專利名稱：高亮度放電燈以及高亮度放電燈點燈裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高亮度放電燈以及高亮度放電燈點燈裝置，特別是涉及一種將觸發(fā)線設(shè)置到金屬鹵化物燈、高壓水銀燈以及高壓鈉光燈等高亮度放電燈等上的裝置。
以往，高亮度放電燈，例如金屬鹵化物燈被用于一般照明和點照明等。最近，作為OHP和液晶投影機等的光源，金屬鹵化物燈被廣泛應(yīng)用。
金屬鹵化物燈例如由石英玻璃構(gòu)成的發(fā)光管和在發(fā)光管內(nèi)拉開給定間隔設(shè)置的一對電極所構(gòu)成；在發(fā)光管內(nèi)密封有作為發(fā)光物質(zhì)的水銀以及金屬鹵化物。發(fā)光管的兩端分別由電極密封部所密封，而且，一對電極通過被氣密密封到電極密封部內(nèi)的金屬箔分別與外部引線連接。外部引線電連接燈的點燈電路(驅(qū)動裝置)，點燈電路具有穩(wěn)定器，使之在點燈工作過程中沒有給定值以上的電流流過；同時還具有當(dāng)燈啟動時，把高壓脈沖電壓外加到電極上的部件。
如果要說明金屬鹵化物燈點燈工作過程，則為了開始點燈工作，首先需要在一對電極之間外加電壓來擊穿絕緣，并使之開始放電。擊穿絕緣所需要的電壓被稱為“擊穿電壓”，該擊穿電壓一般是穩(wěn)定點燈狀態(tài)下燈電壓的數(shù)百倍以上的高電壓。
為了實現(xiàn)點燈電路的小型化和低成本化，最好是盡可能地降低所述擊穿電壓。作為實現(xiàn)降低該擊穿電壓的技術(shù)，眾所周知的是在發(fā)光管的外周卷繞有觸發(fā)線(接近導(dǎo)體)的構(gòu)成；例如被特開平8—69777號公報所公開的技術(shù)。具有這種構(gòu)成的金屬鹵化物燈如圖11所示。
如圖11所示的金屬鹵化物燈具有發(fā)光管101和電極密封部102a、102b，在發(fā)光管101的外周上成螺旋狀卷繞有觸發(fā)線108。在發(fā)光管101的內(nèi)部設(shè)有一對方向相對的電極103a、103b，一對電極103a、103b通過電極密封部102a、102b內(nèi)的金屬箔104a、104b與外部引線105a、105b連接。觸發(fā)線108的一端108b連接外部引線105b，觸發(fā)線108的另一端108a卷繞在電極密封部102a的發(fā)光管101一側(cè)的端部(根部附近)。外部引線105a、105b電連接點燈電路(驅(qū)動裝置)111，點燈電路111電連接電源107。
在該金屬鹵化物燈中，因為設(shè)有觸發(fā)線108，所以能夠降低擊穿電壓。這取決于如下結(jié)構(gòu)當(dāng)從連接電源107的點燈電路111把高壓脈沖電壓外加到電極103a、103b上時，觸發(fā)線108也和電極103b成為同一電位，其結(jié)果是利用觸發(fā)線108，在發(fā)光管101的內(nèi)部形成電位傾斜度很大的電場。由于該電場的影響，在電極103a、103b之間的Xe氣體的絕緣性很容易被破壞，所以就能夠降低擊穿電壓。
但是，設(shè)有觸發(fā)線108的所述現(xiàn)有的金屬鹵化物燈，雖然能降低擊穿電壓，但在燈的點燈過程中，會由于色變化、燈電壓的上升變化、以及發(fā)光管的白濁而產(chǎn)生喪失透明性的失透現(xiàn)象。而且還具有以下問題即，光通量維持率降低和產(chǎn)生燈不亮等，容易縮短使用壽命。
本發(fā)明者詳細(xì)地研究了產(chǎn)生所述現(xiàn)象的原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在點燈過程中，觸發(fā)線108產(chǎn)生的電場對產(chǎn)生所述現(xiàn)象的影響很大。例如，在點燈過程中，當(dāng)在電極103a、103b之間外加65V的驅(qū)動電壓(燈電壓)時，連接外部引線105b的觸發(fā)線108和電極103a之間也成為65V。在此，如果設(shè)電極103a、103b之間的距離為3.7mm，觸發(fā)線108的一端108a與電極103a之間的最短距離為1mm，則在電極103a、103b之間形成的電場傾斜度為17.6V/mm，而與此相對，在電極103a和觸發(fā)線108之間形成的電場傾斜度，在最大的地方為17.6V/mm的3倍以上，達(dá)到65V/mm。
被施加了高壓脈沖電壓，Xe絕緣氣體被擊穿并開始放電的燈，由于其后的放電導(dǎo)致發(fā)光管101的內(nèi)壁溫度上升。發(fā)光管101的內(nèi)壁溫度一上升，被密封在發(fā)光管101內(nèi)的金屬鹵化物等被封入物就會變成蒸汽，并被離子化。與電極103a、103b之間的電場相比，在電極103a和觸發(fā)線108之間的電場對該被離子化的發(fā)光物質(zhì)所施加的影響要大得多，其結(jié)果是該被離子化的發(fā)光物質(zhì)被觸發(fā)線108強有力地吸引。更具體地說，當(dāng)所施加的驅(qū)動電壓為交流時，當(dāng)觸發(fā)線108為負(fù)時，被正離子化的鈉等發(fā)光物質(zhì)被觸發(fā)線108所吸引。而且，離子半徑小的Na等就會在石英玻璃中移動，從而漏出到發(fā)光管101的外部。本發(fā)明者已查明這樣一來，發(fā)光管101內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)就會減少，就會導(dǎo)致光特性(色溫度、燈電壓、以及光通量維持率等)發(fā)生顯著變化。而且，當(dāng)Na等在石英玻璃中移動時，會破壞石英玻璃的非結(jié)晶質(zhì)構(gòu)造，使石英玻璃結(jié)晶化(向方晶石的相變)，所以也會導(dǎo)致石英玻璃的白濁、失透等。
