MXPA98009961A - Lampara sin electrodo de reflexion multiple con relleno de azufre o selenio y metodo para proporcionar radiacion usando esa lampara - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método en el cual la luz en una lámpara se azufre o selenio se refleja a traves del relleno una multiplicidad de veces paraconvertir la radiación de ultravioleta a visible. Un dispositivo emisor de luz que consiste de una envoltura sin electrodo que porta una cobertura reflectora de la luz alrededor de una primera porción que no se agrieta debido a la expansión térmica diferencial y que tiene una segunda porción que comprende una abertura transmisora de luz.

Description

LAMPARA SIN ELECTRODO DE REFLEXIÓN MÚLTIPLE CON RELLENO DE AZUFRE O SELENIO Y MÉTODO PARA PROPORCIONAR RADIACIÓN USANDO ESA LAMPARA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente solicitud es una continuación parcial de la solicitud estadounidense no. 08/656,381 presentada le 31 de mayo de 1996. La presente invención se dirige a un método mejorado para generar luz visible así como a una bombilla y una lámpara mejoradas para proporcionar tal luz. Las patentes estadounidenses nos. 5,404,076 y 5,606,220 y la publicación PCT no. WO92/08240, describen lámparas que proporcionan luz visible que utilizan rellenos a base de azufre y selenio. Las solicitudes estadounidenses co-pendientes no. 08/324,149, presentada el 17 de octubre de 1994, describen lámparas similares para proporcionar luz visible que utiliza un relleno a base de telurio. Esas lámparas de azufre, selenio y telurio de la técnica anterior proporcionan luz que tiene un buen Índice de presentación de colores con alta eficacia. Adicionalmente las versiones sin electrodos de esas lámparas tienen una vida útil muy larga. Las modalidades mas practicas de las lámparas de azufre, selenio y telurio han requerido la rotación de la bombilla con el fin de operar apropiadamente. Esto se describe en la publicación PCT no. WO94/08439 en donde se observa que en la ausencia de la rotación de la bombilla se tiene por resultado una descarga aislado o filamentaria, que no llena de manera substancial el interior de la bombilla. El requisito de rotación que estuvo generalmente presente en las lámparas de la técnica anterior introdujo ciertas complicaciones. Así la bombilla .se hace rotar con un motor, que potencialmente puede fallar, y que puede ser un factor limitante en la vida útil de la lámpara. Además, se necesitan componentes adicionales, haciendo la lámpara mas compleja y que requiere el almacenamiento de refracciones. Por lo tanto seria deseable el proporcionar una lámpara que presente las ventajas de las lámparas de azufre, selenio y telurio de la técnica anterior pero que no requiere rotación. La publicación PCT no. O95/28069 se describe una lámpara Dewar para deliberadamente eliminar la rotación. Sin embargo con esa configuración Dewar es que es complicada porque usa electrodos chapeados periféricos y centrales en la bombilla, y el electrodo central tiende a sobrecalentars . La presente invención provee un método para generar luz visible y una bombilla y una lámpara para usarse en ese método que elimina o reduce la necesidad de la rotación de la bombilla. La presente invención provee una mayor flexibilidad de diseño al proveer bombillas para lámparas de menores dimensiones y/o que utilicen rellenos azufre, selenio o telurio que tienen una menor densidad de substancias activas que en la técnica anterior, que aun son capaces de proporcionar principalmente una salida de luz visible. Esto por ejemplo facilita la provisión de lámparas de baja potencia, que pueden prestarse al uso de bombillas mas pequeñas . Esta característica de la invención puede usarse con otras características o independientemente. Por ejemplo puede proporcionarse una bombilla mas pequeña que rote Q ?o rote. De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se provee un método que utiliza un relleno de lámpara que al ser exitado contiene cuando menos una substancia seleccionada del grupo de azufre y selenio: el relleno de la lámpara se exita para provocar que el azufre o selenio produzca radiación que incluye un componente substancial de energía espectral en la región ultravioleta del espectro, y el componente de energía espectral en la región visible del espectro, la radiación se refleja múltiples veces a través del relleno en un espacio encerrado, convirtiendo una parte de la radiación que está en la región ultravioleta a radiación que está en la región visible del espectro, la radiación visible es mayor que si hubiera presentado la reflexión en la ausencia de la conversión. Finalmente, la radiación visible se emite desde le espacio encerrado. De acuerdo con otro aspecto de la invención, el relleno se exita para provocar que el azufre o selenio produzca un componente de energía espectral en el componente de energía ultravioleta y espectral en la región visible, en donde los múltiples reflejos dan por resultado un componente espectral ultravioleta reducido que tiene una magnitud de cuando menos 50% menos que el componente original . En la publicación PCT no. WO 93/21655 se describen lámparas de azufre y selenio en las cuales la luz se refleja hacia la bombilla para reducir la temperatura del color de la luz emitida o para que se parezca mas a la radiación de un cuerpo negro. Contrariamente a la presente invención, en el sistema de la técnica anterior es radiación que tiene una salida espectral esencialmente visible (y mayor) que se refleja para producir otra salida espectral visible que tenga una potencia espectral mayor en la región roja. Contrariamente a la técnica anterior, en la presente invención la radiación que se refleja tiene un componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta (esto es cuando menos 10 de la potencia espectral ultravioleta y visible) de la cual alguna se convierte a la región visible. Es esta conversión de radiación ultravioleta a visible en la presente invención por medio múltiples reflexiones que permite que una pequeña bombilla reemplace a una grande y/o el uso de una menor densidad de material activo que permite que se logre una operación estable sin rotar la bombilla. Mientras que el método de la invención incluye múltiples reflejos de luz a través del