TW521301B - High-pressure gas discharge lamp, and method of manufacturing same - Google Patents

Description

、發明説明（ 本發明關於高壓U 々 孔體放氧燈（hid [高強度玫電]燈或UHP L矣呵政能]燈），牿s丨θ ),特別疋關於水銀高壓燈，其水銀填充量大 、’]在 〇·〇5 mg/mmJ&〇 5 i 勹人石, -電極棒之電極，”=之間，其包3至少-個具有 極邻P + π °"午在其末端提供例如一加厚的管狀電 極邛伤。本發明進_半 ^關於一具有一高壓氣體放電燈之發 尤單兀’及關於一带似r- οσ ^ ^ 、包源供應早元，其用以供應具有對其調 正、1呆 > 之燈，以及關於一種製造該燈的方法。 用製造:/喿作特性，壽命及成本大致上係由所使 二"°之性質及形狀來決定。不同的電極幾何形狀因 I m 精以用不同的方式來考慮這些條件。在 敢間早的狀況中，兮於 ^ 〇且匕3兩個電極，其每個係由一鎢棒 )成。邊電極棒的自由端 甘曰士 f J燈官中，其具有一氣體 供在該操作狀態中有可能形成一光弧。該個別的其 匕末係連接到連接於，田 .头 要才王用以透過延伸通過該燈管的引導 而接收一操作電壓。 & j ^丨守 例如’該目的係要改善該電極的熱輻射，並避免該引導 的過度加熱’&因此在一高燈功率下在該燈管側的密封有 所損壞的風險，-已知的解決方案係要提供來自與在該電 極的個別自由端處之電極的相同材料之一或數個繞組。這 些繞組有可能融合到該電極棒，肖心為了在从操作的燈 中-熱級衝益的功能。肖電極的壽命也可因此拉長。此種 電極可相當容易地由鎢來製造，其為人所熟知。 仁是$ 一電極之本貝上的缺點為該熱傳導性通常相當 地低，並且不能重現，因為在該繞組與該棒之間，以及個

2 五、發明説明（ 圈之間的熱性接觸可在燈的壽命期門改㈡ 可造成燈之特性的改變，即該光學輸出二文支。這些效應 作電屋最高變化到30%，特別是對於力—率及所需要的操 約為1 mm)的燈。這些問題之發生，大紐先弧(例如大 組被融合於該電極， =關於是否該繞 為這些燈係操作在這種高溫如，因 的部份易於改變。4了達到避免此問題 。广合 強由固=/奉形成的電極十分昂貴，且製造上很複雜。一適當 ㈣溶解 造期間以·^ 解所需要的熱量可在製 古 > 或在該燈的操作期間，該部份的又寸，藉此 兮隔’係由該燈的電流’該燈之内的壓力，及 :極棒的直徑所決定。在操作期間，此部份的某個比例 。0/。)必須皆在該溶解狀態。依此方式，該電極的製造必 須成為大體上較為簡單及較為便宜，因為該管狀部份的尺 寸，其為由該光弧改變，透過適當地調整該數量來達到， =過製造及組裝處理，其相當地敏感於公差’但複雜 但疋，此燈的基本缺點為該燈的電流必須非常準確地調 正且必須保持非常恆定，藉以產生該管狀部份，並依所 需f的比例將其保持在溶解狀態。一僅高於數個百分比的 電Μ之結果為該電極棒的整個或其一部份溶解，所以該部 份成為較大，而與相對電極的距離為相當地且永久地改 4 °此效果對短光弧的例子非常強，其中電流限制必須非 -5- 本紙張尺度適财家標準(CNS) Α4規格(21GX297公I)’ A7

