WO2003075310A1 - Kurzbogen-hochdruckentladungslampe - Google Patents

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WO2003075310A1
WO2003075310A1 PCT/DE2003/000707 DE0300707W WO03075310A1 WO 2003075310 A1 WO2003075310 A1 WO 2003075310A1 DE 0300707 W DE0300707 W DE 0300707W WO 03075310 A1 WO03075310 A1 WO 03075310A1
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cathode
pressure discharge
short
discharge lamp
arc high
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PCT/DE2003/000707
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English (en)
French (fr)
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Lars Menzel
Dietmar Ehrlichmann
Thomas Mehr
Stephan Berndanner
Wolfgang Spielmann
Gerhard Leichtfried
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
Plansee Aktiengesellschaft
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    • H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

Definitions

  • the invention relates to a short-arc high-pressure discharge lamp for direct current operation with a discharge vessel which has two diametrically opposed necks into which an anode and a cathode made of tungsten are melted gas-tight and which contains a filling of at least one noble gas and possibly mercury.
  • Such lamps are used as mercury arc lamps, in particular for microlithography in the semiconductor industry, for the exposure of wafers and as xenon arc lamps for cinema and video projection.
  • the mercury short-arc high-pressure discharge lamps used for the exposure process have to deliver a high light intensity in the ultraviolet wavelength range - in some cases limited to a few nanometers - with the light generation being limited to a small space.
  • Such cathodes thus far preferably contain a doping of thorium oxide Th0 2 , which is reduced to thorium Th during lamp operation, occurs in this metallic form on the cathode surface and there leads to a reduction in the work function of the cathode.
  • the lowering of the work function is accompanied by a reduction in the operating temperature of the cathode, which leads to a longer service life of the cathode, since less cathode material evaporates at lower temperatures.
  • Th0 2 as a dopant is due to the fact that the evaporation of the dopant is relatively low and therefore leads to little disruptive precipitation in the lamp bulb (blackening, deposits).
  • the excellent suitability of Th0 2 correlates with a high melting point of the oxide (3323 K) and metal (2028 K).
  • the solution to the environmental problem is particularly urgent for lamps with high operating currents greater than 20 A, such as are used in microlithography or projection technology, since these lamps have a particularly high activity owing to the electrode size.
  • the productivity of the imagesetter depends crucially on the amount of light that the lamp provides. Piston linings and electrode burn-back reduce the available useful light and lead to a loss of productivity of the very expensive systems due to increasing exposure times.
  • This object is achieved in a short-arc high-pressure discharge lamp with the features of the preamble of claim 1 in that at least the material of the cathode tip contains, in addition to the tungsten, lanthanum oxide La 2 0 3 and at least one further oxide from the group Hf0 2 and Zr0 2 .
  • the molar amount of Zr0 2 and Hf ⁇ 2 should advantageously be at least 2% of the molar amount of La 2 0 3 , but at the same time should not exceed the molar amount of La 2 0 3 , since the favorable influence on the luminous flux is always accompanied by an increased burn-back of the cathode , An excess of La 2 0 3 is guaranteed if the proportion by weight of Hf0 2 is not more than 0.65 times or the proportion by weight of Zr0 2 is not more than 0.38 times that of La 2 0 3 .
  • the addition of the second oxide has a significant influence on the luminous flux and electrode burn-back during lamp operation.
  • a mercury arc lamp with an output of 1.75 kW, a La 2 0 3 content of the cathode tip of 2.0% by weight and a further oxide showed the following properties in tests after 1500 hours of operation:
  • cathodes made of thorium-free material have a larger arc base, especially when using mixed oxides.
  • the optimal burn-back of such cathodes can be ensured if the plateau size of the cathode is adapted accordingly. If the size of the plateau was not adapted, the arch would either start at a plateau edge (in the case of a plateau that is too large) or would extend far beyond the edge of the plateau (plateau too small). In both cases, if the size of the plateau was not optimized, electrode damage and associated increased burn-back would be detectable. Since the plateau can be both flat and curved, the optimum plateau size can best be determined technically by specifying the current density in the cathode at a distance of 0.5 mm behind the cathode tip.
