CN1930654A - 高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少包括燃弧器(2)的高压放电灯，燃弧器(2)具有燃弧器壁(25)和被所述的燃弧器壁(25)封闭的放电室(21)，其中在灯的运行期间且不依赖于灯的安装位置在燃弧器壁(25)的内轮廓和外轮廓处分别建立了具有最低温度的区域和具有最高温度的区域，且还包括提供在燃弧器壁(25)的外轮廓的部分上的多层干涉滤光器(3)，该干涉滤光器(3)向放电室(21)反射主要在IR光的波长范围内的光，其与燃弧器壁(25)的材料的最大发射功率具有因果关系。

Description

高压放电灯
本发明涉及至少带有燃弧器(burner)的高压放电灯，燃弧器包括燃弧器壁和被所述的燃弧器壁封闭的放电室，其中在灯的运行期间且不依赖于灯的插入位置在燃弧器壁的内轮廓和外轮廓处分别建立了具有最低温度的区域和具有最高温度的区域，高压放电灯还带有布置在燃弧器壁外轮廓的部分上的多层干涉滤光器，使得干涉滤光器向放电室反射IR光。
高压气体放电灯(HID或高强度放电灯)，且特别是UHP(超高性能)灯因其光学特性尤其优选地用于投影目的。在本发明的范围内，术语“UHP”灯(飞利浦)也意指来自其他制造商的UHP类灯。
这些应用中要求尽可能接近点形状的光源，即在电极尖端之间建立的放电弧必须不超过一定的长度。此外，经常要求最高可能的发光强度和尽可能自然的可见光光谱组成的组合。
在其中光源对于可见光的高的发光效率是有关的应用中，不仅在希望的波长范围内发射辐射，而且也发射对有关应用无用的或可能甚至有害的辐射。此不希望的辐射至少导致与设想的结果有关所消耗的能量的损失。例如，在UHP灯的情况下，每供给灯的100W电能中不超过大约25W转化为可见辐射。
如果使用了高压气体放电灯，特别是UHP灯，必须同时满足两个基本要求。
一方面，在放电室表面或燃弧器壁内轮廓处的最高温度必须不能高到使得一般地由石英玻璃制成的灯泡失透。这可能是有问题的，因为在灯的放电室内的强对流特别强地加热了放电弧上方的区域。
另一方面，在放电室表面或燃弧器壁的内轮廓处最冷的点必须还具有这样的高的温度，使得汞尽可能不沉积在此处，而是使汞保持处于蒸汽状态到足够的程度。
这两个相互矛盾的要求的结果是最高和最低温度之间的最大可允许差异相当的小。
商业可用的UHP灯当运行在其额定功率下时目前保持在此可允许温度范围内。然而，存在拓宽运行的可能范围的需求，例如在灯被调暗或被升级为更高的流明输出的灯类型中。
在调暗的情况下，所述的最冷点的温度必须不下降过多。因此需要燃弧器壁的温度的局部增高。在功率升高情况下，最热点的温度必须不升高过多。
此外存在如下情况，其中，在运行期间在灯内部形成了确实具有在最高和最低温度之间的温度的区域，但是对此区域假定的温度不是对设想的功能的最优的温度。此区域的一个例子由电极形成，其中如果要实现良好的灯的寿命，各布置在放电室内的部分的温度必须不下降低于一定的值。电极被放电室的燃弧器壁在电极进入壁处冷却；此处的壁越冷则冷却越多。因此可能发生此冷却使得电极到不利的温度范围内。因此在此情况下希望在电极进入壁的位置加热壁，虽然壁的温度处于最冷的温度和最热点的温度之间。
在本发明的意义中，燃弧器壁仅是功能上地封闭了放电室的灯泡区域。
US 5,221,876披露了用于通过将不希望的IR辐射反射回灯泡区域内以此附加地加热灯泡区域而用于增加效率的基本解决原理。多层干涉滤光器用作反射器。否则不能利用于发光目的的发射的光谱的IR光(红外光)被反射回放电弧且被再次吸收。在考虑中的设计为用于机动车辆头灯的灯的饱和灯内，整个灯被无差别地加热。主要是此加热导致灯泡内的金属卤化物在灯的有关的运行温度下的强化的蒸发，特别是因为热传导和对流导致的蒸发。将上述的解决方案应用于高压气体放电灯，特别是UHP灯中是不可能的，因为最热点的温度也将升高。此外，与其他灯的类型相比，所有的UHP灯在IR范围内仅具有低的辐射强度是典型的。
从US 5,952,768中已知的涂层降低了来自高压气体放电灯的传热，特别是以实现在燃弧器壁的最冷区域内的温度上升且同时显著地增加了灯的发光效率。此涂层为多层干涉滤光器，它在所有的情况下透射可见光且吸收(反射)UV光。此外，从光源产生的IR光可以被滤光器反射回光源。为实现灯的发光效率的显著地增加，需要涂覆较冷的燃弧器壁的外表面的相当大的区域。涂层布置在燃弧器壁的最冷的区域。
