CN100380567C - 超高压汞灯及以该超高压汞灯作为灯芯的投影灯 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种超高压汞灯，包括灯体和电极，灯体内形成灯腔，电极延伸进入灯腔内部，灯体由石英玻璃制成，灯腔内部充有汞与卤化物的混合物，其特征在于，灯腔中还充有氙气和氧气的混合气，所述电极为圆头电极。本发明还公开了一种以这种超高压汞灯作为灯芯的投影灯。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高压汞灯，特别是一种主要用作投影光源的超高压汞灯。本发明还涉及一种以该超高压汞灯作为灯芯的投影灯。
背景技术
超高压汞灯属于气体放电灯，是利用超高压汞蒸气放电进行发光的电光源，由于其具有放电电弧短、亮度高的特点，因而广泛用于投影仪等光学成像系统中作为投影光源(投影灯的灯芯)。通常来说，投影仪的光学系统要求投影光源尽可能接近点光源，并具有很高的亮度。近年来，随着投影仪不断向着小型化、高亮度、高画质和长寿命的方向发展，对投影光源也提出了更高的要求。
汞蒸气放电通常在紫外线到可见光范围内都有很强的辐射，汞放电的蒸气压越高，可见光越丰富，电弧亮度越高。超高压汞灯稳定放电时汞蒸气分压强通常要达到104Pa以上，这要求工作时灯腔内至少承受10M Pa以上的气体压力。
超高压汞灯工作时，灯腔内汞蒸气放电的高温使电极的钨分子蒸发，导致灯体发黑，电极寿命缩短。因此，需要尽可能抑制电极钨分子的蒸发。为此，超高压汞灯通常都充有汞及卤化物的混合物，这样，在蒸发的钨分子将与加入的卤化物发生复杂的循环化学反应，使钨分子重新回到电极上，这就是通常所说的卤钨循环。卤钨循环可以减少超高压汞灯在工作期间灯腔上的钨沉积，防止灯体变黑，并可以延长电极寿命。即便如此，现有的超高压汞灯电极寿命仍然较低，而且存在着发光效率低、发射光的色平衡不好，启动慢以及发光体较大，用作点光源效果不好的缺陷。
为解决上述技术问题，中国实用新型专利申请第01128049.2号提出了一种超高压汞灯，是在灯体内设有灯腔，在灯腔内两端为电极，电极的根部与两端的钼箔相连，钼箔两侧连接有引线。其中，两电极的放电部位相对，极距为0.8～1.8mm，灯腔内通有汞与卤化物的混合物及氙气，汞与卤化物的混合物的引入量为0.08～0.25mg/cm3，汞与卤化物的质量比为10～30∶1，氙气的引入量为105～3×106Pa，灯腔内壁的功率负荷为120～250W/cm2。
虽然上述技术方案取得了一定的效果，但是其主要是从提高灯腔气压、增加灯腔内壁功率负荷以及减小极距方面来解决问题。为提高灯腔气压，相应地需要增加放电时的工作温度，再加上极距减小的影响，这些因素又会在一定程度上加剧电极的损耗，限制卤钨循环的改善效果，并且由于高温电弧放电不够稳定，使得发光效果也受到影响。因而，这种超高压汞灯在亮度、发射光色平衡性以及使用寿命等方面仍然不能满足投影光源日益发展的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于投影仪的高亮度点光源，其具有更好的亮度、色平衡性及使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种超高压汞灯，包括灯体和电极，灯体内形成灯腔，电极延伸进入灯腔内部，灯体由石英玻璃制成，灯腔内部充有汞与卤化物的混合物，其特征在于，灯腔中还充有氙气和氧气的混合气，所述电极为圆头电极。
其中，超高压汞灯的灯腔中汞与卤化物的混合物的充入量为0.3～1mg/mm3，氙气与氧气的混合气的充气压强为105～10×105Pa，其中氧气占所述氙气和氧气的混合气的体积的1～5‰，灯腔内壁功率负荷为150～300W/cm2，所述电极为两个，其电极间距为0.3～2.0mm。
其中，所述圆头电极由相连的电极头和电极杆组成，所述电极头呈半球形，所述电极杆上缠绕有钨丝。
优选地，所述电极为两个，其电极间距为1.1mm。
优选地，所述电极由杂质含量小于10ppm的纯钨制成。
优选地，其中所述石英玻璃的羟基含量小于1ppm，金属含量小于10ppm。
本发明还提供了一种投影灯，包括灯杯、防爆玻璃、引线座及灯芯，所述投影灯采用本发明所述的超高压汞灯作为灯芯。
优选地，所述灯杯具有抛物面形的反射面，其前端边缘具有凹槽部，所述凹槽部与所述防爆玻璃之间构成通风孔。
优选地，所述灯杯的每个侧面的前端边缘分别具有凹槽部，从而在所述灯杯上形成两两相对的四个通风孔。
优选地，所述防爆玻璃为双面镀膜玻璃。
