DE3910431A1 - Anregungsspule mit reflektierendem ueberzug fuer elektrodenlose hochleistungs-entladungslampe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Spule zum Anregen einer Plasma-Entladung, und mehr im besonderen betrifft sie eine neue reflektierend überzogene Hochfrequenz- Spule zum Anregen eines sichtbares Licht erzeugenden Plasmas in einer elektrodenlosen Hochleistungs-Entladungs(HID)-Lampe, die eine spiegelnde oder diffuse Oberflächenschicht aufweist, die es gestattet, daß nahezu das gesamte von der Lampe er­ zeugte Licht ohne merkliche Blockierung durch die Spule ent­ weichen kann.

Es ist bekannt, daß sichtbares Licht durch eine von einem Hochfrequenzstrom angeregte Plasma-Entladung erzeugt werden kann. Der Hochfrequenzstrom wird durch eine Anregungsspule geschaffen, die allgemein außerhalb der Lampe liegt, in der die Entladung angeregt wird und die mit dem Entladungsplasma gekoppelt ist. Es ist von hervorragender Bedeutung, daß die Anregungsspule nicht nur einen geringen Hochfrequenz-Wider­ standsverlust sondern auch physikalische Eigenschaften hat, die es gestatten, daß der größte Teil des Lichtes von der Plasma-Entladung genutzt werden kann und nicht durch die Spu­ le blockiert wird. Licht, das durch die Anregungsspule abge­ fangen wird, vermindert die Gesamtwirksamkeit der Lichtquelle, so daß es erwünscht ist, das Abfangen und die Absorption von Licht durch die Anregungsspule so gering als möglich zu ma­ chen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Anregungsspule zum Anregen eines Hochleistungs-Entladungsplasmas in einer elektrodenlosen Entladungslampe mindestens eine Windung eines Leiters, der allgemein außerhalb eines zylindrischen Volumens angeordnet ist, in dem das Plasma angeregt werden soll, wobei sich mindestens eine Schicht auf der äußeren Oberfläche des Spulenleiters befindet und diese Schicht aus einem Material besteht, das einen Reflektionsfaktor für sichtbares Licht von mehr als etwa 0,85 und vorzugsweise so nahe bei 100% als möglich hat. Für Anregungsspulen, die aus Leitern aus Kupfer, Aluminium und ähnlichen Materialien gewickelt sind, kann eine dünne Schicht aus Siliziumnitrid entweder allein oder zusammen mit einer darunter liegenden Silberschicht als einer spiegelnd reflektierenden Schicht benutzt werden. Ein diffu­ ser Reflektor kann mittels einer Schicht aus Bariumsulfat, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid als Pulver allein oder zusammen mit einer darunter liegenden, die Adhäsion ver­ bessernden Zwischenschicht geschaffen werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue reflektierend überzogene Anregungsspule für eine elektro­ denlose HID-Lampe zu schaffen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer HID-Plasma- Entladungslampe mit einer dazugehörigen Hoch­ frequenz-Anregungsspule und einer Anregungsquelle, die brauchbar ist, um die Umgebung zu erläutern, in der die vorliegende Erfindung arbeitet,

