<Desc/Clms Page number 1>
Lagedrukontladingslamp en werkwijze voor het vervaardigen van een lagedrukontladingslamp.
De uitvinding heeft betrekking op een lagedrukontladingslamp voorzien van een buisvormig ontladingsvat met een as, welk ontladingsvat een wand heeft die een ontladingsruimte voorzien van een ioniseerbare vulling gasdicht omsluit, waarbij in de ontladingsruimte een elektrodepaar is opgesteld, en waarbij de wand van het ontladingsvat aan een inwendig oppervlak is voorzien van een optisch aktieve laag van een materiaal, welke optisch aktieve laag is onderbroken door een langwerpig venster dat zieh in de richting van de as uitstrekt.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een lagedrukontladingslamp, welke lamp een buisvormig ontladingsvat met een as heeft, welk ontladingsvat een wand heeft die een ontladingsruimte voorzien van een ioniseerbare vulling gasdicht omsluit, waarbij in de ontladingsruimte een elektrodepaar is opgesteld, en waarbij de wand van het ontladingsvat aan een inwendig oppervlak is voorzien van een optisch aktieve laag van een materiaal, welke optisch aktieve laag is onderbroken door een langwerpig venster dat zich in de richting van de as uitstrekt, volgens welke werkwijze het materiaal van de optisch aktieve laag op het inwendig oppervlak wordt aangebracht, waarna het binnen het te vormen venster liggende materiaal wordt verwijderd.
In deze beschrijving en conclusies wordt onder een optisch aktieve laag verstaan een laag waarop of waarin een interactie met uit de ontladingsruimte afkomstige straling plaatsvindt. Met het venster in de optisch aktieve laag wordt bereikt dat de door de lamp via het venster uitgezonden straling een relatief hoge intensiteit heeft ten opzichte van de intensiteit van de straling bij lampen met een optisch aktieve laag die zieh over het gehele binnenoppervlak uitstrekt. Dergelijke lampen zijn zeer geschikt voor toepassingen waar een relatief hoge intensiteit van de lichtbron is vereist, zoals bij een LCD weergave-eenheid of voor toepassingen waarbij de van de lamp afkomstige straling tot een streepvormig gebied geconcentreerd dient te zijn, zoals bij een inrichting
<Desc/Clms Page number 2>
voor het automatisch lezen van documenten.
Een werkwijze van de in de aanhef beschreven soort, waarmee dergelijke lampen kunnen worden vervaardigd, is bekend uit EP 0 464 723 A2. Bij de bekende werkwijze wordt een schraaporgaan door het ontladingsvat bewogen, en met behulp van een magnetisch veld tegen de wand gedrukt. Op deze wijze wordt binnen de optisch aktieve laag in de lamp, in casu een luminescerende laag en/of een reflekterende laag, een venster vrij gemaakt.
Een bezwaar van de bekende werkwijze is dat het kontakt tussen de lamp en het gereedschap waarmee het venster wordt aangebracht gemakkelijk kan leiden tot defecten aan de lamp. Het schraaporgaan kan bijvoorbeeld verontreinigingen in het ontladingsvat introduceren. Bovendien is het schraaporgaan aan slijtage onderhevig doordat dit in bewegende toestand in kontakt is met het ontladingsvat. Slijtage van het schraaporgaan kan tot gevolg hebben dat beschadigingen aan de ontladingsvatwand ontstaan en/of dat het materiaal binnen het te vormen venster in onvoldoende mate wordt verwijderd.
In bovengenoemde publikatie wordt de toepassing van de werkwijze beschreven voor lampen waarvan het ontladingsvat een inwendige diameter van ongeveer 3. 75 tot 5. 25 mm heeft. Naarmate de diameter van het ontladingsvat en daarmee de maximaal toelaatbare doorsnede van het schraaporgaan afneemt, oefent het magnetische veld op het schraaporgaan een kleinere kracht uit. Daardoor neemt de effektiviteit af waarmee het materiaal binnen het venster wordt verwijderd. Bij het wegschrapen van materiaal om een venster te vormen, wordt het weggeschraapte materiaal doorgaans afgevoerd door een gas, bijvoorbeeld lucht, door het ontladingsvat te laten stromen om een onbelemmerde beweging van het schraaporgaan mogelijk te maken.
