CN1701413A - 高压气体放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压气体放电灯，其包括至少灯泡(1)，该灯泡(1)密闭地包封用气体充填的放电空间(21)，功能层(3)，和发光孔(5)，后两者设置在灯泡的外表面上，其中第二层(4)覆盖灯泡表面的不起功能层作用的其他区域，同时该灯可以在一种功率下操作，使得在给定的灯的功率水平下，灯泡(1)的失透化和气体的冷凝被基本上防止。

Description

高压气体放电灯

本发明涉及高压气体放电灯，其包括至少灯泡，该灯泡密闭地包封充有气体的放电空间，功能层，和发光孔，后两者设置在该灯泡的外表面上。

高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯)，尤其是UHP(超高性能)灯，因为其所具有的光学特性，因而被优选使用，特别是用于投影目的。在本发明范围内，术语UHP灯(Philips)还包括来自其他制造厂的UHP-型灯。

对于这些应用，尽可能点形的光源是需要的，这意味着电极端之间产生的光弧不应超过大约0.5到2.5毫米的长度。此外希望亮度尽可能高，并且希望光的光谱组成尽可能接近自然光。

从DE 101 51 267可知，通过放电空间的一部分外表面的外部反光处理可以在光学投影系统中使发光效能提高。在这种技术方案中，特别地作为一个层制造的背面反射器必须具有至少一个孔，该孔按照一定规则相对于背面反射器定位，并且使得在高压气体放电灯的主反射器方向中发射所希望的光成为可能。这种孔的制造需要相当多的技术工作，尤其是在大批量制造工艺的情况下更是如此。

在照明技术中，为了其他应用中的各种目的，对功能层存在附加的需要。这些层可以提供在灯泡的内侧和/或外侧上。在这类功能层当中，有例如在汽车灯情况下的紫外线吸收层，卤素灯上的IR-反射层，或者在荧光灯内部的光体层。在上述的应用中，一个特征是所述涂层必须或者能够覆盖灯泡的整个表面积，这必定影响这些层的制造效率。

然而，如果使用高压气体放电灯，特别是UHP灯，在其进一步开发中必须同时满足两个基本的要求。

一方面，放电空间的内表面处的最高温度必须不能变得太高，否则将导致通常由石英玻璃制成的灯泡失透化。这可能会成为一个问题，因为灯的放电空间内部的强对流会特别强烈地加热光弧上面的区域。

另一方面，放电空间内表面处的最冷点必须具有足够高的温度，使得汞不会在那里沉积，而是以足够的总量保持气体状态。在用饱和气体填充的灯中尤其应满足这一点。

这两个互相矛盾的要求导致最高和最低温度(通常在放电空间内侧的上部和下部)之间的最大容许的差异相对较小。如果该高压气体放电灯在结构材料的负载极限下操作，则温度场的任何变化，例如温度上升，都可能不利地影响性能参数，如灯的寿命。然而，保持在最大差异内，并因此保持在最优操作点，是相对困难的，因为内部对流主要地加热放电空间上面的区域，并且该区域的导热性借助于适合的灯泡结构、例如借助于较大的壁厚仅仅能够在窄的限度内提高。

该优化体系对影响或者改变放电空间中的温度场的措施反应非常敏感。在上表面上提供反射层是一种这样的措施，借此UHP灯的工作温度与不用涂层的这类灯相比通常将升高。其原因尤其在于，由于灯内部多次反射，使重吸收作用增强。此外，与未涂覆的灯的纯石英表面相比，该涂层通常导致灯表面的热辐射降低，因此灯能够散发较少的热量，并且工作温度相应地相对提高。

