具有交流驱动金属卤化物灯的高效率照明组件

摘要

照明组件(100)包括电子驱动电路(110)和放电灯(10)。放电灯(10)利用20-30W的稳态平均功率驱动。它包括具有两个电极(24)的放电容器(20)，该放电容器的最大内部尺度ID小于3mm。放电容器填充物包括稀有气体和金属卤化物组成，该金属卤化物组成以小于13.2μg/μl的放电容器(20)的单位体积的数量被提供。电能作为交变电流IL被供应，在该交变电流中叠加脉冲(150a-150d)。在交变电流IL的极性变化之前或之后的循环时间的10%的时间间隔内发生脉冲。在脉冲期间，电流IL达到电流IL的RMS值的至少1.2倍的电流值。

权利要求

1.照明组件，其包括电子驱动电路(110)和连接到所述驱动电路(110)的放电灯(10)，其中所述放电灯(10)包括放电容器(20)，在该放电容器中提供两个电极(24)从而在所述放电容器(20)中凸伸，其中所述放电容器(20)具有在所述电极(24)之间的垂直中心平面中测量的小于3mm的最大内部尺度(ID)，其中所述放电容器(20)围住填充物，该填充物至少包括稀有气体和金属卤化物组成，其中所述金属卤化物组成以小于13.2µg/µl的放电容器(20)的单位体积的数量被提供，以及其中所述驱动电路(110)布置成以20-30W的稳态平均功率输送电能到所述放电灯(10)，其中所述电能作为交变电流(IL)被供应，其中在所述交变电流(IL)上叠加了：在所述交变电流(IL)的每个循环内发生的脉冲(150a，150b，150c，150d)，其中所述脉冲具有位于所述交变电流的极性变化之前或之后的半循环时间的20%的时间间隔中的中心，其中在所述脉冲期间，通过所述放电灯的电流(IL)达到所述交变电流(IL)的RMS值的至少1.2倍的电流值。

2.如权利要求1所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成以小于8µg/µl的数量被提供。

3.如权利要求1、2其中之一所述的照明组件，其中所述放电灯(10)包括围绕所述放电容器(20)提供的密封外部壳体(18)，所述外部壳体(18)围住真空或在800℃具有热导率(λ)的气体填充物，所述外部壳体(18)布置在在所述中心平面中测量的距离所述放电容器(20)一距离(d2)处，使得被计算为所述热导率(λ)除以所述距离(d2)的热传输系数(λ/d2)为2

23.3-80W/mK。

4.如权利要求3所述的照明组件，其中2

所述热传输系数(λ/d2)为32.6-62W/mK。

5.如权利要求1所述的照明组件，其中所述放电容器(20)中的所述稀有气体为在大于13bar且小于17bar的冷压力被提供的氙气。

6.如权利要求1所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成包括总计至少50wt.%的钠和钪的卤化物。

7.如权利要求1所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成至少包括钠和钪的卤化物，其中钠的卤化物的质量除以钪的卤化物的质量的质量比为0.7-1.3。

8.如权利要求6所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成进一步包括0.1-3wt.%的铟的卤化物。

9.如权利要求6所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成进一步包括5-40wt.%的铥的卤化物。

10.如权利要求6所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成进一步包括0.5-5wt.%的钍的卤化物。

11.如权利要求1所述的照明组件，其中所述金属卤化物组成被选择以获得4250-4750K的色温。

12.如权利要求1所述的照明组件，其中所述放电灯(10)以大于75lm/W的流明效率生成光，该流明效率被计算为获得的光通量除以平均电学输入功率的比率。

13.如权利要求1所述的照明组件，其中所述电极(24)为杆状的，其直径为230-300µm。

14.如权利要求1所述的照明组件，其中所述脉冲具有半循环持续时间的1-25%的脉冲宽度。

说明书

具有交流驱动金属卤化物灯的高效率照明组件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种特别是在汽车前方照明中使用的，具有电子驱动电路和高压气体放电灯的照明组件。

背景技术

[0002] 放电灯，特别是HID(高强度放电)灯被用于其中需要高光通量的大范围应用。特别是在汽车领域中，HID灯被用作车辆头灯。

[0003] 放电灯包括具有内部放电空间的密封放电容器，该放电容器可以由例如石英玻璃制成。两个电极凸伸到放电空间内从而在它们之间点燃电弧，所述两个电极布置成彼此相距一距离。放电空间具有填充物，该填充物包括稀有气体以及诸如金属卤化物的另外成份。

[0004] 当前重要的方面是能量效率。放电灯的效率可以被测量为与所使用电功率相关的流明输出。在当前用于汽车前方照明的放电灯中，在35瓦的稳态工作功率下获得大约90流明每瓦(lm/W)的效率。

