CN101095210B

CN101095210B - 气体放电灯

Info

Publication number: CN101095210B
Application number: CN2005800457675A
Authority: CN
Inventors: N·勒施; M·韦斯特迈耶; K·肖勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: WO2006085162A1; EP1836719B1; EP1836719A1; CN101095210A; JP2008527623A; JP5475948B2; US20080093992A1; US9666425B2

Abstract

本发明描述了一种气体放电灯(1)。该气体放电灯(1)具有内部灯泡(2)，该内部灯泡具有放电管(3)和两个设置在放电管上的密封部分(4、5)。电极(6、7)从密封部分(4、5)伸出进入放电管(3)中并分别与相关密封部分(4、5)中的导体(9)电连接，以供应电流给电极(6、7)。气体放电灯(1)还包括外部灯泡(10)，其围绕在放电管(3)周围，并在放电管(3)与外部灯泡(10)之间留有空腔(12)。在内部灯泡(2)的外侧并位于接近放电管(3)与相关的密封部分(4、5)之间的过渡区域中的两个电极(6、7)中至少一个的位置上或者位于离过渡区域较短距离的位置上设置零电势的导电结构(13、13’)，其中所述结构在施加电压到电极(6、7)上时影响存在于有关电极(6)的区域中的电场，因而，放电电弧(15)首先从电极(6)出发，在与电极(6)相邻的放电管(3)的壁部分的方向上，越过壁的内部朝着另一个电极(7)前进。还描述了一种用于点燃这种气体放电灯(1)的方法。

Description

气体放电灯

技术领域

本发明涉及一种具有内部灯泡和外部灯泡的气体放电灯，其中内部灯泡具有放电管以及两个设置在放电管上的密封部分，以及两个从密封部分向放电管突出的电极，该两个电极分别通过导体与相应密封部分电连接以供应电流至电极，外部灯泡围绕在放电管周围，在放电管和外部灯泡之间留有一个空腔。本发明还涉及一种具有该气体放电灯的头灯，以及一种点燃这种气体放电灯的方法。

背景技术

以上述方式构造的气体放电灯最初通常是高压气体放电灯，诸如，例如高压钠灯或尤其是MPXL灯(微功率氙气灯)。在这种灯中，放电管(一般称为大家熟知的“燃烧器”)仅仅容纳几微升的气体。与周围大气隔绝的外部灯泡通常充满气体——经常是空气——或抽真空。这主要起到吸收在放电时其中出现的紫外辐射的作用。这种灯与光产生有关的效率越高，放电管内的惰性气体的压力越大。不利地，惰性气体的压力越大意味着气体越难点燃。由于这种灯优选用于汽车头灯中，出于安全原因，这种灯必须在开启后非常短的时间内可靠地启动。因此，当，将使用较高的点燃电压来确保冷和热都能启动，热的情况是例如假设该灯在关闭后马上再次打开。这就需要相对强大的、复杂的并因此昂贵的以及结构较大的点燃电路。另外，由于这种高的点燃电压，由灯引起的电磁干扰问题在车辆电子系统的其他组件中将很严重。因此，需要采取其他措施来掩盖或避免由启动步骤引起的电磁干扰脉冲。

一段时间来已经知道可利用通常已知的启动辅助天线来充分减小高压放电灯的点燃电压。EP1069596A2描述了一种天线，其沿着放电管或者在放电管周围的环路中导引，并归于正电位。其起到辅助电极的作用，使放电管内部的电场分布得更均匀。这些辅助电极的结构通常较为复杂并且因此对于大规模生产来说一般都太过昂贵。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种现有技术的气体放电灯的替代物，其可较为简单地以及以较低成本制得，并甚至可以利用较小的点燃电压保证灯的启动。

