CN101027747A

CN101027747A - 高压放电灯

Info

Publication number: CN101027747A
Application number: CNA2004800128796A
Authority: CN
Inventors: A·里茨; H·蒙奇
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2007-08-29
Also published as: US20080054774A1; JP2007528093A; KR20060013394A; TW200428458A; US7586244B2; WO2004100210A2; WO2004100210A3; EP1625606A2

Abstract

本发明涉及一种高压放电灯，其至少包括：具有对称放电室(21)的燃烧器(2)，其中至少该燃烧器(2)的外部轮廓在放电室(21)的区域内具有椭圆形形状；延伸到放电室(21)内并且相对设置在放电室(21)的对称主轴上的两个电极(41、42)；以及设置在放电室(21)区域内的燃烧器(2)的外部轮廓上的多层干扰滤光器(3)，其中该干扰滤光器(3)主要将来自UV光的至少一个波长范围的光反射到两个电极(41、42)之间的空间内。

Description

高压放电灯

本发明涉及一种高压放电灯，该高压放电灯至少包括：具有对称放电室的燃烧器，其中至少该燃烧器的外部轮廓具有椭圆形形状；延伸到放电室内并相对设置在放电室对称主轴上的两个电极；以及至少一个设置在放电室区域内的燃烧器外部轮廓上的多层干扰滤光器。

高压气体放电灯(HID或高强度放电灯)和具体的UHP(超高性能)灯由于它们所具有的光学性能所以优选被用于投影目的。在本发明的范围内，所表示的UHP灯(飞利浦(Philips))还表示其它制造商的UHP型灯。

上述应用需要尽可能为点型的光源，即，在电极端部之间形成的放电弧必须不超过特定的长度。此外，在希望有尽可能高的光强度的同时希望有尽可能自然的可见光的光谱结构。

例如与白炽灯相比，尽管高压气体放电灯具有提高的光效能，但它们的效能的进一步提高是处于涉及高压气体放电灯的发展工作的中心。

通常，除在各种应用中所希望的波长范围内的辐射以外，特别在规则发射的对于该应用没有用或者甚至有害的辐射的情况下会消弱光源的光效能。这种人们所不希望有的辐射至少导致相对于预期的结果损失了输入的能量。

例如，白炽灯发出的大部分光是IR光，其对于可见光范围内的普通照明是没有用的，因此降低了相关的光效能。

对于UHP灯，实际上在提供给灯的每100W电能中大约仅有25W被转换成可见光辐射。

从专利US 5,221,876中可以知道提高光效能的基本解决原理，即，不需要的IR辐射被反射回灯泡区域内，从而将多余的热量提供给后者。多层干扰滤光器起反光镜的作用。之前不会被用于照明目的的发射光谱中的IR(红外)光被反射回到灯泡并被重新吸收。

同时提出，可吸收干扰滤光器中存在的任意UV辐射，这样可特别用于防止这种辐射损害到灯的部件。

在考虑到被设计作为用于汽车头灯的灯的饱和灯中，以相同的方式加热灯泡区域。主要是这些热量导致增强了在灯的主要工作温度下灯泡内部金属卤化物的蒸发，特别地是由于热量的传导和对流的缘故。

将上述提出的解决方案调换应用到高压气体放电灯特别是UHP灯是不可能的，主要是因为各种不同类型灯的工作温度的差异很大。由于热量的传导和对流，工作温度大约为1000℃的灯泡可比较的温度增加不能提供很明显的等离子体或放电弧的温度的增加，其中，给定的UHP灯的放电弧的温度大约为6000到7000℃。此外，与其它类型的灯不同的是，UHP灯典型地在IR范围内只发出很低的光强度。

如果使用高压气体放电灯特别是UHP灯，则要同时实现两个基本要求。

一方面，放电空间内部表面的最高温度必须不能变得太高而使通常由石英玻璃制成的灯泡失去光泽。这样可能出现问题，因为灯放电空间内部的强对流特别严重地加热了放电弧上面的区域。

另一方面，放电空间内部表面最冷的地方必须始终具有较高温度以使水银不会沉积在该处，而是保持足够程度的蒸汽状态。

这两个相互矛盾的要求导致在最高和最低温度之间的最大容许差值比较小。这些高压气体放电灯在构成材料的负载极限条件下工作的过程中，温度的任何改变，例如温度的升高，都可能不利地影响性能参数，如灯的寿命。这种最佳的系统对影响或改变放电空间内温度的手段有非常灵敏的反应。在外部表面上提供反射层体现了这样一种手段。