為了解決所存在的各種問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有觸發(fā)線且使用壽命長的高亮度放電燈。
根據(jù)本發(fā)明的高亮度放電燈包括在管內(nèi)設(shè)有一對方向相對的電極的發(fā)光管；設(shè)在所述發(fā)光管的外周上，由導(dǎo)電性材料所構(gòu)成的觸發(fā)線；所述觸發(fā)線的構(gòu)成要做到當(dāng)把起動電壓外加到所述一對電極之間時，所述觸發(fā)線要與所述一對電極中的一方電極呈導(dǎo)通狀態(tài)；并且，在所述導(dǎo)通狀態(tài)的觸發(fā)線和相對于所述一方電極的另一方電極之間形成電場的狀態(tài)下，在所述一對電極之間開始放電。
在某實施例中，當(dāng)所述觸發(fā)線的一部分被設(shè)置在以絕緣狀態(tài)靠近電連接所述一方電極的外部引線的地方；當(dāng)外加所述起動電壓時，在所述觸發(fā)線的所述一部分和所述外部引線之間發(fā)生絕緣擊穿，成為所述導(dǎo)通狀態(tài)。
最好把所述觸發(fā)線的所述一部分設(shè)置在接近所述外部引線的地方，使所述觸發(fā)線的所述一部分與所述外部引線之間的距離為不足3mm。
在某實施例中，在所述觸發(fā)線的所述一部分與所述外部引線之間，是由空氣來絕緣的。
在某實施例中，在所述觸發(fā)線的所述一部分與所述外部引線之間，是通過設(shè)置絕緣膠帶來進(jìn)行絕緣的。
在某實施例中，還具有從所述發(fā)光管延伸出來，并密封所述一對電極端部的一對密封部；在密封所述一對密封部中的所述另一方電極端部的密封部和所述發(fā)光管之間的區(qū)域上卷繞有所述觸發(fā)線。
所述發(fā)光管最好是由石英玻璃構(gòu)成。
在某實施例中，在所述發(fā)光管內(nèi)，密封金屬鹵化物作為發(fā)光物質(zhì)，所述金屬鹵化物包含堿金屬鹵化物。
在某實施例中，所述堿金屬鹵化物是鈉鹵化物。
根據(jù)本發(fā)明的高亮度放電燈點燈裝置，包括包含在管內(nèi)設(shè)有一對方向相對電極的發(fā)光管和設(shè)在所述發(fā)光管外周上的由導(dǎo)電性材料所構(gòu)成的觸發(fā)線的高亮度放電燈；對所述高亮度放電燈進(jìn)行點燈的點燈電路所述觸發(fā)線不與所述一對電極中的任意一方電連接；所述點燈電路包括在所述一對電極之間開始放電之后，施加用于維持該放電的驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓施加部件；施加用來在所述一對電極之間開始放電的起動電壓的起動電壓施加部件；所述觸發(fā)線電連接所述起動電壓施加部件，并且，所述一對電極分別與所述驅(qū)動電壓施加部件電連接。
在某實施例中，具有控制所述起動電壓施加部件的定時器，使所述起動電壓施加部件在起動時的給定時間內(nèi)將所述起動電壓施加到所述觸發(fā)線上。
在某實施例中，所述起動電壓施加部件包括檢測利用所述一對電極之間的放電來進(jìn)行的點燈已經(jīng)開始的檢測部件；當(dāng)利用所述檢測部件檢測出點燈已經(jīng)開始時，停止施加所述起動電壓的控制部件。
在某實施例中，所述檢測部件是檢測所述一對電極之間的電壓變化的電壓檢測器。
在某實施例中，所述檢測部件是檢測流動在所述一對電極之間的電流的變化的電流檢測器。
在某實施例中，所述高亮度放電燈還具有從所述發(fā)光管延伸出來，并密封所述一對電極端部的一對密封部；在所述一對密封部中的一方密封部和所述發(fā)光管之間的區(qū)域上卷繞有所述觸發(fā)線。
所述發(fā)光管最好是由石英玻璃構(gòu)成。
在某實施例中，所述高亮度放電燈是將包含堿金屬鹵化物在內(nèi)的金屬鹵化物作為發(fā)光物質(zhì)，密封到所述發(fā)光管內(nèi)的金屬鹵化物燈。
在本發(fā)明中，觸發(fā)線的構(gòu)成要做到當(dāng)把起動電壓外加到所述一對電極之間時，所述觸發(fā)線要與一方電極之間呈導(dǎo)通狀態(tài)；所以能實現(xiàn)降低擊穿電壓的目的，同時還能防止燈的特性發(fā)生變化。其結(jié)果是能延長具有觸發(fā)線的高亮度放電燈的壽命。如果把所述觸發(fā)線的所述一部分設(shè)置在接近所述外部引線的地方并使之與所述外部引線之間為絕緣狀態(tài)，當(dāng)施加起動電壓時，使所述觸發(fā)線的一部分與外部引線之間的絕緣部分被擊穿，就能利用簡便的構(gòu)成而獲得本發(fā)明的效果。
而且，當(dāng)在密封部和發(fā)光管之間的區(qū)域設(shè)有卷繞觸發(fā)線的部分時，因為能增大由觸發(fā)線所產(chǎn)生的電場的電場強度，所以即使用比較低的起動電壓也能更可靠地起動高亮度放電燈。而且，當(dāng)發(fā)光管由石英玻璃構(gòu)成時，因為石英玻璃與陶瓷材料等相比其透光性較高，所以能比較容易地實現(xiàn)減小實際發(fā)光區(qū)域的點光源。而且，當(dāng)封入發(fā)光管內(nèi)的金屬鹵化物包含堿金屬鹵化物時，能夠比較容易地實現(xiàn)高亮度，并且具有現(xiàn)色性優(yōu)異這一發(fā)光特性的高亮度放電燈(金屬鹵化物燈)。
下面簡單說明附圖圖1是模式化地表示本發(fā)明實施例1的金屬鹵化物燈構(gòu)成的剖視圖。
圖2是沿圖1中II—II線的剖視圖。
圖3是沿圖1中III—III線的剖視圖。
圖4是實施例1金屬鹵化物燈改變例的主要部位放大剖視圖。
圖5是實施例1金屬鹵化物燈改變例的主要部位放大剖視圖。
