CN1333428C - 金属卤化物灯、其制造方法及采用该灯的车辆前灯装置 - Google Patents

Abstract

一种金属卤化物灯(1)包括含有放电空间(2a)的放电容器(2)和一对密封部分(2b)。一种放电介质包含金属卤化物和稀有气体且基本无汞，它密封在放电容器(2)中。一对电极(3)面对面地设置在放电空间(2)中，并且接近这些电极(3)端部分边缘上的边缘部分由密封部分(2b)固定着。在基本无汞的金属卤化物灯(1)，即，无汞金属卤化物灯(1)中所包括的金属卤化物，即，光发射材料(6)中所包含的水分含量控制在50ppm或低于50ppm。

Description

金属卤化物灯、其制造方法及采用该灯的车辆前灯装置

技术领域

本发明涉及不含汞的金属卤化物灯，采用特殊金属卤化物灯的车辆前灯装置，以及制造不含汞的金属卤化物灯的方法。

背景技术

金属卤化物灯是一种包括光发射管的灯，其中，光发射管具有与汞和稀有气体密封在一起的各种金属卤化物，用于提高灯的光发射效率和颜色还原性能。由于金属卤化物灯具有高的效率以及高的颜色还原性能，所以被广泛地应用于诸如商店照明和道路照明的一般照明中。此外，金属卤化物灯已经作为车辆前灯的光源来使用。

正如以上所讨论的，在常规的金属卤化物灯中，汞一般作为部分放电介质使用。但是，现在环境问题变得很严重，因此，在照明的场合就需要能降低汞的使用所引起的严重环境污染的问题。此外，很重要的是，从灯中完全消除汞。正是在这样一种形势下，日前已经报道了一些从金属卤化物灯中消除汞的手段。

例如，在日本专利(Kokai)No.11-238488中披露了一种金属卤化物灯，它含有第一金属卤化物，即，诸如钪(Sc)、钠(Na)或稀土元素的主要光反射物质的卤化物；以及第二卤化金属，即，具有高的蒸气压力的且与稀少的气体密封的锌(An)、锰(Mn)、铝(Al)或镓(Ga)。同样，在日本专利公告No.11-307048中披露了一种金属卤化物灯，它还含有第三种金属卤化物，即，密封在一起的钇(Y)或铟(In)。这些现有技术都试图解决由于汞的不使用所引出的各种问题。

在不使用汞的金属卤化物灯，即无汞的金属卤化物灯中，正如以下所讨论的，新出现的问题是基于Hg没有作为放电介质的一部分的情况。特别是，与具有密封着汞的常规金属卤化物灯相比，在无汞的金属卤化物灯中，阴暗现象或发黑现象常在早期阶段就出现，因此，就很难在无汞金属卤化物灯中获得实际意义上足够的灯的寿命。更具体的说，在无汞金属卤化物灯中能获得的灯的寿命约为500小时，相比较具有密封汞的常规卤化物灯的寿命约为3000小时。

在该领域中，众所周知，放电灯的寿命受到杂质(例如，在灯中所存在的水分)的影响。例如，日本专利公告No.11-329350所披露的是诸如金属卤化物灯的高压放电灯或放电灯，在该灯中，构成放电容器的石英玻璃中所包含的OH族的量低至或更低于10ppm，同时在放电容器中密封了从中去除氢、氧及其化合物(H₂O)的稀有气体，例如，含有摩尔比率低至或更低于5ppm的水分的稀有气体。此外，在日本专利公告No.2001-357818中披露了一种其中密封了Hg的金属卤化物灯，在该灯中，密封在放电空间中的气体的水分低至或更低于130ppm。

然而，在无汞的金属卤化物灯中，不可能通过简单地减少在石英玻璃中所包含的OH族的含量和通过减少在稀有气体中所含有的水分含量来有效延长灯的寿命，因此难以高的重现性获得具有长寿命的无汞金属卤化物灯。无汞金属卤化物灯的灯寿命降低是受到密封在放电容器中作为光发射材料的金属卤化物中所含有水分的影响，这种理解可认为是合理的。

更具体的说，包含高蒸气压力的金属卤化物的光发射材料，即，以上所提到的Zn、Mn或Al的卤化物，常在无汞金属卤化物灯中使用，从而允许光发射材料能保证替代汞所需要的灯电压。在这类无汞的金属卤化物灯中，密封在灯中的金属卤化物的含量明显地大于密封在含汞的金属卤化物灯的金属卤化物的含量。即使作为制造金属卤化物灯所使用材料的金属卤化物在水分含量上是相互等同的，但进入到无汞金属卤化物灯的放电空间中的金属卤化物所释放的水分含量会大于在密封汞的金属卤化物灯中所释放的，这种理解可认为是合理的。

此外，在通过使用具有高蒸气压力的金属卤化物来保证所需的灯电压的情况下，诸如无碘气体的卤素气体的含量会随着由于金属卤化物在发光过程中的蒸发所引起金属卤化物的浓度的增加而增加。如果存在着大量的诸如无碘的卤素气体，就会引起SiO₂的侵蚀和沉积(Si的迁移现象)并发生在构成放电容器的石英玻璃上，从而出现了阴暗现象(发黑现象)，这种理解被认为是合理的。偶然，在其中密封了汞的金属卤化物灯中，例如，可形成HgI₂，从而可抑止诸如无碘气体的卤素气体的产生。

