TWI728234B - 放電燈 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種放電燈，即使由低電力點亮，也能夠提高發光效率，抑制管電壓的上升，延長壽命，並照射出所期望的色彩的光。包括：發光部，內部具有封入有放電介質的放電空間，所述放電介質包含金屬鹵化物與惰性氣體，且實質上不包含水銀；以及一對電極，突出至所述放電空間的內部，且隔開規定距離地相向配置。所述金屬鹵化物包含鈧的鹵化物、鈉的鹵化物、銦的鹵化物及鋅的鹵化物。在將所述鈧的鹵化物的重量設為Ms，將所述鈉的鹵化物的重量設為Mn的情況下，0.8≦Mn/Ms≦1.3。所述銦的鹵化物相對於所述金屬鹵化物的重量比為0.3 wt%以上且為2.0 wt%以下。

Description

放電燈

本發明的實施方式是有關於一種放電燈。

已存在如下放電燈，其包括：發光部，內部具有封入有放電介質的放電空間；以及一對電極，突出至放電空間的內部，且隔開規定距離地相向配置。 以往，放電介質包含金屬鹵化物、惰性氣體及水銀。但是近年來，根據環境保護的觀點，放電介質中不包含水銀。

另外，根據省電化的要求，例如需要在穩定點亮時，由22 W（瓦）以上且為28 W（瓦）以下的電力點亮的放電燈。但是，若利用28 W（瓦）以下的電力使放電燈點亮，則與利用35 W（瓦）左右的電力使放電燈點亮的情況相比，發光部的溫度降低。因此，存在如下問題：由28 W（瓦）以下的電力點亮的放電燈與由35 W（瓦）左右的電力點亮的放電燈相比，發光效率降低。

在所述情況下，只要對金屬鹵化物的成分比進行調整，就能夠提高發光效率。例如，只要增加金屬鹵化物中所含的鈧的鹵化物的比率，就能夠提高發光效率。但是，若僅增加金屬鹵化物中所含的鈧的鹵化物的比率，則管電壓會升高，容易產生閃爍。 另外，根據金屬鹵化物的成分比，游離碘也有可能會增加而產生所謂的箔裂縫（foil leak），導致壽命縮短，或色彩未處於所期望的範圍內。 因此，希望開發出如下放電燈，此放電燈即使由低電力點亮，也能夠提高發光效率，抑制管電壓的上升，延長壽命，並照射出所期望的色彩的光。 [現有技術文獻]

[專利文獻] [專利文獻1] 日本專利特表2013-511117號公報

[發明所要解決的問題] 本發明所要解決的問題是提供如下放電燈，此放電燈即使由低電力點亮，也能夠提高發光效率，抑制管電壓的上升，延長壽命，並照射出所期望的色彩的光。 [解決問題的技術手段]

實施方式的放電燈在穩定點亮時，能夠由22 W（瓦）以上且為28 W（瓦）以下的電力點亮。放電燈包括：發光部，內部具有封入有放電介質的放電空間，所述放電介質包含金屬鹵化物與惰性氣體，且實質上不包含水銀；以及一對電極，突出至所述放電空間的內部，且隔開規定距離地相向配置。所述金屬鹵化物包含鈧的鹵化物、鈉的鹵化物、銦的鹵化物及鋅的鹵化物。在將所述鈧的鹵化物的重量設為Ms，將所述鈉的鹵化物的重量設為Mn的情況下，0.8≦Mn/Ms≦1.3。所述銦的鹵化物相對於所述金屬鹵化物的重量比為0.3 wt%以上且為2.0 wt%以下。

[發明的效果] 根據本發明的實施方式，能夠提供如下放電燈，此放電燈即使由低電力點亮，也能夠提高發光效率，抑制管電壓的上升，延長壽命，並照射出所期望的色彩的光。

以下，參照圖式來例示實施方式。 本發明實施方式中的放電燈例如能夠設為使用於汽車前照燈的高強度放電（High Intensity Discharge，HID）燈。另外，在放電燈是使用於汽車前照燈的HID燈的情況下，能夠設為進行所謂的水平點亮的放電燈。