因此本发明的目的是提供在开头段落中提及的类型的高压气体放电灯和带有此灯的照明单元，灯的灯泡或燃弧器壁具有能有效地以工业大量制造的干涉滤光器，同时灯的运行范围被拓宽而干涉滤光器大体上不减损灯的发光效率，同时灯的运行可靠性保持被维持。
本发明的目的通过权利要求1的特征部分来实现。
根据本发明的灯至少包括燃弧器，燃弧器具有燃弧器壁和被所述的燃弧器壁封闭的放电室，其中在灯的运行期间且不依赖于灯的插入位置在燃弧器壁的内轮廓和外轮廓处分别建立了具有最低温度的区域和具有最高温度的区域，且在燃弧器壁的外轮廓的部分上提供了多层干涉滤光器，此干涉滤光器向放电室内反射主要在IR光的波长范围内的光，其与燃弧器壁的材料的最大发射功率具有因果关系。
对于本发明，选中的滤光器向放电室反射主要为在灯的运行温度下可有效地被燃弧器壁吸收的波长的光是基本的。根据本发明，此吸收在如下的波长范围内有效地发生，在此波长范围内存在足够的辐射功率且壁材料因此不透明。根据本发明滤光器因此选择为带有如下的波长范围，使得在此波长范围内壁材料自身最有效地辐射。本发明在此利用了暴露于电磁波辐射的物质或媒介特别地吸收那些它们自身能辐射的频率的经验结果。因此滤光器主要地反射了灯泡材料或燃弧器壁材料的透射区域以上的波长范围的辐射。
对于具有通常的石英灯泡且具有大约1000℃的运行温度的UHP灯，例如这是红外光的波长范围。滤光器因此导致与无涂层的石英表面相对的燃弧器壁的局部表面的发射率的有效下降，其结果是灯可以发射更少的热辐射且温度在此区域有目的地升高。
为此原因，干涉滤光器不提供有关应用所不要求的光的所有波长范围内的反射，而仅以选择的方式提供在一个或数个波长范围内的反射。待由干涉滤光器所反射的光的各波长范围的选择特别地基于能量的考虑进行，即有关的波长范围必须特别地具有在干涉滤光器上反射后能被吸收在壁材料内的足够的功率级。
干涉滤光器的进一步的标准是其必需的温度稳定性和它应适合于工业大量制造的事实。此处干涉滤光器优选地作为反射器，因为需被透射的光谱范围和需被反射的光谱范围之间的陡的截止。通过层次序的合适的设计，可以在宽的区域内实现滤光器特征且带有需要的高精确性。
对在滤光器内反射的辐射的再吸收提供了附加的到燃弧器壁的热供给，即除在滤光器内的吸收外的吸收。此再吸收和转化为希望的光谱区域能实现的程度特别地取决于高压气体放电灯的各自类型。
此外，与无涂层的石英表面相比，例如多层干涉滤光器的涂层经常导致从灯表面的热辐射的减少，使得灯能发出更少的热且运行温度因此提高。
干涉滤光器合适地选择、确定尺寸和应用，使得获得在使用这样的多层干涉滤光器中希望的温度场的最优实现。
从属权利要求涉及本发明的有利的进一步的实施例。
优选地带有较高的折射率的层和带有较低的折射率的层在多层干涉滤光器的层结构中交替出现。
此干涉滤光器通常地为多层构造。在干涉滤光器的多层构造中，较高的折射率的层和较低的折射率的层交替。各层的折射率特别地通过选中的层的材料来确定，使得在层结构中出现至少两个在这方面上不同的介电材料。
进一步优选地是干涉滤光器布置在或至少布置在最低温度区域建立在燃弧器壁的外轮廓处的位置。外灯表面的绝对最冷点经常位于圆柱形灯末端的端部处；然而经常不位于燃弧器壁的外轮廓上。
如果以此方式布置滤光器，可最有效地实现燃弧器壁的最冷的区域的温度上升。此布置不仅能影响提供有干涉滤光器的选中的位置的温度上升，而且能以希望的方式影响燃弧器壁内的温度平衡。这使得例如最冷区域的位置能移动成为可能，且导致的(新的)最冷点具有不同的温度，即高于先前最冷点的温度。
可替代地优选的是干涉滤光器特别地不布置在或至少不布置在最低温度区域建立在燃弧器壁外轮廓处的位置，而是布置在没有干涉滤光器而须升高主导温度的位置处。
此布置为设计打开了进一步的可能性。例如可能以此实现拓宽的运行范围。
进一步地优选的是UHP灯的燃弧器壁的材料特别地由石英制成且因此干涉滤光器能主要地反射波长范围大于大约2μm的IR光。
本发明的目的此外通过如权利要求9中所述的照明单元来实现。
本发明的进一步的细节、特征和优点将从如下的对优选实施例的描述中变得明显，此描述参考附图给出，各图为：
图1是带有多层干涉滤光器的高压气体放电灯(UHP灯)的灯泡的概略的截面图。
