专利名称：金属卤化物灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属卤化物灯，灯所配备的放电管的管壁是陶瓷制成的，围绕成放电空间。放电空间中充有Xe气和NaI及CeI3的充填料，还配置有两个电极，电极的尖端彼此间隔一段间距EA，放电管在至少整个间距EA的内径为Di。
从WO98/25294-A(PHNl6.015)可以了解到上述中灯的情况。这种灯发光效率高，色泽性能好(其中总显色指数Ra在40和65之间，色温Tc在2600和4000K之间)，特别适用作公共照明。这种灯应用了公认的这样一个论据，即采用Na的卤化物作为灯充填料的成分时可以使显色性达到可以接受的程度，从而大大扩大了Na在Na-D线的发射和反向幅度。这种效应要求放电管中极冷点Tkp的温度高，例如达1170K(900℃)。Na-D线的反向和扩大使这些线在光谱中呈发射带的形状，有两个在相互间距Δλ处的最亮点。
Tkp值要高的这个要求排除了放电管壁采用石英或石英玻璃的作法，要求放电管壁采用陶瓷材料。
在本说明和结论中，陶瓷壁一词是指金属氧化物(例如经蓝宝石致密烧结过的多晶Al2O3或YAG)制成的壁和金属氮化物(例如AlN)制成的壁。
这种灯不仅显色性令人满意，而且发光效率极高。为此而加入的充填料除Na的卤化物外还有碘化铈。放电管还装有Xe。
这种灯的缺点是电极间距较宽，因而形状极其细长，从而使这种灯不太适合用在要求所产生的光精确聚焦的光学应用场合。
本发明的目的是提供一种克服上述缺点的措施。
按照本发明，本说明书开端所述的那种灯就是为达到这个目的的，其特征在于，Di＜2毫米，而且符合EA/Di＜5的关系。
本发明的灯具有放电管尺寸极其紧凑的优点，因而特别适用于机动车辆车头灯中。由于内径小于电极间距因而小于放电电弧长度，所以放电管壁将放电电弧包围住，从而使放电电弧笔直得足以使其适用作机动车辆的车头灯。研究结果表明，内径Di≤1.4毫米。内径如此非常之小，从而使这种灯特别适用作形状复杂的车头灯。这种车头灯的好处是，形成待产生的充分强劲的光束不需要分立的使光束减弱的近光盖。然而，Di的选择是非常重要的，因为如此选择可使开关寿命最起码达2000小时。此外，最好还应该符合EA/Di＞2.75的关系。通过这样做，不仅可以使EA值相当大，而且保持有效起作用光源的尺寸相当小。这种灯在内径选取得满足关系式1.4＜Di≤2的要求时特别适用于欧洲式近光的车头灯。在这种场合通常会采用近光盖将各电极尖端之间发射出的光的一部分截住，从而避免车灯射出的光束使对面驶来的车辆耀眼。
此外，适当选择壁厚还可以有利影响光源的光学尺寸。这最好选择得使陶瓷放电管的壁厚在起码整个EA的间距最多为0.4毫米。若灯用作形状复杂的信号灯，则放电管的壁厚最好最多0.3毫米。虽然陶瓷壁材料本身通常光散射的性能强，但这里光源最好制造使其在光学尺寸方面与现行装有白炽灯丝车头灯的一般尺寸相当。
这里放电过程中需具有浓度相当高的Na和Ce，以达到发光效率高、色泽性能好的目的，从Δλ的值本身即可以看出这一点。Δλ的值特别取决于NaI∶CeI3的摩尔比和Tkp的高度。过去发现，本发明中灯的Δλ值起码需要3纳米。最好Δλ≤6纳米。
进一步实验的结果表明，灯放电管的管壁负荷最好≤120瓦/平方厘米。这里管壁负荷的定义为灯功率除以放电管壁位于各电极端部之间的部分的外表面得出的商。这样，Δλ既可以达到所要求的高值，同时又可以在灯工作的过程中仍然限制放电管的最高壁温。在管壁负荷值超过120瓦/平方厘米情况下放电管中通常的温度和压力会变得侵袭放电管壁的化学作用引起灯寿命令人不能接受的缩短。此外，热应力，特别是灯引燃之后加热过程和灯熄灭之后冷却过程中温度梯度引起的热应力，成了灯寿命不能令人接受地缩短的根源。
