CN101263577B - 具有改进灯性能的灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无汞高压放电灯，具有石英外壳和卤化物填充物，其中该灯包括至少一个电极，该电极包括钨和≥0wt％同时≤0.5wt％的钍，藉此该灯包括至少一个含钼引入导线和/或薄片，其中该含钼引入导线和/或薄片包括TiO₂，并根据欧盟汽车制造商循环试验具有≥2500小时同时≤7500小时的特征寿命。

Description

具有改进灯性能的灯

本发明涉及一种灯，在灯工作期间具有改进的灯性能。

当前，用于光学应用例如投射或车头灯的HID灯一般为由石英外壳构成，其填充有惰性气体和汞并经常填充有卤化物填充物。

在当前的灯中，特别是HID灯，愈加需要这些灯包含尽可能少的汞；优选地，这些灯不含有汞。然而，当在现有技术中使用无汞或基本上无汞的灯时，存在这样的危险，即由于缺少汞，灯的性能和特征退化。这对于灯的寿命和灯的长时间性能特别明显。

已有具有适当长时间性能的无汞高压放电灯，其具有陶瓷(多晶氧化铝)外壳，例如高压钠灯。相对于使用石英外壳制造的灯来讲，这类灯的缺陷在于目前可获得的多晶氧化铝陶瓷的光散射特性。因此，这些灯在光学应用，例如投射或车头灯上，具有不利之处。

还存在具有适当长时间性能的无汞高压放电灯，其具有石英外壳和纯氙填充物。相对于使用金属卤化物填充物制造的灯来讲，这类灯的缺点在于它们的效率差，即意味着相对于电输入功率来讲光输出低，其与现代金属卤化物放电灯相比低至少两倍。

因此，一个目的在于提供一种具有改进灯性能的灯，尤其涉及灯寿命和长时间性能。

这个目的是通过具有石英外壳和卤化物填充物的无汞高压放电灯来实现的，其中该灯包括至少一个电极，该电极包括钨和≥0wt％且≤0.5wt％的钍，藉此所述灯包括至少一个含钼引入导线和/或薄片，由此该含钼引入导线和/或薄片包括TIO₂，并根据欧盟汽车制造商的循环试验(EU-Carmaker cycle test)具有大于2500小时但小于7500小时的特征寿命。

在本发明的意义上，特别的，特征寿命是这样的时间，经过特征寿命之后灯的63.2％已失效。优选的，该寿命使用威布尔图确定。

本发明意义上的无汞意味着该灯的填充物包含≥0mg但≤0.5mg，优选地≤0.3mg并最优选地≤0.1mg的汞。

本发明意义上的卤化物填充物特别指灯的填充物包括至少一种成分，所述至少一种成分包含选自氟、氯、溴、碘的一种或多种成分。优选的，该填充物包含碘。

本发明意义上的石英外壳特别指：

石英外壳由≥95wt％但≤100wt％的SiO₂组成，和/或

该石英外壳形成用于灯填充物(特别是气体填充物和/或盐填充物)的真空密封室，和/或该石英外壳和这种灯泡填充物(特别是气体填充物和/或盐填充物)直接接触，和/或

该石英外壳特别包含该引入导线和/或薄片作为下面描述的电接触。

本发明人已经发现通过提供上面描述的无汞高压放电灯，根据欧盟汽车制造商的循环试验该无汞高压放电灯具有≥2500小时同时≤7500小时的平均寿命，满足了对于灯的现代应用的要求。优选的，该灯的特征寿命≥3000小时，更优选地≥3500小时，最优选地≥4000小时，但≤7500小时。

根据本发明的优选实施例，该灯包括至少一个包含钨的电极。优选地，该灯的电极为钨基电极并包括≥70wt％但≤100wt％的钨。

根据本发明的优选实施例，该灯包括至少一个包含钼的引入导线和/或薄片。包含钼的引入导线和/或薄片例如可以从EP1156505和/或EP275580中获知。

根据本发明的优选实施例，该灯包括至少一个包含≥0wt％同时≤0.5wt％钍的电极。通过采用至少一个电极，优选地为两个电极，其中该电极仅包括低钍含量，可以在不恶化其他灯特性的情况下，取得灯寿命的进一步改进。优选地，该灯包括至少一个电极，该电极包括≥0wt％同时≤0.3wt％，更优选的≤0.2wt％以及最优选的≤0.1wt％的钍。然而，基于电极杆(electrode rod)的总重量，该电极可包括≥0.0001wt％、≥0.0005wt％、≥0.001wt％、≥0.005wt％、≥0.01wt％、≥0.02wt％、≥0.04wt％、≥0.06wt％、≥0.08wt％的钍。

