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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe als Linienquelle mit einem längserstreckten Lampenkörper, der einen längserstreckten Plasmaraum aufweist, an dessen beiden Enden Elektroden angeordnet sind. Eine Lichtaustrittsöffnung erstreckt sich bei dieser Hochdruckgasentladungslampe in Längserstreckung des Plasmaraumes und weist eine Breite auf, die um Größenordnungen kleiner als die Lichtaustrittsöffnung in Längserstreckung ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gasentladungslampe, bei dem ein einen Plasmaraum enthaltender längserstreckter Lampenkörper mit zwei Elektroden an den jeweiligen Enden des Plasmaraumes versehen wird.
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Eine Hochdruckentladungslampe der eingangs genannten Art ist aus der
US 4 820 906 A bekannt. Diese Hochdruckentladungslampe weist einen längserstreckten Lampenkörper auf, an dessen beiden Enden Elektroden angeordnet sind. Damit entsteht eine Lichtaustrittsöffnung entlang des längserstreckten Lampenkörpers. Diese Entladungslampe dient dem schnellen Aufheizen von Halbleiterscheiben.
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Hochdruckgasentladungslampen werden für verschiedene Zwecke verwendet, bei denen es darauf ankommt, Wärmeenergie in relativ kurzer Zeit in ein Substrat einzubringen. Derartige Prozesse sind beispielsweise im RTP-Prozess (RTP = rapid thermal processing) zu finden. So werden beispielsweise flächige Substrate auf ihrer Oberseite mit einer Schicht versehen, die anschließend einem RTP-Prozess ausgesetzt werden. Dabei findet eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und der Gasentladungslampe statt, d. h. entweder wird die Gasentladungslampe, entsprechend beweglich gelagert, über das Substrat hinwegbewegt oder aber – was eine sehr häufig anzutreffende Variante ist – das Substrat wird in einer Transportrichtung bewegt und dabei über oder unter einer Hochdruckgasentladungslampe hindurchgeführt.
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Aus der
US 2010/0276611 A1 ist es bekannt, den Druck im Inneren des Lampenkörpers zu verändern. Eine derartige Lampe kann zur kontinuierlichen Beleuchtung mit Gleichspannung oder auch als Blitzlampe betrieben werden.
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Bei einem derartigen RTP-Prozess kommt es darauf an, die Beschichtung auf dem Substrat möglichst kurzzeitig einem hohen Temperaturgradienten auszusetzen. Dies kann beispielsweise mittels einer als Blitzlampe betriebenen Hochdruckgasentladungslampe geschehen. Eine derartige Blitzlampe hat einen typischen Belichtungszeitraum von 0,2 ms bis 20 ms, wodurch es gelingt, mit einem einzigen kurzen Lichtblitz einen sehr hohen Energieeintrag auf das Substrat aufzubringen. Bei Blitzlampen besteht jedoch das Problem darin, dass diese im Vergleich zu ihrer Längserstreckung, wobei diese Längserstreckung quer zu der Relativbewegungsrichtung zwischen Hochdruckgasentladungslampe und Substrat liegt, ein sehr schmales Belichtungsband auf das Substrat aufbringen. Bei einer Relativbewegung zwischen Substrat und Blitzlampe muss sodann eine relativ hohe Blitzfolge dafür sorgen, dass das Substrat ganzflächig behandelt wird. Dabei gibt es jedoch stets Überlappungsbereiche von einem Belichtungsband zu dem nächsten Belichtungsband, was durch die Relativbewegung räumlich neben dem ersten Belichtungsband liegt. Hierbei sind Doppelbelichtungen nie auszuschließen. Alternativ kann ein Feld vieler Blitzlampen, welches das Substrat mit einem einzigen Blitz vollständig belichtet, eingesetzt werden. Jedoch ist bei Substraten mit einer Ausdehnung von mehreren Quadratmetern der technologische Aufwand für ein Blitzlampenfeld mit hohen Kosten verbunden. Aus diesen Gründen gibt man kontinuierlich brennenden Gasentladungslampen den Vorzug. Um hierbei jedoch einen höheren Temperaturgradienten zu bewerkstelligen, sind derartige, kontinuierlich brennende Gasentladungslampen als Linienquellen ausgeführt. Linienquellen zeichnen sich dadurch aus, dass ein im Verhältnis zur Länge der Hochdruckgasentladungslampe sehr sehr schmales Beleuchtungsband eingestellt wird. Dies wird in aller Regel durch Reflektoren und Schlitzblenden oder durch entsprechende Fokussierungsöffnungen, die das Licht einer Hochdruckgasentladungslampe auf einen sehr schmalen Bereich des Substrats fokussieren, bewerkstelligt. Damit liegen kontinuierlich brennende Gasentladungslampen in Form einer Linienquelle bei einer entsprechenden Transportgeschwindigkeit in einem Bereich der Expositionszeit des Substrats mit der Strahlung, die zwischen einer Blitzlampe und einer Halogenlampe liegt, also vorzugsweise im Bereich von 10 ms bis 200 ms.