在本发明灯的一个有益的实施例中，放电管的一端由一个突出的陶瓷插头封闭着，陶瓷插头的一部分和陶瓷放电管的毗连部分配备有外被覆层。这一方面提高了对温度的控制作用，从而提高充填物料中碘化物盐类的温度，另一方面挡住了电极端部后面发出的光，对强化光束有利。我们发现，Pt是极适合用作被覆层的材料。另一个好处是，电极后面的管壁发黑并不影响灯的光通量的输出。适宜用作形状复杂的信号灯的灯最好两端都加外被覆层，但放电管在灯头一侧的一端有被覆层也够了。两端加被覆层的作用使放电管的结构对称，这对放电管的制造和灯以后的安装过程都大有好处。被覆层最好遍及整个陶瓷放电管，一直延伸到距电极端部起码0.5毫米处。另一方面，被覆层最好不要伸出电极端部外，这会对灯的光通量输出产生有害的影响。
按照本发明，NaI∶CeI3摩尔比在2和25之间。研究结果表明，若此摩尔比小于2，一方面会使发光效率低到不能令人接受的程度，另一方面，在摩尔比小于2的情况下灯发射出的光含过量的绿色。校正光的颜色，例如通过往放电管可电离的充填料中加入盐类，在此情况下只会损害发光效率。然而，若摩尔比大于25,Ce对灯色泽性能的影响是如此之小，以致同已知的那些高压钠灯的情况非常相似。研究的结果表明，这种灯如果想用作机动车辆的车头灯，其发出的光的色温Tc最好起码为3000K，最好在3500K和4500K之间。要提高NaI-CeI3所能达到的色温值，可以例如往可电离的充填料中加入例如摩尔百分比为Na 47、Ce 7.7、Ca 39.2和Dy 6.1的CaI2和DyI3。
Xe是在充填压力下加入放电管可电离的充填料中的。这里Xe的作用是确保灯在引燃之后即刻迅速输出光通量。稀有气体充填压力的选择还影响放电管的热平衡，从而影响灯的有效使用寿命。我们发现，要使灯达到10,000次开关操作的使用寿命。需要起码5巴的压力。充填压力最好在7巴至20巴的范围，特别是10巴至20巴的范围。这样做可以使灯达到20,000次或以上开关操作的开关使用寿命。
现在参看附图(不按真实的比例画出)说明本发明灯的上述和其它方面。附图中
图1是本发明的灯的示意图；图2是图1灯的放电管的详图。
从图1可以看到金属卤化物灯配备有放电管3。图2更详细地示出了放电管3，陶瓷壁31围绕着放电空间11，放电空间11中装有Xe和NaI和CeI3的充填料，两电极4,5配置在放电管中，电极的端部4a,5a之间有个间隙EA，放电管在起码整个EA部位的内径为Di，放电管两端分别用相应的突出的陶瓷插头34,35封闭着，插头34，35以狭窄的间隙围绕着接至配置在放电管中的电极4,5的电引线导体40,50，以气密的形式通过背离放电空间的一端处的熔融陶瓷接头10与有关的导线连接。放电管装在外灯泡1中。部分突出的陶瓷插头34,35和陶瓷放电管3的毗连部分设有外被覆层41,51。灯还配备有灯头2。灯处于工作状时，放电在电极4和5之间展开。电极4经导线8与形成灯头2的一部分的第一电气接点连接。电极5经导线9和19与形成灯头2的一部分的第二电气接点连接。导线19穿过陶瓷管110。
在附图所示本发明灯的实际制造过程中，许多灯分别制成额定功率26瓦的灯。这种灯适宜用作机动车辆的车头灯。各灯放电管可电离的充填料由0.35毫克的Hg和0.7毫克的NaCe组成，摩尔百分比为Na 85.7,Ce 14.3(摩尔比6∶1)。充填料还含有Xe，在室温下的充填压力为7巴。
电极端部之间的间距EA为5毫米，内径Di为1.4毫米，因而EA/Di比=3.57。放电管的壁厚为0.3毫米因而灯相应的管壁负荷为83瓦/平方厘米。突出的陶瓷插头和陶瓷放电管的毗连部分设有Pt外被覆层。外被覆层一直延伸到距有关的电极端部0.25毫米的位置。灯的外灯泡由石英玻璃制成。外灯泡的内径3毫米，壁厚2毫米。外灯泡中充有N2，充气压力为1.5巴。