涂覆表面的尺寸保持尽可能小，使得温度场的变化尽可能小，该变化可能导致在灯泡负载极限下、在给定的灯的功率消耗下操作这些高压气体放电灯期间灯泡的失透化或者气体冷凝，该作用由涂层所引起的。因此，对于高负载灯而言必要的部分涂覆，不仅为了获得光学功能而在灯泡表面上保留未涂覆部分，例如发光窗口，而且不涂覆所有那些不直接提供所述相应的功能的表面。如果例如在投影系统中使用UHP灯，则不仅发光孔，并且邻接球形放电容器的灯的末端，都将不被涂覆。制造这种为其功能作用而最小化的部分涂层，需要相当多的技术工作并且不是非常有效的。这种灯泡需要至少两个互相分开的区域，它们在涂覆工艺期间被覆盖，以便防止被涂覆。例如，在提供涂层时，将筛网用作覆盖物，其部分地防止了被涂覆。使用覆盖手段或者具有类似功能的手段使涂覆工艺更加复杂，因此必需使用附加的技术条件和工艺步骤，这一同不利地影响制造工艺的效率。该技术方案，虽然原则上在技术上是可行的，但是在大规模制造中，即使可行，也必需进行大量的技术工作。因此对该问题的更有效的解决方案存在迫切的需求。

因此，本发明的一个目的是提供在开始段落中提到的那种高压气体放电灯，其尤其适合用于投影目的，本发明的目的还在于提供一种照明装置，其中的灯泡具有部分涂层，所述灯泡能够被有效地制造并且其光效率得到了改进。

本发明的目的通过以下措施来达到：第二层覆盖灯泡表面的不用于功能层目的的其他区域，同时所述灯能够在一种功率下操作，使得在所述灯的功率消耗水平下基本上防止了灯泡的失透化和气体的冷凝。

该技术方案的实质优点是，能够通过对球形放电空间的一部分外表面进行反光处理来提高效率，尤其在光学投影系统中提高效率，同时光的光谱性质保持在高水平。这可以令人惊奇地简单的方式来实现，即，按照本发明使被涂覆的灯泡外表面的尺寸尽可能地大。在理想的情况下，灯泡的整个外表面，除了作为发光窗口的区域，都将被涂覆。

本发明的技术方案是基于从UHP灯的实验获得的结果，即对在灯末端上有和没有涂层进行的实验。这些结果导致了令人惊奇的发现，即在灯末端上具有涂层的灯在操作期间确实总体上变得较热，但是在温度测定的测量精度内，可比的温度分布在灯泡表面范围内自身得到调节。将本发明的这一发现转化为技术方案，可以使灯的制造工艺得到实质地简单化。具体地，由于在涂覆工艺中采用适合的手段，仅仅发光孔的区域必须保持未涂覆。

在本发明意义上，功能层是其主要功能是获得高压气体放电灯的规定参数的变化的层。

功能层和发光窗口的尺寸、位置和形状，以及它们的相对位置，取决于相应的灯的类型，还包括伴随的主反射器，以及预期的灯的应用，这些能够以已知的方式确定。在此应当指出，在进行这种选择时，特别地将尽可能地避免多重反射，使得不因此导致光输出的减少，即使有的话。

背面反射器通常具有与主反射器相对的孔，光源的光通过该孔被反射到主反射器上。

用于功能层和第二层的材料的选择以及涂覆相应层的方法将按照现有技术进行，并且使之适合相应的应用。选择的材料应该导致尽可能低的吸收。

此外，如果被用于UHP灯，这些材料必须具有足够的耐热性。

尤其正确的是，对于包括放电空间的灯泡中心部的外部形状，其应该是基本上球形的或者椭圆形的。在球形的情况下，光弧应该集中于球的中心。在椭圆形的情况下，两个焦点之间的距离不应该大于二个电极的尖端之间的距离，同时所述焦点应该位于光弧内部。

从属的权利要求涉及本发明其他有利的实施方案。

对于特别有效的制造而言，有利的实施方案可以按照权利要求2获得。

权利要求3的实施方案优选UHP灯。

按照权利要求4，优选功能层或者功能层和第二层覆盖或者基本上覆盖灯泡表面的所有区域。

按照权利要求5，特别有利的是功能层是具有二色性性质的背面反射器或者干涉滤光器。

功能层的二色性性质使得只有某些优选光谱范围的光被辐射到外部。

按照权利要求6选择的低折光指数材料优选是二氧化硅(SiO₂)，对于灯泡材料，其相当于最高可能的等级。作为具有较高的折光指数的材料，可以选择许多材料，如TiO₂、ZrO₂和Ta₂O₅。ZrO₂在此是特别优选的，因为其比大多数的其他材料吸收少。