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Die Expositionszeit ist dabei antiproportional zur Transportgeschwindigkeit bei ortsfester Linienquelle bzw. antiproportional zur Relativbewegung zwischen dem Substrat und der Linienquelle. Bei einer durch andere Produktionsprozesse bedingten Transportgeschwindigkeit des Substrats kann prinzipiell durch die Bewegung der Linienquelle jede gewünschte Expositionszeit eingestellt werden. Auch die dabei erreichbaren Intensitäten liegen zwischen der einer Blitzlampe und der einer Halogenlampe.
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Liegt die Expositionszeit zwischen 10 ms und 200 ms wie bei der beschriebenen Linienquelle, ist es z. B. möglich eine zeitlich beschränkte Diffussion bzw. länger dauernde Aktivierung von Dotanden in einem Halbleiter zu bewerkstelligen, ohne daß es zu einer kompletten Vermischung von dotierten und undotierten Bereichen kommt. Die Expositionszeit von Blitzlampen hingegen ist zu kurz, um eine Diffussion zu ermöglichen. Bei Halogenlampen wird aufgrund der geringen Intensität die Expositionszeit so lang, daß es zu einer stärkeren Durchmischung von dotierten und undotierten Bereichen kommt.
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Es ist nunmehr das Bestreben, immer großflächigere Substrate zu beschichten, beispielsweise für photovoltaische Applikationen oder auch im Bereich der organischen Halbleitertechnik. Damit besteht auch die Notwendigkeit, Linienquellen mit sehr, sehr großer Länge, beispielsweise der mehrfachen Länge einer bisher üblichen Hochdruckgasentladungslampe, zu realisieren.
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Es sind so genannte HIPLA-Lampen (HIPLA = high pressure long arc) bekannt. Dabei handelt es sich um Gasentladungslampen mit einem hohen Fülldruck, der vorzugsweise im Bereich von > 0,5 bar liegt, und einer großen Lichtbogenlänge, das heißt einem großen Abstand zwischen Katode und Anode, der um Größenordnungen größer ist als der Durchmesser des Plasmaschlauches zwischen der Katode und der Anode oder allgemein zwischen den Elektroden. Sollen nun derartige HIPLA-Lampen in einer größeren Baulänge hergestellt werden, so wird die Kühlung der Lampen mit zunehmender Länge immer schwieriger. Der Grund ist hier in der erforderlichen mechanischen Stabilität zu sehen. Beispielsweise beträgt die Wanddicke eines 40 cm langen zylinderförmigen Lampenkörpers aus Quarzglas mit einer maximalen elektrischen Leistung von 40 kW nur 0,5 mm. Diese relativ geringe Dicke ist erforderlich, um eine ausreichende Wärmeleitung in das die Lampe umgebende Kühlwasser zu erreichen bzw. den Glaskörper der Lampe nicht zu überhitzen.
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Möchte man Substrate mit einer Breite > 40 cm belichten, so ist ein längerer Lampenkörper erforderlich, der aufgrund der mechanischen Stabilität eine dickere Glaswandung nach sich zieht. Gleichzeitig kann die Leistung pro Zentimeter Lichtbogenlänge, beispielsweise 1 kW/cm, mit den oben genannten Daten nicht mehr erreicht werden, da es sonst zu einer Überhitzung des Glases kommt. Diese technische Schwierigkeit bewirkt, dass für große Substrate mit einer Breite von einem Mehrfachen von 40 cm aufgrund der Kühlproblematik keine Linienquelle hoher Intensität mittels Hochdruckgasentladungslampen herstellbar ist. Sollen derartige Längen mit einer sogenannten ”Flowtube” bewerkstelligt werden, die in der eingangs genannten Art und Weise mit einem geschlitzten Reflektor für einen Lichtaustritt versehen ist und die ein Glasrohr aufweist, durch welches Kühlwasser fließt und in welches der Lampenkörper eingebettet ist, so zeigte sich, dass die Lichtausbeute aufgrund der vielfachen Lichtreflexionen im Reflektor relativ gering ist und daher den technischen Anforderungen nicht genügt.
