无汞高强度气体放电灯的制作方法

专利名称：无汞高强度气体放电灯的制作方法
技术领域：
本发明描述了无汞高强度放电灯。
背景技术：
在高强度放电(HID)灯(如，汽车应用的氙气灯)中，期望在灯的寿命期间维持很高的光输出。气体放电灯的性能在很大程度上取决于它的电极的性能。良好的电极性能意味着电极损失小，电极保持它们的形状，蒸发少量电极材料，以及电极不与热灯中的各种化学过程负面交互作用。灯性能还会受通常以操作期间汽化的球粒形式引入的包括惰性气体和盐填充物的填充物成分的影响。盐填充物可以包括根据其具体属性选取的多种金属卤化物，例如，由于其对灯色点的贡献，特定金属卤化物可以包括在其中。现有技术中公知的是，向电极材料或向灯填充物添加发射器材料(一般为金属和常常为钍)可以显著改进电极性能。这种金属，在操作期间即使在电极表面上以少量存在时，也可以降低电极的工作机能以及因而使得能够以较低电极温度进行阴极电子发射。较低电极温度继而导致改进的电极性能。通常把发射器材料以氧化物(例如，氧化钍(ThO2))的形式作为掺杂剂添加到块状电极材料。当以此方式添加时，把发射器材料称作“固态发射器”，以及把电极称作“镀钍电极”。在一些现有技术汽车灯中，由于已证明氧化钍对电极的影响有益(特别是在关键提升 (critical rim-up)阶段期间)，所以使用固态方式来改进电极性能。由于电极随着它们发热而相当容易释放钍，所以特别是在提升期间固态发射器是有效的。对于汽车头灯，提升 (run-up)是以很高的电流，所以电极很快速地发热，以及因此发射器在此阶段期间存在最重要，以降低工作机能。在没有用任何手段来对抗此电极的突然和极度发热的情况下，这些承受极度烧接(burn-back)，以及事实上会变得易碎和易断。然而，固态方式的缺点是，氧化钍中包含的氧对灯中化学现象具有不利的副作用， 最终导致灯的寿命期间光输出(流明)的下降。例如，氧化钍(ThO2)可以从电极蒸发并与填充气体中的碘化钪(ScI3)起反应以给出碘化钍(ThI4),以及氧化钪(Sc2O3)15作为结果，一部分钪制约为氧化物以及在气相中不再可用，所以灯效率更差。另一缺点是，由于制造限制，氧化钍通常在整个镀钍电极的块上分布，但是实际上只是在电极尖端附近需要添加量的一部分。因为氧化钍稀少，所以不期望浪费此材料。 此外，钍是放射性材料以及被认为具有负面环境影响。向电极块添加钍的进一步缺点是， 随着时间推移，钍将会与把镀钍电极连接到灯外部的引线的钼箔起反应，导致由线柱裂纹 (pinch crack)引起的灯故障。已通过将卤化钍包括为盐填充物的一部分，其以固体形式(以盐球粒形式)在灯的放电室中初始存在，以及必须首先在钍以气体形式可用之前汽化以覆盖电极，对于把钍包括为“气相发射器”做出了一些尝试。例如，US 4，798，995中描述的基于汞的 HID灯，把传统镀钍钨电极与灯填充物中的少量碘化钍组合，以使得可以建立钍/卤化物迁移循环(transport cycle)，其中通过卤化钍返回从电极尖端处的氧化钍蒸发的钍。US6, 809，478B2还描述了具有用氧化钍掺杂电极的灯，以及包含少量碘化钍的填充物。在这些文献中的这两个中，需要通过在电极中使用充足的氧化钍来补偿碘化钍无法自行在提升期间有效降低电极的工作机能(work function)。通常接受的想法是，气相发射器只会在盐填充物已充分汽化(该过程花费一定的时间)之后变得有效。只要汽化不充分，发射器材料就无法作用以降低电极工作机能。 对于此处描述的类型的HID灯，在使盐填充物充分汽化之前会轻易逝去等于20秒的时间。通常已认为此长的持续时间不可接受。缺少可靠发射器导致过度电极发热、较强烧接 (burn-back)、以及最终恶化电极性能，这可能会造成电极故障。