圖6(a)是模式化地表示流動在觸發(fā)線中的電流波形的曲線圖；圖6(b)是模式化地表示外加在一對電極之間的電壓波形曲線圖。
圖7是模式化地表示有關(guān)本發(fā)明實施例2的高亮度放電燈點燈裝置構(gòu)成的圖。
圖8(a)是模式化地表示外加在觸發(fā)線上的電壓波形的曲線圖；圖8(b)是模式化地表示外加在一對電極之間的電壓波形曲線圖。
圖9是模式化地表示實施例2高亮度放電燈點燈裝置的改變例構(gòu)成的圖。
圖10是模式化地表示實施例2高亮度放電燈點燈裝置的改變例構(gòu)成的圖。
圖11是表示現(xiàn)有金屬鹵化物燈構(gòu)成的剖視圖。
下面簡要說明符號1—發(fā)光管；2a、2b—電極密封部；3a、3b—電極；4a、4b—金屬箔；5a、5b—外部引線；6—穩(wěn)定器；7—電源；8—觸發(fā)線；8a—觸發(fā)線的一端；8b—觸發(fā)線的另一端；9a、9b—配線；10、13—金屬鹵化物燈；11、12—點燈電路；110—定時電路；120—繼電器；130—升壓變壓器；150—電流檢測器(點燈檢測部件)；151—電壓檢測器(點燈檢測部件)。
下面，參照


本發(fā)明的實施例。在下面的附圖中，為了簡化說明，用同一參照符號表示實質(zhì)上具有同一功能的構(gòu)成要素。并且，本發(fā)明并不局限于以下實施例。
實施例1參照圖1～圖7來說明有關(guān)本發(fā)明實施例1的高亮度放電燈。圖1是模式化地表示有關(guān)實施例的高亮度放電燈構(gòu)成的剖視圖；圖2是沿圖1中II—II線的剖視圖；圖3是沿圖1中III—III線的剖視圖。
本實施例的高亮度放電燈10，作為發(fā)光物質(zhì)是具有金屬鹵化物的金屬鹵化物燈。如圖1所示的金屬鹵化物燈10具有在管內(nèi)設(shè)有方向相對的一對電極3a、3b的發(fā)光管1；密封發(fā)光管1兩端的電極密封部2a、2b。在發(fā)光管1的外周上，成螺線形卷有由導(dǎo)電性材料(例如白金線)構(gòu)成的觸發(fā)線8，其一端8a置位于電極3a附近。本實施例的發(fā)光管1是由石英玻璃構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)橢圓體形狀的透明性容器，容器內(nèi)成為放電空間。發(fā)光管1的中央部外徑是0.6mm，厚度是1.6mm，而且，內(nèi)部容積是0.025cc。
在發(fā)光管1內(nèi)密封有作為發(fā)光物質(zhì)的ScI3(碘化鈧)、NaI(碘化鈉)、InI3(碘化銥)、TII(碘化鉈)、以及作為啟動輔助氣體的1.4Mpa的Mpa的Xe氣體。但是，與圖11所示的構(gòu)成不同，在本實施例的發(fā)光管1中沒有密封Hg(水銀)。即，本實施例的高亮度放電燈10是所謂的無水銀金屬鹵化物燈。當(dāng)然，不局限于無水銀金屬鹵化物燈，也可以使用封入水銀的有水銀金屬鹵化物燈。并且，與有水銀的金屬鹵化物燈相比，無水銀金屬鹵化物燈的起動電壓有增大的傾向，所以使無水銀金屬鹵化物燈的構(gòu)成中具有觸發(fā)線8，效果將更好。即，利用觸發(fā)線8來降低起動電壓，能使效果更為顯著。當(dāng)構(gòu)成不含水銀的金屬鹵化物燈時，作為金屬鹵化物，包含有銥的鹵化物(例如InI3、以及/或InI、最好是InI3)，就能提高燈電壓，降低燈的點燈電流，所以比較理想。
金屬鹵化物燈10利用發(fā)光管1內(nèi)的金屬鹵化物的發(fā)光，來發(fā)射具有可視區(qū)域光譜的光。NaI中的Na在實現(xiàn)可視區(qū)域光譜方面是非常理想的發(fā)光物質(zhì)，但Na等離子半徑小的堿金屬，在設(shè)有觸發(fā)線的現(xiàn)有金屬鹵化物燈的構(gòu)成中(參照圖11)，會在石英玻璃中移動，從而漏出到發(fā)光管的外部。即，在設(shè)有觸發(fā)線的現(xiàn)有金屬鹵化物燈的構(gòu)成中，要使用堿金屬鹵化物來作為金屬鹵化物，從燈壽命的角度來看，是很困難的。
設(shè)在發(fā)光管1內(nèi)的電極3a、3b是鎢電極。電極3a、3b的電極間距離例如可設(shè)定為3.7mm。一對電極3a、3b通過設(shè)在電極密封部2a、2b內(nèi)的金屬箔4a、4b連接外部引線5a、5b。在本實施例中，電極密封部2a、2b由石英玻璃構(gòu)成，具有收縮密封構(gòu)造。如圖3所示，該剖視外形為近似長方形。并且，當(dāng)確保更高的密封耐壓時，也可以將電極密封部2a、2b設(shè)定為緊縮密封構(gòu)造。此時，剖視外形例如為近似圓形。
電連接一對電極3a、3b的外部引線5a、5b通過配線9a、9b與包含穩(wěn)定器6的點燈電路(驅(qū)動裝置)11電連接。點燈電路11能輸出啟動用的高壓脈沖電壓(起動電壓)以及點燈用的驅(qū)動電壓(點燈電壓)，與電源7電連接。更具體地說，點燈電路11的構(gòu)成是當(dāng)燈開始啟動時輸出高壓脈沖電壓，而后在點燈工作過程中對電流進(jìn)行控制，使金屬鹵化物燈10中不致流過給定值以上的電流。在本實施例中，當(dāng)燈開始啟動時，只在例如由定時器所設(shè)定的給定時間內(nèi)輸出20kV的高壓脈沖電壓，而另一方面，在點燈工作過程中，輸出頻率為150Hz、65V、0.54A的電壓以及電流，據(jù)此，用35W的燈功率來使金屬鹵化物燈10點燈。