relleno y finalmente al exterior, se contemplo el que sea una bombilla que tiene una capa reflectante alrededor del cuarzo, excepto por una abertura a través de la cual sale la luz. Esas "lámparas con abertura" son conocidas en la técnica anterior y se muestra un ejemplo en la patente estadounidense no. Re 34,492 de Roberts. La patente de Roberts describe una envoltura esférica sin electrodos que tiene un recubrimiento reflejante, excepto por una abertura que está alineada con una guía de luz . Sin embargo se ha encontrado que la estructura de Roberts no es adecuada para realizar el método de la presente invención si se hubiera empleado en un uso comercial normal . Esto se debe al uso de un recubrimiento en la envoltura de la lámpara. Cuando la bombilla se calienta durante el uso, los índices térmicos de expansión diferente de la envoltura de cuarzo y el recubrimiento provocan que el recubrimiento se agriete. Así el tiempo de vida de la bombilla es muy limitado. También normalmente un recubrimiento no es lo suficientemente grueso para proporcionar el grado de reflectividad que se requiere para proporcionar la conversión de longitud de onda adecuada de ultravioleta a visible. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, estos problemas se resuelven al utilizar una cobertura difusa reflejante de cerámica que cubre la bombilla que hace contacto con cuando menos un punto en la envoltura, y que no se agriete debido a la expansión térmica diferencial . En una primera modalidad, la cobertura consiste de una camisa, la cual contrariamente al recubrimiento o se adhiere a la bombilla. La falta de adherencia da lugar a la expansión térmica de la bombilla y la camisa sin provocar el agrietamiento de la camisa. También la camisa está hecha lo suficientemente gruesa para proporcionar una reflectividad lo suficientemente alta para obtener la conversión de longitud de onda deseada. En una segunda modalidad, la cobertura reflejante de la bombilla se realiza del mismo material que la bombilla, de modo que no hay problema con la expansión térmica diferencial . En esta modalidad, la cobertura puede adicionalmente tener la forma de una camisa no adherente. En otra modalidad, un polvo difusamente reflejante se coloca entre una camisa y la bombilla. La invención ahora se entenderá haciendo referencia a los dibujos anexos en los cuales: La figura 1 muestra una ampara de la técnica anterior que tiene un relleno a base azufre, selenio o telurio; La figura 2 muestra una lámpara con abertura; La figura 3 muestra una bombilla de lámpara sin electrodo de acuerdo con una modalidad de la invención; Las figuras 4 y 5 muestran una construcción particular. Las figura 6 a 8 muestran otras modalidades de la invenció ; Las figuras 9 y 10 muestran el uso de orificios de difusión. Las figuras 11 a 13 muestran otros diseños de orificios difusores Las figuras 14 a 16 muestran otras modalidades de la invención. La figura 17 muestra una comparación espectral normalizada entre las bombillas recubiertas y no recubiertas para una modalidad de lámpara de microondas. La figura 18 muestra una comparación espectral entre las bombillas cubiertas y no cubiertas para la modalidad de la lámpara de microondas.

La figura 19 muestra una comparación espectral normalizada entre bombillas cubiertas y no cubiertas para una modalidad de lámpara R.F. La figura 20 muestra una comparación espectral entre bombillas cubiertas y no cubiertas para una modalidad de lámpara R.F. Refiriéndonos a la figura 1, se muestra una lámpara de la técnica anterior que tiene un relleno que después de ser exitado contiene azufre, selenio o telurio. Como se describe en las patentes anteriores, la luz proporcionada es la radiación molecular que se encuentra principalmente en la región visible del espectro. La lámpara 20 incluye una cavidad de microondas 24 que consiste de un miembro cilindro metálico y una malla metálica 28. La malla 28 permite que la luz escape de la cavidad mientras que retiene la mayoría de la energía de microondas en su interior. La bombilla 30 está colocada en la cavidad que en la modalidad mostrada es esférica. La bombilla está sostenida por un vastago que está conectada con el motor 34 para realizar la rotación de la bombilla. La rotación promueve la operación estable de la lámpara. La potencia de microondas se genera por medio de un magnetron 36, y una guía de onda 38 transmite esa potencia a una ranura (no mostrada) en la pared de la cavidad, desde donde se acopla a la cavidad y particularmente al relleno en la bombilla 30. La bombilla 30 consiste de una envoltura de bombilla y un relleno en la envoltura. Además de contener un gas raro, el relleno contiene azufre, selenio o telurio o un compuesto adecuado de azufre, selenio o telurio. Por ejemplo pueden usarse InS, As2S3, S2C12, CS2, In2S3, SeS, Se02, SeCl4, SeTe, SCe2, P2Ses, Se3As2, TeO, TeS, TeCls, TeBrs y Tel5. Compuestos adicionales que pueden usarse son aquellos que tienen una presión de vapor lo suficientemente baja a la temperatura ambiente, esto es son un solido o un liquido u que tenga una presión de vapor lo suficientemente lata a la temperatura de operación para proporciona la iluminación útil . Las lámparas de azufre, selenio y teluro de antes de la invención descritas antes, los espectros moleculares de esas substancias generadas por lámparas conocidas en la técnica se ha reconocido que se encuentran principalmente en la región ultravioleta. En el proceso realizado por la lámpara de azufre, selenio y/o telurio descrito en relación con la figura 1, la radiación inicialmente proporcionada por azufre, selenio y/o telurio elemental (llamado aquí "material activo") es similar al de la lámpara de la técnica anterior, esto es principalmente en la región ultravioleta. Sin embargo a medida que la radiación pasa a través del relleno hacia la pared de la envolturas, se convierte por un proceso de absorción y re-emisión en radiación principalmente visible. La magnitud del desplazamiento está relacionado directamente a la longitud de trayectoria óptica, esto es la densidad del material activo en el relleno multiplicado por el diámetro de la bombilla. Si se usa una bombilla menor, debe proporcionarse una mayor densidad del material activo para producir eficientemente la radiación