明显地，这种负面特性在诸如可靠性极为重要的汽车头灯的产品中是不可接受的。由于这些原因，固态发射器已是现有技术气体放电灯中的选取方法，以及通常为了对灯色点的特定影响只在盐填充物中包括任何少量的卤化钍。例如，在US6，376，988 Bl中，填充气体中的钍仅仅用于改进辨色。 事实上，在一些方式中完全拒绝碘化钍的使用，而是采用了用于改进电极性能的其他技术。 W02007/(^6288例如描述了一种完全无钍的灯，但是描述的灯的电极性能不能与使用钍作为固态发射器的灯相媲美(compare favourably).与使用氙气作为缓冲气体的HID灯相关联的一个已知问题是，在点火之后的提升阶段期间以及在稳态操作中，会发生电磁干扰(EMI )。灯随后生成会对车辆中的电子器件 (例如，车载TV接收器)有负面作用的射频信号。在灯以它的稳定‘斑点模式(spot mode)’工作时，EMI的出现更加不可能。由于此原因，一旦灯点燃，期望灯尽可能早地从漫射模式切换到斑点模式(spot mode)。添加碘化钍作为气相发射器有帮助，但是在现有技术的灯中由于气相中钍的初始不充分存在，斑点未足够早地显现，因为盐池(salt pool)必须在足够的钍可用之前首先达到一定温度。由于很多原因(例如，它是以相对较低操作温度给出有利光输出的很有效的辐射器)，在HID灯的填充气体中初始地包括汞。汞也具有高的蒸气压力，所以可以获得高灯电压，具有结果的低操作电流。尽管有这些优点，但近年来为了环境和健康原因已做出举动以从某些类型的汽车灯中去除汞，以及相应地开发了灯标准。然而，汞的省略加剧上述问题。因此，本发明的目的是，提供避免上述问题的无汞高强度放电灯。

发明内容
通过根据权利要求1所述的无汞高强度气体放电灯，实现了本发明的目的。根据本发明，无汞高强度气体放电灯包括放电容器，其封装放电室中的填充物，以及包括延伸到放电室中的一对电极，对于此灯，电极不包含钍，以及填充物包括有包含至少 6衬％碘化钍的卤化物成分。通常把一般也称作“盐填充物”的“卤化物成分”以盐球粒的形式添加到填充物中，以及可以因此互换使用术语“盐填充物”和“卤化物成分”。在灯的操作期间，当加热放电室(discharge chamber)时，填充物大量蒸发，并且因此可以称作“填充气体”。以下，可以因此互换使用术语“填充物”和“填充气体”。应该把如向电极所应用的表述“不包含钍”理解为意思是，制造电极，而不包括任何氧化钍。也可以把这种电极称作“非镀钍”电极。由于高强度放电灯的电极通常由钨制成，所以可以在以下假定，根据本发明的灯中非镀钍电极的块状材料主要包括钨。对根据本发明的灯进行的实验表明了，通过以这种高浓度把发射器金属以盐(例如，碘化钍ThI4)的形式作为气相发射器添加到无汞灯的盐填充物，电极性能堪比使用固态发射器方式的现有技术灯获得的电极性能。实验考虑了相关性能需求，诸如灯的持续燃烧中观测的早期提升期间的阴极附近等离子亮度、“流明维持”(将在下面解释这些术语)、以及 “至斑点时间(time-to-spot)”。早期提升期间(在前十秒左右)高水平的阴极附近等离子亮度是灯的发射器令人满意地运行，以及灯的电极充分‘冷却’的可靠指示。在对于根据本发明的灯进行的实验中，在没有任何固态发射器的情况下，观测了出乎预料的高等离子亮度水平。这些观测很意外，因为已长期接受的理解是，作为盐填充物一部分包括的任何发射器将会简单地在盐填充物充分蒸发或汽化的时间是不可用的。对于这些出乎预料正面观测的解释是，在预烧(burn-in)期间，充分量的盐填充物蒸发和游离，所以大量钍沉积在电极表面上以及迁移到电极的主体中。迁移的钍在关断灯时仍然在电极中。