專利名稱：不含汞的高壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈(HID[高強(qiáng)放電燈])，尤其涉及一種特別是不含汞的且適用于汽車技術(shù)領(lǐng)域的高壓氣體放電燈。
常規(guī)的高壓氣體放電燈一方面包含放電氣體(通常是金屬鹵化物例如碘化鈉或碘化鈧)，其作為實(shí)際上的發(fā)光材料(發(fā)光體)，另一方面包含汞，其主要用于形成電壓梯度并且具有增加燈的功效和燃弧電壓(burning voltage)的重要功能。
由于這種類型的燈具有良好的特性，因此該燈被廣泛地使用，并且還應(yīng)用于汽車技術(shù)領(lǐng)域中。然而，對于這種應(yīng)用場合，處于環(huán)境原因，特別地要求該燈不含汞。
不含汞的燈的基本問題在于，以給定燈功率的連續(xù)工作將導(dǎo)致燃弧電壓較低，這又燈電流較高并且發(fā)光功效較低。
US-PS 5952768披露了一種帶有透明的優(yōu)選為二向色性的涂層的放電燈，該涂層吸收紫外線輻射并且優(yōu)選為反射紅外線輻射，以便使得燈的最冷區(qū)域的溫度升高。其目的在于保持較高的金屬鹵化物蒸氣壓力并且提高該燈的功效、壽命、和顏色特性。
其缺點(diǎn)在于，該燈在其氣體填充物中仍包含汞，因此其不符合其應(yīng)用于汽車領(lǐng)域相關(guān)的上述要求。
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有不含汞的氣體填充物的高壓氣體放電燈，該放電燈可獲得與含汞的燈的發(fā)光功效大致相當(dāng)?shù)陌l(fā)光功效。
另一目的在于，提供一種具有不含汞的氣體填充物的高壓氣體放電燈，該放電燈具有的燃弧電壓比不含汞的燈可大致實(shí)現(xiàn)的燃弧電壓高。
特別是，該目的旨在提供這樣一種高壓氣體放電燈，借助該放電燈可實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)目的(較高的功效和較高的燃弧電壓)中的至少一個(gè)目的，并且不需要增加燈功率或增大燈的外泡體的外尺寸。
另一目的在于提供一種通常用于機(jī)動車應(yīng)用場合的具有流明保持性的不含汞的高壓氣體放電燈，即，其中隨著燈的使用過程發(fā)光特性的下降表現(xiàn)出與含汞的燈相似的梯度。
最后，該目的特別是旨在提供一種適用于機(jī)動車技術(shù)領(lǐng)域的高壓氣體放電燈。
依據(jù)權(quán)利要求1，使用這樣一種不含汞的高壓氣體放電燈實(shí)現(xiàn)了該目的，該高壓氣體放電燈具有放電容器，該放電容器包括在其處于工作位置的最低處的壁部上的至少大致反射紅外線的涂層，該涂層的尺寸如此選擇，即，使得在開燈之后，積聚在該帶涂層的壁部上的發(fā)光物質(zhì)的溫度升高到使得所述物質(zhì)至少大致變?yōu)闅鈶B(tài)的溫度程度。
由于弧光發(fā)電發(fā)出的紅外線輻射照射到帶涂層的壁部上并且在該處被反射，以便該紅外線輻射兩次穿過發(fā)光物質(zhì)，由此發(fā)光物質(zhì)被更強(qiáng)烈地加熱，因此可大致實(shí)現(xiàn)溫度的升高。除了任何由涂層吸收的紅外線輻射產(chǎn)生少量的加熱之外，該帶涂層的壁部以及沉積在其上的發(fā)光物質(zhì)被額外地加熱。
為了優(yōu)化燈特性并實(shí)現(xiàn)盡可能高的燃孤電壓和發(fā)光功效，因此涂層的尺寸被如此確定，即，使得發(fā)光物質(zhì)盡可能地優(yōu)選為完全地變?yōu)闅鈶B(tài)。