除上述的材料及其混合物之外，在本发明范围内可以使用其它材料，可以例如借助于适合的实验测试这些材料的有效性。

在本发明的意义上，制造功能层的优选方法是已知的薄膜技术的标准方法，尤其是物理蒸气沉积、溅射、化学蒸气沉积和浸涂。

本发明的目的另外地通过一种照明装置来实现，所述照明装置包括至少一个权利要求1到6任何一项的高压气体放电灯。

这种照明装置或者高压气体放电灯可以特别地用于投影目的。

根据接下来的、参考以下附图给出的优选实施方案的描述，可以明确地理解本发明的其它细节、特征和优点。在附图中：

图1是高压气体放电灯(UHP灯)的具有放电空间的灯泡的概略剖视图。

图1是本发明的高压气体放电灯(UHP灯)的具有放电空间21的灯泡的概略剖视图。灯泡1是一个整体，其密闭地密封用通常用于该目的的气体充填的放电空间21，并且其材料通常是硬质玻璃或者石英玻璃，包括两个圆筒形的、互相对置的区域61、62，在区域61和62之间具有基本上球形的区域63，区域63的直径在大约8毫米到14毫米范围内。具有电极排列2的椭圆形放电空间21居中地设置在区域63中。电极排列2基本上包括第一电极22和第二电极23，在其互相对置的尖端之间，在放电空间21中激发发光弧放电，该发光弧起高压气体放电灯的光源的作用。电极22、23的末端被连接到灯的电气接插件71、72，通过71和72由电源部件(图1中未示出)提供操作该灯所必需的电压，所述电源部件被设计成能在公共电源电压上操作。

功能层3和发光孔5被设置在区域63的外表面上。功能层3的总厚度为大约3微米，并且由几个层组成，以干涉滤光器的形式被构造成所谓的冷光镜。这些亚层(未示于图1中)的特征尤其在于互相之间具有不同的折光指数，使得较低指数的亚层与较高指数的亚层交替许多次。具有较低折光指数的材料是例如SiO₂；具有较高指数的材料是例如ZrO₂。

也由几个SiO₂和ZrO₂亚层形成的层4被提供在圆筒形区域61、62上，但是该层的质量可以不同于层3的质量，尤其是在厚度的均匀性方面。通常在一个制造工艺中使用功能层3和使用层4进行涂覆。鉴于层4与功能层3相比质量要求较低，因此制造工艺中的任何较小的层厚度波动和不匀一性通常可能是可接受的。此外，避免了质量检验的额外费用和导致的报废。

具有如上所述的灯泡1的UHP灯在其120W的额定功率下、在其负载上限范围内操作数千小时，在具有仅仅部分涂层的可比的灯的过量常规老化作用方面，没有检测到实质的损害。

本发明的特别有利的实施方案由构造成短弧光灯并且用于投影目的的高压气体放电灯形成。

Claims (9)

1.一种高压气体放电灯，其包括至少灯泡(1)，该灯泡(1)密闭地包封充有气体的放电空间(21)，功能层(3)，和光发射孔(5)，后两者被设置在所述灯泡的外表面上，其特征在于，第二层覆盖不起功能层作用的灯泡表面的其他区域，同时所述灯可以在一种功率下操作，使得在所述灯的功率消耗水平下，灯泡(1)的失透化和气体的冷凝被基本上防止。

2.权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于，覆盖不起功能层(3)作用的灯泡(1)表面的其他区域的第二层(4)可以在其构造和/或材料组成方面与功能层(3)不同。

3.权利要求1的高压气体放电灯，其表征在于所述灯是UHP灯。

4.权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于，功能层(3)或者功能层(3)和第二层(4)覆盖或者基本上覆盖灯泡(1)表面的所有区域。

5.权利要求1的高压气体放电灯，其特征在于，功能层(3)是具有二色性性质的背面反射器或者干涉滤光器。

6.权利要求5的高压气体放电灯，其特征在于，干涉滤光器特别地由许多SiO₂和ZrO₂层组成。

7.权利要求1到6任何一项的高压气体放电灯，其被设计成用于投影目的。

8.一种照明装置，其包括至少一种权利要求1到6任何一项的高压气体放电灯。

9.一种投影装置，其包括至少一种权利要求1到6任何一项的高压气体放电灯。