  • FIG. 1 shows a mercury short-arc high-pressure discharge lamp according to the invention, in section
  • FIG. 2 shows a detail of the cathode of the mercury short-arc high-pressure discharge lamp according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a xenon short-arc high-pressure discharge lamp according to the invention, partly in section
  • FIG. 4 shows the electrode arrangement of the xenon short-arc high-pressure discharge lamp according to FIG. 3, in an enlarged representation
  • Figure 1 shows in section an inventive mercury short-arc high-pressure discharge lamp 1 with an output of 1.75 kW. It has a piston 2 made of quartz glass, which is elliptically shaped. This is followed by two ends 3 on two opposite sides, which are designed as piston necks 4 and each contain holding parts 8.
  • the necks have a front conical part 4a, which contains a support roller 5 made of quartz glass as an essential component of the holding part, and a rear cylindrical part 4b, which forms the sealing seal.
  • the front part 4a has an indentation 6 of 5 mm in length.
  • the wall thickness of the piston 2 in this area is approximately 4 mm.
  • the axial length of the support roller is 17 mm.
  • a shaft 10 of a cathode 7 with an outer diameter of 6 mm is axially guided in the bore of the first support roller and extends into the discharge volume and carries an integral head part 25 there.
  • the shaft 10 is extended backwards beyond the support roller 5 and ends on a plate 12, which is followed by the sealing seal in the form of a cylindrical quartz block 13.
  • This is followed by a second plate 14, which holds an external power supply in the form of a molybdenum rod 15 in the middle.
  • On the outer surface of the quartz block 13, four foils 16 made of molybdenum are guided along in a manner known per se and melted gas-tight on the wall of the piston neck.
  • the anode 26, consisting of a separate head part 18 and shaft 19, is held in the bore of the second support roller 5.
  • the cathode 7 and the holding part 8 is shown in detail.
  • the cathode 7 is composed of a circular cylindrical shaft 10 of 36 mm in length and a head 25 of 20 mm in length, the head 25, like the shaft, having an outside diameter of 6 mm.
  • the end of the head 25 facing the anode is designed as a tip 11 with a tip angle ⁇ of 60 ° and has a plateau-shaped end 27 with a diameter of 0.5 mm.
  • the holding part consists of support rollers 5 and several foils in its bore.
  • a film 24 is wrapped around the shaft several times (two to four layers).
  • a pair of narrow foils 23, which face each other on the wound foil 24 gene, serves to fix the support roller. For this purpose, they protrude beyond the support roller on the discharge side and are bent outwards.
  • the material of the tip 11 of the cathode 7 has a doping of 2.0% by weight of La 2 0 3 and 0.5% by weight of Zr0 2 .
  • the mercury short-arc high-pressure discharge lamp according to the invention has a discharge vessel with a volume of 134 cm 3 , which is filled with 603 mg of mercury and xenon with a cold filling pressure of 800 mbar.
  • the operating current of the lamp with an electrode spacing of 4.5 mm is 60 A.
  • the current density J in the cathode at a distance of 0.5 mm from the plateau tip is 66 A / mm 2 when the lamp is in operation.
  • FIG. 3 shows a short-arc high-pressure discharge lamp 28 according to the invention with a pure Xe filling.
  • the lamp 28 with a power consumption of 3 kW consists of a rotationally symmetrical lamp bulb 29 made of quartz glass, at the two ends of which a lamp neck 30, 31 is also attached made of quartz glass.
  • a lamp neck 30, 31 is also attached made of quartz glass.
  • an electrode rod 32 of a cathode 33 is melted in a gas-tight manner, the inner end of which carries a cathode head 34.
  • an electrode rod 35 of an anode 36 is also sealed in a gas-tight manner, on the inner end of which an anode head 37 is fastened.
  • base systems 38, 39 are attached for mounting and for electrical contacting.
  • the cathode head 34 is composed of a conical end section 34a facing the anode head 37 and an end section 34b facing the electrode rod 32 with a circular-cylindrical and frustoconical section, whereby between these two sections 34a, 34b, as Heat accumulation designated 34c also of smaller diameter is located.
  • the tip of the conical support facing the anode head 37 end portion 34a of the cathode head 34 with a cone angle ⁇ of 40 ° is designed as a hemisphere with a radius R of 0.6 mm.
