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(duì)于這種應(yīng)用場(chǎng)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。
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，而且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。而且，該目的在于提供這樣一種高壓氣體放電燈，其具有不含汞的氣體填充物，由不含汞的氣體填充物實(shí)現(xiàn)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(更高的功效和更高的燃弧電壓)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(dòng)車應(yīng)用場(chǎng)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)光特性的下降率與含汞的燈的下降率相似。
最后，該目的特別是旨在提供一種適用于機(jī)動(dòng)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、夾制部、和至少一個(gè)金屬箔，該燈處于水平工作位置時(shí)該金屬箔的一部分沿垂直方向延伸，并且電極固定到該金屬箔上，其中，從該電極末端到該放電容器的在該燈的關(guān)斷狀態(tài)中發(fā)光物質(zhì)積聚在其上的底部區(qū)域的距離的尺寸如此確定，即，使得該發(fā)光物質(zhì)由于開燈時(shí)的加熱而以足夠的量變?yōu)闅鈶B(tài)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，燈的特性越好，特別是燃弧電壓和發(fā)光功效盡可能地越高，則變?yōu)闅鈶B(tài)的發(fā)光物質(zhì)的量成比例地越大。因此，該距離可形成較小尺寸，以至于該變?yōu)闅鈶B(tài)的量足夠大，以便實(shí)現(xiàn)所需的燈特性，或與含汞的燈相當(dāng)?shù)臒籼匦浴?br> 在此明顯考慮到的是，上述的底部區(qū)域不能強(qiáng)加熱，以至于在該底部區(qū)域中出現(xiàn)缺陷或損壞(晶化、變形、斷裂)，這些導(dǎo)致燈壽命的降低。因此，該距離形成所必要的小尺寸，以便實(shí)現(xiàn)該發(fā)光物質(zhì)的足夠蒸發(fā)。
該解決方案的另一優(yōu)點(diǎn)在于，燈本身的部件，特別是放電容器、夾制部、電極的尺寸和形狀可與已知的燈相比保持不變，因此在制造方面這具有明顯的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并且相對(duì)于其它實(shí)施例可獲得經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，在其它實(shí)施例中需要對(duì)燈形狀或其內(nèi)部件進(jìn)行大范圍的改變，(例如彎折電極)。
而且，這還具有優(yōu)點(diǎn)，上述的電極的布置使得放電容器內(nèi)的最冷點(diǎn)的溫度升高，并且最高溫度沒有升高，(即在工作位置時(shí)上壁區(qū)域的溫度沒有升高)。由于電極末端到該上壁區(qū)域的所獲得的距離，最高溫度甚至還下降了，因此降低了其間的溫降以及對(duì)于燈的最大熱負(fù)荷(即熱應(yīng)力)。
上述的電極的布置特別是具有這樣的效果，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對(duì)環(huán)境不太有害的金屬鹵化物以代替汞，以便在任何情況下由于該最冷點(diǎn)區(qū)域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/或燃弧電壓以所需方式進(jìn)一步增大，即它們可達(dá)到與含汞的燈的發(fā)光功效和/或燃弧電壓相當(dāng)?shù)臄?shù)值。
最后，該解決方案可應(yīng)用于其氣體填充物中含汞的放電燈?？捎纱嗣黠@地增加該燈的發(fā)光功效。
應(yīng)當(dāng)注意，DE-OS 2535922和US-PS 4001623披露了一種高壓氣體放電燈，其中電極的自由末端布置在燈的縱向軸線之下，即在放電空間中是不對(duì)稱的。然而，在所披露的US-PS中的實(shí)施例中，存在著發(fā)光物質(zhì)進(jìn)入電極的進(jìn)入位置中并且由此進(jìn)入夾制部從而通過腐蝕導(dǎo)致?lián)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。
