CN101010776A - 具有优化的盐填充物的放电灯 - Google Patents

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Abstract

放电灯(10)具有用于在两个电极(22)间产生电弧放电的放电容器(16)。放电容器包含惰性气体和金属卤化物。灯(10)还包含围绕放电容器的外壳(20)。外壳由含有最大重量浓度为10ppm的钾的透明材料制成。放电容器中金属卤化物的含量为3－6μg/μl放电容器内容积，优选5±0.5μg/μl。该灯表现出改进的长期流明保持率，并可具有超过4000h净照明时间的物理寿命。

Description

具有优化的盐填充物的放电灯
本发明涉及放电灯和具有放电灯的汽车前照灯。
公知的放电灯包括在两个电极间产生电弧放电的放电容器。放电容器包含诸如氙气的惰性气体，以及金属卤化物，也称为盐。公知的还有在放电容器中含有或不含汞的放电灯。光通过电极间的放电产生。金属卤化物，尤其是NaI和ScI3，起到发光材料的作用。这种放电灯广泛用于例如汽车前照灯。
US-A-5402037公开了具有密封充注汞、金属碘化物和作为惰性气体的氙气电弧管的放电灯。据示该放电灯具有未封闭在20-50μl容积的其他外壳中的电弧管。据述放电容器中20-40μg/μl的汞密度、6-12μg/μl的金属碘化物密度以及3-6atm的氙气压力对于电弧管在电压、光流、色温和色度方面的良好性能和均匀性是有益的。
在当前的实际产品中，放电容器中金属卤化物的含量通常选择高于8μg/μl。
EP-A-1150337公开了无汞金属卤化物灯。该金属卤化物灯包括具有一对电极的透光放电容器。该放电容器具有包括稀有气体的可电离气体填充物和包括至少钠(Na)或钪(Sc)的金属卤化物。填充物基本上不含汞。稀有气体是3-15atm压力的氙气。放电容器中金属卤化物的含量为5-110μg/μl。为了尽快提高光流，金属卤化物的量应为30-55μg/μl。为了获得良好的可见光颜色，建议金属卤化物的量为5-35μg/μl。几个实例说明了由包括NaI、ScI3、ZnI2、DyI3、TmI3、NdI3、HoI3和LiI的不同组合物组成的盐填充物。虽然未给出每单位体积放电空间中盐的量的准确值，但这些实例仍显示了一般高于10μg/μl的较高盐填充物含量。
放电灯的问题是流明输出随寿命的损失。以与初始值比较的流明输出百分比测量的流明保持率在例如3000小时的长期照明时间后降低多达40-50％量级的值。
因此本发明目的是提出具有改进的长期流明保持率的放电灯和汽车前照灯。
这一目的根据本发明通过权利要求1的放电灯和权利要求9的汽车前照灯实现。附属权利要求涉及优选实施方案。
根据本发明，放电灯包括围绕放电容器的外壳。该外壳由例如石英玻璃材料的透明材料制成。该透明材料包含从非常少的或不合钾(K)至最多仅10ppm的最大重量浓度。具有相应外壳的放电灯公开在US-A-2003 0048052中，此处全文参考引用。
此外，根据本发明的放电灯包含浓度为3-6μg/μl(体积)的金属卤化物。
该放电容器可含汞。然而，放电容器的填充物也可能不含汞。
令人吃惊地已发现，具有以上特征的灯具有比以前公知的灯明显改善的流明保持率。在根据本发明的灯中，3500小时后还观察到约60％的流明保持率，而现有技术的灯仅表现得相当低。同样，根据本发明的灯已表现出具有甚至可超过4000小时照明时间的改进的物理寿命。
有益的是，放电容器中所含的盐是选自Na、Sc、In、Tl、Zn、Ce、Cs、Dy、Nd和Th的物质的卤化物。在优选实施方案中，提出了NaI和ScI3及任选添加的InI和TlI。
一般来说，放电容器中总的盐含量在5±0.5μg/μl之间非常有益。更加优选的值是5±0.25μg/μl该值指相同类型的许多灯的平均值。在生产中，公差可在5％-10％左右，相当于0.4-0.8μg/μl。
根据本发明的汽车前照灯包括反射器和布置在反射器中的上述灯。反射器可以是抛物线或椭圆形状的，或作为选择的复杂形状的反射器。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方案。其中：
图1显示放电灯的一个实施方案的侧视图；
图2显示流明保持率与根据本发明第一实施方案的灯A1、A2和对比例B的照明时间的关系曲线图；
图3显示流明保持率与根据本发明第二实施方案的灯C和对比例D的照明时间的关系曲线图。
存在大量公知的不同设计的放电灯。在下文中将一般性描述放电灯。然而，应该清楚的是本发明的焦点在于放电容器的填充物以及具有特殊外壳的灯的结构，而提及的其他设计方面在此仅作为实例示出。
图1显示放电灯10的侧视图，包括插座12和灯管14。灯管14包括放电容器16和与放电容器16内的电极22连接的铅丝18。
放电容器16由诸如陶瓷或石英玻璃的半透明或透明材料制成。放电容器16的内部被密封并且含有氙气填充物作为惰性气体，以及下文将讨论的其他元件。当在电极22上施加合适电压时，在放电容器16内产生电弧放电。
灯10还包括围绕放电容器16排布的石英玻璃外壳20。
外壳20的石英玻璃材料具有特殊组成。它含有非常少量的钾(约5ppm)和少量钠(约65ppm)。合适的玻璃材料的实例是从Corning，Inc.获得的Vycor。具有上述类型外壳的放电灯在US-A-2003 0048052中公开。该文献在外壳20材料的特殊组成方面参考引用。
令人吃惊的是，具有以上类型外壳的灯表现出相当长的寿命。
放电容器16中的填充物包含气压为4-12bar的氙气作为惰性气体。该填充物还含有大量汞。最后，该填充物含有一定量的金属卤化物。
在本发明第一实施方案中，放电容器16的填充物的细节示于以下A1、A2中。在该实施方案中，盐的量为5μg/μl。为了对比，试验了含有相当于10μg/μl的盐填充物的对比例B。
 A1、A2(第一实施方案) B(对比例)
放电容器的内容积  30μl 30μl
惰性气体氙气的气压  5.5bar(冷压力) 5.5bar(冷压力)
盐填充物  150μg 300μg
盐组成 NaI  40wt％ 40wt％
ScI3  4wt％ 4wt％
InI  46wt％ 46wt％
TlI  10wt％ 10wt％
Hg  530μg 530μg
对于每个实施方案，制备并试验一批次8个灯。对于流明保持率试验，根据标准循环以预定开和关时间开关灯。对于每个灯，测量流明输出与净照明时间的关系，并计算每个批次的平均值。
图2以曲线图形式显示根据第一实施方案(线A1、A2)与对比例(虚线B)比较的两个独立批次的灯的流明保持率。试验这些灯至长达3500小时的净照明时间。测量500、1000、1500、2500和3500小时后的流明输出，并计算流明保持率(其中100％对应于15小时后的流明输出)。
图2显示曲线A1、A2很接近，从而证明了可再现性。图2还显示特别是在试样A1、A2的长期试验(2500h、3000h)后流明保持率显著优于对比例。在2500h时，试样A1、A2分别有70％和66％的流明保持率，而对比例B仅为52％。在3500h时，这种差异甚至更显著。
在本发明的第二实施方案C中，试验填充物中相同量的盐(5μg/μl)，但盐的组成不同。同样，试验对比例D(10μg/μl)。
C(第二实施方案) D(对比例)
放电容器的内容积 30μl 30μl
惰性气体氙气的气压 5.5bar(冷压力) 5.5bar(冷压力)
盐填充物 150μg 300μg
盐组成 NaI 70wt％ 70wt％
ScI3 30wt％ 30wt％
Hg 530μg 530μg
图3显示以上实施例的流明保持率与长达2500h的照明时间的关系。虽然曲线C显示在直到1500h的中等时间段与对比例D的流明保持率大致相同，但其具有明显更好的长期流明保持率。在2500h下，第二实施方案C表现出约56％的流明保持率，而对比例D仅有44％的流明保持率。
如试验所示，所提议的减少金属卤化物，至少减少所用盐的组成，并没有严重降低流明输出。以上试样的流明输出是：
A1/A2          2270lm
B              2290lm
C              2960lm
D              3050lm。
此外，提出了具有不同盐组成的相同类型灯(即具有相同几何形状的放电容器和相同的以上氙气和汞填充物)的其他实施方案。然而，在每种情况下，盐的量保持在5μg/μl，产品公差为约5％。
根据第三实施方案，盐的组成如下：
盐组成          NaI     60wt％
                ScI3    38wt％
                InI     2wt％
根据第四和第五实施方案，盐的组成如下：
第四实施方案第五实施方案
盐组分           NaI      16wt％       16wt％
                 CsI      9wt％        18wt％
                 CeI3     25wt％       4wt％
                 DyI3     25wt％       34wt％
                 NdI3     25wt％       28wt％
虽然根据以上第一至第五实施方案的灯含有汞，但根据第六实施方案的灯不含汞。该灯含有ThI4和ZnI2：
盐组成           NaI      53wt％
                 ScI3     34wt％
                 InI      1wt％
                 ThI4     2wt％
                 ZnI2     10wt％
同样，根据第六实施方案的灯具有30μm的放电容器内容积，其填充有150μg金属卤化物和5.5bar的氙气。
在本发明的以上实施方案中，这些灯表现出相当大改进的流明保持率。
因此已表明根据本发明的放电容器内盐量的减少导致灯的长期流明保持率改善。