常準確地觀察’藉 作-短弧燈。在並“ m方式來以此種電極相 期間改變，1係：摅/入的是，這些電流限制在開啟階甚 /、係依據在該燈中氣體蒸氣的上升壓力。 此某—步缺點為在燈的壽命期間電極距離的增加。 化1=自由的硬氣體所造成，藉此來防止壁面^ 份 、、地將鎢由熱電極尖端輸送到該電極的後方甸 ^ ^ ^ ，此缺點會特別強烈地影響短弧燈，使其使拜 這些電極時最長壽命僅有數百小時。 取後°兄明的是該光弧可定期地移動到該電極的前表面 上’特另丨J县且女、士從a 八有故種電極的水銀高壓燈（壓力約在200 bar的 燈），所以不可能使用這些燈在投影系統中. 一因本發明的目的在於提供在公開文件中揭示的這種 面，氣體放電燈，及具有這種燈的發光單元，在其整個操 作π命期間可提供一穩定的操作，而不會有變冑，及大體 上不變的電極距離’因此對於燈電流的準確性及恆定性沒 有特殊的需求。 本I月另一目的在於提供一種方法，藉此這種高壓氣體 放電燈可用非常簡單及便宜的方式來製造。 一方面，前一個目的係由申請專利範圍第1項來達到，其 藉由在该公開文件中所揭示的這種高壓氣體放電燈，其特 徵在於该加厚的電極部份之尺寸係根據該燈的操作參數， 使得該加厚部份在燈的正常操作期間不會溶解，但一電極 尖端本身係在該燈操作的前幾個小時期間在該電極部份形 成’直到該尖端溶解在一光弧的應用點之範圍中。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇χ297公釐) 五、發明説明（ 4 ) 另一方面，後者係依據申請專， 係藉由具有此種高壓氣體放 '：：仔到’其 整操作參數’以供應該燈的電源供;，來調 份在正常的燈具操作期間不會溶二 身在該燈的操作之前幾個小時内，即：成二— Μ電極邛伤，直到該尖端溶解 中。 光弧的知加點之區域 上述的操作參數特別是該操作電 以及其時間梯度及其頻率。 4作電机的位準， 本發明係基於意外地發現到，該電 極之燈的前幾個小時之操作广種電 程在該電極末端的尖端開始溶解時：自身 因此’本解決方案的特殊好處在於 度為自我穩定化。因此即不需要針於雷心以對於其長 最佳化。 1小而要對於電極間隔進行複雜的 變此::以：定，果在整個燈的壽命期間皆維持不 特別地重要電:;：。此好處對於短弧燈 U為省電極在廷些燈中的負裁很高。 該燈因為其穩定的光弧而特別適用於投影應用。 s事實上’該電極尖端在該光弧接觸的區域中會溶解。但 f ’因為該加厚的部份相較於該尖端具有實質上較大的質 Ϊ ’因此可做為熱緩衝器或散熱器，該電極的大 體上溫度較低，而造成該燈具有非常長的使用壽命 為了達到上述的第二目的，根據申請專利範圍第7項，提 本纸張尺度適财目@家標準(^NS) A4規格(2l〇X297公爱) 5 五、發明説明（ 供-種製造高壓氣體放電燈的方 該電極，一電極棒在一端具 ，"特徵在於為了製造 作的前幾個小時期間，一〜了加厚的部份，而在該燈操 此部份，該電流大 ：-端即藉由-電流而形成在 该加厚的部份之尺寸係 “乍“，在此期間 此方法的基本好處在於 極通常非常複雜的製ί方^別地簡單及便宜’因為該電 電極棒處製造該加厚的部份。卩成為多餘’即其受限於在該 處相關的，請專利範《係關於本發明其它具體實施例的好 根據申請專利範圍第2及3項的尺寸可發 地形成該電極尖端有特別的好處。 子於要良好 根：：请專利範圍第4及5項的具體實施例對 處。 使用可〒期間防止該燈管的暗化有特別的好 本發明進一步的特點，特性及好處將可藉由以下 =體貫施例的說明而更加瞭冑，其係參考圖面來說明，其 圖1所示為根據本發明之燈的示意圖； 圖2( a)到（C)所示為產生一電極的數個階段； 圖3所示為所產生的電極尖端之直徑與一管狀電極部份之 直徑之間的關係； ^ 圖4所示為所產生的電極尖端之長度與一管狀電極部份之 直徑之間的關係；及 521301 五、發明説明（6 圖5所示為根據本發明之燈的電源供應單元。 ^該燈的知作參數說明如下，即該操作電壓及電流的位 準j及其時間梯度與頻率，其同時關連於在該燈的前幾 個小時操作期間該電極尖端的產±，及關於後續在所需要 的μ用中之正常的操作。因此，該燈較佳地是結合於一電 源供應單凡，做為將一通用的主要電壓轉換到具有該性質 之燈的該操作電壓。此種電源供應單元係揭示於像是W0 95/35645 , WO 00/36882，及 WO 00/36883，其在本文件中 引用做為參考。 一圖1所示為以一短弧高壓氣體放電燈1為例，其具有一石 英玻璃的橢圓型燈管2，或具有一光線發射窗的，瓷材料。 在4燈g内的氣體為水銀蒸氣，其中加入大約0.001到1〇 pmole/cm的溴（或氯），使其可產生一再生的鎢循環。結合 ;1 /包2中存在的氧，其可同時防止在燈的操作期間使得該 燈管的壁面變暗。 Λ 由鎢製成的一第一及一第二電極7,8之第一末端延伸到 該燈管2中。每個這些末端包含一大體上為管狀的電極部份 9，1 〇，同時該電極的其它末端分別電性連接到導電箔$ , 6,例如由鉬製点。該燈管2以圓柱形石英部份3 ’ 4的形式 縱向延伸，而以緊密真空的方式來包覆箱5及6。透過連接 权11，12來供應該燈電流，其係依其順序連接到該箔，並 延伸到外部。 圖2為以放大的方式顯示電極7，8的產生之數個階段。以 下將參考電極7做為範例來說明處理及程序，其也可應用到