本發明實施方式中的放電燈的用途並不限定於汽車前照燈，此處，作為一例，列舉放電燈為使用於汽車前照燈的HID燈的情況作為例子進行說明。

圖1是用以例示本實施方式的放電燈100的示意圖。 再者，在圖1中，在將放電燈100安裝於汽車的情況下，將成為前方的方向設為前端側，將成為後方的方向設為後端側，將成為上方的方向設為上端側，將成為下方的方向設為下端側。

如圖1所示，在放電燈100中設置有燃燒器（burner）101及燈座（socket）102。 在燃燒器101中設置有外管5、內管1、電極安裝架（mount）3、支撐線（support wire）35、套筒（sleeve）4及金屬帶71。

外管5與內管1同芯地設置於內管1的外側。即，燃燒器101具有由外管5與內管1形成的雙重管構造。外管5接合（焊接）於內管1的圓筒部14附近。 在內管1與外管5之間所形成的封閉空間中封入有氣體。封入的氣體能夠設為可進行電介質阻擋放電（dielectric barrier discharge）的氣體。封入的氣體例如能夠設為選自氖、氬、氙、氮的一種氣體、或這些氣體的混合氣體。氣體的封入壓力例如在常溫（25℃）下，能夠設為0.3 atm。再者，氣體的封入壓力在常溫（25℃）下，更較佳設為0.1 atm以下。

外管5較佳由如下材料形成，所述材料具有與內管1的材料的熱膨脹係數接近的熱膨脹係數，且具有紫外性阻隔性。外管5例如能夠由添加有鈦、鈰、鋁等的氧化物的石英玻璃形成。

內管1包括發光部11、密封部12、邊界部13及圓筒部14。發光部11、密封部12、邊界部13及圓筒部14能夠形成為一體。 內管1（發光部11、密封部12、邊界部13及圓筒部14）由具有透光性與耐熱性的材料形成。內管1例如能夠由石英玻璃等形成。

發光部11具有大致橢圓體狀的外形形狀。發光部11設置於內管1的中央附近。內管1的軸方向上的發光部11的尺寸（球體長度）例如能夠設為8 mm左右。與內管1的軸方向正交的方向上的發光部11的尺寸例如能夠設為6 mm左右。

發光部11的內部設置有放電空間111。放電空間111的中央部分呈大致圓柱狀。放電空間111的兩端部分呈大致圓錐狀。

放電空間111中封入有放電介質。放電介質包含金屬鹵化物2與惰性氣體。

另外，在本實施方式的放電燈100中，根據環境保護的觀點，放電介質實質上不包含水銀。再者，在本說明書中，「實質上不包含水銀」不僅允許完全不包含水銀的情況，還允許以雜質程度包含水銀的情況。例如，在放電空間111中，只要不足2 mg/cc，則放電介質能夠包含水銀。

金屬鹵化物2例如能夠包含鈧（Sc）的鹵化物、銦（In）的鹵化物、鈉（Na）的鹵化物、鋅（Zn）的鹵化物。例如能夠例示碘（I）作為鹵素。但是，也能夠使用溴（Br）或氯（Cl）等來代替碘。 再者，與金屬鹵化物2的組成相關的詳情將後述。

封入至放電空間111的惰性氣體例如能夠設為氙。另外，除了氙之外，還能夠使用氖、氬、氪等，或使用將這些氣體加以組合而成的混合氣體。 但是，惰性氣體更較佳設為氙。

密封部12呈板狀，且分別接合於發光部11的兩端部。例如能夠使用壓緊密封（pinch seal）法來形成密封部12。再者，密封部12也可以是藉由收縮密封（shrink seal）法形成且呈圓柱狀的密封部。圓筒部14經由邊界部13而接合於一個密封部12。

邊界部13及圓筒部14接合於密封部12的處於發光部11側的相反側的端部。

電極安裝架3設置於密封部12的內部。 電極安裝架3包括金屬箔31、電極32、線圈（coil）33及引線34。

金屬箔31設置於密封部12的內部。金屬箔31接合於電極32的處於放電空間111側的相反側的端部的附近。 金屬箔31呈薄板狀，且例如能夠由鉬、鉬錸合金、鎢、鎢錸合金等形成。

電極32呈線狀。電極32的剖面形狀例如能夠設為圓形。電極32的粗細度（在剖面形狀為圓形的情況下，所述粗細度為直徑）例如能夠設為0.2 mm以上且為0.4 mm以下。

