專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，包括一個(gè)石英玻璃燈管，以氣密的方式密封，它的內(nèi)壁環(huán)繞構(gòu)成一個(gè)放電空間；一種在放電空間內(nèi)的填充物，含有汞和金屬鹵化物；一個(gè)陽極和一個(gè)陰極，裝配在放電空間內(nèi)，它們構(gòu)成了一個(gè)放電路徑，并且在空間上被一個(gè)電極間距D隔開，陽極與陰極分別與電流饋入裝置相連，電流饋入裝置從所述放電空間經(jīng)過燈管的內(nèi)壁一直延伸到外部，所述陽極具有一個(gè)端表面S為鈍圓形的頂端；一個(gè)穿過燈的放電路徑的燈電流I，燈電流I被定義為I=PV]]>其中，P是以瓦特為單位的額定功率，V是以伏特為單位的燈電壓；一個(gè)功率間距比PGR，它被定義為PGR=PD]]>其中，P是以瓦特為單位的燈的額定功率，D是以毫米為單位的電極間距D。
這種燈可由EP-A-0714118獲知。所述的這種已知的燈，其放電空間的填充物添加有適量的密度為50mg/cm3的汞。它的平均功率是250W，平均電壓約為66V。這種燈在穩(wěn)態(tài)工作期間的燈電流約為3.8安培，燈的陽極有一個(gè)直徑為0.5mm的頂端，因而 之比為0.051mm2/A。這種已知的燈是一種直流燈，供投影使用，如液晶投影儀。在這種應(yīng)用中，石英玻璃是一種具有SiO2重量比至少占95％的玻璃，由它制成的燈管被安裝在一個(gè)導(dǎo)光的光學(xué)單元/系統(tǒng)上，如同一個(gè)反射器上存在的一個(gè)焦點(diǎn)。用于投影使用的高壓放電燈的最主要的要求是有一個(gè)高的發(fā)光率。這可以通過在具有一個(gè)短的放電路徑的燈內(nèi)聚集一個(gè)大的輸入功率來獲得，這也就意味著PGR值相當(dāng)?shù)拇?。我們可以這樣來理解，這好比是將放電路徑的一個(gè)重要部分放在反射器的焦點(diǎn)上或至少放在與反射器的焦點(diǎn)相鄰的位置。用于投影使用的高壓放電燈的其它要求是要有高的屏照度、一套好的系統(tǒng)維護(hù)、一條穩(wěn)定的放電通路以及使用壽命內(nèi)燈頭保持明亮，也就是說，黑化和內(nèi)壁腐蝕應(yīng)減小到一個(gè)可以接受的水平。所述的已知的燈存在著電極間距在2.5-3mm之間以及功率在125-250W范圍內(nèi)的缺點(diǎn)，這表明它的PGR值范圍僅僅為40-80W/mm。由于放電路徑的重要部分偏離了反射器的焦點(diǎn)，因此，3mm這樣一個(gè)相對(duì)寬的電極間距，使這種已知的燈相對(duì)地不適用于高光學(xué)要求的照明系統(tǒng)中。但是為了克服電極間距寬的缺點(diǎn)，僅僅減小電極間距會(huì)導(dǎo)致新的問題，例如將增大陽極的腐蝕和/或放電通路的不穩(wěn)定性，從而面臨燈過早失效的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種如開始段落所述類型的高壓放電燈，這種燈不存在上面所提到的缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即開篇所述類型的高壓放電燈，其特征在于以平方毫米為單位的端表面的面積S與以安培為單位的燈電流I滿足關(guān)系式0.09≤SI≤0.16]]>，當(dāng)3.5≤I≤8.0A；填充物包含適量的密度介于65-125mg/cm3之間的汞；電極間距在1-2mm之間；以及PGR值至少為120W/mm。
實(shí)驗(yàn)證明了權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的燈滿足了本發(fā)明的目的，權(quán)利要求書被視為所有互相關(guān)聯(lián)的特征的總和。例如，S/I之比要是比給定的范圍值小，如減小陽極端表面積S或是增大燈電流I，將導(dǎo)致陽極端表面具有過高的溫度，見表1所示。
表1
