點(diǎn)模式(在45分鐘的預(yù)燒時(shí)間之后)平均需要103 S。隨著這些燈老化，至斑點(diǎn)的時(shí)間顯著增加至約180 s的平均數(shù)，即在這種燈達(dá)到斑點(diǎn)模式之前逝去三分鐘。
根據(jù)本發(fā)明的燈L_17_300、L_17_360、L_8. 5_360得出顯著改善的結(jié)果。具有17 wt%碘化釷以及電極的厚度為300 μ m的燈L_17_300分別平均在45分鐘的預(yù)燒時(shí)間之后大約只有7 s之后、以及在15個(gè)小時(shí)的燃燒之后大約10 s之后達(dá)到斑點(diǎn)模式。具有17 wt% 碘化釷以及電極的厚度為360 ym的燈L_17_360分別平均在45分鐘的燃燒之后大約1 s 之后以及在15個(gè)小時(shí)的燃燒之后大約10 s之后達(dá)到斑點(diǎn)模式。具有8. 5 wt%碘化釷以及電極的厚度為360 μ m的燈L_8. 5_360分別平均在45分鐘的燃燒之后大約23 s之后以及在15個(gè)小時(shí)的燃燒之后大約14 s之后達(dá)到斑點(diǎn)模式。這些觀測(cè)值表明使用具有非鍍釷電極和較高碘化釷濃度的根據(jù)本發(fā)明的無(wú)汞燈對(duì)至斑點(diǎn)的時(shí)間的顯著改進(jìn)。特別是較之舊燈的短至斑點(diǎn)的時(shí)間是偏向根據(jù)本發(fā)明的燈的較強(qiáng)理由，因?yàn)槠?chē)頭燈應(yīng)當(dāng)在盡可能短的時(shí)間中達(dá)到斑點(diǎn)模式。還相比于現(xiàn)有技術(shù)燈而言改進(jìn)了根據(jù)本發(fā)明的燈傳遞的光通量。圖3示出了填充氣體中沒(méi)有碘化釷的現(xiàn)有技術(shù)燈L_0、以及碘化釷為9. 3襯％和電極為300 ym的燈 L_9. 3_300按流明(Im)的光通量的框圖。雖然現(xiàn)有技術(shù)燈L_0在燃燒(預(yù)燒)的前45分鐘中平均傳遞3420 lm，但光通量隨著時(shí)間推移顯著下降而使得在15個(gè)小時(shí)的燃燒(老化)之后，這些燈只平均取得3100 Im0相比而言，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燈L_9.3_300在燃燒的前 45分鐘中平均傳遞3325 Im,以及在15個(gè)小時(shí)之后3250 Im0清楚地，現(xiàn)有技術(shù)燈L_0的流明損失顯著差于根據(jù)本發(fā)明的燈L_9. 3_300，其有效維持它的高水平光通量。這些實(shí)驗(yàn)示出了，碘化釷的較高水平得出最有利的結(jié)果，允許使用較細(xì)的電極，同時(shí)取得可相比于具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈的性能。通過(guò)圖4的輔助說(shuō)明了使用根據(jù)本發(fā)明的燈可獲得的早期提升中等離子亮度的顯著改進(jìn)，圖4是針對(duì)具有無(wú)釷300 μ m電極的根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)燈的陰極附近等離子亮度(在從0 — 10 s的早期提升上平均、以及按任一單位給出)相對(duì)于碘化釷濃度的圖。 為了比較，用虛線(xiàn)給出具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈可獲得的等離子亮度。隨著把碘化釷的濃度增加到約5 wt%以上，早期提升中的陰極附近等離子亮度(near-cathode plasma brightness)顯著增加。6 wt%與8 wt%之間的值傳遞有利地與現(xiàn)有技術(shù)燈相比較的陰極附近等離子亮度水平。如介紹中所提到的，此早期提升階段中的較高陰極附近等離子亮度是燈的發(fā)射器令人滿(mǎn)意地運(yùn)行的可靠指示。如圖所示，約8 wt%和以上的區(qū)域中碘化釷的濃度即使在總體使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)較少釷的情況下，也傳遞與具有鍍釷電極的現(xiàn)有技術(shù)燈輕松相比較的結(jié)果。雖然以?xún)?yōu)選實(shí)施例和其變化的形式公開(kāi)了本發(fā)明，但將會(huì)理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下對(duì)其做出很多額外的修改和變化。為了清楚起見(jiàn)，還應(yīng)該理解，遍及本申請(qǐng)中“一”或“一個(gè)”的使用不排除復(fù)數(shù)，“包括”不排除其它步驟或元件。