專利名稱：金屬鹵化物燈以及照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在本質上不含有水銀的金屬鹵化物燈以及使用它的照明裝置。
背景技術：
已知一種低功率類型的金屬鹵化物燈，其具有在內部具有一對電極的發(fā)光部、和在發(fā)光部的兩端部分別具有細管部的由陶瓷材料構成的發(fā)光管，并且在發(fā)光管的內部作為封入物封入有金屬鹵化物，所述金屬鹵化物包括鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥以及鹵化鈰中的至少一種和鹵化鈉；其中，在將發(fā)光部內的電極間距離設為Le(mm)，將發(fā)光部的中央部的管內徑設為φi(mm)時，發(fā)光管形狀參數Le/φi值滿足0.45～0.65的范圍。由此，能夠抑制特定的點亮方向上產生的發(fā)光顏色變動，提高了燈的壽命特性，從而能夠得到一種點亮方向自由且高效率·長壽命的金屬鹵化物燈(參照專利文獻1)。
另外，已知一種本質上不含有水銀的金屬鹵化物燈(例如參照專利文獻2)。專利文獻2所述的金屬鹵化物燈，代替水銀將蒸氣壓相對較大、且與第1鹵化物的金屬相比較難以在可見光區(qū)域內發(fā)光的金屬的鹵化物作為第2鹵化物封入，并將主要在可見光區(qū)域內發(fā)光的金屬的鹵化物作為第1鹵化物封入。
另外，在專利文獻2中，作為第1實施方式記載了一種液晶投影機用的金屬鹵化物燈，其電極間距離為4mm，分別封入1mg碘化鏑(DyI3)以及1mg碘化釹(NdI3)作為第1鹵化物、封入500Torr氬(Ar)作為稀有氣體，然后以150W的輸入功率點亮。在該實施方式中，在例如封入8mg碘化鋅(ZnI2)作為第2鹵化物時，燈電壓為73V，發(fā)光效率為68lm/W，色溫為9160K。
進而，在專利文獻2中，作為第8實施方式記載了一種金屬鹵化物燈，其電極間距離為30mm，分別封入各4mg的溴化鏑(DyBr3)、溴化鈥(HoBr3)以及溴化銩(TmBr3)作為第1鹵化物、封入100Torr氬(Ar)作為稀有氣體，然后以2kW的輸入功率點亮。在該實施方式中，在例如封入30mg碘化鋅(ZnI2)作為第2鹵化物時，燈電壓為112V，發(fā)光效率為92lm/W，色溫為5340K，平均彩色再現評價系數為Ra73。
另一方面，當為了實現色溫為3500K左右的暖白(warm white)和3900～4200K的中性白(neutral white)的光顏色而使用鈉(Na)時，因鈉的離子半徑比較小故容易擴散從而會產生問題，因此第1組的金屬鹵化物的沸點應為1000℃以上，從而至少使用鏑(Dy)以及鈣(Ca)(參照專利文獻3)。
專利文獻1特開2003-272560號公報專利文獻2特開平11-238488號公報專利文獻3特開2001-076670號公報發(fā)明內容專利文獻1所述的發(fā)明必須封入水銀作為緩沖氣體，使用了對環(huán)境造成負擔的物質，所以不優(yōu)選。
根據專利文獻2所述的發(fā)明，能得到不使用對環(huán)境負擔大的水銀卻具有與封入水銀的以往金屬鹵化物燈大致相同的電氣特性以及發(fā)光特性的金屬鹵化物燈。但是，期待有一種本質上不使用水銀卻具有比以往更優(yōu)異的發(fā)光效率的金屬鹵化物燈。
作為高效地產生白色系的光的物質所使用的是鈉，但鈉的D線波長為589nm，與可見度曲線的峰值波長555nm相偏離，所以必須謀求進一步的效率提高。
另一方面，眾所周知，在金屬鹵化物燈中為了提高發(fā)光效率，除了如上所述那樣在發(fā)光金屬中使用鈉的方法之外，還有使發(fā)光管的最冷部分的溫度上升的方法。
但是，由于受到構成發(fā)光管的氣密容器的耐熱性、鈉的反應性等各種各樣的限制，所以僅通過上述的方法難以大幅度地提高發(fā)光效率。加之，在不封入水銀的金屬鹵化物燈(下面為了方便稱作“無水銀燈”)的情況下，鈉雖然有助于發(fā)光效率，但卻是電極間的電位梯度降低、進而燈電壓降低的主要原因。在放電介質包含較多的鈉時燈電壓降低，所以為了輸入所希望的燈功率，必須使燈電流增加。其結果，不但電極軸徑增大從而電極、氣密容器的設計變得困難，而且穩(wěn)定器的設計也變得困難。
但是，在專利文獻2的情況下，雖然能夠得到具有與以往金屬鹵化物燈大致相同的電氣特性以及發(fā)光特性的金屬鹵化物燈，但發(fā)光效率與封入水銀的金屬鹵化物燈為相同程度。
另外，在專利文獻3的情況下，必須使用鏑以及鈣，所以雖然彩色再現評價系數R9較高，但發(fā)光效率為60lm/W，極低。
本發(fā)明目的在于提供一種雖然沒有封入水銀，但較之封入水銀的金屬鹵化物燈電氣特性相同、且發(fā)光特性大致相同或更優(yōu)異的金屬鹵化物燈。
本發(fā)明的第1技術方案是一種金屬鹵化物燈，其特征在于，具有透光性的氣密容器，其在內部具有放電空間；一對電極，其被封裝在氣密容器內且面對放電空間；和本質上不含有水銀地構成的、被封入氣密容器內的放電介質，其包括第1鹵化物、第2鹵化物以及稀有氣體；第1鹵化物主要是發(fā)光金屬的鹵化物，包括在被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物中封入比例最大的鹵化銩(Tm)，并且堿金屬鹵化物至多不到10質量％；第2鹵化物由主要形成燈電壓的金屬鹵化物構成，并且相對于被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物為5～20質量％。