在另一方面，正如在日本专利公开公告(Toku-hyo)No.2000-516901中所披露的，适用于减小，例如，与作为金属卤化物灯的光发射材料使用的金属卤化物有关的水分和氧分。更具体的说，在现有技术中所披露的是具有低至或低于200ppm的氧成分以及低至或低于100ppm的氢成分的金属卤化物微粒和金属卤化物小球。这些金属卤化物微粒或小球是采用防止水分增加的制造设备来制造的，例如，是在露点不高于-50℃的环境条件下进行的。

然而，即使在使用上述讨论的金属卤化物的微粒或小球作为无汞金属卤化物灯的光发射材料，也不可能改善灯的寿命，使之无故障且具有高重现性。应该注意到，在这样的关系中，潮气吸收的趋势不仅会在无汞金属卤化物灯的制造过程中会出现，而且在制造好的无汞金属卤化物灯的后处理工艺以及搬运过程中也会发生，从而增加了水分。当水分进入到含有高溶解性能的金属卤化物(例如，HgI₂)的光发射材料时，这种趋势就变得特别高，因此，就极有可能在将光发射材料密封到金属卤化物灯的过程中增加水分。随之，使用这类光发射材料制成的无汞卤化物灯趋向于较短的寿命。

正如以上所讨论的，在无汞金属卤化物灯中，由阴暗现象或发黑现象所引起的灯寿命的减少仍是一个待解决的严重问题。灯的寿命受发光期间放电空间中的水分的影响，这种理解被认为是合理的。然而，不可能通过简单地减小在石英玻璃中的OH族的量和通过减小在稀有气体中的水分来改善具有高的重现性的无汞金属卤化物灯的灯寿命。正是在这种情况下，很重要的是，克服在无汞金属卤化物灯中的先天的困难，从而通过抑止在灯发光期间的水分增加来改善无汞金属灯的寿命。

发明内容

本发明的一个目的是提供无汞金属卤化物灯，在该灯中，抑止了在灯发光阶段中的水分增加，从而改善了灯的寿命，还提供了使用特殊无汞金属卤化物灯的适用于车辆的前灯装置以及制造无汞的金属卤化物灯的方法。

根据本发明第一实施例的金属卤化物灯包括：包含放电空间和在放电空间的两边缘上形成的密封部分的放电容器；一对设置在放电空间中相对两面上并保持在密封部分中的电极；以及密封在放电容器中的放电介质，它包含着金属卤化物制成的光发射材料和稀有气体，基本上不含汞，其特点是，在金属卤化物灯的熄灭阶段，金属卤化物中所含有的水分含量不大于50ppm。

在以上讨论的第一实施例和本发明的其它实施例中所使用的技术术语的定义和技术意义正如以下所描述，除非有特别的指定。

放电容器是由难熔的材料制成的，透光性的密封容器包括放电空间以及制成在放电空间的两个边缘的密封部分。有可能采用任何材料来制成密封的容器，只要该材料呈现出足以承受放电灯正常工作温度的耐火能力，并且能够将放电所产生的并具有一定要求的波长范围内的可见光引导到外面。例如，有可能采用石英玻璃以及诸如透光的氧化铝和YAG及其单晶的陶瓷材料来制成密封容器。同样，有可能根据要求制成透光性的薄膜来抵御在密封容器内表面上的卤素或金属或者改善密封容器的内表面。同样，要适当地将放电容器的内部容积(或放电空间的容积)设置在，例如，0.02和0.06mL(毫升)之间的范围内。

顺便说下，本发明的特性在于在金属卤化物中所包含的水分含量设置在50ppm或更低。也要求构成灯的其它材料中的水分含量低于金属卤化物。金属卤化物以外的放电容器的材料，这些材料包括石英玻璃的这些材料都趋于具有高的水分。因此，就要求事先应用真空热处理来处理放电容器，使之减小包括吸附在玻璃表面上的OH族的水分。

一对电极设置在放电空间中的相对两面上，并且部分嵌入在放电容器的密封部分，使得电极由放电容器保持着。本发明的金属卤化物灯有可能构成采用AC电流和DC电流都能点亮的金属卤化物灯，并且选择电极的形状和材料符合于所采用的照明系统。同样，在一对电极之间的距离实际上希望在5mm或低于5mm。如果在电极之间的距离超过了5mm，则金属卤化物灯就难以形成发光的点光源，于是，光学系统的聚焦特性就会很差。随之，在金属卤化物灯作为车辆的前灯的光源使用的场合下，就会降低照明平面的亮度。顺便说下，上述所讨论的电极之间的距离对应于短弧类金属卤化物灯的电极之间的距离。但是，本发明并不一定要限制于该特殊情况。换句话说，有可能将上述所讨论的电极之间的距离对应于长弧类金属卤化物灯的电极之间的距离。

放电的介质密封在放电容器中，它可以包括具有金属卤化物和稀有气体的光发射材料。各种金属的卤化物都可以作为金属卤化物来使用。例如，主要贡献光发射金属的卤化物可以作为金属卤化物来使用。在本发明的金属卤化物灯中，第一和第二金属卤化物都密封在放电容器中。可以从钠(Na)、钪(Sc)和稀土元素所构成的族中选择一种或多种金属元素的卤化物作为第一金属卤化物使用。应该注意的是，Na和Sc是具有特别高效率的光发射材料。

在本发明中所使用的光发射材料有可能包括与第一金属卤化物一起的第二金属卤化物。第二金属卤化物包括具有高蒸气压力的一种或多种金属卤化物，并且与第一金属卤化物相比较，它不能发射出可见范围的光。不能发出可见范围光的金属的具有比第一金属卤化物的金属成份的能级更高的能级，并且在第一金属卤化物的金属元素主要发光的状态下包含在放电容器中。通过特殊第二金属卤化物的添加，有可能使所获得的灯电压接近于含Hg的金属卤化物灯的灯电压。随之，有可能改善无汞金属卤化物灯的电性能和光发射特性。第二金属卤化物也允许改善色度。