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Eines der grundlegenden Probleme der zuvor beschriebenen HIPLA-Lampen ist die zu geringe Wärmeleitung im Quarzglas, die bei 1,4 Watt/Km bei Raumtemperatur und bis zum Doppelten dieses Wertes bei Temperaturen nahe dem Erweichungspunkt des Glases liegt.
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Mit der
DE 10 2008 063 620 A1 ist es bekannt, den Entladungskörper einer Entladungslampe aus keramischem Material zu fertigen, um damit höhere Temperaturen des Entladungskörpers zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckgasentladungslampe in ihrem Aufbau und ihrer Herstellung anzugeben, die als Linienquelle ausgebildet ist und die die Realisierung von Längen, die die maximal erreichbaren Längen nach dem Stand der Technik um ein Mehrfaches überschreiten, ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Hochdruckgasentladungslampe gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 geben dabei Ausgestaltungen dieser Hochdruckgasentladungslampe wieder.
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Die verfahrensseitige Lösung besteht in einem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Hierbei geben die Ansprüche 11 bis 15 Ausgestaltungen von Merkmalen des Verfahrensanspruches 10 wieder.
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In einer Hochdruckgasentladungslampe der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lampenkörper einen den Plasmaraum umschließenden Sinterkörper aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten höher als der Wärmeleitkoeffizient von Quarzglas umfasst, in den die Lichtaustrittsöffnung eingebracht ist. Dabei wird vernachlässigt, ob der Sinterkörper lichtdurchlässig ist oder nicht. Entscheidend ist hierbei, dass Licht mit einer entsprechenden Leistung aus der Lichtaustrittsöffnung austreten kann, auch wenn möglicherweise die Lichtausbeute im Verhältnis zur eingebrachten Leistung nicht optimal ist. Allerdings ist es möglich, den Sinterkörper, der seinerseits hochtemperaturbeständig ist, mit einer solchen mechanischen Stabilität zu versehen, dass er einem entsprechenden Quarzglasrohr weit überlegen ist. Weiterhin kann der Plasmaraum – abweichend von der zylinderförmigen Symmetrie einer typischen Gasentladungslampe mit großer Lichtbogenlänge – in einer für eine Linienquelle geeigneten Geometrie hergestellt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtaustrittsöffnung als Schlitz zwischen den beiden Elektroden eingebracht ist, der nach außen lichtdurchlässig verschlossen ist. Damit entsteht innerhalb des Plasmaraumes ein Plasma zwischen den beiden Elektroden und die dabei entstehende Lichtenergie kann durch diesen Schlitz nach außen gelangen. Der Verschluss des Schlitzes nach außen hin verhindert, dass Gas, welches in den Plasmaraum eingebracht ist, nach außen entweichen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlitz selbst den Plasmaraum bildet. Damit ist der Plasmaraum in aller Regel genauso breit wie die Breite des Belichtungsbandes und die Energie, die in diesem sehr schmalen Plasmaraum entsteht, kann mit einer guten Effektivität nach außen gebracht werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass sich der Plasmaraum und der Schlitz in einer unterschiedlichen Breite gestalten. Dabei ist Sorge dafür zu tragen, dass der Schlitz von dem Plasmaraum zur Außenseite des Sinterkörpers reicht. An der Außenseite ist dann der Schlitz wiederum verschlossen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lampenkörper aus einem Sinterkörper besteht, der über die Länge selbsttragend ausgebildet ist und in dem Kühlmittelleitungen integriert sind. Durch eine derartige