專(zhuān)利名稱(chēng)：：無(wú)汞金屬鹵化物放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高強(qiáng)度放電(HID)燈。更具體地，本發(fā)明涉及石英或者陶瓷金屬卣化物放電燈。
背景技術(shù)：
：圖1所示為典型的金屬卣化物放電燈10，其包括燈體11和與燈體11連為一體的第一支柱12和第二支柱]3。支柱12與支柱13各自從燈體11的相對(duì)側(cè)伸出。支柱12、13和燈體11通常由石英材料或者氧化鋁基陶瓷材料(例如，多晶氧化鋁、藍(lán)寶石或者釔鋁石榴石)制成。第一電極15和第二電極16分別穿過(guò)第一支柱12和第二支柱13延伸，并且端部止于燈10的燈體11中形成的燈腔14。電極的端部15A和16A在燈腔14內(nèi)間隔一賴(lài):預(yù)定的距離，所述距離的范圍為約lmm約20mm,從而在電極端部15A和16A之間形成電弧區(qū)。燈腔14的體積通常為約0.01cc約3cc。在支柱12和13遠(yuǎn)離燈腔的端部，在壓力作用下，將燈腔14密封。在密封燈腔14之前，在受控氣氛下，將包括惰性氣體、金屬卣化物配料(dose)和汞的組合物注入并密封在放電燈的燈腔中。金屬面化物配料通常為金屬卣化物的組合，例如碘化鈉和碘化鈧或者碘化鈉、碘化鉈、碘化鏑、碘化鈥和碘化銩。金屬卣化物作為發(fā)光成分。盡管汞對(duì)放電燈在藍(lán)光區(qū)域的發(fā)射光譜稍有貢獻(xiàn)，但它主要用于提高電弧區(qū)的電阻，以使電壓升高到所需值。將電壓升高到所需值有兩種作用l)燈的工作電流可保持較低值以減少電極的腐蝕，從而實(shí)現(xiàn)更好的流明維持率和燈用壽命；和2)減少末端損失，從而實(shí)現(xiàn)更好的燈用效率。高強(qiáng)度放電燈所需的工作電壓通常為70V150V,因而根據(jù)燈的類(lèi)型和所需的功率，電流可保持在約0.2A3.5A。當(dāng)對(duì)電極供電時(shí)，在電極端部15A和16A之間電弧觸放，/人而在燈腔14內(nèi)形成等離子放電體。最初，弧光放電由溫度達(dá)到約7000K的稀有氣體(通常為氬氣或氙氣)形成。孤光放電加熱燈腔i4,使燈腔14的溫度升高到約1000。K或更高。隨后汞和金屬卣化物配料開(kāi)始蒸發(fā)。經(jīng)過(guò)該預(yù)熱階段之后，燈達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，此時(shí)等離子放電體為稀有氣體原子(氬或氙)、汞原子和離子、源自金屬鹵化物配料的金屬原子和分子及其離子和電子的混合物。等離子放電體的溫度通常為約1000。K約6000°K。燈的電壓強(qiáng)烈依賴(lài)于形成電弧的氣體混合物的導(dǎo)電性。在典型的HID燈中，汞通過(guò)維持所需的燈工作電壓而起到緩沖氣體的作用。汞可實(shí)現(xiàn)所需的電壓，這是因?yàn)槠鋵?dǎo)電性較低，其導(dǎo)電性是多個(gè)參數(shù)的函數(shù)，所述參數(shù)包括所謂的緩沖氣體的原子密度(或蒸氣壓)、電子密度(或電離能)和電子-y^、子動(dòng)量4專(zhuān)遞斗黃截面(electron-atommomentumtransfercross-section)。汞作為緩沖氣體具有足夠高的電子-原子動(dòng)量傳遞橫截面和足夠高的蒸氣壓，以為電弧區(qū)提供足夠的電阻，從而為燈提供所需的電壓。電子和金屬囟化物化合物之間的碰撞造成金屬原子的激發(fā)，從而以可見(jiàn)光的形式釋放光子能量。無(wú)論汞的功效如何，使用這種金屬存在著不利之處。最為顯著地，汞具有極高的毒性，增加了健康和環(huán)境方面的擔(dān)憂。在世界范圍內(nèi)，已采用和/或提出法律和法規(guī)在所有產(chǎn)品中限制或在一些情況下終止汞的使用。因而，正在努力以其他與汞性能類(lèi)似的單質(zhì)(elementalform)或化合物替代汞，用于在高強(qiáng)度放電燈中發(fā)光。已披露了在石英燈中在存在金屬卣化物添加劑碘化鈉(NaI)和碘化鈧(Scl3)的情況下以碘化鋅作為汞的替代物。然而，鈧對(duì)氧化鋁基陶瓷具有侵蝕性并與之發(fā)生反應(yīng)，氧化鋁基陶瓷是用于下一代汽車(chē)頭燈的封殼材料。