visible deseada mientras que si se usa una bombilla mayor, puede usarse una menor densidad de las substancias . De acuerdo con un aspecto de la presente invención, la longitud de trayectoria óptica aumenta grandemente sin aumentar el diámetro de la bombilla al reflejar la radiación después de que pasa inicialmente a través del relleno una multiplicidad de veces a través de relleno. Además la densidad del material activo y el tamaño de la bombilla son lo suficientemente pequeños de tal forma que la radiación que inicialmente ha pasado a través del relleno y se está reflejando puede tener un componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta. Esto es, en la ausencia de los múltiples reflejos, el espectro que se emite desde una bombilla- puede o ser aceptable pasa usarse en una lámpara visible. Sin embargo debido a los múltiples reflejos, el espectro que se emite desde la bombilla puede o ser aceptable para usarse con una lámpara visible. Sin embargo, debido a los múltiples reflejos, la radiación ultravioleta se convierta a visible lo que produce un mejor espectro. Los múltiples reflejos a través del relleno permiten el uso de una menor densidad de material activo para proporcionar un espectro aceptable para cualquier aplicación dada. También, el relleno de menor densidad tiene una impedancia eléctrica reducida, que en muchas modalidades proporciona un mejor acoplamiento de microondas o R.F. al relleno. La operación de esa densidad menor de material activo promueve la operación estable, aun sin la rotación de bombillas . Además la capacidad de usar bombillas menores aumenta la flexibilidad del diseño y por ejemplo facilita la provisión de lámparas de baja potencia. De la forma que se usa aquí, el termino "microonda" se refiere a una banda de frecuencia que es mayor que la de la "R. F . " . Como se menciona aquí ya que el método de la invención requiere múltiples reflejos a través del relleno antes que la luz se emita al exterior, se contemplo usar una bombilla que tenga una capa reflectiva en ella, excepto por una abertura desde la cual sale la luz . Una lámpara de este tipo que se de describe en la patente de Roberts no. RE 34,492 se muestra en la figura 2. Refiriéndonos a la figura 2, la envoltura esférica o bombilla 9 que realmente se realiza de cuarzo contiene un relleno formador de descarga 3. La envoltura porta un recubrimiento reflectivo 1 alrededor de toda la superficie excepto en la abertura 2 que coincide con una guía de luz 4. Sin embargo, como se describe antes, se encontró que debido a que leí estructura de Robert utiliza un recubrimiento con una naturaleza adherente, (de un material diferente que la bombilla) no es adecuado para poner en practica el método de la presente invención. Cuando la bombilla se calienta durante le uso comercial normal, los índices térmicos de expansión diferentes del cuarzo y el recubrimiento provocan que este se fracture. Así el tiempo de vida del dispositivo es muy limitado. También un recubrimiento normalmente no es lo suficientemente grueso para proporcionar un grado de reflectividad que se requiere para proporcionar una conversión de longitud de onda adecuado de ultravioleta a visible. Refiriéndonos a la figura 3, se muestra una modalidad de acuerdo con la presente invención que resuelve esos problemas. La bombilla 40 en encierra el relleno 42 está rodeada por medio de una camisa reflejante no adherente 44. La camisa se hace lo suficientemente gruesa para proporcionar una reflectividad ultravioleta lo suficientemente alta para lograr la conversión de longitud de onda deseada. Existe un espacio de aire 46 entre la bombilla y la camisa que puede ser del orden de varias mieras. La camisa hace contacto con la bombilla en un mínimo de un punto, y puede hacer contacto con la bombilla en múltiples puntos . Existe una abertura 48 a través del cual sale la luz . Debido a que la camisa no se adhiere a la bombilla, se da lugar a la expansión térmica diferencial a las temperaturas de operación sin provocar el agrietamiento de la camisa. De acuerdo con otra modalidad, puede usarse un polvo difusamente reflector tal como alumina u otro polvo para rellenar el espacio entre la camisa y la bombilla. En este caso el espacio pueden ser algo mas ancho. De acuerdo con otra modalidad, se usa una cobertura de bombilla reflectora de cerámica que es hecha del mismo material que la bombilla. Así no hay problema con la expansión térmica diferencial . Tal cobertura puede construirse también de forma que no haya adherencia a la bombilla. En un método para construir una camisa, se construye un cuerpo sinterizado directamente sobre la bombilla esférica. Empieza como un polvo pero se calienta y presuriza para formar un solido sinterizado. Ya que no hay adherencia cuando la camisa se agrieta se separara. Los materiales adecuados son alumina y sílice en polvo o combinaciones de los mimos. La camisa se hace lo suficientemente gruesa para proporcionar la reflectividad UV y visible requerida descrita aquí y es normalmente mayor a 0.5 Mm y puede ser de hasta 2 a 3 mm, que es mucho mas grueso que un recubrimiento. Se ilustra una construcción de camisa en relación alas figuras 4 y 5. En este caso la camisa se forma separada de la bombilla. La bombilla de cuarzo se moldea por soplado con forma esférica lo que da por resultado una bombilla que está dimensionalmente controlado en su OD (diámetro exterior) y espesor de pared. Un tubo de relleno se fija a la bombilla esférica en el momento de moldear. Por ejemplo una bombilla de 7 mm de DO y un espesor de pared de 0.5 mm rellena con 0.,05 mg de Se 500 Torr Xe se ha operado en un aparato de acoplamiento inductivo. El tubo de relleno se retira de al forma que solo una permanezca una pequeña protuberancia de la bombilla. La camisa se formar alumina (A1203) altamente reflectora ligeramente sinterizada en dos piezas 44A y 44B como se indica en la figura. La distribución de tamaño de partículas y la estructura cristalina del material de la camisa debe ser capas de proporcionar las propiedades ópticas deseadas. La alumina en forma de polvo se vende por diferentes fabricantes, y por ejemplo la alumina en polvo vendida por Nichia America Corp. bajo el numero de designación NP-999-42 puede ser adecuada. La figura es una vista transversal de