根据本发明的技术方案，在超高压汞灯的灯腔中充入了氙气和氧气的混合气。氙气抑制电极溅射，主动加入的氧气可以有效地参与到卤钨循环中，大大地促进卤化物，如溴化汞的还原作用。另外，通常所用的钨电极为尖头电极或圆柱形电极，而本发明中的电极采用圆头电极。圆头电极促使汞蒸气放电过程中电子的发射和接收充分达到动平衡，稳定放电电弧，减小电极损伤。通过氙气和氧气混合气以及圆头电极的共同作用，可以保证超高压汞灯在更小的电极间距、更高的工作温度下稳定工作，并可以具有更高的汞蒸气分压强和工作压力，从而进一步提高超高压汞灯的亮度、改善发射光的色平衡性，并有效提高使用寿命。
本发明所述投影灯由于采用本发明的超高压汞灯作为灯芯，当应用在投影仪上时，可以更好地适应投影仪的光学要求，有效地提高投影仪的输出品质和使用寿命。投影灯的灯杯上形成通风孔可以保证对作为灯芯的超高压汞灯的冷却，防止工作温度过高。另外，当在灯杯的各个侧面形成两两相对的四个通风孔时，可以使投影灯以多种不同的角度安装在投影仪中，满足在各种安装情况下对引线座的朝向要求，从而增加安装的灵活性。
附图说明
以下结合附图，详细说明本发明的具体实施方式。通过以下结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本发明的目的、优点及特征。图中：
图1是根据本发明的超高压汞灯的结构示意图；
图2是根据本发明的超高压汞灯的圆头电极的结构示意图；
图3是根据本发明的以本发明的超高压汞灯作为灯芯的投影灯的结构示意图。
具体实施方式
现在参见本发明的优选实施例，对本发明进行详细描述，其实例示于附图中。在所描述的实施例中，相同的部分给出相同的名称及标号，其重复描述将省略。
参见图1，所示为根据本发明的超高压汞灯的结构示意图。该超高压汞灯10包括灯体11、两个电极12，分别与两个电极连接的钼箔13，以及位于灯体一端的灯头14。
灯体11呈长形结构，其中部形成球形部(即放电管)111，球形部111内形成灯腔(即放电腔)112。球形部111的壁厚为2～5mm，例如3mm。灯腔容积为300～1000mm3，例如500mm3。两个电极12沿灯体纵向相对地布置于球形部111两端，电极12的外侧端固定在灯体11内，其内侧端相互对置向内延伸进入灯腔112内部。电极12为圆头电极，其内侧端部形成圆弧形表面。
为保证超高压汞灯10的耐高温高压能力，灯体11由石英玻璃制成。优选地，其中所述石英玻璃羟基含量小于1ppm，金属含量小于10ppm。
在灯腔112内部充有汞与卤化物的混合物。灯腔112中同时还充有氙气和氧气的混合气。
卤化物可以是溴化物，如溴化汞，其在超高压汞灯工作过程中与汞蒸气放电蒸发的钨分子发生卤钨循环反应，同时主动加入的氧气可以有效地参与到卤钨循环中，大大地促进卤化物的还原作用。圆头电极12促使汞蒸气放电过程中电子的发射和接收充分达到动平衡，稳定放电电弧，减小电极损伤。
优选地，超高压汞灯10的灯腔112中汞与卤化物的混合物的充入量为0.3～1mg/mm3，氙气与氧气的混合气的充气压强为105～10×105Pa，其中氧气占所述氙气和氧气的混合气的体积的1～5‰，灯腔内壁功率负荷为150～300W/cm2，电极间距为0.3～2.0mm，特别是1～2mm。
其中，在所述汞与卤化物的混合物中，汞与卤化物的质量比可在20～30∶1的优选范围内选取。
具体来说，在本发明的一个实例中，超高压汞灯10的球形部111的壁厚为3.5mm，灯腔直径为10mm，灯腔112中汞与卤化物的混合物的充入量为0.7mg/mm3，汞与卤化物的质量比为25∶1，氙气与氧气的混合气的充气压强为5×105Pa，其中氧气占所述氙气和氧气的混合气的体积的2‰，灯腔内壁功率负荷为220W/cm2，电极间距为1.1mm。
参见图2，所示为根据本发明的超高压汞灯的圆头电极的结构示意图。所述电极12由一体形成的电极杆121和电极头124构成，所述电极头124呈半球形，半径范围为0.35～1mm，电极杆121的直径为0.2～0.8mm，电极杆121上靠近电极头124的部位缠绕有直径为0.2～0.4mm的钨丝122和123。优选地，钨丝直径为0.3mm，分两层呈螺旋状缠绕，内层钨丝122至少缠绕两圈，外层钨丝123至少缠绕一圈。所述电极间距为1.1mm。
上述电极12在超高压汞灯启动时，能够在极短的时间内使电极的热点从螺旋处或电极边缘传递到电极头124的顶部，使电极在极短的时间内发射热电子，使超高压汞灯快速启动。并且，这种电极结构在卤钨循环过程中能使电子发射和接收充分达到动平衡，减少电极损伤，从而可以防止灯腔内壁发黑，延长使用寿命。
优选地，所述电极由杂质含量小于10ppm的纯钨制成。
表1列举了本发明在具体实施时采用的具体技术实施参数的实例。
表1
| 参数及数据 | 实例1 | 实例2 | 实例3 |
| 球形部壁厚(mm) | 2 | 3.5 | 5 |
| 灯腔容积(mm<sup>3</sup>) | 800 | 500 | 200 |