已披露了在石英燈中以稀土金屬囟化物例如碘化鏑和碘化釹作為碘化鈧(Scl3)的替代物，并與代替汞的第二金屬卣化物組合。第二金屬卣化物包括碘化鋁、碘化鐵、碘化鋅、硪化銻、碘化錳、碘化鉻、碘化鎵、碘化鈹和碘化鈦。對(duì)于本發(fā)明，在陶瓷金屬卣化物燈中，組合并測(cè)試了各種金屬面化物組合，包括但不限于作為汞替代物的碘化鋅與作為發(fā)光添加劑的一種或多種稀土金屬卣化物、碘化鈉和碘化鉈組合。將這些化合物的性能與含有汞成分并結(jié)合相同的稀土金屬卣化物、碘化鈉和碘化鉈組合作為發(fā)光成分的金屬卣化物陶瓷燈進(jìn)行比較。由實(shí)驗(yàn)測(cè)試支持的理論計(jì)算表明，替代汞的金屬囟化物在電弧區(qū)內(nèi)分解為金屬原子和自由碘原子，從而造成自由碘原子高壓。已知硤的電負(fù)性極強(qiáng)。即電弧區(qū)中的自由電子相對(duì)容易地被碘原子俘獲形成碘的負(fù)離子。這種效應(yīng)導(dǎo)致電弧區(qū)內(nèi)的電子密度明顯減小。此外，碘與稀土金屬反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物即碘化鏑，從而導(dǎo)致稀土金屬原子(發(fā)光物質(zhì))的密度減小。由自由碘原子高壓造成的電子密度和發(fā)光物質(zhì)原子(稀土)兩者的減小，降低了可見(jiàn)光區(qū)的輻射功率值(燈的流明)，對(duì)燈的性能直接造成了的負(fù)面影響。Znl2配料燈中碘和碘負(fù)離子的壓力幾乎比汞配料燈中碘和碘負(fù)離子的壓力大一個(gè)數(shù)量級(jí)。這意味著在Znl2配料燈中電弧區(qū)內(nèi)的電子密度以及發(fā)光原子密度明顯低于例如汞燈。凈效應(yīng)是降低的流明，這是因?yàn)殡娮雍桶l(fā)光原子決定著發(fā)光金屬原子激發(fā)態(tài)的形成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及無(wú)汞金屬卣化物放電燈，和/或用于該無(wú)汞金屬由化物放電燈的組合物。放電燈包含》丈電介質(zhì)組合物，該組合物含有產(chǎn)生發(fā)光放電(luminousdischarge)的第一金屬卣化物和作為汞的替代物形成燈電壓的第二金屬由化物。在一種實(shí)施方案中該組合物還包含純金屬，該純金屬并非來(lái)源于第一金屬卣化物或第二金屬卣化物。在放電燈工作過(guò)程中第一金屬卣化物和第二金屬囟化物分解產(chǎn)生卣原子和金屬原子。第一卣化物的金屬原子提供燈所需的光輸出，第二卣化物的金屬原子提供所需的燈電壓。第二卣化物的卣原子中的一部分俘獲電子形成負(fù)離子，而另一部分與第一卣化物的金屬反應(yīng)。該現(xiàn)象導(dǎo)致流明量減少，這是因?yàn)榭捎糜谂鲎驳碾娮雍偷谝唤饘冫u化物原子較少，從而造成較低的流明輸出。過(guò)量的純金屬吸引卣素或與卣素反應(yīng)，在燈工作過(guò)程中使可用電子和第一金屬囟化物為產(chǎn)生光通量的形式。換言之，過(guò)量的純金屬充當(dāng)過(guò)量鹵素自由原子的"俘獲者"。通過(guò)參考附圖中示例的本發(fā)明具體實(shí)施方案，對(duì)以上簡(jiǎn)要描述的本發(fā)明進(jìn)行更具體地描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖僅僅示意了本發(fā)明的典型實(shí)施方案，因而不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明另外的特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行描述和解釋。圖1是金屬卣化物放電燈的示意圖。圖2是在金屬卣化物測(cè)試燈和Hg-CMH燈中硪分壓的曲線圖。圖3是在金屬卣化物測(cè)試燈和Hg-CMH燈中碘負(fù)離子分壓的曲線圖。圖4是在金屬卣化物測(cè)試燈和Hg-CMH燈中電子分壓的曲線圖。圖5是在金屬囟化物測(cè)試燈中鏑物類(lèi)分壓的曲線圖。圖6是在Hg-CMH燈中鏑物類(lèi)分壓的曲線圖。圖7是在Znl2測(cè)試燈、添加過(guò)量Zn的Znl2測(cè)試燈和Hg-CMH燈中鏑原子分壓的曲線圖。圖8A是正弦波電流圖。