再者，電極32的粗細度也可以在電極32的延伸方向上不固定。例如，電極32的粗細度也可以是尖端部側比基端部側更粗。另外，電極32的尖端部也可以呈球形。另外，也可以像直流點亮類型那樣，一個電極的粗細度與另一個電極的粗細度不同。

電極32的一個端部突出至放電空間111內。即，電極32的一端設置於放電空間111的內部，另一端設置於密封部12的內部。一對電極32是以隔開規定距離而彼此相向的方式設置。一對電極32的尖端彼此之間的距離（電極間距離）例如能夠設為3.4 mm以上且為4.4 mm以下。電極32的另一個端部接合於金屬箔31的處於發光部11側的端部附近。例如能夠藉由激光焊接來接合電極32與金屬箔31。

電極32例如能夠由純鎢、摻雜鎢、鎢錸合金等形成。再者，電極32可以含有釷，也可以不含有釷。

設置線圈33，以抑制密封部12產生裂痕（crack）。 線圈33例如能夠由包含摻雜鎢的金屬線形成。線圈33設置於密封部12的內部。線圈33捲繞於電極32的外側。例如，線圈33的線徑能夠設為30 μm～100 μm左右，線圈節距（coil pitch）能夠設為600%以下。

引線34呈線狀。引線34的剖面形狀例如能夠設為圓形。引線34例如能夠由鉬等形成。引線34的一個端部側接合於金屬箔31的處於發光部11側的相反側的端部附近。能夠藉由激光焊接來接合引線34與金屬箔31。引線34的另一個端部側延伸至內管1的外部為止。

支撐線35呈L字狀，且接合於從放電燈100的前端側伸出的引線34的端部。能夠藉由激光焊接來接合支撐線35與引線34。支撐線35例如能夠由鎳形成。

套筒4覆蓋支撐線35的與內管1平行地延伸的部分。套筒4例如呈圓筒狀。套筒4例如能夠由陶瓷（ceramics）形成。

金屬帶71固定於外管5的後端側的端部附近。

燈座102包括主體部61、安裝配件72、底部端子81及側部端子82。 主體部61由樹脂等絕緣性材料形成。主體部61的內部設置有引線34的後端側、支撐線35的後端側及套筒4的後端側。

安裝配件72設置於主體部61的端部。安裝配件72設置於主體部61的前端側。安裝配件72從主體部61突出。安裝配件72保持著金屬帶71。藉由安裝配件72來保持金屬帶71，藉此，將燃燒器101保持於燈座102。

底部端子81設置於主體部61的內部。底部端子81設置於主體部61的後端側。底部端子81由導電性材料形成。底部端子81與引線34電連接。

側部端子82設置於主體部61的側壁。側部端子82設置於主體部61的後端側。側部端子82由導電性材料形成。側部端子82與支撐線35電連接。

底部端子81及側部端子82與未圖示的點亮電路電連接。在此情況下，底部端子81與點亮電路的高壓側電連接。側部端子82與點亮電路的低壓側電連接。

在放電燈100使用於汽車前照燈的情況下，放電燈100是以中心軸（管軸）處於大致水平的狀態，且支撐線35位於大致下端側（下方）的方式被安裝。再者，使沿著此種方向被安裝的放電燈100點亮，這被稱為水平點亮。

此處，根據近年來的省電化的要求，需要能夠由更低的電力點亮的放電燈。例如，需要如下放電燈，此放電燈在穩定點亮時，能夠由22 W（瓦）以上且為28 W（瓦）以下的電力點亮。 利用如上所述的低電力使放電燈點亮後，與利用35 W（瓦）左右的電力使放電燈點亮的情況相比，發光部11的溫度降低。若發光部11的溫度降低，則存在亮度因發光效率降低而變暗的問題。

在所述情況下，只要增加金屬鹵化物2中所含的鈧的鹵化物的比率，就能夠提高發光效率。但是，若僅增加鈧的鹵化物的比率，則管電壓會升高，容易產生閃爍。

本發明人進行研究後，結果發現：只要使鈉的鹵化物的重量Mn（μg）相對於鈧的鹵化物的重量Ms（μg）之比（Mn/Ms）處於規定範圍內，則即使放電燈100由低電力點亮，也能夠提高發光效率並抑制管電壓的上升。 表1是用以例示鈉的鹵化物的重量Mn相對於鈧的鹵化物的重量Ms之比（Mn/Ms）與發光效率及管電壓之間的關係的表。