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該燈的AC操作情況下之其它電極8。· 請參考圖2(a)，該製造係以直徑大約為㈠㈣的 之電極棒20來開始。一電極部份9’在最簡單的例 狀為圓形’直徑大約為0.8到"mm，其形成在此棒的第」 末端。這些尺寸關連於大約Γ.5到2.5八的燈電流，而立* =適合於其它電流。其可發現料常適料範圍為棒二 直徑在0.2及0.7 mm之間，而管狀部份的直徑在〇 $及 _之間…一燈電流係在大約〇·5及8A之間(50_5〇〇w 的腑燈）。如果”狀部份的直徑大約為該棒的直徑之^ 到5倍’ ' 般而言較佳。 該管狀部份9可經由融合在該棒2〇的一末端來產生，或用 不同的方式’例如像是藉由機械式地鍵打—預熱的鶴導 線，使其形成圖2(b)所示的電極7。除了—圓形形狀，類似 -管形的其它形狀也可能使用’例如像是錐形部份，或复 它“加厚”’較平坦部份’其可特別對於該燈的操作電壓^ 較高頻率來選擇。 圖！的燈後續是以這種形式的兩個電極7, 8來製造。相對 於該棒20的直徑之相當大的管狀部份9，（1〇)之直徑造成該 部份在燈的操作期間不會被強力地加熱，如同習用的電極 災端的情況…有特別的好處’其中該鶴由該尖端到該 電極的後方部份之輸送要實質上會小於公開文件中所述已 知的電極。 再者”可心外±也發現到，圖2( c)的管狀部份在該燈的 前幾個小時之操作中會改變。再次地，此對於^操作下的

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該燈的特定比例常數，其 (在此例中大約為4〇〇〇) 關係可為：De= a/ q f，其為對於 範圍在於 2000 μη^ζ0.5 到 1〇,〇〇〇 μιηΗζ0·5。 相反地，該發展中電極尖端 y ^ _ / 9的.長度Le係根據該管狀部 伤9 ( 1 〇)的直徑Dk。此關係顯干^丄 ,E •肩不在圖斗中，其中該.電極尖端 (長方形付號）的長度L e係緣製成在古v 衣战為直徑400 μηι的電極棒之 部份9 ( 10)的不同直徑Dk之函數 ， w双 忒燈再次地操作在功率 為120 W，其大約在8〇 V，其择作雷、古七攸* 乂 一私作電流之頻率f為9〇 hz，而 其電流波形係根據圖3所做之說明。 該電極央端19的長度Le實際上亦清楚地相關於該燈電流 及該燈功率。這兩個數值愈高，所產生的尖端19愈短。該 燈電流及該燈功率決定了整體輪人到該電極的能量，而該 管狀部份9 (1G)的大小再次地影響了能量韓射。此部份的 尺寸係由實際應用來選擇，使其可得到較長的燈具壽命。 在形成該電極尖端19期間之操作前幾個小時的數目為大 約200 μιη的尖端長度大約為1小時，而大約！爪爪的尖端長 度大約為50小時。 上述的相互關係對於如果對於該部份選擇了該加厚的形 狀，而非管狀形狀，其亦可適用。 該尖端19在其產生期間尺寸逐漸地增加，直到其前端成 為非常熱而溶解。一旦該前端開始溶解，即觀察到不再進 一步成長。如果根據上述的相互關係，該操作參數被調整 使得該尖端19到達長度為約0. 1 mm到1.0 mm，因此該最終 電極距離在完成前幾個小時操作之後，於該燈首次被開啟 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