la bombilla, camisa y la abertura tomada a través del centro de la bombilla. No se muestra la punta en esta vista. El diámetro interior ID de la camisa tiene una forma esférica excepto la región cercana a la punta no mostrada. La camisa parcialmente sinterizada se sinteriza al grado de que puede observarse aglomeración (unión entre las partículas) en una escala microscópica. La sinterización es gobernada por la conductividad térmica requerida a través de la cerámica. El propósito de la aglomeración es el de mejorar la conducción térmica teniendo una influencia mínima en la reflectividad de la cerámica. Las dos mitades de la cerámica tienen dimensiones para un ajuste muy estrecho y puede retenerse juntos por medios mecánicos o pueden pegarse usando por ejemplo el recubrimiento Are Tube de General Electric no. 113-7-38. El ID de la camisa y el OD de la bombilla se selecciona de tal forma que el espacio de aire promedio permita la conducción térmica adecuada fuera de la bombilla y el grosor de la camisa se seleccionan para la reflectividad requerida. Se han operados bombillas con un espacio de aire de varias mieras y un espesor de cerámica mínima de hasta 1 mm. En otra modalidad mencionada antes, el material usado para la bombilla es cuarzo (Si02) y la cobertura efectiva es sílice (Si02) . Ya que los materiales son los mismos no hay problema con la expansión térmica diferencial. El sílice está en forma amorfa y consiste de pequeñas piezas que están fundidas ligeramente entre si. Se hace lo suficientemente espesa para lograr la reflectividad deseada, y es de color blanco. El sílice también puede aplicarse en forma de una camisa no adherente. Mientras que los aspectos del aparato de la presente invención descrita antes y también en relación a las figuras 6 a 13 tienen aplicación particular cuando se usan rellenos a base de con azufre, selenio y teluro, poseen las ventajas que son independientes del relleno, así pueden usarse ventajosamente con cualquier relleno incluyendo varios rellenos de haluro metálico tales como haluros de estaño, haluro de indio, haluro de galio, haluro de bromo (por ejemplo yoduro) , y haluro de talio. Cuando se usan conjuntamente con rellenos a base de azufre y selenio, el material para la camisa 44 en la figura 3 es altamente reflectivo en la zona ultravioleta y visible u tiene una baja absorción en esos intervalos y preferentemente también en el infrarrojo. El recubrimiento refleja substancialmente toda la radiación ultravioleta incidente en ella, significando que su reflectividad en las porciones ultravioleta y visible del espectro es mayor al 85%, sobe los intervalos (UV y visible) cuando menos entre 330 nm y 730 nm. Tal reflectividad es preferentemente mayor al 97% y mas preferentemente mayor a 99%. La reflectividad se define como la fracción total de la potencial radial incidente que regresa por medio de los intervalos de longitud de onda antes mencionados al interior. Es deseable una alta reflectividad porque cualquier perdida de luz se multiplica por el numero de reflejos. La camisa 10 es preferentemente un reflector difuso de la radiación, pero podría también ser un reflector de espectros. La camisa refleja la radiación incidente sin importar el ángulo de incidencia. Los porcentajes de reflectividad antes mencionados preferentemente se extienden a longitudes de onda menores a 330 nm, por ejemplo hasta 250 nm, y mas preferentemente hasta 220 nm. Es también ventajoso aunque no necesario, que la camisa se reflejante en la zona infrarroja, de tal forma que el material preferido es altamente reflejante desde el ultravioleta obscuro hasta el infrarrojo. La alta reflectividad es deseable porque mejora el balance de energía y permite la operación a una baja potencia. La camisa debe ser capaz de resistir altas temperaturas que son generadas en la bombilla. Como se menciona antes, la alumina y el sílice son materiales adecuados y están presentes en la forma de una camisa que es lo suficientemente grueso para proporcionar la reflectividad y rigidez estructural requeridas. Como se describe antes durante la operación de la bombilla que utiliza azufre o selenio, los reflejos múltiples de la radiación por el recubrimiento similar el efecto de una bombilla mucho mayor, permitiendo la operación con una menor densidad de material activo y/o csn una bombilla mas pequeña. Cada absorción y re-emisión de un ensamble de fotos incluyendo aquellos que corresponden a la radiación substancialmente ultravioleta que se refleja, da como resultado en un desplazamiento de la potencia espectral hacia la distribución en longitudes de onda mayores. Entre mayor sea el numero por medio de rebotes de un fotón en la envoltura de la. bombilla, mayor será el numero de absorbciones/re-emisiones y mayor será el desplazamiento resultante en los espectros asociado con los fotones . El desplazamiento espectral se limitara por la temperatura de vibración de las especies activas . Mientras que la abertura 48 se muestra en la figura sin camisa, preferentemente está provista con una substancia que tiene una alta reflectividad ultravioleta, opero una mayor transparencia ala radiación visible. Un ejemplo de tal material es un aplicación dieléctrica de múltiples capas que tenga las propiedades ópticas deseadas . El parámetro alfa se define como la proporción del área de superficie de la abertura al área total de la superficie reflectora, incluyendo el área de abertura. Así alfa puede tomar valores entre casi cero para una abertura muy pequeña a 0.5 para una bombilla medio recubierta. El valor de alfa preferido tiene un valor en el rango de 0.02 a 0.3 para muchas aplicaciones. La proporción alfa fuera de este intervalo también servirá pero puede ser menos efectivo, dependiendo de la aplicación particular. Los valores alfa menores típicamente aumentaran la brillantez, reducir la temperatura de color y reducirán la eficacia. Así una ventaja de la invención es que puede proporcionarse una fuente de luz muy brillante . Otra modalidad se muestra en la figura 6, la cual utiliza un puerto de luz en la forma de fibra óptica 14 que sirve de entrecara con la abertura 1 . El área de la abertura se considera que es el área transversal del puerto. En la modalidad de la figura 6, la camisa de reflexión difusa 10 rodea a