  • the lamp current is 100 A and the resulting current density at the reference surface is 0.5 mm behind the cathode tip 88 A / mm 2 .
  • the anode head 37 consists of a circular cylindrical middle section 37a with a diameter D of 22 mm and two frustoconical end sections 37b, 37c which face the cathode head 34 and the electrode rod 35.
  • the frustoconical end section 37c facing the cathode head 34 has a plateau AP with a diameter of 6 mm. All sections of the two electrodes 33, 36 consist of tungsten.
  • the conical end section 34a of the cathode head 34 has a dosage of 2.0% by weight of La 2 0 3 and 0.5% by weight of Hf0 2 .
  • the two electrodes 33, 36 are mounted opposite each other in the axis of the lamp bulb 29 in such a way that when the lamp is hot, there is an electrode spacing or an arc length of 3.5 mm.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1) für den Gleichstrombetrieb mit einem Entladungsgefäss (2), das zwei diametral gegenüberliegend angebrachte Hälse (4) aufweist, in die eine Anode (26) und eine Kathode (7) jeweils aus Wolfram gasdicht geschmolzen sind und das eine Füllung aus zumindest einem Edelgas sowie eventuell Quecksilber besitzt. Erfindungsgemäss enthält zumindest das Material der Kathodenspitze (11) zusätzlich zum Wolfram Lanthanoxid La2O3 und mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe Hafniumoxid HfO2 und Zirkonoxid ZrO2.

Description

Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe für den Gleichstrombetrieb mit einem Entladungsgefäß, das zwei diametral gegenüberliegend angebrachte Hälse aufweist, in die eine Anode und eine Kathode jeweils aus Wolfram gasdicht eingeschmolzen sind und das eine Füllung aus zumindest einem Edelgas sowie eventuell Quecksilber enthält. Derartige Lampen werden als Quecksilberbogenlampen insbesondere für die Mikroli- thographie in der Halbleiterindustrie zur Belichtung von Wafern eingesetzt und als Xenonbogenlampen für die Kino- und Videoprojektion.
Stand der Technik
Die für den Belichtungsprozess verwendeten Quecksilber-Kurzbogen-Hoch- druckentladungslampen müssen eine hohe Lichtintensität im ultravioletten Wellenlängenbereich - teils eingeschränkt auf wenige Nanometer Wellenlänge - liefern, wobei die Lichterzeugung auf einen kleinen Raumbereich eingrenzt ist.
Intensive Lichterzeugung auf kleinstem Raum ist ebenfalls eine notwendige Forderung an Xenonbogenlampen für die Kino- und Videoprojektion.
Die daraus abzuleitende Anforderung einer hohen Leuchtdichte kann durch eine Gleichstrom-Gasentladung bei kurzem Elektrodenabstand erzielt wer- den. Es entsteht dabei ein Plasma mit hoher Lichtemission vor der Kathode. Durch die starke elektrische Energieeinkopplung in das Plasma werden E- lektrodentemperaturen erzeugt, die insbesondere bei der Kathode zu einer Schädigung des Materials führen.
Derartige Kathoden enthalten daher bisher bevorzugt eine Dotierung aus Thoriumoxid Th02, das während des Lampenbetriebs zu Thorium Th reduziert wird, in dieser metallischen Form an die Kathodenoberfläche tritt und dort zur Absenkung der Austrittsarbeit der Kathode führt.
Mit der Absenkung der Austrittsarbeit geht eine Reduktion der Betriebstem- peratur der Kathode einher, die zu einer längeren Lebensdauer der Kathode führt, da bei erniedrigten Temperaturen weniger Kathodenmaterial verdampft.
Der bisher bevorzugte Einsatz von Th02 als Dotierstoff liegt in der Tatsache begründet, dass die Verdampfung des Dotierstoffs relativ gering ist und da- her zu wenig störenden Niederschlägen im Lampenkolben (Schwärzung, Beläge) führt. Die vorzügliche Eignung von Th02 korreliert mit einem hohen Schmelzpunkt des Oxids (3323 K) und Metalls (2028 K).
