放電燈及其外部燈泡的製作方法
2023-05-24 18:47:21
專利名稱：放電燈及其外部燈泡的製作方法
技術領域：
本發明涉及了一個放電燈和用於放電燈的外部燈泡。
在這樣的放電燈的放電管周圍進一步帶有一個玻璃罩的原理是已知的。例如，在用於汽車前燈的放電燈的情況下，實際的放電燈通常為橢圓形，經常由一個外部燈泡包圍，如一個圓柱形玻璃管。玻璃管的內壁通常很窄，其結果是在一些部位它到放電燈的距離非常小(例如0.2到1毫米)。在一些部位甚至可能發生放電燈和外部燈泡相互接觸的情況。外部燈泡通常永久性的連接到放電管的保持元件上。在外部燈泡內部是一個氣體空間，其內部通常注入空氣。
環繞放電管的罩(外部燈泡)的功能一方面包括減輕放電管的熱負載。在運行中，放電管達到高溫。由於在外部燈泡的內部形成了一個高溫區域，放電管區域的溫差不像沒有罩時那樣大。外部燈泡的另一功能通常是過濾來自放電燈光的紫外線輻射。為此目的，根據已知原理，將罩的玻璃材料摻雜各種不同的材料以提高吸收紫外線的能力。
US-A-5541471描述了一個適合於汽車燈的放電燈，其中構成包圍放電管的罩的石英玻璃摻雜了元素鈰、鈦、銪和鋁，從而對可見光提供了很好的滲透性，而吸收紫外線。這種情況下玻璃燈泡形式的罩圍繞著放電管。
同樣，EP-A-5582701描述了帶有石英玻璃罩的燈。高純度的石英砂摻雜了二氧化鈦和二氧化鈰，以更好地吸收紫外線。所用的石英砂包含許多不同的元素雜質，其中鹼性金屬鉀和鋰為0.5ppm，鈉為0.6ppm。
為了影響處理性能給罩的玻璃摻雜質的原理是已知的。EP-A-0601391描述了一種摻雜質的石英玻璃，它用來作為燈的罩體。除了高純度的二氧化矽之外，石英玻璃還特別包含土壤鹼金屬氧化物和氧化硼，以降低玻璃的粘性。由於鹼金屬氧化物在高溫下有蒸發的傾向，建議僅少量加入它們，最好完全不用它們。
在運行放電燈的過程中產生的問題是，燈的性能在其使用壽命期間不恆定。隨著運行的增加，燈發出的光的量逐步減少。同樣也能觀察到顏色的偏移。
EP-A-0583122公開了一種帶有外部玻璃燈泡和放電管的氣體放電燈。就燈在其使用壽命期間，其性能的改變，尤其是顏色的偏移，提到的一個原因是鈉在放電管內氣體中的擴散。為了抵消這個離子擴散引起的問題，在玻璃放電管內側塗上了一層金屬矽酸鹽層。
US-A-5631522描述了一種帶有放電管的氣體放電燈。為了避免鈉在放電管中的擴散，它建議了一種用於放電管玻璃的特別的合成物，稱為高純度石英玻璃或合成矽氧化物，兩種情況下都摻雜有20到1000ppm的釔或銫，最好混合有鋁的氧化物。它表明放電管玻璃中鹼性金屬的存在促成擴散。
在權利要求1所主張的放電燈和權利要求5所主張的用於放電燈的外部燈泡中該目的得到了實現。從屬權利要求涉及了本發明的有利的具體實施方式
。
令人驚奇的是，已經得知在長時間運行過程中，比如兩千個小時的燃燒過程中，其性能的改變受到適當選擇的放電管罩材料的決定性影響。這特別令人驚奇是因為罩，在下文中也稱為外部燈泡，並不與實際的放電有任何直接接觸。因此本發明的一個優點是不需要對實際放電管作精心處理，如採用阻擋層。對放電管的優化可根據常規需要進行，而不需要單獨考慮鈉離子擴散的問題。優先選擇的是，將罩布置在與放電管間隔一定距離的位置，在罩和放電管之間保留一個空間。該空間可以是封閉的，並且最好注入空氣。
根據本發明，罩的玻璃材料上摻雜了少量鈉。假定在運行過程中將發生下列反應與實際放電管相似，特別是在外部燈泡很接近的情況下，罩將變得非常熱。這種情況下，罩內溫度可能上升到650℃以上。這種情形下從罩的材料上會發生鈉的擴散，其結果是，鈉擴散到位於放電管和罩之間的空間中。這種鈉離子的濃度阻礙鈉離子從放電管的擴散。
根據本發明，鈉在罩的玻璃材料中的重量比濃度應該至少為10ppm。鈉的含量的上限由玻璃所需的性能，特別是其可加工性和溫度穩定性來決定。對於外部燈泡溫度升高到650℃以上(是由於放電管的高溫和小間距造成)的燈，鈉的含量最好低於2000到3000ppm。特別好的濃度至少為30ppm。
根據本發明的一個進一步的實施方式中，罩的材料進一步包含一些鹼性金屬(除了鈉之外)，但濃度非常低。所有這些鹼性金屬(除了鈉之外)的總量最多為25ppm，最好低於15ppm。特別是，鉀的濃度最多為10ppm，但最好低於6ppm。
背景中的這些任務將由這些鹼性金屬，特別是鉀，在鈉離子從放電管擴散中來完成。在運行過程中，這些鹼性金屬也可能由於罩的高溫而蒸發，也可能在內部燈泡的表面被鈉原子替代。從而，促進了鈉離子的擴散。
圖1是根據本發明的一個放電燈的具體實施方式
的側視圖。
放電管16和引線18形成一個單件玻璃體。引線18內部有電導體，這些電導體連接到放電管16的內部空間的電極22上。通過在連接端24上施加一個電壓，在放電管16內部可引起氣體放電，其中連接端24連接到了電極22上。