该电极可被分成两部分：一部分嵌入到该石英外壳中称为轴，另一部分朝向该石英外壳称为电极头。

该电极杆形式的电极轴(electrode shaft)具有50μm-1000μm，优选地为100μm-500μm，更优选地为200μm-400μm，最优选的为200μm-350μm的电极轴直径。

电极杆到电极被灯头的内放电灯泡接合或夹住位置的长度可以为100μm-10000μm，优选地为1000μm-5000μm，且最优选地为1500μm-3500μm，其中该灯头的内放电灯泡称为电极头。

该电极头可以有不同的几何形状，具有最大直径为3000μm，更优选地为100μm-1000μm，最优选地为200μm-450μm。

两个相对的电极顶端之间的距离至少为0.5mm到约15.0mm，优选地为1.0mm-5.0mm，并且更优选地为3.0mm-4.5mm。

该高压放电灯最优选地为高压无汞放电灯，所述惰性启动气体优选地为氙。

根据本发明的优选实施例，灯泡的填充物包括至少下面成分中的一种：Na、Sc、Xe、Zn、In、I。例如这一点可以通过使用包含NaI和/或ScI₃和/或ZnI₂和/或InI和/或Xe的填充物实现。

优选地，对于下述成分该灯每放电容器体积包括下述量(＝灯内的浓度)：

Na：0.1μg/mm³≤Na≤50μg/mm³，更优选地为0.5μg/mm³≤Na≤5μg/mm³，和/或

Sc：0.1μg/mm³≤Sc≤50μg/mm³，更优选地为0.2μg/mm³≤Sc≤3μg/mm³，和/或

Th：0μg/mm³≤Th≤1μg/mm³，更优选地为0μg/mm³≤Th≤0.5μg/mm³，最优选地为0μg/mm³≤Th≤0.2μg/mm³和/或

I：1μg/mm³＜I＜150μg/mm³，更优选地为5μg/mm³＜I＜50μg/mm³.

这已经证明为是用于根据本发明灯的填充物的钠、钪、钍、和/或碘的最佳浓度边界。

优选地，填充所述灯是在惰性气体氩的气氛、在清洁条件下完成的。

根据本发明的优选实施例，含钼的导线和/或薄片包括TiO₂或覆盖有TiO₂。优选地，含钼的导线和/或薄片包括≥300ppmTiO₂同时≤2000ppmTiO₂，更优选地≥500ppmTiO₂同时≤1500ppmTiO₂。此外含钼的导线和/或薄片能够提高灯寿命和性能特征。然而，含钼的导线和/或薄片可包括≥350ppmTiO₂同时≤1750ppmTiO₂，更优选地≥400ppmTiO₂同时≤750ppmTiO₂。通过这样，能进一步改善灯特征。

特别优选地，如果含钼薄片包括TiO₂，则如上所述，该灯填充物和/或该灯的电极仅有低的Th含量。这是由于这样的原因，即填充物中的钍化合物例如ThO₂趋向于和填充物中的碘反应生成ThI₄。然而，这个ThI₄在从灯的内腔扩散至含钼的引入导线或薄片之后，易于根据下面的反应式和其中的TiO₂反应：

TiO₂+ThI₄＝＞ThO₂+TiI₄

这导致含钼薄片的退化并导致降级，甚至有时导致灯故障。

根据本发明的优选实施例，该灯包括至少一个电极，该电极包括附加金属，例如：

≥0wt％同时≤0.5wt％钍，和/或

≥0ppm同时≤1000ppm钾，优选地≥1ppm同时≤500ppm钾，进一步优选地≥10ppm同时≤250ppm钾，更优选地≥25ppm同时≤150ppm钾，及更优选地≥50ppm同时≤100ppm钾，和/或