觸發(fā)線8的構(gòu)成要做到當(dāng)把起動電壓外加到一對電極3a、3b上時，要使觸發(fā)線8與電極3b處于導(dǎo)通狀態(tài)。換言之，當(dāng)外加起動電壓時，觸發(fā)線8與電極3b的關(guān)系要從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在本實施例中，如圖2所示，觸發(fā)線8的另一端8b被設(shè)置在以絕緣狀態(tài)(空氣絕緣)靠近外部引線5b的地方，兩者(8b和5b)之間存在著作為絕緣體的空氣20。根據(jù)這種構(gòu)成，當(dāng)從點燈電路11把給定的電壓(高壓脈沖電壓)外加到外部引線5a、5b上時，在觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的絕緣被擊穿，另一端8b和外部引線5b成為同一電位。即，只有當(dāng)外加起動電壓時，觸發(fā)線8才通過外部引線5b與電極3b之間成為導(dǎo)通狀態(tài)。觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔d例如為不足3mm，最好為1mm。為了保持觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔，可以利用例如絕緣性的固定材料來固定觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b。
并且，并不只局限于利用空氣20進(jìn)行的絕緣，也可以使觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔空間處于真空狀態(tài)來進(jìn)行絕緣。而且，如圖4所示，也可以在外部引線5b上卷繞絕緣膠帶21來構(gòu)成。根據(jù)該構(gòu)成，利用膠帶21的卷數(shù)就能簡單地調(diào)整間隔d。而且，如圖5所示，也可以在外部引線5b上套上陶瓷筒22，在其外周上纏繞一圈另一端8b。即使在這種情況下，也可以使之具有與空氣絕緣時相同的間隔d。
如圖3所示，把觸發(fā)線的一端8a卷繞在發(fā)光管1和密封部2a之間的區(qū)域上；換言之，金屬鹵化物燈10在發(fā)光管1一側(cè)的密封部2a的端部(根部附近)具有觸發(fā)線8的卷繞部8a。在本實施例中，接近設(shè)置觸發(fā)線8的一端8a和密封在電極密封部2a中的電極3a，使兩者之間通過電極密封部2a的石英玻璃的最短距離為大約1mm。
下面，參照圖6來說明本實施例金屬鹵化物燈10的工作過程。
圖6(a)是模式化地表示流動在觸發(fā)線8中的電流波形的曲線圖；圖6(b)是模式化地表示外加在一對電極3a、3b之間的電壓波形曲線圖。
首先，如圖6(b)所示，在燈起動時(T1)，從點燈電路11輸出20kV的高壓脈沖電壓，并施加到電極3a、3b之間。由于外部引線5b和觸發(fā)線8的另一端8b之間的間隔d設(shè)得比較窄(如1mm)，所以如圖6(a)所示，如果外加高壓脈沖電壓，則彼此之間的絕緣被擊穿，觸發(fā)線8和電極3b成為同一電位。據(jù)此，在觸發(fā)線8的一端8a和電極3a之間附近產(chǎn)生具有比電極3a、3b之間的電位傾斜度還大的電位傾斜度的電場。因此，在發(fā)光管1內(nèi)能加速擊穿Xe絕緣氣體，還容易造成電極3a、3b之間的絕緣被擊穿；其結(jié)果是，金屬鹵化物燈10的點燈(放電)真的開始了。
該點燈狀態(tài)一旦開始，即使降低電壓也仍能維持在穩(wěn)定狀態(tài)。即，如圖6(b)所示，當(dāng)點燈電路11停止輸出高壓脈沖電壓后，即使輸出(T2)頻率為150Hz、65V、0.54A的電壓以及電流，點燈狀態(tài)也仍能維持在穩(wěn)定狀態(tài)上。另一方面，如圖6(a)所示，當(dāng)燈處于穩(wěn)定點燈狀態(tài)時(T2)，觸發(fā)線8的電位呈浮游狀態(tài)。即，當(dāng)從點燈電路11輸出燈處于穩(wěn)定點燈狀態(tài)時(T2)的低電壓時，觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間不產(chǎn)生絕緣擊穿，故此，兩者呈絕緣狀態(tài)，觸發(fā)線8的電位呈浮游狀態(tài)。因此，在點燈過程中，觸發(fā)線8對發(fā)光管1內(nèi)的電場所施加的影響幾乎為0，所以能防止發(fā)光管1內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)由于被吸引到觸發(fā)線8的方向上，而從發(fā)光管1的內(nèi)部漏出到外部。
在本實施例的構(gòu)成中，通過設(shè)置觸發(fā)線8(特別是一端8a)，即使用20kV這一比較低的高壓脈沖電壓也能可靠地起動金屬鹵化物燈10，所以能夠比較容易地實現(xiàn)點燈電路11的小型化和低制造成本化，而且，因為能如其另一端8b那樣來構(gòu)成觸發(fā)線8，所以在點燈過程中，觸發(fā)線8不產(chǎn)生電場，因此能夠防止由于該電場的影響而產(chǎn)生的發(fā)光物質(zhì)漏出問題。其結(jié)果是，能防止由于發(fā)光物質(zhì)減少所造成的色變化和燈電壓上升變化的出現(xiàn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)具有穩(wěn)定特性的、使用壽命較長的金屬鹵化物燈10。
下面，說明燈起動所需要的高壓脈沖電壓(擊穿電壓)。
本發(fā)明者分別對設(shè)有觸發(fā)線8的本實施例1的金屬鹵化物燈10和不設(shè)觸發(fā)線8的金屬鹵化物燈進(jìn)行了擊穿電壓測定。不設(shè)觸發(fā)線8的金屬鹵化物燈，除了沒有觸發(fā)線8之外，具有與金屬鹵化物燈10相同的構(gòu)成。