| 电极头圆弧半径(mm) | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 电极极间距离(mm) | 2 | 1.1 | 0.8 |
| 灯腔内壁工作负荷(W/mm<sup>3</sup>) | 180 | 220 | 280 |
| 汞(mg/mm<sup>3</sup>) | 0.4 | 0.7 | 1.0 |
| 溴化汞(mg/mm<sup>3</sup>) | 0.018 | 0.028 | 0.035 |
| 氙气充气压强(Pa) | 2×10<sup>5</sup> | 5×10<sup>5</sup> | 8×10<sup>5</sup> |
| 氧气充气压强(Pa) | 220 | 1000 | 3000 |
表2列举了采用表1中各个实例的技术参数所达到的技术效果。
表2
| 测试结果 | 实例1 | 实例2 | 实例3 |
| 光通量(lm) | 11050 | 12038 | 11580 |
| 发射光色平衡性 | 好 | 好 | 好 |
超高压汞灯的性能在很大程度上受其技术参数的影响。在本发明所披露的参数范围内实施本发明，将能取得更好的技术效果。
参见图3，所示为以本发明的超高压汞灯10作为灯芯的一种投影灯的结构示意图。该投影灯包括灯杯20、防爆玻璃30、引线座40及灯芯(超高压汞灯10)。
优选地，所述灯杯具有抛物面形的反射面，其前端边缘具有凹槽部21，所述凹槽部21与所述防爆玻璃之间构成通风孔。
优选地，所述灯杯的每个侧面的前端边缘分别具有凹槽部21，从而在所述灯杯上形成两两相对的四个通风孔。
该投影灯由于采用本发明的超高压汞灯10作为灯芯，当应用在投影仪上时，可以更好地适应投影仪的光学要求，有效地提高投影仪的输出品质和使用寿命。投影灯的灯杯20上形成通风孔可以保证对作为灯芯的超高压汞灯10的冷却，防止工作温度过高。另外，当在灯杯20的各个侧面形成两两相对的四个通风孔时，可以使投影灯可以多种不同的角度安装在投影仪中，满足在各种安装情况下对引线座的朝向要求，从而增加安装的灵活性。
优选地，所述防爆玻璃为双面镀膜玻璃。镀膜是一种透光膜，双面具有这种镀膜的防爆玻璃透光率可达95％以上，甚至超过99％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种超高压汞灯，包括灯体和电极，所述灯体由石英玻璃制成，其内形成灯腔，所述电极延伸进入所述灯腔内部，所述灯腔内部充有汞与卤化物的混合物，其特征在于，所述灯腔中还充有氙气和氧气的混合气，所述电极为圆头电极。
2.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，所述灯腔中汞与卤化物的混合物的充入量为0.3～1mg/mm3，所述氙气与氧气的混合气的充气压强为105～10×105Pa，其中氧气占所述氙气和氧气的混合气的体积的1～5‰，所述灯腔的内壁的功率负荷为150～300W/cm2，所述电极为两个，其电极间距为0.3～2.0mm。
3.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，所述圆头电极由相连的电极头和电极杆组成，所述电极头呈半球形，所述电极杆上缠绕有钨丝。
4.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，所述电极为两个，其电极间距为1.1mm。
5.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，所述电极由杂质含量小于10ppm的纯钨制成。
6.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，其中所述石英玻璃的羟基含量小于1ppm，金属含量小于10ppm。
7.一种投影灯，包括灯杯、防爆玻璃、引线座及灯芯，其特征在于，以权利要求1-6中任一项所述的超高压汞灯作为灯芯。
8.根据权利要求7所述的投影灯，其特征在于，所述灯杯具有抛物面形的反射面，其前端边缘具有凹槽部，所述凹槽部与所述防爆玻璃之间构成通风孔。
9.根据权利要求8所述的投影灯，其特征在于，所述灯杯的侧面的前端边缘分别具有凹槽部，从而在所述灯杯上形成两两相对的四个通风孔。
10.根据权利要求7所述的投影灯，其特征在于，所述防爆玻璃为双面镀膜玻璃。
11.根据权利要求8所述的投影灯，其特征在于，所述防爆玻璃为双面镀膜玻璃。
12.根据权利要求9所述的投影灯，其特征在于，所述防爆玻璃为双面镀膜玻璃。
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