Fig. 2a einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungs­ form einer reflektierend überzogenen Anregungs­ spule in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2b eine Querschnittsansicht einer anderen bevorzug­ ten Ausführungsform der reflektierend überzogenen Anregungsspule nach der vorliegenden Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Hochleistungs-Entladungslampe 10 um­ faßt einen transparenten Kolben 11, der ein Volumen 11 a ein­ schließt, das eine Menge mindestens eines Gases enthält, in dem ein Bogenentladungsplasma 12 erzeugt wird, wenn ein hochfrequenter Strom in einer Anregungsspule 14 fließt, die außerhalb des Kolbens 11 angeordnet ist. Der hochfrequente Strom I _rf fließt aufgrund der Anwesenheit einer Anregungs­ quelle 16, die eine Hochfrequenzspannung V _rf zwischen die Enden 14 a und 14 b in der Anregungsspule legt. Üblicherweise hat das Bogenentladungsplasma 12 die Gestalt eines Ringes in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes B liegt, das durch die Anregungsspule 14 induziert wird. Um die richtige magnetische Kopplung zwischen Spule 14 und Bogen 12 zu erhalten, sollte der Bogen 12 so viele Magnetlinien als möglich von der Spule aufnehmen, so daß der Bogen 12 üblicherweise relativ dicht an der Spule 14 liegt. Dadurch wird ein Teil des vom Bogen 12 erzeugten Lich­ tes durch die Spule 14 abgefangen, was die Gesamtwirksamkeit der Lichtquelle 10 verringert. Es ist daher sehr erwünscht, so wenig Lichtabsorption durch die Spule 14 zu haben wie mög­ lich. Der Leiter der Spule 14 kann fest oder hohl sein, da der Hochfrequenzstrom nur auf der Oberfläche des Leiters bis zu einer Tiefe fließt, die als Hochfrequenz-Eindringtiefe be­ kannt ist. Für einen Kupferleiter und bei einer Frequenz von etwa 13,56 MHz (was eine relativ standardgemäße Industrie­ frequenz ist, mit der HID-Lampen häufig betrieben werden) be­ trägt die Eindringtiefe etwa 0,2 mm. Da die Eindringtiefe so gering ist, muß der Leiter eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit haben, so daß häufig Kupfer benutzt wird, oft mit einer Oberflächenschicht aus Silber oder Gold, um Hoch­ frequenzverluste zu vermindern. Der optische Reflektionsfak­ tor der meisten solcher Materialien ist gering, ausgenommen einer polierten Silberoberfläche. Silber und andere Materia­ lien, wie Kupfer, behalten beim Aussetzen gegenüber Wärme, Strahlung oder bei atmosphärischen Gasen jedoch eine gut polierte Oberfläche nicht. Wenn daher Spulenmaterialien, wie Kupfer oder Silber, benutzt werden, dann zeigt die Spulen­ oberfläche bald eine erwünscht große Lichtabsorption oder, in anderen Worten, diese Oberfläche behält kein sehr hohes Reflektionsvermögen zumindest für sichtbares Licht.

In den Fig. 2a und 2b ist gemäß der vorliegenden Erfin­ dung eine spiegelnd oder diffus reflektierende Oberfläche auf der äußeren Oberfläche einer Hochfrequenz-Anregungsspule 14 für eine elektrodenlose HID-Lampe geschaffen, indem man auf dieser Oberfläche mindestens eine Schicht aus einem stark reflektierenden Material abscheidet. Eine dünne Schicht 18 (vergleiche Fig. 2a) aus einem passivierenden, lichtdurch­ lässigen dielektrischen Material, wie Aluminiumoxid, Sili­ ziumdioxid, Siliziumnitrid und ähnlichem, kann gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform direkt auf die äußere Oberfläche 14 s des Leiters der Spule 14 aufgebracht werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2a wird ein rohrförmiger Leiter benutzt, der eine dünne leitende Wand 14 c und ein hohles Inneres 14 d aufweist, das für ein flüssiges Kühlmit­ tel durch die Spule benutzt werden kann, um Wärme davon zu entfernen. Die Spule kann aber auch ein massiver Draht sein, wie der feste Leiter 14′c nach Fig. 2b, so lange die Ober­ fläche 14′s des Leiters in ähnlicher Weise behandelt ist, und dies unabhängig von der Querschnittsgestalt und den Cha­ rakteristika des Hochfrequenzstrom tragenden Abschnitts des Spulenleiters. So wurde z.B. eine Spule aus einem polierten Aluminiumleiter mit einer dünnen Schicht 18 aus Siliziumni­ trid, die darauf abgeschieden war, hergestellt und diese Spu­ le hatte einen Lichtreflektionsfaktor von 0,89 (d.h. 89% des insgesamt auftreffenden Lichtes wurde von dem überzogenen Spulenleiter reflektiert).