Ein Elektrodenrückbrand lässt sich aber auch bei thorierten Kathoden nicht vermeiden, so dass im vorliegenden Fall einer Gleichstromgasentladungs- lampe der Lebensdauer durch den Kathodenrückbrand Grenzen gesetzt sind. Dies ist insbesondere bei Lampen mit kurzen Elektrodenabständen - wie sie hier vorliegen - nachteilig, da hier ein geringer Elektrodenrückbrand bereits zu starken Änderungen der lichttechnischen Eigenschaften der Lampe führt. Der entscheidende Nachteil der Verwendung von Th02 ist aber sei- ne Radioaktivität, die Schutzvorkehrungen beim Umgang in der Vormaterial- und Lampenherstellung erforderlich macht. Je nach Aktivität des Pro- dukts sind auch Auflagen bei Lagerung, Betrieb und Entsorgung der Lampen zu beachten.
Die Lösung des Umweltproblems ist bei Lampen mit hohen Betriebsströmen größer 20 A, wie sie in der Mikrolithographie oder Projektionstechnik ver- wendet werden, besonders dringend, da diese Lampen aufgrund der Elektrodengröße eine besonders hohe Aktivität aufweisen.
Zahlreiche Thoriumersatzstoffe sind deshalb untersucht worden. Beispiele hierfür finden sich in „Metallurgical Transactions A, vol. 21A, Dec 1990, S. 221-3236. Der kommerzielle Einsatz von Ersatzstoffen bei Lampen für die Mikrolithographie oder Kinoprojektion ist bisher nicht gelungen, da alle Ersatzstoffe durch ihre im Vergleich zu Th02 leichtere Verdampfbarkeit zu ausgeprägten Kolbenbelägen führten.
In der Mikrolithographie hängt die Produktivität der Belichter entscheidend von der Lichtmenge ab, die die Lampe bereitstellt. Kolbenbeläge und Elekt- rodenrückbrand reduzieren das verfügbare Nutzlicht und führen zu einem Produktivitätsverlust der sehr teuren Anlagen aufgrund ansteigender Belichtungszeiten.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurzbogen-Hochdruckent- ladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die ohne radioaktive Dotierstoffe im Elektrodenmaterial auskommt, einen geringen Elektrodenrückbrand gewährleistet, der dem erreichten Stand der Technik in Bezug auf den Elektrodenrückbrand nicht -oder nur sehr geringfügignachsteht und die Belagsbildung im Lampenkolben über die Lampenlebensdauer wenn möglich weiter reduziert. Diese Aufgabe wird bei einer Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest das Material der Kathodenspitze zusätzlich zum Wolfram Lanthanoxid La203 und mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe Hf02 und Zr02 enthält.
Untersuchungen an unterschiedlichen Dotierungsstoffkombinationen hatten ergeben, dass diese Mischoxide auf Basis von La203 günstige Ergebnisse hinsichtlich Belagsbildung und Elektrodenrückbrand zeigen. Die Dotierung der Kathodenspitze mit La203 oder der gesamten Kathode sollte dabei zwischen 1,0 und 3,5 Gew. des Kathodenmaterials, besser zwischen 1,5 und 3,0 Gew.% des Kathodenmaterials liegen. Durch die Zugabe von weiteren Oxyden oder Karbiden wurde versucht weitere Verbesserungen zu erzielen. Dabei zeigte sich, dass durch die Zugabe von Zr02 und/oder Hf02 in geringen Mengen eine weitere Verbesserung der Eigenschaften hinsichtlich der Emitterver- dampfung erzielt werden kann. Die molare Menge Zr02 und Hfθ2 sollte dabei vorteilhaft mindestens 2 % der molaren Menge des La203 betragen, aber gleichzeitig die molare Menge des La203 nicht überschreiten, da die günstige Beeinflussung des Lichtstroms stets mit einem erhöhten Rückbrand der Kathode einhergeht. Ein Überschuss an La203 ist gewährleistet, wenn der Ge- wichtsanteil an Hf02 nicht mehr als das 0,65-fache bzw. der Gewichtsanteil des Zr02 nicht mehr als das 0,38-fache des La203 beträgt.