擊穿電壓的測定如以下這樣進(jìn)行。當(dāng)把高壓脈沖電壓外加到金屬鹵化物燈上，使其開始亮燈時，在電極3a、3b之間產(chǎn)生絕緣擊穿后開始放電，利用金屬鹵化物燈在亮燈的瞬間電極間電壓的急劇下降，將此時測定的峰值電壓作為達(dá)到絕緣擊穿所需的擊穿電壓。并且，當(dāng)反復(fù)進(jìn)行測量時，為了排除溫度的影響，在熄燈后必須放置15分鐘以上，等到金屬鹵化物燈10充分冷卻之后再進(jìn)行起動。
以下所示表1表示擊穿電壓的測定結(jié)果。當(dāng)其構(gòu)成中設(shè)有觸發(fā)線8時，把觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔d設(shè)為1mm。并且，在表1中還表示了有關(guān)以后所述的實施例2的金屬鹵化物燈的測定結(jié)果。
下面說明表1。
如表1所示，當(dāng)不設(shè)觸發(fā)線8時，擊穿電壓為20.8kV，而當(dāng)設(shè)觸發(fā)線8時，擊穿電壓為12.3kV，可見通過設(shè)置觸發(fā)線8就能大幅度地降低擊穿電壓值。如果擊穿電壓為15kV以下，則在通常使用條件下就能可靠地起動金屬鹵化物燈。即使考慮到由于燈和穩(wěn)定器的環(huán)境溫度、燈自身的溫度、在發(fā)光管內(nèi)的金屬鹵化物的位置(濃度分布)、以及電極狀態(tài)等的不同所產(chǎn)生的±30％的變動，也可以用點燈電路11來施加20kV以下的高壓脈沖電壓。因為能很容易地使產(chǎn)生20kV以下高壓脈沖電壓的點燈電路11實現(xiàn)電路的小型化和低成本化，所以這種金屬鹵化物燈在現(xiàn)在市場上的實用性很大。
當(dāng)金屬鹵化物燈不設(shè)觸發(fā)線8時，測定的擊穿電壓為20.8kV，所以需要施加超過20kV的高壓脈沖電壓。這種產(chǎn)生非常高的高壓脈沖電壓的點燈電路必須使用特別的設(shè)計方案，并且，因為要使用耐高壓的部件，所以使電路構(gòu)成大型化，而且成本也大幅度提高。因此，這種金屬鹵化物燈在現(xiàn)在市場上的實用性變得很小。
下面，說明觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔。本發(fā)明者把本實施例的金屬鹵化物燈10的觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔d(最短距離)，在0.5mm～4mm的范圍內(nèi)進(jìn)行了各種設(shè)定，如所述的那樣，施加15kV的高壓脈沖電壓，進(jìn)行了起動試驗。將起動試驗的結(jié)果表示在以下所述的表2中。如圖4所示，該起動試驗是利用設(shè)有絕緣膠帶21的構(gòu)成來進(jìn)行的。
下面說明表2。
如表2所示，當(dāng)觸發(fā)線8的另一端8b和外部引線5b之間的間隔d為不足3mm(例如2.5mm～0.5mm)時，燈切實起動。但是，當(dāng)為3mm以上時，不起動。不起動的理由可以認(rèn)為是因間隔d過大而不能產(chǎn)生絕緣擊穿，觸發(fā)線8和外部引線5b不能成為同電位。通常在一般的燈中，通過將間隔d設(shè)為不足3mm，能夠使其具有良好的起動性，但并不局限于此，可以根據(jù)各種條件來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置間隔d。例如，根據(jù)觸發(fā)線8的設(shè)置、絕緣體的種類、電極3a、3b之間的距離、施加電壓等來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置間隔d，要做到只有當(dāng)施加高壓脈沖電壓時，才會產(chǎn)生絕緣擊穿。
并且，并不局限于使觸發(fā)線8的另一端8b靠近外部引線5b，也可以使配線9b等靠近起動時施加高電壓的部分。而且，并不局限于觸發(fā)線8的端部，也可以使之靠近此外的中央部。
下面，說明燈的壽命。本發(fā)明者對以下兩種金屬鹵化物燈分別進(jìn)行了壽命試驗，即使觸發(fā)線8的另一端8b靠近外部引線5b而設(shè)置的本實施例的金屬鹵化物燈10(參照圖1)和使觸發(fā)線108連接一方的外部引線105b，并在點燈過程中經(jīng)常與一方的電極103b同電位的金屬鹵化物燈(比較例；關(guān)于觸發(fā)線108的構(gòu)成，可參照圖11)。使兩種燈的封入物構(gòu)成相同。壽命試驗是使兩種燈各點燈250小時，然后調(diào)查觸發(fā)線的影響。將壽命試驗的結(jié)果表示在以下所述的表3中。表3表示了針對各種燈所進(jìn)行的10次壽命試驗中的代表性例子。
下面說明表3。
如表3所示，在點燈250小時后，在作為比較例的金屬鹵化物燈中可以觀察到大幅度的色溫度變化(4000K→6500K)，而且，燈電壓也上升了(60V→120V)。色溫度從4000K到6500K大幅度變化的燈是不能作為汽車前燈來使用的不合格燈。而且，還觀察到了發(fā)光管出現(xiàn)白濁、喪失透明性的失透現(xiàn)象。而且，光通量維持率也下降到50％。
產(chǎn)生這種性能大幅度下降的原因，就比較例的情況來說，可以認(rèn)為是由于即使在燈的點燈過程中觸發(fā)線108也與電極103b為同電位所造成的。即，因為即使在燈的點燈過程中觸發(fā)線108也與電極103b為同電位，所以在觸發(fā)線108的一端108a和電極103a之間形成電位傾斜度較大的電場。因此，發(fā)光管內(nèi)離子化了的發(fā)光物質(zhì)被觸發(fā)線108所吸引，特別是離子半徑小的Na等就會在石英玻璃中移動，從而漏出到發(fā)光管101的外部。其結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)生性能大幅度下降。而且，當(dāng)Na等在石英玻璃中移動時，會破壞石英玻璃的非結(jié)晶質(zhì)構(gòu)造，會導(dǎo)致石英玻璃的白濁、失透等。
