專利名稱:高壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及到高壓氣體放電燈(HID[高強度放電]燈),其特點是不含汞,并且適用于汽車工業(yè)。
此類的燈之所以被廣泛使用是因為其良好的特性,并且在汽車工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也在增加。特別是在這種應(yīng)用中也有一定的需求,然而,這種燈出于環(huán)保的原因不應(yīng)該含汞。
EP1,063,681公開了一種放電燈,在其中的放電空間內(nèi)不需要使用汞,從而避免的環(huán)境污染并能降低紫外線輻射的比例。然而還說這種燈不能用在汽車中,因為燈在打開后不能足夠快地產(chǎn)生所需的光通量。要解決這一問題就要降低放電空間的熱容量和熱損失,并且要在室溫下的內(nèi)部氣壓與放電空間的體積及放電空間內(nèi)若干處截面的最大壁厚之間保持一定比例。
然而有這樣一個缺點,按慣例縮短容器內(nèi)壁與向上彎曲的光弧之間的距離會造成發(fā)光物質(zhì)與氧化硅發(fā)生反應(yīng),特別是在放電容器比較熱的上壁區(qū)域,這樣會因?qū)е陆Y(jié)晶加劇而縮短燈的壽命。另外,這種燈的發(fā)光效率比含汞的燈要低。
除了發(fā)光效率之外,沒有汞的燈還有一個普遍問題,也就是燃燒電壓低,相同功率的燈在連續(xù)工作時獲取的燈電流也就要大。
最后,在汽車中使用需要考慮到安裝環(huán)境及其與反射器的配合,這就意味著燈的外部形狀應(yīng)該保持基本不變。
另一個目的是提供一種同樣是填充無汞氣體的高壓氣體放電燈,它具有比普通無汞燈要高的燃燒電壓。
特別是,按照上述兩個目的(高發(fā)光效率和高燃燒電壓)中至少其一提供的高壓氣體放電燈是在無需增大燈的功率或是其最大熱負載的條件下實現(xiàn)的,也不需要增大外層燈泡的外部尺寸。
還要提供一種無汞高壓氣體放電燈,它能維持汽車正常使用的流明,也就是隨燈壽命的亮度衰減與有汞燈相似。
最后要提供一種適合汽車工業(yè)特殊應(yīng)用的高壓氣體放電燈。
該目的是按照權(quán)利要求1實現(xiàn)的,一種高壓氣體放電燈有一個放電容器,它密封一個有發(fā)光物質(zhì)的放電空間,并且其底面處在燈操作位置的最低位置,底面具有第一上升區(qū)和至少一個第二區(qū),第一區(qū)到燈操作期間形成的電弧放電的距離尺寸使得集中在上述第一區(qū)的發(fā)光物質(zhì)在開燈后獲得足夠熱量時進入氣化狀態(tài),而第二區(qū)是這樣布置的,它能夠?qū)σ蜷_燈受熱而運動的發(fā)光物質(zhì)起到一個收集儲存器的作用。這樣的儲存器有多方面優(yōu)點。首先至少能部分避免遷移的發(fā)光物質(zhì)進入電極引線位置的區(qū)域。其次,這樣的儲存器能確保在第一區(qū)中不會出現(xiàn)熔化的鹽,否則會因反射和吸收而妨礙燈的發(fā)光。
第二區(qū)是這樣布置的,它相對于第一區(qū)被降低或升高,或是與第一區(qū)連續(xù)形成-只要是能具有擴大的表面面積。這種布置主要是由充入放電容器的發(fā)光物質(zhì)的性質(zhì)和量也就是其蒸發(fā)和遷移特性所決定的。
這種方案的特殊優(yōu)點是放電空間的上述幾何形狀使得有可能提高放電空間中最冷光點處的溫度,而不會由此導(dǎo)致燈的最高溫度(在操作位置的上部)和最大熱負載上升,或是因發(fā)光物質(zhì)進入收縮部而造成損壞。
總而言之可以無需替代地省去汞,或是可以用不同的電壓梯度形成材料來代替汞,這種材料對環(huán)境的損害小,例如是一種適當(dāng)?shù)慕饘冫u化物,由于這種幾何形狀能使最冷光點獲得較高的溫度,無論如何都能有足夠量的發(fā)光物質(zhì)進入氣態(tài),這樣就能進一步提高燈的發(fā)光效率及其燃燒電壓??梢酝ㄟ^引入一種稀有氣體(特別是氙)用來升高放電空間中的氣壓來實現(xiàn)。