ίο前_將小於該管狀部份9及10之間的間隔約有U 一 相之形成，係、由一相當薄的電極棒2。，-Λ的s狀笔極部份9 (10)，及一薄的電極尖端19 性=部份9 (1〇)在此處的尺寸，使其具有良好的散敎= 被充份地冷卻而使該燈可達到數千個小時之可 :疋的操作。在操作期間所產生的電極尖端 溶解區域，其足夠的小而可保護該光狐應用二 的於高壓_燈為真。實驗已顯示出，該光弧 》疋性在整個燈具壽命期間皆實質上優於已知的電 rIK之例。 ^據本發明 < 電極亦可解決由☆ $電極橫向距離之安裝 及公差所造成的那些問題。此處的管狀部份首先可以造成 一水^光弧。然後該尖端再次地在該操作前幾個小時中的 燈具操作期間Μ，於該光弧的應用點處成長，直到該前端 成為溶解。因為此係根據其彼此的距離，即可消除橫向公 除了圖2(b)所示的電極，另可使用一已經包含先前形成 之尖端的電極。在操作的前幾個小時期間所發生的相當大 的電壓變化以及電極間距之降低，可藉此而大為降低。為 此目的，先前所形成的尖端之尺寸必須類似於那些將在後 續正常操作期間自動產生的尖端。 該電極的製造另可由圖2( a)所示的在一棒的末端提供的 一或數個繞組來進行，例如該繞組係由與該棒相同的材料 -13-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) W1301

所構成。該管狀或類似部份（“加厚，，）即可以相當簡單的方 式來1由具有該繞組之棒的此區域的完全或部份融合來 生。 一根據本發明之電極的使用並不限於短弧燈，雖然因為在 攻種燈中電極的高負載，以及該自我調整，在該電極之間 的距離非常小，其並未具有特別的好處。 =電極尖端的形成係根據該燈電流而與尺寸成比例，即 =&狀邛伤的政熱功率，即因此其所上升的溫度。此溫度 貫際上必須儘可能地高，但不能高到使該部份溶解。其所 適用的電極尺寸’實際上係對於所有實用的燈功率之最佳 ，、’其可透過對於這些操作參數及先前提到的操作參數進 行適當的調整及相互協調來得到。 -電源供應I元’其轉換一通用主要電壓到該燈的一供 應電壓，其較佳地是提供用來以前述的操作參數來用於操 作該燈。這種(切換模式)電源供應單元係以範例示於圖5。 在此例中的主要電壓係假設為一 AC電壓，其經由該電源供 應单：的輸入終端K1 ’ K2來施加。該電源供應單元包含一 切換單元A ’藉此將該主要電壓轉換成該燈la的一 ac電 壓。為此目的，其提供一第一裝置3〇來轉換該主要電壓到 一 DC電壓’及一整流器3 !來轉換該Dc電壓到該燈的^電 “電源供應單元進-步包含一控制單元B，藉此該切換單 疋A被觸發’使得例如一可程式化的半循環數目，或該燈電 流的每個半循環皆被加人與該相關循環相同極性的一額外 -14-

