专利名称：高压气体放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及到高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯)，其特点是不含汞，并且适用于汽车工业。
此类的灯之所以被广泛使用是因为其良好的特性，并且在汽车工业领域的应用也在增加。特别是在这种应用中也有一定的需求，然而，这种灯出于环保的原因不应该含汞。
EP1,063,681公开了一种放电灯，在其中的放电空间内不需要使用汞，从而避免的环境污染并能降低紫外线辐射的比例。然而还说这种灯不能用在汽车中，因为灯在打开后不能足够快地产生所需的光通量。要解决这一问题就要降低放电空间的热容量和热损失，并且要在室温下的内部气压与放电空间的体积及放电空间内若干处截面的最大壁厚之间保持一定比例。
然而有这样一个缺点，按惯例缩短容器内壁与向上弯曲的光弧之间的距离会造成发光物质与氧化硅发生反应，特别是在放电容器比较热的上壁区域，这样会因导致结晶加剧而缩短灯的寿命。另外，这种灯的发光效率比含汞的灯要低。
除了发光效率之外，没有汞的灯还有一个普遍问题，也就是燃烧电压低，相同功率的灯在连续工作时获取的灯电流也就要大。
最后，在汽车中使用需要考虑到安装环境及其与反射器的配合，这就意味着灯的外部形状应该保持基本不变。
另一个目的是提供一种同样是填充无汞气体的高压气体放电灯，它具有比普通无汞灯要高的燃烧电压。
特别是，按照上述两个目的(高发光效率和高燃烧电压)中至少其一提供的高压气体放电灯是在无需增大灯的功率或是其最大热负载的条件下实现的，也不需要增大外层灯泡的外部尺寸。
还要提供一种无汞高压气体放电灯，它能维持汽车正常使用的流明，也就是随灯寿命的亮度衰减与有汞灯相似。
最后要提供一种适合汽车工业特殊应用的高压气体放电灯。
该目的是按照权利要求1实现的，一种高压气体放电灯有一个放电容器，它密封一个有发光物质的放电空间，并且其底面处在灯操作位置的最低位置，底面具有第一上升区和至少一个第二区，第一区到灯操作期间形成的电弧放电的距离尺寸使得集中在上述第一区的发光物质在开灯后获得足够热量时进入气化状态，而第二区是这样布置的，它能够对因开灯受热而运动的发光物质起到一个收集储存器的作用。这样的储存器有多方面优点。首先至少能部分避免迁移的发光物质进入电极引线位置的区域。其次，这样的储存器能确保在第一区中不会出现熔化的盐，否则会因反射和吸收而妨碍灯的发光。
第二区是这样布置的，它相对于第一区被降低或升高，或是与第一区连续形成-只要是能具有扩大的表面面积。这种布置主要是由充入放电容器的发光物质的性质和量也就是其蒸发和迁移特性所决定的。
这种方案的特殊优点是放电空间的上述几何形状使得有可能提高放电空间中最冷光点处的温度，而不会由此导致灯的最高温度(在操作位置的上部)和最大热负载上升，或是因发光物质进入收缩部而造成损坏。
总而言之可以无需替代地省去汞，或是可以用不同的电压梯度形成材料来代替汞，这种材料对环境的损害小，例如是一种适当的金属卤化物，由于这种几何形状能使最冷光点获得较高的温度，无论如何都能有足够量的发光物质进入气态，这样就能进一步提高灯的发光效率及其燃烧电压。可以通过引入一种稀有气体(特别是氙)用来升高放电空间中的气压来实现。
应该注意到US-PS5,211,595描述了一种用不对称收缩和不对称放电容器制造放电灯的方法。这种不对称的目的与本发明的解决方案相反，是为了在放电容器上部区域与操作期间比较强地向上弯曲的光弧之间获得较大的距离，使上述区域不至于过度受热。制造这种不对称并且在下壁区域仅有轻微曲率的放电容器的另一个目的是要避免上述下壁区域出现裂缝，金属卤化物会在裂缝处过度积聚，并且为便于上述物质蒸发并改善灯的光度特性要提供较大的表面。总之，这种灯不能没有汞，也不能设计成供汽车工业使用，因此，这篇文献被认为是无关的。
从属权利要求涉及到本发明进一步的有益实施例。权利要求2和3限定的实施例所具有的优点是制造特别简单并且廉阶。
权利要求4限定的实施例特别适用于汽车前灯。
权利要求5和6涉及到可用来替代汞的电压梯度形成材料，能够使灯获得特别优良的发光效率，而权利要求7为实现这一目的提供了另一种可能性，具体到能够获得较高的发光效率和燃烧电压。