在后续提升(rim-up) 阶段中，在电极中仍在一些程度上存在钍，以及只它的一部分约束为盐填充物中的碘化钍。 因此，一旦对于灯执行了预烧(burn-in)流程，在接通灯立即之后钍的一部分作为固态发射器可用，以及因此立即作用以降低电极温度，甚至在从盐填充物蒸发了任何钍之前。换言之，钍发射器的行为仿佛它从电极块状材料起源一样，所以根据本发明的灯组合了使用碘化钍作为气相发射器的优点与使用钍作为固态发射器的优点，但是没有随附的缺点，因为不需要氧化钍；避免了灯中氧的负面副作用；灯中钍的总量比使用镀钍电极的现有技术灯显著低于(一至两个量级)；以及灯的寿命相比于使用镀钍电极的现有技术灯而言更长。根据本发明的灯的另一优点是，由于电极初始地不包含任何钍，所以钼箔(也称作“Mo箔”)对于相当的时长仍然不受从电极起源的任何钍的影响，因而延长了灯的寿命。诸如介绍中所提到的那些的在填充气体中具有碘化钍以及具有非镀钍电极的现有技术无汞汽车头灯，通常仅具有低的碘化钍百分比，例如，等于或少于两个重量百分比(2 wt%)，通常被包括以影响色点。这些灯的特征在于，对应初始流明输出的约10 %，光通量在 15个小时之后从200 — 400 Im严重下降。光输出的下降如此严重而使得这种灯无法满足顾客规定。此外，这种现有技术灯的填充气体中碘化钍的气相浓度初始太低而使得提升阶段期间的性能不令人满意。然而，在根据本发明的无汞灯中，示出了碘化钍的水平增加结合非镀钍电极得到了，灯的光输出相对稳定，即，从45分钟至15个小时的老化期间它的流明损失有益地低于在可比较的现有技术灯中。换言之，根据本发明的灯实施例的流明输出是更稳定的。此外，对于根据本发明的灯的实施例进行的实验示出了，可以取得与具有镀钍电极的现有技术无汞灯可比较的、出乎预料良好的电极性能。这些实验还示出了提升期间灯 EMI特性的显著改进。此外，对根据本发明的灯进行的实验示出了，盐填充物中碘化钍的相对高浓度允许钍在灯的早期提升阶段期间已经起作用，这是直到现在为止只通过固态发射器可获得的属性。因此，在一个简单和经济的解决方案中，根据本发明的灯在比使用钍作为固态发射器的现有技术灯寿命长(由于把较少的钪约束为氧化物，以及钼箔较不容易损坏)和在环境上友好(由于灯中使用的钍的总体量较低)的情况下，与采用钍作为固态发射器的灯类似，享有有利的电极性能。从属权利要求和后面的续描述公开了本发明特别有益的实施例和特征。可以使用根据本发明的灯替代现有技术Dl — D4头灯(headlamp)。由于根据本发明的灯是无汞的，所以会在以下称为D3或D4灯，然而不以任何方式限制本发明。此外，通过化学式对金属卤化物的任何引用(例如，碘化钍的ThI4)不排除卤素和该金属另一金属盐的使用。例如，在根据本发明的灯中，卤化钍可以是溴化钍、氯化钍或氟化钍中的任一种。根据本发明的灯的填充物中总盐填充物的重量优选地至少IOOyg和至多 400 μ g。更优选地，总盐填充物的重量为适合D3或D4灯的至少250 μ g和至多350 μ g。许多因素(如，盐填充物成分、放电室的尺寸、电极的位置和尺寸等)，控制了无汞 HID灯的流明输出和色点。此外，灯的物理构造、灯的操作条件以及灯中填充气体的压力均用来影响它的光输出。HID灯的填充气体通常包括多种重要物质，每一种被选取以满足一定需求。例如，填充气体中碘化钪和碘化钠的组合量确定了灯的效率。明显地，可以根据需要调整这些金属盐的相对比例，以及可以调整相对量以控制流明输出的变化、色点相对于黑体线的位置等。因此，根据本发明的灯优选地包括具有卤化物成分的填充气体，该卤化物成分包括至少35 wt%和至多60碘化钠以及包括至少20 wt%和至多40 wt%的碘化钪。