第二金属卤化物有可能是下列元素所构成的族中选择一种或多种金属元素的卤化物，这些金属元素包括：例如，锌(Zn)、>镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、镍(Ni)、锰(Mn)、铝(Al)、锑(Sb)、铍(Be)、铼(Re)、镓(Ga)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)。

也有可能使光发射材料包括第三种金属卤化物，该第三种金属卤化物是从铟(In)、锡(Sn)和铯(Cs)所构成的族中选择出的一种和多种金属元素卤化物所提供的。In的卤化物有利于所发射光色度的改善。添加Sn卤化物的成分有利于具有抑止无卤素元素产生的功能。此外，添加Cs卤化物的成分有利于校正弧温度的分布从而可降低热损耗。

本发明所使用的光发射材料包括第一金属卤化物和第二金属卤化物的混合物，它还可以包含第三金属卤化物。此外，在本发明中所使用的光发射材料并不一定限制于上述所提及的混合物。本发明适合于包含上述所讨论的金属卤化物制成的光发射材料的金属卤化物灯，其中，在放电容器内部容积中每毫升的金属卤化物至少2mg，较佳的是至少10mg。值得注意的是，正如以上所讨论的，在具有相对较多金属卤化物密封在其中的金属卤化物灯中，灯的寿命主要是受在金属卤化物中所含有的水分的特别影响。

最合适的是使用具有高反应的碘(I)作为在金属卤化物中所包含的卤素元素。也有可能根据这些卤素元素的发应情况在上述的量级上使用溴(Br)、氯(Cl)和氟(F)。总而言之，有可能使用任何一种卤素元素作为在本发明中所使用的金属卤化物的卤素成分。也有可能使用组合不同的卤素化合物。例如，有可能在组合中使用碘和溴。

有关金属卤化物的密封量，有可能作为主要光发射的第一金属卤化物所密封的含量为，例如，放电容器的内部容积的每毫升2至110mg。较佳的是，应该密封在放电容器中的第一金属卤化物的含量为5至35mg。当第一金属卤化物的含量在上述所提及的范围内的情况下，就有可能促使光通量的上升并稳定光的颜色。另一方面，能够密封在放电容器中的第二金属卤化物的含量为放电容器的内部容积的每毫升1至200mg，并且密封在放电容器中的第二金属卤化物的合理含量为放电容器的内部容积的每毫升2至50mg。其它卤化物的含量可适当地控制。

密封在放电容器中的稀有气体起到了在启动时间的缓冲气体的作用，并且，同时在启动之后立即起到主要的光发射作用。

一般来说，在本发明中所使用的稀有气体并没有特殊的限制，只要该稀有气体不能穿透密封的容器。然而，由于氖(Ne)趋于穿透石英玻璃，因此在石英制成的密封容器的情况下，可使用氩(Ar)、氪(Kr)、或氙(Xe)作为稀有气体。在启动之后瞬间的光发射取决于稀有气体的情况下，使用氙气作为稀有气体是最合适的，因为氙气呈现出最高的光发射效率。

同样，如果稀有气体的密封压力是增加的，则金属卤化物灯的灯电压也增加，从而增加了在相对于相同灯电流的灯输入，其结果是改善了光通量的上升特性。光通量的上升特性是满意的情况可方便于使用的目的。特别是，光通量的好的上升特性在车辆的前灯装置中和在液晶投影仪中是很重要的。密封在放电容器中的稀有气体在压力上不低于诸如3个大气压，这被认为是合适的，特别是压力能在5和15个大气压的范围内。

在本发明的金属卤化物灯中基本上不再密封汞。表示“基本上不再密封”是指放电容器中所密封的汞在含量上小于2mg是可接受的，不大于1mg将是最合适的。但是，就环境问题来说，最好是在放电容器中根本就不密封汞。正如现有技术，在放电灯的电性能是由汞蒸发来保持的情况下，所密封汞的含量为放电容器的内部容积的每毫升20至40mg或者至少50mg。本发明的汞含量与常规金属卤化物灯相比明显小。

在本发明所使用的金属卤化物中所含有的水分含量表示在金属卤化物灯熄灭阶段中的固体金属卤化物中含有的水分含量。在本发明中，金属卤化物的特殊水分含量被定义在50ppm或低于50ppm。在本发明的金属卤化物灯中所使用的金属卤化物的水分含量可采用以下方法来测量。具体的说，将熄灭阶段的金属卤化物灯在密封的封闭加热单元中分割，也就是说，是在金属卤化物灯没有暴露在大气的状态下进行分割，从而是在金属卤化物以固体形式暴露在单元中以便于蒸发水分的状态下来加热所分割的金属卤化物灯，并且所蒸发的水分含量可采用Karl Fischer技术或FT-IR方法来测量。在采用上述讨论的技术来测量所蒸发水分的含量中，有可能需要判断加热所产生的水分是来自金属卤化物还是来自诸如石英玻璃制成的放电容器。在这种情况下，在加热温度为室温和800℃之间范围内所产生的水分可以假定为在金属卤化物中所含有的水分。

正如以上所讨论的，在无汞的金属卤化物灯中，通过使用含有高蒸气压力的金属卤化物(即，第二金属卤化物)的光发射材料来确保灯电压。应该注意的是，由于在发光阶段中金属卤化物的蒸发浓度是由金属卤化物的各自蒸气压力所确定的，因此，在上述所讨论的无汞金属卤化物灯中的诸如无碘气体的卤素气体的含量会随着金属卤化物的蒸发浓度增加而增加。更具体的说，很显然，在含有第二金属卤化物的无汞金属卤化物灯中，卤素蒸气压力所增加的等级大约是其中密封Hg的金属卤化物灯的10倍。