≥0ppm同时≤200ppm铝，优选地≥1ppm同时≤100ppm铝，进一步优选地≥5ppm同时≤70ppm铝，更优选地≥10ppm同时≤50ppm铝，及最优选地≥15ppm同时≤30ppm铝，和/或

≥0ppm同时≤500ppm硅，优选地≥1ppm同时≤300ppm硅，进一步优选地≥10ppm同时≤200ppm硅，更优选地≥25ppm同时≤150ppm硅，及最优选地≥50ppm同时≤100ppm硅，和/或

≥0ppm同时≤5ppm铬，优选地≥0.05ppm同时≤4ppm铬，进一步优选地≥0.1ppm同时≤3ppm铬，更优选地≥0.5ppm同时≤3ppm铬，及最优选地≥1ppm同时≤2ppm铬，和/或

≥0ppm同时≤30ppm铁，优选地≥1ppm同时≤25ppm铁，进一步优选地≥5ppm同时≤20ppm铁，及最优选地≥10ppm同时≤15ppm铁，和/或

≥0ppm同时≤10ppm镍，优选地≥0.1ppm同时≤8ppm镍，进一步优选地≥0.5ppm同时≤5ppm镍，及最优选地≥1ppm同时≤4ppm镍，和/或

≥0ppm同时≤5ppm铜，优选地≥0.01ppm同时≤4ppm铜，进一步优选地≥0.05ppm同时≤3ppm铜，更优选地≥0.1ppm同时≤2ppm铜，及最优选地≥0.5ppm同时≤1ppm铜，和/或

≥0ppm同时≤500ppm钼，优选地≥1ppm同时≤300ppm钼，进一步优选地≥5ppm同时≤200ppm钼，更优选地≥10ppm同时≤100ppm钼，及最优选地≥20ppm同时≤50ppm钼。

上面提到的电极附加金属和含钼引入导线和/或薄片结合，由此该含钼导线和/或薄片包括TiO₂，根据本发明明显增加了灯寿命。

然而，可能该电极包括≤80ppm钾和/或≤15ppm铝和/或≤50ppm硅和/或≤1ppm铬和/或≤11ppm铁和/或≤3ppm镍和/或≤1ppm铜和/或≤28ppm钼。

根据本发明的灯的放电容器能够具有各种空心形状，例如基本上为圆柱的形状，由此

该放电容器的内径为最多20mm，优选地为1mm-10mm，进一步优选地为最多5mm，更优选地为2-4mm；

该放电容器的外径为最多30mm，优选地为1mm-20mm，进一步优选地为最多10mm，更优选地为3mm-8mm，及最优选地为5.0mm-7.0mm；和/或

该放电容器的长度为最多30mm，优选地为1mm-20mm，进一步优选地为最多15mm，更优选地为5mm-10mm，及最优选地为7mm-9mm

根据本发明的优选实施例，该灯的内部冷压为≥0.5×10⁵pa同时≤30×10⁵pa，优选地为≥5×10⁵pa同时≤15×10⁵pa。

根据本发明的灯被设计用于不同的系统和/或应用，它们为：商铺照明、家居照明、车头灯或其他汽车照明、重点照明、局部照明、剧场照明、消费者TV应用产品、光纤应用和投射系统。

该前述部件与要求保护的部件和根据本发明在所描述的实施方案中将使用的部件，对于它们的大小、形状、材料选择和技术含义没有任何特别的限制，使得能够没有限制地应用相关领域中已知的选择标准。

在从属权利要求和后面关于各图和实施例的描述中揭示了附加细节、特征和本发明的有益之处，其中该实施例以示例方式表示两例根据本发明的HID灯。

图1表示根据本发明的HID灯的第一实施例的威布尔图；及

图2表示根据本发明的HID灯的第二实施例的威布尔图。

实施例1：

根据本发明的HID灯的六个例子用于寿命测量，该HID灯中每个具有下面的组成和结构：

电极：

电极直径＝300μm，杆状，包括：

80ppm钾和

15ppm铝和

≤50ppm硅和

≤1ppm铬和

≤11ppm铁和

≤3ppm镍和

≤1ppm铜和

≤28ppm钼。

钼薄片：

涂覆TiO₂的钼薄片，包括：

1400ppm TiO₂

盐填充物

NaI、ScI₃、InI、ZnI₂、ThI₄，包括：

NaI：250μg

ScI₃：89μg

InI：2.5μg

ZnI₂：17μg

ThI₄：10μg

放电容器

内径：2.7mm

外径：6.1mm

容器长度：7.4mm

圆柱形状

内冷压力

10×10⁵pa

该灯泡的填充是在惰性气体氩气中、在清洁条件下完成。该HID灯的生产如专利WO 96/34405中所描述。该HID灯覆盖一个外灯泡，如专利EP00570068B1中的权利要求4、6所述。