为了进一步改进根据本发明的灯的性能，填充气体的卤化物成分更优选地包括至少20 wt%和至多40 wt%比例的碘化钠，以及至少25 wt%和至多35 wt%比例的碘化钪。碘化钠和碘化钪的这些水平确保灯提供充分高的光输出。如以上已经提到的，使用汞和具有镀钍电极的HID灯可以产生有利的白色光。通过包括诸如铯、铊、钍等的某些元素的化合物，进一步改进这种灯的色点。然而，在没有汞的情况下，碘化钠和碘化钪趋于产生色调发黄的光，而其对于汽车应用是不期望的，因为发黄的颜色妨害驾驶员辨别头灯照射对象的颜色的能力。由于此原因，无汞HID灯通常在填充气体中包括一定量的其它物质或化合物以提供需要范围中的色温。因此，在本发明的进一步优选实施例中，无汞HID灯的填充气体包括有卤化物成分，其包括至多20衬％碘化锌和包括至多0. 5衬％碘化铟。汽车HID灯通常包含一定比例氙气以加速提升(rim-up)时间以及在点燃之后直接提供可接受的光输出。因此，根据本发明的灯中的填充气体优选地包括非操作状态中至少12巴压力下的氙气。这也被称作灯的‘冷压力’。诸如汽车HID灯的高压气体放电灯的特性或性能将会随着时间推移而改变。在所谓“预烧”时间的操作前45分钟期间，会观测到很有利的结果，此后结果会衰退。因此把此类型灯的操作前十五小时视为‘老化’时间。在老化时间之后，可以假定诸如流明输出、效率等的相关值已达到它们的设定值。如下面将会描述的，使用表明高浓度的碘化钍来提供气相发射器的根据本发明的无汞灯，相比于现有技术灯而言在老化之后取得了很有利的性能。通常把HID灯的电极布置成使得它们突出到放电室的相对端中。因为放电容器的石英玻璃的变形折射属性，通常无法以光学方式确定以及通常使用例如X射线技术进行电极的实际隔离。由于此原因，通常把电极隔离表示为‘光学隔离’。在根据本发明的灯中，把电极放置在放电室中以使得电极尖端包括至少3. 8 mm和至多4. 6 mm的光学隔离。3.7 mm 的‘实际’隔离例如对应于约4. 2 mm的光学隔离。通常，HID灯中电极的尺寸和厚度也对灯的性能有影响。稳定电弧的维持在很大程度上取决于电极的几何结构，特别是它们的直径，因为电极的厚度控制操作期间达到的电极温度，其继而根据镇流器参数确定电极的烧接(burn-back)和换向特性。电极可以实现成从尖端至线柱均勻直径的简单棒状，或者可以实现为在尖端处比在线柱处宽、或者在尖端处比在线柱处窄，例如，电极可以特征为从它的尖端或前面向外引导的小‘鼻子’。明显地，以下给出的尺寸应用于燃烧之前电极的初始尺寸。对于碘化钍的一些浓度，根据本发明的灯实施例示出了，‘细’电极产生令人满意的性能。在根据本发明的灯中，因此，电极前方区域(front region)中的最大直径优选地至少200 μ m和至多400 μπι。更优选地，电极直径在260μπι与360μπι之间。也可以在根据本发明的灯中使用阶梯电极，在此情形中尖端处的直径可以在360 μπι与400 μπι之间， 而电极杆(shaft)的直径朝向线柱(pinch)变窄。例如，通过8. 3 wt%的碘化钍和300 μ m 电极获得良好结果(老化之后的流明损失只有约100 lm)。然而，使用具有‘细’电极的碘化钍的这种浓度，会发生不期望的EMI水平。因此，在本发明的优选实施例中，电极尖端处的直径优选地大约360 μ m,例如，至少300 μ m和至多400 μ m。具有8. 3 wt%碘化钍和 360 μ m的根据本发明的灯上进行的观测示出了，老化之后光没有减少。此外，通过这些参数，显著改进了灯的EMI性能。对于汽车HID灯的重要考虑是，灯达到‘斑点’模式花费的时间，即，点火之后直到放电弧从初始漫射模式发展成最终斑点模式为止逝去的时间。此时间通常称作‘至斑点的时间(time-to-spot)’，以及应当理想地尽可能短。