la bombilla 19. Otra modalidad se muestra en la figura 7, en la cual partes similares a las de la figura 6 se identifican los mismos números de referencia. Refiriéndonos a la figura 7, el puerto de luz que sirve de entrecara con la abertura 12' es un reflector parabólico de compuesto (CPC) 70. Como se sable, un CPC aparece en sección transversal como dos miembros parabólicos inclinados entre si con un ángulo de inclinación. Es efectivo transformar la luz que tiene una distribución angular de 0 a 90 grados a una distribución angular mucho menor, por ejemplo cero a diez grados o menos (un máximo de diez grados de lo normal) . EL CPC puede ser ya sea un reflector que opere al aire o un refractor que use reflexión interna total . En la modalidad mostrada en la figura 7, el CPC puede colocarse por ejemplo al recubrir la superficie interior de una CPC reflejante para reflejar la luz ultravioleta y visible, mientras que se provee una superficie extrema 72 la cual deja pasar la luz visible pero que puede estar configurada o recubierta para reflejar los componentes indeseables de la radiación otra vez a través de la abertura. Esos componentes indeseados pueden por ejemplo y sin limitación, incluye regiones de longitud de onda particulares polarización particular y orientación espacial de los rayos . La superficie 72 se muestra como linea punteada para indicar que deja pasar y refleja la radiación. La figura 8 es otra modalidad que utiliza un CPC. En esta modalidad, la bombilla es la misma que en la figura 7, mientras que el puerto de luz es fibra óptica 14", alimentando al CPC 70. En la modalidad de la figura 8, menos calor llegara al CPC que en la modalidad de la figura 7. Un problema en las modalidades de las figuras 6 a 8 es que existe una intersección entre la bombilla y el puerto de luz en el cual la luz puede escapar.

Este problema puede resolverse refiriéndonos a la figura 3, utilizando la pared interior difusamente reflectora 47 del orificio formada por la camisa enfrente de la abertura como puerto de luz . Así refieriendonos a la figura 9, una fibra óptica 80 se coloca en la parte frontal del orificio difusor, y en la figura 10, una óptica solida o reflectora 82 (por ejemplo un CPC) se coloca enfrente del orificio. La luz se difunde a través del orificio y entra unifórmente a la fibra y otra óptica sin encontrarse con intersecciones abruptas . Dependiendo de la aplicación el diámetro de la óptica puede ser mayor, menor, o aproximadamente del mismo tamaño que el diámetro del orificio. El orifico difusor es lo suficientemente grande de tal forma que distribuye aleatoriamente la luz pero no tanto que se absorba demasiada luz . Las figuras ll a 12 muestran varios diseños de orificios. En la figura 11, la camisa 90 tiene un orificio 92, en el cual la superficie frontal plana 94 está presente. En la figura 12, la camisa 91 tiene un orifico 93 que tiene una longitud que se extiende mas allá de espesor de la camisa. En la figura 13 la camisa 95 tiene un orificio 97 y un área de espesor graduada 98. La forma transversal del orificio típicamente será circular, pero podría ser rectangular o tener alguna otra forma. La pared de reflexión interior podría ser convergente o divergente.

Esos diseños de orificio son ilustrativos y los expertos en la técnica podrían pensar otros . Refiriéndonos a las figuras 3, 9, 10 y 11, se muestra un reflector 49 (96 en la figura 11) . El reflector se coloca en contacto o casi en contacto con 1 a camisa 44, y su función es reflejar la luz que se fuga en o ceca de la entrecara cerca del orificio. Aunque el reflector es opcional, se espera que mejore el desempeño. La luz reflejada hacia la cerámica cerca de la entrecara principalmente encontrara su camino de regreso a la abertura o bombilla a menos que se pierda por medio de absorción. La dimensión radial (en el caso en el cual el orifico tiene una sección transversal circular, el reflector tendría forma de dona y las dimensiones serían "radiales") del reflector 49 debe ser aproximadamente igual o menor que la altura del orificio 47. Es preferentemente cuarzo recubierto con una capa dieléctrica en el margen visible. La figura 14 muestra una modalidad de la invención en la cual el recubrimiento reflejante ultravioleta/visible 51 está localizado en las paredes de la envoltura metálica. 52. Dentro de la envoltura está la bombilla 50 que no porta una cubierta reflejante. Una pantalla 54 que también está en la abertura, completa la envoltura. La superficie reflejante restringe la salida de la luz producida a través del área de la pantalla. La envoltura puede ser una cavidad de microondas y puede introducirse, por ejemplo a través de una ranura acoplante en la cavidad. En la alternativa, puede aplicarse inductivamente potencia de microondas o R.F., en tal caso la envoltura no tendría que ser una cavidad resonante, pero podría proporcionar una protección efectiva. Una modalidad en la cual una protección efectiva se provee se muestra en la figura 15. La bombilla es similar ala descrita en relación con la figura 2, aunque en la modalidad particular ilustrada tiene un alfa mayor que el mostrado en la figura 3. Se energiza con potencia de microondas o R.F. que exita la bobina acopladora 62 (mostrada en sección transversal) que rodea la bombilla. Un escudo de Faraday 60 rodea la unidad para proteger electromagnéticamente excepto el área alrededor del puerto de luz 69. Si es necesario puede proporcionarse ferrita u otro material de escudo magnético puede proveerse fuera de la envoltura 60 para proporcionar una protección adicional. En otras modalidades, otros elementos ópticos pueden estar en comunicación con la abertura, en ese caso la protección de Faraday envolverá el dispositivo excepto el área alrededor de los elementos ópticos-. La abertura en la caja cerrada es lo suficientemente pequeña de tal forma que está mas allá del corte. La densidad de la substancia activa en el relleno puede variar desde los mismos valores estándar a valores de muy baja densidad. Aunque la invención es capaz de proporcionar una producción estable de luz visible sin rotación de las bombillas, en ciertas aplicaciones seria deseable la rotación de la bombilla. La modalidad de la figura 16 muestra como esto puede lograrse. Refiriéndonos a la figura la