Die Zugabe des zweiten Oxids hat einen deutlichen Einfluss auf den Lichtstrom und Elektrodenrückbrand während des Lampenbetriebs. Eine Quecksilberbogenlampe mit einer Leistung von 1,75 kW, einem La203-Gehalt der Kathodenspitze von 2,0 Gew.% sowie einem weiteren Oxid zeigte in Untersuchungen nach 1500 h Betriebsdauer folgende Eigenschaften:
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0002
Bei der Verwendung von thorierten Kathoden (2 Gew.% Th02) wurden fol- gende Werte beobachtet:
Figure imgf000008_0001
Die Verbesserung des Lichtstromverhaltens von reinen Xenonbogenlampen durch den Zusatz eines zweiten Oxids in Form von Zr02 und /oder Hf02 bei der Verwendung von La2θ3-dotierten Kathoden konnte ebenfalls nachgewie- sen werden. Der Oxidzusatz vermindert auch hier den starken Austritt von Dotiersubstanz, der zu einer raschen Kolbenbelagsbildung führt.
Kathoden aus thoriumfreiem Material weisen aufgrund ihrer Eigenschaften - insbesondere bei Verwendung von Mischoxiden- einen größeren Bogenan- satz auf. Der optimale Rückbrand solcher Kathoden lässt sich sicherstellen, wenn die Plateaugröße der Kathode entsprechend angepasst wird. Bei einer nicht angepassten Plateaugröße würde entweder der Bogen an einer Plateaukante ansetzen (im Fall eines zu großen Plateaus) bzw. weit über den Rand des Plateaus hinausgreifen (Plateau zu klein). In beiden Fällen wäre bei nicht-optimierter Plateaugröße eine Elektrodenschädigung und damit ver- bunden ein erhöhter Rückbrand feststellbar. Da das Plateau sowohl eben als auch gekrümmt ausgebildet sein kann, lässt sich die optimale Plateaugröße technisch am besten durch die Angabe der Stromdichte in der Kathode in einer Entfernung von 0,5 mm hinter der Kathodenspitze festlegen. Untersuchungen bei Kathoden, die mit La203 sowie mit Zr02 und/oder Hf02 dotiert waren, zeigten, dass der Kathodenrückbrand bei diesem Kathodenmaterial dann möglichst gering gehalten werden kann, wenn die Kathoden eine solche Gestalt besitzen, dass die Stromdichte J in der Kathode, d.h. der Quotient aus Lampenstrom J in A und effektiver Fläche S in einem Abstand von 0,5 mm von der Kathodenspitze zum hinteren Ende der Kathode nicht klei- ner als 5 und nicht größer als 150 A/mm2 bei einer Quecksilber/Edelgas- Füllung und nicht kleiner als 25 und nicht größer als 200 A/mm2 bei einer reinen Edelgas-Füllung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Quecksilber-Kurzbogen-Hochdruckentla- dungslampe, im Schnitt
Figur 2 einen Detailausschnitt der Kathode der Quecksilber-Kurzbogen- Hochdruckentladungslampe gemäß Figur 1
Figur 3 eine erfindungsgemäße Xenon-Kurzbogen-Hochdruckentladungs- lampe, teilweise im Schnitt
Figur 4 die Elektrodenanordnung der Xenon-Kurzbogen-Hochdruckentla- dungslampe gemäß Figur 3, in vergrößerter Darstellung
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
Figur 1 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Quecksilber-Kurzbogen- Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Leistung von 1,75 kW. Sie hat einen Kolben 2 aus Quarzglas, der elliptisch geformt ist. Daran schließen sich an zwei gegenüberliegenden Seiten zwei Enden 3 an, die als Kolbenhälse 4 ausgeführt sind und die jeweils Halteteile 8 beinhalten. Die Hälse besitzen einen vorderen konischen Teil 4a, der ein Stützröllchen 5 aus Quarzglas als we- sentliche Komponente des Halteteils enthält, und einen hinteren zylindrischen Teil 4b, der die abdichtende Einschmelzung bildet. Der vordere Teil 4a weist einen Einzug 6 von 5 mm Länge auf. Daran schließt sich jeweils ein Stützröllchen 5 mit zentraler Bohrung an, das konisch geformt ist. Sein Innendurchmesser ist 7 mm, sein Außendurchmesser am vorderen Ende ist 11 mm, der Außendurchmesser am hinteren Ende ist 15 mm. Die Wandstärke des Kolbens 2 in diesem Bereich ist etwa 4 mm. Die axiale Länge des Stützröllchens ist 17 mm.