Ausgestaltung wird einerseits Sorge dafür getragen, dass die in dem Lampenkörper entstehende Wärmeenergie gut abgeführt werden kann und dass andererseits der Sinterkörper eine hohe mechanische Stabilität über die Länge aufweist, sodass eine derartige Hochdruckgasentladungslampe mit einer erheblich größeren Länge gefertigt werden kann, als dies nach dem Stand der Technik bekannt ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung dazu ist vorgesehen, dass der Sinterkörper über die Längserstreckung nicht selbsttragend ausgebildet ist. In dieser alternativen Lösung umfasst der Lampenkörper weiterhin einen selbsttragenden Kühlkörper, in dem Kühlmittelleitungen integriert sind, und der den Sinterkörper unter Freilassung der Lichtaustrittsöffnung umgibt. Bei einer derartigen Lösung wird der Vorteil genutzt, dass der Sinterkörper beispielsweise aus einem konfektionierten Material, wie einem handelsüblichen Rohr aus Sinterwerkstoff, gebildet werden kann. Ein derartiger Sinterkörper hat den Vorteil, dass er hochtemperaturfest und außerdem elektrisch isolierend ist, sodass das Plasma zwischen den beiden Elektroden kurzschlussfrei brennen kann. Andererseits ist es vorteilhaft, einen besonderen Kühlkörper, der besonders gute Kühl- und Wärmeleiteigenschaften aufweist, dazu zu nutzen, die Wärmeenergie aus dem Sinterkörper herauszunehmen. Insbesondere kann hier natürlich ein gut wärmeleitender Stoff, wie beispielsweise Kupfer, eingesetzt werden. Auch wird es damit möglich, mehrere Kühlmittelleitungen anzuordnen, die den Raum, in dem sich der Sinterkörper befindet, umgeben. Auch bei dieser Lösung ist natürlich eine Lichtaustrittsöffnung zum Austritt der Lichtenergie aus dem Sinterkörper erforderlich. Die Anordnung des Sinterkörpers in dem selbsttragenden Kühlkörper erfolgt dabei so, dass die Lichtaustrittsöffnung freigelassen wird. Idealerweise ist der Sinterkörper transparent, z. B. synthetischer Saphir hoher Reinheit.
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Wie bereits angedeutet, ist es zweckmäßig, dass der Kühlkörper aus einem thermisch gut leitfähigen Material besteht. Hierbei wird der Zusammenhang zwischen elektrischer Leitfähigkeit und thermischer Leitfähigkeit genutzt, indem für den Kühlkörper ein elektrisch leitfähiges Material gewählt wird, welches vorzugsweise ein Metall ist. Insbesondere eignen sich natürlich hier Materialien mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten, die sich dennoch im vertretbaren Preissegment bewegen, wie beispielsweise Kupfer.
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Bevorzugterweise besteht der Sinterkörper aus einem der Materialien Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid – insbesondere Saphir –, Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid. Diese Materialien haben gute Wärmeleiteigenschaften und sind als Sintermaterialien gut einsetzbar.
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Aluminiumnitrid eignet sich hierbei gut, kann jedoch insbesondere bei der preiswerten Herstellung von Sinterkörpern mit großer Länge bis zu mehreren Metern alternativ durch Aluminiumoxid ersetzt werden. Aluminiumoxid hat zwar nur eine Wärmeleitfähigkeit von 30 K/Wm und zudem eine wesentlich geringere Temperaturschockfestigkeit, lässt sich aber auf große Mengen gut extrudieren. Dieses Material ist kostengünstig. Beispielsweise ca. 80 aller industriell hergestellten Keramiken sind aus diesem Material. Darüber hinaus hat es eine relativ hohe Transparenz. Aufgrund dieser Transparenz kann bei einer entsprechend geschickten Fertigung sodann auch das Lichtfenster aus Quarzglas zum Verschluss des Schlitzes, wie es nachfolgend dargestellt wird, entfallen.