這可特別地通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即，不使用汞且不使用替代物，或者使用替代的電壓梯度生成劑例如適當(dāng)?shù)膶Νh(huán)境有利的金屬鹵化物以代替汞，假如只要在任何情況下由于最冷點(diǎn)可獲得更高的溫度而使得足夠量的發(fā)光物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)，則由此可實(shí)現(xiàn)燈的發(fā)光功效和燃弧電壓的進(jìn)一步增大。這可通過引入稀有氣體(例如氙)來進(jìn)一步支持，該稀有氣體可增大在放電空間內(nèi)的氣體壓力。
該解決方案的另一優(yōu)點(diǎn)在于，其可應(yīng)用于其氣體填充物中含汞的放電燈，其功效可由此顯著地增加。
應(yīng)當(dāng)注意，高壓氣體放電燈從US-PS 5952768中是已知的，其中披露了一種設(shè)置有大致半圓形的反射涂層的放電容器，該涂層在電極即軸向端部的區(qū)域中包括氧化鋯。該涂層的目的在于降低多次的內(nèi)反射。在帶有平的夾制部的燈中，設(shè)置在夾制部上的涂層此外用于降低輻射。由此增加該燈的功效和光通量，即在該燈中保持適當(dāng)?shù)恼魵鈮毫Α?br> 然而，以上的公開申請不涉及到或甚至沒有提到不使用汞的相關(guān)問題。最后，沒有考慮到用于涉及結(jié)合情況的相關(guān)機(jī)動車技術(shù)領(lǐng)域的重要細(xì)節(jié)，用于與反射體配合使用的燈涂層(弧光特別是熱點(diǎn)以及電極的自由端不能對于反射器被屏蔽)，以及燈的外形盡可能穩(wěn)定不變的要求，因此以上的這篇公開申請是不相關(guān)的。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的其它的有利的實(shí)施例。
可借助于權(quán)利要求2所述的確定尺寸的形式以所需方式影響溫度平衡。其中，溫度升高的位置由涂層的位置或范圍來確定(其中至少大致沉積有發(fā)光物質(zhì))，而溫度升高的程度由填充密度和該涂層材料中的顆粒尺寸以及涂層的厚度來調(diào)節(jié)。
如權(quán)利要求3所述的實(shí)施例具有特別的優(yōu)點(diǎn)，即，由此可實(shí)現(xiàn)例如金屬涂層的光反射特性，以便與附加的主反射體配合使用可實(shí)現(xiàn)形式為主反射體和副反射體的發(fā)射光的聚光改進(jìn)。
如權(quán)利要求4所述的實(shí)施例具有特別的優(yōu)點(diǎn)，即，該燈本身的制造過程不需要改變，只是使用了附加的制造步驟，以便在以其它的通常方式制成的燈上提供涂層。此外，被反射的紅外線輻射不僅兩次穿過發(fā)光物質(zhì)，而且還兩次穿過帶有涂層的壁區(qū)域，如上所述該壁區(qū)域是屬于最冷點(diǎn)的，因此可升高其溫度。
如權(quán)利要求5所述的實(shí)施例可防止發(fā)光物質(zhì)在燈工作時(shí)以及伴隨的加熱過程中移動到夾制部中，這可能導(dǎo)致連接到相應(yīng)電極上的鉬箔的腐蝕。
權(quán)利要求6描述了帶有優(yōu)選的特別有效的涂層的實(shí)施例。
權(quán)利要求7和8涉及優(yōu)選地使用以代替汞的電壓梯度生成劑，以及借助于該電壓梯度生成劑可實(shí)現(xiàn)該燈的特別好的發(fā)光功效，同時(shí)權(quán)利要求9描述了一種替代可能，以便實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)光功效和燃孤電壓的目的。
為了更好地理解本發(fā)明并更容易地實(shí)施本發(fā)明，以下將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明，其中附圖只是用于進(jìn)行圖示不是限定性的，在附圖中

圖1是第一實(shí)施例的側(cè)視示意圖；圖2是第二實(shí)施例的側(cè)視示意圖；圖3是第三實(shí)施例的側(cè)視示意圖；以及圖4是第三實(shí)施例的底視示意圖。