另外，与未涂覆的石英表面相比，例如多层干扰滤光器的涂层经常导致减小了来自灯表面的热量辐射，使得灯可以释放出很少量的热量，因此，工作温度升高了。

选择干扰滤光器以使得由于多层干扰滤光器的采用而使温度场尽可能小地发生改变。

因此，本发明的目的是提供一种在开头段落中提到的高压气体放电灯，以及一种包括这种灯的照明设备，其中，灯泡或燃烧器具有可以在工业大规模生产中有效生产的干扰滤光器，从而使得干扰滤光器提高了灯的光效能同时确保维持灯的工作可靠性。

通过权利要求1特征部分的特征实现了本发明的目的。

根据本发明的灯至少具有：包括对称放电室的燃烧器，其中至少该燃烧器的外部轮廓在放电室的区域内具有椭圆形形状；延伸到放电室内并且相对设置在放电室的对称主轴上的两个电极；以及设置在放电室区域内的燃烧器的外部轮廓上的多层干扰滤光器，其中该干扰滤光器主要将来自UV光的至少一个波长范围的光反射到两个电极之间的空间内。

如果在主要存在于两个电极之间的空间内的等离子体内或放电弧内实现有效的再吸收，则需要通过辐射使被反射的UV光从干扰滤光器直接传播到该空间。热量的传导和对流远没有通过辐射的能量输送重要，并且对放电弧相关的温度增加基本上没有影响。这里，本发明利用了这样的实验结果，其中，通过辐射暴露在电磁波下的物质或介质特别吸收了自身能够辐射的那些频率。这对于规则地存在于两个电极之间的空间内的等离子体也是成立的。由此，干扰滤光器不反射整个的UV波长范围，而是以可选择的方式仅反射UV波长范围中的一个或几个波长范围。具体是根据能量的考虑来选择要通过干扰滤光器反射的UV光中的相关波长范围，即，该相关波长范围必须具有特别足够的能量，可在干扰滤光器的反射后在等离子体内被吸收。对于干扰滤光器的判断标准是具有必需的温度稳定性并且适合于工业上的大规模生产。

由于在传输和反射的谱范围之间具有急剧的变化，所以干扰滤光器优选地被用于这种反光镜。各层顺序的适当设计实现了可以跨越宽范围并具有所需的高精确度的滤光器特性。

通过辐射的这种再吸收代表了除电能供应外给电弧的额外能量供应，因此用作了各个灯类型的相关光谱的重新产生，并提供了可见光作为其中的成分。这带来的其它的优点有，该能量相对于经由电极以较高等级的效率进入放电弧，其中要考虑值得注意的电极的损失。

由于UHP灯的灵敏的温度平衡性，也可以相应地减少电能的供应，从而实现了光效能的相应提高。可以具体根据所讨论的高压气体放电灯的类型来实现这种再吸收以及到所需光谱范围的转变到何种程度。

如果干扰滤光器基本上设置在放电室或燃烧器的整个外部轮廓上，则与采用部分涂层形式的干扰滤光器相比，由于具有多种反射，所以可以实现利用较大部分被反射的UV辐射用于再吸收。

从属权利要求涉及本发明其它的优选实施例。

优选的是，在多层干扰滤光器的层结构中，具有较高折射率的层和具有较低折射率的层交替存在。

通常以多层形式形成这种干扰滤光器。给定干扰滤光器的多层结构，具有较高折射率的层和具有较低折射率的层交替存在。各个层的折射率具体是由所选择的层的材料来限定的，这意味着在层设置中要找到至少两种在这方面不同的介电材料。

滤光器的传输和反射特性是由滤光器中单独各层的设计特别是其层厚度确定的。原则上，滤光器中单独各层的折射率之间的差别越大，相应地就可以越好地实现所需的光谱指标函数。如果给定各层材料的折射率值之间具有较大的差别，则经常可以减少交替层的数量，并因此减小干扰滤光器的总厚度。在灯泡由石英或类似材料制成的情况下，具有低折射率的层材料经常为SiO₂。在选择具有较高折射率的层材料时要考虑UHP灯的通常工作温度范围，该温度的上限大约为1000℃。例如采用氧化锆(ZrO₂)时发现在这方面具有足够的耐温性。但是，氧化锆比石英具有高得多的热膨胀系数。因此，这可能导致在高压气体放电灯(特别是UHP灯)的高工作温度下在干扰滤光器的各层之间产生压力，而这种压力可能导致滤光器破裂，或者甚至导致其损坏，或者可能导致不希望的增加的光散射。