應(yīng)該注意到US-PS5,211,595描述了一種用不對稱收縮和不對稱放電容器制造放電燈的方法。這種不對稱的目的與本發(fā)明的解決方案相反,是為了在放電容器上部區(qū)域與操作期間比較強地向上彎曲的光弧之間獲得較大的距離,使上述區(qū)域不至于過度受熱。制造這種不對稱并且在下壁區(qū)域僅有輕微曲率的放電容器的另一個目的是要避免上述下壁區(qū)域出現(xiàn)裂縫,金屬鹵化物會在裂縫處過度積聚,并且為便于上述物質(zhì)蒸發(fā)并改善燈的光度特性要提供較大的表面。總之,這種燈不能沒有汞,也不能設(shè)計成供汽車工業(yè)使用,因此,這篇文獻被認為是無關(guān)的。
從屬權(quán)利要求涉及到本發(fā)明進一步的有益實施例。權(quán)利要求2和3限定的實施例所具有的優(yōu)點是制造特別簡單并且廉階。
權(quán)利要求4限定的實施例特別適用于汽車前燈。
權(quán)利要求5和6涉及到可用來替代汞的電壓梯度形成材料,能夠使燈獲得特別優(yōu)良的發(fā)光效率,而權(quán)利要求7為實現(xiàn)這一目的提供了另一種可能性,具體到能夠獲得較高的發(fā)光效率和燃燒電壓。
權(quán)利要求8限定的實施例能在底部表面獲得特別均勻的溫升,而按照權(quán)利要求9能夠進一步改善對電極引線位置及位于它們后面的收縮部的保護防止發(fā)光物質(zhì)進入。
放電空間被充入由放電氣體(發(fā)光器)構(gòu)成的氣體,能通過激發(fā)或放電而發(fā)光,最好是一種形成電壓梯度的氣體,可以從金屬鹵化物族中選擇這種氣體。
發(fā)光物質(zhì)例如是碘化鈉和/或碘化鈧,而采用的的梯度形成物質(zhì)例如可以是碘化鋅和/或其它替代汞的物質(zhì)。
替代或是附加的電壓梯度形成物質(zhì)可以是引入放電空間2的一定量稀有氣體(例如是氙),可以增大氣壓從而提高發(fā)光效率和燃燒電壓。
用熔化溫度盡可能高的材料例如是鎢制成的電極3的懸空端從放電空間2相對的兩側(cè)伸入其中。電極3各自的另一端被緊固在導(dǎo)電板或箔片4特別是一個鉬箔片上,利用它在放電燈的外部觸點與電極3之間實現(xiàn)電連接。
為了確保電極3突入放電空間2的位置7處的真空氣密密封,放電容器1在這些區(qū)域被埋入石英玻璃部(收縮部)5,在其中嵌入電極3相對其懸空端的部位和導(dǎo)電箔片4。
收縮部5相對于放電容器1是對稱布置的,并且處在其縱軸上。這樣做的優(yōu)點是不需要改變本發(fā)明的燈的外殼尺寸,這對于將這種燈應(yīng)用于汽車前燈特別重要。另外,按對稱收縮部制造的燈即簡單又廉價。
在燈的操作狀態(tài)下,在電極3的尖端之間激發(fā)電弧放電6(光弧)。
圖1(b)是沿著圖1(a)中A-B線提取的截面圖。同樣能顯示出具有放電空間2,電極3,底部表面10和上壁13的放電容器1。從這一圖中還可以看出放電容器1在與底部表面10相對的區(qū)域具有一個外部扁平部14,這一扁平部的作用是限制放電容器在該區(qū)域的熱容量,使從底部表面10釋放的熱量盡可能少。
如上所述,按照本發(fā)明的充氣的高壓氣體放電燈最好包括一或多種適當(dāng)?shù)慕饘冫u化物作為替代汞的電壓梯度發(fā)生器。然而,由于這些物質(zhì)具有比較低的局部蒸氣壓力,為了達到基本上相等的燈效率(或是光通量)和最高的可能燃燒電壓,影響放電容器1中的溫度平衡,特別是為了提高最冷光點也就是底部表面10處的溫度,以便有在關(guān)燈時以固體形態(tài)聚集在底部表面10處的足夠量的發(fā)光物質(zhì)在燈的操作狀態(tài)下在放電空間2中進入氣化狀態(tài)。
還可以看出在放電空間2的上壁13處形成的最高溫度一定不能變得太高使放電容器1發(fā)生結(jié)晶或是脫?,F(xiàn)象,上述容器是用石英玻璃制成的。這可能會成為一個問題,因為放電空間內(nèi)的強烈對流會特別強烈地加熱電弧放電6上方的區(qū)域。