[0005] WO2008/110967描述一种用于车辆前照灯(headlight)的HID灯，其具有20-30W的减小的额定功率。在实施例中，25W灯具有椭圆体形状的放电容器，电极设于4.2mm的光学距离处。放电容器的内径为2.2mm并且外径为5.5mm。在17bar的冷压力的氙气以及36wt-% NaI、24wt-% ScI3和40wt% ZnI2的金属卤化物的填充物被提供在放电容器中。在放电容器周围在距离d2处提供外灯泡，该外灯泡被密封并且填充了在800℃测量的减小的热导率λ的填充气体。被计算为外灯泡填充气体的热导率λ除以放电容器和外灯泡之间
2
的距离d2的热传输系数低于150W/(m K)。

[0006] US2005/0237004公开一种用于操作高压放电灯的方法。用于在机动车辆的前照灯中使用的具有额定功率35W的这种放电灯具有石英玻璃的放电容器以及可电离填充物，该填充物含有氙气以及金属钠、钪、锌和铟的卤素成份。在第一工作模式中，放电灯被供应基本上方波波形的双极电源电流。直接地在电源电流的极性逆转之前和之后，存在到该灯的增大的功率输入。在每种情况下增大的功率输入的时间持续长度为电源电流的一个半循环的11%。在该半循环的大部分，灯的瞬时电学功率消耗具有大约30W的几乎恒定值。直接在每次极性逆转之前，大约95W的电学功率被施加，并且直接在每次极性逆转之后，大约80W的电学功率被施加。在调光状态中，通过在每次极性逆转之前和之后的0.22ms时间间隔，在大约20W的几乎恒定值上施加100W的值，使灯在仅仅25W(替代其35W的额定功率)的平均功率消耗工作。

[0007] JP2009043446A公开一种用于汽车的前照灯的金属卤化物灯。在公开的实施例中，由石英玻璃制成的放电容器具有25.5mm³的体积以及2.4mm的内径。放电容器填充有在15atm的氙气以及0.3mg的金属卤化物，该金属卤化物的组成为ScI3-NaI-ZnI2-InBr-SnI2=1:1.6:0.314:0.007:0.09。灯利用35W的稳态工作功率和0.818A的工作电流驱动。

[0008] US2005/0082987公开一种用于车辆前照灯的无汞的金属卤化物灯。光发射管被外管围绕。在实施例中，光发射管具有0.025cc的内部体积和2.6mm的最大内径并且含有11atm的氙气和0.3mg的金属卤化物材料NaI-ScI3-InBr-ZnI2。在稳定工作状态中，灯在
35W利用0.8A的灯电流由驱动电路驱动，该驱动电路包括全桥逆变器以将固定极性电压转换为矩形波形的低频交变极性电压(低频交变电流照明)。

[0009] JP2005019297A描述了一种高压放电灯和照明系统。灯包括由外管围绕的具有电极的放电容器。在实施例中，放电容器具有0.025cc的体积和2.4mm的最大内径，并且填充有在10atm的氙气和0.3mg的金属卤化物ScI3-NaI-ZnI2。灯由方波波形的低频AC以35W的灯功率和0.8A的工作电流驱动。

[0010] JP2005093354A公开一种用于汽车前照灯的金属卤化物灯和照明装置，其包括被外管围绕的放电容器。在实施例中，放电容器由石英玻璃制成并且具有0.03cc的体积和2.7mm的最大内径。在放电容器中围住10atm的氙气和0.2mg的金属卤化物ScI3-NaI-ZnI2的填充物。灯由方波波形的低频AC以35W的稳态工作功率和0.8A的灯电流驱动。

发明内容

[0011] 本发明的目的是提供一种照明组件，其允许在长寿命上能量高效的工作。

[0012] 特别是对于汽车领域，将期望以比传统35W灯低的额定功率，例如在20-30W的范围，优选地22-28W，最优选地25W来驱动放电灯。如果照明组件可以设计成以高效率工作，使得尽管电学工作功率较低，仍可获得足够的总流明输出，则可以节约能量。

[0013] 发明人已经意识到利用现有灯设计在较低额定功率使用传统电气驱动方案将导致显著降低的效率。例如，在稳态工作中在35W具有约90lm/W的效率的灯在25W仅仅具有大约62lm/W的效率。

[0014] 因而，需要调适到较低功率的灯设计。然而，发明人发现单独的灯设计优化措施增大了有限灯寿命的风险。例如，高气体压力和强热绝缘会导致减小的灯寿命。

[0015] 根据本发明，因而提供了一种照明组件，其中电子驱动电路利用特殊工作条件驱动灯，以及其中灯设计被专门调适用于其，使得在减小的平均功率，例如25W，获得高效率和良好灯寿命。

[0016] 根据本发明，灯具有放电容器，两个电极在该放电容器中凸伸。在放电空间中，提供包括稀有气体，优选地氙气的填充物以及金属卤化物组成。优选地，填充物至少基本上不含汞，即根本没有汞或者仅仅具有其无法避免的杂质。

[0017] 根据本发明，金属卤化物组成可以以小于放电空间的体积的13.2µg/µl的浓度被提供。更优选使用甚至小于8µg每µl。如在优选实施例中将示出，可以使用4-6.7µg/µl的甚至小的卤化物数量。这种有限数量的金属卤化物导致减小的反应性，使得获得更长的寿命。