然而，這些燈在其氣體填充物中包含汞，以便實(shí)現(xiàn)足夠的發(fā)光功效和燃弧電壓，因此不滿足本申請(qǐng)用于機(jī)動(dòng)車技術(shù)領(lǐng)域的要求。最后，沒有滿足與本申請(qǐng)相關(guān)的其它細(xì)節(jié)和要求，例如燈的外形和外尺寸不變，以及如果可能地話與涂層和反射體的配合使用，因此以上的專利公開是不相關(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。
權(quán)利要求2的實(shí)施例具有特別的優(yōu)點(diǎn)，過多量的發(fā)光物質(zhì)可以引入到放電容器中，并且沒有由于開燈時(shí)的加熱而移動(dòng)的發(fā)光物質(zhì)的過多部分以明顯的量到達(dá)進(jìn)入位置并且進(jìn)入夾制部的風(fēng)險(xiǎn)，否則它們將通過腐蝕或其它作用隨時(shí)間產(chǎn)生損壞。
權(quán)利要求3描述了可特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)的隔離件的優(yōu)選形式。
權(quán)利要求4和5描述了將電極固定到金屬箔上的優(yōu)選方法，其在制造技術(shù)中可較容易地實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求6描述了可獲得特別長(zhǎng)壽命的實(shí)施例。
權(quán)利要求7涉及所使用的電壓梯度生成劑(其中一種例如是碘化鋅)，以代替汞，以下實(shí)現(xiàn)特別好的發(fā)光功效，同時(shí)權(quán)利要求8描述了一種增大氣體壓力的可能，特別地便于實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)光功效和燃弧電壓。
權(quán)利要求9的實(shí)施例涉及電極的進(jìn)入位置以及在其之后的夾制部的防止發(fā)光物質(zhì)的保護(hù)的改進(jìn)。
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(lái)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；以及圖2是第二實(shí)施例的側(cè)視示意圖。
圖1-2示出了在水平放電燃弧(burning)狀態(tài)下的依據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)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并且在其彼此相對(duì)的端部處并入到石英玻璃部分(或夾制部)5中。
放電空間填充有包括放電氣體(發(fā)光體)和優(yōu)選為電壓梯度生成劑的氣體，該放電氣體借助激勵(lì)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)可引入到放電空間中，以便增加氣體壓力并且由此進(jìn)一步增加功效和燃弧電壓。
電極3的自由端從其彼此相對(duì)的端部突伸到放電空間中，該自由端由熔點(diǎn)盡可能高的材料例如鎢制成，而在其末端之間，在該燈的工作狀態(tài)中激勵(lì)產(chǎn)生電弧放電(弧光)2。
電極3的另一相應(yīng)端部均連接到導(dǎo)電帶或金屬箔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。
當(dāng)該放電燈處于如圖1、2所示的水平燃弧位置時(shí)，夾制部5以及嵌入在其中的金屬箔4具有沿垂直方向延伸的寬度。這具有以下的優(yōu)點(diǎn)，如果電極3布置成在工作位置時(shí)至少其末端盡可能地接近最下端的或底部的區(qū)域10，即發(fā)光物質(zhì)在該燈的關(guān)斷狀態(tài)中積聚在該區(qū)域上，則本發(fā)明的燈的尺寸和形狀不必改變。
另一優(yōu)點(diǎn)在于，圍繞本發(fā)明的燈的外泡體的外尺寸不必改變，對(duì)于這些燈應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車頭燈而言這是特別重要的。
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(duì)較低的蒸氣分壓力，這使得必需改變?cè)诜烹娙萜?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。當(dāng)開燈時(shí)，特別地必需將發(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)斷的燈的工作位置的最低底部區(qū)域10上，溫度升高使得發(fā)光物質(zhì)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)下底部區(qū)域10是最冷的區(qū)域。