现有技术D3和D4灯可以取得有利的至斑点的时间(time-to-spot)，但是只是以使用具有已经在介绍中提到缺点的镀钍电极的代价。对于根据本发明的灯进行的实验示出了，盐填充物中碘化钍的较高浓度对至斑点的时间(time-to-spot)有正面影响。例如，具有约17wt% ThI4含量和细电极(大约300 μπι)的灯展现了老化之后只有7秒的低至斑点的时间(time-to-spot)，这可与使用具有镀钍电极的现有技术灯可获得的结果相比较。使用厚电极(大约360 μ m),至斑点的时间对于ThI4为 17衬％的灯在老化之后甚至进一步减小为约1秒。然而，根据本发明的灯还可以通过较低水平的碘化钍(例如，只有8. 5wt%的比例)结合较厚电极(大约360μπι)，取得约1秒的有利至斑点的时间(time-to-spot)。由于这些简短至斑点的时间的持续时间，在根据本发明的灯实施例中观测到提升期间的EMI特性显著减小。HID灯的另一重要特性是它的“流明维持”，即，该灯在它的寿命期间输出的流明通量的稳定性。例如，300 μ g总盐量中ThI4为2 wt%的现有技术D4灯可以展现出，会是初始流明输出约10%的老化之后200 — 400 Im光通量下降。这种高流明下降是非常严重的，而使得此灯将会无法满足顾客规定。因此，灯序列的发展期间的目标是，对于预烧的前45分钟灯展现有利特性以及该特性在15个小时的老化之后未显著改变。在对于根据本发明的灯的实施例进行的实验中，观测到了，相对高的碘化钍含量对老化期间的流明损失有显著正面影响。对于根据本发明的灯进行的实验示出了，约 8. 5wt%或更多的碘化钍含量把流明输出的下降限制为约0 — 100 Im0因此，在本发明的进一步优选实施例中，卤化物成分中碘化钍的比例包括至少7 wt%、优选地至少8 wt%、更优选地至少9 wt%、以及最优选地至少10 wt%。在碘化钍的相对高浓度在8 - 18 wt%范围中的情况下对于根据本发明的灯进行的实验示出了，总体可获得的流明输出是稳定的。然而，进一步的实验示出了可以通过调整其它因素增加流明输出。例如，可以增加灯的初始冷压力。因此，在本发明的进一步优选实施例中，填充气体包括非操作状态中至少14巴的压力下的氙气。还可以通过调整灯中碘化锌的水平正面地影响光通量。因此，在本发明的进一步优选实施例中，填充气体包括有包括至多5 wt%减小碘化锌浓度的卤化物成分。碘化钠和碘化钪的相对比例也会对灯的光通量有正面影响，而使得在根据本发明的灯的优选实施例中，填充气体包括有卤化物成分，其包括碘化钠和碘化钪以使得碘化钠对碘化钪的比率(按重量)接近但是不下降为1.0以下。如以上所表明的，对于HID灯的已知问题是，一些钍将会最终到达钼箔以及会造成对箔的损坏和线柱区域中的裂纹。因此，在根据本发明的灯的进一步优选实施例中，钼箔位于线柱区域中的进一步后方，即，距放电室较大距离处，以使得电极连接到钼箔的点也位于线柱区域中的进一步后方。额外距离可以包括约2 mm，以使得增加两个相对线柱区域中的钼箔之间的隔离。优选地，电极连接到处于灯的线柱区域中的钼箔以使得钼箔的边缘与放电室的内壁之间电极的嵌入长度包括至少4 mm的距离。应该把“嵌入长度”理解为意思是自电极从放电室的内壁突出到线柱区域中的点起、以及直至它连接到的钼箔的边缘为止线柱区域中嵌入的电极的长度。实际上，把钼箔从放电容器移动开，以及此增加的距离意味着钍到达钼箔花费显著更长的时间，从而通过延长此迁移所花的时间避免或至少推迟该问题。线柱区域中的较长电极长度会导致另一类型的裂纹，即，会在增加电极的嵌入长度时出现的径向延伸裂纹(REC)，这对技术人员而言已知的。然而，可以通过使用替选电极形状避免此问题。因此，在根据本发明的灯的进一步优选实施例中，为了进一步延长具有填充气体中碘化钍的高浓度以及进一步延伸到线柱中的电极的灯的寿命，可以使用替选电极形状，例如，盘绕电极或激光结构(“毛刷”)电极，其形状可以缩小会因为延伸电极长度而发展的线柱区域中裂缝的可能性。通过此处提到的特征的适当组合，根据本发明的灯享有对于可比较现有技术灯的多个优点。相比于具有无钍电极的现有技术灯而言，这些优点是
