專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，該高壓放電燈至少包括具有對稱放電室的燃燒器，其中至少該燃燒器的外部輪廓具有橢圓形形狀；延伸到放電室內(nèi)并相對設置在放電室對稱主軸上的兩個電極；以及至少一個設置在放電室區(qū)域內(nèi)的燃燒器外部輪廓上的多層干擾濾光器。
高壓氣體放電燈(HID或高強度放電燈)和具體的UHP(超高性能)燈由于它們所具有的光學性能所以優(yōu)選被用于投影目的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所表示的UHP燈(飛利浦(Philips))還表示其它制造商的UHP型燈。
上述應用需要盡可能為點型的光源，即，在電極端部之間形成的放電弧必須不超過特定的長度。此外，在希望有盡可能高的光強度的同時希望有盡可能自然的可見光的光譜結構。
例如與白熾燈相比，盡管高壓氣體放電燈具有提高的光效能，但它們的效能的進一步提高是處于涉及高壓氣體放電燈的發(fā)展工作的中心。
通常，除在各種應用中所希望的波長范圍內(nèi)的輻射以外，特別在規(guī)則發(fā)射的對于該應用沒有用或者甚至有害的輻射的情況下會消弱光源的光效能。這種人們所不希望有的輻射至少導致相對于預期的結果損失了輸入的能量。
例如，白熾燈發(fā)出的大部分光是IR光，其對于可見光范圍內(nèi)的普通照明是沒有用的，因此降低了相關的光效能。
對于UHP燈，實際上在提供給燈的每100W電能中大約僅有25W被轉換成可見光輻射。
從專利US 5,221,876中可以知道提高光效能的基本解決原理，即，不需要的IR輻射被反射回燈泡區(qū)域內(nèi)，從而將多余的熱量提供給后者。多層干擾濾光器起反光鏡的作用。之前不會被用于照明目的的發(fā)射光譜中的IR(紅外)光被反射回到燈泡并被重新吸收。
同時提出，可吸收干擾濾光器中存在的任意UV輻射，這樣可特別用于防止這種輻射損害到燈的部件。
在考慮到被設計作為用于汽車頭燈的燈的飽和燈中，以相同的方式加熱燈泡區(qū)域。主要是這些熱量導致增強了在燈的主要工作溫度下燈泡內(nèi)部金屬鹵化物的蒸發(fā)，特別地是由于熱量的傳導和對流的緣故。
將上述提出的解決方案調(diào)換應用到高壓氣體放電燈特別是UHP燈是不可能的，主要是因為各種不同類型燈的工作溫度的差異很大。由于熱量的傳導和對流，工作溫度大約為1000℃的燈泡可比較的溫度增加不能提供很明顯的等離子體或放電弧的溫度的增加，其中，給定的UHP燈的放電弧的溫度大約為6000到7000℃。此外，與其它類型的燈不同的是，UHP燈典型地在IR范圍內(nèi)只發(fā)出很低的光強度。
如果使用高壓氣體放電燈特別是UHP燈，則要同時實現(xiàn)兩個基本要求。
一方面，放電空間內(nèi)部表面的最高溫度必須不能變得太高而使通常由石英玻璃制成的燈泡失去光澤。這樣可能出現(xiàn)問題，因為燈放電空間內(nèi)部的強對流特別嚴重地加熱了放電弧上面的區(qū)域。
另一方面，放電空間內(nèi)部表面最冷的地方必須始終具有較高溫度以使水銀不會沉積在該處，而是保持足夠程度的蒸汽狀態(tài)。
這兩個相互矛盾的要求導致在最高和最低溫度之間的最大容許差值比較小。這些高壓氣體放電燈在構成材料的負載極限條件下工作的過程中，溫度的任何改變，例如溫度的升高，都可能不利地影響性能參數(shù)，如燈的壽命。這種最佳的系統(tǒng)對影響或改變放電空間內(nèi)溫度的手段有非常靈敏的反應。在外部表面上提供反射層體現(xiàn)了這樣一種手段。
另外，與未涂覆的石英表面相比，例如多層干擾濾光器的涂層經(jīng)常導致減小了來自燈表面的熱量輻射，使得燈可以釋放出很少量的熱量，因此，工作溫度升高了。