通过如权利要求1所述的气体放电灯以及如权利要求11所述的气体放电灯的操作方法实现了该目的。

依据本发明，在内部灯泡的外侧并位于接近放电管和相关联的密封部分之间的过渡区域中的两个电极中的至少一个的位置上，或者位于离该过渡区域(例如，在箍缩上或者从放电管看过来径直位于箍缩的后面)较短距离的位置上，设置零电势的导电结构，该结构在将电压应用至电极上时影响了在有关的电极区域中出现的电场，因而，放电电弧首先在与电极相邻的放电管的壁部分方向上从有关的电极出发，然后越过壁的内部朝向另一个电极。词语“设置为零电势”指的是导电结构与电极以及它们的电源线绝缘或者与其他的电导体或地电位绝缘，并因此并不具有外部给定的电压。

发生在应用点燃电压时在电场的石英壁上的场强的适当的扭曲或增强确保了首先从位于在电极和放电管的石英壁之间的接触区域开始击穿。然后该放电越过放电管的石英壁内部延伸向另一个电极，由此在电极之间获得预期的点燃。已经发现，虽然在电极间的直接放电事实上具有更短的放电路径，但是石英壁表面上的放电比在电极之间的直接放电基本上可能更容易发生。这是因为与使用体放电相比，在表面放电，即沿着表面的放电中，能够使用更有效的物理机制来产生电子和其他自由载流子通过放电管中间。因而本发明与现有技术的不同之处在于，不直接尝试在电极之间产生均匀的电场，而通过利用位于在放电管和相关联的密封部分之间的过渡区域中的两个电极中的至少一个附近内的，或者离该过渡区域较短距离位置上的导电结构来产生均匀电场，由于这种场力线被适当地扭曲，因此，产生的放电电弧将在壁的方向上首先朝向壁，而偏离了实际预期的放电路径。

通过利用位于密封部分和放电管之间的过渡区域中的导电结构，确保了在灯的随后操作中出现的光不受内部灯泡的导电结构阻碍，或以别的方式的影响。

每个从属权利要求包含了本发明的有利实施例以及改进。

特别优选地，通过应用例如内部灯泡上的导电涂料的导电涂层，或者包含彼此隔离的多个小的导电区域和/或元件的涂层，例如包含多个单独地或成簇地给出小导电区域(例如纳米范围或以下的)的导电颗粒的涂料，来产生导电结构。换句话说，涂料或涂层本身并不导电，但是它可具有小的电阻并容许电流通过涂层。然而，由于依据本发明的导电颗粒足以影响电场，因此其提供了理想的零电势的导电结构。因此，词语“导电结构”和“导电材料”可解释为以这种方式构成的一种结构或材料。

采用涂层的这种方法是非常简单和经济的。它只需要确保选择可以永久性抵抗气体放电灯大约1000摄氏度的高温的涂层，也就是，根据距离放电管的远近，导电结构必须经受住从例如600摄氏度到更高的温度。然而这些适当的材料对于本领域技术人员来说是已知的。例如，可以采用包括铂、锆、铼、钯的涂料。如果其上涂有抗汽化的保护层(例如二氧化硅、氧化锆)，还可以采用诸如金和银的较低热稳定性的材料。

在无汞气体放电灯即填满放电管的气体不含有汞的灯中使用本发明是相当有利的。在含有汞的放电灯中，汞在低温状态中将沉淀在放电管的内壁上。这导致出现一个导电涂层。这种导电涂层可有助于在启动时在壁上产生表面放电。然而汞沉积在电极上的操作条件是已知的。因此在含汞的高压气体放电灯中使用本发明也是有利的。

若干试验中显示，在非常简易和具有良好功能的实施例中，在内部灯泡上具有一个以环的形式围绕电极的导电结构足已。换句话说，在内部灯泡上应用一个简易的环状带，该带优选直接位于放电管和密封部分(箍缩区域)之间的过渡区域中，或临近或位于距离过渡区域较小距离的位置上(例如在箍缩上或从放电管看过来直接位于箍缩后)。特别优选地，该环设置在距离自由地定位在放电管中的电极的末端部分最小距离的位置上。这种围绕电极的零电势的“环状天线”的简易措施可以将预期的平均18.5kV的启动电压显著地降至平均15.3kV。换句话说，得到大约3kV的降幅。同时，还充分提高了启动步骤的可靠度。在没有这种简易的导电环状结构的灯平均需要6.4个脉冲来启动的同时，依据本发明的具有这种导电结构的灯通常只需要1个脉冲便可启动。