一早期提升期间的电极较冷； 一至斑点的时间短； 一灯的寿命期间较少电极变形； -老化期间的流明损失较低。相比于具有镀钍电极的现有技术灯而言，优点是 一在灯中未引入氧而使得钪的损失最小化。一钼箔对于较长时间仍然与任何传播的钍隔离； 一灯中钍的总量低于在具有镀钍电极的现有技术灯中； 一钍电极较之用氧化钍掺杂的钨而言更容易可获用。本发明的其它目的和特征将根据以下结合附图考虑的详细描述变得明显。然而应该理解，把图设计为仅用于示例的目的以及并非作为本发明限制的限定。


图Ia示出了根据本发明第一实施例的气体放电灯的横截面； 图Ib示出了根据本发明第二实施例的气体放电灯的横截面；
图2示出了根据本发明的多个灯和现有技术灯的“至斑点的时间”的框图； 图3示出了根据本发明的灯和现有技术灯的光通量的框图；图4示出了具有填充物中不同碘化钍浓度的根据本发明的多个灯、以及现有技术灯的阴极附近等离子亮度测量值的图。 在图中，类似标号通篇是指类似对象。图中的对象并非需按比例绘制。
具体实施例方式在图1中，示出了根据本发明实施例的无汞石英玻璃HID灯1的横截面。基本上， 灯1包括石英玻璃放电容器5，其封装包含填充气体的放电室2。此实例中示出的放电室2 的内径D内可以在2. 2 mm与2. 6 mm之间，以及外径可以在5. 3 mm与6. 3 mm之间，以使得放电室2的容积可以在15 μ 1与30 μ 1之间。两个电极3、4从灯1的相对端突出到放电室2中。在制造期间，在围绕电极3、4轴的两侧上压紧放电容器5的石英玻璃以密封放电室2中的填充气体。通过线柱或密封区域中封装的钼箔30、40做出电极3、4与导电引线 31、41之间去往外部的连接。电极3、4因此向线柱中延伸一定距离，如电极3所指示，其在钼箔30的引线边缘与放电室2的内壁之间线柱区域中具有嵌入长度d。电极3、4是制造为初始地基本上不含有钍的钨棒，以及延伸到放电室2中以及可选地彼此分开一定距离，例如，通过该灯类型的相关规范所规定的距离。实例中示出的灯1 的‘实际’电极隔离Esep可以是约3. 7 mm，对应满足D3和D4规范的约4. 2 mm的光学隔离。 可以作为从基座至尖端均勻厚度的简单棒实现根据本发明的灯1的电极3、4。然而，电极3、 4的厚度可以在电极的不同阶段上同等地良好变化，以使得例如电极3、4在它的尖端处较厚以及在基座处较窄。在图中描述的实施例中，电极3、4的直径可以等于360 μ m (厚电极) 或直径可以为等于300μπι (细电极)。直径的这些值是指每个情形中燃烧之前的初始值。为了清楚起见，图只示出了与本发明相关的部分。未示出的是基座和灯为控制灯的功率或电流需要的镇流器。由于这些和其它额外组件对本领域技术人员而言将会是已知的，所以此处将不会详细解释它们。当接通灯1时，镇流器的点火器在电极3、4上迅速冲激在数千伏的点火电压以发起放电弧。放电室中的温度迅速增加，以及金属盐蒸发。在逐渐建立高发光强度的电弧的情况下，镇流器把功率向下调节为工作水平(例如，对于D4灯的 35ff)0如已经解释的，灯的盐填充物中碘化钍的较高浓度会最终导致灯的密封区域中线柱裂缝引起的不想要的降级。图IB示出了根据本发明的灯1'的第二实施例，其中，电极3'、4'的杆(轴，shaft)比图Ia的灯1中长。可以把其它尺寸采取为与图Ia的尺寸一样。