專利名稱：高壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈，其包括至少一個(gè)將被氣體填充的放電空間密閉地密封起來(lái)的燈泡，所述燈泡具有的至少一個(gè)區(qū)域并不和/或并不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射。
例如，燈泡中不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域可能是涂層或者反光部分。這些區(qū)域通常被制作成至少使得可見(jiàn)光或其中的一部分無(wú)法透過(guò)或者部分無(wú)法透過(guò)。例如，如果這個(gè)區(qū)域可以將光反射入燈泡中，則它可能會(huì)間接地用于提供預(yù)期的光發(fā)射。
燈泡中不是主要用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域可用于實(shí)現(xiàn)燈的其它功能，例如既減少了光的數(shù)量又延長(zhǎng)了燈的壽命，或者類似的功能。
在所有情況下，燈泡的外表面都具有直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域，例如呈發(fā)光窗口的形式。
高壓氣體放電燈(HID或高強(qiáng)度放電燈)，特別是UHP或超高性能燈因?yàn)槠涔鈱W(xué)屬性而優(yōu)選地尤其適用于投影應(yīng)用領(lǐng)域。
這些應(yīng)用領(lǐng)域需要盡可能接近點(diǎn)狀的光源，以便使得電極端之間產(chǎn)生的放電弧的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)0.5至2.5毫米左右。此外，通常還需要光既具備盡可能高的光照強(qiáng)度又具備盡可能接近自然光的頻譜成分。
目前，利用UHP燈能夠最好地獲得這些屬性。然而，這些燈的研發(fā)必須同時(shí)滿足兩條基本要求一方面，放電空間內(nèi)表面的最高溫度不能過(guò)高，否則會(huì)使通常由石英玻璃制成的燈泡變得不透明。因?yàn)闊舻姆烹娍臻g內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流會(huì)對(duì)放電弧上方的區(qū)域進(jìn)行特別強(qiáng)烈地加熱，這就可能會(huì)構(gòu)成問(wèn)題。因此這至少會(huì)在氣體放電期間以及緊隨其后的時(shí)間內(nèi)造成放電空間內(nèi)發(fā)生不均勻的溫度分布。
另一方面，即使是放電空間的區(qū)域中位于燈泡內(nèi)表面的最冷點(diǎn)也仍然必定會(huì)處于例如約為1200K的高溫，以至能夠達(dá)到約為200bar左右的汞壓，因此汞將不會(huì)在該處沉積，而是整體處于足夠程度的蒸發(fā)狀態(tài)。這種現(xiàn)象在帶有飽和氣體填充物的燈中需要特別地留意。
這兩個(gè)互相矛盾的要求致使燈泡內(nèi)部最高溫度與最低溫度之間的最大容許范圍成為一個(gè)特定因素，其特別是取決于相關(guān)燈的類型及其安裝情況。這個(gè)溫度范圍在所有情況下都是一個(gè)必要條件并且尤其取決于相關(guān)的燈類型，它由放電空間外表面，即該處燈泡的內(nèi)表面的最高溫度和放電空間外表面的最低溫度界定。
舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)專利DE 101 51 267 Al的教導(dǎo)，這個(gè)差別的值在燈泡上帶有局部反射涂層的UHP燈中通常為120K左右。特別是在小型高負(fù)載放電燈中，最高溫度和最低溫度彼此相關(guān)，在某些應(yīng)用中，這可能會(huì)在調(diào)整最佳的燈工作狀態(tài)以具有足夠長(zhǎng)的燈壽命方面導(dǎo)致問(wèn)題。
放電空間必須很小以至足夠量的能量能夠達(dá)到最冷點(diǎn)，特別是由于熱傳導(dǎo)的緣故，以便使得放電空間內(nèi)表面上最冷點(diǎn)的相關(guān)最低溫度被保持得足夠高。
市場(chǎng)上可買(mǎi)到的UHP燈在額定功率下工作時(shí)通常保持于大約1200K到大約1400K的所需溫度范圍內(nèi)。然而，理想的是要擴(kuò)大可能的應(yīng)用領(lǐng)域，例如使燈獲得變暗能力或者對(duì)燈類型進(jìn)行改良以使其用于更高亮度光輸出的應(yīng)用中。在變暗的情況中，最冷點(diǎn)的溫度必須保持在最低溫度以上。在功率增加的情況中，最熱點(diǎn)的溫度必須保持在最高溫度以下。根據(jù)以上相互關(guān)系應(yīng)當(dāng)清楚UHP燈的設(shè)計(jì)可以被簡(jiǎn)化并且其應(yīng)用領(lǐng)域可以被擴(kuò)大，只要能夠采取合適的措施來(lái)減小最冷點(diǎn)與最熱點(diǎn)之間的溫度差值。
在冷卻比較困難或者其技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的情況下，對(duì)于擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域具有類似的需求，例如在氣密的反射器應(yīng)用中。