图1概略地且以截面示出了带有根据本发明的高压气体放电灯(UHP灯)的放电室21的灯泡1。燃弧器2由一个整体件制成，它密封地封闭了填充有通常用于此目的的气体的放电室21，且其材料通常地是硬玻璃或石英玻璃，燃弧器2包括两个圆柱形的相互对置的区域22、23，在其间存在有大体上为球形的区域24，其直径大约为9mm。在放电室21的区域内，燃弧器壁25的外轮廓具有大约球形的形状。提供有电极装置的放电室21中心布置在区域24。电极装置大体上包括第一电极41和第二电极42，在放电室21内在两个电极的互相对置的尖端之间激发发光弧放电，使得发光弧在高压气体放电灯中用作光源。
布置在UHP灯的对称轴线上的电极41、42的端部连接到灯的电端子51、52，经过电端子51、52通过设计为连接到公用电网电压的供给单元(在图1中未示出)供给灯的运行需要的电源电压。
干涉滤光器3布置在燃弧器壁25的外表面的部分上。干涉滤光器3沿燃弧器2的纵向轴线中心布置在区域24的外表面，即在燃弧器壁25上，且具有大约为4mm的直径。
干涉滤光器3的两个单独的层3.1和3.2的特征特别地在于不同的折射率，使得较低折射率的层每次跟随较高折射率的层。SiO2用作较低折射率的层3.2的材料；较高折射率的层3.1的材料是ZrO2。
干涉滤光器3主要地反射在从2μm到5μm波长范围内的IR光。在可见波长范围内，干涉滤光器3具有大约90％的透射。温度差异，即带有和不带有干涉滤光器3的温度之间的差异大约为40K。在灯处于水平安装位置的情况下，干涉滤光器3应用在燃弧器壁25的最冷的区域。
UHP灯的一般运行位置是水平位置。在此情况下出现了温度分布，其中在放电室21外表面处的最热点是最高点且最冷点处于底部，除非例如采取从上侧强制冷却的措施。
在制造过程中通过本身已知的溅射方法来分层地应用干涉滤光器3。
对于带有如上所描述的灯泡1且运行于额定功率为120W的UHP灯，在上负荷极限区域运行数千小时后，没有观察到超过可比较的灯的常规老化的可感知的损坏。
本发明的特别有利的实施例涉及用于投影目的的高压气体放电灯。

Claims (10)

1.一种高压放电灯，至少
-带有燃弧器(2)，燃弧器(2)具有燃弧器壁(25)和被所述的燃弧器壁(25)封闭的放电室(21)，其中在灯的运行期间且不依赖于灯的安装位置在燃弧器壁(25)的内轮廓和外轮廓处分别建立了具有最低温度的区域和具有最高温度的区域，
-还带有提供在燃弧器壁(25)的外轮廓的部分上的多层干涉滤光器(3)，该干涉滤光器(3)向放电室(21)反射主要在IR光的波长范围内的光，其与燃弧器壁(25)的材料的最大发射功率具有因果关系。
2.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，具有较高折射率的层(3.1)和具有较低折射率的层(3.2)交替地出现在多层干涉滤光器(3)的层结构中。
3.如权利要求2中所述的高压放电灯，其特征在于，具有较低的折射率的干涉滤光器(3)的层(3.2)优选地主要地包括SiO2，且干涉滤光器(3)的第二层(3.1)由具有高于SiO2的折射率的材料制成，优选地主要地为氧化锆(ZrO2)。
4.如权利要求3中所述的高压放电灯，其特征在于，第二层(3.1)由从氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化铪、氮化硅，特别地优选地氧化锆ZrO2，或这些材料的混合物的组中选择的材料制成。
5.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，干涉滤光器(3)布置在或至少布置在最低温度区域建立在燃弧器壁(25)的外轮廓处的位置。
6.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，干涉滤光器(3)不布置在最低温度区域建立在燃弧器壁(25)的外轮廓处的位置。
7.如权利要求1中所述的高压放电灯，其特征在于，高压气体放电灯是UHP灯。
8.如权利要求7中所述的高压放电灯，其特征在于，燃弧器壁(25)的材料特别地由石英制成，且因此干涉滤光器(3)能反射主要在从2μm到5μm的波长范围内的IR光。
9.一种至少包括如权利要求1至8中任何一项所述的灯的照明单元。
10.一种至少包括如权利要求1至8中任何一项所述的灯的投影系统。
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