圖8B是方波電流圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及包含放電介質(zhì)的無(wú)汞高強(qiáng)度金屬面化物放電燈，所述放電介質(zhì)包括稀有氣體(例如，Ar或Xe)和第一金屬卣化物，第一金屬卣化物作為發(fā)光成分或發(fā)光添加劑發(fā)射在所需光譜范圍內(nèi)且具有所需流明量的光。所述介質(zhì)還包括替代汞的第二金屬卣化物，用于維持燈所需的工作電壓。放電燈結(jié)構(gòu)包括如圖1所示及先前所述的放電燈典型部件。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明還包括與放電燈工作過(guò)程中產(chǎn)生的卣素和/或鹵離子反應(yīng)的金屬。在含有上述放電介質(zhì)(稀有氣體、第一金屬卣化物和第二金屬卣化物)的放電燈的工作過(guò)程中，兩種金屬卣化物的分子在電弧區(qū)分解為金屬原子和卣原子?？纱_定的是大多數(shù)自由囟原子源于第二金屬卣化物即電壓提升劑面化物的分解。金屬卣化物分解產(chǎn)生的鹵原子與第一金屬卣化物的金屬反應(yīng)，形成穩(wěn)定的分子化合物，該分子化合物不可能或不會(huì)釋放發(fā)光所需的光子，因而降低了燈的流明輸出。使用不同的放電介質(zhì)組合物對(duì)放電燈進(jìn)行了測(cè)試，該放電燈具有與圖1所示的燈相同的結(jié)構(gòu)并且是應(yīng)用于汽車(chē)頭燈的代表性陶乾金屬卣化物燈。該放電燈為70瓦(70W)的陶瓷金屬卣化物燈，其具有由多晶氧化鋁(PCA)陶瓷制成的電弧管。該放電燈燈腔的體積為0.28立方厘米(cc),并且電極端部之間的距離為7毫米(7mm)。電極包括形成電極端部的導(dǎo)電金屬組合(包括鈮(Nb)、鉬(Mo)和鎢(W))。然而，本發(fā)明的放電介質(zhì)可用于由其他材料例如石英、YAG(釔鋁石榴石)或藍(lán)寶石制成的燈或不同尺寸的燈中。例如，放電介質(zhì)可用于普通照明燈，普通照明燈的燈腔體積為約0.01cc約3cc,電極端部之間的距離可為約lmm約20mm,以及瓦數(shù)可為約20瓦(20W)約400瓦(400W)。對(duì)于光學(xué)應(yīng)用例如汽車(chē)或視頻用途，燈腔體積可為約0.01cc約O.lcc,電極端部之間的距離可為約lmm約6mm。被測(cè)試的燈包括下述放電燈采用等量的作為發(fā)光物質(zhì)的第一金屬卣化物，和不同組合以及不同量的作為電壓"提升劑"(riser)或者汞替代物的第二金屬卣化物。考慮到各種因素，例如第二金屬卣化物的配料類(lèi)型、量、密度和組成，燈的工作電流和功率，測(cè)試針對(duì)燈的工作電壓和流明監(jiān)測(cè)燈的性能。將測(cè)試結(jié)果與對(duì)包含汞作為電壓提升劑的標(biāo)準(zhǔn)陶瓷金屬鹵化物燈(Hg-CMH燈)進(jìn)行類(lèi)似測(cè)試所得的結(jié)果進(jìn)行比較。測(cè)試燈與Hg，CMH燈兩者含有組合和量相同的發(fā)光成分或第一金屬卣化物以及量或壓力相同的稀有氣體。更具體地，所有燈均包含NaI和稀土金屬鹵化物Tll、Dyl3、HoI3和Tml3，以及200托的氬氣。第一金屬卣化物應(yīng)指一種或多種發(fā)光成分或添加劑。在一種實(shí)施方案中，發(fā)光成分的總劑量為10mg或約36mg/cc,其中包括66.8重量。/。Nal、9.2重量％丁11、12重量。/。Dyl3、6重量。/。Hol3和6重量。/。Tml3。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，劑量比、量或化合物可根據(jù)所用放電燈的類(lèi)型而改變。另外，所有燈均包含在200托下密封在燈腔中的惰性氣體氬。燈中的氬氣壓力可為約100托約300托。在進(jìn)行測(cè)試之前，選擇不同的金屬碘化物，所述金屬碘化物具有與汞相當(dāng)?shù)男再|(zhì)，即高蒸氣壓(或高原子密度)、高電離能(或低電子密度)和大的電子-原子動(dòng)量傳遞橫截面。計(jì)算了在陶瓷金屬卣化物車(chē)燈的冷點(diǎn)溫度1200。K下不同金屬碘化物的蒸氣壓。所選用于計(jì)算蒸氣壓的參數(shù)取決于測(cè)試所用的具體放電燈；然而，這些參數(shù)可根據(jù)待測(cè)放電燈的類(lèi)型而不同。