一種已知的方法是利用定向空氣流冷卻燈以使其能夠在一個(gè)更高的功率下工作。空氣隨后被吹向燈泡的最熱點(diǎn)，因此避免了過(guò)熱(即高于最高溫度)。其一個(gè)缺點(diǎn)在于為了實(shí)現(xiàn)這種冷卻，需要特殊設(shè)置結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣流的產(chǎn)生和導(dǎo)向。這些設(shè)置結(jié)構(gòu)導(dǎo)致增加開(kāi)銷，要容納于設(shè)備中，并且還可能導(dǎo)致額外的噪聲。
舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)DE 101 51 267 A1還知道，燈泡使用更大的壁厚，特別是在放電空間的區(qū)域中。這提高了沿著燈泡的壁的導(dǎo)熱性，并實(shí)現(xiàn)了向燈泡外表面的熱傳遞情況的改進(jìn)。然而，這些增加的壁厚導(dǎo)致了燈泡直徑的增大，這特別在小型反射器中具有負(fù)面影響，因?yàn)樵黾恿岁幱靶?yīng)。此外，由于更厚的燈泡的幾何尺寸通常會(huì)導(dǎo)致制造過(guò)程中的更高成本，因此為了避免燈泡的成像缺陷就需要更多的費(fèi)用。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種在開(kāi)始的段落中所提到的高壓氣體放電燈，它具有較小的最熱點(diǎn)和最冷點(diǎn)之間的溫度差值，因而使得這兩個(gè)溫度值處于所要求的介于最低溫度和最高溫度之間的溫度區(qū)域內(nèi)。相關(guān)的解決方案技術(shù)上簡(jiǎn)單而且工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)是可行的。
本發(fā)明的目的通過(guò)一種高壓氣體放電燈來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括至少一個(gè)將被氣體填充的放電空間密閉地密封起來(lái)的燈泡，所述燈泡具有的至少一個(gè)區(qū)域并不和/或并不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，其中提供了一種比燈泡材料熱傳導(dǎo)性更高的熱傳導(dǎo)材料。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明提供比燈泡材料熱傳導(dǎo)性更高的熱傳導(dǎo)材料，就至少實(shí)現(xiàn)了在燈泡外表面區(qū)域中的局部溫度均等化，特別是因?yàn)闊醾鲗?dǎo)材料中的熱傳導(dǎo)的緣故。這種溫度均等化尤其實(shí)現(xiàn)了較高溫度的降低和較低溫度的升高，優(yōu)選地在燈泡的直接受熱傳導(dǎo)材料相應(yīng)區(qū)域影響的區(qū)域中。燈泡其它區(qū)域的溫度條件至少會(huì)受到間接的影響，特別因?yàn)闊襞葜袩醾鲗?dǎo)效果的緣故。這樣的結(jié)果是最高溫度和最低溫度之間的溫度差值減小。
根據(jù)這種發(fā)明對(duì)這種溫度差值的影響，即這種溫度差值的減小，尤其取決于相關(guān)的燈的類型、熱傳導(dǎo)材料區(qū)域(一個(gè)或多個(gè))的大小和設(shè)置，以及熱傳導(dǎo)材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)。影響的程度依據(jù)不同的情況而不同，例如這種程度會(huì)隨著熱傳導(dǎo)材料尺寸的增加而增加。
依賴于對(duì)溫度差值的這種影響的程度，相關(guān)的高壓氣體放電燈的設(shè)計(jì)可被簡(jiǎn)化，并且/或者相關(guān)的工作范圍可被擴(kuò)大。
從屬權(quán)利要求2至7涉及根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的有利的更多實(shí)施例。
高壓放電燈優(yōu)選為UHP燈。該類型燈的放電空間被一定量的汞充滿，因此使得在完全氣化的情況下，放電空間中會(huì)產(chǎn)生例如超過(guò)200bar的汞蒸氣壓。此處需要這種高壓以便使UHP燈獲得滿意的光照強(qiáng)度和光譜分布。然而，這種蒸氣壓只有在沿著放電容器的整個(gè)內(nèi)壁的溫度都高于大約1200K的特定溫度時(shí)才能被保持。當(dāng)內(nèi)部溫度在某個(gè)位置低于所需的最低溫度時(shí)，汞將會(huì)凝結(jié)在該位置，因而使得氣壓降低并且燈泡數(shù)據(jù)變壞。一部分在燈的放電弧中轉(zhuǎn)變的能量會(huì)到達(dá)放電室的表面并隨后到達(dá)燈泡的表面，尤其是因?yàn)闊釟怏w對(duì)流的緣故。為了使放電室表面處的最冷點(diǎn)的最低溫度保持足夠高，放電容器必須較小。在最熱點(diǎn)必須不能超過(guò)大約為1400K的最高溫度，因?yàn)榉駝t的話由于燈泡的重結(jié)晶，燈的使用壽命將會(huì)被縮短。