权利要求8限定的实施例能在底部表面获得特别均匀的温升，而按照权利要求9能够进一步改善对电极引线位置及位于它们后面的收缩部的保护防止发光物质进入。
放电空间被充入由放电气体(发光器)构成的气体，能通过激发或放电而发光，最好是一种形成电压梯度的气体，可以从金属卤化物族中选择这种气体。
发光物质例如是碘化钠和/或碘化钪，而采用的的梯度形成物质例如可以是碘化锌和/或其它替代汞的物质。
替代或是附加的电压梯度形成物质可以是引入放电空间2的一定量稀有气体(例如是氙)，可以增大气压从而提高发光效率和燃烧电压。
用熔化温度尽可能高的材料例如是钨制成的电极3的悬空端从放电空间2相对的两侧伸入其中。电极3各自的另一端被紧固在导电板或箔片4特别是一个钼箔片上，利用它在放电灯的外部触点与电极3之间实现电连接。
为了确保电极3突入放电空间2的位置7处的真空气密密封，放电容器1在这些区域被埋入石英玻璃部(收缩部)5，在其中嵌入电极3相对其悬空端的部位和导电箔片4。
收缩部5相对于放电容器1是对称布置的，并且处在其纵轴上。这样做的优点是不需要改变本发明的灯的外壳尺寸，这对于将这种灯应用于汽车前灯特别重要。另外，按对称收缩部制造的灯即简单又廉价。
在灯的操作状态下，在电极3的尖端之间激发电弧放电6(光弧)。
图1(b)是沿着图1(a)中A-B线提取的截面图。同样能显示出具有放电空间2，电极3，底部表面10和上壁13的放电容器1。从这一图中还可以看出放电容器1在与底部表面10相对的区域具有一个外部扁平部14，这一扁平部的作用是限制放电容器在该区域的热容量，使从底部表面10释放的热量尽可能少。
如上所述，按照本发明的充气的高压气体放电灯最好包括一或多种适当的金属卤化物作为替代汞的电压梯度发生器。然而，由于这些物质具有比较低的局部蒸气压力，为了达到基本上相等的灯效率(或是光通量)和最高的可能燃烧电压，影响放电容器1中的温度平衡，特别是为了提高最冷光点也就是底部表面10处的温度，以便有在关灯时以固体形态聚集在底部表面10处的足够量的发光物质在灯的操作状态下在放电空间2中进入气化状态。
还可以看出在放电空间2的上壁13处形成的最高温度一定不能变得太高使放电容器1发生结晶或是脱玻现象，上述容器是用石英玻璃制成的。这可能会成为一个问题，因为放电空间内的强烈对流会特别强烈地加热电弧放电6上方的区域。
图1(a)，(b)中所示的放电空间2的结构能满足这些预定条件和要求。从图中可以看出，底部表面10与操作期间形成的光弧6具有比较小的距离。这一距离应该比光弧6与放电空间2的上壁13处之间的距离小。然而，到底部表面10的距离至少应该足够大，使电极3与电极之间形成的光弧6包括扩散区在内都不会受到干扰或衰减。
还要选择底部表面10的尺寸和形状，一方面在关灯时使发光物质主要积聚在这一底部表面10上。另一方面要根据发光物质的性质和量对电极尖端之间区域附近的底部表面进行选择，使后者在开灯时能被电弧放电6足够地加热，以便有足够的量进入气化状态从而提高灯的发光效率。底部表面10的尺寸应该能确保最初开始熔化的发光物质不会覆盖电极尖端或是电弧放电6。
具有这种尺寸和形状的底部表面10能够获得迄今为止只有填充含汞气体的灯才能达到的效率。另外，发光的光谱特性和色点也基本上对应着含汞的灯，这对于汽车工业中的应用特别重要。
灯的燃烧电压也能比公知的无汞灯有明显的提高(通过增大电极间隙和其它尺寸还可以进一步提高)。按所述方式升高的底部表面10不会造成放电容器1最热点处的温度进一步上升，这一点通常出现在上壁13的对面，这样就不会增加灯的最大热负载，特别是能够获得能与含汞灯相比的亮度。
仅仅增加底部表面10的温度还能降低横跨放电容器1侧壁特别是上、下侧壁之间的温度下降，这样能明显减少容器中的热应力。
底部表面10的构造需要满足的进一步条件是积聚在底部表面10处的发光物质(或其它淀积物质)不能出现在底部表面10位于电极尖端和电弧放电6下面的区域，否则会因反射和吸收而衰减灯发出的光。另一方面还应该注意壁波美度10的构造，至少不能让明显数量的非气态发光物质迁移到达电极3的入口位置7也就是收缩部5的入口，因为这样会随时间造成腐蚀或是类似的作用。