如果诸如无碘气体的卤素气体在放电容器中大量存在着，则会给制成放电容器的石英玻璃带来SiO₂的侵蚀和沉积(即，Si的迁移现象)。更具体的说，SiO₂的侵蚀是基于SiO₂+2I₂→SiI₄↑的反应，而SiI₄的沉积是基于SiO₂的分解发应，则认为这些反应的发生会带来发白的现象。此外，如果SiI₄(是由于SiO₂的分解反应产生的)与电极相互反应，则认为电极的金属成分会散开，从而吸附在放电容器的内壁表面上，因此会带来发黑的现象。

上述所讨论的Si迁移反应的反应会因为放电空间中水分的存在而增加，因此在含有大量的无碘气体的卤素气体的无汞金属卤化物灯中就容易产生发白现象和发黑现象。此外，在放电空间中存在着水分会允许增加诸如无碘气体的卤素气体。由于在无汞金属卤化物灯中所密封的金属卤化物的含量大于在密封汞的含汞金属卤化物灯中所密封的金属卤化物的含量，因此在无汞金属卤化物灯中所释放到放电空间中的水分含量会明显的大于在密封汞的金属卤化物灯中所释放的水分含量，即使在这些金属卤化物灯的金属卤化物中所含有的相同的水分含量。随之，在常规无汞金属卤化物灯的早期阶段中会降低光通量的保持比率。

正是这种情况，本发明将在灯的熄灭阶段金属卤化物灯中所包含的在金属卤化物(固体的金属卤化物)中所含有的水分含量控制在50ppm和低于50ppm。通过以这样的方式将金属卤化物中所含有的水分含量控制在50ppm和低于50ppm，就有可能在灯的发光阶段降低从金属卤化物中所释放到放电空间中的水分含量，即使无汞金属卤化物灯含有相当多含量的金属卤化物密封在其中。因为可以通过减小从金属卤化物中所释放的水分含量来抑止上述所讨论的Si迁移反应，所以有可能抑止基于发白现象和发黑现象的光通量保持率的减小。换句话说，就有可能延长无汞金属卤化物灯的寿命。

特别是，可以由无汞金属卤化物灯来产生基于上述减小在金属卤化物中的水分含量来改善金属卤化物灯的寿命的显著效果，在这些效果中，在放电容器中密封了大量的金属卤化物，并且诸如无碘气体的卤素气体的蒸气压力也趋于增加。正是在这种情况下，本发明可以适当地应用于放电容器的内容积每毫升含有至少2mg，较佳的是含有至少10mg含量的金属卤化物的光发射材料的金属卤化物灯。同样，希望在本发明金属卤化物灯中的金属卤化物中所含有的水分含量不大于20ppm。在这种情况下，就有可能进一步延长金属卤化物灯的寿命。顺便说下，由于在工业制造的过程中要完全去除在金属卤化物中所含有的水分是非常困难的，因此所含有的水分在0.1ppm和50ppm之间的范围内都是实际上能够接受的，特别是，水分含量不大于20ppm。

本发明的另一实施例体现了包含第一金属卤化物和第二金属卤化物的光发射材料的特性，其中，第一金属卤化物包括从钠、钪和稀土元素中选出的至少一种金属的卤化物，而第二块金属卤化物包括从下列金属元素所构成的族中所选出至少一种下列金属的卤化物，这些金属包括：锌、镁、铁、钴、铬、镍、锰、铝、锑、铍、铼、镓、钛、锆和铪。该实施例的金属卤化物灯定义了一种光发射材料的结构，该结构允许形成本发明的功能，即，基于减小在金属卤化物中所含有的水分含量来更显著地改善金属卤化物灯的寿命。

更具体地说，除了第一金属卤化物(即，从Na、Sc和稀土元素所构成的族中选出至少一种金属的卤化物)之外，在使用含有高蒸气压力的第二金属卤化物(即，从下列元素所构成的族中选出至少一种金属的卤化物，这些金属包括：Zn、Mg、Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al、Sb、Be、Re、Ga、Ti、Zr和Hf)的情况下，会增加金属卤化物的蒸气浓度，从而增加诸如无碘气体的卤素气体的产生量。即使在这样的情况下，通过基于本发明的技术概念来减小在金属卤化物中含有的水分，仍有可能以高重现性来抑止无碘气体所引出的Si迁移现象。

本发明的另一实施例体现了至少锌卤化物的金属卤化物的特性。由于锌的卤化物ZnI₂呈现出溶解性能，所以在使用包括锌卤化物的光发射材料的金属卤化物灯中趋于增加在金属卤化物中含有的水分。即使在这种情况下，仍有可能通过将金属卤化物灯中的金属卤化物中所含有的水分含量设置在50ppm和低于50ppm，来以高的重现性来延长金属卤化物灯的寿命。

本发明的另一实施例体现了金属卤化物的原材料的特性，该金属卤化物包含了密封在放电容器中不大于100ppm含量的水分。应该注意的是，以上所讨论的金属卤化物的原材料是指间于第一金属卤化物和第二金属卤化物之间混合物的小球或微粒，并还根据需要包含了第三金属卤化物。

通过将原材料中所包含的水分含量设置在100ppm或低于100ppm以及通过将特殊的原材料密封在放电容器中，就有可能以高的重现性将在金属卤化物灯所包括的金属卤化物中含有的水分含量设置在50ppm或低于50ppm。