在一个可替代的优选实施例中，将导电涂层带或包含隔离的导电元件的涂层带与引线平行地施加到箍缩区上。

在另一个可替代的优选实施例中，导电结构设置在内部灯泡的外部，并位于放电管和两个相关的密封部分之间的过渡区域中或离这些过渡区域较小距离的位置上。优选地，放电管至少相对于导电结构对称地构造。例如，在内部灯泡外侧的每个电极周围设置一个简易的零电势的导电环状结构，如前述的对于一个电极侧的导电结构。

原则上，两个导电结构还可以，例如，通过由导电材料或者包含隔离的导电区域的材料制成的在放电管上纵向延伸的带或者其他设置在放电管上中心区域中的导电结构，连接在一起。然而，必须确保的是，整个导电结构依然是零电势的，也就是不与电极之一或地导电地电连接。类似的，为了不影响光辐射，还必须确保这个结构不会占用放电管中的太多空间。

优选通过足以扭曲这个方向上的场但不会宽到在工作期间减少内部灯泡产生的光的较薄的带，来实现在密封部分上的两个端导电结构之间的连接。因而，可采用在发射的光的频率范围中是透明的导电材料。

在这种灯的优选变形中，这种灯在放电管和相应的密封部分之间的两个过渡区域中都具有导电结构，然而，这两个结构是彼此电绝缘的。在这种变形的优选的改进中，在外部灯泡和内部灯泡之间的空腔中还充满气体。这种气体优选是惰性气体或者惰性气体的混合物，也可以是简单的空气。可能的组合还包括选自F₂、Cl₂、Br₂、I₂、N₂、O₂的气体。

当确保外部灯泡中的气压不过高，例如低于大气压时，外部灯泡内的预放电发生在与电极高频率电容耦合的内部灯泡外侧两个导电结构之间。这意味着，在内部灯泡上彼此不电连接的两个导电结构之间，在沿着放电管排列并起到所谓“等离子体天线”作用的外部灯泡内部形成了辉光放电。这还将影响在放电管的壁的方向上的电极之间施加的电场，因此获得击穿电压的降低。这种围绕一个或两个电极并与适宜的气体混合物(优选例如1kPa的NeAr或15kPa的ArN₂O₂)连接的零电势的环状天线的措施将极大地把启动电压从平均18.5kV降低到小于13kV，也就是获得大于5kV的降幅。同样通常只需要1个点燃脉冲。最终在放电管内部点燃放电后，仅仅与电极电容耦合的导电结构上的势差不再足够，因此外部灯泡中的放电再次熄灭。

由于这种通过外部灯泡中的预放电来支持放电管中的实际所需放电的级联放电，从而可以降低点燃电压，其中，与在放电管外侧上延伸的导电结构相比较，灯在随后操作的光不会被例如由金属涂料或其他涂层制成的导电天线结构中断。

特别优选地，因此，将放电管和外部灯泡之间的空腔中的压力设置成不低于大约0.1kPa并不高于大约100kPa。特别优选地，压力高于40kPa，这是因为对于高于这个压力的设置气体内部的热耗散将仍然是足够的，不会缩短灯的寿命。在这种情况下，即使在灯加热时内部灯泡中的压力将不会升高到超过外部灯泡与内部灯泡的特定密封时需要的压力值。相对于点燃特征的理想的填充压力可通过帕邢(Paschen)曲线来确定。与通过气体放电灯的设计预先确定的几何尺寸相比，它被认为是一个自由参数。