rotación se efectúa por medio de una turbina de aire (no mostrada) se alimenta a la entrada. Durante la implementación del método se han ilustrado aspectos de la invención en relación a medios reflectores en la bombilla o el interior de la envoltura de protección, no se limita como el único requisito en que los medios reflejantes se coloquen para reflejar la radiación a través del relleno una multiplicidad de veces. Por ejemplo un reflector dieléctrico puede está colocado en el exterior de la bombilla. También en una modalidad que use una cavidad de microondas que tiene una ranura acoplante, la perdida de luz puede evitarse al cubrir la ranura con una cubierta reflectora dieléctrica. El principio de la conversión de longitud de onda descrita antes se ilustra en relación a la figura 7, que muestra los espectros de bombillas de lámpara sin electrodo respectivos que contiene un relleno de azufre, en las regiones ultravioletas y visible . El espectro A se toma de una bombilla que tenga una baja densidad de relleno de azufre de aproximadamente 0.43 mg/cc y que no tenga ninguna camisa o recubrimiento reflector. Se ha visto que una porción de la radiación que se emite de la bombilla está en la región ultravioleta (definida aquí como menor a 370 nm) . El espectro B por otro lado se toma de la misma bombilla que ha sido recubierta para proporcionar múltiples reflejos de acuerdo con un aspecto de la presente invención. Se ha visto que una proporción mayor de la radiación se encuentra en la región visible en el espectro B, y que la radiación ultravioleta se reduce en cuando menos (mas de) 50%. Aunque el espectro B se muestra en la figura 17 es adecuado para lagunas aplicaciones, es posible obtener espectros que tengan proporcionalmente mas visible y menos ultravioleta al usar recubrimientos que tengan mayor reflectividad. Como se observa antes, entre menor sea la abertura, se producirá una mayor salida visible relativa pero menor será la eficacia. Una ventaja de la invención es que una fuente brillante, por ejemplo que seria útil en algunas aplicaciones de proyección podría obtenerse la realizar una abertura muy pequeña. En este caso se obtendría una mayor brillantez con menor eficacia. En la lámpara utilizada para obtener el espectro B, una bombilla esférica se realiza de cuarzo con un ID de 33 mm y un OD de 35 mm lleno con azufre a una densidad de 0.43 mg/cc y 50 torr de argón. Las bombillas usadas en la figura 17 a 20 se usaron solo para demostrar el método de la invención, y se recubrieron. Como se describe antes, las bombillas que emplean recubrimientos no se usarían en una modalidad comercial debido a los problemas de longevidad. La bombilla en las figuras 17 y 18 se recubrió con alumina (G.RE. Lighting producto no. 113-7-38) hasta un espesor de 0.18 mm, excepto porque el área en la abertura y porque tenía un alfa de 0.02. La bombilla se encerró en una cavidad de microondas cilindrica que tiene una ranura de acoplamiento, y se aplico una potencia de microondas de 400 vatios, dando como resultado una densidad de potencia de 21 vatios/ce. Los espectros en la figura 17 han sido normalizados, esto es los picos de los espectros respectivos han sido ecualizados arbitrariamente. La operación de la lámpara de la figura 17 y la figura 18 sin rotar la bombilla. Los espectros no normalizados se muestran en la figura 18. La figura 19 muestra un espectro normalizado A tomado de una lámpara de azufre energizado con R.F. sin un recubrimiento que tenga un componente espectral substancial en la región ultravioleta y el espectro normalizado B tomado para la misma lámpara pero portando un recubrimiento reflejante. Se ha observado que hay proporcionalmente mas radiación visible en los espectros B. En este caso, la bombilla tenía un ID de 23 mm y un OD de 25 mm, y se relleno con azufre a una densidad de 0.1 mg/cc y 100 torr de kriptón. Se energizo a 220 vatios para una densidad de potencia de 35 vatios/cc. La bombilla recubierta se recubrió con alumina a un espesor de aproximadamente 0.4mm y el alfa fue de 0.07. La operación de la lámpara fue estable sin la rotación de la bombilla, y los espectros no normalizados se muestran en la figura 209. Aunque la radiación se pierde en múltiples reflejos, los espectros no normalizados B aparecen mayores que el espectro A debido a que el detector usado recibe solo una fracción de la radiación emita de una bombilla no recubierta, pero por una mayor fracción de la radiación emitida desde una bombilla no recubierta, pero por una mayor fracción de la radiación emitida desde una abertura. Comparando la figura 18 con la figura 20, se observa que el valor alfa mayor da como resultado una mayor eficacia, refiriéndonos a la figura 18, se observa que la salida visible es menor en la bombilla recubierta que en la bombilla no recubierta ya que la radiación se pierde en múltiples reflejos; sin embargo, la salida visible es mayor que lo que seria si hubiera ocurrido la reflexión sin conversión de ultravioleta a visible.

De acuerdo con la invención, en lagunas modalidades las bombillas puede rellenarse con densidades mucho menores de material activo que en la técnica anterior. La invención puede utilizarse con bombillas de diferentes formas, por ejemplo esférica, cilindrica, esferoide achatado, toroidal, etc. El uso de lámparas de acuerdo con la invención incluye como Una fuente de proyección y como una fuente de iluminación para el alumbrado general . Debe observarse que pueden proveerse bombillas de diferentes potencias desde baja potencia (por ejemplo 50 vatios) a 300 vatios y mas incluyendo 1000 vatios y 3000 vatios . Ya que la luz puede extraerse por medio de un puerto de luz, la perdida de luz puede ser menor, y la luz extraída por medio de un puerto pude usarse para la iluminación del tipo distribuido, por ejemplo en un edificio de oficinas. De acuerdo con otro aspecto de la invención, las bombillas y lámparas descritas aquí pueden usarse como un motor de recaptura para convertir la radiación ultravioleta desde una fuente arbitraria a la luz visible. Por ejemplo, puede proveerse una lámpara ultravioleta externa, y su luz puede alimentarse a una bombilla como se describe aquí a través de un puerto de luz . La bombilla entonces convertiría la radiación ultravioleta a luz visible.