由于在金属卤化物的原材料中所含有的水分部分被石英玻璃所吸收或者被分解，因此在金属卤化物灯包括的金属卤化物中含有的水分含量明显地低于在原材料中所包含的水分含量，这种理解被认为是合理的。在金属卤化物的原材料中所包含的水分含量可以采用Karl Fischer技术或Fr-IR方法在密封封闭的加热单元中进行测量，或者采用加热去除类型的质量分析装置来测量。

本发明的另一实施例体现了真空热处理的特性，该真空热处理应用于金属卤化物的原材料。在本发明中所使用的金属卤化物的原材料并没有在有关诸如制造工艺和热处理工艺方面有特别的限制，只要在原材料中所含有的水分含量不大于100ppm。应该注意的是，在这样的关系中，通过对金属卤化物的原材料特殊应用真空热处理，在金属卤化物原材料中所含有的水分含量可以高重现性设置在100ppm或低于100ppm。

更具体地说，通过简单控制金属卤化物的原材料的制造条件以高重现性地降低水分含量是很困难的。应该注意的是，所制造的金属卤化物的原材料趋于吸收在后处理或在搬运过程中的潮气，从而增加了在金属卤化物的原材料中的水分含量。另一方面，可以通过对金属卤化物原材料进行真空热处理以及通过在原材料没有暴露大气的条件下将处理过的原材料密封在放电容器中的方法，可以高重现性地降低金属卤化物中的水分含量。

在本发明中，真空热处理可以应用于金属卤化物的原材料，其真空气氛不高于1×10^-3Pa以及其温度在300℃和350℃之间的范围内。此外，还希望所采用的真空热处理持续30分钟至2小时。也有可能在金属卤化物的原材料置于在放电容器之前进行真空热处理，随后，在处理过的原材料没有暴露大气的条件下将处理过的原材料密封在放电容器中。另外，有可能先将金属卤化物的原材料放置于放电容器中，随后在开放的状态下对原材料进行真空热处理并随之密封在放电容器中。

较佳的是，通过在惰性气氛下，特别是，在稀有气体的气氛下，以300至350℃的温度对金属卤化物原材料进行热处理，使得金属卤化物的水分能够低至100ppm或者低于100ppm。还希望加热的时间不超过10分钟。可以在金属卤化物的原材料放置于放电容器内之前进行惰性气氛下的热处理，随后在处理过的原材料没有暴露大气的条件下将处理过的原材料密封在放电容器中。另外，也可能先将金属卤化物的原材料放置于放电容器中，随后采用惰性气体来密封放电容器并随之在惰性气体的气氛下对放电容器中的原材料进行热处理。在这种情况下，在对金属卤化物的原材料进行热处理之后，再密封放电容器。

本发明的另一实施例体现了与化学计量法的含量相比金属卤化物含有非常大量的金属成分。在金属成分的消耗上，金属卤化物是富裕的，例如，在放电容器中所产生的无碘气体，即，起到了将无碘元素带回到金属卤化物的重要作用。随后，就有可能进一步抑止Si的迁移现象，该迁移现象是由诸如无碘气体的卤素气体的存在所引起的，还能进一步抑止由Si的迁移现象所引起的发白现象和发黑现象。可以通过对上述提到的金属卤化物的原材料进行真空热处理来获得在金属成分中富裕的金属卤化物，因为通过真空热处理会使金属卤化物释放一些卤素元素。顺便说下，在从金属卤化物中释放过多的卤素元素的情况下，就有可能通过采用热处理来适当地控制金属/卤素的比率，同时允许卤素气体慢慢地泄漏到热处理的容器中。

如果在上述金属成分富裕的金属卤化物中的金属成分含量过大，则就有可能难以获得在金属卤化物中所固有的蒸气压力的特性。正是在这种情况下，希望所含的金属成分的过多部分在相对于化学计量配方的至多30％的范围内。这就满足了所含的金属成分相对于化学计量配方有过多的含量。然而，为了能允许，例如，无碘的元素能够更有效地消耗，这就希望在金属卤化物中所包含的过多金属成分能在相对于化学计量配方的至少1％的范围内。例如，当钠化碘(NaI)的化学计量配方(摩尔比率)变成为1∶1时，就希望在金属卤化物灯中的实际配方为Na_1.01I至Na_1.3I。同样，当锌化碘(ZnI₂)的化学计量配方(摩尔比率)为1∶2时，就希望在金属卤化物灯中的实际配方能为Zn_1.01I₂至Zn_1.3I₂。这也是适用于其它金属卤化物的情况。

此外，本发明的还有一个实施例提出了一种适用于车辆的前灯装置，它包括根据上述所讨论的任意实施例的金属卤化物灯，以及适用于车辆的前灯装置的主体，该装置的主体具有沿着在金属卤化物灯中所包括的放电容器的纵向方向延伸的光轴。在根据本发明的车辆的前灯装置中，有可能改善基于本发明的金属卤化物灯的寿命特性，其结果是，有可能显著提高实际使用车辆的无汞前灯装置大的性能。顺便说下，上述所讨论的术语“适用于车辆的前灯装置主体”是指从适用于车辆的前灯装置中去除金属卤化物灯的整体结构。

本发明的其它目的和优点将在以下讨论中进行阐述，并其中部分将在讨论中变得更加显著，或者可以通过本发明的实现有所了解。本发明的目的和优点可以籍助于下文中所特殊提出的手段和组合来实现和获得。