附图说明

参看以下描述的实施例本发明的这些和其他方面将是明显的并被阐述。同样的部件用同样的附图标记来指示。其中：

图1是具有相关灯座的依据本发明的气体放电灯的第一实施例的侧面简图，示出的是气体放电灯的横截面图；

图2是在放电电弧点燃期间的第一阶段中依据图1的气体放电灯的剖面；

图3是在放电电弧点燃期间的第二阶段中依据图1和2的气体放电灯的剖面；

图4是在点燃后的稳定模式中依据图1至3的气体放电灯的剖面；

图5是依据本发明的气体放电灯的第二实施例中的外部灯泡的剖面顶视图；

图6是第一点燃阶段中在位于内部和外部灯泡之间填充了气体的依据图5的气体放电灯的视图；

图7是依据本发明的气体放电灯的第三实施例中的外部灯泡的剖面顶视图；

图8是过依据本发明的气体放电灯的第四实施例的剖面；

图9是通过依据本发明的气体放电灯的第五实施例的外部灯泡的剖面顶视图。

具体实施方式

附图中示出的实施例(不用于限制本发明)是一种用作优选的MPXL灯，其以常规方式构造成具有内部灯泡2和围绕该内部灯泡2的外部灯泡10。这里的内部灯泡2包括由石英玻璃制成的实际放电管(燃烧器)3，放电管在两相对侧具有模制在放电管3上的石英玻璃终端片8。与放电管3紧紧相邻的，石英玻璃终端片8成形为密封部分4、5。电极6、7从这些密封部分4、5中伸出进入放电管3中。在密封部分中，电极6、7分别与较薄较短的导电膜部分9相连接，其中导电膜部分的另一端分别与电源线17、18的相连接。在密封部分4、5的区域中，石英玻璃终端片8碾平在一起，使得导电膜部分9紧紧地密封在密封部分4、5中。因此密封部分4、5通常称为“箍缩”。这确保了放电管3对外界气密密封。

在放电管3的内部11中，惰性气体处于较高的压力中。由于这个惰性气体，在灯点燃时在两个电极6、7之间形成放电电弧，这种放电在稳定工作中可用比点燃电压小很多的电压来维持。常规的点燃电压是20kV，以及稳定工作时的工作电压将小于100V。

外部灯泡10主要用作屏蔽由于放电管3中的物理过程引发的靠近所需光谱的UV辐射。通常地，这个外部灯泡10也由石英玻璃制成，并在其端部连接至内部灯泡2的石英玻璃终端片8，电极6、7的电源线17、18通过终端片8引导至外部。外部灯泡10和内部灯泡2的石英玻璃终端片8之间的连接点通常称为“辊(roll)”。这个连接优选设计为气密密封的，并且在内部灯泡2和外部灯泡10之间的缝隙12中填满气体或气体混合物，也可以是空气。

图1示出了灯1如何正常地固定在灯座21中。这里的气体放电灯1经由固定器22连接至灯座21上，通过这样形成一个普通的灯单元。因而，其可用于具有对于固定器的相应插座的多种类型的头灯，尤其是汽车头灯。

如图1所示，设置在灯座一侧电极6上的电源线17直接引向灯座21。与位于远离灯座21的电极7相连接的导体18连接至从外部灯泡10的外侧经过灯1回到灯座21的外部电回线(return&#160;line)19上。该回线19被引导在绝缘陶瓷管24内平行于灯泡12延伸，陶瓷管24起到支持或机械稳定回线19的作用。