對此，在本實施例的金屬鹵化物燈10中，由于在燈的點燈過程中，觸發(fā)線8的電位呈浮游狀態(tài)，所以不形成所述那樣的電位傾斜度較大的電場，發(fā)光物質(zhì)不漏出。其結(jié)果是，幾乎不發(fā)生色溫度變化、燈電壓上升、以及光通量維持率下降等問題，發(fā)光管1也不產(chǎn)生失透現(xiàn)象。因此，能夠獲得比較長的燈壽命。
在本實施例中，由于其構(gòu)成是當(dāng)外加起動電壓時，觸發(fā)線8與電極3b的關(guān)系要從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，所以能實現(xiàn)降低擊穿電壓的目的，同時還能防止燈的特性發(fā)生變化。其結(jié)果是能夠提供一種使用壽命長的金屬鹵化物燈10。更具體地說，當(dāng)起動時，觸發(fā)線8與電極3b變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，由于在觸發(fā)線8與電極3a之間形成的電場的影響，一對電極3a、3b之間的放電容易發(fā)生，所以即使在較低的電壓下，也能夠比較容易地起動。并且，觸發(fā)線8與電極3b的導(dǎo)通狀態(tài)僅限于起動時，在點燈過程中，在觸發(fā)線8的附近不會產(chǎn)生大的電場，所以，在發(fā)光管1內(nèi)離子化的封入物(例如，鈉離子)不會被觸發(fā)線8吸引，不會在發(fā)光管1的管壁中移動而漏出到外面。故此，即使長時間點燈，也不會產(chǎn)生封入物的減少和離子在發(fā)光管管壁中移動時的非結(jié)晶質(zhì)構(gòu)造被破壞等問題。因此，不會導(dǎo)致色溫度變化、燈電壓上升、光通量維持率下降、以及發(fā)光管失透等問題，能夠獲得比較長的燈壽命。
而且，在本實施例中，在觸發(fā)線8上設(shè)置與外部引線5b的接近部分(8b)，起動時如果施加起動電壓(高壓脈沖電壓)，則由于絕緣擊穿，使高電壓被加到觸發(fā)線8上，所以利用簡便的構(gòu)成就能夠取得降低擊穿電壓以及改變燈的特性的效果。
并且，為了把高電壓加到觸發(fā)線8上，并不局限于利用絕緣擊穿的構(gòu)成，例如也可以采用使用如雙金屬片那樣的開關(guān)元件的構(gòu)成。即，也可以采用這樣的構(gòu)成使用開關(guān)元件，僅在起動時使高壓電源連接到觸發(fā)線8上。
但是，當(dāng)使用雙金屬片時，在再點燈的情況下，受到點燈前的燈溫度的影響，有可能出現(xiàn)開關(guān)動作不良的問題，所以，除了構(gòu)成簡便的優(yōu)點之外，從能使之可靠地工作這一角度出發(fā)，可以說利用所述絕緣擊穿構(gòu)成的優(yōu)點更大一些。在本實施例中，在起動時，是使觸發(fā)線8的電位與電極3b的電位相同，但并不局限于此，觸發(fā)線8不一定要與電極3b的電位相同。也可以是利用在一端8a和電極3a之間形成的電場來使電極3a、3b之間開始放電的電位。
實施例2參照圖7以及圖8來說明本發(fā)明的實施例2。圖7是模式化地表示有關(guān)本實施例的高亮度放電燈點燈裝置的電路構(gòu)成的圖。
圖7所示的高亮度放電燈點燈裝置具有金屬鹵化物燈13和使金屬鹵化物燈13亮燈的點燈電路12。本發(fā)明的構(gòu)成與所述實施例1的構(gòu)成相同，僅在起動時才使高壓脈沖電壓施加到被卷繞在燈13上的觸發(fā)線8上。但是在本實施例中，其構(gòu)成是只在觸發(fā)線8上施加起動時的高壓脈沖電壓，而在燈的一對電極3a、3b之間，即使在起動時也仍然施加與亮燈時同樣的電壓(驅(qū)動電壓)，這一點與所述實施例1不同。而且，高壓脈沖電壓的施加也不是通過與外部引線5b之間的絕緣擊穿來進(jìn)行的，而是利用點燈電路(驅(qū)動電路)12的控制來進(jìn)行的，這一點也與所述實施例1不同。因為其他方面與所述實施例1相同，所以省略或簡化其說明。
圖7所示的點燈電路12與所述實施例1相比，在燈的點燈用驅(qū)動電壓和起動用高壓脈沖電壓獨立輸出這一點上大不相同。即，燈的點燈用電壓從電源7通過點燈電路12的穩(wěn)定器6來輸出的。另外，起動用高壓脈沖電壓是利用升壓變壓器130將電源7的電壓升壓，然后通過繼電器120輸出的。利用定時電路110的控制使繼電器120只在起動后的給定時間(例如1秒)內(nèi)處于“打開”的狀態(tài)。
金屬鹵化物燈13與所述實施例1的金屬鹵化物燈10相同，具有將其一端8a卷繞在電極密封部2a根部上的觸發(fā)線8。但是觸發(fā)線8的另一端8b不是接近外部引線5b設(shè)置的，而是通過配線100與點燈電路12的繼電器120電連接。而且，外部引線5a、5b分別電連接點燈電路12的穩(wěn)定器6。
下面，參照圖8來說明本實施例的工作過程。圖8(a)是模式化地表示外加在觸發(fā)線8上的電壓波形的曲線圖；圖8(b)是模式化地表示外加在一對電極3a、3b之間的電壓波形曲線圖。
如圖8(a)以及圖8(b)所示，在燈起動時(T1)，從穩(wěn)定器6輸出的驅(qū)動電壓(例如65V)被加到外部引線5a、5b之間，在這種狀態(tài)下，從升壓變壓器130輸出的高壓脈沖電壓(例如20KV)被施加到觸發(fā)線8上。據(jù)此，在發(fā)光管1內(nèi)部的觸發(fā)線8的一端8a附近產(chǎn)生電位傾斜度很大的電場，促進(jìn)了Xe絕緣氣體的擊穿，所以，以更低的起動電壓，利用加在外部引線5a、5b之間的驅(qū)動電壓開始放電，使燈發(fā)光。