圖1-3示出了在工作狀態(tài)下的依據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈。該燈均包括石英玻璃制成的放電容器1，該放電容器封裝有放電空間2并且在其彼此相對的端部處并入到石英玻璃部分(夾制部)5中。
放電空間2填充有包括放電氣體和電壓梯度生成劑的氣體，該放電氣體借助激勵或放電從而發(fā)出光輻射，放電氣體和電壓梯度生成劑均可從金屬鹵化物族中選擇。
發(fā)光物質(zhì)例如為碘化鈉和/或碘化鈧，而所使用的電壓梯度生成劑可以是碘化鋅和/或其它物質(zhì)，以代替汞。
除了電壓梯度生成劑之外或替代該電壓梯度生成劑，特定量的稀有氣體(例如氙)可引入到放電空間2中，以便增加氣體壓力并且由此增加功效和燃弧電壓。
電極3的自由端從其彼此相對的端部突伸到放電空間2中，該自由端由熔點(diǎn)盡可能高的材料例如鎢制成。
電極3的另一相應(yīng)端部均連接到導(dǎo)電帶或箔4特別是鉬箔上，由此實(shí)現(xiàn)了該放電燈的連接端子6與電極3之間的電連接。電極3的這些端部和導(dǎo)電箔4嵌入在夾制部5中。
夾制部5優(yōu)選為相對于放電容器1對稱地布置，即夾制部位于其縱向軸線上。這具有以下的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的燈的外泡體的外尺寸不必改變，對于這些燈應(yīng)用于機(jī)動車頭燈而言這是特別重要的。此外，帶有對稱夾制部的燈的制造將更簡單并且成本更低。
在該燈的工作狀態(tài)下在電極3的末端之間激勵產(chǎn)生電弧放電(發(fā)光電孤)。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的氣體填充物優(yōu)選為包括一種或多種適合的金屬鹵化物作為電壓梯度生成劑，以便代替汞。然而，這些鹵化物具有相對較低的蒸氣分壓力，這使得必需改變在放電容器1內(nèi)的溫度平衡，以便實(shí)現(xiàn)與使用汞的情況下大致相同的發(fā)光功效(光通量)以及可能的最高燃弧電壓。實(shí)際上，當(dāng)開燈時(shí)，特別的必需將發(fā)光物質(zhì)的溫度提高到某一程度，其中該發(fā)光物質(zhì)以固態(tài)聚集在關(guān)斷的燈的最低工作位置的壁區(qū)域10上，以便在開燈之后使得發(fā)光物質(zhì)在放電空間2中以足夠的量變?yōu)闅鈶B(tài)，以實(shí)現(xiàn)盡可能高的發(fā)光功效和燃弧電壓。其中的另一困難在于，在該燈的工作狀態(tài)下最低的壁區(qū)域10是最冷的區(qū)域。
如果可能的話，應(yīng)當(dāng)在燈功率不增加的情況下，在此實(shí)現(xiàn)溫度平衡的改變。
這些目的可借助于以下將描述的(由陰影線表示的)涂層15來大致實(shí)現(xiàn)，該涂層優(yōu)選為設(shè)置在放電容器2的外表面上以及夾制部5的部分上，或者設(shè)置在圍繞放電容器的(未示出的)外泡體的內(nèi)表面或外表面上。
優(yōu)選的是，涂層15設(shè)置在放電容器2上，這是因?yàn)橥繉拥倪吘壙梢愿_地與電極末端的位置和在其間形成的電弧放電的位置相協(xié)調(diào)，該電極末端必須(在所需的輻射方向上)不得由涂層進(jìn)行屏蔽。
參照圖1-4，涂層15大致僅在處于最低工作位置的壁區(qū)域10上延伸，并且在放電容器1的側(cè)壁的部分上延伸，但是上壁區(qū)域13沒有涂層。相反的是，夾制部5的鄰接放電容器2的部分在其整個(gè)周邊上設(shè)置有涂層。