正如图1所见的，导电结构13位于设置在灯座21附近的电极6上且直接位于放电管3和密封部分4之间的过渡区域中的内部灯泡2的外侧上，在过渡区域中电极6与电源线17相连接并且两者间还具有导电膜9。这是导电材料的一种简易的环13，其沿着过渡区域围绕内部灯泡2被引导一次。图5示出了这种导电结构13的顶视图。在图5中相应的导电结构13，13’对称地设置在两个电极6、7上，与图1相比较，这种导电环13仅仅设置得围绕接近灯座的电极6，在点燃步骤中将高电压施加给电极6。导电结构13与其他部分相绝缘并因而不会到达特殊的预定的电势。这种导电环13可包括例如诸如钯的导电涂料或包含单独的钯颗粒的涂料的简易涂层。

这种导电环状结构13确保可以充分地降低点燃电压。图2、3和4中示出了这种环状结构13的运行机制。当施加电压至电极6、7上时，环状结构13改变在放电管3中产生的电场，因此，在第一阶段中，放电电弧15最初从经受高电压的电极6开始建立，朝着放电管3的相邻的壁部分。在下一阶段中，如图3所示，这种放电电弧15沿着放电管3的壁内部传播。当放电电弧15最终到达相对电极7时，如图4所示，在第三步骤中，在电极之间直接形成放电电弧15。因而，虽然依据本发明在内部灯泡3外侧设置的导电结构13确保了放电电弧15首先转向沿着放电管3的壁而不是直接沿着两个电极6、7之间的最短连接直接延伸，通过这个过程可以充分降低点燃电压。原因是在沿着壁的表面放电上，可采用更好的机制来产生自由载流子。在没有表面接触的纯体放电中将难以产生大量的电子和离子。当沿着壁传播的放电电弧15最终在惰性气体中产生足够的载流子时，可在两个电极6、7之间容易地形成放电电弧15。

图5和6示出了将充分降低点燃电压的本发明的另一种变形。在这种变形中，围绕两个电极6、7设置了表现出足够高传导性的相应环状结构13，13’。内部灯泡3和外部灯泡10之间的空间12中填满了氩或氩混合物。其气压低于大气压。在这种较低气压的情况下，在具有较低电压的不同电势之间可以发生点燃。从图2-4示出的横截面可明显看出的，导电环状结构13、13’设置得较为接近电极6、7。因此，它们与相关的电极6、7电容耦合。如果在电极6、7上施加电压，将导致在设置在导电管3的两端上的两个导电环状结构13、13’之间产生电势差。如果这个电势差足够大，由于相对低的气压将在内部灯泡2和外部灯泡10之间的空间12上发生放电16。这种放电16起到等离子体天线的作用，并引起在导电管3中进一步的场变化，因此，在外部灯泡10中的“预放电”16之后，在电极6、7之间形成实际需要的放电。只要内部灯泡2的放电被点燃，仅仅电容耦合至电极6、7的导电环状结构13、13’之间的电压将降低，使得外部灯泡10中的放电16熄灭。

图7示出了另一种变形，其中围绕各自电极6、7彼此对称地设置的两个导电环状结构13、13’通过优选越过放电管33外侧上的薄的导电带14被连接在一起，使得两个环状结构13、13’总是具有相同的电压。导电带14的导电性优选足够高，以确保环形结构的电势相等。已经发现，这种结构还有助于改善点燃性能。

在图8中示出了另一个实施例，其中与图1-4示出的第一实施例非常类似。这里，然而，导电环状结构13应用在远离导电管3的箍缩4的末端，具有使该区域中的温度不过高的优点。此外，在这里使用如上所述的包含诸如钯的单独导电颗粒的导电涂层。

在图9示出的实施例中，同样使用这种涂层。然而，在石英玻璃终端片8的外侧上，沿着位于箍缩4的区域中灯的纵轴(在导电膜8上方)应用以带的形式的，而不是环状的，导电结构13。