應(yīng)當(dāng)注意，溫度平衡的改變不能導(dǎo)致使得由石英玻璃制成的放電容器1的晶化或玻璃析晶的高溫。這特別涉及發(fā)光物質(zhì)積聚在其上的底部區(qū)域10的加熱，以及由于在放電空間內(nèi)在電弧放電2之上的區(qū)域中的強(qiáng)對(duì)流而引起上壁13暴露于特別強(qiáng)的加熱。
最后，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。
所有的這些前提可通過以下方式實(shí)現(xiàn)，可通過燈的燃弧位置的改變而使得電極3的位置所述位移。
在圖1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例中，電極平行于該燈的水平對(duì)稱線沿向下方向移動(dòng)一特定距離，并且由此固定到鉬箔4上。該距離特別地依據(jù)該發(fā)光電弧2的曲率來(lái)選擇，以便該放電容器的最冷(最低)底部區(qū)域10的溫度升高到使得積聚在該處的發(fā)光物質(zhì)在開燈時(shí)充分蒸發(fā)所必需的程度。如果這樣是所需的，鉬箔的寬度可以增加，以便實(shí)現(xiàn)該距離。
除了該措施之外，或代替該措施，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，一個(gè)或兩個(gè)電極3可以斜向下定向，以便進(jìn)一步使得電極末端以及電弧2沿向下方向移動(dòng)。鉬箔的寬度的尺寸可再次確定成便于電極穩(wěn)固地固定到其上。
在上壁區(qū)域13處溫度沒有增加或者甚至降低了，這是因?yàn)閷?duì)于這些壁區(qū)域而言發(fā)光電弧的距離增加了，因此對(duì)于放電容器1的熱應(yīng)力和伴隨的負(fù)荷明顯地降低，并且可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)更長(zhǎng)的燈壽命。一方面當(dāng)積聚在下壁部分上的發(fā)光物質(zhì)被強(qiáng)烈地加熱以至于在開燈之后它們以足夠的量蒸發(fā)，以實(shí)現(xiàn)所需的即盡可能高的燈的發(fā)光功效和燃弧電壓，另一方面不存在放電容器的多余加熱，以避免縮短燈壽命的損壞(放電容器壁中的缺陷和斷裂)出現(xiàn)，而是在整個(gè)放電容器之上出現(xiàn)盡可能均勻的或者盡可能對(duì)稱的溫度分布，這樣實(shí)現(xiàn)了電極末端的最優(yōu)位置。
當(dāng)燈關(guān)斷時(shí)，其上積聚有發(fā)光物質(zhì)的底部區(qū)域10優(yōu)選為借助一隔離件與電極3進(jìn)入夾制部5的進(jìn)入位置7分開，該隔離件防止由于開燈時(shí)的加熱而移動(dòng)的發(fā)光物質(zhì)以足夠的量到達(dá)這些進(jìn)入位置7并隨后可能進(jìn)入夾制部。
該隔離件的尺寸取決于在燈關(guān)斷時(shí)發(fā)光物質(zhì)聚集在底部區(qū)域10上的量。應(yīng)當(dāng)考慮到可能過多量的發(fā)光物質(zhì)引入到放電容器中，這些過多的量的發(fā)光物質(zhì)在燈工作的過程中不以蒸氣形式存在，而是聚集的熔鹽形式存在。
因此該隔離件由包圍底部區(qū)域10的收集存儲(chǔ)器11形成，其設(shè)計(jì)用于保持發(fā)光物質(zhì)，并且/或者該隔離件由相對(duì)于底部區(qū)域10的足夠高的高度的進(jìn)入位置7形成，以便發(fā)光物質(zhì)不能到達(dá)或者至少不能大量地到達(dá)該進(jìn)入位置。在此該高度由如圖1和2所示的電極3的位置和傾斜度來(lái)確定。
收集存儲(chǔ)器11的優(yōu)點(diǎn)可由例如足夠大的底部表面面積(帶或不帶凹部)來(lái)提供，該優(yōu)點(diǎn)還在于具有這樣的效果，即，保持發(fā)光物質(zhì)在燈的工作狀態(tài)中以熔鹽形式遠(yuǎn)離電弧放電2的區(qū)域，以便不干擾發(fā)光。
借助于附加的涂層可在所有實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)該優(yōu)點(diǎn)，該涂層反射入射的紅外線輻射，并且設(shè)置在放電容器的與底部區(qū)域10相對(duì)的外側(cè)上，底部區(qū)域和積聚在其上的發(fā)光物質(zhì)的溫度仍進(jìn)一步升高并且更均勻，這是由于紅外線輻射兩次穿過這些區(qū)域(在其反射之前一次并且在其反射之后一次)。
該涂層大致由氧化鋯(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。