In der Bohrung des ersten Stützröllchens ist ein Schaft 10 einer Kathode 7 mit einem Außendurchmesser von 6 mm axial geführt, der bis in das Entladungsvolumen reicht, und dort ein integrales Kopfteil 25 trägt. Der Schaft 10 ist über das Stützröllchen 5 hinaus nach hinten verlängert und endet an ei- nem Teller 12, an den sich die abdichtende Einschmelzung in Form eines zylindrischen Quarzblocks 13 anschließt. Dahinter folgt ein zweiter Teller 14, der mittig eine Außenstromzuführung in Form eines Molybdänstabs 15 hält. An der Außenfläche des Quarzblocks 13 sind vier Folien 16 aus Molybdän in an sich bekannter Weise entlanggeführt und an der Wand des Kolbenhalses gasdicht eingeschmolzen.
In ähnlicher Weise ist die Anode 26, bestehend aus separatem Kopfteil 18 und Schaft 19, in der Bohrung des zweiten Stützröllchens 5 gehaltert.
In Figur 2 ist die Kathode 7 und das Halteteil 8 im Detail gezeigt. Die Kathode 7 setzt sich aus einem kreiszylindrischen Schaft 10 von 36 mm Länge und einem Kopf 25 von 20 mm Länge zusammen, wobei der Kopf 25 wie der Schaft einen Außendurchmesser von 6 mm aufweist. Das der Anode zugewandte Ende des Kopfes 25 ist als Spitze 11 mit einem Spitzenwinkel ß von 60° ausgebildet und besitzt ein plateauförmiges Ende 27 mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Das Halteteil besteht aus Stützröllchen 5 und mehreren Folien in dessen Bohrung.
Zur mechanischen Trennung von Stützröllchen und Schaft ist eine Folie 24 mehrmals (zwei bis vier Lagen) um den Schaft herumgewickelt. Ein Paar schmaler Folien 23, die einander auf der gewickelten Folie 24 gegenüberlie- gen, dient der Fixierung des Stützröllchens. Zu diesem Zwecke stehen sie entladungsseitig über das Stützröllchen über und sind nach außen umgebogen. Das Material der Spitze 11 der Kathode 7 weist neben Wolfram eine Dotierung von 2,0 Gew.% La203 sowie 0,5 Gew.% Zr02 auf. Die erfindungsgemäße Quecksilber-Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe besitzt ein Entladungsgefäß mit einem Volumen von 134 cm3, das mit 603 mg Quecksilber sowie Xenon mit einem Kaltfülldruck von 800 mbar gefüllt ist.
Der Betriebsstrom der Lampe mit einem Elektrodenabstand von 4,5 mm liegt bei 60 A. Die Stromdichte J in der Kathode in einem Abstand von 0,5 mm von der Plateauspitze beträgt bei Betrieb der Lampe 66 A/mm2.
In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Kurzbogen-Hochdruckentladungs- lampe 28 mit einer reinen Xe-Füllung dargestellt. Die Lampe 28 mit einer Leistungsaufnahme von 3 kW besteht aus einem rotationssymmetrischen Lampenkolben 29 aus Quarzglas an dessen beiden Enden je ein Lampen- hals 30, 31 ebenfalls aus Quarzglas angesetzt ist. In den einen Hals 30 ist ein Elektrodenstab 32 einer Kathode 33 gasdicht eingeschmolzen, dessen inneres Ende einen Kathodenkopf 34 trägt. In den anderen Lampenhals 31 ist ebenfalls ein Elektrodenstab 35 einer Anode 36 gasdicht eingeschmolzen, an dessen innerem Ende ein Anodenkopf 37 befestigt ist. An den äußeren Enden der Lampenhälse 30, 31 sind Sockelsystem 38, 39 zur Halterung und zur e- lektrischen Kontaktierung angebracht.