附图说明

附图组合和构成了本说明书的一部分，并以图示方式来说明本发明；与以上所给出的一般说明以及以下所给出的较佳实施例的详细说明一起用于解释本发明的原理。

图1是显示根据本发明的一个实施例的无汞金属卤化物灯的结构的剖面图；

图2是解释将本发明的金属卤化物灯应用于车辆的前灯装置结构的前视图；以及，

图3是解释根据本发明适用于车辆的前灯装置的结构的斜视图。

具体实施方式

现在将讨论本发明的一些实施例。

图1是显示根据本发明第一实施例的无汞金属卤化物灯1的结构的示意剖面图。正如图中所示，金属卤化物灯1包括：放电容器2，一对电极3，一对密封金属薄片4，一对外部引线5，以及密封在放电容器2中的光发射材料6。

金属卤化物灯1包括放电容器2，它是采用石英玻璃制成的密封和空腹长轴形状。在放电容器2的内部形成了细长的放电空间2a，并且将一对密封部分2b一起制成在放电空间2a的两端。一对电极3面对面设置在放电空间2a内。接近这些电极3端面部分的边缘部分嵌入密封部分2b，从而支撑在放电空间2a的指定部分。

同样，在接近各个电极3的端面部分的边缘部分与一边缘侧采用例如Mo薄箔制成的密封金属薄片4结合起来。另一方面，外部引线5的一个边缘部分连接着在另一边缘侧的密封金属薄片4。外部引线5的另一边缘部分延伸至放电容器2的外部。电极3和外部引线5与密封金属薄片4结合在一起的状态下，采用密封部分2b来密封该密封金属薄片4。通过允许密封金属薄片4紧紧地与密封部分2b的石英结合在一起，来保持放电容器2的密封状态。

包括作为放电介质使用的金属卤化物的光发射材料6与稀有气体一起密封在放电容器2中。放电介质基本上是无汞的。有可能使用各种金属卤化物作为光发射材料6。例如，有可能使用包括以上所讨论的一种或多种第一金属卤化物和第二金属卤化物的混合型光发射材料。该混合型光发射材料有可能还包括了以上所讨论的第三金属卤化物。第一金属卤化物主要起着光发射的作用，并且包括从Na、Sc和稀土金属所构成的族中选出至少一种金属卤化物。

包括金属卤化物的光发射材料6以放电容器2的内部容积的每毫升至少2mg，较佳是至少10mg的含量密封在放电容器2中。当金属卤化物灯1熄灭时，光发射材料6是固体的形式，并且吸附在放电容器2的内壁的表面上。在该实施例的无汞金属卤化物灯1中，在金属卤化物灯1熄灭状态下，构成光发射材料6的金属卤化物中所含有的水分含量控制在50ppm或者低于50ppm。为了使在无汞金属卤化物灯1中的金属卤化物6所含有的水分含量控制在50ppm或者低于50ppm，就希望所使用的金属卤化物原材料含有的水分含量为100ppm或低于100ppm。在这种情况下，就有可能以高的重现性来实现以上所讨论的金属卤化物6的水分含量。同样，采用真空热处理也能够高重现性地获得不高于100ppm水分含量的金属卤化物的原材料。

根据以上所讨论的无汞金属卤化物灯，在金属卤化物灯1的熄灭状态下，金属卤化物6中所含有的水分含量可控制在50ppm或低于50ppm。因此，就有可能在金属卤化物灯1发光阶段中减小从包括金属卤化物6的光发射材料中释放的水分含量。随后，就有可能抑止在无汞金属卤化物灯中由于Si的迁移反应所引发的发白现象和发黑现象的产生，即使在无汞金属卤化物灯中密封了大量包括金属卤化物6的光发射材料并且诸如无碘气体的卤素气体的蒸气压力趋于增加。正是由于这种情况，就有可能抑止无汞金属卤化物灯1的光通量保持比率的降低，从而显著地改善金属卤化物灯1的寿命。

现在讨论根据本发明第一实施例的无汞金属卤化物灯1的特殊实例以及其评价的结果。

实例1至3和比较实例1：

密封的容器是由石英玻璃制成，并且其外径为6mm、内径为2.7mm、内容积大约0.03mL以及光发射空间的长度为6mm，可作为放电容器2使用。同样，具有外径为0.35mm的W电极可作为电极3使用，密封部分2b的凸出长度设置为1.4mm，以及在一对电极3之间的距离设置为4.2mm。在放电介质中包括了由ScI₃、NaI和ZnI₂所构成的金属卤化物的混合物，它被密封在放电容器2中。这些金属卤化物的质量混合比率，即，ScI₃∶NaI∶ZnI₂的混合比率设置为1∶2∶1，并且密封的含量设置为0.3mg。水分含量低的高质量的化学品可以作为金属卤化物使用。

制备多种包括以上所提及金属卤化物混合物的光发射材料的原材料，并且经过如表1所示的真空热处理(VT处理)之后，将这些原材料密封在放电容器中。在将原材料放置于放电容器2之前对金属卤化物原材料进行真空热处理，并且在采用以上所讨论的Karl Fischer技术来测量水分含量之后，在处理过的原材料没有暴露大气的条件下将处理过的原材料密封在放电容器2中。表1显示了在金属卤化物的原材料中所含有的水分含量(在密封之前的含量/在真空热处理之后的含量)。压力为10大气压的Xe也作为稀有气体密封在放电容器2中。顺便说下，在表1中所显示的比较实例1是针对在没有对原材料进行真空热处理的条件下使用具有相对高水分含量的金属卤化物的原材料的情况。在比较实例1中，如本发明的实例那样对在金属卤化物原材料中的水分含量进行测量，随后在没有将原材料暴露大气的条件下将原材料密封在放电容器2中。