選擇干擾濾光器以使得由于多層干擾濾光器的采用而使溫度場盡可能小地發(fā)生改變。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在開頭段落中提到的高壓氣體放電燈，以及一種包括這種燈的照明設備，其中，燈泡或燃燒器具有可以在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中有效生產(chǎn)的干擾濾光器，從而使得干擾濾光器提高了燈的光效能同時確保維持燈的工作可靠性。
通過權利要求1特征部分的特征實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
根據(jù)本發(fā)明的燈至少具有包括對稱放電室的燃燒器，其中至少該燃燒器的外部輪廓在放電室的區(qū)域內(nèi)具有橢圓形形狀；延伸到放電室內(nèi)并且相對設置在放電室的對稱主軸上的兩個電極；以及設置在放電室區(qū)域內(nèi)的燃燒器的外部輪廓上的多層干擾濾光器，其中該干擾濾光器主要將來自UV光的至少一個波長范圍的光反射到兩個電極之間的空間內(nèi)。
如果在主要存在于兩個電極之間的空間內(nèi)的等離子體內(nèi)或放電弧內(nèi)實現(xiàn)有效的再吸收，則需要通過輻射使被反射的UV光從干擾濾光器直接傳播到該空間。熱量的傳導和對流遠沒有通過輻射的能量輸送重要，并且對放電弧相關的溫度增加基本上沒有影響。這里，本發(fā)明利用了這樣的實驗結果，其中，通過輻射暴露在電磁波下的物質或介質特別吸收了自身能夠輻射的那些頻率。這對于規(guī)則地存在于兩個電極之間的空間內(nèi)的等離子體也是成立的。由此，干擾濾光器不反射整個的UV波長范圍，而是以可選擇的方式僅反射UV波長范圍中的一個或幾個波長范圍。具體是根據(jù)能量的考慮來選擇要通過干擾濾光器反射的UV光中的相關波長范圍，即，該相關波長范圍必須具有特別足夠的能量，可在干擾濾光器的反射后在等離子體內(nèi)被吸收。對于干擾濾光器的判斷標準是具有必需的溫度穩(wěn)定性并且適合于工業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)。
由于在傳輸和反射的譜范圍之間具有急劇的變化，所以干擾濾光器優(yōu)選地被用于這種反光鏡。各層順序的適當設計實現(xiàn)了可以跨越寬范圍并具有所需的高精確度的濾光器特性。
通過輻射的這種再吸收代表了除電能供應外給電弧的額外能量供應，因此用作了各個燈類型的相關光譜的重新產(chǎn)生，并提供了可見光作為其中的成分。這帶來的其它的優(yōu)點有，該能量相對于經(jīng)由電極以較高等級的效率進入放電弧，其中要考慮值得注意的電極的損失。
由于UHP燈的靈敏的溫度平衡性，也可以相應地減少電能的供應，從而實現(xiàn)了光效能的相應提高?？梢跃唧w根據(jù)所討論的高壓氣體放電燈的類型來實現(xiàn)這種再吸收以及到所需光譜范圍的轉變到何種程度。
如果干擾濾光器基本上設置在放電室或燃燒器的整個外部輪廓上，則與采用部分涂層形式的干擾濾光器相比，由于具有多種反射，所以可以實現(xiàn)利用較大部分被反射的UV輻射用于再吸收。
從屬權利要求涉及本發(fā)明其它的優(yōu)選實施例。
優(yōu)選的是，在多層干擾濾光器的層結構中，具有較高折射率的層和具有較低折射率的層交替存在。
通常以多層形式形成這種干擾濾光器。給定干擾濾光器的多層結構，具有較高折射率的層和具有較低折射率的層交替存在。各個層的折射率具體是由所選擇的層的材料來限定的，這意味著在層設置中要找到至少兩種在這方面不同的介電材料。