陽極的這個(gè)溫度被看作是相當(dāng)高的，這是由于該溫度將使陽極端表面的腐蝕作用增大。從腐蝕的陽極釋放出的物質(zhì)將附著在燈管的管壁上，引起燈管的黑化。之后，不僅燈的燈效率要減弱，而且燈壽命縮短的危險(xiǎn)也會(huì)增大。如果S/I之比大于所給的范圍值，就會(huì)增大放電通路不穩(wěn)定的危險(xiǎn)。放電通路的不穩(wěn)定性表現(xiàn)為光的閃動(dòng)，這對(duì)肉眼是不舒適的。閃動(dòng)意味著放電路徑的觸點(diǎn)在陽極端表面漂動(dòng)，因而放電路徑的位置將不斷改變。當(dāng)燈被安裝在一個(gè)有固定焦點(diǎn)的反射器上時(shí)，至少有一些時(shí)間放電路徑將在反射器的焦點(diǎn)之外，從而導(dǎo)致光損耗的危險(xiǎn)增大。如果在所述已知的燈的基礎(chǔ)上僅僅是加寬了電極間距(缺口)，放電通路的不穩(wěn)定性和由此產(chǎn)生的閃動(dòng)仍都有可能存在。放電通路不穩(wěn)定性的危險(xiǎn)不再增加的條件是同時(shí)增加每單位體積的汞量，也就是說增加工作氣壓，和減小電極間距并以根據(jù)燈電流I為前提給出的關(guān)系式調(diào)節(jié)陽極端表面積S。
為了能夠使燈有很強(qiáng)的亮度，需要燈的發(fā)光率要有相當(dāng)高的值。根據(jù) 是PGR值，放電通路的中心發(fā)光率L正比于燈功率P，反比于電極間距D。本發(fā)明中燈的標(biāo)準(zhǔn)的平均損耗功率和平均電壓一般分別是200-400W和50-60V。結(jié)合1-2mm的電極間距，PGR值至少可達(dá)到120W/mm，甚至達(dá)到200W/mm。正因?yàn)橛辛诉@樣高的PGR值，我們就可以得到所需的比較高的發(fā)光率L的值。
本發(fā)明的高壓放電燈的一個(gè)具體實(shí)施例的特征是填充物中包含了一種含鹵元素的發(fā)射體，如一種氣態(tài)發(fā)射體。這種鹵素選自氯、溴和碘所構(gòu)成的組。產(chǎn)生最佳效果的發(fā)射體是堿性的溴化物，在某一輕微的程度上說是鑭系元素的溴化物。發(fā)射體降低了溫度，滿足了陰極傳遞電子的需要。沒有發(fā)射體，4-6安培的燈電流需要鎢陰極溫度達(dá)到3000-3600K，而發(fā)射體存在的情況下，如DyBr3，鎢陰極溫度為2200-2800K時(shí)就足以達(dá)到相同的燈電流了。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一個(gè)高壓放電燈的優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，填充物包含了InBr和SnBr2。由于以往的燈的填充物中含有稀土金屬元素或是稀土金屬元素的鹵化物，它的石英玻璃管壁容易受到腐蝕，這種腐蝕作用增大了燈過早失效的危險(xiǎn)。不再使用或減少使用稀土材料的數(shù)量，并替代為使用InBr和SnBr2作為放電填充物的主要組成成份，減小了石英玻璃管壁腐蝕的危險(xiǎn)。使用LiBr、NaBr和KBr這些發(fā)射體代替DyBr3，雖然陰極溫度略有增加，但會(huì)使石英玻璃管壁的腐蝕進(jìn)一步得到降低。如果用NaBr或是LiBr代替DyBr3，由于Na或Li發(fā)射出一種較強(qiáng)的黃/紅光，燈的色溫會(huì)降低。表2指出了不同的發(fā)射體在燈的初始狀態(tài)時(shí)的特征參數(shù)。表2 在填充物中含有一種氣態(tài)發(fā)射體的所有燈中，電極間距增大得相對(duì)緩慢，放電保持相對(duì)平穩(wěn)。另一方面，沒有氣態(tài)發(fā)射體的燈陰極會(huì)受到明顯的腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致電極間距快速地增加。由于氣態(tài)發(fā)射體和含有SnBr2和InBr的填充物的混合，燈管保持了明亮。同時(shí)，由于燈管的填充物中含有一種氣態(tài)發(fā)射體，因而獲得了一套相當(dāng)好的系統(tǒng)維護(hù)。
如表2所示，用NaBr作為氣態(tài)發(fā)射體的燈的每瓦特的流明值相對(duì)較高。這是因?yàn)殁c的發(fā)射波長(zhǎng)約為590nm。但是，由于這種發(fā)射波長(zhǎng)介于紅光和綠光之間，它不能用于基于紅-綠-藍(lán)光系統(tǒng)的數(shù)據(jù)/圖像投影燈。有NaBr的燈的系統(tǒng)功效表面上看起來與有一種不同的氣態(tài)發(fā)射體的燈的系統(tǒng)功效相同，但是，由于系統(tǒng)功效值在很大程度上依賴于光學(xué)系統(tǒng)類型的選擇，因而用數(shù)量表示的系統(tǒng)功效值是隨機(jī)的。