在本發(fā)明中，所謂氣密容器為透光性的，意思是向外部導出由放電而產生的所希望的波長區(qū)域的可見光。只要具有透光性，并且是足夠耐于燈的正常工作溫度的耐火性材料，氣密容器由什么樣的材料制作都可以。例如，可以使用石英玻璃、透光性陶瓷等。另外，作為透光性陶瓷，可以使用透光性氧化鋁、釔鋁石榴石(YAG)、氧化釔(YOX)、多晶體非氧化物例如氮化鋁(AlN)等的多晶體、或者單晶體陶瓷等。另外，根據需要也允許在氣密容器的內表面上形成耐鹵素性或耐金屬性的透明覆蓋膜，或者對氣密容器的內表面進行改性處理。
另外，氣密容器在其內部具有放電空間。而且，為了包圍放電空間，氣密容器具有包圍部。包圍部的內部形成為適當的形狀，例如球狀、橢圓球狀、大致圓柱狀等形狀。放電空間的容積可以根據金屬鹵化物燈的額定燈功率、電極間距離等而選擇各種值。例如，在液晶投影機用燈的情況下，可以設為0.1cc以下。在汽車前照燈用燈的情況下，可以設為0.05cc以下。另外，在一般照明燈的情況下，可以根據額定燈功率而設為1cc以上或以下。
另外，允許在包圍部的兩端具備一對密封部。一對密封部是起到如下作用的部件，一般配設在包圍部的兩端密封包圍部，同時在此處支撐著電極的軸部，并且有助于從點亮電路向電極氣密地導入電流。在氣密容器的材料為石英玻璃時，為了封裝電極，并從點亮電路向電極氣密地導入電流，優(yōu)選在密封部的內部氣密地埋設封接金屬箔作為適當的氣密密封導通部件。另外，封接金屬箔是埋設在密封部的內部，為了密封部可氣密地維持氣密容器的包圍部的內部而與密封部協作、并作為電流導通導體而起作用的部件，在氣密容器由石英玻璃構成時，作為封接金屬箔的材料，鉬(Mo)最合適。將封接金屬箔埋設在密封部內的方法沒有特別限定，例如可以從減壓密封法、收縮密封(pinch seal)以及它們的組合方法等中適當進行選擇來使用。
另一方面，作為在氣密容器由透光性陶瓷構成時的密封方法，可以使用例如使玻璃料流入透光性陶瓷與導入導體之間進行密封的玻璃料封接或代替玻璃料使用金屬的金屬封接等。另外，為了一邊將氣密容器的密封部保持在所希望的比較低的溫度一邊將形成于氣密容器內的放電空間的最冷部分溫度維持在所希望的比較高的溫度，可以形成與包圍部相連通的小直徑筒部。在該結構時，密封部被配設在小直徑筒部的端部部分上，并且使電極軸在小直徑筒部內延伸、且在電極軸與小直徑筒部的內表面之間沿著小直徑筒部的軸方向形成被稱作毛細管的微小的間隙。
在本發(fā)明中，一對電極被配置成封裝在氣密容器內、且留有間隔地面對放電空間。在一對電極之間形成的電極間距離在液晶投影機等情況下優(yōu)選為2mm以下，可以是0.5mm。在用作前照燈的情況下，規(guī)定4.2mm為中心值。在一般照明用燈的情況下，小型且電極間距離小的燈可以設為6mm以下，中型到大型燈可以設為6mm以上。
另外，作為電極的構成材料，可以使用耐火性且導電性的金屬來形成，例如純鎢(W)、含有摻雜劑(例如選自鈧(Sc)、鋁(Al)、鉀(K)以及硅(Si)等的組中的一種或多種)的摻雜鎢、含有氧化釷的鍍釷鎢、錸(Re)或鎢-錸(W-Re)合金等。
進而，在小型燈的情況下，可以使用直棒狀的線材或在前端部上形成了大直徑部的線材作為電極。在中型到大型的電極的情況下，可以在電極軸的前端部上纏繞電極構成材料制的線圈。另外，當在交流下工作時，一對電極為相同構造，但當在直流下工作時，一般陽極的溫度上升比較劇烈，所以可以使用散熱面積比陰極大、即主要部分較粗的電極。
放電介質是本發(fā)明的第1技術方案中的特征性的構成部分，包含第1以及第2鹵化物和稀有氣體。
(第1鹵化物)第1鹵化物至少包含鹵化銩(Tm)作為主要成分，并將堿金屬鹵化物控制為規(guī)定量以下。另外，第1鹵化物主要由有助于發(fā)出可見光的金屬的鹵化物構成。
鹵化銩(Tm)相對于被封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物以最大封入比例封入。另外，鹵化銩在與后述的第2鹵化物共存的情況下，具有使其本身電極間的電位梯度升高、進而使燈電壓升高的作用，是優(yōu)選用于無水銀燈的發(fā)光金屬的鹵化物。作為鹵化銩的鹵素，為了具有適度的反應性，優(yōu)選為碘，但根據希望也可以是溴或氯，或者使用碘、溴以及氯中所希望的兩種以上。并且，由于銩的發(fā)光峰值與可見度曲線的峰值一致，所以是對提高發(fā)光效率極為有效的發(fā)光金屬。
堿金屬鹵化物允許以相對于被封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物不到10質量％(包括0％)的范圍內封入。如果堿金屬的封入比例為10質量％以上，燈電壓變得容易下降，所以從燈電壓的形成的觀點看不優(yōu)選。但如果堿金屬的封入比例不到10質量％，則燈電壓的降低被抑制為最小限度，另一方面能夠實現發(fā)光效率、燈壽命的改善以及光色調整、特別是色偏差的改善。從這樣的觀點看，在能夠保持所希望的燈電壓時，只要在上述的范圍內便允許封入。另外，優(yōu)選為2～8質量％，更優(yōu)選為3～7質量％，最優(yōu)選為4～6質量％。
另外，作為堿金屬，可以有選擇地封入鈉(Na)、銫(Cs)以及鋰(Li)的組中的一種或多種。另外，鈉(Na)主要有助于提高發(fā)光效率。銫(Cs)有助于使放電電弧溫度適當化，從而提高壽命特性。鋰(Li)有助于改善紅色彩色再現性。
另外，作為第1鹵化物，根據需要可以封入下面的金屬鹵化物。
(1)包括鐠(Pr)、鈰(Ce)以及釤(Sm)的稀土類金屬的一種或多種的鹵化物所述稀土類金屬僅次于鹵化銩而作為發(fā)光金屬而有用，允許以規(guī)定量以下的封入比例封入。即，所述稀土類金屬都在可見度特性曲線的峰值波長附近具有無數的明線光譜，所以能夠有助于提高發(fā)光效率。