濾光器的傳輸和反射特性是由濾光器中單獨各層的設計特別是其層厚度確定的。原則上，濾光器中單獨各層的折射率之間的差別越大，相應地就可以越好地實現(xiàn)所需的光譜指標函數(shù)。如果給定各層材料的折射率值之間具有較大的差別，則經(jīng)?？梢詼p少交替層的數(shù)量，并因此減小干擾濾光器的總厚度。在燈泡由石英或類似材料制成的情況下，具有低折射率的層材料經(jīng)常為SiO2。在選擇具有較高折射率的層材料時要考慮UHP燈的通常工作溫度范圍，該溫度的上限大約為1000℃。例如采用氧化鋯(ZrO2)時發(fā)現(xiàn)在這方面具有足夠的耐溫性。但是，氧化鋯比石英具有高得多的熱膨脹系數(shù)。因此，這可能導致在高壓氣體放電燈(特別是UHP燈)的高工作溫度下在干擾濾光器的各層之間產(chǎn)生壓力，而這種壓力可能導致濾光器破裂，或者甚至導致其損壞，或者可能導致不希望的增加的光散射。
此外，優(yōu)選的是，吸收來自UV光中不被干擾濾光器反射的那些波長范圍的光。
此外，優(yōu)選的是，UHP燈的干擾濾光器主要將來自335到395nm波長范圍的UV光反射到兩個電極之間的區(qū)域內(nèi)。
此外，通過如權利要求8中所述的照明設備來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
從隨后參考附圖給出的優(yōu)選實施例的描述中將使本發(fā)明的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點變得更明顯，其中

圖1是支持17層干擾濾光器的高壓氣體放電燈(UHP燈)的燈泡的圖解式橫截面圖。
圖1用圖解方式并從橫截面(圖1.1)示出了根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈(UHP燈)的帶有對稱放電空間21的燈泡1。由一個整體件形成的燃燒器2包括兩個圓柱形相對的區(qū)域22、23，在這兩個區(qū)域之間具有基本上呈球形的區(qū)域24，該球形區(qū)域24的直徑在大約8mm到14mm的范圍內(nèi)，其中該燃燒器2密封地包圍住放電空間21，該放電空間21填充有通常用于此目的的氣體，并且該燃燒器2的材料通常是硬玻璃或石英玻璃。在放電室21所在區(qū)域內(nèi)的燃燒器2的外部輪廓具有橢圓形形狀。該橢圓形的帶有電極設置的放電空間21位于區(qū)域24的中心。該電極設置基本上包括第一電極41和第二電極42，在這兩個電極相對的端部之間，在放電空間21內(nèi)激勵發(fā)光放電弧，以使得放電弧作為高壓氣體放電燈的光源。設置在放電室21的對稱主軸上的電極41、42的末端連接到燈的電連接引腳51、52，通過該電連接引腳51、52，借助于被設計用于連接到電源電壓的電源裝置(在圖1.1中未示出)提供燈操作所必需的電源電壓。
干擾濾光器3設置在區(qū)域24的整個外表面上。該干擾濾光器3的整個厚度大約為1μm，并包括多個層。在圖1.2中可以看到干擾濾光器3的設計或它的結構。干擾濾光器3被形成有17層，其中SiO2層總的層厚度大約為674.9mm，ZrO2層的總厚度大約為305.8nm。
干擾濾光器3的兩個單獨的層3.1和3.2特別的特征在于它們具有不同的折射率，使得具有低折射率的層與具有較高折射率的層每次都交替設置。具有較低折射率的層3.2的材料是SiO2；具有較高折射率的層3.1的材料是ZrO2。
干擾濾光器3主要將來自反射率大于90％的335到395nm波長范圍內(nèi)的UV光反射到兩個電極41和42之間的區(qū)域內(nèi)。
干擾濾光器3的這種逐層的應用實現(xiàn)在借助于本身公知的濺射法的制造過程中。
對于帶有上面所描述的、工作在120W額定功率下的燈泡1的UHP燈，可以觀察到，除了可比較的燈的正常老化之外沒有有害的影響，也是在負載極限(即在高負荷點)工作了數(shù)千小時之后。