实例1至3以及比较实例1的各个无汞金属卤化物灯的点亮功率都为40W，以便于测量在各个金属卤化物灯点亮2000小时之后的光通量保持比率。同样，在点亮实验之后的各个无汞金属卤化物灯1中，金属卤化物的混合物(光发射材料6)以固体的形式吸附在放电容器2的内壁表面，并在熄灭时间采用以上所提到的Karl Fischer技术进行测量。此外，可以分析金属卤化物的成分比例。更具体的说，可以采用例如离子色谱法或IPC方法的化学分析法来测量金属卤化物的成分比例。表1也显示了测量的结果。

表1

金属卤化物原材料

无汞金属卤化物灯

	水分含量(ppm)	完成或未完成VT处理	VT处理的条件	在金属卤化物中的水分含量(ppm)	在金属卤化物中的剩余水分含量(％)	点亮2000小时之后光通量保持比例
							实例1	100	完成	300℃，10分钟	50	10	60
实例2	50	完成	300℃，10分钟	20	10	70
							实例3	20	完成	300℃，10分钟	10	10	75
比较实例1	500	未完成	-	150	0	50

^*金属化合物相对于化学计量的配方的平均剩余含量(％)；

正如表1所清晰显示的，在将无汞金属卤化物灯使用的金属卤化物中含有的水分含量控制在50ppm或低于50ppm的情况下，有可能使金属卤化物灯点亮2000小时之后的光通量保持比率达到至少60％。同样，也有可能通过使用经过真空热处理的金属卤化物的原材料来降低在金属卤化物灯所使用的金属卤化物中含有的水分含量，从而使之有可能改善光通量的保持比率。光通量保持比率的改善被认为是受金属成分中过于富裕金属卤化物的影响。

应该注意的是，在这个阶段要获得水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料是很困难的，因此就有必要根据需要采用以上所讨论的加热方法来进行脱水处理。然而，含有Zn的金属卤化物的原材料具有低的熔点和低的蒸气压力。正是在这种情况下，就必须设置允许脱水的以及不会引起其成分蒸发的条件。

在第一步骤中，通过使用真空泵来设置压力不高于10Pa的真空环境，随后进行热处理。在这种情况下，视为Zn的成分会在不低于300℃的温度下散射。在测量成分时，会发现成分比例不同于在初始阶段中的成分比例，这就证明了难以根据化学的成分比例在真空条件下进行热处理。所测量的结果如下所示：

气氛条件：10Pa的真空气氛；

温度条件：350℃；

时间条件：

60分钟  ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

10分钟  ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

1分钟   ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

气氛条件：10Pa的真空气氛；

温度条件：300℃；

时间条件：

60分钟  ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

10分钟  ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

1分钟   ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

正是在这种情况下，通过加热来进行脱水是在引入Ar下进行的，以便于防止化学品的蒸发。

气氛条件：1KPa的Ar气氛；

温度条件：350℃；

时间条件：

60分钟  ..x(白色ZnI₂的蒸发)；

10分钟  ..Δ(发现损伤)；

1分钟   ..O；

气氛条件：1KPa的Ar气氛；

温度条件：300℃；

时间条件：

60分钟  ..Δ(发现损伤)；

10分钟  ..O；

1分钟   ..O；

从实验的数据中可以清晰地看到，诸如Zn的蒸发由于Ar的引入而受到抑止，从而有可能采用高的温度进行脱水。可以采用Karl Fischer分析装置对在350℃的Ar气气氛下加热的小球测量其水分含量。已经发现：水分含量起初时为200ppm，在热处理10分钟之后的可低至30ppm。随后，有可能通过诸如稀有气体的惰性气体下通过加热来去除水分。

也应该注意到，即使在金属卤化物灯的制造过程中，也可以通过加热已放置在放电容器中的金属卤化物的原材料的小球来去除在金属卤化物的原材料内部的水分。在这种情况下，许多蒸发了的成分沉积在放电容器中，因此，即使在稍微高的温度下也能抑止成分的变化。换句话说，可有效地将小球放置于放电容器中，随后被几KPa压力的Ar气所密封，并接着在300℃至400℃的温度下加热小球部分持续几分钟。

这就有可能通过上述讨论的处理来减小小球中的水分含量。在上述讨论的实施例中，Ar气作为惰性气体使用。但是，在本发明的放电容器中所密封的惰性气体并不限制于Ar气。在本发明中，可以在惰性气体的气氛中，特别是，稀有气体的气氛中进行有效的热处理。

图2是显示根据本发明第二实施例的金属卤化物灯结构的示意前视图。第二实施例针对如图1所示结构的金属卤化物灯1并作了改进，使之适用于安装在车辆的前灯装置中。图2所示的装置包括一个外部管11、一个金属盖12，以及一个绝缘管13。

外部管11可允许获得紫外光的阻断性能，并且如图1所示构成的金属卤化物灯1可安装在外部管11内。外部管11的两边缘固定在金属卤化物灯1的密封部分2b。但是，外部管11不是密封封闭的，并且允许与外部大气沟通。金属卤化物灯1的密封部分2b的一个部分与金属盖结合在一起。从另一密封部分2b延伸的外部引线5以并行于外部管11的方式来设置，将外部引线5端子引入到金属盖12中，从而与端点(未显示)相连接。正如图中所显示的，外部引线5的外圆周表面采用绝缘管13来覆盖。