另外，可使用其他卣素，例如溴和氯，以提供容許的金屬卣化物。用于替代汞的備選金屬卣化物包括在冷點(diǎn)溫度1200°K下蒸氣壓為至少latm以及電離能為至少6eV的金屬卣化物。所選金屬包括鋅、紹、銦、鎵、鋯、鉿、銻、鎳、鈦、鐵、鎂、銅和鈹。選擇參數(shù)例如金屬卣化物化合物的最小蒸氣壓或最小電離能將根據(jù)所測(cè)試或者所用燈的類(lèi)型而不同。針對(duì)工作電壓和流明對(duì)測(cè)試燈的性能和Hg-CMH燈的性能進(jìn)行比較，以判定就在容許電流下維持容許電壓和流明而言哪種金屬卣化物汞替代物與汞相當(dāng)。下表I給出了金屬碘化物的列表，包括劑量和測(cè)試樣燈的測(cè)試結(jié)果，所述結(jié)果顯示在與Hg-CMH燈相同的功率范圍(約66瓦~約71瓦)下工作的測(cè)試燈的性能。表I_樣品號(hào)配料類(lèi)型劑量l劑量2總劑量(rag)(mg)(n〗g)電壓(v)電流(A)，，光通量(Ims)LPW(Lms/W)521CMH'Hg4.4"4.4696654g8846293.83,57,3491.4069333048660Inl4.3—4.3391.7267307046574Znl29.1—9.1421.6268301844700Znl2/Gal25.450.4960.7470302143575線10.1—10.1471.41662600406682.4—2,4471.4267260739565Gal211,2—11.2790.8S69132119636M成—3.5281.5143801J9532Snl415.3—15.3241.41344062539Cul16.3—16.3191.6331156611Sbl36.8—185U0.7840171453818—18.0281.2435Dl4643順7.3--7.3271.4838702作為實(shí)例Hg-CMH燈含有劑量為4.4mg的汞，在66瓦的功率下工作，產(chǎn)生69伏的電壓以及保持84流明/瓦的效率。測(cè)試燈660含有劑量為4.3mg的碘化銦(Inl3)作為第二金屬鹵化物汞替代物。在67.15瓦的功率下，測(cè)試燈660保持39伏的電壓和46流明/瓦的效率。測(cè)試燈629含有劑量為3.8mg的Znl2和劑量為3,5mg的Al^作為第二金屬鹵化物汞替代物。該測(cè)試燈在69瓦下工作，產(chǎn)生49伏的工作電壓和48流明/瓦的效率。含有Mgl2、Snl4、Cul、Sbl3、Fel2或Nil2的測(cè)試燈沒(méi)有在足以產(chǎn)生流明輸出的高功率下工作，從而Mgl2、Snl4、Cul、Sbl3、Fe!2或Ml2不能夠作為容許的汞替代物。發(fā)現(xiàn)增大第二金屬鹵化物的量或密度有助于提高燈的工作電壓，但沒(méi)有必然引起所需的測(cè)試放電燈流明/瓦的增加。事實(shí)上，隨第二金屬卣化物量的增加而提高的電壓導(dǎo)致流明衰減。在表II中列出了8種Gal2含量各自不同的測(cè)試燈的測(cè)試結(jié)果。表II<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表II所示，測(cè)試燈581產(chǎn)生了最高的流明輸出37流明/瓦，其含有劑量為4,0mg或密度為16.2mg/cc的Gal2作為第二金屬囟化物汞替代物。測(cè)試燈582含有劑量為4.5mg的Gal2,其流明輸出稍稍下降至35流明/瓦。測(cè)試燈567的流明輸出更明顯地下降，該燈含有劑量為6.2mg或密度為22,3mg/cc的Gal2并產(chǎn)生30流明/瓦的流明輸出?；谒M(jìn)行的測(cè)試，可確定第二金屬鹵化物汞替代物的劑量可為約lmg/cc約100mg/cc,可為金屬卣化物放電燈的工作提供足夠的電壓和流明。劑量的優(yōu)選范圍為約5mg/cc約20mg/cc,其中優(yōu)選劑量為約18mg/cc。盡管測(cè)試燈產(chǎn)生的流明輸出沒(méi)有達(dá)到HG-CMH燈那么高，但提高燈腔的冷點(diǎn)溫度可增加流明。燈腔冷點(diǎn)溫度的提高可如下實(shí)現(xiàn)改變燈腔的幾何形狀，即減小燈腔長(zhǎng)度、直徑和/或體積；和/或改變與發(fā)光金屬離化物(第一鹵化物)的劑量相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)提高冷點(diǎn)溫度，可同時(shí)增大燈腔內(nèi)第一金屬鹵化物和第二金屬鹵化物的蒸氣壓，從而產(chǎn)生增大的流明輸出。