(2)鹵化鉈(Tl)或者/以及鹵化銦(In)對于所述鹵化物，出于得到所希望的彩色再現性以及/或者色溫等目的，允許有選擇地封入來作為附屬成分。
(第2鹵化物)第2鹵化物比第1鹵化物蒸氣壓高，主要決定金屬鹵化物放電燈的燈電壓。另外，所謂“蒸氣壓較大”，意思是燈點亮時的蒸氣壓較高，但不必如水銀那樣極大，優(yōu)選的是燈點亮時氣密容器內的壓力為5個大氣壓左右以下。因此，只要具備上述條件，并不局限于特定的金屬鹵化物。
另外，第2鹵化物主要由形成燈電壓的金屬鹵化物構成，作為主體可以使用選自例如由鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鋁(Al)、銻(Sb)、鈹(Be)、錸(Re)、鎵(Ga)、鈦(Ti)、鋯(Zr)以及鉿(Hf)組成的組中的一種或多種金屬的鹵化物。而且，它們幾乎都比水銀蒸氣壓低，另外燈電壓的調整范圍比水銀窄。但是，通過根據需要而將其多種混合并封入，能夠擴大燈電壓的調整范圍。例如，在AlI3為不完全蒸發(fā)的狀態(tài)、且沒有得到所希望的燈電壓時，即使追加AlI3燈電壓也不變化。
與此相對，如果代替追加AlI3而添加ZnI2，則加上了由ZnI2的作用產生的量的燈電壓，所以能夠使燈電壓增加。進而，如果添加其他的第2鹵化物，就能夠得到更高的燈電壓。
并且，第2鹵化物也是與第1鹵化物的金屬相比難以在可見光區(qū)域發(fā)光的金屬的鹵化物。所謂“與第1鹵化物的金屬相比難以在可見光區(qū)域發(fā)光”，并不意味著絕對意義上的發(fā)出的可見光較少，而是相對的意思。這是由于Fe、Ni確實在紫外線區(qū)域發(fā)出的光比在可見光區(qū)域發(fā)出的光多，而Ti、Al以及Zn等在可見光區(qū)域發(fā)出的光多。因此，如果單獨使這些在可見光區(qū)域發(fā)光較多的金屬發(fā)光，則能量在該金屬上集中，所以在可見光區(qū)域發(fā)出的光多。但是，如果第2鹵化物的金屬比第1鹵化物的金屬能級較高所以難以發(fā)光的話，在第1以及第2鹵化物共存的狀態(tài)下，能量集中在第1鹵化物的發(fā)光上，所以第2鹵化物的金屬的發(fā)光變少。
因此，第2鹵化物并不是被禁止發(fā)出可見光，而是相對于放電燈所放射的整個可見光的比例較小、影響較少。
另外，第2鹵化物的封入比例必須是氣密容器內所封入的所有的金屬鹵化物的5～20質量％。如果封入比例不到5質量％，則燈電壓的形成變得不充分。另外，如果超過20質量％，燈電壓的形成雖然沒有問題，但發(fā)光效率的低下變得顯著。
(稀有氣體)稀有氣體主要作為緩沖氣體以及起動氣體而起作用。而且可以單獨封入氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)以及氪(Kr)等這一組中的一種，或者將多種混合起來封入。稀有氣體的封入壓力可以根據金屬鹵化物燈的用途而適當設定。
稀有氣體中氙的原子量比其他的稀有氣體大故熱傳導率相對較小，所以通過封入1個大氣壓以上、優(yōu)選為5個大氣壓以上的氙，有助于點亮之后立即形成燈電壓，并且在鹵化物的蒸氣壓較低的階段進行白色的可見光發(fā)光從而有助于光通量上升，因此在前照燈用金屬鹵化物燈時有效。此時，氙的優(yōu)選封入壓為6個大氣壓以上，更優(yōu)選為8～16個大氣壓的范圍內。因此，能夠滿足點亮之后的光通量立即上升以及作為汽車前照燈用的HID光源的白色發(fā)光的規(guī)格。
(水銀)在本發(fā)明中，為了削減對環(huán)境有負荷的物質，優(yōu)選一點也不含有水銀(Hg)，但也允許含有雜質程度的水銀。
在本發(fā)明中，可以根據希望有選擇地附加下面的結構。
1.(外管)可以在外管的內部配設具有氣密容器、一對電極以及放電介質的構成部分作為發(fā)光管。外管可以設為任意所希望的形狀以及大小。另外，可以使外管的內部相對于外部氣密，也可以使之與大氣相連通。在前者的情況下，可以根據需要封入氬、氮等惰性氣體。并且，外管可以使用石英玻璃、硬質玻璃、軟質玻璃等透光性材料形成。
2.(反射鏡)可以將氣密容器固定配置在反射鏡內的規(guī)定的位置。另外，對于反射鏡也可以在玻璃基體的內表面上形成有分色鏡。
在本發(fā)明的第1技術方案中，放電介質包括在被封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物中以最大封入比例封入的鹵化銩(Tm)，由此在金屬鹵化物燈的發(fā)光中，銩的發(fā)光是支配性的。銩的發(fā)光在可見度曲線的峰值波長555nm附近具有很多的明線光譜，所以能夠得到整體較高的發(fā)光效率。
另外，本發(fā)明者發(fā)現，銩的電離勢比鈉等堿金屬高，封入鹵化銩不但不會成為燈電壓降低的主要原因，而且令人吃驚的是在與第2鹵化物共存的條件下，具有與封入量成比例地使燈電壓升高的作用。燈電壓升高，就容易避免在投入所需要的燈功率時燈電流增加，所以電極、氣密容器的設計變得容易。
進而，在本發(fā)明的第1技術方案中，金屬鹵化物燈的額定燈功率可以從一個大范圍的值中自由地設定，例如可以設定為數kW以下的任意的值。也允許根據用途設為多種，例如適合于汽車前照燈用、投影展示用、一般照明用等。因此，能夠根據額定燈功率以及用途而設為適當的形狀以及大小的氣密容器、適當值的電極間距離以及適當值的放電介質封入量。