[0018] 根据本发明，驱动电路在特殊工作模式中驱动灯，在当前情形中该工作模式将称为"脉冲工作"。通常，灯用交变电流驱动，即周期性地改变极性的电流。优选频率为250-750Hz，最优选为300-450Hz。尽管通常可以使用交变电流的任何基本波形，诸如正弦波形，但是优选供应矩形波形的电流，其中电流值在极性变化(换向)附近快速变化并且在每个半周期的其余部分中保持基本上恒定。技术人员当然将理解，无法完全获得理想矩形波形。在灯测量的电流值将示出有限边缘陡峭度。另外，在矩形波形的恒定部分中，实际电流将不保持在严格相同的值。在当前情形中，如果对于半周期的至少70%，电流保持基本上恒定，即在平均值附近的+/-15%，优选地+/-10%区间中，并且极性变化在每个半周期的其余
30%中发生，则灯电流的波形将仍称为矩形。更优选是对于每个半周期的80%或更大，最优选90%或更大，具有基本上恒定电流的矩形波形。

[0019] 在脉冲工作方案中，电流脉冲叠加在交变电流上。对于灯电流的每个极性变化，生成至少一个脉冲。电流脉冲在时间上靠近每个极性变化。脉冲的中心位于半循环持续时间的20%的时间间隔，该时间间隔包括灯电流的换向。因而，脉冲的时间位置可以位于距离换向的半循环时间的+/-20%中。应注意，如将结合优选实施例所解释，此定义涉及在脉冲的半最大值点之间测量的脉冲中心，并且不要求整个脉冲位于该时间间隔中。

[0020] 脉冲幅值是结合全循环中灯电流的RMS(均方根)值来定义。根据本发明，电流脉冲的高度，即最大电流值，为灯电流的RMS值的至少1.2倍。更优选是峰电流值为灯电流的RMS值的至少1.4倍。峰电流也可以显著高于RMS值，例如高达RMS值的5倍。在大多数实际应用中，高达RMS值的4倍的峰电流将是足够的。

[0021] 根据优选实施例，脉冲具有半循环时间的1-25%，更优选3-16%的宽度(在半最大值点之间测量)。脉冲可以在在极性变化之前或之后被提供。优选地，相反极性的两个脉冲被提供给每个换向，使得第一脉冲在换向之前被应用并且第二脉冲(相反的极性)在换向之后被应用。

[0022] 令人惊奇地发现，根据本发明提出的脉冲驱动方案导致更高的由根据本发明的类型的灯生成的光通量，其以以20-30W，优选地22-28W的平均工作功率被驱动，即低于汽车前方照明中的传统情形。对于在25W驱动的这种灯，发现灯效率增加约5%。

[0023] 因而，根据本发明的照明组件将特殊脉冲工作模式与适合于降低的功率范围的灯设计组合并且进一步与较低数量的卤化物组合，该照明组件允许提供具有减小的电功率但是还具有灯的高光通量和良好寿命属性的汽车前方照明。

[0024] 根据优选实施例，在25W的电功率的稳态工作中，照明组件具有等于或高于75lm/W，优选地高于80lm/W，最优选为85lm/W或更高的效率。在当前情形中，所提到的以lm/W测量的效率总是在预烧(burnt-in)灯中测量，即在放电灯首先启动并且根据预烧顺序而工作了45分钟之后。

[0025] 结合下述优选实施例将显见，可以使用若干措施来获得高效率的灯，甚至是在25W的低工作功率。这些措施一方面涉及放电容器本身，其中小内径和薄壁帮助获得高效率。另一方面，这涉及放电空间中的填充物，这将在下文中就卤化物和稀有气体的数量和组成方面来讨论。另外，将讨论这样的措施，其涉及控制经由外部壳体的热传导，使得“最冷点”温度保持足够高以获得高效率。

[0026] 通常，对于在20-30W并且优选地在22-28W的工作，放电容器的内径应选择为比较小，例如2.0-2.5mm。2.0mm的最小内径是优选的以避免电弧太紧邻放电容器壁。根据优选实施例，放电容器具有2.0-2.3mm的中心内径。

[0027] 放电容器的壁厚度可以优选地选择为1.5-1.9mm。根据优选实施例，壁厚度为1.5-1.75mm，使得比较小放电容器被提供，该放电容器具有减小的热辐射并且因此甚至在较低电功率保持是热的。

[0028] 根据本发明的优选实施例，灯进一步包括在放电容器周围提供的外部壳体。外部壳体优选地也由石英玻璃制成。壳体被密封到外部并且可以被抽空至真空或用气体填充物填充，该气体填充物优选地在降低的压力(低于1bar的压力)被提供。外部壳体用作绝缘以提供到外部的定义的热流，使得获得放电容器的定义的工作温度。