此外，選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)光金屬卣化物成分配料類(lèi)型和組成可提高流明。除上述測(cè)試之外，還計(jì)算了在約1000。K約6000。K的溫度范圍內(nèi)金屬鹵化物(Znl2)測(cè)試燈和標(biāo)準(zhǔn)Hg-CMH汞燈中碘、碘負(fù)離子、電子和鏑物類(lèi)的分壓。所述溫度范圍是電弧區(qū)的工作溫度范圍，電弧區(qū)的工作溫度取決于在電弧區(qū)內(nèi)的測(cè)溫位置。在圖2中繪出了燈腔內(nèi)碘的壓力與燈腔內(nèi)的溫度之間的關(guān)系曲線。如上所述，燈中的金屬卣化物汞替代物為Znl2。與Hg-CMH汞燈相比，在Znl2測(cè)試燈內(nèi)碘的壓力明顯且始終較高。類(lèi)似地，與Hg，CMH燈相比，在Znl2測(cè)試燈的燈腔中碘負(fù)離子的分壓較高。在圖3中繪出了燈腔內(nèi)碘負(fù)離子的分壓與燈腔內(nèi)的溫度之間的關(guān)系曲線。在約3000。K約6000。K的溫度下，與Hg-CMH汞燈相比，Znl2測(cè)試燈內(nèi)的碘負(fù)離子分壓始終較高。在測(cè)試燈中增大的碘分壓表明Znl2發(fā)生分解產(chǎn)生碘并隨后產(chǎn)生碘負(fù)離子。已知碘的高電負(fù)性，計(jì)算出溫度范圍為約3000。K約6000。K時(shí)的電子分壓。圖4為燈腔內(nèi)電子分壓與溫度的關(guān)系曲線圖。Znl2測(cè)試燈中的電子分壓始終低于Hg-CMH測(cè)試燈中的電子分壓。可推斷出碘吸引電弧區(qū)的電子，從而減少了電弧區(qū)中可用于激發(fā)第一金屬卣化物(發(fā)光成分)中金屬的電子數(shù)。由此造成金屬卣化物汞替代物測(cè)試燈的流明輸出降低。另外，計(jì)算了在上述溫度范圍內(nèi)鏑物類(lèi)的分壓。在這種高溫下，與碘化鋅類(lèi)似，碘化鏑也發(fā)生分解。碘與鏑原子反應(yīng)生成較穩(wěn)定的Dyl、Dyl2和DyL分子，這些分子不發(fā)光或不像鏑原子那樣發(fā)光。在圖5和圖6中，計(jì)算了溫度范圍為約1000。K約6000。K時(shí)金屬卣化物測(cè)試燈和Hg-CMH燈中鏑的分壓。如圖5和圖6所示，例如在4000。K時(shí)，與Hg-CMH測(cè)試燈相比，Znl2測(cè)試燈中的鏑物類(lèi)分壓明顯較低。相反，在相同的溫度下，與Hg-CMH燈相比，Znl2測(cè)試燈中的Dyl3、Dyl2和Dyl分壓明顯較高。在本申請(qǐng)中針對(duì)鏑說(shuō)明了在Znl2燈中自由碘原子高壓對(duì)發(fā)光成分分壓減小的影響，然而對(duì)于其他發(fā)光成分即鈉、鉈、鈥和銩也發(fā)現(xiàn)了同樣的影響。為了克服碘和碘負(fù)離子降低電子和發(fā)光成分分壓和/或量的影響，向金屬鹵化物測(cè)試燈的放電介質(zhì)組合物中添加純金屬(非金屬卣化物)。例如，向碘化鋅配料中添加鋅?？商砑拥钠渌饘侔ㄤX、鎵和銦，或者所述金屬中兩種、三種或四種的組合。下表m列出了含有碘化鋅配料作為汞替代物并含有鋅配料的測(cè)試樣燈。與所有其他測(cè)試燈相同，在這些測(cè)試燈中以相同的劑量使用相同的發(fā)光成分(第一金屬卣化物)。另外，還向燈腔中注入了相同壓力的氬氣。表in<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>當(dāng)與石典化鋅組合時(shí)，鋅的劑量為約4mg約14.5mg;然而不同量的鋅、其他金屬和組合可與一種或多種金屬面化物汞替代物結(jié)合使用。這些測(cè)試燈在與Hg-CMH燈相同的電壓或約65瓦~約71瓦下工作，將這些測(cè)試燈的測(cè)試結(jié)果與含有金屬卣化物汞替代物的其他測(cè)試燈和Hg-CMH燈的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。下表IV列出了含有金屬配料與一種或多種金屬卣化物汞替代物配料的組合的測(cè)試樣燈。添加鋅作為"碘俘獲劑"。