圖1(a),(b)中所示的放電空間2的結(jié)構(gòu)能滿足這些預(yù)定條件和要求。從圖中可以看出,底部表面10與操作期間形成的光弧6具有比較小的距離。這一距離應(yīng)該比光弧6與放電空間2的上壁13處之間的距離小。然而,到底部表面10的距離至少應(yīng)該足夠大,使電極3與電極之間形成的光弧6包括擴散區(qū)在內(nèi)都不會受到干擾或衰減。
還要選擇底部表面10的尺寸和形狀,一方面在關(guān)燈時使發(fā)光物質(zhì)主要積聚在這一底部表面10上。另一方面要根據(jù)發(fā)光物質(zhì)的性質(zhì)和量對電極尖端之間區(qū)域附近的底部表面進行選擇,使后者在開燈時能被電弧放電6足夠地加熱,以便有足夠的量進入氣化狀態(tài)從而提高燈的發(fā)光效率。底部表面10的尺寸應(yīng)該能確保最初開始熔化的發(fā)光物質(zhì)不會覆蓋電極尖端或是電弧放電6。
具有這種尺寸和形狀的底部表面10能夠獲得迄今為止只有填充含汞氣體的燈才能達到的效率。另外,發(fā)光的光譜特性和色點也基本上對應(yīng)著含汞的燈,這對于汽車工業(yè)中的應(yīng)用特別重要。
燈的燃燒電壓也能比公知的無汞燈有明顯的提高(通過增大電極間隙和其它尺寸還可以進一步提高)。按所述方式升高的底部表面10不會造成放電容器1最熱點處的溫度進一步上升,這一點通常出現(xiàn)在上壁13的對面,這樣就不會增加燈的最大熱負載,特別是能夠獲得能與含汞燈相比的亮度。
僅僅增加底部表面10的溫度還能降低橫跨放電容器1側(cè)壁特別是上、下側(cè)壁之間的溫度下降,這樣能明顯減少容器中的熱應(yīng)力。
底部表面10的構(gòu)造需要滿足的進一步條件是積聚在底部表面10處的發(fā)光物質(zhì)(或其它淀積物質(zhì))不能出現(xiàn)在底部表面10位于電極尖端和電弧放電6下面的區(qū)域,否則會因反射和吸收而衰減燈發(fā)出的光。另一方面還應(yīng)該注意壁波美度10的構(gòu)造,至少不能讓明顯數(shù)量的非氣態(tài)發(fā)光物質(zhì)遷移到達電極3的入口位置7也就是收縮部5的入口,因為這樣會隨時間造成腐蝕或是類似的作用。
在第一實施例中是在發(fā)光物質(zhì)的量與底部表面10的尺寸之間做適當(dāng)調(diào)和來完全防止這種作用,而本發(fā)明的第二實施例是采取以下的措施。
圖2(a)和2(b)表示第二實施例,在其中對與圖1(a)和1(b)中相同的部件采用了相同的標(biāo)號,因而無需進一步描述這些部件。與第一實施例相反,此處的底部表面10具有第一上升區(qū)域11,它在電極3入口部位7的方向上被埋入各自的第二區(qū)域12。
第一區(qū)域11的表面面積和能夠適應(yīng)光弧6的高度的高度等尺寸完全取決于發(fā)光物質(zhì)的性質(zhì),使關(guān)燈狀態(tài)下聚集在第一區(qū)域上的發(fā)光物質(zhì)在開燈后因受熱而至少是明顯地進入氣態(tài),并且有足夠的量實際維持在氣態(tài)用于燈的操作。這樣從區(qū)域11消除發(fā)光物質(zhì)就能基本上不會衰減從燈發(fā)出并且通過區(qū)域11的光。
第二區(qū)域12相對于第一區(qū)域11低,其程度是根據(jù)第一區(qū)域11的尺寸和關(guān)燈狀態(tài)下積聚的較低的底部表面10上的發(fā)光物質(zhì)的量的需要,確保第二區(qū)域12能起到在高壓氣體放電燈操作期間沒有進入氣態(tài)而是以熔化的鹽的形式出現(xiàn)的那一部分發(fā)光物質(zhì)的收集儲存器的作用。根據(jù)燈所填充的發(fā)光物質(zhì),事實上,在燈的操作期間可能有大部分比例的發(fā)光物質(zhì)例如是總量的80%是以熔化的鹽的形式出現(xiàn)的。第二區(qū)域一方面能保持在燈操作期間以熔化鹽的形式出現(xiàn)的發(fā)光物質(zhì)遠離第一區(qū)域11,以免對燈發(fā)出的光造成衰減。另一方面還能防止一部分發(fā)光物質(zhì)在開燈時因受熱而到達電極3的入口位置7,以及該物質(zhì)隨之在入口位置7方向上的移動。
