[发明专利]无汞金属卤化物放电灯

说明书

本申请是基于申请日为2006年11月28日，优先权日为2005年11月30日，申请号为200680045041.6（PCT/US2006/045505），发明名称为：“无汞金属卤化物放电灯”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及高强度放电(HID)灯。更具体地，本发明涉及石英或者陶瓷金属卤化物放电灯。

背景技术

图1所示为典型的金属卤化物放电灯10，其包括灯体11和与灯体11连为一体的第一支柱12和第二支柱13。支柱12与支柱13各自从灯体11的相对侧伸出。支柱12、13和灯体11通常由石英材料或者氧化铝基陶瓷材料(例如，多晶氧化铝、蓝宝石或者钇铝石榴石)制成。第一电极15和第二电极16分别穿过第一支柱12和第二支柱13延伸，并且端部止于灯10的灯体11中形成的灯腔14。电极的端部15A和16A在灯腔14内间隔一段预定的距离，所述距离的范围为约1mm~约20mm，从而在电极端部15A和16A之间形成电弧区。灯腔14的体积通常为约0.01cc~约3cc。在支柱12和13远离灯腔的端部，在压力作用下，将灯腔14密封。

在密封灯腔14之前，在受控气氛下，将包括惰性气体、金属卤化物配料(dose)和汞的组合物注入并密封在放电灯的灯腔中。金属卤化物配料通常为金属卤化物的组合，例如碘化钠和碘化钪或者碘化钠、碘化铊、碘化镝、碘化钬和碘化铥。金属卤化物作为发光成分。尽管汞对放电灯在蓝光区域的发射光谱稍有贡献，但它主要用于提高电弧区的电阻，以使电压升高到所需值。将电压升高到所需值有两种作用：1)灯的工作电流可保持较低值以减少电极的腐蚀，从而实现更好的流明维持率和灯用寿命；和2)减少末端损失，从而实现更好的灯用效率。高强度放电灯所需的工作电压通常为70V~150V，因而根据灯的类型和所需的功率，电流可保持在约0.2A~3.5A。

当对电极供电时，在电极端部15A和16A之间电弧触放，从而在灯腔14内形成等离子放电体。最初，弧光放电由温度达到约7000K的稀有气体(通常为氩气或氙气)形成。弧光放电加热灯腔14，使灯腔14的温度升高到约1000°K或更高。随后汞和金属卤化物配料开始蒸发。经过该预热阶段之后，灯达到稳定的工作状态，此时等离子放电体为稀有气体原子(氩或氙)、汞原子和离子、源自金属卤化物配料的金属原子和分子及其离子和电子的混合物。等离子放电体的温度通常为约1000°K~约6000°K。

灯的电压强烈依赖于形成电弧的气体混合物的导电性。在典型的HID灯中，汞通过维持所需的灯工作电压而起到缓冲气体的作用。汞可实现所需的电压，这是因为其导电性较低，其导电性是多个参数的函数，所述参数包括所谓的缓冲气体的原子密度(或蒸气压)、电子密度(或电离能)和电子-原子动量传递横截面(electron-atom momentum transfer cross-section)。

汞作为缓冲气体具有足够高的电子-原子动量传递横截面和足够高的蒸气压，以为电弧区提供足够的电阻，从而为灯提供所需的电压。电子和金属卤化物化合物之间的碰撞造成金属原子的激发，从而以可见光的形式释放光子能量。

无论汞的功效如何，使用这种金属存在着不利之处。最为显著地，汞具有极高的毒性，增加了健康和环境方面的担忧。在世界范围内，已采用和/或提出法律和法规在所有产品中限制或在一些情况下终止汞的使用。因而，正在努力以其他与汞性能类似的单质(elemental form)或化合物替代汞，用于在高强度放电灯中发光。

已披露了在石英灯中在存在金属卤化物添加剂碘化钠(NaI)和碘化钪(ScI₃)的情况下以碘化锌作为汞的替代物。然而，钪对氧化铝基陶瓷具有侵蚀性并与之发生反应，氧化铝基陶瓷是用于下一代汽车头灯的封壳材料。

已披露了在石英灯中以稀土金属卤化物例如碘化镝和碘化钕作为碘化钪(ScI₃)的替代物，并与代替汞的第二金属卤化物组合。第二金属卤化物包括碘化铝、碘化铁、碘化锌、碘化锑、碘化锰、碘化铬、碘化镓、碘化铍和碘化钛。