从金属卤化物灯1发射出的光是以面对着绝缘管13方向的相反方向传播。采用陶瓷管来制成绝缘管13并将陶瓷管染黑都是有效的。在陶瓷管染黑的情况下，从金属卤化物灯1所发射的光就不会再从陶瓷管反射，从而就抑止了由于不规则的光反射而引起的闪耀。在金属卤化物灯1应用于车辆的前灯装置的情况下，这对抑止闪耀是特别有效的。陶瓷管的染黑可以采用，例如，金属氧化的涂覆和金属氧化薄膜的焙烧。同样，在外部管11的需要部分形成光屏蔽薄膜(未显示)也是有效的。

图3是显示根据本发明的一个实施例用于车辆的前灯装置结构的斜视示意图。正如图中所显示的，前灯装置包括：反射器14和前罩15。反射器14采用玻璃纤维模压制成不同结构的旋转抛物面的形状，并且图2所示结构的金属卤化物灯(未显示)可以在上部与背后的表面相分开。另一方面，采用模压透明的玻璃纤维的方法，将一个棱镜或一个透镜与前罩15集成制成，并且特殊结构的前罩15是密封安装在反射器14的前表面的开口部分。在特殊结构的车辆前灯装置中，光轴是以在金属卤化物灯中所包括的放电容器的纵向方向延伸的。

对业内的熟练人士来说，可以迅速地获得其它优点和改进。因此，本发明在其较宽的方面上并没有限制于本文所显示和所讨论的具体细节和描述的实施例。所以，可以在不脱离附加权利要求及其等效内容所定义的主要发明概念的精神或范围的条件下进行各种各样的改进。

Claims (19)

1.一种金属卤化物灯，其特征在于，包括：

一个放电容器(2)，包括一个放电空间(2a)和制成在放电空间的两边缘上的密封部分(2b)；

一对电极(3)，面对面地设置在放电空间内并固定在密封部分中；和，

一种放电介质，密封在放电容器中，并包括金属卤化物和稀有气体所制成的光发射材料(6)且无汞；

其中，在金属卤化物灯的熄灭阶段中，金属卤化物中所含有的水分含量不大于50ppm。

2.根据权利要求1所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物(6)包括至少锌的卤化物。

3.根据权利要求1所述金属卤化物灯，其特征在于，水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料密封在放电空间(2)中。

4.根据权利要求3所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物的原材料是经过真空热处理的原材料。

5.根据权利要求3所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物的原材料是在惰性气体下经过热处理的原材料。

6.根据权利要求1所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物(6)中的金属成分的含量比化学计量法的含量多1％至30％。

7.根据权利要求1所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物(6)包括第一金属卤化物和第二金属卤化物；其中，第一金属卤化物包括从钠、钪和稀土元素所构成的族中选出的至少一种金属的卤化物，而第二金属卤化物包括从下列金属元素所构成的族中所选出至少一种下列金属的卤化物，这些金属包括：锌、镁、铁、钴、铬、镍、锰、铝、锑、铍、铼、镓、钛、锆和铪。

8.根据权利要求7所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物(6)包括至少锌的卤化物。

9.根据权利要求7所述金属卤化物灯，其特征在于，水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料密封在放电空间中。

10.根据权利要求9所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物的原材料是经过真空热处理的原材料。

11.根据权利要求9所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物的原材料是在惰性气体下经过热处理的原材料。

12.根据权利要求7所述金属卤化物灯，其特征在于，所述金属卤化物中的金属成分的含量比化学计量法的含量大1％至30％。

13.一种适用于车辆的前灯装置，其特征在于，包括：

所述根据权利要求1至12中的任一项的金属卤化物灯(1)；和，

一种适用于车辆的前灯装置主体，它具有设置在其中的金属卤化物灯并且具有以金属卤化物灯中所包括的放电容器的纵向方向延伸的光轴。

14.一种制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，包括：

制备金属卤化物；

对金属卤化物进行真空热处理，从而获得具有水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料；

将金属卤化物的原材料密封在具有一对电极的放电容器中，从而获得金属卤化物灯；和，

点亮金属卤化物灯，随后熄灭金属卤化物灯，使得在熄灭阶段中的金属卤化物的原材料中所含有的水分含量设置在50ppm或低于50ppm。

15.根据权利要求14所述制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，所述真空热处理是在不高于1×10^-3Pa的真空气氛和温度在300℃和350℃之间的范围内进行的。

16.一种制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，包括：

制备金属卤化物；

在惰性气体气氛下对金属卤化物进行热处理，从而获得具有水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料；

将金属卤化物的原材料密封在具有一对电极的放电容器中，从而获得金属卤化物灯；和，

点亮金属卤化物灯，随后熄灭金属卤化物灯，使得在熄灭阶段中的金属卤化物的原材料中所含有的水分含量设置在50ppm或低于50ppm。

17.根据权利要求16所述制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，所述在惰性气体气氛下的热处理是在1Kpa或低于1Kpa的惰性气体气氛和温度在300℃和350℃之间的范围内进行的。

18.一种制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，包括：

制备金属卤化物；

将金属卤化物密封在具有一对电极的放电容器中，随后在惰性气体气氛下对金属卤化物进行热处理，从而获得具有水分含量不高于100ppm的金属卤化物的原材料，紧接着密封放电容器，从而获得金属卤化物灯；和，

点亮金属卤化物灯，随后熄灭金属卤化物灯，使得在熄灭阶段中的金属卤化物的原材料中所含有的水分含量设置在50ppm或低于50ppm。

19.根据权利要求18所述制造金属卤化物灯的方法，其特征在于，所述在惰性气体气氛下的热处理是在1Kpa或低于1Kpa的惰性气体气氛和温度在300℃和350℃之间的范围内进行的。