此外，熱傳導(dǎo)材料應(yīng)優(yōu)選地做成套筒狀并且設(shè)置在離燈泡小于大約500μm的距離處，更優(yōu)選地小于大約200μm的距離處。這種設(shè)置特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，就常見(jiàn)的制造公差的慣例而言，金屬套筒可預(yù)先低成本地制造并且無(wú)需增加要求地進(jìn)行安裝。然而，如果在套筒與燈泡之間存在小間隙寬度，仍然可以保證足夠的熱傳遞，特別是通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射進(jìn)行的熱傳遞。
作為替代的優(yōu)選方案，熱傳導(dǎo)材料為一種箔片或者設(shè)置在燈泡上的涂層。
作為用作熱傳導(dǎo)材料的材料選擇，鋁和/或銅特別有利，因?yàn)樗鼈兙哂休^好的導(dǎo)熱性和可用性。銀是一種很好的熱導(dǎo)體，相對(duì)于銀的熱傳導(dǎo)系數(shù)值的相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)，例如銅大約為0.95，鋁大約為0.585而玻璃大約為0.002。
此外，優(yōu)選地，燈泡和熱傳導(dǎo)材料的互相對(duì)應(yīng)的表面具有相同或者高度相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。因此，燈泡和熱傳導(dǎo)材料間互相對(duì)應(yīng)的區(qū)域之間的預(yù)期熱傳遞情況就能夠特別有效地實(shí)現(xiàn)。
替代地，使得燈泡和熱傳導(dǎo)材料的互相對(duì)應(yīng)的表面并非或者僅部分地具有相同或相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。例如，關(guān)于這些熱傳導(dǎo)材料參數(shù)的適當(dāng)選擇使得可以對(duì)溫度場(chǎng)，特別是燈泡上的一些預(yù)想點(diǎn)或區(qū)域中的溫度場(chǎng)，施加額外的影響。這些區(qū)域在某些應(yīng)用中可能會(huì)很冷，例如在電極在端部進(jìn)入燈泡處，因此在此處產(chǎn)生冷凝效應(yīng)或者溫度應(yīng)力。通過(guò)使熱傳導(dǎo)材料具有適當(dāng)尺寸以便用作熱橋，就提供了通過(guò)所述熱橋向這些冷區(qū)的熱傳導(dǎo)。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的高壓氣體放電燈來(lái)作為光源的照明單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。
從屬權(quán)利要求9涉及根據(jù)本發(fā)明的照明單元的有利的更多開(kāi)發(fā)方案。優(yōu)選使用根據(jù)DE 101 51 267 A1的教導(dǎo)的照明設(shè)備，其中UHP燈作光源，而后反射器設(shè)置在燈泡上。該照明單元在光學(xué)投影系統(tǒng)中能達(dá)到更高的效率，特別是因?yàn)榍蛐畏烹娙萜鞅砻娴姆垂獾木壒?。此處的目的是使得盡可能少的可見(jiàn)光從燈泡表面的反光部分發(fā)出。沒(méi)有被后反射器覆蓋的表面區(qū)域特別地用作光發(fā)射窗口。因此，后反射器以間接的方式用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，并且被設(shè)置在燈泡的一部分的表面上。取決于其功能的后反射器的幾何形狀為相關(guān)熱傳導(dǎo)材料的設(shè)置的熱傳導(dǎo)提供了多種特別有利的設(shè)計(jì)可能性。
通過(guò)參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的隨后描述，將會(huì)清楚本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，圖中
圖1示意性地示出了高壓氣體放電燈(UHP燈)的縱向剖視圖，和圖2示出了帶有以及不帶套筒的UHP燈的測(cè)量值。
圖1示意性地示出了高壓氣體放電燈(UHP燈)的縱向剖視圖。燈泡2含有放電空間21，在該空間中存在常見(jiàn)的放電氣體和電極設(shè)置結(jié)構(gòu)。這種電極設(shè)置結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電極22，23形成，在其尖端之間按已知的方式進(jìn)行氣體放電。燈泡2和主反射器1被相互地設(shè)置成使得實(shí)際光源的位置，即兩個(gè)電極22，23之間的區(qū)域，大致處于主反射器1的焦點(diǎn)上。呈反射層形式的后反射器3位于燈泡2的基本上為球形的部分上，該球形部分的外直徑大約為9mm。可能的層結(jié)構(gòu)的設(shè)置方案和相應(yīng)的材料選擇可見(jiàn)于例如DE 101 51 267 A1中。表面的這個(gè)部分的形狀使得通過(guò)氣體放電發(fā)出和入射于后反射器3上的光通過(guò)開(kāi)口4反射到主反射器1上。后反射器3的尺寸通常使得它不至于正好延伸至燈泡2的包圍著放電空間21的區(qū)域的半途。呈套筒5形式的熱傳導(dǎo)材料被設(shè)置成鄰近后反射器3而又基本上不與其產(chǎn)生機(jī)械接觸。