Bei einer anderen derzeit bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. 2b gezeigt ist, weist der Leiter 14′c (der ein hohles Rohr oder ein massiver Draht runden, quadratischen oder anderen Querschnitt sein kann) eine erste Schicht 20 darauf auf, um den darunter liegenden Leiter zu schützen (wie eine Schutzplattierung aus Chrom mit einer Dicke von etwa 100 nm (entsprechend 1000 Angström) - so daß der Haupt­ teil des Hochfrequenz-Stromes in der Oberfläche des Kupfer­ leiters verläuft) und/oder zum Verbessern der Haftung einer Außenschicht 22 an der äußeren Oberfläche 14′s des Spulenleiters. Zusätz­ lich zu einer Außenschicht 22, die einen stark reflektieren­ den spiegelnden Überzug schafft, kann die Außenschicht 22 auch aus einem Material bestehen, das eine diffus lichtre­ flektierende Oberfläche hat. So wurde z.B. eine Schicht 22 aus pulverförmigem Bariumsulfat auf eine Spule 14′c aus Kupferleiter aufgebracht. Das Bariumsulfat hatte die Form einer Farbe, wie sie üblicherweise zum Überziehen der Ober­ fläche einer integrierenden Sphäre benutzt wird, wobei eine solche Farbe als Material No. 6080 von Eastman Kodak Co. erhältlich ist. Um die Adhäsion der Sphärenfarbe am Kupfer zu verbessern, wurde eine dünne Schicht 20 glanzloser weißer Emaillefarbe benutzt. Es wurde ein Lichtreflektionsfaktor von 0,982 gemessen. Andere diffus reflektierende Pulver, wie Titandioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und ähnliche sind unter den atmosphärischen Bedingungen, die in der Umgebung einer elektrodenlosen Lampe vorhanden sind, stabil und kön­ nen die erforderliche hohe Reflektion einfallenden Lichtes im sichtbaren Spektrum sowie im nahen UV und IR ergeben.

Claims (16)

1. Anregungsspule zum Anregen eines Hochleistungs-Ent­ ladungsplasmas in einer elektrodenlosen Entladungs­ lampe mit:
mindestens einer Windung eines Leiters, der um eine imaginäre Oberfläche herum angeordnet ist, die ein Volumen definiert, in dem das Plasma lokalisiert werden kann, wobei der Leiter eine äußere Oberflä­ che hat und
einer Schicht aus einem Material, das der Spule einen Reflektionsfaktor von mehr als etwa 0,85 verleiht, auf der genannten äußeren Oberfläche.

2. Spule nach Anspruch 1, worin die Schicht eine spiegelnd reflektierende äußere Oberfläche auf­ weist.

3. Spule nach Anspruch 2, worin der Leiter aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kupfer und Aluminium.

4. Spule nach Anspruch 3, worin das Schichtmaterial ein passivierendes und lichtdurchlässiges dielek­ trisches Material ist.

5. Spule nach Anspruch 4, worin das dielektrische Ma­ terial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Siliziumnitrid.

6. Spule nach Anspruch 4, weiter umfassend eine Zwi­ schenschicht aus einem anderen Material zwischen der äußeren Oberfläche des Leiters und der reflek­ tierenden Schicht.

7. Spule nach Anspruch 6, worin die Zwischenschicht aus Chrom hergestellt ist.

8. Spule nach Anspruch 7, worin die Zwischenschicht aus Chrom eine Dicke von etwa 100 nm hat.

9. Spule nach Anspruch 6, worin die dielektrische Schicht aus Siliziumnitrid hergestellt ist und die Zwischenschicht eine Schicht aus poliertem Silber ist, die unter der Siliziumnitridschicht auf der äußeren Oberfläche der Spule hergestellt ist.

10. Spule nach Anspruch 1, worin die Schicht eine dif­ fus reflektierende äußere Oberfläche hat.

11. Spule nach Anspruch 10, worin der Leiter aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer und Aluminium.

12. Spule nach Anspruch 11, worin das Schichtmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid und Magne­ siumoxid.

13. Spule nach Anspruch 12, worin das Schichtmaterial ein Pulver ist.

14. Spule nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Zwi­ schenschicht aus einem anderen Material zwischen der äußeren Oberfläche des Leiters und der reflek­ tierenden Schicht.

15. Spule nach Anspruch 14, worin das andere Material ausgewählt ist, um die Haftung der reflektierenden Schicht an der äußeren Oberfläche des Leiters zu erhöhen.

16. Spule nach Anspruch 15, worin das andere Material eine Emaille-Farbe ist.