[表1]

再者，在發光效率的評價中，將80 lm/W（流明/瓦）以上評價為「○」，將不足80 lm/ W（流明/瓦）評價為「×」。 在管電壓的評價中，將啟動時的管電壓為48 V以下的情況評價為「○」，將超過48 V的情況評價為「×」。 穩定點亮時的施加電壓設為25 W（瓦）左右，啟動時的施加電壓設為55 W（瓦）左右。 另外，作為一例，鈧的鹵化物設為碘化鈧（ScI₃ ），鈉的鹵化物設為碘化鈉（NaI）。 在所述情況下，金屬鹵化物2包含碘化鈧、碘化鈉、碘化銦及碘化鋅。 另外，金屬鹵化物2的重量設為400 μg。 發光部11的材料設為石英玻璃。 放電空間111的容積設為22 μL。 封入至放電空間111的惰性氣體設為氙，封入壓力設為12 atm。 電極32的直徑設為0.28 mm。

根據表1可知：只要設為0.8≦Mn/Ms≦1.3，則即使放電燈100在穩定點亮時，由22 W（瓦）以上且為28 W（瓦）以下的電力點亮，也能夠提高發光效率並抑制管電壓的上升。

此處，碘化鈉的價數為1價，但碘化鈧的價數為3價。因此，若增加碘化鈧的比率，則游離碘容易增加。若游離碘增加，則碘容易與金屬箔31的材料發生反應，從而容易產生與金屬箔31的腐蝕相伴的裂縫（箔裂縫）。若容易產生箔裂縫，則放電燈100的壽命有可能會縮短。 即，若Mn/Ms變小，則放電燈100的壽命有可能會縮短。

本發明人進行研究後，結果發現：只要增加金屬鹵化物2中所含的銦的鹵化物的比率，就能夠抑制游離碘的增加。 能夠以如下方式對所述發現進行說明。 銦的鹵化物的價數為1價～3價。因此，銦會變為游離碘的吸附體（getter），所以只要增加銦的鹵化物的比率，就能夠抑制游離碘的增加。 即，只要增加銦的鹵化物的比率，就能夠抑制箔裂縫的產生，進而能夠延長放電燈100的壽命。

但是，根據本發明人獲得的發現，已明確只要增加銦的鹵化物的比率，則CIE1931xy色度圖中的色度x及色度y會一起降低。在此情況下，也已明確色度y的降低程度比色度x的降低程度更大。 特別是在放電燈100啟動時，因為發光部11的溫度低，所以熔點低的銦會先蒸發，由銦產生的發出光處於支配地位。若由銦產生的發出光處於支配地位，則色度y會進一步降低，從而從放電燈100照射出泛紅的光。 即，只要增加銦的鹵化物的比率，壽命就會延長，但有可能難以照射出所期望的色彩的光。

根據放電燈100的用途，即使在啟動時，從放電燈100照射出泛紅的光，也無問題。但是，例如在放電燈100是使用於汽車前照燈的HID燈的情況下，較佳為在啟動時及穩定點亮時，從放電燈100照射出白色的光。

本發明人進一步進行研究後，結果發現：只要使銦的鹵化物的比率處於規定的範圍內，就能夠延長壽命並照射出所期望的色彩的光（例如白色的光）。

表2是用以例示銦的鹵化物相對於金屬鹵化物2的重量比與壽命及啟動時的光的色彩之間的關係的表。 [表2]

再者，在壽命的評價中，將3000小時以上未產生箔裂縫的情況評價為「○」，將3500小時以上未產生箔裂縫的情況評價為「◎」。 另外，關於啟動時的光的色彩，將y的最小值為0.28以上的情況評價為「○」，將y的最小值為0.29以上的情況評價為「◎」。此處，y的最小值是在從啟動時到穩定時為止的期間，光的色彩隨著時間發生變化時的最低的y的值。 再者，已確認若啟動時的y的最小值為0.28以上，則穩定點亮時的光的色彩為0.355＜x＜0.400、0.640x＋0.130≦y≦0.64x＋0.150。 再者，x是CIE1931xy色度圖中的色度x，y是色度y。 另外，作為一例，銦的鹵化物設為碘化銦（InI）。 其他評價條件與表1的情況相同。