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Auch ist es möglich, die Kühlmittelleitungen im Querschnitt mit einer Wabenstruktur zu fertigen und diese somit näher an den Plasmaraum heranzurücken. Damit wird es möglich, ähnliche Kühlleistungen wie bei Aluminiumnitrid zu erzielen, ohne unbedingt dieses Material verwenden zu müssen. In der Produktion werden bereits wesentlich kleinere Strangquerschnitte von über 2,3 m Länge und mit mehreren Löchern in einem Durchmesser von unter 1 mm in großen Mengen hergestellt, sodass auch für diesen Anwendungsfall die gewünschte Geometrie herstellbar ist. Siliciumcarbid kann ebenfalls als Material eingesetzt werden, da bei der Zündung der Lampe die entsprechende Keramik elektrisch nur schlecht leitet. Für den Betrieb der Lampe könnte bei Siliciumcarbid eine Isolationsschicht, z. B. durch Oxidation des Materials bei hohen Temperaturen in einer sauerstoffhaltigen Umgebung hergestellt werden, die verhindert, dass eine Betriebsspannung von beispielsweise 20 V/cm Lampenlänge nicht zu Kurzschlüssen entlang des Plasmaraumes führt. Der Widerstand von Siliciumcarbid liegt nämlich typischerweise im milli-Ohm-Bereich bei Temperaturen von mehreren 100° bis 1000°, wie sie beim Betrieb der Lampe durchaus auftreten können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Sinterkörper Aufnahmeöffnungen für die Elektroden und eine Gasfüllbohrung eingebracht sind. Die Aufnahmeöffnungen können einfach dazu genutzt werden, die Elektroden nach Herstellung des Sinterkörpers in diese Aufnahmeöffnungen zu stecken, wodurch sie bis in den Plasmaraum reichen, und entsprechend im Sinterkörper dichtend zu befestigen. Die Gasfüllöffnung dient der Evakuierung des Plasmaraums und der anschließenden Befüllung desselben mit beispielsweise Xenongas. Hierbei ist auch eine Druckvariation bei der Zündung möglich, wie dies bereits Gegenstand der
DE 10 2011 083 997.6 ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sinterkörper aus einem Strangprofilmaterial besteht und an beiden in Längsausstreckung liegenden Enden verschlossen ist. Hierbei können auch Kopfstücke zum Einsatz gelangen, die separat gefertigt werden und aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise ebenfalls Kupfer, gefertigt sind. Da Kupfer eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie dies bereits schon dargestellt wurde, ist damit auch eine gute Kühlung der Elektroden, insbesondere der sehr heißen Kathode gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein den Plasmaraum aufnehmender Sinterkörper aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material mit einem höheren Wärmeleitkoeffizienten als Quarzglas erzeugt wird. In den Sinterkörper werden Aufnahmeöffnungen für die Elektroden und eine Gasfüllöffnung sowie eine längserstreckte Lichtaustrittsöffnung eingebracht.
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Dieses Verfahren kann im Wesentlichen in zwei Alternativen weitergebildet werden. Die erste Alternative sieht dabei vor, dass ein ungesinterter oder unvollständig vorgesinterter Rohkörper (im ”Grünzustand”) in der Form des Sinterkörpers erzeugt wird. Dabei ist bei der Formgebung natürlich zu beachten, dass es infolge des Sintervorganges noch zu einer gewissen Schrumpfung kommt, sodass der Rohkörper eine solche Formgebung erfahren muss, dass nach dem Sinterprozess die Form des Sinterkörpers erreicht wird. In diesen Sinterkörper werden dann in dem ”Grünzustand” die Kühlmittelleitungen, die Aufnahmeöffnungen für die Elektroden und eine Gasfüllöffnung eingebracht. In diesem Zustand weist der Rohkörper noch eine geringe Festigkeit auf, sodass die Bearbeitung hier relativ einfach erfolgen kann. Anschließend wird der Rohkörper zu dem Sinterkörper bei hohen Temperaturen gesintert.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Rohkörper extrudiert wird. Mit einem solchen Extrudierverfahren kann in besonders effizienter Art und Weise ein Endlosprofil hergestellt werden. Nach abschließender Formgebung wird dann dieser extrudierte Rohkörper zu seiner endgültigen Form gesintert.
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Bei diesem Verfahren, in dem der Rohkörper noch als relativ leicht zu bearbeitender Körper vorliegt, ist vorgesehen, dass vor dem Sintern des Rohkörpers eine als späterer Plasmaraum wirkende Lichtaustrittsöffnung als Schlitz eingesägt wird und diese Lichtaustrittsöffnung mit einem Quarzglas nach dem Sintern verschlossen wird. Damit kann das Füllgas innerhalb des Plasmaraumes nicht entweichen.