[0029] 壳体可以是任何几何形状，例如圆柱形，通常是椭圆或其它。外部壳体优选具有最多11mm的外径。

[0030] 为了减小来自放电容器的热流，外部壳体被提供在距离放电容器某一距离处。出于测量的目的，此处讨论的距离是在电极之间的中心位置处取的灯的截面中测量。外部壳体的气体填充物或抽空连同该距离被选择，使得获得期望热传输系数 。 的优选2 2
值为23.3-80W/(mK)，更优选为32.6-62W/(mK)。优选地，外部壳体布置在距放电容器
0.4-0.8mm的距离处。

[0031] 另外实施例涉及在放电容器中提供的填充物。

[0032] 在放电空间中提供的稀有气体优选地为氙气。稀有气体可以在大于13bar且小于17bar的冷(20℃)填充压力被提供。最优选地，使用14-16bar的气体压力。这些压力值提供高流明输出并且帮助实现快速上爬(run-up)行为。然而，发现17bar或更大的压力值负面地影响寿命并且因此优选地被避免。

[0033] 在优选实施例中，金属卤化物组成被仔细选择以获得高流明输出。该组成至少包括钠(Na)和钪(Sc)的卤化物，优选地至少50wt.%总量的NaI和ScI3。更优选的是卤化物组成总量的大于60wt.%或者甚至大于70wt.%的甚至更高比例的强发光卤化物NaI和ScI3。Na和Sc的卤化物的质量比优选地(Na卤化物的质量除以Sc卤化物的质量)为0.7-1.3，优选地为0.85-1.15。

[0034] 在更优选实施例中，金属卤化物组成包括除了钠和钪的卤化物之外的另外成份。该另外卤化物用于调节燃烧电压以及获得生成的光的期望颜色。根据本发明的优选实施例，金属卤化物组成被选择以获得——在15小时的工作之后——4250-4750K，更优选4350-4650K的色温。为了实现这一点，金属卤化物组成优选地包括少量的铟的卤化物(InI)，例如0.1-3wt.%，优选地0.2-1wt.%。作为另一添加，优选添加一定量的铥的卤化物(TmI3)，优选地总卤化物组成的5-40wt.%，优选地10-30wt.%。铥和铟的卤化物的添加用于调节颜色到期望色温范围。

[0035] 可选地，金属卤化物组成可包括钍卤化物，优选地ThI4的少量添加(例如小于5wt.%，优选地0.5-3wt.%)。钍卤化物用于降低电极的功函数并且因此提高灯效率。

[0036] 在优选实施例中，电极是杆状的，其具有230-300µm，优选240-260µm的直径。一方面，电极应被提供足够厚以维持必需的上爬电流。另一方面，用于在比较低稳态功率的具有高效率的灯设计的电极需要足够薄从而仍能够在低功率在稳态中工作以及充分地加热放电容器。

附图说明

[0037] 本发明的上述和其它目的、特征和优点将通过对优选实施例的下述描述而显见，其中：

[0038] 图1示出根据本发明的实施例的照明组件的示意性表示；

[0039] 图2示出图1的组件的电子灯驱动电路的示意性表示；

[0040] 图3示出灯的侧视图；

[0041] 图4示出图1所示灯的中心部分的放大视图；

[0042] 图5示出沿着图2中的线A的截面视图；

[0043] 图6、7a-7c示出灯电流的计时图。

具体实施方式

[0044] 所有示出和描述的实施例旨在用于符合ECE R99和ECE R98的车辆前照灯。特别地，这不是旨在排除可替换的非汽车用途或者根据其它条例的车辆照明。

[0045] 由于汽车高压气体放电灯照明组件本身已知，优选实施例的下述描述将主要侧重于本发明的特殊特征。

[0046] 图1示意性示出照明组件100，其包括电连接到灯10的电子驱动电路(镇流器)110，该灯安装在机动车辆前照灯114的反射器112中。

[0047] 应注意，机动车辆前照灯114仅仅是象征性地示出。使用可包括诸如透镜、遮蔽装置等另外光学元件的高强度放电灯的这种前照灯的具体实施方式本身为技术人员所知晓。

[0048] 灯10为高强度放电灯。驱动电路110连接到车辆的板载电压Vboard。在电路110中，此电压被转换使得放电灯10利用合适的灯电流IL和灯电压VL工作。

[0049] 当灯10启动时，驱动电路110供应点燃电压到灯10，在其电极之间点燃电弧。在点燃之后，灯10首先在上爬阶段工作，其中最初仅仅灯电流I2被限制在例如2.0A。

[0050] 在上爬之后，灯10在稳态中工作，其中灯电流IL和灯电压VL被供应使得恒定平均电功率被输送。在当前实例中，与今天汽车前方照明中传统上使用的35W相比，平均功率的值将为25W。尽管将详细解释的照明组件100被优化用于作为25W工作，技术人员将理解，它也可以在低于35W的不同电功率，例如20-30W或更优选22-28W工作。