根據表2可知：只要將銦的鹵化物的重量比設為0.3 wt%以上且為2.0 wt%以下，則即使在啟動時，也能夠照射出白色的光。 另外，只要將銦的鹵化物的重量比設為0.5 wt%以上且為1.5 wt%以下，則即使在啟動時，也會更容易地照射出白色的光。

如以上的說明所述，只要設為0.8≦Mn/Ms≦1.3，且將銦的鹵化物相對於金屬鹵化物2的重量比設為0.3 wt%以上且為2.0 wt%以下，則即使放電燈100由低電力點亮，也能夠提高發光效率，抑制管電壓的上升，延長壽命，並照射出所期望的色彩的光（例如白色的光）。 此外，只要將銦的鹵化物相對於金屬鹵化物2的重量比設為0.5 wt%以上且為1.5 wt%以下，就會更容易地照射出所期望的色彩的光（例如白色的光）。

以上，對本發明的若干實施方式進行了例示，但這些實施方式是作為例子而提示的實施方式，並不意圖對發明的範圍進行限定。這些新穎的實施方式可以其他各種方式實施，能夠在不脫離發明宗旨的範圍內，進行各種省略、替換、變更等。這些實施方式或其變形例包含於本發明的範圍或宗旨，並且包含於申請專利範圍所記載的發明及其均等的範圍。另外，所述各實施方式能夠相互組合地實施。

1‧‧‧內管2‧‧‧金屬鹵化物3‧‧‧電極安裝架4‧‧‧套筒5‧‧‧外管11‧‧‧發光部12‧‧‧密封部13‧‧‧邊界部14‧‧‧圓筒部31‧‧‧金屬箔32‧‧‧電極33‧‧‧線圈34‧‧‧引線35‧‧‧支撐線61‧‧‧主體部71‧‧‧金屬帶72‧‧‧安裝配件81‧‧‧底部端子82‧‧‧側部端子100‧‧‧放電燈101‧‧‧燃燒器102‧‧‧燈座111‧‧‧放電空間

圖1是用以例示本實施方式的放電燈的示意圖。

1‧‧‧內管

2‧‧‧金屬鹵化物

3‧‧‧電極安裝架

4‧‧‧套筒

5‧‧‧外管

11‧‧‧發光部

12‧‧‧密封部

13‧‧‧邊界部

14‧‧‧圓筒部

31‧‧‧金屬箔

32‧‧‧電極

33‧‧‧線圈

34‧‧‧引線

35‧‧‧支撐線

61‧‧‧主體部

71‧‧‧金屬帶

72‧‧‧安裝配件

81‧‧‧底部端子

82‧‧‧側部端子

100‧‧‧放電燈

101‧‧‧燃燒器

102‧‧‧燈座

111‧‧‧放電空間

Claims (4)

1. 一種放電燈，其特徵在於，在穩定點亮時，能夠由22瓦以上且為28瓦以下的電力點亮，所述放電燈包括：發光部，內部具有封入有放電介質的放電空間，所述放電介質包含金屬鹵化物與惰性氣體，且實質上不包含水銀；以及一對電極，突出至所述放電空間的內部，且隔開規定距離地相向配置，所述電極的直徑為0.2mm以上且為0.4mm以下，所述一對電極的尖端彼此之間的距離為3.4mm以上且為4.4mm以下，所述金屬鹵化物包含鈧的鹵化物、鈉的鹵化物、銦的鹵化物及鋅的鹵化物，在將所述鈧的鹵化物的重量設為Ms，將所述鈉的鹵化物的重量設為Mn的情況下，0.8≦Mn/Ms≦1.3，所述銦的鹵化物相對於所述金屬鹵化物的重量比為0.3wt%以上且為2.0wt%以下，所述放電燈啟動時的管電壓為48V以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的放電燈，其中，所述銦的鹵化物相對於所述金屬鹵化物的重量比為0.5wt%以上且為1.5wt%以下。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的放電燈，其中，在穩定點亮時，能夠照射出滿足以下式子的色度的光，0.355<x<0.400、0.640x+0.130≦y≦0.64x+0.150 其中，x是CIE1931xy色度圖中的色度x，y是色度y。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的放電燈，其中，在啟動時，能夠照射出滿足以下式子的色度的光，y≧0.28其中，y是CIE1931xy色度圖中的色度y。

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