在第一实施例中是在发光物质的量与底部表面10的尺寸之间做适当调和来完全防止这种作用，而本发明的第二实施例是采取以下的措施。
图2(a)和2(b)表示第二实施例，在其中对与图1(a)和1(b)中相同的部件采用了相同的标号，因而无需进一步描述这些部件。与第一实施例相反，此处的底部表面10具有第一上升区域11，它在电极3入口部位7的方向上被埋入各自的第二区域12。
第一区域11的表面面积和能够适应光弧6的高度的高度等尺寸完全取决于发光物质的性质，使关灯状态下聚集在第一区域上的发光物质在开灯后因受热而至少是明显地进入气态，并且有足够的量实际维持在气态用于灯的操作。这样从区域11消除发光物质就能基本上不会衰减从灯发出并且通过区域11的光。
第二区域12相对于第一区域11低，其程度是根据第一区域11的尺寸和关灯状态下积聚的较低的底部表面10上的发光物质的量的需要，确保第二区域12能起到在高压气体放电灯操作期间没有进入气态而是以熔化的盐的形式出现的那一部分发光物质的收集储存器的作用。根据灯所填充的发光物质，事实上，在灯的操作期间可能有大部分比例的发光物质例如是总量的80％是以熔化的盐的形式出现的。第二区域一方面能保持在灯操作期间以熔化盐的形式出现的发光物质远离第一区域11，以免对灯发出的光造成衰减。另一方面还能防止一部分发光物质在开灯时因受热而到达电极3的入口位置7，以及该物质随之在入口位置7方向上的移动。
第二区域12相对于第一区域11的最低段位于电极3的尖部下方，可用来容纳在入口位置7的方向上迁移的一定量上述物质，这样至少能部分保护入口位置7远离这些物质。然而，在这种情况下最冷光点的温度也会上升。
最后从图2(a)中还能看出放电容器1的平整14的形状在其纵向上跟随放电空间2底部表面10的梯度。
图3(a)，(b)表示本发明的第三实施例。在其中对与图1和2中相同的部件同样采用了相同的标号，因而无需进一步描述这些部件。
与图2(a)和(b)表示的第二实施例相反，此处的底部表面10相对于放电容器1的纵轴是对称的。从图3(b)的截面图中可以清楚地看到，第一上升部11在电极3及其之间的连接线下面在放电容器1的纵向上延伸。第二区域12与低区域11平行地延伸并且位于第一区域11的两侧。
底部表面10的这种布局同样能至少是部分防止朝电极3迁移的发光物质在开灯期间进入入口位置7，因为它们在迁移过程中会滑向第二区域12并且留在那里，这样就能保持第一区域11上没有熔化的物质。
在本实施例中，放电容器1的平整14的形状同样是跟随放电空间2底部表面10的形状。
图4(a)和(b)表示本发明的第四实施例，在其中对与图1到3中相同或对应的部件同样采用了相同的标号，因而无需进一步描述这些部件。
与第一到第三实施例相反，此处的上壁13具有在放电容器1的纵向上延伸并且向上弯曲的曲面，基本上跟随电弧放电6自然稍稍向上弯曲的梯度。这样能使上壁13较少受热。底部表面10的尺寸与其无关，并且可以采取图1到3所示的形式。
图5表示表示本发明的第五实施例。在其中对与图1和2中相同或对应的部件同样采用了相同的标号，因而无需进一步描述这些部件。
与图1和2所示的放电灯相反，此处的放电容器1的构造是围绕着其纵轴旋转对称。也就是说底部表面10延伸到放电空间2的整个内圆周，使上壁12与底部表面10具有相同的形状(镜像对称)。
可以应用于图1和2的所有实施例的这种构造在制造技术上具有明显的优点，并且简单并便于制造。结果会使放电容器1在操作位置上处于最上方的那一区域受热更强，如果灯是按比较低的功率或是从上部区域冷却来设计的，这样可以接受。
除此之外，本实施例的操作和优点与参照气态实施例所述的情况相同。
所有实施例都能做到使底部表面的温升更加均匀，也就是利用氧化锆(ZrO2)制成的附加涂层并施加在放电容器与底部表面10相对的外侧，因为涂层区域比没有涂层的区域被更多地加热。
作为上述措施的变更或是补充，在所有实施例中，对放电容器1的收缩部5的外侧也可以施加这种涂层，所提供的效果是尽量减少发光物质或气态淀积物质进入这些区域。
最后，图6表示按照本发明的放电灯装上外壳9后的纵向截面图，还表示了用来向电极3提供电源电压的外部触点8。