在烏而伯利特球形光度計內(nèi)標準的試驗程序中，在120W的功耗下試驗根據(jù)本發(fā)明的UHP燈的光度和電性能。在UV范圍(大約為200到400nm)內(nèi)的輻射功率為1.33W，在可見光范圍(大約為400到780nm)內(nèi)大約為31.2W。給定的光量為79181m，因此光效能為66.21m/W。
用于比較的UHP燈在不具有上面所描述的干擾濾光器3的情況下所進行的類似測量給出下述值。在UV范圍(大約為200到400nm)內(nèi)的輻射功率為7.13W，在可見光范圍(大約為400到780nm)內(nèi)為30.97W。給定的光量為73251m，因此得到的光效能為61.31m/W。
本發(fā)明特定的有利實施例涉及用于投影目的的高壓氣體放電燈。
權利要求
1.一種高壓放電燈，至少包括具有對稱放電室(21)的燃燒器(2)，其中至少該燃燒器(2)的外部輪廓在放電室(21)的區(qū)域內(nèi)具有橢圓形形狀，延伸到放電室(21)內(nèi)并且相對設置在放電室(21)的對稱主軸上的兩個電極(41、42)，設置在放電室(21)區(qū)域內(nèi)的燃燒器(2)的外部輪廓上的多層干擾濾光器(3)，其中該干擾濾光器(3)主要將來自UV光的至少一個波長范圍的光反射到兩個電極(41、42)之間的空間內(nèi)。
2.如權利要求1中所述的高壓放電燈，其特征在于，在多層干擾濾光器(3)的層結構中，具有較高折射率的層(3.1)和具有較低折射率的層(3.2)交替存在。
3.如權利要求1中所述的高壓放電燈，其特征在于，吸收UV光中不被干擾濾光器反射的波長范圍的光。
4.如權利要求2中所述的高壓放電燈，其特征在于，干擾濾光器(3)中具有較低折射率的層(3.2)優(yōu)選地實質上由SiO2制成，并且干擾濾光器(3)的第二層(3.1)由折射率比SiO2高的材料制成，優(yōu)選地實質上由氧化鋯(ZrO2)構成。
5.如權利要求2中所述的高壓放電燈，其特征在于，第二層(3.1)由包括氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鉿、氮化硅和特別優(yōu)選的氧化鋯ZrO2的組中的材料或者這些材料的混合物制成。
6.如權利要求1中所述的高壓放電燈，其特征在于，高壓放電燈是UHP燈。
7.如權利要求6中所述的高壓放電燈，其特征在于，干擾濾光器(3)主要將335到395nm波長范圍內(nèi)的UV光反射到兩個電極(41、42)之間的區(qū)域內(nèi)。
8.一種包括至少一個如權利要求1到7的任意一個中所述的燈的照明設備。
9.一種包括至少一個如權利要求1到7的任意一個中所述的燈的投影系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，其至少包括具有對稱放電室(21)的燃燒器(2)，其中至少該燃燒器(2)的外部輪廓在放電室(21)的區(qū)域內(nèi)具有橢圓形形狀；延伸到放電室(21)內(nèi)并且相對設置在放電室(21)的對稱主軸上的兩個電極(41、42)；以及設置在放電室(21)區(qū)域內(nèi)的燃燒器(2)的外部輪廓上的多層干擾濾光器(3)，其中該干擾濾光器(3)主要將來自UV光的至少一個波長范圍的光反射到兩個電極(41、42)之間的空間內(nèi)。
文檔編號H01J61/84GK101027747SQ200480012879
公開日2007年8月29日 申請日期2004年5月4日 優(yōu)先權日2003年5月12日
發(fā)明者A·里茨, H·蒙奇 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司