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Wenn allerdings ein solches Material gewählt wird, das ein semi-transparentes Material nach dem Sintern darstellt, beispielsweise Aluminiumoxid, so kann sich das Verschließen der Lichtaustrittsöffnung mit einem Quarzglas erübrigen. Es ist nämlich möglich, den Rohkörper gleich so zu extrudieren, dass die Lichtaustrittsöffnung in Form eines Schlitzes vorhanden ist, der jedoch an seinem äußeren Ende mit einer dünnen, beim Extrudieren verbliebenen Schicht dichtgehalten wird. Da das Material transparent ist, kann durch diese dünne Schicht Licht austreten.
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In der anderen Alternative ist vorgesehen, dass der Sinterkörper als Rohr gefertigt ist oder aus konfektioniertem Rohrmaterial auf Länge geschnitten wird. Dieser so hergestellte Sinterkörper wird in eine Aufnahmeöffnung eines Kühlkörpers eingebracht. Sodann wird zwischen dem Sinterkörper und dem Kühlkörper eine wärmeleitende Verbindung hergestellt, vorzugsweise durch Füllen des Zwischenraumes zwischen dem Sinterkörper und der Aufnahmeöffnung in dem Kühlkörper.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Längsschnitt entlang der Linie I-I in 3 durch einen Lampenkörper mit einer als gesägter Schlitz ausgebildeten Lichtaustrittsöffnung mit einem Verschluss aus Quarzglas,
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2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in 3 durch den Lampenkörper des ersten Ausführungsbeispieles,
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3 eine Draufsicht auf den Lampenkörper des ersten Ausführungsbeispieles,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Längsschnitt entlang der Linie IV-IV in 6 durch einen Lampenkörper einer als Schlitz, der im Extrudierverfahren erzeugt wurde, ausgebildeten Lichtaustrittsöffnung,
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5 einen Längsschnitt entlang der Linie V-V in 6 durch den Lampenkörper des zweiten Ausführungsbeipieles,
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6 eine Draufsicht auf den Lampenkörper des zweiten Ausführungsbeipieles,
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7 eine weitere Form eines Querschnittes eines als Lampenkörper ausgebildeten Sinterkörpers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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8 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem Querschnitt durch einen Lampenkörper entlang der Linie IIIV-IIIV in 9, bestehend aus einem massiven Kühlkörper und einem als Rohr ausgebildeten Sinterkörper,
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9 eine Unteransicht auf einen Lampenkörper des dritten Ausführungsbeispieles und
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10 einen Querschnitt alternativ zu 8 mit einem wassergekühlten Kühlkörper.
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Wie in 1 und 3 dargestellt, weist eine erfindungsgemäße Hochdruckgasentladungslampe einen Lampenkörper 1 auf. Dieser Lampenkörper 1 umfasst einen Sinterkörper 2. Dieser Sinterkörper 2 ist als sich in Längserstreckung 3 streckender und im Querschnitt viereckiger Körper ausgebildet. Dieser viereckige Körper wird bei der Herstellung vor dem eigentlichen Sintern in einem ungesinterten oder nur leicht vorgesinterten Zustand als Rohkörper vorgeformt. In diesem Rohkörper, der in den Außenabmessungen, das Schwundmaß beim Sintern berücksichtigend, die Form des Sinterkörpers 2 aufweist, wird an seiner Unterseite ein Schlitz 4 eingebracht, vorzugsweise eingesägt. Weiterhin werden Aufnahmeöffnungen in Form von Aufnahmebohrungen 5 für die Elektroden 6 von oben und damit quer zur Längserstreckung 3 in den Rohkörper soweit eingebracht, dass sie sich von dessen Oberseite 7 bis in den Schlitz 4 hinein erstrecken. In diese Aufnahmebohrungen 5 werden die Elektroden 6 eingebracht und die Spitzen der Elektroden 6 sind somit über die Aufnahmebohrungen 5 mit dem Raum, der durch den Schlitz 4 gebildet wird, verbunden. Damit wirkt der Schlitz 4 beim Anlegen einer Spannung zwischen die Elektroden 6, wodurch sich ein Plasma ausbildet, als Plasmaraum 8. Der Schlitz 4 und damit der Plasmaraum 8 sind an der Unterseite 9 des Sinterkörpers 2 mit einer Quarzglasabdeckung 10 nach außen hin gedichtet, sodass sich ein geschlossener Plasmaraum 8 ausbilden kann. In diesen Plasmaraum 8 hinein ragt auch eine Gasfüllbohrung 11, die ebenfalls vor dem Sintern in den Rohkörper eingebracht wird. Über diese Gasfüllbohrung 11 wird es möglich, den Plasmaraum 8 zu evakuieren und sodann mit einem geeigneten Gas, beispielsweise Xenon, zu füllen. Auch wird es möglich, über diese Gasfüllbohrung 11 den Gasdruck in dem Plasmaraum 8 zu kontrollieren.