Naarmate de inwendige diameter van het ontladingsvat kleiner is, is echter minder ruimte tussen het schraaporgaan en het ontladingsvat beschikbaar om het gas door te laten. Dit kan tot gevolg hebben dat het materiaal in onvoldoende mate uit het
EMI2.1
ontladingsvat wordt afgevoerd, waardoor dit de beweging van het schraaporgaan 0, aan hindert.
Doel van de uitvinding is een lamp van de in de aanhef beschreven soort
EMI2.2
te verschaffen die kontakt met de voor de vorming van het venster ervan benodigd Z >
<Desc/Clms Page number 3>
gereedschap overbodig maakt.
Volgens de uitvinding is de lamp van de in de aanhef beschreven soort daartoe gekenmerkt doordat materiaal van de optisch aktieve laag dat naburig is zowel aan het venster als aan de wand, versmolten is. Het materiaal dat zowel aan het venster als aan de wand naburig is wijkt bijvoorbeeld af doordat deeltjes daarvan een druppelvorm hebben aangenomen, of aaneen zijn gesmolten.
De lamp volgens de uitvinding laat zieh gemakkelijk vervaardigen, met een werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat intensieve elektromagnetische straling via de wand van het ontladingsvat op het te verwijderen materiaal wordt gericht. Hierin wordt onder intensieve elektromagnetische straling, hierna i. e. m. straling genoemd, elektromagnetische straling verstaan die een vermogensdichtheid heeft die tenminste enkele ordes van grootte hoger is dan die van de tijdens bedrijf in de lamp opgewekte straling.
Gebleken is dat op deze wijze materiaal uit het venster verdwijnt. Kontakt tussen het gereedschap en de lamp, i. h. b. de aanwezigheid van een schraaporgaan in het ontladingsvat is daarbij overbodig. Naar het inzicht van de uitvinder heeft de bestraling van het materiaal het volgende effekt. De i. e. m. straling die via de wand op het te verwijderen materiaal wordt gericht, wordt in dat materiaal geabsorbeerd, waardoor dit wordt verhit en verdampt. Bij een zeer hoge intensiteit van de i. e. m. straling is de daarbij ontwikkelde dampdruk zo hoog dat materiaal grenzend aan het verdampte materiaal wordt weggedrukt.
Onder meer als gevolg van in de wand van het ontlading- vat verstrooide i. e. m. straling zijn aan het venster grenzende gedeelten van de optisch aktieve laag in een mate verhit waarbij het materiaal van de laag althans gedeeltelijk smelt, maar niet verdampt. Het materiaal dat grenst aan het venster en de wand heeft daardoor een door versmelten afwijkende vorm verkregen in vergelijking tot het overige materiaal.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan het verwijderen van materiaal van de optisch aktieve laag uit het venster in een willekeurig stadium van het produktieproces na het aanbrengen van de laag plaatsvinden. Het venster kan bijvoorbeeld gevormd worden direkt nadat de optisch aktieve laag op het inwendig oppervlak van het ontladingsvat is aangebracht. Het materiaal van de optische aktieve laag kan bijvoorbeeld zijn aangebracht door een suspensie aan te brengen of door elektrostatisch bedekken. De werkwijze kan het roosten van de optisch aktieve laag omvatten, bijvoor-
<Desc/Clms Page number 4>
beeld indien het materiaal van de laag als een suspensie werd aangebracht. Onder roosten wordt hier verstaan het verhitten van de laag in een zuurstofhoudende atmosfeer, bijvoorbeeld door lucht toe voegen, teneinde in de laag aanwezige hulpstoffen zoals bindmiddelen te verwijderen.