[0051] 图2示出驱动电路110的示意性框图。由于本发明侧重于照明组件100在稳态中的效率，仅仅在稳态中负责驱动灯10的驱动电路110的那些元件被示出并且被进一步解释，而例如负责灯点燃的元件未被示出并且将不被详细解释。

[0052] 在如图2所示的其大体结构中，驱动电路110包括升压电路120、反相电路130和控制器140。升压电路120将机动车辆的板载电压Vboard转换到中间电压，在当前实例中该板载电压为400V。反相电路130使用例如全桥配置的切换元件在例如250-750Hz的频率供应交变电流IL。在当前实例中，330Hz的电流IL作为交变电流被供应。驱动电路的实例详细描述于WO2006/137027A2。

[0053] 在稳态工作中，灯是电流驱动的，即利用期望电流值IL工作。将根据灯10的参数建立相应电压值VL。由于这种参数在灯10的寿命上变化，并且电压VL相应地调节，IL的设定值也将由功率控制回路(集成在控制器140中并且此处未具体示出)变化以获得例如25W的期望恒定平均功率值。

[0054] 控制器140相应地驱动升压电路120和反相电路130。

[0055] 在本发明的实施例中，驱动电路110将电功率作为具有特定波形的交变灯电流IL供应到灯。灯电流IL具有基础波形，在优选实施例中其基本上为矩形，即电流在每个半周期中基本上恒定并且在换向时快速变化。在此基础波形上叠加了在靠近基础波形换向的时刻提供的脉冲。与总循环时间相比，脉冲具有短的持续时间，并且脉冲高度为使得脉冲中的电流显著地高于在其余循环中。

[0056] 图6示出在稳态工作中在时间t上的灯电流IL的波形的实例的计时图。应强调此计时图不是按比例的，而是旨在清楚地说明所使用的值和定义。

[0057] 在图6中，虚线示出灯电流IL的理想波形，并且实线示出现实中从镇流器110可以获得的电流IL的实例。

[0058] 如图6所示，在每个换向145a，145b，145c，145d之前，电流脉冲150a，150b，150c，150d被提供，该电流脉冲叠加在基础矩形波形上。在矩形波形中，电流IL在每个半周期期间基本上恒定在正值IL,1以及在负电流值IL,2。叠加脉冲150a-150d将电流向上抬升到更高正值IP,1和更高负值IP,2。与总循环时间相比，脉冲150a-150d比较短。脉冲高度被选择使得IP,1和IP,2为全循环中的灯电流的RMS值IL的至少1.2倍。由于电流脉冲短，IL的RMS值将仅仅略微高于IL,1。在当前实例中，脉冲IP,1，IP,2被选择为约1.5倍IL,1和IL,2，对应于I2的RMS值的约1.4倍。

[0059] 图7a-7c示出叠加在基础矩形波形上的不同脉冲。在每个情形中，脉冲宽度和脉冲在时间上的位置被测量，如图7a-7c所示在脉冲的半最大值处，即在其中值IL达到Ihalf=IL,1+(IP,1-IL,1)的时间t1，t2。至于本说明书和权利要求提到脉冲的在时间上的位置，这是指半最大值点(t1+(t2-t1))之间的在时间上的中心点。如果提到脉冲持续时间，这是指半最大值点t1，t2之间的时间间隔。

[0060] 如图7a-7c所说明，可以在换向点145之前(图7b)，在换向之后(图7c)，或者在换向之前和之后(图7a)供应脉冲。

[0061] 在优选实施例中，电流IL具有330Hz的频率。总循环时间因而为3ms。脉冲持续时间可以优选地为其3-16%，即90-480µs。

[0062] 在半循环时间的20%的时间间隔中，即换向之前/之后+/-0.3ms，脉冲中心可以在时间上或者如图7b所示位于每个换向点145之前或者如图7c所示位于每个换向点145之后。

[0063] 图1示出放电灯10的侧视图。灯10包括插座12，其具有两个电学接触14，该电学接触在内部连接到燃烧器16。

[0064] 燃烧器16包括围绕放电容器20的石英玻璃的外部壳体(在下文中称为外灯泡)18。放电容器20也由石英玻璃制成并且定义具有凸伸的杆状的(即具有圆形截面的圆柱形)电极24的内部放电空间22。放电容器20的玻璃材料在灯10的纵向方向上进一步延伸从而密封包括平坦钼箔26的到电极24的电学连接。

[0065] 外灯泡18在其中心部分是圆柱形形状并且在放电容器20周围布置在一距离处，因而定义外灯泡空间28。外灯泡空间28被密封。

[0066] 如图4更详细所示，放电容器20具有围绕放电空间22布置的外壁30。壁30的外部形状是椭圆体。在所示实例中放电空间22也是椭圆体形状。可替换地，放电空间22可以是圆柱形形状(未示出)。

[0067] 放电容器20由电极距离d、放电容器20的内径ID和外径OD、放电容器20的壁厚度w1、放电容器20和外灯泡18之间的距离d2以及外灯泡18的壁厚度w2表征。此处，值ID、OD、w1、d2、w2是在放电容器20的中心垂直平面中测量，如图5所示。