Finalmente debe apreciarse que mientras que la invención ha sido descrita en relación a las modalidades ilustrativas, los expertos en la técnica pueden encontrar variaciones, y el alcance de la invención se define por medio de las reivindicaciones anexas .

Claims (48)

1. REIVINDICACIONES 1. - Un método para genera luz que comprende las etapas de: proporcionar una envoltura, proporcionar un relleno dentro de la envoltura que emite luz cuando se exita, siendo capaz el relleno de absorber luz a una longitud de onda y re-emitir la luz absorbida a una longitud de onda diferente, la luz emitida del relleno tiene una primera distribución de potencia espectral en la ausencia de reflexión de luz de regreso al relleno; exitar le relleno para provocar que este emita luz; y reflejar una parte de la luz emitida por el relleno de regreso al relleno permitiendo que salga una parte de la luz, la luz de exitacion tiene una segunda distribución de potencia espectral con proporcionalmente mas luz en la región visible en comparación con la primera distribución espectral de potencia, la luz re-emita por el relleno es desplazada en longitud de onda con respecto a la luz absorbida y la magnitud del desplazamiento está en relación a una longitud de trayectoria óptica efectiva.
2. 2. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la etapa de reflejar la luz de regreso al relleno substancialmente aumenta la longitud de trayectoria óptica efectiva con respecto a cuando menos una porción de la primera distribución de potencia espectral .
3. 3.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la envoltura se provee con un tamaño de envoltura menor que el que se requeriría para proporcionar una proporción comparable de luz en la región visible en la ausencia de reflexión de la luz emitida de regreso a través del relleno.
4. 4.- El método de acuerdo con la reivindicación l, en el cual el relleno se provee con una menor densidad de relleno que el que se requeriría para proporcionar una proporción comparable de luz en la región visible en la ausencia de reflexión de la luz emitida de regreso a través del relleno .
5. 5.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la envoltura se provee con un tamaño de envoltura menor y el relleno se provee con una menor densidad de relleno que los que se requerirían para proporcionar una proporción comparable de luz en la región visible en la ausencia de reflexión de la luz emitida de regreso a través del relleno.
6. 6.- El método de acuerdo con la reivindicación i, en el cual el relleno consiste de cuando menos una substancia seleccionada del grupo del azufre y el selenio y una densidad de relleno se selecciona de tal forma que la primera distribución de potencia espectral consiste de un componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta, y en donde la segunda distribución de potencia espectral consiste de un componente de potencia espectral reducido en la región ultravioleta en comparación con la primera distribución de potencia espectral .
7. 7. - El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el componente de potencia espectral reducido en la región ultravioleta es cuando menos 50% menor que una magnitud del componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta.
8. 8.- El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual una segunda distribución de potencia espectral se encuentra principalmente en la región visible.
9. 9. - El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la densidad de relleno es lo suficientemente baja para permitir una salida de luz estable sin hacer rotar la envoltura.
10. 10.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la etapa de reflejar consiste en proporcionar un reflector colocado alrededor de la envoltura, que tiene una reflectividad de aproximadamente 97% o mas.
11. 11.- Una lámpara de descarga que comprende: una envoltura, un relleno que emite luz al editarse colocado dentro de la envoltura que es capaz de absorber luz a una longitud de onda y re-emitir la luz absorbida a una longitud de onda diferente, la luz emitida del relleno tiene una primera distribución de potencia espectral en la ausencia de reflexión de luz de regreso al relleno; una fuente de potencia de exitacion acoplado al relleno para exitarlo y provocar que este emita luz ; y un reflector colocado alrededor de la envoltura y configurado para reflejar una parte de la luz emitida por el relleno de regreso al relleno permitiendo que salga una parte de la luz, la luz de exitacion tiene una segunda distribución de potencia espectral con proporcionalmente mas luz en la región visible en comparación con la primera distribución espectral de potencia, la luz re-emita por el relleno es desplazada en longitud de onda con respecto a la luz absorbida y la magnitud del desplazamiento está en relación a una longitud de trayectoria óptica efectiva.
12. 12.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector aumenta substancialmente la longitud óptica efectiva con respecto a cuando menos una parte de la primera distribución de potencia espectral .
13. 13.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual la envoltura se provee con un tamaño de envoltura mas pequeño que el que de otra forma se requeriría para proporcionar una proporción comparable de luz en la región visible en la ausencia del reflector.
14. 14.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el relleno está provisto con una densidad de relleno menor que la que de otra forma se requeriría para proporcionar una proporción comparable de luz en la región visible en la ausencia del reflector.
15. 15.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual la envoltura se provee con un tamaño de envoltura mas pequeño y el relleno se provee con una densidad de relleno menor que la que de otra forma se requeriría para proporcionar una proporción que sea comparable de luz en la región visible en la ausencia del reflector.
16. 16.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el relleno consiste de cuando menos una substancia seleccionada del grupo del azufre y el selenio y una densidad de relleno se selecciona de tal forma que la primera distribución de potencia espectral consiste de un componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta, y en donde la segunda distribución de potencia espectral consiste de un competente de potencia espectral reducido en la región ultravioleta en comparación con la primera distribución de potencia espectral .
17. 17.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 16, en la cual el componente de potencia espectral reducido en la región ultravioleta es cuando menos 50% menor que una magnitud del componente de potencia espectral substancial en la región ultravioleta.