这允许钼箔30' ,40'封装在线柱中，其具有在钼箔30'的引线边缘与放电室2的内壁之间较长的电极的嵌入长度d'。增加的嵌入长度造成该区域中的温度减小以及钍达到钼箔30' ,40'的可能性减小。以此方式，可以延长灯1'的寿命。图2示出了对于填充气体中没有任何碘化钍的现有技术灯L_0、以及具有无钍电极和填充气体中碘化钍的浓度高的三个灯L_17_300、L_17_360、L_8. 5_360测量的至斑点的时间(time-to-spot)的框图。框图示出了直到放电弧附接到小明亮斑点中的电极为止逝去的时间，如以上所解释的。填充气体中没有任何碘化钍的现有技术灯L_0在开始之后达到斑点模式(在45分钟的预烧时间之后)平均需要103 S。随着这些灯老化，至斑点的时间显著增加至约180 s的平均数，即在这种灯达到斑点模式之前逝去三分钟。
根据本发明的灯L_17_300、L_17_360、L_8. 5_360得出显著改善的结果。具有17 wt%碘化钍以及电极的厚度为300 μ m的灯L_17_300分别平均在45分钟的预烧时间之后大约只有7 s之后、以及在15个小时的燃烧之后大约10 s之后达到斑点模式。具有17 wt% 碘化钍以及电极的厚度为360 ym的灯L_17_360分别平均在45分钟的燃烧之后大约1 s 之后以及在15个小时的燃烧之后大约10 s之后达到斑点模式。具有8. 5 wt%碘化钍以及电极的厚度为360 μ m的灯L_8. 5_360分别平均在45分钟的燃烧之后大约23 s之后以及在15个小时的燃烧之后大约14 s之后达到斑点模式。这些观测值表明使用具有非镀钍电极和较高碘化钍浓度的根据本发明的无汞灯对至斑点的时间的显著改进。特别是较之旧灯的短至斑点的时间是偏向根据本发明的灯的较强理由，因为汽车头灯应当在尽可能短的时间中达到斑点模式。还相比于现有技术灯而言改进了根据本发明的灯传递的光通量。图3示出了填充气体中没有碘化钍的现有技术灯L_0、以及碘化钍为9. 3衬％和电极为300 ym的灯 L_9. 3_300按流明(Im)的光通量的框图。虽然现有技术灯L_0在燃烧(预烧)的前45分钟中平均传递3420 lm，但光通量随着时间推移显著下降而使得在15个小时的燃烧(老化)之后，这些灯只平均取得3100 Im0相比而言，根据本发明实施例的灯L_9.3_300在燃烧的前 45分钟中平均传递3325 Im,以及在15个小时之后3250 Im0清楚地，现有技术灯L_0的流明损失显著差于根据本发明的灯L_9. 3_300，其有效维持它的高水平光通量。这些实验示出了，碘化钍的较高水平得出最有利的结果，允许使用较细的电极，同时取得可相比于具有镀钍电极的现有技术灯的性能。通过图4的辅助说明了使用根据本发明的灯可获得的早期提升中等离子亮度的显著改进，图4是针对具有无钍300 μ m电极的根据本发明的多个灯的阴极附近等离子亮度(在从0 — 10 s的早期提升上平均、以及按任一单位给出)相对于碘化钍浓度的图。 为了比较，用虚线给出具有镀钍电极的现有技术灯可获得的等离子亮度。随着把碘化钍的浓度增加到约5 wt%以上，早期提升中的阴极附近等离子亮度(near-cathode plasma brightness)显著增加。6 wt%与8 wt%之间的值传递有利地与现有技术灯相比较的阴极附近等离子亮度水平。如介绍中所提到的，此早期提升阶段中的较高阴极附近等离子亮度是灯的发射器令人满意地运行的可靠指示。如图所示，约8 wt%和以上的区域中碘化钍的浓度即使在总体使用远远较少钍的情况下，也传递与具有镀钍电极的现有技术灯轻松相比较的结果。虽然以优选实施例和其变化的形式公开了本发明，但将会理解，可以在不脱离本发明范围的情况下对其做出很多额外的修改和变化。为了清楚起见，还应该理解，遍及本申请中“一”或“一个”的使用不排除复数，“包括”不排除其它步骤或元件。