[0068] 在灯在稳态中工作期间，如上所述，在电极24之间点燃电弧放电。交变电流IL被供应，使得在稳态中建立的燃烧电压VL处，25W的恒定平均电功率被输送。

[0069] 由灯10生成的以流明测量的可见光生成以及更具体而言光通量依赖于灯10的参数以及电学驱动方案的。

[0070] 灯10的一个决定性参数为放电空间22中包括的灯填充物，其不含有汞并且包括金属卤化物以及稀有气体。填充物的细节将在下文描述。另外决定性参数为灯10的热设计。

[0071] 关于如所示的放电灯10的热行为，应记住汽车灯旨在水平地工作，如图1所示。电极24之间的电弧放电随后将导致在电弧上方的放电容器20的壁30处的热点。类似地，放电空间22周围的壁30的相对部分将保持在较低温度(最冷点)。

[0072] 为了减小从放电容器20到外部的热传递，并且维持良好效率所必需的高温度，因而优选地提供外具有减小的热传导的灯泡18。为了限制从外部的冷却，外灯泡18被密封并且或者被抽空或用定义的热导率的填充气体填充。外灯泡填充物在小于1bar的减小的压力(在20℃在灯的冷状态中测量)被提供。如下文将进一步解释，真空或合适填充气体的选择应该结合几何布置来进行，从而获得从放电容器20到外灯泡18的期望热传导。

[0073] 到外部的热传导可以粗略地由热传输系数λ/d2表征，热传输系数被计算为外灯泡的填充物的热导率λ(在当前情形中其总是在800℃的温度测量)除以放电容器20和外灯泡18之间的距离d2。

[0074] 由于放电容器20和外灯泡18之间的比较小距离，二者之间的热传导基本上是扩散的并且因此被计算为 ，其中 为热流密度，即放电容器和外灯泡之间单位时间传输的热量的数量。 为热导率并且 为温度梯度，此
处该温度梯度可以粗略地被计算为放电容器和外灯泡之间的温度差异除以距离：
。因而，冷却与 成比例。

[0075] 结合在当前情形中提出的实施例，不同类型的填充气体，不同的填充压力值以及不同距离值d2可以被选择以获得期望传输系数 。对于气体填充物的情形，填充压力降低(低于1bar，优选地低于700mbar，更优选低于300mbar)。特别优选值为100mbar的填充压力。然而，已经发现在优选区域中，热传输系数随压力变化很小。可替换地，外灯泡可以被抽空直至低于12mbar，优选地8mbar或更低，或者甚至4mbar或更低的压力值。

[0076] 优选距离d2范围为0.4-0.8mm。填充物可以是任何合适气体，该气体由其热导率值 (在800℃测量)选择。下表给出 (在800℃)的值的实例：

[0077] 氖气 0.120W/(mK)

[0078] 氧气 0.076W/(mK)

[0079] 空气 0.068W/(mK)

[0080] 氮气 0.066W/(mK)

[0081] 氩气 0.045W/(mK)

[0082] 氙气 0.014W/(mK)。

[0083] 为了获得良好绝缘，特别是氩气、氙气或其混合物优选作为填充气体的主成分。然而，由于热传输系数当然依赖于距离d2，对于足够高d2也可以选择不同气体填充物。

[0084] 对于外灯泡中8mbar或更低的真空的情形，观察到约0.045W/(m2K)的热导率。

[0085] 的优选值范围为约23W/(m2K)(例如通过氙气填充物，在距离d2=0.6mm实现)至约2
80W/(mK)(例如通过包括90%氩气和10%氧气的填充物，在距离d2=0.6mm实现)。更优选
2 2
范围为32.6W/(mK)至62W/(mK)。

[0086] 为了能够提出具有整体高流明效率的灯设计，发明人研究了对灯效率有贡献的各因素。下述参数对效率有贡献并且可以相应地被调节以获得更高效率。然而，参数可能负面地影响灯的寿命。

[0087] 放电灯泡填充物：

[0088] - 金属卤化物的数量：通过提高卤化物的总数量，并且因此提高在放电容器中提供的发光卤化物的数量，灯效率被提高。然而，高的侵蚀性卤化物的数量增加反应性并且会导致在Mo带密封部分处的提前腐蚀。

[0089] - 金属卤化物组成：

[0090] 通过与诸如铥和铟的卤化物的第二卤化物相比，提高诸如钠和钪的卤化物的强发光卤化物的数量，效率被提高。然而，获得的颜色会需要由第二卤化物调节。在具有钠和钪的卤化物的金属卤化物组成中，通过选择钠卤化物和钪卤化物的质量比靠近约1.0的最优值，提高灯效率。

[0091] - 稀有气体压力：通过提高放电容器中提供的稀有气体，优选地氙气的压力，灯效率被提高。然而太高的稀有气体填充压力将负面地影响灯的寿命，这就是为什么本发明提出将放电空间22中的氙气压力限制为小于17bar的原因。