18. 18.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 16, en la cual una segunda distribución de potencia espectral se encuentra principalmente en la región visible.
19. 19.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 16, en la cual la densidad de relleno es lo suficientemente baja para permitir una salida de luz estable sin hacer rotar la envoltura.
20. 20.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector colocado alrededor de la envoltura, que tiene una reflectividad de aproximadamente 97% o mas .
21. 21.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación ll, en la cual el reflector consiste de un material que tiene un índice térmico similar de expansión comparado al de la envoltura y que está ligeramente separado de la envoltura.
22. 22.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 21, en la cual el material reflector no reacciona con la envoltura a la temperatura de operación de la lámpara.
23. 23.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 21, en la cual el material reflector no se adhiere a la envoltura.
24. 24.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 21, en la cual el material reflector es el mismo material de la envoltura pero con una estructura diferente .
25. 25.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 24, en la cual el material de la envoltura es cuarzo y el material del reflector incluye cuando menos uno seleccionado entre sílice y alumina.
26. 26.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector consiste de un contenedor que tenga paredes separadas de la envoltura y un polvo reflector se coloca en un espacio entre las paredes del contenedor y la envoltura.
27. 27.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector consiste de una camisa que tiene una estructura rígida.
28. 28.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 27, en la cual la camisa consiste de dos cascos de cerámica conectados integralmente entre si.
29. 29.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector define un orificio difusor a través del cual la luz sale de la lámpara.
30. 30.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 29, en la cual el orifico difusor comprende paredes laterales que son lo suficientemente largas para distribuir aleatoriamente la luz que sale del orificio difusor.
31. 31.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el reflector define una abertura a través de la cual sale la luz de la envoltura, y que además comprende: un segundo reflector colocado adyacentemente a la abertura y configurado para recapturar la luz que de otra manera se perdería en una entrecara de la abertura .
32. 32.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 11, que además comprende : un elemento óptico separado del reflector y configurado para reflejar los componentes indeseados de la luz que salieron de la envoltura otra vez hacia la envoltura.
33. 33.- Una lámpara de descarga que comprende: una envoltura, un relleno que emite luz al editarse colocado dentro de la envoltura que es capaz de absorber luz a una longitud de onda y re-emitir la luz absorbida a una longitud de onda diferente, la luz emitida del relleno tiene una primera distribución de potencia espectral en la ausencia de reflexión de luz de regreso al relleno; una fuente de potencia de exitacion acoplado al relleno para exitarlo y provocar que este emita luz ; un reflector colocado alrededor de la envoltura y que define un orificio, estando configurado el reflector para reflejar una parte de la luz emitida por el relleno de regreso al relleno permitiendo que salga una parte de la luz a través del orificio, la luz que sale tiene una segunda distribución de potencia espectral diferente de la primera distribución de potencia espectral, y un elemento óptico separado de la envoltura y configurado para reflejar un componente indeseado de la luz que salieron de la envoltura otra vez hacia la envoltura.
34. 34.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 33, en la cual el componente indeseado de la luz consiste de cuando menos una región de longitud de onda seleccionada, una polarización seleccionada, y una orientación espacial seleccionada.
35. 35.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 33, en la cual el elemento óptico está configurado para dejar pasar otros componentes de la luz .
36. 36.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 33, en la cual el relleno es capaz de recapturar los componentes indeseados de la luz y convertir cuando menos una parte de la luz recapturada a luz útil.
37. 37.- Una lámptra de descarga, que comprende: una envoltura, un relleno que emite luz cuando se exita, colocado en la envoltura, una fuente de potencia de exitacion acoplada al relleno para exitar el relleno y provocar que el relleno emita luz; y un reflector colocado alrededor de la envoltura y que define un orificio, estando configurado el reflector para reflejar una parte de la luz emitida por el relleno de regreso al relleno permitiendo que salga una parte de la luz a través del orificio, en la cual el reflector consiste de una material que tiene un índice de expansión térmica similar al de la envoltura y que está ligeramente separado de la envoltura.
38. 38.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 37, en el cual el reflector hace contacto con la envoltura en uno o mas puntos y está separado de otra forma de la envoltura en el margen de varias mieras .
39. 39.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 37, en el cual el material reflector no reacciona con la envoltura a la temperatura de operación de la lámpara.
40. 40.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 37, en la cual el material reflector no se adhiere a la envoltura.
41. 41.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 37, en la cual el material reflector es el mismo material de la envoltura pero con una estructura diferente.
42. 42.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 41, en el cual el material de la envoltura es cuarzo y el material reflector incluye cuando menos uno de entre silice y alumina.
43. 43.- La lampara de acuerdo con la reivindicación 37, en la cual el reflector consiste de une ontenerdor que tiene paredes separadas de la envoltura y un polvo reflejante esta dispuesto en un espacio entre las paredes del contenedor y la envoltura.
44. 44.- La lampara de acuerdo con la reivindicaioen 37, en el cual el reflector comprende una camisa que tiene una estructura rígida.
45. 45.- La lampra de acuerdo con la reivindicación 44, en la cual la camisa consiste de dos cascis de cerámica conectados integralmente entre sí.
46. 46.- La lampara de acuerdo con la reivindicación 37, en la cual el reflector define un orificio difusor a través del cual la luz sale de la lampara.
47. 47.- La lampara de acuerdo con la reivindicación 46, en la cual el orificio difusor comprende paredes laterales que son lo suficientemente largas para distribuir aleatoriamente la luz que sale del orificio difusor.
48. 48.- La lámpara de acuerdo con la reivindicación 37, en la cual el reflector define una abertura a través de la cual sale la luz de la envoltura, y que además comprende: un segundo reflector colocado adyacentemente a la abertura y configurado para recapturar la luz que de otra manera se perdería en una entrecara de la abertura.