放電管16的外圍是外部燈泡20，它是一個封閉的玻璃體。由玻璃材料構成的外部燈泡20的兩端(圖1中僅有外部燈泡20的前端可見)卷在柔軟的引線18上，其結果是在外部燈泡20和放電管16之間形成了一個封閉的空間26。該空間注入了空氣。
圖1中的放電燈10大約8釐米長。噴燈的長度約為5釐米。橢圓形的放電燈16的最大直徑約為6毫米。外部燈泡20的內徑約為7毫米，結果是放電管16不與外部燈泡20接觸，而僅通過引線18機械地固定到外部燈泡20上。
放電管內是一種特殊的填充氣，它包含發光物質(鹽)，如鹼性滷化物(碘化鈉、溴化鈉)。混合的填充氣將決定光輸出和放電顏色。
運行中，由於在電極22之間存在氣體放電，燈10將產生明亮的光。這種形勢下，產生了一個高的運行溫度。特別是，放電管16的玻璃材料加熱到1000℃以上。外部燈泡20也加熱到650℃以上。
這裡所描述的燈的構造很容易理解。除了介紹了的類型以外，對本領域普通技術人員而言，放電燈的大量其它設計也是已知的。燈的特別特徵在於放電管16的罩的材料，罩在這裡也稱為外部燈泡20。
外部燈泡20由一種特別的玻璃材料製造，即帶有特定添加劑的石英玻璃。
為此目的，實施了諸多試驗，對其外部燈泡由不同的玻璃材料製成的燈在燈的使用壽命過程中的性能作了比較。其它條件不變時，分別在15小時和2000小時燃燒時間的情況下，對顏色的變化和光量作了比較。
比較結果總結如下表所示元素含量(ppm) 材料A材料B鉀2500 5鋰＜1.5 ＜1.5除鈉之外鹼的總量 2500 7鈉＜1.5 65燈的穩定性15小時-2000小時顏色坐標(Δx/Δy)*1000-32/-24-11/-17光量(15小時時)66％ 77％清楚的是，通過材料B，即一種摻雜了所列鹼性金屬的高純度二氧化矽石英玻璃，能夠觀察到，燈在使用壽命過程中性能的細微變化。材料B的光量損失和顏色偏移都顯著小於材料A。這歸功於低含量的鹼性金屬(除了鈉之外)，特別是低含量的鉀，也歸功於外部燈泡20的材料摻雜有少量的鉀(本例中為65ppm)，它阻礙鈉離子從放電管內部擴散。
由於光量穩定性和釋放的顏色的改變得到了提高，相對傳統的燈(材料A)而言，這種燈相互間的可更換性(如意外事件發生後更換燈的一部分)得到更好地保證。
對本領域普通技術人員而言，製造具有相應濃度的摻入雜質材料的玻璃材料的方法已經很早就公開了。合適的摻雜質的玻璃材料(如粒狀石英玻璃)也可購買到。
由於在材料B而不是材料A上摻雜有少量鉀，外部燈泡材料的硬度變好。其結果是，在外部燈泡上發生雜質沉澱或外部燈泡20與放電管16接觸時，不易產生不希望的結晶。
總之，本發明公開了一個帶有一個封閉的放電管的放電燈和包圍該放電管的玻璃罩，該放電管用來產生放電。為使燈在其使用壽命期間性能儘可能的穩定，建議罩的玻璃材料摻雜濃度至少為10ppm的鈉，最好至少為30ppm。根據本發明的進一步的實施方式，建議進一步包含一些鹼性金屬(除了鈉之外)，其濃度最多為25ppm。令人驚奇的是，通過適當選擇與實際放電無任何直接接觸的外部燈泡，可以減少從放電管發生的鈉的擴散。另外，外部燈泡材料的結晶傾向也降低。
權利要求
1.一种放電燈(10)包括一個用於放電的封閉的放電管(16)和一個包圍放電管(16)的玻璃罩(20)，其特徵在於所述罩(20)的玻璃材料摻雜有重量比濃度至少為10ppm的鈉。
2.如權利要求1所述的放電燈，其特徵在於所述罩(20)的玻璃材料包含除了鈉之外的其它鹼性金屬，其總的重量比濃度至多為25ppm。
3.如前述任一個權利要求所述的放電燈，其特徵在於所述罩(20)的玻璃材料包含有重量比濃度至多為10ppm的鉀。
4.如前述任一個權利要求所述的放電燈，其特徵在於所述罩(20)的玻璃材料包含有重量比濃度至少為30ppm的鈉。
5.一種用於放電燈的外部燈泡，由這樣一種玻璃材料組成，該玻璃材料摻雜重量比濃度至少為10ppm的鈉。
全文摘要
本發明公開了一种放電燈，它包括一個用於產生放電的封閉的放電管和一個包圍放電管的玻璃罩。為使燈在其使用壽命期間性能儘可能的穩定，建議罩的玻璃材料摻雜濃度至少為10ppm的鈉，最好濃度至少為30ppm。根據本發明的進一步的實施方式，建議進一步包含一些鹼性金屬(除了鈉之外)，其濃度最多為25ppm。令人驚奇的是，通過適當選擇與實際放電無任何直接接觸的外部燈泡，可以減少從放電管發生的鈉的擴散。另外，外部燈泡材料的結晶傾向也降低。
文檔編號H01J61/30GK1407595SQ0214373
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月24日 優先權日2001年8月28日
發明者M·庫邦, J·舍內希, P·赫爾維格 申請人:皇家菲利浦電子有限公司