此外，优选的是，吸收来自UV光中不被干扰滤光器反射的那些波长范围的光。

此外，优选的是，UHP灯的干扰滤光器主要将来自335到395nm波长范围的UV光反射到两个电极之间的区域内。

此外，通过如权利要求8中所述的照明设备来实现本发明的目的。

从随后参考附图给出的优选实施例的描述中将使本发明的其它细节、特征和优点变得更明显，其中：

图1是支持17层干扰滤光器的高压气体放电灯(UHP灯)的灯泡的图解式横截面图。

图1用图解方式并从横截面(图1.1)示出了根据本发明的高压气体放电灯(UHP灯)的带有对称放电空间21的灯泡1。由一个整体件形成的燃烧器2包括两个圆柱形相对的区域22、23，在这两个区域之间具有基本上呈球形的区域24，该球形区域24的直径在大约8mm到14mm的范围内，其中该燃烧器2密封地包围住放电空间21，该放电空间21填充有通常用于此目的的气体，并且该燃烧器2的材料通常是硬玻璃或石英玻璃。在放电室21所在区域内的燃烧器2的外部轮廓具有椭圆形形状。该椭圆形的带有电极设置的放电空间21位于区域24的中心。该电极设置基本上包括第一电极41和第二电极42，在这两个电极相对的端部之间，在放电空间21内激励发光放电弧，以使得放电弧作为高压气体放电灯的光源。设置在放电室21的对称主轴上的电极41、42的末端连接到灯的电连接引脚51、52，通过该电连接引脚51、52，借助于被设计用于连接到电源电压的电源装置(在图1.1中未示出)提供灯操作所必需的电源电压。

干扰滤光器3设置在区域24的整个外表面上。该干扰滤光器3的整个厚度大约为1μm，并包括多个层。在图1.2中可以看到干扰滤光器3的设计或它的结构。干扰滤光器3被形成有17层，其中SiO₂层总的层厚度大约为674.9mm，ZrO2层的总厚度大约为305.8nm。

干扰滤光器3的两个单独的层3.1和3.2特别的特征在于它们具有不同的折射率，使得具有低折射率的层与具有较高折射率的层每次都交替设置。具有较低折射率的层3.2的材料是SiO₂；具有较高折射率的层3.1的材料是ZrO₂。

干扰滤光器3主要将来自反射率大于90％的335到395nm波长范围内的UV光反射到两个电极41和42之间的区域内。

干扰滤光器3的这种逐层的应用实现在借助于本身公知的溅射法的制造过程中。

对于带有上面所描述的、工作在120W额定功率下的灯泡1的UHP灯，可以观察到，除了可比较的灯的正常老化之外没有有害的影响，也是在负载极限(即在高负荷点)工作了数千小时之后。

在乌而伯利特球形光度计内标准的试验程序中，在120W的功耗下试验根据本发明的UHP灯的光度和电性能。在UV范围(大约为200到400nm)内的辐射功率为1.33W，在可见光范围(大约为400到780nm)内大约为31.2W。给定的光量为79181m，因此光效能为66.21m/W。

用于比较的UHP灯在不具有上面所描述的干扰滤光器3的情况下所进行的类似测量给出下述值。在UV范围(大约为200到400nm)内的辐射功率为7.13W，在可见光范围(大约为400到780nm)内为30.97W。给定的光量为73251m，因此得到的光效能为61.31m/W。

本发明特定的有利实施例涉及用于投影目的的高压气体放电灯。

Claims

1.一种高压放电灯，至少包括：

具有对称放电室(21)的燃烧器(2)，其中至少该燃烧器(2)的外部轮廓在放电室(21)的区域内具有椭圆形形状，

延伸到放电室(21)内并且相对设置在放电室(21)的对称主轴上的两个电极(41、42)，

设置在放电室(21)区域内的燃烧器(2)的外部轮廓上的多层干扰滤光器(3)，其中该干扰滤光器(3)主要将来自UV光的至少一个波长范围的光反射到两个电极(41、42)之间的空间内。

2.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，在多层干扰滤光器(3)的层结构中，具有较高折射率的层(3.1)和具有较低折射率的层(3.2)交替存在。

3.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，吸收UV光中不被干扰滤光器反射的波长范围的光。

4.如权利要求2中所述的高压放电灯，其特征在于，干扰滤光器(3)中具有较低折射率的层(3.2)优选地实质上由SiO₂制成，并且干扰滤光器(3)的第二层(3.1)由折射率比SiO₂高的材料制成，优选地实质上由氧化锆(ZrO₂)构成。

5.如权利要求2中所述的高压放电灯，其特征在于，第二层(3.1)由包括氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化铪、氮化硅和特别优选的氧化锆ZrO2的组中的材料或者这些材料的混合物制成。

6.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，高压放电灯是UHP灯。

7.如权利要求6中所述的高压放电灯，其特征在于，干扰滤光器(3)主要将335到395nm波长范围内的UV光反射到两个电极(41、42)之间的区域内。

8.一种包括至少一个如权利要求1到7的任意一个中所述的灯的照明设备。

9.一种包括至少一个如权利要求1到7的任意一个中所述的灯的投影系统。