即鋅與可得的碘或碘離子反應(yīng)生成一硪化鋅和其他碘化鋅物類(lèi)；從而避免大多數(shù)碘原子捕獲可用于產(chǎn)生發(fā)光放電的自由電子和第一金屬卣化物的金屬原子或與它們反應(yīng)。表IV<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>含有過(guò)量金屬的測(cè)試燈在容許的電流下始終產(chǎn)生較高的電壓和流明值。含有金屬卣化物汞替代配料而不含金屬配料的測(cè)試燈中流明輸出最大的為測(cè)試燈629。該測(cè)試燈含有劑量分別為3.8mg和3.5mg的ZnL和A1I3的組合。該燈的流明輸出為48流明/瓦，然而，電壓較低為49伏。此類(lèi)測(cè)試燈中電壓輸出最高的為測(cè)試燈565。該燈含有劑量為U.2mg的Gal2作為汞替代物并產(chǎn)生79伏的電壓；然而流明較低為19流明/瓦。與之相比，測(cè)試燈677含有劑量為13.5mg的Zn和劑量為6.1n，g的Znl2。該燈產(chǎn)生75伏的電壓和55流明/瓦的流明。事實(shí)上，與未添加過(guò)量金屬與第二金屬卣化物結(jié)合的測(cè)試燈相比，含有一定劑量鋅與一定劑量的一種或多種第二金屬卣化物結(jié)合的測(cè)試燈695和705均產(chǎn)生了較高的電壓和流明。在燈腔中過(guò)量金屬的劑量可為約lmg約15mg，或密度可為約3.6mg/cc~72rng/cc。優(yōu)選地，過(guò)量金屬的劑量可為約2mg約5mg，或密度可為約7.2mg/cc約18mg/cc。計(jì)算了在溫度范圍為1000。K6000。K時(shí)鏑的分壓。圖7為燈腔內(nèi)鏑分壓與溫度的關(guān)系曲線圖。該圖說(shuō)明在所選的溫度范圍內(nèi)含過(guò)量鋅的測(cè)試燈的鏑分壓始終高于不含金屬的測(cè)試燈。更多的鏑可用作發(fā)光成分，從而產(chǎn)生較高的流明值。因而，發(fā)現(xiàn)在金屬卣化物放電燈中鋅、鋁、鎵或銦的金屬卣化物可作為容許的汞替代物。添加與燈工作過(guò)程中產(chǎn)生的卣素或卣離子反應(yīng)的金屬，以使發(fā)光成分和電子可用于發(fā)光放電，提高燈的功效。用于普通照明的大多數(shù)汞陶瓷金屬卣化物通常與產(chǎn)生正弦電流的鎮(zhèn)流器聯(lián)用。幾乎所有測(cè)試燈均仿制陶瓷金屬卣化物燈，使用鎮(zhèn)流器產(chǎn)生正弦電流。發(fā)現(xiàn)采用正弦電流測(cè)試燈不能以穩(wěn)定的方式工作或完全不能工作。大多數(shù)燈在工作約30秒到約1分鐘后熄滅。在正弦電流下再起弧電壓過(guò)高。這是因?yàn)辂u素的高分壓及其電負(fù)性效應(yīng)。在任何交流波形下，在極性轉(zhuǎn)變過(guò)程中外加電流經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，因而等離子體溫度和電子密度明顯降低。在極性轉(zhuǎn)變之后，等離子體立即再次"二次起弧"，電子密度再次增加。該現(xiàn)象本身通常表現(xiàn)為燈工作電壓的波形具有稱(chēng)為"二次起弧電壓"(re-ignite)的尖峰。在存在碘的高分壓時(shí)，在汞被金屬卣化物配料替代的無(wú)汞燈中，由于碘的電負(fù)性效應(yīng)，在極性轉(zhuǎn)變過(guò)程中電子密度進(jìn)一步減小。這使得等離子體難以"二次起弧"，從而造成極高的"二次起弧電壓，，尖峰。凈效應(yīng)為在正弦電流下工作的無(wú)汞燈是不穩(wěn)定的或在啟動(dòng)之后約30秒~60秒后熄滅。在本發(fā)明的相關(guān)工作中發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題可通過(guò)將電流波形由正弦波變?yōu)榉讲▉?lái)解決。參考圖8A和圖8B,正弦電流波形在第一個(gè)半周期和第二個(gè)半周期中最大電流絕對(duì)值之間的轉(zhuǎn)變時(shí)間明顯大于方波電流波形的轉(zhuǎn)變時(shí)間。例如，工作頻率為60Hz時(shí)，正弦波的轉(zhuǎn)變時(shí)間為約為8.3毫秒，方波的轉(zhuǎn)變時(shí)間為約50微秒。因此，采用方波時(shí)轉(zhuǎn)變時(shí)間可明顯縮短。