第二區(qū)域12相對于第一區(qū)域11的最低段位于電極3的尖部下方,可用來容納在入口位置7的方向上遷移的一定量上述物質(zhì),這樣至少能部分保護入口位置7遠離這些物質(zhì)。然而,在這種情況下最冷光點的溫度也會上升。
最后從圖2(a)中還能看出放電容器1的平整14的形狀在其縱向上跟隨放電空間2底部表面10的梯度。
圖3(a),(b)表示本發(fā)明的第三實施例。在其中對與圖1和2中相同的部件同樣采用了相同的標(biāo)號,因而無需進一步描述這些部件。
與圖2(a)和(b)表示的第二實施例相反,此處的底部表面10相對于放電容器1的縱軸是對稱的。從圖3(b)的截面圖中可以清楚地看到,第一上升部11在電極3及其之間的連接線下面在放電容器1的縱向上延伸。第二區(qū)域12與低區(qū)域11平行地延伸并且位于第一區(qū)域11的兩側(cè)。
底部表面10的這種布局同樣能至少是部分防止朝電極3遷移的發(fā)光物質(zhì)在開燈期間進入入口位置7,因為它們在遷移過程中會滑向第二區(qū)域12并且留在那里,這樣就能保持第一區(qū)域11上沒有熔化的物質(zhì)。
在本實施例中,放電容器1的平整14的形狀同樣是跟隨放電空間2底部表面10的形狀。
圖4(a)和(b)表示本發(fā)明的第四實施例,在其中對與圖1到3中相同或?qū)?yīng)的部件同樣采用了相同的標(biāo)號,因而無需進一步描述這些部件。
與第一到第三實施例相反,此處的上壁13具有在放電容器1的縱向上延伸并且向上彎曲的曲面,基本上跟隨電弧放電6自然稍稍向上彎曲的梯度。這樣能使上壁13較少受熱。底部表面10的尺寸與其無關(guān),并且可以采取圖1到3所示的形式。
圖5表示表示本發(fā)明的第五實施例。在其中對與圖1和2中相同或?qū)?yīng)的部件同樣采用了相同的標(biāo)號,因而無需進一步描述這些部件。
與圖1和2所示的放電燈相反,此處的放電容器1的構(gòu)造是圍繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)對稱。也就是說底部表面10延伸到放電空間2的整個內(nèi)圓周,使上壁12與底部表面10具有相同的形狀(鏡像對稱)。
可以應(yīng)用于圖1和2的所有實施例的這種構(gòu)造在制造技術(shù)上具有明顯的優(yōu)點,并且簡單并便于制造。結(jié)果會使放電容器1在操作位置上處于最上方的那一區(qū)域受熱更強,如果燈是按比較低的功率或是從上部區(qū)域冷卻來設(shè)計的,這樣可以接受。
除此之外,本實施例的操作和優(yōu)點與參照氣態(tài)實施例所述的情況相同。
所有實施例都能做到使底部表面的溫升更加均勻,也就是利用氧化鋯(ZrO2)制成的附加涂層并施加在放電容器與底部表面10相對的外側(cè),因為涂層區(qū)域比沒有涂層的區(qū)域被更多地加熱。
作為上述措施的變更或是補充,在所有實施例中,對放電容器1的收縮部5的外側(cè)也可以施加這種涂層,所提供的效果是盡量減少發(fā)光物質(zhì)或氣態(tài)淀積物質(zhì)進入這些區(qū)域。
最后,圖6表示按照本發(fā)明的放電燈裝上外殼9后的縱向截面圖,還表示了用來向電極3提供電源電壓的外部觸點8。
為了看清本發(fā)明的放電燈所獲得的優(yōu)點和特性而給出了以下的比較例起點是常規(guī)的標(biāo)準放電容器,也就是底部表面沒有上升,這種容器的體積大約是27μl并包含大約300μg碘化鈉/碘化鈧的充氣,按重量的比例是碘化鈉約為70%而碘化鈧約為30%,氙氣壓大約是620mbar(輔助體積中的主要壓力),及50μg的碘化鋅(ZnJ2)。這樣在大約35V的燃燒電壓下能獲得大約2650lm的光通量。