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)汞高強(qiáng)度氣體放電燈(1)，包括放電容器(5)，其封裝放電室(2)中的填充物， 以及包括延伸到放電室(2)中的一對(duì)電極(3、3'、4、4')，對(duì)于此燈(1)，一電極(3、3'、4、4')不包含釷，以及一填充物包括有包括至少6襯％碘化釷的鹵化物成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燈(1)，其中，填充物包括有鹵化物成分，其包括至少35wt%和至多60 wt%碘化鈉以及包括至少20 wt%和至多40磯丨％碘化鈧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的燈(1)，其中，填充物包括有鹵化物成分，其包括至多20 wt%碘化鋅和包括至多0. 5 丨％碘化銦。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燈(1)，其中填充物包括非操作狀態(tài)中至少12巴壓力下的氙氣。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燈(1)，其中把電極(3、4)布置在放電室(2)的相對(duì)端處，以及其中電極(3、3'、4、4')前方區(qū)域中的最大直徑至少200 μ m和至多400 μ m。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燈(1)，其中鹵化物成分中碘化釷的比例包括至少7 wt%、優(yōu)選地至少8 wt%、更優(yōu)選地至少9 wt%、以及最優(yōu)選地至少10 wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)的燈(1)，其中鹵化物成分中碘化釷的比例包括至多17. 5 wt%、優(yōu)選地至多16 wt%、更優(yōu)選地至多14 wt%、以及最優(yōu)選地至多12 wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的燈(1)，其中填充物包括非操作狀態(tài)中至少14巴的壓力下的氙氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的燈(1)，其中填充物包括有包括至多20wt%碘化鋅的鹵化物成分。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)的燈(1)，其中填充物包括有鹵化物成分，其包括碘化鈉和碘化鈧以使得碘化鈉對(duì)碘化鈧的比率接近但是不下降為值1. 0以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)的燈(1)，其中電極(3'、4')連接到處于燈(2)的線(xiàn)柱區(qū)域中的鉬箔(30' ,40')以使得鉬箔(30' ,40')的邊緣與放電室(2)的內(nèi)壁之間電極的嵌入長(zhǎng)度(d')包括至少4 mm的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)的燈(1)，其中電極(3'、4')包括激光結(jié)構(gòu)電極 (3'、4')和/或盤(pán)繞電極(3'、4')。
13.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燈(1)，具有標(biāo)稱(chēng)功率為20W與35W之間，對(duì)于此燈(1)一放電室(2)的容積大于或等于15 μ 1以及小于或等于30 μ ； 一放電室(2)的內(nèi)徑(Drt)包括至少2.0 mm和至多2. 6 mm ； 一放電室(2)的外徑包括至少5. 3 mm和至多6. 3 mm;以及一燈(1)的填充物中鹵化物成分的組合重量至少100 μ g和至多400 μ g。
14.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燈(1)，其中電極(3、3'、4、4')的尖端包括至少 3.8 mm和至多4. 6 mm的光學(xué)隔離。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種無(wú)汞高強(qiáng)度氣體放電燈(1)，包括放電容器(5)，其封裝放電室(2)中的填充體，以及包括延伸到放電室(2)中的一對(duì)電極(3、3′、4、4′)，對(duì)于此燈(1)，電極(3、3′、4、4′)不包含釷，以及填充物包括有包括至少6wt%碘化釷的鹵化物成分。
文檔編號(hào)H01J61/12GK102422382SQ201080020068
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者吉澤 H., 哈克 M., 赫克特菲舍爾 U. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司