在本發(fā)明的第2技術方案中，金屬鹵化物燈的特征在于，具有耐火性且透光性的氣密容器，其在內部具有放電空間；一對電極，其被封裝在氣密容器內且面對放電空間；和本質上不含有水銀的、被封入氣密容器內的放電介質，其包括第1鹵化物、第2鹵化物以及稀有氣體；其中，第1鹵化物主要是發(fā)光的金屬的鹵化物，包括在被封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物中封入比例最大的鹵化銩(Tm)；第2鹵化物由主要形成燈電壓的金屬鹵化物構成，并且相對于被封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物為5～20質量％；所有的形成金屬鹵化物的金屬的電離勢為5.4eV以上。
本發(fā)明的第2技術方案規(guī)定根據其電離勢的值而有選擇地封入第1以及第2金屬鹵化物，所以在本技術方案中，在位于金屬元素記號之后的括號中表示能夠作為鹵化物而封入氣密容器的內部的金屬的電離勢(eV)。
(1)第1鹵化物的金屬Tm(6.18)、Pr(5.42)、Ce(5.47)、Sm(5.63)、In(5.786)、Tl(6.108)(2)第2鹵化物的金屬Mg(7.644)、Fe(7.87)、Co(7.864)、Cr(6.765)、Zn(9.394)、Ni(7.635)、Mn(7.432)、Al(5.986)、Sb(8.642)、Bi(7.287)、Re(9.323)、Ga(5.999)、Ti(6.84)、Zr(6.837)、Hf(7)相對于此，Na(電離勢5.14eV)、Li(5.392)等堿金屬的電離勢不到5.4eV，封入量越多燈電壓越低。因此，在本技術方案中，使得實際上不含有堿金屬。
在本發(fā)明的第3技術方案中，金屬鹵化物燈如第1或第2技術方案所述，其特征在于，在放電介質中，鹵化銩(Tm)的相對于封入氣密容器內的所有的金屬鹵化物的封入比例HTm(質量％)滿足30＜HTm＜90。
本發(fā)明的第3技術方案，為了達成本發(fā)明的目的，對一般能夠采用的鹵化銩的相對于所有鹵化物的封入比例HTm的范圍進行了規(guī)定。如果封入比例HTm不到30質量％，則本發(fā)明的效果較小。另外，如果超過90質量范圍，則雖然發(fā)光效率沒有問題，但難以得到色溫、色度的所希望的值。另外，優(yōu)選為50～80質量％的范圍。如果封入比例HTm超過80質量％，則雖然發(fā)光效率以及燈電壓形成沒有問題，但難以造粒，制造成本上升。
在本發(fā)明的第4技術方案中，金屬鹵化物燈如第1至第3技術方案中的任意一項所述，其特征在于，在放電介質中，第1鹵化物包括從鐠(Pr)、鈰(Ce)以及釤(Sm)的組中選擇出來的稀土類金屬的一種或多種的鹵化物，包括鹵化銩(Tm)在內的稀土類金屬的鹵化物的相對于所有的鹵化物的封入比例為50質量％以上。
本發(fā)明的第4技術方案，規(guī)定了除鹵化銩(Tm)以外允許封入的稀土類金屬鹵化物以及封入這些稀土類金屬鹵化物時的合適的封入比例范圍。即，鐠(Pr)、鈰(Ce)以及釤(Sm)等這一組的金屬都在可見度曲線的峰值附近具有明線光譜，可以用這些金屬的鹵化物代替一部分鹵化銩，或者在鹵化銩的基礎上進行添加。即，上述稀土類金屬鹵化物能夠作為相對于鹵化銩的附屬成分而被封入。
為了滿足本發(fā)明的目的，上述組中所包含的稀土類金屬鹵化物的一般能夠采用的封入比例范圍優(yōu)選為，包括鹵化銩(Tm)在內的所有稀土類金屬的鹵化物的相對于被封入燈內的所有金屬鹵化物為50質量％以上。
在本發(fā)明的第5技術方案中，金屬鹵化物燈如第1至第4技術方案中的任意一項所述，其特征在于，在放電介質中，第1鹵化物包括鹵化鉈(Tl)以及鹵化銦(In)中的至少一種。
鹵化鉈(Tl)能夠將在波長535nm處具有明線的鉈的綠色成分加到發(fā)光中。在本技術方案的情況下，一般能夠采用的鹵化鉈的封入比例范圍為相對于被封入的所有的金屬鹵化物不到30質量％。如果鹵化鉈的封入比例范圍為30質量％以上，則發(fā)光效率的下降顯著。另外，優(yōu)選以不到15質量％的范圍封入。
另外，通過添加鹵化銦(In)，能夠在鹵化物的發(fā)光中使藍色成分增加，同時也有助于燈電壓的形成。
本發(fā)明的照明裝置，其特征在于，具有照明裝置本體；配設在照明裝置本體上的本發(fā)明的金屬鹵化物燈；和點亮金屬鹵化物燈的點亮裝置。
在本發(fā)明中，照明裝置的概念包含以金屬鹵化物燈為光源的所有裝置。例如，室外用以及室內用的各種照明器具、汽車前照燈、圖像或影像投影裝置、標識燈、信號燈、顯示燈、化學反應裝置、檢查裝置等。
照明裝置本體指的是從照明裝置中除去金屬鹵化物燈以及點亮電路之后的剩余部分。
點亮裝置優(yōu)選使用電子化點亮裝置，由此金屬鹵化物燈的控制變得容易。另外，點亮裝置也可以不配設在照明裝置本體上，而配置在從照明裝置本體離開的位置上。
根據本發(fā)明，通過以最大的封入比例封入鹵化銩，并且封入第2鹵化物，由此不但銩的發(fā)光變?yōu)橹湫缘膹亩蔀楦甙l(fā)光效率，而且能夠提高燈電壓，從而能夠提供一種盡管沒有封入水銀也具有與充入水銀的金屬鹵化物燈同等的電氣特性、且具有與充入水銀的金屬鹵化物燈大致同等或比其優(yōu)異的發(fā)光效率的金屬鹵化物燈以及使用該金屬鹵化物燈的照明裝置。


圖1是表示本發(fā)明的金屬鹵化物燈的第1實施方式的主視圖。
圖2是表示以封入的金屬鹵化物的種類以及封入比例為參數的電位梯度與發(fā)光效率的關系的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明的金屬鹵化物燈的第2實施方式的主視圖。