在圖2(a)和(b)所示的第二實施例中,放電空間2的體積大約是20μl,而底部表面10上升約0.5mm,同樣的充氣結(jié)果是燃燒電壓約為50V,而光通量大約是3050lm。
如果對圖1所示的第一實施例采用同樣的放電空間2體積(20μl),而底部表面10上升約0.5mm,但是充氣中不包括碘化鋅,而是對應(yīng)著上述的充氣,結(jié)果是燃燒電壓約為42V,而光通量大約是3200lm。
采用本發(fā)明的放電空間2的結(jié)構(gòu)就能獲得明顯提高的光通量和燃燒電壓的顯著上升。
最后還應(yīng)該注意到按照本發(fā)明的提高放電容器最冷光點處溫度的原理顯然還可以應(yīng)用于含汞的燈,例如是在汞對環(huán)境的固有缺點可以接受的情況下,這樣的溫升可以用來提高發(fā)光效率,獲得相同的發(fā)光效率,以便降低燈的輸入功率。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體放電燈有一個放電容器(1),它密封一個有發(fā)光物質(zhì)的放電空間(2),并且其底部表面(10)處在燈操作位置的最低位置,底部表面(10)具有第一上升區(qū)(11)和至少一個第二區(qū)(12),其中-第一區(qū)(11)到燈操作期間形成的電弧放電(6)的距離尺寸使得集中在上述第一區(qū)(11)的發(fā)光物質(zhì)在開燈后獲得足夠熱量時進入氣化狀態(tài),而其中的-第二區(qū)(12)是這樣布置的,它能夠?qū)σ蜷_燈受熱而運動的發(fā)光物質(zhì)起到一個收集儲存器的作用。
2.按照權(quán)利要求1的高壓氣體放電燈,其特征在于包括相對于放電容器(1)對稱布置的收縮部(5)。
3.按照權(quán)利要求1的高壓氣體放電燈,其特征在于放電容器(1)的結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)對稱的,使第一區(qū)(11)延伸到放電空間(2)的整個內(nèi)圓周上。
4.按照權(quán)利要求1的高壓氣體放電燈,其特征在于包括一種不含汞的充氣。
5.按照權(quán)利要求4的高壓氣體放電燈,其特征在于在其充氣中以一或若干種金屬鹵化物的形式構(gòu)成一個電壓梯度發(fā)生器。
6.按照權(quán)利要求5的高壓氣體放電燈,其特征在于電壓梯度發(fā)生器包括碘化鋅。
7..按照權(quán)利要求4的高壓氣體放電燈,其特征在于充氣包括額外數(shù)量的稀有氣體例如氙,用于提高氣壓并且增強燈的發(fā)光效率。
8.按照權(quán)利要求1的高壓氣體放電燈,其特征在于放電容器(1)與第一區(qū)(11)相對的外壁上具有包含氧化鋯的涂層。
9.按照權(quán)利要求1的高壓氣體放電燈,其特征在于放電容器(1)的外壁上在電極(3)的入口位置(7)和/或收縮部(5)的區(qū)域具有包含氧化鋯的涂層。
10 一種發(fā)光裝置特別是汽車前燈,其特征在于具有前述任何一項權(quán)利要求的高壓氣體放電燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及到高壓氣體放電燈(HID[高強度放電]燈),其特點是不含汞,并且適用于汽車工業(yè)。為了改善燈的特性,特別是為了與具有含汞氣體的同等功率的燈相比具有基本上相等的發(fā)光效率,以及盡可能高的燃燒電壓,為放電空間(2)設(shè)計的幾何形狀能夠升高燈中最冷光點的溫度,達到使同樣不含汞的發(fā)光物質(zhì)能有足夠量進入氣態(tài)的程度,特別是結(jié)合使用金屬鹵化物作為電壓梯度發(fā)生器。
文檔編號H01J61/33GK1427447SQ0213999
公開日2003年7月2日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者M·哈爾克, P·波斯特馬, P·赫爾維格, J·舍內(nèi)希, R·穆克爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司