Wie aus der Figur 4 ersichtlich setzt sich der Kathodenkopf 34 aus einem dem Anodenkopf 37 zugewandten kegelförmigen Endabschnitt 34a und einem dem Elektrodenstab 32 zugewandten Endabschnitt 34b mit einem kreis- zylindrischen und kegelstumpfförmigen Teilabschnitt zusammen, wobei sich zwischen diesen beiden Abschnitten 34a, 34b ein, als Wärmestaunut bezeichneter, ebenfalls kreiszylindrischer Abschnitt 34c von kleinerem Durchmesser befindet. Die Spitze des dem Anodenkopf 37 zugewandten kegelför- migen Endabschnitts 34a des Kathodenkopfs 34 mit einem Kegelwinkel α von 40° ist als Halbkugel mit einem Radius R von 0,6 mm ausgebildet. Der Lampenstrom beträgt hierbei 100 A und die daraus resultierende Stromdichte an der Referenzfläche 0,5 mm hinter der Kathodenspitze 88A/mm2.
Der Anodenkopf 37 besteht aus einem kreiszylindrischen Mittelabschnitt 37a mit einem Durchmesser D von 22 mm und zwei kegelstumpfförmigen Endabschnitten 37b, 37c die dem Kathodenkopf 34 bzw. dem Elektrodenstab 35 zugewandt sind. Der dem Kathodenkopf 34 zugewandte kegelstumpfför- mige Endabschnitt 37c besitzt ein Plateau AP mit einem Durchmesser von 6 mm. Alle Abschnitte der beiden Elektroden 33, 36 bestehen aus Wolfram. Zusätzlich weist der kegelförmige Endabschnitt 34a des Kathodenkopfes 34 eine Dosierung von 2,0 Gew.% La203 sowie 0,5 Gew.% Hf02 auf.
Die beiden Elektroden 33, 36 sind in der Achse des Lampenkolbens 29 so gegenüberstehend angebracht, dass sich im Heißzustand der Lampe ein Elekt- rodenabstand bzw. eine Bogenlänge von 3,5 mm ergibt.

Claims

Patentansprüche
1. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1, 28) für den Gleichstrombetrieb mit einem Entladungsgefäß (2, 29), das zwei diametral gegenüberliegend angebrachte Hälse (4; 30, 31) aufweist, in die eine Anode (26, 36) und eine Kathode (7, 33) jeweils aus Wolfram gasdicht eingeschmolzen sind und das eine Füllung aus zumindest einem Edelgas und eventuell
Quecksilber enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Material der Kathodenspitze (11, 34a) zusätzlich zum Wolfram Lanthanoxid La203 und mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe Hafniumoxid Hf02 und Zirkonoxid Zr02 enthält.
2. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenmaterial der gesamten Kathode (7, 34) La203 und mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe Hf02 und Zr02 enthält.
3. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der La2θ3-Gehalt des Kathodenmaterials 1,0 bis 3,5
Gew.% beträgt.
4. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der La203-Gehalt des Kathodenmaterials 1,5 bis 3,0 Gew.% beträgt.
5. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche molare Menge Zirkoniumoxid Zr02 und Hafniumoxid Hf02 die des La203 am Kathodenmaterial nicht überschreitet.
6. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche molare Menge Zirkoniumoxid Zr02 und Hafniumoxid Hf02 mindestens 2 % der molaren Menge des La203 beträgt.
7. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenabstand zwischen Anode (26) und Ka- thode (7) im Entladungsgefäß (2) kleiner gleich 8 mm ist.
8. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenabstand zwischen Anode (36) und Kathode (33) im Entladungsgefäß (29) kleiner gleich 15 mm ist.
9. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Lampenstrom bei Betrieb der Lampe (1, 28) größer als 20 A ist.
10. Kurzbogen-Hochruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (7) eine solche Gestalt besitzt, dass bei Betrieb der Lampe die Stromdichte J, d. h. der Quotient aus Lampen- ström in A und effektiver Kathodenfläche in mm2 für eine Fläche, die sich aus einem Schnitt der Kathode senkrecht zur Lampenachse in 0,5 mm Abstand von der Spitze der Kathode ergibt, folgende Gleichung erfüllt:
5 ≤ J ≥ 150 bei Quecksilber/ Edelgas-Füllung
25 ≤ J ≥ 200 bei reiner Edelgas-Füllung
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