圖4是表示密封圖3所示的第2實施方式的透光性陶瓷發(fā)光管時的順序的工序圖。
圖5是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第1實施方式的示意圖。
圖6是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第2實施方式的示意圖。
圖7是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第3實施方式的示意圖。
圖8是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第1實施方式的示意主視圖以及俯視圖。
圖9是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第2實施方式的示意主視圖以及俯視圖。
圖10是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第3實施方式的示意主視圖。
圖11是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第4實施方式的示意部分剖視主視圖。
標號說明1...氣密容器、1a...包圍部、...密封部、1b...電極、1c...放電空間、2...封接金屬箔、3A、3B...外部導線、B...燈頭、IT...發(fā)光管、MHL...金屬鹵化物燈、OT...外管、T...絕緣管具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。
圖1是表示本發(fā)明的金屬鹵化物燈的第1實施方式的主視圖。本實施方式是作為本發(fā)明的一個應用例的汽車前照燈用的金屬鹵化物燈，在圖中，金屬鹵化物燈MHL包括發(fā)光管IT、絕緣管T、外管OT以及燈頭B，且被水平點亮。
發(fā)光管IT包括氣密容器1，一對電極2、2，封接金屬箔3，一對外部導線4A、4B以及放電介質。
氣密容器1由石英玻璃構成，具有包圍部1a以及一對密封部1b、1b。包圍部1a為中空形狀且外形形成紡錘形狀，在其兩端整體形成一對細長的密封部1a1，并且在內部形成細長的大致圓柱狀的放電空間1c。放電空間1c的內部容積為0.1cc以下。另外，在圖中，在形成左側的密封部1b之后，將密封管1d不切斷地從密封部1b的端部整體地延長，一直延伸到燈頭B內。
一對電極2、2由摻雜鎢絲構成，在軸方向上從前端部到中間部再到基端部其軸部的直徑相同，并且前端部以及中間部的一部分露出到放電空間1c內。另外，電極2的基端部被焊接在埋設于密封部1b內的后述的封接金屬箔3上，同時中間部被密封部1b松弛地支撐，由此被配設在氣密容器1的規(guī)定的位置上。
封接金屬箔3由鉬箔構成，被氣密地埋設在氣密容器1的密封部1b內。
放電介質包括金屬鹵化物以及稀有氣體。
金屬鹵化物包括第1鹵化物、主要有助于形成燈電壓的第2鹵化物以及稀有氣體。
第1鹵化物主要有助于進行所希望的發(fā)光，至少包含相對于被封入氣密容器1內的所有的金屬鹵化物以最大封入比例鹵化銩(Tm)。另外，根據所需，還適量封入銩以外的稀土類元素金屬鹵化物、鉈(Tl)、銦(In)以及/或者堿金屬鹵化物等。
第2鹵化物是蒸氣壓相對較大、與第1鹵化物相比難以在可見光區(qū)域內發(fā)光的金屬的鹵化物。所謂難以在可見光區(qū)域內發(fā)光，意味著對燈整體的發(fā)光顏色的影響很小，在與第1鹵化物共存的條件下由構成第2鹵化物的金屬產生的可見光放射較少。例如，包括從下述組中選擇出的一種或多種金屬的鹵化物。另外，第2鹵化物包括例如鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鋁(Al)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鈹(Be)、錸(Re)、鎵(Ga)、鈦(Ti)、鋯(Zr)以及鉿(Hf)。
稀有氣體可以從例如氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)以及氪(Kr)等中選擇。
一對外部導線4A、4B，其前端在氣密容器1的兩端的密封部1b內被焊接在封接金屬箔3的另一端，基端側被導出到外部。在圖中從放電容器IT向右側導出的外部導線4A的中間部沿著后述的外管OT折回，被導入后述的燈頭B內，連接在配設于燈頭B的外周面上的呈環(huán)狀的一個燈頭端子t1上。另外，在圖中從放電容器IT向左側導出的外部導線4B沿著管軸延長，被導出到燈頭B內，連接在未圖示的配設于中央的呈銷釘狀的另一個燈頭端子上。
外管OT具有紫外線阻隔性能，在內部收納有放電容器IT，兩端的細頸部5(在圖中僅展示了右側的一端)被玻璃焊接在放電容器IT的密封部1b上。但是，外管OT的內部不是氣密性的，與大氣相連通。
絕緣管T由陶瓷管構成，覆蓋在外部導線4A上。
燈頭B作為汽車前照燈而被標準化，將放電容器IT以及外管OT支撐成沿著中心軸直立，能夠裝卸地安裝在汽車前照燈的背表面上。另外，構成為包括以在安裝時能夠與電源側的燈座(未圖示)連接的方式配設在筒狀部的外周面上的呈環(huán)狀的一個燈頭端子t1，和被配設成在形成于筒狀部的內部的一端開放的凹部內在中央向軸方向突出的、呈銷釘狀的另一個燈頭端子。
實施例1實施例1是圖1所示的汽車前照燈用的金屬鹵化物燈。