最后指出，附图和说明书中示出的灯的构造仅仅是实施的例子，并且可以由本领域技术人员在不脱离本发明的范围的情况下作出多种变形。

为了完整性，还应指出的是，不定冠词“一”并不排除存在多个相关特征的可能性。

Claims

1.一种气体放电灯(1)，其具有

-内部灯泡(2)，具有放电管(3)和两个设置在放电管上的密封部分(4、5)，所述内部灯泡由石英制成，

-两个电极(6、7)，其从密封部分(4、5)伸出进入放电管(3)中并分别通过导体(17、18)与相关的密封部分(4、5)电连接，以供应电流给电极(6、7)，

-外部灯泡(10)，其围绕在放电管(3)周围，并在放电管(3)与外部灯泡(10)之间留有空腔(12)，

-以及导电结构(13、13’)，其设置成零电势，在内部灯泡(2)的外侧并位于接近放电管(3)与相关的密封部分(4、5)之间的过渡区域中的两个电极(6、7)中至少一个的位置上，或位于相关的密封部分(4、5)的区域中，其中所述结构在将电压施加在电极(6、7)上时影响了存在于有关电极(6)的区域中的电场，因而放电电弧(15)首先从电极(6)出发，沿着与电极(6)相邻的放电管(3)的壁部分的方向，越过壁的内部朝着另一个电极(7)前进。

2.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于导电结构(13、13’)包括应用在内部灯泡(2)上的导电涂层。

3.如权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于导电结构(13、13’)包括应用在内部灯泡(2)上的涂层，该涂层包括彼此隔离的小导电区域和/或颗粒。

4.如权利要求1-3任一项所述的气体放电灯，其特征在于导电结构(13、13’)以环的形式围绕电极(6、7)在内部灯泡(2)的外侧设置。

5.如权利要求1-3任一项所述的气体放电灯，其特征在于导电结构(13、13’)设置在内部灯泡(2)外侧并位于放电管(3)和两个密封部分(4、5)之间的两个过波区域中或者位于所述两个密封部分(4、5)的区域中。

6.如权利要求5所述的气体放电灯，其特征在于设置在放电管(3)和两个密封部分(4、5)之间的两个过渡区域中或者设置在所述两个密封部分(4、5)的区域中的导电结构(13、13’)彼此电连接。

7.如权利要求5所述的气体放电灯，其特征在于设置在放电管(3)和两个密封部分(4、5)之间的两个过渡区域中或者设置在所述两个密封部分(4、5)的区域中的导电结构(13、13’)彼此电绝缘。

8.如权利要求1-3任一项所述的气体放电灯，其特征在于外部灯泡(10)和内部灯泡(2)之间的空腔(12)充满气体。

9.如权利要求8所述的气体放电灯，其特征在于气体是He、Ne、Ar、Kr、Xe、F₂、Cl₂、Br₂、I₂、N₂、O₂构成的组中的一个或者其混合物。

10.如权利要求6或9所述的气体放电灯，其特征在于外部灯泡(10)和内部灯泡(2)之间的空腔(12)中的压力处于0.1kPa至100kPa之间。

11.如权利要求10所述的气体放电灯，其特征在于外部灯泡(10)和内部灯泡(2)之间的空腔(12)中的压力处于40kPa至80kPa之间。

12.具有如权利要求1-11任一项所述的气体放电灯的头灯。

13.一种点燃气体放电灯(1)的方法，该气体放电灯包括

-内部灯泡(2)，具有放电管(3)和两个设置在放电管(3)上的密封部分(4、5)，所述内部灯泡由石英制成，

-外部灯泡(10)，其围绕在放电管(3)周围，并在放电管(3)与外部灯泡(10)之间留有空腔(12)，其中，通过设置成零电势的、在内部灯泡(2)的外侧并位于接近放电管(3)与相关的密封部分(4、5)之间的过渡区域中的两个电极(6、7)中至少一个的位置上或者位于相关的密封部分(4、5)的区域中的导电结构(13、13’)，在电极(6、7)上施加点燃电压时影响了存在于有关电极(6)的区域中的电场，因而，放电电弧(15)首先从电极(6)出发，在与电极(6)相邻的放电管(3)的壁部分的方向上，越过壁的内部朝着另一个电极(7)前进。