从这些例子，使用图1中所示的威布尔图测量特征寿命为Tc＝4200小时。

实施例2

根据本发明的HID灯的六个例子用于寿命测量，该HID灯中的每个具有下面的组成和结构：

电极：

电极直径＝300μm，杆状，包括：

80ppm钾和

15ppm铝和

≤50ppm硅和

1ppm铬和

11ppm铁和

3ppm镍和

≤1ppm铜和

≤28ppm钼。

钼薄片：

涂覆TiO₂的钼薄片，包括：

1400ppm TiO₂

盐填充物

NaI、ScI₃、InI、ZnI₂、ThI₄，包括：

NaI：185μg

ScI₃：57μg

InI：2.5μg

ZnI₂：17μg

放电容器

内径：2.7mm

外径：6.1mm

容器长度：7.4mm

圆柱形状

内冷压力

10×10⁵pa

该灯泡的填充是在惰性气体氩气中、在清洁条件下完成。

从这些例子，使用图2中所示的威布尔图测量特征寿命为Tc＝3950小时。

测量方法：

该灯的寿命根据欧盟汽车制造商循环试验来测量。

该欧盟汽车制造商循环试验在官方形式的InternationalEletrotechnical Commission IEC 60810 Ed3“Lamps for roadvehicles-performance requirements”Appendix D.4中已描述。

该特征寿命是这样的时间，在特征寿命之后灯的63.2％已失效。优选的，该特征寿命使用威布尔图(如实施例中所示)确定。

Claims (8)

1.一种无汞高压放电灯，具有石英外壳和卤化物填充物，其中该灯包括至少一个电极，该电极包括钨和≥0wt％同时≤0.5wt％的钍，藉此该灯包括至少一个含钼引入导线和/或薄片，藉此该含钼引入导线和/或薄片包括TiO₂，并根据欧盟汽车制造商循环试验具有≥2500小时同时≤7500小时的特征寿命，其中含钼的导线和/或薄片包括≥300ppmTiO₂同时≤2000ppmTiO₂。

2.根据权利要求1所述的灯，其中该电极包括电极轴，并且形式为电极杆的该电极轴具有50μm-1000μm的电极杆直径。

3.根据权利要求1或2所述的灯，其中两个相对的电极顶端之间的距离为0.5mm到15.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的灯，其中所述灯的填充物包括下面成分中的至少一种：Na、Sc、Xe、Zn、In、I。

5.根据权利要求1或2所述的灯，其中该灯包括至少一个电极，该电极包括：

≥0ppm同时≤1000ppm钾，和/或

≥0ppm同时≤200ppm铝，和/或

≥0ppm同时≤500ppm硅，和/或

≥0ppm同时≤5ppm铬，和/或

≥0ppm同时≤30ppm铁，和/或

≥0ppm同时≤10ppm镍，和/或

≥0ppm同时≤5ppm铜，和/或

≥0ppm同时≤500ppm钼。

6.根据权利要求1或2所述的灯，其中该灯的内部冷压为≥0.5×10⁵pa同时≤20×10⁵pa。

7.根据权利要求1或2所述的灯，其中灯内部的钠浓度为0.1μg/mm³＜Na＜50μg/mm³，和/或灯内部的钪浓度为0.1μg/mm³＜Sc＜50μg/mm³，和/或灯内部的钍浓度为0μg/mm³＜Th＜1μg/mm³，或灯内部的碘浓度为1μg/mm³＜I＜150μg/mm³。

8.一种包括根据权利要求1或2所述灯的系统，该系统被指定用于下面应用中的一种：

商铺照明，

家居照明，

车头灯，

其他汽车照明，

重点照明，

局部照明，

剧场照明，

消费者TV应用产品，

光纤应用，和

投射系统。

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