权利要求
1.一种无汞高强度气体放电灯(1)，包括放电容器(5)，其封装放电室(2)中的填充物， 以及包括延伸到放电室(2)中的一对电极(3、3'、4、4')，对于此灯(1)，一电极(3、3'、4、4')不包含钍，以及一填充物包括有包括至少6衬％碘化钍的卤化物成分。
2.根据权利要求1的灯(1)，其中，填充物包括有卤化物成分，其包括至少35wt%和至多60 wt%碘化钠以及包括至少20 wt%和至多40矶丨％碘化钪。
3.根据权利要求1或权利要求2的灯(1)，其中，填充物包括有卤化物成分，其包括至多20 wt%碘化锌和包括至多0. 5 丨％碘化铟。
4.根据在前权利要求中任一项的灯(1)，其中填充物包括非操作状态中至少12巴压力下的氙气。
5.根据在前权利要求中任一项的灯(1)，其中把电极(3、4)布置在放电室(2)的相对端处，以及其中电极(3、3'、4、4')前方区域中的最大直径至少200 μ m和至多400 μ m。
6.根据在前权利要求中任一项的灯(1)，其中卤化物成分中碘化钍的比例包括至少7 wt%、优选地至少8 wt%、更优选地至少9 wt%、以及最优选地至少10 wt%。
7.根据权利要求1至权利要求5中任一项的灯(1)，其中卤化物成分中碘化钍的比例包括至多17. 5 wt%、优选地至多16 wt%、更优选地至多14 wt%、以及最优选地至多12 wt%。
8.根据权利要求7的灯(1)，其中填充物包括非操作状态中至少14巴的压力下的氙气。
9.根据权利要求7或权利要求8的灯(1)，其中填充物包括有包括至多20wt%碘化锌的卤化物成分。
10.根据权利要求7至9中任一项的灯(1)，其中填充物包括有卤化物成分，其包括碘化钠和碘化钪以使得碘化钠对碘化钪的比率接近但是不下降为值1. 0以下。
11.根据权利要求7至10中任一项的灯(1)，其中电极(3'、4')连接到处于灯(2)的线柱区域中的钼箔(30' ,40')以使得钼箔(30' ,40')的边缘与放电室(2)的内壁之间电极的嵌入长度(d')包括至少4 mm的距离。
12.根据权利要求7至11中任一项的灯(1)，其中电极(3'、4')包括激光结构电极 (3'、4')和/或盘绕电极(3'、4')。
13.根据在前权利要求中任一项的灯(1)，具有标称功率为20W与35W之间，对于此灯(1)一放电室(2)的容积大于或等于15 μ 1以及小于或等于30 μ ； 一放电室(2)的内径(Drt)包括至少2.0 mm和至多2. 6 mm ； 一放电室(2)的外径包括至少5. 3 mm和至多6. 3 mm;以及一灯(1)的填充物中卤化物成分的组合重量至少100 μ g和至多400 μ g。
14.根据在前权利要求中任一项的灯(1)，其中电极(3、3'、4、4')的尖端包括至少 3.8 mm和至多4. 6 mm的光学隔离。
全文摘要
本发明描述了一种无汞高强度气体放电灯(1)，包括放电容器(5)，其封装放电室(2)中的填充体，以及包括延伸到放电室(2)中的一对电极(3、3′、4、4′)，对于此灯(1)，电极(3、3′、4、4′)不包含钍，以及填充物包括有包括至少6wt%碘化钍的卤化物成分。
文档编号H01J61/12GK102422382SQ201080020068
公开日2012年4月18日 申请日期2010年5月4日 优先权日2009年5月7日
发明者吉泽 H., 哈克 M., 赫克特菲舍尔 U. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司