Claims (9)

1.放电灯，具有
-在两个电极(22)间产生电弧放电的放电容器(16)，该放电容器(16)包含惰性气体和金属卤化物，
-灯(10)还包含围绕放电容器(16)的外壳(20)，所述外壳(20)由含有最大重量浓度为10ppm的钾的透明材料制成，
-其中所述放电容器中所述金属卤化物的含量为3-6μg/μl放电容器(16)的内容积。
2.权利要求1的灯，其中所述放电容器(16)还含汞。
3.权利要求1的灯，其中所述放电容器(16)不含汞。
4.上述权利要求之一的灯，其中所述放电容器中所述金属卤化物的含量为5±0.5μg每μl放电容器(16)的内容积。
5.上述权利要求之一的灯，其中所述外壳(20)的所述透明材料含有最小重量浓度为10ppm的钠。
6.上述权利要求之一的灯，其中所述金属卤化物包含选自Na、Sc、In、Tl、Zn、Ce、Cs、Dy、Nd和Th的物质的卤化物。
7.权利要求6的灯，其中所述放电容器(16)含有金属卤化物NaI和ScI3。
8.权利要求6的灯，其中所述放电容器(16)含有金属卤化物NaI、ScI3、InI和TlI。
9.汽车前照灯，包括：
-反射器，
-和布置在所述反射器内的上述权利要求之一的灯(10)。
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