我們很驚奇地發(fā)現(xiàn)，與使用氣態(tài)發(fā)射體如NaBr或LiBr的燈相比，使用KBr作為氣態(tài)發(fā)射體的燈管，它的石英玻璃管壁的腐蝕有更加顯著的減小。進(jìn)一步的研究表明，如果電流饋入裝置包括一個(gè)由鉬構(gòu)成的金屬箔，在燈內(nèi)這個(gè)金屬箔尤其容易被腐蝕。同樣，用KBr作為氣態(tài)發(fā)射體的燈明顯降低了電流饋入裝置的損壞。具體地說，這種由鉬構(gòu)成的金屬箔腐蝕的減小是與用LiBr或NaBr作為氣態(tài)發(fā)射體的燈比較后觀察到的。我們還發(fā)現(xiàn)含有LiBr、SnBr2、Li/Na/K的鹵化物和汞的填充物對(duì)鎢沒有腐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的高壓放電燈的另一個(gè)具體實(shí)施例，其特征在于，陽極和陰極都有一個(gè)基本上是由純鎢制成的頂端。實(shí)驗(yàn)表明使用基本上純的鎢，如稱作“ZG鎢”的這種沒有摻雜物的鎢，會(huì)使石英玻璃管壁的腐蝕率相對(duì)較低。使用摻有Al-K-Si的“WD鎢”或是摻有釷的鎢材料會(huì)加大石英玻璃管壁腐蝕率相對(duì)偏高的危險(xiǎn)，表現(xiàn)出來就是石英玻璃管壁上的白濁。盡管由于摻雜釷的鎢材料的優(yōu)點(diǎn)是可以提供給陽極一個(gè)較低的電子功函數(shù)，從而降低了陽極的溫度，但在其石英玻璃管壁上也可以觀察到白濁。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的高壓放電燈的一個(gè)具體實(shí)施例，其特征在于，燈被固定在一個(gè)燈帽上，電流饋入裝置分別被固定在燈帽的觸點(diǎn)上。燈帽上有一些裝置，如突起物，當(dāng)燈帽與具有接收手段的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合使用，例如反射器，可以以對(duì)抵的方式接收到上述的突起物。用這些方法可以將放電路徑安排在預(yù)先確定的位置上，而不需要根據(jù)系統(tǒng)調(diào)整燈的位置。
由EP910111公開了一種適用于小型投影裝置的小型直流放電燈，例如適用于燈的發(fā)光率值為1.5英寸的投影裝置。這種小型放電燈的放電路徑為0.8-1.5mm，平均消耗功率范圍是40-60W，從而得到PGR值在40-75W/mm之間。因此，這種燈的缺點(diǎn)是屏照度和發(fā)光率L都相當(dāng)?shù)?，這使得它不適用于大型的投影裝置中。但如果增大燈的功率或是減小電極間距將會(huì)導(dǎo)致電弧接觸不穩(wěn)定和/或增大陰極的腐蝕，從而減少系統(tǒng)壽命。
本發(fā)明的高壓放電燈的具體實(shí)施例如圖所示，其中

圖1是燈的立面圖；圖2是帶有燈帽的燈的立面圖。
圖1中的高壓放電燈包括一個(gè)以氣密的方式密封的石英玻璃燈管1和一個(gè)環(huán)繞在放電空間3四周的內(nèi)壁2。一個(gè)陽極4和一個(gè)陰極5被裝配在放電空間3內(nèi)，它們定義了一個(gè)放電路徑6，陽極和陰極在空間上被一個(gè)電極間距D隔開，并且與電流饋入裝置7、8相連。電流饋入裝置7、8從放電空間3通過燈管1的內(nèi)壁2一直延伸到外部。陽極4有一個(gè)頂端9，頂端9的端表面S不鋒利。陰極5也有一個(gè)頂端9’，頂端9和9’都是由“ZG鎢”制成的。放電空間的體積為0.38cm3。燈的填充物包括80毫巴的氬、29毫克的汞、0.05毫克的InBr、0.23毫克的SnBr2和0.05毫克作為氣態(tài)發(fā)射體的NaBr。電極間距D在燈的初始狀態(tài)時(shí)為1.5mm。燈的額定功率在50V時(shí)為250W。燈在穩(wěn)態(tài)工作期間的燈電流約為5A，端表面S的表面積為0.65mm2，從而S/I之比為0.13mm2/A。燈的色溫約為5000K，燈效率約為651m/W。計(jì)算求出的功率間距比，也就是燈的PGR值約為165W/mm。