通過(guò)釆用這種方法，在等離子體溫度降低過(guò)程中以及在電子有機(jī)會(huì)復(fù)合之處，時(shí)間周期明顯縮短?？偠灾跓o(wú)汞燈中采用方波時(shí)"二次起弧電壓"與汞燈相當(dāng)，本發(fā)明的相關(guān)工作中所測(cè)試的所有無(wú)汞燈采用方波以穩(wěn)定的方式工作。盡管在本申請(qǐng)中示例和說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但顯然所述實(shí)施方案僅作為實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的情況下作出各種改進(jìn)、改變和替代。因而，本發(fā)明僅受限于所附權(quán)利要求的構(gòu)思和范圍。權(quán)利要求1.一種無(wú)汞金屬鹵化物放電燈10，包括具有密封燈腔14的電弧管11；置于所述燈腔14中的一對(duì)電極15和16，所述電極具有相互間隔預(yù)定距離的電極端部15A和16A，在所述電極端部之間形成電弧區(qū)；在壓力下密封在所述燈腔14中的惰性氣體；密封在所述燈腔14中產(chǎn)生光通量的第一金屬鹵化物；密封在所述燈腔14中的第二金屬鹵化物，其含有選自鋁、鎵、銦和鋅中的金屬；密封在所述燈腔14中的金屬，該金屬為單質(zhì)形式且不是來(lái)源于所述第一金屬鹵化物或所述第二金屬鹵化物。2.權(quán)利要求l的放電燈，其中所述第二金屬囟化物中的金屬選自鋁、4家、銦和鋅。3.權(quán)利要求l的放電燈，其中所述第一金屬囟化物包含選自包括鏑、鉈、銩、鐠、鈧、鈰和鈥的金屬。4.權(quán)利要求l的放電燈，還包含一定劑量的碘化鈉，并且其中所述第一金屬卣化物包含碘化鏑、碘化鉈、碘化銩和碘化鈥、碘化鈧、碘化鈰、碘化鐠或碘化釹的組合。5.權(quán)利要求1的放電燈，其中所述第一金屬鹵化物的劑量為約36mg/cc并且所含金屬卣化物的重量百分比各自為66.8%碘化鈉、9.2%碘化鉈、12%石典化鏑、6%碘化鈥和6%典化銩。6.權(quán)利要求l的放電燈，還包含硤化鈉配料。7.權(quán)利要求l的放電燈，其中所述第一金屬鹵化物中的卣素選自碘、溴或氯。8.權(quán)利要求l的放電燈，其中在所述燈腔內(nèi)所述第一金屬囟化物的劑量為約5mg/cc約100mg/cc。9.權(quán)利要求1的放電燈，其中在所述燈腔14內(nèi)所述第一金屬卣化物的劑量為約1Omg或36mg/cc。10.權(quán)利要求l的放電燈，其中在所述燈腔14內(nèi)所述第二金屬卣化物的劑量為約3mg/cc約72mg/cc。11.權(quán)利要求l的放電燈，其中在所述燈腔14內(nèi)所述第二金屬卣化物的劑量為約6mg/cc約18mg/cc。12.權(quán)利要求l的放電燈，其中在所述燈腔14內(nèi)所述金屬的劑量為約3mg/cc約18mg/cc。13.權(quán)利要求l的放電燈，其中在所述燈腔14內(nèi)所述金屬的劑量為約3mg/cc約54mg/cc。14.權(quán)利要求l的放電燈，其中由產(chǎn)生方波電流的鎮(zhèn)流器向所述燈10提供電流。15.—種無(wú)汞金屬卣化物放電燈10,包括具有密封燈腔14的電弧管11;置于所述燈腔中的一對(duì)電極15和16,所述電極具有相互間隔預(yù)定距離的電極端部15A和16A,所述電極端部之間形成電弧區(qū)；密封在所述燈腔14中的惰性氣體；密封在所述燈腔14中產(chǎn)生光通量的第一金屬卣化物；密封在所述燈腔14中產(chǎn)生燈工作電壓的第二金屬卣化物；以及，密封在所述燈腔14中的金屬，該金屬與所述第二金屬囟化物產(chǎn)生的卣原子或卣離子中的一部分反應(yīng)，從而防止所述卣原子與自由電子和產(chǎn)生所述燈的光通量的所述第一金屬卣化物的金屬反應(yīng)。16.權(quán)利要求15的放電燈，其中所迷惰性氣體是選自氬氣和氙氣中的一種或多種氣體。17.權(quán)利要求15的放電燈，其中所迷第一金屬卣化物含有選自稀土金屬中的金屬。18.權(quán)利要求15的放電燈，其中所述第二金屬卣化物含有選自鋁、鎵、銦和鋅中的金屬。19.權(quán)利要求15的放電燈，其中所述第二金屬卣化物中的卣素選自碘、溴和氯。20.權(quán)利要求15的放電燈，其中所述第一金屬卣化物含有選自鏑、鉈、銩和鈥中的金屬。21.權(quán)利要求15的放電燈，還含有硤化鈉配料。