氣密容器1最大外徑6.5mm，球體長度6.5mm，最大內徑2.4mm，內部容積0.025cc一對電極摻雜鎢絲制，軸徑0.3mm，全長10mm，電極間距離4.2mm放電介質ZnI2(12.1)-InI(3.1)-TlI(12.1)-TmI3(64.2)-LiI(8.5)＝0.7mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為13個大氣壓電氣特性燈電壓66.7V，燈電流0.584A，燈功率38.9W發(fā)光特性總光通量3983lm、發(fā)光效率102.4lm/W，色溫4827K，平均彩色再現評價系數Ra85.9[比較例1]放電介質Hg0.2mg-ScI3(16.67)-NaI(83.33)＝0.3mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為5個大氣壓其它的規(guī)格與實施例1相同。
電氣特性燈電壓85.0V，燈電流0.412A，燈功率35.0W發(fā)光特性總光通量3550lm、發(fā)光效率101.4lm/W，色溫4200K，平均彩色再現評價系數Ra65.0從規(guī)格、電氣特性以及發(fā)光特性可知，上述的比較例1相當于現在的封入水銀的汽車前照燈用的金屬鹵化物燈。
與此相對，根據實施例1，電氣特性中的燈電壓與已知的無水銀燈相比，接近且等同于比較例，發(fā)光特性中的總光通量以及平均彩色再現評價系數Ra明顯優(yōu)異。另外，發(fā)光效率稍高，色溫為接近日光色(晝白色)(5000K)的值。
實施例2放電介質ZnI2(13.8)-InI(3.4)-TlI(13.8)-TmI3(69.0)＝0.5mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為13個大氣壓其它的規(guī)格與實施例1相同。
電氣特性燈電壓78.0V，燈電流0.500A，燈功率38.9W發(fā)光特性總光通量3841lm、發(fā)光效率98.7lm/W，色溫5158K，平均彩色再現評價系數Ra81.0根據實施例2，電氣特性與比較例1大致相同，發(fā)光特性中的總光通量以及平均彩色再現評價系數Ra明顯優(yōu)異。另外，發(fā)光效率稍低但大致相同，色溫為接近日光色(5000K)的值。
實施例3放電介質ZnI2(10.8)-TlI(10.8)-TmI3(60.1)-PrI3(18.3)＝0.6mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為13個大氣壓其它的規(guī)格與實施例1相同。
電氣特性燈電壓78.0V，燈電流0.500A，燈功率38.9W發(fā)光特性總光通量3446lm、發(fā)光效率88.6lm/W，色溫5158K，平均彩色再現評價系數Ra81.0根據實施例3，電氣特性與比較例大致相同，發(fā)光特性中的平均彩色再現評價系數Ra明顯優(yōu)異。另外，總光通量大致相同，發(fā)光效率較低，色溫為接近日光色(5000K)的值。
實施例4氣密容器1最大外徑6.0mm，球體長度6.5mm，最大內徑2.4mm，內部容積0.025cc放電介質ZnI2(13.0)-TlI(7.0)-TmI3(72.0)-NaI(8.0)＝0.8mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為13個大氣壓其它的規(guī)格與實施例1相同。
電氣特性燈電壓75V，燈電流0.8A，燈功率50W發(fā)光特性總光通量5000lm、發(fā)光效率100lm/W，色溫4200K，平均彩色再現評價系數Ra81，色偏差0.0045比較例2放電介質Hg0.2mg-ScI3(16.67)-NaI(83.33)＝0.7mg，()內的數字為封入比例(質量％)，Xe為5個大氣壓其它的規(guī)格與比較例1相同。
電氣特性燈電壓85.0V，燈電流0.71A，燈功率50W發(fā)光特性總光通量5500lm、發(fā)光效率111lm/W，色溫4300K，平均彩色再現評價系數Ra65.0根據實施例4，電氣特性以及發(fā)光特性與比較例2大致相同。
接下來，基于圖2說明對于在使封入的金屬鹵化物的種類以及封入比例變化時、燈電壓和發(fā)光效率受到什么樣的影響進行調查后得到的結果。
圖2是表示以封入的金屬鹵化物的種類以及封入比例為參數的電位梯度與發(fā)光效率之間的關系的曲線圖。在圖中，橫軸表示電位梯度(V/mm)，縱軸表示效率(lm/W)。另外，所述效率意味著發(fā)光效率。圖中的各曲線如下所述。每條曲線都是使用規(guī)格與實施例1中的規(guī)格基本相同而分別改變放電介質而制作出的金屬鹵化物燈來進行測定，并基于所得數據而作出的。
曲線“Tm比例1”以及“Tm比例2”是在實施例1中使鹵化銩(TmI3)的封入比例變化得到的，前者為以35W的燈功率點亮的情況，后者為以49W的燈功率點亮的情況。鹵化銩的封入比例是記號●為50.0質量％，記號▲為60.0質量％，記號■為74質量％。
曲線“稀土類元素金屬種類”封入質量比為稀土類金屬鹵化物25％、鹵化銦InI3％、碘化鋅ZnI340％、鹵化鉈TlI32％，且作為稀土類金屬鹵化物分別封入鹵化銩(Tm)、鹵化鐠(Pr)、鹵化鈰(Ce)以及鹵化釹(Nd)等。記號●為銩(Tm)，記號◆為鈰(Ce)，記號■為釹，記號▲為鐠。
曲線“燈電壓形成用金屬比例”封入質量比例為鹵化銩25％、鹵化銦3％、碘化鋅ZnI333.3、50.0以及60.0％、其余為鹵化鉈TlI。另外，碘化鋅ZnI3的封入質量比例是記號●為33.3％，記號▲為50.0％，記號■為60.0％。