Dit kan bijvoorbeeld direkt na het aanbrengen van het materiaal van de optisch aktieve laag gebeuren, of nadat het venster in de laag is gevormd.
Bij een uitvoeringswijze vindt het verwijderen van het materiaal uit het venster als laatste vervaardigingsstap plaats. In dit geval is bijvoorbeeld de optisch aktieve laag als een suspensie aangebracht, vervolgens geroost, en is het ontladingsvat geëvacueerd, van elektroden voorzien, van een ioniseerbare vulling voorzien, bijvoorbeeld een vulling van kwik en een edelgas zoals argon, en gasdicht gesloten alvorens door i. e. m. straling het venster in de optisch aktieve laag wordt gevormd. Het is zeer gunstig dat het vormen van het venster in een laat stadium van de vervaardiging van de lamp plaats kan vinden. Enerzijds maakt dit het mogelijk dat lampen met een venster en lampen met een ononderbroken laag grotendeels hetzelfde fabrikagetraject doorlopen en dezelfde halffabrikaten hebben.
Anderzijds maakt dit het mogelijk indien gewenst op korte termijn lampen van het eerstgenoemde type te vervaardigen uit reeds beschikbare lampen van het tweede type, zonder dat het gehele fabrikagetraject hoeft te worden doorlopen.
Voor de vakman is de voor een specifiek materiaal vereiste bestralingsduur en intensiteit van de i. e. m. straling met enkele experimenten vast te stellen.
Binnen een relatief groot bereik kan een afname in de bestralingsduur gecompenseerd worden door een toename in de vermogensdichtheid van de i. e. m. straling en omgekeerd. Een bestraling van een bepaalde duur kan worden gerealiseerd door een bundel i. e. m. straling over het oppervlak van de wand te bewegen. De bestralingsduur van de door de bundel bestreken plaatsen is dan evenredig met de diameter die de bundel in de bewegingsrichting heeft en omgekeerd evenredig met de snelheid waarmee de bundel beweegt. Anderszins kan de straling gebundeld worden tot de vorm van het te vormen venster, waarbij de i. e. m. stralingsbron gedurende de gewenste bestralingsduur
EMI4.1
geactiveerd wordt.
, eac
Een praktische uitvoeringswijze van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de i. e. m. straling met een laser is opgewekt. Met eenvoudige optische middelen kan de met een laser verkregen bundel over het oppervlak van het
<Desc/Clms Page number 5>
ontladingsvat worden bewogen en de vorm van de bundel worden ingesteld. Gunstige resultaten zijn verkregen met een infrarood laser. De toepassing van een pulsbedreven laser biedt verdere mogelijkheden om de bestralingsduur in te stellen door de keuze van de duur van de pulsen en de herhalingsfrequentie van de pulsen.
De laserbundel wordt bijvoorbeeld met spiegels over het gedeelte van het ontladingsvat gestuurd waar het venster in de optisch aktieve laag dient te ontstaan.
Anderszins kan de laserbundel bijvoorbeeld via een flexibele optische geleider naar het oppervlak worden geleid. Volgens weer een andere uitvoeringswijze wordt het ontladingsvat, b. v. met een transportband, door een bundel geleid die een vaste baan doorloopt.
De optisch aktieve laag kan een verdere optisch aktieve laag dragen. In een uitvoeringsvorm is de optisch aktieve laag bijvoorbeeld een reflekterende laag, bijvoorbeeld van MgO of A1203 en draagt deze een luminescerende laag die een verdere optisch aktieve laag vormt. De aanwezigheid van de reflecterende laag heeft een gunstige invloed op de lichtopbrengst in het venster. In een uitvoeringsvorm strekt de luminescerende laag zieh over het gehele inwendige oppervlak, derhalve ook over het venster in de reflecterende laag uit. Anderszins kan de luminescerende laag, evenals de reflecterende laag, een venster hebben. Bij de vervaardiging van een lamp van die uitvoeringsvorm kan de luminescerende laag zijn aangebracht nadat de reflekterende laag van een venster is voorzien.