詳細(xì)地，在圖1所示的第一實(shí)施例中，涂層15在放電容器1的下壁區(qū)域10和側(cè)壁上延伸，涂層邊緣在兩個(gè)電極3之間的連接線之下且平行于該線延伸。涂層的邊緣隨后在每一電極末端的區(qū)域中沿放電容器1與夾制部5之間的過渡部的方向向上延伸，該夾制部最終完全地由涂層15包圍。
在圖2所示的實(shí)施例中，涂層15的邊緣以大致V形從放電容器1與夾制部5之間的過渡點(diǎn)沿放電容器1的最低點(diǎn)的方向在放電容器1的側(cè)壁上延伸。
在圖3和4所示的實(shí)施例中，涂層15的邊緣在放電容器1的側(cè)壁處離開該過渡點(diǎn)更傾斜地向下延伸，以便使得涂層不覆蓋下壁區(qū)域10的一部分。這可以特別在圖4中可清楚地看出，圖4是該燈的下側(cè)的平面圖。
除了這三個(gè)示例之外，對于涂層而言明顯可以具有邊緣梯度，這是對于所示的梯度的變型，即，其中例如圖1所示的邊緣到電極之間的連接線的距離或大或小，或者圖2和3的邊緣的梯度的傾斜度或大或小，或者其中邊緣不是直的而是彎曲的。
還應(yīng)當(dāng)注意到，在涂層的成型中，特別是如果涂層對于可見光而言是大致不可透過的，則弧光特別是其最熱位置(熱點(diǎn))以及電極末端相對于反射體沒有被隱藏或被屏蔽。
涂層大致由氧化鋯(ZrO2)形成。然而，也可使用替代材料，例如Nb2O5和Ta2O5，它們的紅外線反射能力好于ZrO2，但是它們較昂貴。最后，另一可行的是使用晶體形式的SiO2。
由電弧放電發(fā)出的紅外線輻射中的大部分被涂層反射，小部分或根本沒有輻射被吸收。在燈工作的過程中，帶涂層的壁部和沉積在其上的發(fā)光物質(zhì)與沒有涂層的部分相比借助紅外線輻射的兩次經(jīng)過而被更強(qiáng)烈地加熱。發(fā)射率以及相應(yīng)的加熱程度基本上由涂層15的成分來確定，特別是由其填充密度和顆粒尺寸以及大致由其厚度來確定。
涂層15設(shè)置在這些區(qū)域上并且具有這樣的填充密度、顆粒尺寸、和厚度，即發(fā)光物質(zhì)積聚在最低的壁區(qū)域10上，并且作為最冷點(diǎn)的該壁區(qū)域本身在開燈之后盡可能強(qiáng)烈地被加熱。
該燈的發(fā)光功效可特別通過使用尺寸如此確定的該涂層15來實(shí)現(xiàn)，例如為目前僅大致使用含汞的氣體填充物的尺寸。另外，所發(fā)出的光的光譜特征和色點(diǎn)以及流明保持性大致相當(dāng)于含汞的燈的光譜特征和色點(diǎn)以及流明保持性，這對于機(jī)動車應(yīng)用場合而言是特別重要的。
該燈的燃孤電壓與已知的不含汞的燈相比也借助該涂層15明顯提高，這還取決于層厚、顆粒尺寸、和填充密度。
特定區(qū)域的適當(dāng)涂層可具有不同的層厚、顆粒尺寸、和填充密度，這使得在放電容器1的壁和夾制部5上可實(shí)現(xiàn)特別均勻的溫度分布。
為了簡化通過本發(fā)明的燈可實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，以下給出了含有碘化鋅作為電壓梯度生成劑的不含汞的高壓氣體放電燈的比較示例。以下列出的測量數(shù)值是不帶外泡體的情況下獲得的。在四個(gè)列中列出的遞增數(shù)值保持與使用外泡體的情況大致相同。
表1示出了對于不帶涂層的各種燈的發(fā)光功效與帶有如圖1-3所示設(shè)置的氧化鋯涂層的該燈的發(fā)光功效的比較，并且示出了在這些發(fā)光功效之間相應(yīng)差別。
表1
表2示出了不帶和帶有依據(jù)本發(fā)明的上述涂層的該燈類型的燃弧電壓，以及兩個(gè)燃弧電壓其間的差別。
表2
最后，表3示出了不帶和帶有依據(jù)本發(fā)明的上述涂層的相同燈類型的最冷點(diǎn)溫度，以及所得到的溫度差。
表3
如果省去汞而沒有代替物的話，如果這種情況是所需的，即不使用電壓梯度生成劑，或者如果特定量的稀有氣體(例如氙)引入到放電空間2中作為電壓梯度生成劑的代替物以便提高氣體壓力，則使用依據(jù)本發(fā)明的涂層15可實(shí)現(xiàn)對于特定應(yīng)用場合滿意的發(fā)光功效和/或燃弧電壓。