[0092] 除了钪卤化物之外，有可能使用钍卤化物作为气相发射体。尽管无钍设计由于环境原因是优选的，已经发现添加ThI4可以通过减小电极损耗而提高灯效率。

[0093] 热措施：提升“最冷点”温度

[0094] - 如果放电容器制成更小，“最冷点”温度上升，对高效率有贡献。因此，放电容器的更小内径导致更高效率。然而，内径ID不应选择为太小从而避免过度(机械和热)壁负载。

[0095] - 通过利用外部壳体(外灯泡)绝缘放电容器，可以进一步提升最冷点温度以获得期望的低热传输系数 。通过在距放电容器更大距离d2处提供外灯泡，热传递受限制并且效率因此提升。通过在外部壳体中提供具有低热导率 的气体填充物，诸如氩气，以及甚至更优选氙气，传递可以进一步降低。然而，增加的温度对于灯的寿命行为会是有害的。

[0096] 如所示，上文给出的参数如果仅仅被调节以获得高效率则就灯其它要求而言将具有负面效果。在本发明的实施例中，上述参数被选择以获得期望高流明输出，但是也限制进一步优化从而不引发不需要的负效果，诸如有限的寿命。

[0097] 令人惊奇地，发明人发现上述特殊脉冲驱动方案显著提高灯效率。利用在25W工作的灯的实验表明流明效率增加了约5%。

[0098] 效率的这种增加现在允许选择灯参数，使得不仅实现高效率，而且实现长寿命和良好的上爬属性。

[0099] 在下文中，依据上文相关观察，将讨论灯的实施例，所述灯旨在在低于现有技术设计的(稳态)平均水平的工作功率使用。实施例的额定工作功率为25W。特定设计就灯的热特性而言被选择从而利用所提出的驱动方案获得足够高的灯效率，而同时保留足够的灯寿命。

[0100] 至于提到流明输出和灯效率，在当前情形中这总是在25W在45分钟预烧程序之后测量，该预烧程序是利用水平取向的燃烧器来进行，在测量流明输出之前，其首先启动并且工作40分钟，随后关闭并且围绕在纵轴上旋转180°，再次开启并且工作另一5分钟。由于典型地灯是在完成此燃烧顺序之后出售，如在一些条例中那样，这个措施不被示为在工作15小时之后测量的值。供比较，应观察到灯效率在寿命上最初减小。

[0101] 在第一实施例中，放电容器和外灯泡如下被提供：

[0102] 实例灯1(25W)

[0103] 放电容器：椭圆体或圆柱形内部形状

[0104] 椭圆体外部形状

[0105] 电极：杆状的

[0106] 电极直径：250µm

[0107] 电极距离d：3.9mm光学

[0108] 内径ID：2.2mm

[0109] 外径OD：5.5mm

[0110] 放电容器体积：19µl

[0111] 壁厚度w1：1.65mm

[0112] 外灯泡内径：6.7mm

[0113] 外灯泡距离d2：0.6mm

[0114] 外灯泡填充物：85%氙气，5%氩气，10%氧气，在100mbar

[0115] 热传输系数： 36.25W/(m2K)，在800℃测量

[0116] 外灯泡壁厚度w2：1mm

[0117] 放电空间22的填充物由氙气和金属卤化物组成如下组成：

[0118] 氙气压力(在25℃)：15bar

[0119] 卤化物组成：41wt.% NaI，36.5wt.% ScI3，20wt.% TmI3，

[0120] 2wt.% ThI，0.5wt.% InI

[0121] 卤化物的总数量：200µg3

[0122] 每mm放电空间的卤化物的数量：10.5µg/µl

[0123] NaI/ScI3的质量比：1.12。

[0124] 上述实例1的一个批次10个灯被测试。首先，灯利用交变电流工作，交变电流上未叠加脉冲。随后，电子镇流器110被编程以提供靠近换向的所描述的电流脉冲。下述平均测量是在根据预烧顺序使灯工作45分钟之后获得的：

[0125] 传统工作 脉冲工作

[0126] 效率：88lm/W 92lm/W

[0127] 电压：39.9 V 40.0V

[0128] 颜色：X 367 X 368

[0129] 颜色：Y 371 Y 374

[0130] 色温Tc：4351 K 4339K。

[0131] 因而首先会观察到即使在25W的工作功率，在两种情况下通过所提出的灯设计都获得高流明输出。令人惊奇地，通过使用所述脉冲驱动方案，流明输出基本上增加直至2300lm。此工作模式因而提供+4lm/W的流明效率增加。还应注意，灯的其它属性，诸如燃烧电压和颜色，基本上不由于脉冲工作而变化。

[0132] 尽管上述值是在45分钟预烧之后取得，在灯的最初工作时间期间，属性变化。在工作15小时(这是许多规格中考虑的时间点)之后，传统和脉冲工作的灯效率都下降。同样，与工作45分钟之后的值相比较，燃烧电压增大。