Daarna kan een venster in de luminescerende laag zijn aangebracht door de i. e. m. straling via het venster van de relekterende laag op de luminescerende laag te richten. Anderszins kan een venster in de luminescerende en de reflekterende laag tegelijkertijd zijn gevormd nadat beide lagen op de wand zijn aangebracht.
In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de lamp volgens de uitvinding, heeft het ontladingsvat een inwendige diameter van ten hoogste 3 mm. Bij de lamp volgens de uitvinding vormt ook een ontladingsvat van die inwendige diameter geen belemmering voor het gereedschap. Het relatief kleine venster van een lamp van deze uitvoeringsvorm, bijvoorbeeld een lamp met een inwendige diameter van 0. 5 mm, maakt het juist mogelijk de lamp relatief gemakkelijk te vervaardigen. Bij een vervaar- digingswijze waarbij een i. e. m. stralingsbundel ten opzichte van het ontladingsvat beweegt kan met relatief weinig bewegingen worden volstaan om het oppervlak van het te vormen venster te doorlopen.
Bij een vervaardigingswijze waarbij de i. e. m. straling
<Desc/Clms Page number 6>
gebundeld wordt tot de vorm van het te vormen venster kan de i. e. m. stralingsbron een relatief laag vermogen hebben.
Aan de hand van de tekening is een uitvoeringsvorm van de lagedrukontladingslamp volgens de uitvinding alsmede een uitvoeringswijze van de werkwijze volgens de uitvinding nader toegelicht.
In Figuur 1 en Figuur 2 is respectievelijk een langsdoorsnede en een dwarsdoorsnede (Volgens IN-IL in Figuur 1) van een lamp volgens de uitvinding getoond.
Figuur 3 en 4 tonen de uitvoering van een werkwijze stap van een uitvoeringswijze van de werkwijze volgens de uitvinding. Daarbij geeft Figuur 3 het aan de werkwijze onderhevige ontladingsvat in aanzicht, en Figuur 4 een langsdoorsnede van het ontladingsvat volgens IV-IV in Figuur 3 weer.
Figuur 1 en 2 tonen een lamp 1, i. e. een lagedruk kwikdampontladingslamp met een buisvormig ontladingsvat 2. Het ontladingsvat 2 met as 3 heeft een lengte van 23 cm, en een wand 4 met een dikte van 0. 85 mm. De wand 4 omsluit op gasdichte wijze een ontladingsruimte 5 voorzien van een vulling van kwik en argon. In de
EMI6.1
ontladingsruimte 5 is een elektrodepaar 6A, 6B opgesteld. De elektroden 6A, 6B zijn uitgevoerd als metalen bussen.
De wand 4 van het ontladingsvat 2 is aan een inwendig oppervlak 7 voorzien van een optisch aktieve laag 8, in casu een luminescerende laag die 40 gew% door driewaardig terbium geactiveerd cerium-magnesium aluminaat (CAT), 27 gew% door tweewaardig europium geactiveerd barium-magnesium aluminaat (BAM) en 33 gew% yttriumoxide geactiveerd door driewaardig europium (YOX) bevat en die een dikte heeft van ongeveer 25 gm. De luminescerende laag 8 is onderbroken door een langwerpig venster 9 met een breedte van 0. 9 mm dat zieh over een lengte van 15 cm langs de as 3 van het ontladingsvat 2 uitstrekt. Het ontladingsvat 2 van de lamp 1 heeft een inwendige diameter van 2. 55 mm. Het materiaal van de optisch aktieve laag 8 dat zowel aan het venster 9 als aan de wand 4 van het ontladingsvat 2 naburig is, is versmolten.