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Wie aus dem Querschnitt gemäß 2 ersichtlich wird, sind in dem Sinterkörper 2 auch Kühlmittelleitungen 12 angeordnet. Diese Kühlmittelleitungen 12 können sogleich beim Herstellen des vorgesinterten Rohkörpers mit eingebracht werden, insbesondere dann, wenn dieser extrudiert wird. Sie können aber auch, wie die anderen Bohrungen 5 und 11, nachträglich in den Rohkörper eingebracht werden.
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Ist der Rohkörper mit dem Schlitz 4, den Aufnahmebohrungen 5, der Gasfüllbohrung 11 und gegebenenfalls bereits mit der Quarzglasabdeckung 10 versehen, wird dieser Rohkörper zu dem endgültigen Sinterkörper 2 gesintert.
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Die Kühlmittelleitungen 12 werden dann im Betriebsfall an nicht näher dargestellte Kühlwasserleitungen angeschlossen, wodurch Wasser als ein Kühlmedium durch diese Kühlmittelleitungen 12 strömt und damit die Wärme aus dem Sinterkörper 2 abführt. Nach dem Zünden zwischen den beiden Elektroden 6 entsteht in dem Plasmaraum 8 ein Plasma, welches Licht- und vor allem Wärmestrahlung erzeugt. Damit wirkt der Schlitz 4 nicht nur als Plasmaraum 8, sondern dient gleichzeitig als Lichtaustrittsöffnung 13, indem die in dem Plasmaraum 8 erzeugte Licht- und Wärmestrahlung durch den Schlitz 4 und die Quarzglasabdeckung 10 nach außen gelangen kann. Wie damit an diesem Beispiel ersichtlich ist, ist ein im Verhältnis zur Längserstreckung 3 sehr schmaler Schlitz 4 vorgesehen, der nahezu eine linienhafte Beleuchtung des nicht näher dargestellten Substrats ermöglicht, wenn dieses quer zur Längserstreckung 3 relativ zu dem Lampenkörper 1 bewegt wird. Damit ist es möglich, den eingangs beschriebenen hohen Temperaturgradienten auf dem Substrat zu realisieren.
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Die 4 bis 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches insbesondere für ein Extrudieren des Sinterkörpers 2 optimiert ist. In diesem Fall wird der Sinterkörper 2 bereits beim Extrudieren mit dem Schlitz 4 versehen. Dabei entsteht ein durchgehendes Strangpressprofil, welches nur entsprechend der beabsichtigten Länge des Lampenkörpers 1 zugeschnitten werden muss. Wird dieses Strangpressprofil aus einem semi-lichttransparenten Material, beispielsweise aus Aluminiumoxid, hergestellt, ist es möglich, beim Extrudieren des Schlitzes 4 zugleich eine Abdeckung 14 dadurch zu realisieren, dass der Schlitz nicht bis durch die Unterseite 9 hindurch erzeugt wird, wie dies beim Einsägen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Damit ist die Abdeckung 14 als ein kleines verbleibendes Restmaterial an der Unterseite 9 auch lichtdurchlässig, wodurch der extrudierte Schlitz 4 ebenfalls als Lichtaustrittsöffnung 13 wirken kann. An den beiden in Längserstreckung 3 liegenden Enden des Sinterkörpers 2 ist dieser mit Verschlusselementen 15 versehen. Damit entsteht wiederum innerhalb des Schlitzes 4 ein Plasmaraum 8, der außerdem als Lichtaustrittsöffnung 13 wirkt. Das Einbringen der Aufnahmebohrung 5 und der Gasfüllbohrung 11 kann in der vorher beschriebenen Art und Weise ebenfalls in einen vorgesinterten Rohkörper erfolgen, da dieser erheblich leichter zu bearbeiten ist.