最后應(yīng)當(dāng)指出，借助本發(fā)明的原理可提高放電容器的最冷點(diǎn)的溫度，本發(fā)明的原理顯然可應(yīng)用于含汞的燈，其中對于環(huán)境的缺點(diǎn)是可接受的。在這種情況下，這種溫度的提高可用于例如增加發(fā)光功效或?qū)τ诮o定功效而降低燈功率。
權(quán)利要求
1.一種不含汞的高壓氣體放電燈，其具有放電容器(1)，該放電容器包括在其處于工作位置的最低處的壁部(10)上的至少大致反射紅外線的涂層(15)，該涂層(15)的尺寸如此選擇，即，使得在開燈之后，積聚在該帶涂層的壁部上的發(fā)光物質(zhì)的溫度升高到使得所述物質(zhì)至少大致變?yōu)闅鈶B(tài)的程度。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該涂層的尺寸由其表面面積和/或厚度和/或顆粒尺寸和/或該顆粒的填充密度來給定。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該涂層(15)至少對于可見光而言是大致不可透過的。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該涂層(15)設(shè)置有該放電容器(1)的外表面上或在圍繞該放電容器的外泡體的內(nèi)或外表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該涂層(15)設(shè)置在夾制部(5)的區(qū)域上，即，在其鄰接該放電容器(1)的區(qū)域上。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該涂層(15)由氧化鋯形成。
7.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，在其氣體填充物中還包括形式為一種或多種金屬鹵化物的電壓梯度生成劑。
8.如權(quán)利要求7所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該電壓梯度生成劑包括碘化鋅。
9.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該氣體填充物包括額外量的稀有氣體，例如氙，以便增加該燈的氣體壓力和發(fā)光功效。
10.一種特別是用于機(jī)動車頭燈的照明單元，其包括如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓氣體放電燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車技術(shù)領(lǐng)域的高壓氣體放電燈(HID[高強(qiáng)放電燈])。為了實(shí)現(xiàn)燈特性的改進(jìn)，特別是與相同功率的不含汞的氣體填充物的燈大致相同的發(fā)光功效以及最高可獲得的燃弧電壓，放電容器(1)在其處于工作位置的最低處的壁部(10)上設(shè)置有至少大致反射在燈工作中產(chǎn)生的紅外線的涂層(15)，以便升高最冷點(diǎn)的溫度以及特別是積聚在此的發(fā)光物質(zhì)的溫度，由此使得發(fā)光物質(zhì)的足夠量變?yōu)闅鈶B(tài)，其中沒有汞，并且特別地使用金屬鹵化物作為電壓梯度生成劑。
文檔編號H01J63/00GK1628366SQ03803484
公開日2005年6月15日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月6日
發(fā)明者M·哈亞克, M·詹斯森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司