为了看清本发明的放电灯所获得的优点和特性而给出了以下的比较例起点是常规的标准放电容器，也就是底部表面没有上升，这种容器的体积大约是27μl并包含大约300μg碘化钠/碘化钪的充气，按重量的比例是碘化钠约为70％而碘化钪约为30％，氙气压大约是620mbar(辅助体积中的主要压力)，及50μg的碘化锌(ZnJ2)。这样在大约35V的燃烧电压下能获得大约2650lm的光通量。
在图2(a)和(b)所示的第二实施例中，放电空间2的体积大约是20μl，而底部表面10上升约0.5mm，同样的充气结果是燃烧电压约为50V，而光通量大约是3050lm。
如果对图1所示的第一实施例采用同样的放电空间2体积(20μl)，而底部表面10上升约0.5mm，但是充气中不包括碘化锌，而是对应着上述的充气，结果是燃烧电压约为42V，而光通量大约是3200lm。
采用本发明的放电空间2的结构就能获得明显提高的光通量和燃烧电压的显著上升。
最后还应该注意到按照本发明的提高放电容器最冷光点处温度的原理显然还可以应用于含汞的灯，例如是在汞对环境的固有缺点可以接受的情况下，这样的温升可以用来提高发光效率，获得相同的发光效率，以便降低灯的输入功率。
权利要求
1.一种高压气体放电灯有一个放电容器(1)，它密封一个有发光物质的放电空间(2)，并且其底部表面(10)处在灯操作位置的最低位置，底部表面(10)具有第一上升区(11)和至少一个第二区(12)，其中-第一区(11)到灯操作期间形成的电弧放电(6)的距离尺寸使得集中在上述第一区(11)的发光物质在开灯后获得足够热量时进入气化状态，而其中的-第二区(12)是这样布置的，它能够对因开灯受热而运动的发光物质起到一个收集储存器的作用。
2.按照权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于包括相对于放电容器(1)对称布置的收缩部(5)。
3.按照权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于放电容器(1)的结构是旋转对称的，使第一区(11)延伸到放电空间(2)的整个内圆周上。
4.按照权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于包括一种不含汞的充气。
5.按照权利要求4的高压气体放电灯，其特征在于在其充气中以一或若干种金属卤化物的形式构成一个电压梯度发生器。
6.按照权利要求5的高压气体放电灯，其特征在于电压梯度发生器包括碘化锌。
7..按照权利要求4的高压气体放电灯，其特征在于充气包括额外数量的稀有气体例如氙，用于提高气压并且增强灯的发光效率。
8.按照权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于放电容器(1)与第一区(11)相对的外壁上具有包含氧化锆的涂层。
9.按照权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于放电容器(1)的外壁上在电极(3)的入口位置(7)和/或收缩部(5)的区域具有包含氧化锆的涂层。
10 一种发光装置特别是汽车前灯，其特征在于具有前述任何一项权利要求的高压气体放电灯。
全文摘要
本发明涉及到高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯)，其特点是不含汞，并且适用于汽车工业。为了改善灯的特性，特别是为了与具有含汞气体的同等功率的灯相比具有基本上相等的发光效率，以及尽可能高的燃烧电压，为放电空间(2)设计的几何形状能够升高灯中最冷光点的温度，达到使同样不含汞的发光物质能有足够量进入气态的程度，特别是结合使用金属卤化物作为电压梯度发生器。
文档编号H01J61/33GK1427447SQ0213999
公开日2003年7月2日 申请日期2002年11月22日 优先权日2001年11月26日
发明者M·哈尔克, P·波斯特马, P·赫尔维格, J·舍内希, R·穆克尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司