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7 gibt den Querschnitt eines Strangpressprofiles in einer alternativen Gestaltung zu 5 wieder, welches ebenfalls als Sinterkörper 2 ausgebildet ist. Darin ist ebenfalls wieder eine Abdeckung 14 in Form eines verbleibenden Materialrestes vorgesehen, wenn das übrige Material des Sinterkörpers 2 lichtdurchlässig ist. Weiterhin sind hier die Kühlmittelleitungen 12 beidseitig des Schlitzes 4 bzw. des Plasmaraums 8 angeordnet, wodurch hier eine bestmögliche Wärmeabführung aus dem Plasmaraum gewährleistet werden kann, insbesondere dann, wenn beispielsweise Aluminiumoxid zum Einsatz kommt, was im Vergleich zu anderen Materialien ein schlechterer Wärmeleiter ist, jedoch ein lichtdurchlässiges Material darstellt.
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8 und 9 zeigen eine andere Realisierung eines Lampenkörpers 1. Dieser weist nämlich einen Kühlkörper 16 auf. Dieser Kühlkörper 16 ist mit einem Aufnahmeraum 17 versehen. Zweckmäßigerweise befindet sich der Aufnahmeraum 17 an der Unterseite 18 des Kühlkörpers 16. Damit wird es möglich, in diesen Aufnahmeraum einen Sinterkörper 2 in Form eines vorgefertigten gesinterten Rohres 19 einzulegen. Danach wird das gesinterte Rohr durch ein Verfüllen des Aufnahmeraumes 17 mit einem hochtemperaturfesten Lot, z. B. Hartlot oder wärmeleitenden keramischen Klebstoff 20 in dem Aufnahmeraum 17 festgelegt und gleichzeitig wärmeleitend mit dem Kühlkörper 16 verbunden.
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Zur Verbesserung der Wärmeleitung kann darüber hinaus vorgesehen werden, dass das Rohr 19 mit einer Metallisierung auf der Außenseite versehen wird.
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Wird das Rohr 19 aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise Aluminiumoxid, gefertigt, kann das Rohr 19 so in den Kühlkörper 16 eingelegt werden, dass es über die Unterseite 18 des Kühlkörpers 16 etwas hinaussteht. Dieser Bereich dient sodann als Lichtaustrittsöffnung 13, ohne dass es des Einbringens eines besonderen Schlitzes oder Ähnlichen bedarf.
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In das Rohr 19 werden dann in geeigneter Weise, beispielsweise durch Durchgangsbohrungen durch den Kühlkörper 16, die bis in das Rohr 19 hineinragen, die Elektroden so eingebracht, dass sie gegenüber dem Kühlkörper 16 isoliert sind. In gleicher Weise kann auch eine Gasfüllbohrung 11 eingebracht werden.
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10 zeigt eine weitere Ausführungsform zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 8 und 9. Dabei besteht der Kühlkörper 16 selbst aus einem Profilmaterial, welches zweckmäßigerweise auch wieder aus Metall gefertigt ist. Dieses Profilmaterial weist seinerseits Kühlmittelleitungen 21 auf, durch die ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, strömen kann. Ein derartiger Kühlkörper kann, wie in 10 dargestellt, zwei- oder mehrteilig ausgebildet werden. Dabei ist gemäß 10 der Kühlkörper 16 mit einem Deckel 22 verschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lampenkörper
- 2
- Sinterkörper
- 3
- Längserstreckung
- 4
- Schlitz
- 5
- Aufnahmebohrung
- 6
- Elektroden
- 7
- Oberseite
- 8
- Plasmaraum
- 9
- Unterseite
- 10
- Quarzglasabdeckung
- 11
- Gasfüllbohrung
- 12
- Kühlmittelleitungen
- 13
- Lichtaustrittsöffnung
- 14
- Abdeckung
- 15
- Verschlusselement
- 16
- Kühlkörper
- 17
- Aufnahmeraum
- 18
- Unterseite
- 19
- Rohr
- 20
- Keramischer Klebstoff
- 21
- Kühlmittelleitung des Kühlkörpers
- 22
- Deckel