De lamp werd als volgt vervaardigd (Zie Figuur 3 en 4). De laag 8 werd als een suspensie op het inwendige oppervlak 7 van het ontladingsvat 2 aangebracht.
Daama werd de laag 8 als volgt door een venster 9 onderbroken. 1. e. m. straling 20
<Desc/Clms Page number 7>
werd via de wand 4 van het ontladingsvat 2 op het te verwijderen materiaal gericht. De i. e. m. straling 20 werd met een Nd-YAG laser 21 opgewekt. Met de laser 21 werd een bundel verkregen met een golflengte van 1. 06 hum en een halfwaardediameter ter plaatse van de wand 4 van het ontladingsvat 2 van 0. 2 mm. De laser 21 werd pulserend bedreven met een frequentie van 1500 Hz. Daarbij werden i. e. m. stralingspulsen opgewekt met een vermogensdichtheid van ongeveer 3 x 1010 W/m2, een duur van 200 ns en een totale energie van 2mJ.
Met spiegel 22A werd de bundel 20 in de langsrichting X over het oppervlak heen en weer bewogen met een snelheid van 150 mm/s. In een interval tussen elke beweging en de beweging in tegenovergestelde richting werd de bundel met spiegel 22B in de richting Y loodrecht daarop over een afstand van 0. 08 mm verplaatst.
De vervaardiging van de lamp van Figuur 1 en 2 werd na het aanbrengen van het venster 9 in de luminescerende laag 8 en roosten van de laag 8 als volgt voltooid. In beide uiteinden 10A, 10B van het ontladingsvat 2 werden de metalen bussen 6A, 6B aangebracht. Bus 6A werd aan zijn van het ontladingsvat 2 afgewende uiteinde
11A voorzien van een glazen afsluiting 12A. De andere elektrode 6B werd aan zijn van het ontladingsvat 2 afgewende uiteinde voorzien van een glazen pompstengel 12B.
Nadat het ontladingsvat 2 via de pompstengel 12B was geëvakueerd en van een vulling van kwik en argon was voorzien, werd de pompstengel 12B aan het van de elektrode 6B afgewende uiteinde dichtgesmolten zodat de wand 4 van het ontladingsvat 2 de ontladingsruimte 5 gasdicht omsluit. SEM-opnamen van de lamp 1 wezen uit, dat van materiaal 8A (Zie Fig 2) van de luminescerende laag 8 dat zowel aan het venster 9 als aan de wand 4 naburig is sommige deeltjes door versmelten een druppelvorm hadden aangenomen en andere deeltjes aaneen waren gesmolten.
Eveneens werden lampen van dezelfde konstruktie en afmetingen als de in
Figuur 1 en Figuur 2 getoonde lamp vervaardigd met een andere variant van de werkwijze volgens de uitvinding. Volgens deze variant werd het venster in de laag aangebracht als laatste stap in het fabrikageproces. Gebleken is dat bij eenzelfde vermogen met een ongeveer vijf maal kortere bestralingsduur kon worden volstaan om het materiaal te verwijderen. Gebleken is dat in sommige gevallen zwarte plekken op het ontladingsvat ontstonden. Verondersteld wordt dat deze vlekken het gevolg zijn van het verdampen en opnieuw neerslaan van kwik en kwikverbindingen, hetgeen optreedt als het venster met i. e. m straling bestraald wordt.
Aangenomen wordt dat dit verschijn-
<Desc/Clms Page number 8>
sel is te voorkomen door het doseren van kwik uit te stellen totdat de bestraling is beëindigd, of door de lamp van een kwikvrije vulling te voorzien, bijvoorbeeld een vulling van xenon of neon.
Met dezelfde variant van de werkwijze volgens de uitvinding werden vervolgens lampen vervaardigd met een ontladingsvat met een inwendige diameter van 1. 5 mm.