曲線“堿金屬比例”封入質量比例為鹵化銩25％、鹵化銦3％、碘化鋅33.3％、鹵化鉈TlI39％，與此相對添加鹵化鈉、并使鹵化鈉的封入質量比例變?yōu)?1.7％、33.7％以及50.7％。另外，碘化鈉(NaI)的封入質量比例是記號●為50.7％，記號▲為33.％，記號■為11.7％。
從圖2可知如下情況。即，從曲線“Tm比例1”以及“Tm比例2”可知，隨著鹵化銩的封入質量比例增大，電位梯度以及效率的數值也增大。另外，最冷部分溫度越高，電位梯度以及效率的數值越大。
從曲線“稀土類元素金屬種類”可知，鹵化銩的電位梯度以及效率的數值比其它的稀土類金屬鹵化物大。另外，上述數值按照Pr、Nd、Ce、Tm的順序增大。
從曲線“燈電壓形成用金屬比例”可知，碘化鋅(ZnI3)的封入質量比例越大，電位梯度越大而效率的數值越小。
從曲線“堿金屬比例”可知，碘化鈉(NaI)的封入質量比例越大，發(fā)光效率越高而電位梯度降低。
圖3是表示本發(fā)明的金屬鹵化物燈的第2實施方式的主視圖。本實施方式是作為本發(fā)明的一個應用例的能用作一般照明的金屬鹵化物燈，包括透光性氣密容器1，一對電極2、2，一對外部導線4、4，一對密封劑6、6以及放電介質。上述透光性氣密容器1，一對電極2、2，一對外部導線4、4，一對密封劑6、6以及放電介質被整體化從而構成透光性陶瓷發(fā)光管IT，并被封裝到省略了圖示的外管內，以供使用。
透光性氣密容器1是由透光性礬土陶瓷構成的透光性陶瓷制容器，具有包圍部1a以及一對細長的筒狀部1b’、1b’，由以下所示的多個構成部分的燒嵌配合構造而形成。包圍部1a呈枕形(俵形)，包括中間的圓筒部和與其兩端連續(xù)的一對半球部1a2、1a2。筒狀部1b’呈細長的管狀，前端與包圍部1a的半球部1a2的中央部相連通。另外，圖中的單點劃線是表示管軸位置的中心軸線。如果示出發(fā)光管IT的一個示例，則氣密容器1其全長為35mm，包圍部1a的外徑為6mm，內徑為5mm，筒狀部1b’的外徑為1.7mm，內徑為0.7mm。電極2的軸部的外徑為0.3mm，外部導線4的外徑為0.65mm。
電極2由摻雜鎢的棒狀體構成，前端面對著氣密容器1的包圍部1a的內部，基端對頂著外部導線4的前端并被焊接在其上，中間部在周圍形成有作為微小間隙的毛細管地插通在筒狀部1b’的內部。
外部導線4由鈮的棒狀體構成，前端部插入筒狀部1b’的端部內部，基端部被導出到外部。
密封劑5由玻璃料、即陶瓷混合物的熔融凝固體構成，進入筒狀部1b’內從而覆蓋外部導線4的前端部以及電極2的基端部的一部分。
放電介質與第1實施方式中的相同，在點亮過程中剩余的鹵化物HG變?yōu)橐合?，滯留在毛細管內部的圖的位置。另外，最冷部分PT形成在剩余的鹵化物HG的放電空間1c側的前端部。
圖4是表示密封圖3所示的第2實施方式的透光性陶瓷發(fā)光管時的順序的工序圖。
密封工序在圖中從左端的工序(a)向右端的工序(e)進行。
工序(a)對于未密封的氣密容器1，最先將在圖中位于上側的筒狀部1’的由點劃線圓所包圍的部分密封。
在工序(b)中，將電極管腳ME從筒狀部1’插入到規(guī)定的位置。另外，電極管腳ME是預先將電極2以及外部導線4焊接在一起而成的，在外部導線4的規(guī)定位置上形成有擋塊s。即，擋塊s與筒狀部1b’的端面相接觸的位置即是規(guī)定的插入位置。
在工序(c)中，從電極管腳ME的外部導線4之上插入預先成形為圈餅狀的玻璃料粉體HG。
在工序(d)中，使用例如激光束等對包含燒結玻璃粉體HG的密封預定部進行加熱。
在工序(e)中，在玻璃料粉體G熔化時，玻璃粉從筒狀部1b’的端面進入內部，包圍外部導線4的插入部分。然后，在冷卻之后，透光性陶瓷發(fā)光管IT的密封結束。
接下來，參照圖5至圖7對透光性陶瓷發(fā)光管IT的密封裝置的構成例進行說明。另外，在各圖中，相同標號為相同部分。
圖5是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第1實施方式的示意圖。在圖中，11為封接室、12為干燥箱、13為YAG激光器、14為光纖、15為激光頭、16為排氣系統(tǒng)、17為封入氣體系統(tǒng)、IT為透光性陶瓷發(fā)光管。另外，通過使用YAG激光器作為激光束源13，氣密容器1的加熱變得容易，能夠進行良好的密封。
圖6是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第2實施方式的示意圖。在本實施方式中，封接室11在內部具有xy載物臺。另外，在封接室11和干燥箱12之間配設有門。
圖7是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封裝置的第3實施方式的示意圖。在本實施方式中，封接室11僅局部包圍透光性陶瓷制氣密容器IT的密封部，同時將封接室11、激光頭15、排氣系統(tǒng)16以及封入氣體系統(tǒng)17收納在干燥箱12內。
接下來，對透光性陶瓷制氣密容器的密封狀態(tài)進行說明。另外，在圖中與圖3相同的部分標以相同標號，省略其說明。
圖8是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第1實施方式的示意主視圖。在本實施方式中，為了避免對氣密容器1的筒狀部1b’中的除密封預定部21以及玻璃料粉體G以外的部分進行不希望的加熱，一邊用圓筒狀的吸熱部件22包圍與筒狀部1b’的密封預定部21相鄰的部分一邊用激光束23進行加熱。