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電流脈衝。此可造成該燈電流在其時間梯度上相對應紗 加’如圖3所做之說明’並藉此可達到不具有弧之不穩定^ 的-特別穩定的操作。這種控制單元的一適當 於 WO 95/35645。 π另外，該控制單元B也可用來在正常操作期間，在一半循 環的開始時來相對於一平均電流來降低該燈電&，藉 於某些電極可達到該光弧的一特別穩定及擴散的應用。這 種控制單元揭示於W〇〇〇/ 36883。 5 最後，該控制單元B亦可根據某些操作狀態或需求來影響 該燈電流，其係由相對應的感應器裝置來偵測，例如像是 溫度，或流經該燈的電流，或所產生光線的強渡及變動^ 適用於此目的之控制單元揭示於W〇 〇〇/36882。 上述其它的操作參數，例如像是該燈電壓的頻率，其亦 可藉由這種電源供應單元來最佳化地調整到燈的形式，或 某些操作條件。因此，較佳地是該電源供應單元結合於一 燈具’藉此來形成對於某個應用最佳化的一發光單元，例 如像是用於投影的目的。 -15- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

裴 訂

線

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 、八— / 叫包傾，卉包含一 其在一末端包含一加厚的電極部份，其特徵在 Φ /,ν / Λ … 1· 一種鬲壓氣體放電燈 電極棒 Μ，于Μ电®邵份，其特徵在 於該加；的電極部份（9 (10)之尺寸係根據該燈的操作束 :使得該加厚的部份在燈的正常操作期間不會溶解: 2 -電極尖端（19)在該燈的前幾個小時操作期間本身 曰在該電極部份（9,聊成’直到該尖端（19)在—光弧 的應用點之範圍中溶解。 2·如申請專利範圍第！項之高壓氣體放電自，其特徵在於 該電極部份（9’1G)之形狀為管狀，其直徑大約大於該電 極棒（20)之直徑的1.5到5倍。 3·如申請專利範圍第丨項之高壓氣體放電燈，其特徵在於 該電極部份（9，1G)之形狀為管狀，其直徑對於_燈電流 大約為0.5到8八時大約為〇 5到3 〇 mm。 4·如申請專利範圍第丨項之高壓氣體放電燈，其特徵在於 ，^一個電極（7, 8)係由嫣製成，且其中該氣體為水銀 洛氣，並已經加入氧，及溴或氣來產生一再生式的鎢循 環0 5·如申請專利範圍第4項之高壓氣體放電燈，其特徵在於 該溴的加入量大約為〇.〇〇1 _〇le/cm% 1〇 。 6·如申請專利範圍第1項之高壓氣體放電燈，其特徵在於 該電極尖端（19)的形成係與該電極棒（2〇)及該電極部份 (9，10)的尺寸成比例地受到該燈電流的影響。 7. —種製造高壓氣體放電燈的方法，其特徵在於為了製造 該電極，一電極棒在一端具有一加厚的部份（9，1〇)，而 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公董) 六、申請專利範圍 一電幾個小時期間，-電極尖端(19)即藉由 燈份(9，10)，該電流大體上對應於該 ^流。、纟此期間該加厚的部份之尺寸係根據該 8·二：利範圍第7項之方法，其特徵在於該加厚的部 :u材=應用該電極上至少-繞組，及後續具有 。亥電極材枓之繞組之完全或部份融合來產生。 9.如申請專利範圍第7項之方 預先在該加厚部份(9，10)形成，：特徵在於-電極尖端 個小時操作期間由，尖端t开:端係在該燈的前幾 --種發光單元，其具有最終形狀。 項之高壓氣體放電燈，以及=二圍第1到-6項中任-^ r; 切換松式電源供應單元， 用以供應该燈所適合的操作參數 份在燈的正常操作期間解二f的：極部 範圍内溶解。 4(19)在-光弧的應用點之 11·如申請專利範圍第丨〇項之發光 模式電源供應單元包含一控:單二其特徵在於該切換 的-可程式化數目的半循環 ）肖此邊燈電流 流脈衝。 …即可加入相同極性的額外電 12.如申請專利範圍第1〇項之發光單元，置 模式電源供應單元包含/、特徵在於該切換 可在正常操作期間在一半循二：)’藉此該燈電流 隹牛循％的開始時相對於一平均電 521301 8 8 8 8 ABCD Γ、申請專利範圍 流來降低。 13.如申請專利範圍第10項之發光單元，其特徵在於該切換 模式電源供應單元包含一控制單元（Β)，以及感應器裝 置，用以偵測該燈的操作狀態，使得該操作參數可由該 控制單元根據一偵測到的操作狀態來改變，藉以得到一 穩定的燈具操作。 18- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)