特別地由銅制造的套筒5被按照常用的方式緊固在UHP燈上，例如利用在該應(yīng)用中常用的點(diǎn)火天線(圖1中未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。套筒5被設(shè)置成離燈泡2小于大約200μm的距離處，這使得可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)上簡(jiǎn)單的安裝方式以及良好的熱傳導(dǎo)。因此套筒5在該區(qū)域中具有與燈泡2基本上球形的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的形狀。套筒5的尺寸被選擇成使得在來(lái)自后反射器3的光中不會(huì)產(chǎn)生額外的陰影效應(yīng)。由于套筒5下面的區(qū)域經(jīng)過(guò)反光處理，很少或者沒(méi)有光線會(huì)到達(dá)套筒5的表面，所以燈的光學(xué)性能不會(huì)因此而受到影響。套筒5的高熱傳導(dǎo)性導(dǎo)致了跨過(guò)套筒5的溫度梯度比跨過(guò)燈泡2的溫度差值小。套筒5中靠近鄰接的燈泡2的最熱和最冷點(diǎn)的那些區(qū)域基本上處于同一溫度水平。存在于套筒5和燈泡2表面之間的溫度梯度總體上實(shí)現(xiàn)了從燈泡2的熱區(qū)向冷區(qū)流動(dòng)的能量流。
本發(fā)明的效果可以通過(guò)一個(gè)熱成像相機(jī)測(cè)量出來(lái)。帶和不帶套筒5的UHP燈在靜止條件下在大約120W電功率下工作。圖2在圖表中示出了不帶套筒(虛線)以及帶套筒(實(shí)線)時(shí)的溫度梯度。從頂端到底端紀(jì)錄的溫度曲線圖的位置在X軸上由左向右繪制，其中UHP燈處于水平位置，即電極22、23處于水平軸上。單位為℃的溫度值被繪制在Y軸上。
不帶套筒時(shí)的溫度記錄(虛線)導(dǎo)致了大約為124K的溫度差值，其中最熱點(diǎn)確定為大約907℃而最冷點(diǎn)大約為783℃。
帶套筒5時(shí)的溫度記錄(實(shí)線)產(chǎn)生了一個(gè)大約70K的溫度差值，其中最熱點(diǎn)確定為大約887℃而最冷點(diǎn)大約為817℃。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體放電燈，其包括至少一個(gè)將被氣體填充的放電空間(21)密閉地封閉起來(lái)的燈泡(2)，所述燈泡(2)具有的至少一個(gè)區(qū)域(3)并不和/或不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，并且在所述區(qū)域(3)中提供了一種比燈泡(2)的材料熱傳導(dǎo)性更高的熱傳導(dǎo)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該燈為UHP燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導(dǎo)材料做成套筒(5)的形狀并且設(shè)置在離燈泡(2)小于大約500μm的距離處，更優(yōu)選地離燈泡小于大約200μm的距離處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，燈泡(2)和熱傳導(dǎo)材料的互相對(duì)應(yīng)的表面基本上具有相同或者相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，燈泡(2)和熱傳導(dǎo)材料的互相對(duì)應(yīng)的表面并非或者僅部分地具有相同或者相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導(dǎo)材料為箔片或者設(shè)置在燈泡上的涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導(dǎo)材料包括鋁和/或銅。
8.一種照明單元，其包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的高壓氣體放電燈來(lái)作為光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明單元，具有UHP燈光源、主反射器和帶有開(kāi)口的后反射器，其中后反射器置于主反射器對(duì)面并且來(lái)自光源的光可以通過(guò)它反射到主反射器上，其特征在于，光源的中心位于后反射器的焦點(diǎn)上，并且所述后反射器被提供于燈泡上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈，其具有至少一個(gè)將被氣體填充的放電空間(21)密閉地封閉起來(lái)的燈泡(2)，所述燈泡(2)具有的至少一個(gè)區(qū)域(3)并不和/或不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，其中提供了一種比燈泡(2)的材料熱傳導(dǎo)性更高的熱傳導(dǎo)材料。
文檔編號(hào)H01J61/52GK1902730SQ200480039986
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者A·里茨 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司