[0133] 同样，颜色变化，使得达到高于4400K的期望色温。

[0134] 对于利用靠近换向的脉冲工作的放电灯，所观察的惊奇的流明输出增大不仅仅限于所公开类型的灯，而且也适用于在不同工作功率被驱动的其它放电灯。同样对于在35W被驱动的灯，利用传统设计，即更大的放电容器和更大的其中卤化物的数量，可以观察到相同效果。

[0135] 实例1的上文给出的参数已经被选择以获得高效率，但是同时避免对寿命以及对上爬行为和颜色具有强负影响的过度范围。然而，由于所获得的灯效率增大是源于脉冲工作，上述实例的变型看以定义如下，其中参数被选择在减小的值。这当然略微降低灯效率，但是在其它领域中对灯是有益的。

[0136] 实例2(25W，优化的寿命)

[0137] 放电容器和外灯泡尺度与实例1相同。与实例1不同地选择下述参数：

[0138] 外灯泡填充物：45%氙气，45%氩气，10%氧气，在100mbar

[0139] 热传输系数： 56.9W/(m2K)，在800℃测量

[0140] 卤化物的总数量：100µg3

[0141] 每mm放电空间的卤化物的数量：5.26µg/µl。

[0142] 在所述脉冲工作中被驱动45分钟之后，实例2的灯的总流明输出为2200流明，即88lm/W。因而，在脉冲工作中被驱动的第二实例中的流明输出与以传统方式驱动的第一实例的流明输出相同。然而，实例2的设计在灯寿命方面具有显著优点。外灯泡的更高热导率导致降低的较冷点温度。这与放电容器中显著减小的(50%)卤化物的数量一起导致此处降低的反应性，使得可以获得更长的灯寿命。

[0143] 实例3(25W，快速上爬)

[0144] 对于第三实例，所有上面讨论的参数与实例1中相同，下述参数例外：

[0145] 外灯泡填充物：45%氙气，45%氩气，10%氧气，在100mbar

[0146] 热传输系数： 56.9W/(m2K)，在800℃测量

[0147] 卤化物的总数量：100µg

[0148] 每mm3放电空间的卤化物的数量：5.26µg/µl

[0149] 氙气压力，在25℃：16bar。

[0150] 在脉冲驱动方案中被驱动45分钟的此第三实例的灯具有2250流明，即90lm/W的流明输出。由于更高氙气压力，上爬行为好于上面的实例。例外，由于降低的最冷点温度和显著降低的卤化物的数量，实例3的灯的寿命仍然良好。

[0151] 实例4(无钍 )

[0152] 在根据第四实例的一批次的灯中，上面讨论的参数依据实例1中给出的值选择。不同于实例1选择下述参数：

[0153] 卤化物的总数量：100µg

[0154] 每mm3放电空间的卤化物的数量：5.26µg/µl

[0155] 卤化物组成：42wt.% NaI，37.5wt.% ScI3，20wt.% TmI3，0.5wt.% InI。

[0156] 在脉冲驱动方案中工作的此第四实例的灯具有2225流明，即89lm/W的流明输出。因而，第四实例的灯不含钍，尽管钍仅仅以非常小的量被提供，它会是环境有害的。例外，根据第四实施例的灯由于减小的卤化物数量而具有良好寿命属性，并且仍以比根据传统(非脉冲)驱动方案工作时实例1的灯高的效率1lm/W提供高光通量。

[0157] 实例5(无钍，快速上爬，长寿命 )

[0158] 在第五实例中，如实例1中那样选择参数，例外之处如下：

[0159] 外灯泡填充物：45%氙气，45%氩气，10%氧气，在100mbar

[0160] 热传输系数： 56.9W/(m2K)，在800℃测量

[0161] 卤化物的总数量：100µg3

[0162] 每mm放电空间的卤化物的数量：5.26µg/µl

[0163] 氙气压力，在25℃：16bar

[0164] 卤化物组成：42wt.% NaI，37.5wt.% ScI3，20wt.% TmI3，0.5wt.% InI。

[0165] 在脉冲驱动方案中工作的此第五实例的灯具有2200流明，即88lm/W的流明输出。因而，根据此第五实例的批次的灯提供高的光通量(等于根据第一实例的灯的光通量，如果按传统方式驱动)，而同时针对长寿命(由于较低的最冷点温度和卤化物数量)和针对良好上爬属性(由于高氙气压力)被优化。另外，根据第五实例的灯不含钍。

[0166] 尽管已经在附图和前述描述中详细地说明和描述了本发明，这种说明和描述被认为是说明性或示例性的并且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

[0167] 例如，有可能在这样的实施例中操作本发明，其中在所附权利要求给出的间隔内不同地选择参数。

[0168] 通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和达成对所公开实施例的其它变型。在权利要求中，措词"包括"不排除其它元件，并且不定冠词"一"或"一个"不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解读为限制范围。