灯在工作状态下的发光效率为82流明/瓦。灯在250小时寿命下的Ra和Tc值分别为65和3500K。这里Δλ值为6.2纳米。工作2000小时之后，上述各量的值分别变为74流明/瓦，69,3650K。
我们对另外一系列类似的灯进行了开关寿命试验。外被覆层在此情况下延伸到距有关电极端部0.5毫米的位置。开关操作500次之后，发光效率、Ra、Tc和Δλ的值分别为77流明/瓦，65,3300K和6纳米。开关操作41,000次之后，上述各值分别为72流明/瓦，73,3590K和6.5纳米。相比之下，可以看到作机动车辆灯中用作放电灯且配备有石英玻璃放电管的高压水银灯(菲利浦公司生产的D2R型)，其额定功率为35瓦，发光效率为80流明/瓦。这种灯发出的光的性能如下Tc=4000K,Ra=59。这种灯没有设计成应用在形状复杂的信号灯的那一种。
在一个经修改的设计方案中，本发明的灯适宜用作带欧洲式近光的车头灯。灯设计成35瓦的额定功率，灯的石英玻璃外灯泡配备有供发射近光所需的带状被覆层，例如供形成相当强的光束之用，在一个最佳实施例中，这个被覆层导电，从而降低了引燃电压。进一步降低引燃电压的有利措施是在放电管的外表面配备例如钨制成的金属线路。
在本发明灯的另一个实施例中，给外泡突出的陶瓷插头部位配备了反射热量的被覆层。这个被覆层不仅可以取代放电管的外被覆层而且还可以与放电管上的被覆层结合使用。反射性被覆层最好设在外泡壁的内表面，这样可以使光束中光通量的损耗小于被覆层外设的情况。
本发明的范围并不局限于上述实施例。本发明可按新的技术特征和组合的技术特征付诸实施。任何编号或符号也没有限制本发明的范围。“包括”一词并不排除权利要求中所列以外的其它元件或步骤。“元件”前使用的冠词“a”或“an”并不排除这些元件是复数的。
权利要求
1．一种金属卤化物灯，灯所配备的放电管的管壁是陶瓷制成的，围绕成放电空间，放电空间中充有Xe气和NaI及CeI3的充填料，还配备有两个电极，电极的尖端彼此间隔一段间距EA，放电管在至少整个间距EA的内径为Di，其特征在于，Di≤2毫米，且符合EA/Di＜5的关系。
2．如权利要求1所述的灯，其特征在于，Di≤1.4毫米，且还符合EA/Di＞2.75的关系。
3．如权利要求1或2所述的灯，其特征在于，灯的放电管的管壁负荷值≤120瓦/平方厘米。
4．如权利要求1或3所述的灯，其特征在于，Di符合1.4＜Di≤2的关系。
5．如权利要求1,2,3或4所述的灯，其特征在于，陶瓷放电管在至少整个间距EA上的壁厚最多0.4毫米。
6．如权利要求1,2,3,4或5所述的灯，其特征在于，放电管的一端用突出的陶瓷插头封闭起来，陶瓷放电管的毗连部分设计有外涂覆层。
7．如权利要求1,2,3,4,5或6所述的灯，其特征在于，Xe的充填压力于少为5巴。
8．如权利要求7所述的灯，其特征在于，Xe的充填压力在7巴至20巴的范围。
9．如权利要求1,2,3,4,5,6,7或8所述的灯，其特征在于，所述NaI和CeI3的摩尔比在3-25范围内。
全文摘要
本发明涉及一种金属卤化物灯,其所配备的放电管的管壁为陶瓷壁,包围着放电空间,放电空间中配置着两个电极,电极各端部之间彼此间隔一段间距EA。放电空间中除Xe外还装有可电离的充填料NaI及CeI
文档编号H01J61/82GK1302448SQ00800708
公开日2001年7月4日 申请日期2000年4月20日 优先权日1999年4月29日
发明者J·C·M·亨德里克, H·马勒, P·A·M·韦尔德斯艾恩, A·J·沃雷文斯 申请人:皇家菲利浦电子有限公司