在圖2的實(shí)施例中，圖1中的燈管1被安裝在一個(gè)燈帽10上，燈帽10通過11與電流饋入裝置7、8分別連接起來。燈帽10上有突出物12，突出物正對(duì)著放電空間3。這個(gè)實(shí)施例中的燈非常適用于帶有一個(gè)圓形球面的光學(xué)系統(tǒng)以對(duì)抵的方式接收上述的突出物，這樣做的目的是將光學(xué)系統(tǒng)中的放電路徑安排在一個(gè)預(yù)先確定的位置上，而不需要根據(jù)系統(tǒng)調(diào)整燈的位置。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，包括一個(gè)石英玻璃燈管(1)，以氣密的方式密封，和一個(gè)環(huán)繞放電空間(3)的內(nèi)壁(2)；置于放電空間(3)內(nèi)的一種填充物，含有汞和金屬鹵化物；裝配在放電空間(3)內(nèi)的一個(gè)陽極(4)和一個(gè)陰極(5)，它們定義了一個(gè)放電路徑(6)，所述的陽極和陰極在空間上被一個(gè)電極間距D隔開，并且分別與電流饋入裝置(7、8)相連，電流饋入裝置(7、8)從放電空間(3)經(jīng)過燈管(1)的內(nèi)壁(2)一直延伸到外部，所述的陽極有一個(gè)端表面S為鈍圓形的頂端(9)；一個(gè)穿過燈的放電路徑(6)的燈電流I，燈電流I被定義為I=PV]]>其中，P是以瓦特為單位的燈的額定功率，V是以伏特為單位的燈電壓；一個(gè)功率間距比PGR，它被定義為PGR=PD]]>其中，P是以瓦特為單位的燈的額定功率，D是以毫米為單位的電極間距D，其特征在于所述的以平方毫米為單位的端表面積S與以安培為單位的燈電流I滿足如下的關(guān)系式0.09≤SI≤0.16]]>，其中3.5≤I≤8.0A；所述的填充物包含有適量的密度介于65-125mg/cm3之間的汞；所述的電極間距在1-2mm之間；所述的PGR值至少為120W/mm。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，所述的填充物包含一種含鹵元素的發(fā)射體。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓放電燈，其特征在于，所述的氣態(tài)發(fā)射體選自堿性鹵化物和鑭系元素鹵化物所構(gòu)成的組，最好是KBr，在發(fā)射體中鹵化物選自由氯、溴、碘所構(gòu)成的組。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的高壓放電燈，其特征在于，所述的填充物含有InBr和SnBr2。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的高壓放電燈，其特征在于，所述的陽極(4)和陰極(5)都各有一個(gè)頂端(9，9’)，而且頂端(9，9’)基本上是由純鎢制成的。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的高壓放電燈，其特征在于，所述的高壓放電燈被固定在燈帽(10)上，電流饋入裝置(7，8)分別被固定在所述的燈帽的觸點(diǎn)(11)上。
全文摘要
本高壓放電燈包括一個(gè)燈管(1),燈管(1)內(nèi)裝配了一個(gè)陽極(4)和一個(gè)陰極(5),陽極(4)和陰極(5)在空間上被一個(gè)1－2mm的電極間距D隔開,陽極(4)的頂端(9)具有一個(gè)鈍圓形的端表面S。以平方毫米為單位的端表面S的面積和以安培為單位的燈電流I滿足關(guān)系:0.09≤S/I≤0.16,當(dāng)3.5≤I≤8.0A?？呻婋x的含金屬鹵化物的填充物包括適量的密度介于65—125mg/cm
文檔編號(hào)H01J61/073GK1337061SQ00802647
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者W·施拉格, G·納圖爾, X·里德雷 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司