在所有實(shí)施例中，在電極進(jìn)入到夾制部5的進(jìn)入位置7的區(qū)域中，這種涂層可設(shè)置在夾制部5的外部上以及放電容器1的外部上，以便有助于發(fā)光物質(zhì)或其它沉積物質(zhì)在開燈時(shí)盡可能少的進(jìn)入到進(jìn)入位置7中的效果。
如果省去汞而沒有代替物的話，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)引入到放電空間中作為電壓梯度生成劑的代替物以便提高氣體壓力，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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)、夾制部(5)、和至少一個(gè)金屬箔(4)，當(dāng)該燈處于水平工作位置時(shí)該金屬箔的一部分沿垂直方向延伸，并且電極(3)固定到該金屬箔上，其中，從該電極末端到該放電容器(1)的在該燈的關(guān)斷狀態(tài)中發(fā)光物質(zhì)積聚在其上的底部區(qū)域(10)的距離的尺寸如此確定，即，使得該發(fā)光物質(zhì)由于開燈時(shí)的加熱而以足夠的量變?yōu)闅鈶B(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該放電容器(1)包括隔離件(11)，其防止發(fā)光物質(zhì)由于加熱而沿電極(3)的進(jìn)入位置(7)的方向移動(dòng)到夾制部(5)中。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該隔離件由收集存儲(chǔ)器(11)形成，以便使得圍繞該底部區(qū)域(10)存儲(chǔ)的發(fā)光物質(zhì)移動(dòng)，并且/或者該隔離件由該進(jìn)入位置(7)在該底部區(qū)域(10)之上的足夠高度形成。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，電極(3)中的至少一個(gè)固定到金屬箔(4)上，該金屬箔(4)平行于該燈的水平對(duì)稱線而且沿向下方向移動(dòng)一位置。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，電極(3)中的至少一個(gè)固定到金屬箔(4)上，以便斜向下地定向。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該電極末端中的至少一個(gè)到該底部區(qū)域(10)的距離的尺寸如此確定，即，使得在該燈的工作狀態(tài)中該放電容器(1)中出現(xiàn)大致均勻或?qū)ΨQ的溫度分布。
7.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該高壓氣體放電燈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。
9.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該放電容器(1)的外壁在電極(3)的進(jìn)入夾制部(5)的進(jìn)入位置(7)的區(qū)域和該夾制部(5)本身的區(qū)域中設(shè)置有包括氧化鋯(ZrO2)的涂層。
10.一種特別是用于機(jī)動(dòng)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(dòng)車技術(shù)領(lǐng)域的高壓氣體放電燈(HID[高強(qiáng)放電燈])。該燈的特性的改進(jìn)是特別明顯的，其中最冷(最低)的底部區(qū)域(10)的溫度借助不對(duì)稱的電極布置來(lái)實(shí)現(xiàn)，積聚在該區(qū)域上的發(fā)光物質(zhì)在開燈時(shí)以足夠的量變?yōu)闅鈶B(tài)。由此使得最熱(最上)的壁區(qū)域(13)的溫度沒有升高，實(shí)際上還下降了。該燈的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)該帶有垂直對(duì)準(zhǔn)的夾制部(5)燈在水平位置工作時(shí)，其外形、尺寸、和電極(3)不必改變，同時(shí)每一電極(3)在適當(dāng)?shù)南蛳挛灰频奈恢弥泄潭ǖ浇饘俨?4)上。
文檔編號(hào)H01J61/18GK1630927SQ03803528
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者M·哈亞克, R·穆克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司