起動開始之后，在經(jīng)過1秒鐘的時刻，利用定時電路110的控制使繼電器120變?yōu)椤按蜷_”的狀態(tài)，觸發(fā)線8的電位變成浮游狀態(tài)(T2)。故此，與所述實施例1相同，在點燈過程中，在觸發(fā)線8和放電電極之間不形成電位傾斜度很大的電場，發(fā)光物質(zhì)不會漏出。因此，幾乎不發(fā)生色溫度變化、燈電壓上升、以及光通量維持率下降等問題，而且，發(fā)光管1也不產(chǎn)生失透現(xiàn)象。因此，能夠獲得比較長的燈壽命。而且，在本實施例的構(gòu)成中，在一對電極3a、3b之間不施加高壓脈沖電壓，所以能防止或降低由起動時的電極融化變形和蒸發(fā)所引起的消耗等損傷。
與實施例1相同，對本實施例的金屬鹵化物燈13也進(jìn)行了擊穿電壓測定，其結(jié)果，如在所述表1中一同表示的那樣，擊穿電壓為12.2V。即，可以知道，與不設(shè)觸發(fā)線的金屬鹵化物燈相比，本實施例的金屬鹵化物燈13能大幅度地降低擊穿電壓。而且，根據(jù)所進(jìn)行的壽命試驗結(jié)果可知，本實施例的金屬鹵化物燈13與實施例1的金屬鹵化物燈10相同，沒有發(fā)現(xiàn)作為發(fā)光物質(zhì)的鈉等堿金屬從發(fā)光管1的內(nèi)部漏出到外部的現(xiàn)象，因為具有穩(wěn)定的特性，所以能獲得較長的使用壽命。
也可以將圖7所示的構(gòu)成變更為圖9所示的構(gòu)成。圖9是表示實施例2的改變例電路構(gòu)成的圖。
在圖9所示的構(gòu)成中，取代定時電路110，利用檢測燈已開始點燈的點燈檢測部件150來控制繼電器120，使高壓脈沖電壓只在起動的時候才施加。作為點燈檢測部件150，例如可以使用檢測燈電流的電流檢測器。具體地說明該工作過程，是通過把高壓脈沖電壓加到觸發(fā)線8上，使放電電極之間開始放電，而后利用電流檢測器150進(jìn)行檢測，如果檢測出例如0.3A以上的燈電流，就將繼電器120轉(zhuǎn)換為“關(guān)閉”狀態(tài)，使高壓脈沖電壓不再施加到觸發(fā)線8上。
而且，如圖10所示，也可以使用檢測燈電壓的電壓檢測器151作為點燈檢測部件，以此來構(gòu)成點燈電路12，控制繼電器120。當(dāng)放電電極之間尚未開始放電時，來自穩(wěn)定器6的輸出電壓成為給定的開放電壓(例如350V)，而開始放電時，變?yōu)槔?5V的燈電壓。利用該電壓的變化檢測是否點燈，通過這種方法就能使高壓脈沖電壓只在起動的時候才施加到觸發(fā)線8上。而且，為了檢測是否點燈，也可以使用光傳感器等。
并且，雖然在所述各實施例中列舉了由石英玻璃來構(gòu)成發(fā)光管1的例子，但并不局限于此，也可以使用陶瓷材料來構(gòu)成發(fā)光管1。不過，由陶瓷材料構(gòu)成的發(fā)光管與由石英玻璃構(gòu)成的發(fā)光管相比，為所謂的毛玻璃狀態(tài)，所以存在著難以獲得點光源這一問題。即，在毛玻璃狀態(tài)的陶瓷發(fā)光管中，由于發(fā)光管整體發(fā)光，所以難以獲得點光源。故此，在汽車前燈等要求點光源的地方，最好還是使用石英玻璃的發(fā)光管。
而且，最然舉例說明了金屬鹵化物燈，但并不局限于此，也可以使用具有同樣放電機理的各種高亮度放電燈(例如高壓水銀燈)。即，雖然從能防止鈉等發(fā)光物質(zhì)丟失這一角度出發(fā)，使用金屬鹵化物燈效果比較好，但也完全可以使用高壓水銀燈、高壓鈉燈等其他的高亮度放電燈(HID)。
并且，在所述實施例中的氙氣壓、發(fā)光管1的內(nèi)容積、電極之間的距離、鈧的碘化物、以及鈉的碘化物等金屬鹵化物的組合等只是例示而已。因此，例如發(fā)光管1的內(nèi)容積并不局限于0.025cc，電極之間的距離也并不局限于3.7mm，而且，作為金屬鹵化物也可以使用其他的組合物。雖然構(gòu)成是以輔助起動的目的而把氙氣密封到發(fā)光管1中的，如考慮到汽車前燈的使用要求，則稀有氣體中氙氣比較理想，但氙氣以外的稀有氣體，例如氬氣也可以。同樣，燈的功率也并不局限于35W。所述實施例的高亮度放電燈不只是汽車前燈用，不用說，以一般照明用為主，還可以用于其他方面。例如，也可以作為如使用液晶和DMD的投影機等圖像投影裝置的光源來使用。而且，也可以作為露天體育場的照明燈以及作為照射道路標(biāo)記的探照燈來使用。
根據(jù)本發(fā)明，觸發(fā)線的構(gòu)成是當(dāng)起動電壓外加到所述一對電極之間時，觸發(fā)線與一方電極之間變成導(dǎo)通狀態(tài)，所以能夠降低擊穿電壓，同時還能防止燈的特性發(fā)生變化。其結(jié)果是能延長具有觸發(fā)線的高亮度放電燈的壽命。
表1
表2
(○起動、×不起動)
表3
權(quán)利要求
1.一種高亮度放電燈，包括在管內(nèi)設(shè)有一對方向相對的電極的發(fā)光管，和設(shè)在所述發(fā)光管的外周上的由導(dǎo)電性材料所構(gòu)成的觸發(fā)線；其特征在于所述觸發(fā)線的構(gòu)成是當(dāng)把起動電壓外加到所述一對電極之間時，所述觸發(fā)線要與所述一對電極中的一方電極呈導(dǎo)通狀態(tài)；并且，在所述導(dǎo)通狀態(tài)的觸發(fā)線和相對于所述一方電極的另一方電極之間形成電場的狀態(tài)下，在所述一對電極之間開始放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度放電燈，其特征在于所述觸發(fā)線的一部分被設(shè)置在以絕緣狀態(tài)靠近電連接所述一方電極的外部引線的地方；當(dāng)外加所述起動電壓時，所述觸發(fā)線的所