吸熱部件22在密封預定部21的加熱時吸熱，所以沒有被激光束照射的與密封預定部21相鄰的筒狀部1b’的區(qū)域也被一起加熱從而溫度上升。其結果，玻璃料變得容易進入筒狀部1b’的內部，能夠形成良好的密封部。
另外，激光束23向焦點P1會聚。而且，當使激光束23的焦點位置P1能夠在圖中在上下方向上變化從而使焦點距離d1能夠進行調整、由此使散焦距離d2變化時，就能夠調整密封預定部21的加熱程度。另外，圖中標號13為激光頭。
圖9是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第2實施方式的示意主視圖以及俯視圖。在本實施方式中，在呈圓筒狀的吸熱部件22的下部的周圍具有90°間隔的突起p，這一點與圖8所示的第1實施方式不同。
圖10是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第3實施方式的示意主視圖以及俯視圖。在本實施方式中，吸熱部件22呈切頭圓錐形狀，對位于吸熱部件22的下方的透光性陶瓷制氣密容器的部分容易且可靠地進行隔熱，從而防止該部分產生不希望的溫度上升。
圖11是表示透光性陶瓷制氣密容器的密封的第4實施方式的示意部分剖視主視圖。在本實施方式中，吸熱部件22與圖8相同都呈圓筒形狀，但在透光性陶瓷制氣密容器的包圍部1a與筒狀部1b’的邊界部上嵌合隔熱部件23來進行密封。由此，通過隔熱部件23隔斷了激光束對位于隔熱部件23下方的透光性陶瓷制氣密容器的包圍部1a的照射。另外，隔熱部件23由隔熱性材料的呈圈餅狀的圓盤構成，在中心部具有用于松弛地插到筒狀部1b’上的通孔23a。
因此，在密封時不會對透光性陶瓷制氣密容器的包圍部1a進行不希望的加熱。
工業(yè)應用前景不但能用于車輛的前照燈，而且還能用于其它一般照明等的各種用途。
權利要求
1.一種金屬鹵化物燈，其特征在于，具有透光性的氣密容器，其在內部具有放電空間；一對電極，其被封裝在氣密容器內且面對放電空間；和本質上不含有水銀地被構成、且被封入氣密容器內的放電介質，其包括第1鹵化物、第2鹵化物以及稀有氣體；第1鹵化物主要是發(fā)光的金屬的鹵化物，包括在被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物中封入比例最大的鹵化銩(Tm)，并且堿金屬鹵化物不到10質量％；第2鹵化物主要由形成燈電壓的金屬鹵化物構成，并且相對于被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物為5～20質量％。
2.如權利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，在放電介質中，堿金屬鹵化物作為主體包括從鈉(Na)、銫(Cs)以及鋰(Li)的組中選擇出的一種或多種金屬的鹵化物。
3.一種金屬鹵化物燈，其特征在于，具有透光性的氣密容器，其在內部具有放電空間；一對電極，其被封裝在氣密容器內且面對放電空間；和本質上不含有水銀地被構成、被封入氣密容器內的放電介質，其包括第1鹵化物、第2鹵化物以及稀有氣體；第1鹵化物主要是發(fā)光的金屬的鹵化物，包括在被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物中封入比例最大的鹵化銩(Tm)；第2鹵化物主要由形成燈電壓的金屬鹵化物構成，并且相對于被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物為5～20質量％；所有的形成金屬鹵化物的金屬的電離勢為5.4eV以上。
4.如權利要求1～3中的任意一項所述的金屬鹵化物燈，其特征在于，在放電介質中，鹵化銩(Tm)的相對于封入氣密容器內的所有金屬鹵化物的封入比例HTm(質量％)滿足30＜HTm＜90。
5.如權利要求1～4中的任意一項所述的金屬鹵化物燈，其特征在于在放電介質中，第1鹵化物包括從鐠(Pr)、鈰(Ce)以及釤(Sm)的組中選擇出的稀土類金屬的一種或多種的鹵化物，并且包括鹵化銩(Tm)在內的稀土類金屬的鹵化物的相對于所有鹵化物的封入比例為50質量％以上。
6.如權利要求1～5中的任意一項所述的金屬鹵化物燈，其特征在于在放電介質中，第1鹵化物包括鹵化鉈(Tl)以及鹵化銦(In)中的至少一種。
7.一種照明裝置，其特征在于，具有照明裝置本體；配設在照明裝置本體上的如權利要求1～6中的任意一項所述的金屬鹵化物燈；和點亮金屬鹵化物燈的點亮裝置。
全文摘要
提供一種盡管沒有封入水銀但較之充入水銀的金屬鹵化物燈電氣特性同等、且發(fā)光特性大致同等或更優(yōu)異的金屬鹵化物燈以及使用該金屬鹵化物燈的照明裝置。金屬鹵化物燈(MHL)具有氣密容器(1)，一對電極(2)和本質上不含有水銀的、被封入氣密容器內的放電介質；所述放電介質包括第1鹵化物、第2鹵化物以及稀有氣體；其中，第1鹵化物主要是發(fā)光的金屬鹵化物，包括在被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物中封入比例最大的鹵化銩(Tm)，并且堿金屬鹵化物至多不到10質量％；第2鹵化物主要由形成燈電壓的金屬鹵化物構成，并且相對于被封入氣密容器內的所有金屬鹵化物為5～20質量％。
文檔編號H01J61/88GK101053059SQ20058003740
公開日2007年10月10日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權日2004年10月29日
發(fā)明者柏木孝仁, 石田正純, 松田干男, 上村幸三 申請人:東芝照明技術株式會社