22.權(quán)利要求15的放電燈，其中所述第一金屬卣化物中的卣素選自碘、溴或氯。23.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述第一金屬卣化物的劑量為約5mg/cc約100mg/cc。24.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述第一金屬卣化物的劑量為約1Omg或36mg/cc。25.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述第二金屬鹵化物的劑量為約3mg/cc約72mg/cc。26.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述第二金屬卣化物的劑量為約6mg/cc約18mg/cc。27.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述金屬的劑量為約3mg/cc約18mg/cc。28.權(quán)利要求15的放電燈，其中在所述燈腔14中所述金屬的劑量為約3mg/cc約54mg/cc。29.權(quán)利要求15的放電燈，其中由產(chǎn)生方波電流的鎮(zhèn)流器材料向所述燈IO提供電流。30.—種無(wú)汞金屬卣化物放電燈10,包括具有密封燈腔14的電弧管11;置于所迷燈腔中的一對(duì)電極15和16，所述電極具有相互間隔預(yù)定距離的電極端部15A和16A,在所述電極端部之間形成電弧區(qū)；在壓力下密封在所述燈腔14中的惰性氣體；密封在所述燈腔14中產(chǎn)生光通量的第一金屬卣化物成分；密封在所述燈腔14中的第二金屬卣化物，其用于產(chǎn)生燈的工作電壓并且含有選自鋁、鎵、銦和鋅中的金屬；以及，密封在所述燈腔14中的第三金屬面化物，其用于產(chǎn)生燈電壓并且含有選自鋁、鎵、銦和鋅中的金屬，并且該金屬與所述第一金屬面化物中的金屬不同。31.權(quán)利要求30的放電燈，還含有密封在所述燈腔14中的金屬，該金屬為單質(zhì)形式并且不是來(lái)源于所述第一金屬卣化物、所述第二金屬卣化物或所述第三金屬卣化物。32.—種無(wú)汞金屬囟化物放電燈10,包括具有密封燈腔14的電弧管11;置于所述燈腔14中的一對(duì)電極15和16,所述電極具有相互間隔預(yù)定距離的電極端部15A和16A，所述電極端部之間形成電弧區(qū)，并且所述電極各自與電源和產(chǎn)生方波電流的鎮(zhèn)流器材料連通；在壓力下密封在所述燈腔14中的惰性氣體；密封在所述燈腔14中產(chǎn)生光通量的第一金屬囟化物成分；以及，密封在所述燈腔14中產(chǎn)生燈工作電壓的第二金屬卣化物。33.權(quán)利要求32的放電燈，還含有密封在所述燈腔14中的金屬，該金屬為單質(zhì)形式并且不是來(lái)源于所述第一金屬卣化物或所述第二金屬卣化物。34.權(quán)利要求32的放電燈，其中所述第二金屬卣化物含有選自鋁、鎵、銦和鋅中的金屬。35.權(quán)利要求32的放電燈，其中所述燈10用作汽車(chē)頭燈，并且燈體和支柱由陶瓷材料構(gòu)成。全文摘要本發(fā)明披露一種金屬鹵化物放電燈(10)。該金屬鹵化物放電燈(10)包括燈體(11)和燈體(11)中形成的燈腔(14)。一對(duì)電極(15)和(16)伸入燈腔(14)并具有相互間隔的電極端部(15A)和(16A)。產(chǎn)生等離子體的放電介質(zhì)組合物密封在燈腔(14)內(nèi)，所述等離子體產(chǎn)生可見(jiàn)光。該組合物包括稀有氣體、產(chǎn)生光通量的第一金屬鹵化物和產(chǎn)生所需的燈工作電壓的第二金屬鹵化物。該組合物還可包括金屬，該金屬密封在燈腔(14)中，為單質(zhì)形式并且不是來(lái)源于第一金屬鹵化物或第二金屬鹵化物。第二金屬鹵化物作為汞的替代物用于產(chǎn)生所需的燈工作電壓。文檔編號(hào)H01J61/12GK101322220SQ200680045041公開(kāi)日2008年12月10日申請(qǐng)日期2006年11月28日優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日發(fā)明者斯蒂文·C·埃塞托,瑟吉·扎爾尤博夫斯基,莫哈梅德·拉馬尼,詹姆斯·A·布魯爾申請(qǐng)人:通用電氣公司