述一部分和所述外部引線之間發(fā)生絕緣擊穿而成為所述導(dǎo)通狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高亮度放電燈，其特征在于把所述觸發(fā)線的所述一部分設(shè)在與所述外部引線之間的距離為不足3mm的地方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高亮度放電燈，其特征在于所述觸發(fā)線的所述一部分與所述外部引線之間是靠空氣來絕緣的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高亮度放電燈，其特征在于所述觸發(fā)線的所述一部分與所述外部引線之間是通過設(shè)置絕緣膠帶來絕緣的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度放電燈，其特征在于還包括從所述發(fā)光管延伸出來，并密封所述一對電極的端部的一對密封部；在密封所述一對密封部中的所述另一方電極端部的密封部和所述發(fā)光管之間的區(qū)域上卷繞有所述觸發(fā)線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度放電燈，其特征在于所述發(fā)光管是由石英玻璃構(gòu)成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度放電燈，其特征在于在所述發(fā)光管內(nèi)密封金屬鹵化物作為發(fā)光物質(zhì)；所述金屬鹵化物包含堿金屬鹵化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高亮度放電燈，其特征在于所述堿金屬鹵化物是鈉鹵化物。
10.一種高亮度放電燈點燈裝置，包括包含在管內(nèi)設(shè)有一對方向相對電極的發(fā)光管和設(shè)在所述發(fā)光管外周上的由導(dǎo)電性材料所構(gòu)成的觸發(fā)線的高亮度放電燈；使所述高亮度放電燈亮燈的點燈電路；所述觸發(fā)線不與所述一對電極中的任意一方電連接；所述點燈電路包括當(dāng)所述一對電極之間開始放電后，施加用于維持該放電的驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓施加部件；施加用來在所述一對電極之間開始放電的起動電壓的起動電壓施加部件；所述觸發(fā)線電連接所述起動電壓施加部件，并且，所述一對電極分別與所述驅(qū)動電壓施加部件電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于具有控制所述起動電壓施加部件的定時器，使所述起動電壓施加部件在起動時的給定時間內(nèi)將所述起動電壓施加到所述觸發(fā)線上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述起動電壓施加部件包括檢測利用所述一對電極之間的放電來實施的點燈已經(jīng)開始的檢測部件；當(dāng)利用所述檢測部件檢測出點燈已經(jīng)開始時，停止施加所述起動電壓的控制部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述檢測部件是檢測所述一對電極之間的電壓變化的電壓檢測器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述檢測部件是檢測流動在所述一對電極之間的電流變化的電流檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10～12中任意1項所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述高亮度放電燈還具有從所述發(fā)光管延伸出來，并密封所述一對電極端部的一對密封部；在所述一對密封部中的一方密封部和所述發(fā)光管之間的區(qū)域上卷繞有所述觸發(fā)線。
16.根據(jù)權(quán)利要求10～12中任意1項所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述發(fā)光管是由石英玻璃構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10～12中任意1項所述的高亮度放電燈點燈裝置，其特征在于所述高亮度放電燈是將包含堿金屬鹵化物在內(nèi)的金屬鹵化物作為發(fā)光物質(zhì)，密封到所述發(fā)光管內(nèi)的金屬鹵化物燈。
全文摘要
一種高亮度放電燈10,包括:發(fā)光管1和設(shè)在發(fā)光管1外周上的由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的觸發(fā)線8。所述觸發(fā)線8的構(gòu)成是:當(dāng)把起動電壓外加到所述一對電極3a、3b之間時,所述觸發(fā)線8與電極3b之間呈導(dǎo)通狀態(tài)。在導(dǎo)通狀態(tài)的觸發(fā)線8和電極3a之間,靠起動電壓產(chǎn)生電場。該高亮度放電燈10具有較長的使用壽命。
文檔編號H05B41/04GK1327256SQ01115938
公開日2001年12月19日 申請日期2001年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月6日
發(fā)明者金子由利子, 高橋清, 南畑亮, 竹田守, 桐生英明, 村瀨隆幸 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社