專利名稱：高壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈，其包括石英玻璃燈管，其帶有由壁以氣密方式封閉的空間，所述壁包括相對(duì)地設(shè)置的密封件和內(nèi)表面；以相對(duì)的方式設(shè)置在所述空間內(nèi)的一對(duì)電極，各電極包括尖端和電極棒，各電極與各個(gè)電流導(dǎo)通件相連，電流導(dǎo)通件穿過各密封件而延伸到外部；在密封件之間延伸的壁的外表面，在穩(wěn)定的燈操作期間，所述壁在其外表面處具有至少30W/cm2的壁負(fù)荷；位于空間內(nèi)且包括有稀有氣體以及錫和銦的鹵化物的填充物，所述填充物包括具有至少一個(gè)堿離子和至少一個(gè)鹵根離子的堿鹵化物，所述堿離子從由鉀、銣和銫形成的組中選擇，而所述鹵根離子從由氯、溴和碘形成的組中選擇。
在未公開的專利文獻(xiàn)EP-9920377.5(PHN17.734)中介紹了這種高壓氣體放電燈。燈管由石英玻璃、即帶有至少95％重量的SiO2的玻璃制成。在燈的壁外表面上具有相對(duì)較高、至少為30W/cm2的壁負(fù)荷的情況中，壁的主要部分具有高于1050K的溫度。30W/cm2的壁負(fù)荷發(fā)生于具有較短放電電弧、例如電弧長(zhǎng)度至多為10mm的燈中。為了從具有如此短的放電電弧的燈中得到實(shí)際上有效的光通量，在操作過程中在燈管的空間內(nèi)通常應(yīng)存在相對(duì)較高的壓力，以便得到所需的燈電壓。燈內(nèi)的相對(duì)較高的壓力導(dǎo)致了強(qiáng)烈的對(duì)流，因此在燈管壁中會(huì)局部地出現(xiàn)高溫，通常為超過1325K的溫度。在這么高的溫度下燈管壁發(fā)生腐蝕和/或結(jié)晶化的危險(xiǎn)會(huì)顯著地增大。在所述燈中因?qū)α鲙淼木植考訜崴鸬臒艄鼙诘牧钊藷o法接受的快速腐蝕和/或結(jié)晶化可通過選擇填充成分來減弱。然而，在從封閉空間延伸到壁中的電極棒與相鄰于內(nèi)表面的壁部分相接觸的位置處仍然存在著較高的腐蝕危險(xiǎn)。在已知的高壓氣體放電燈中，這通常會(huì)導(dǎo)致燈管發(fā)生爆炸的較高危險(xiǎn)，因此燈的壽命相對(duì)較低。
在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果至少一個(gè)電極的電極棒在壁的內(nèi)表面區(qū)域處設(shè)有間隔裝置，使得在電極棒周圍以及在電極棒和間隔裝置之間形成毛細(xì)開口，那么就可以減小因腐蝕和/或結(jié)晶化所引起的所述燈的燈管爆炸的危險(xiǎn)。在制造燈的密封件時(shí)，通過石英玻璃的暫時(shí)性局部軟化而將電極棒和設(shè)置在其周圍的間隔裝置一起嵌入到燈管壁中。間隔裝置阻礙了軟化的石英玻璃與電極棒相接觸。因此，軟化的石英玻璃將不會(huì)粘附在電極棒上，而是粘附在間隔裝置上。石英玻璃和金屬電極棒的膨脹系數(shù)存在著差異，其系數(shù)分別為約5×10-7K-1和約40-50×10-7K-1。這種膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致了在冷卻時(shí)的收縮存在差異，因此在石英玻璃和金屬電極棒之間的形狀變化中產(chǎn)生了差異。石英玻璃在冷卻時(shí)變得剛硬，并且電極棒比石英玻璃收縮得更多，因此在間隔裝置和電極棒之間形成了所述毛細(xì)開口。石英玻璃和間隔裝置之間相對(duì)較好的粘合以及間隔裝置相對(duì)較低的機(jī)械強(qiáng)度使得間隔裝置可適應(yīng)于石英玻璃的形狀變化。適當(dāng)?shù)拈g隔裝置例如為箔片或卷材，其由從鎢、鉬、鉭、錸及其組合物所形成的組中選擇的材料制成。在電極棒上設(shè)置例如為卷材形式的間隔裝置可使燈管壁在電極棒從壁的密封件延伸到空間內(nèi)的位置處附近具有相對(duì)較低的溫度。電極棒到壁之間的熱傳導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致燈管壁在燈的操作過程中被加熱。毛細(xì)開口減弱了有效、然而可能有潛在危險(xiǎn)的從電極棒到燈管壁的熱傳導(dǎo)。
在燈管壁的內(nèi)部延伸了長(zhǎng)度L的電極棒最好在整個(gè)長(zhǎng)度L上設(shè)有間隔裝置。毛細(xì)開口設(shè)置在電極棒周圍且基本上在整個(gè)長(zhǎng)度L上。這樣，在燈的操作過程中可以進(jìn)一步地減弱電極棒和壁之間的潛在的有害熱傳導(dǎo)，這是因?yàn)樗鰺醾鲗?dǎo)發(fā)生在離燈管內(nèi)表面更遠(yuǎn)的位置處。因此，可以使壁具有較低的溫度。
在高壓氣體放電燈的一個(gè)實(shí)施例中，高壓氣體放電燈為直流(DC)燈，一個(gè)電極為陰極。在填充物中含有鹵化鉀、鹵化銣或鹵化銫的實(shí)驗(yàn)中令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些鹵化物充當(dāng)了氣相發(fā)射體。氣相發(fā)射體降低了在燈的操作過程中用于提供電子的陰極所需的溫度。在沒有發(fā)射體的情況下，對(duì)4到8A的燈電流來說需要3000到3600K的電極溫度。然而在設(shè)置有這種氣相發(fā)射體的情況下，可在低約500K的電極溫度下達(dá)到這種電流。所述鹵化物充當(dāng)氣相發(fā)射體的事實(shí)尤其可為DC燈帶來了能顯著降低陰極腐蝕即所謂的回?zé)膬?yōu)點(diǎn)。由于這種降低的腐蝕，因此在燈壽命中放電電弧在長(zhǎng)度上只會(huì)相對(duì)較緩地增大，這樣，放電電弧在較長(zhǎng)的時(shí)間周期上具有相對(duì)高的穩(wěn)定性。
特別是，壁與陰極的電極棒相鄰，這就使得壁具有因DC燈內(nèi)的石英玻璃的腐蝕或結(jié)晶化而產(chǎn)生強(qiáng)度降低的相對(duì)較高的危險(xiǎn)。在燈的操作過程中，陰極附近的腐蝕是由相對(duì)較高的溫度和相對(duì)較高的雜質(zhì)濃度、即正離子如鋰和鈉而引起的。所述正離子因在燈的操作過程中所存在的電場(chǎng)而被陰極吸引。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于防止電極棒和燈管壁之間發(fā)生直接接觸的間隔裝置在間隔裝置設(shè)置于陰極的電極棒上的DC燈中尤為有效。因此，可以減弱陰極的電極棒附近的壁的過度加熱。如果電極棒加長(zhǎng)到陰極尖端與電極棒穿過壁的內(nèi)表面的位置處的距離至少為Tb的程度，使得所述位置附近的外表面在穩(wěn)定的燈操作期間具有相對(duì)較低的溫度，那么可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的進(jìn)一步改善。這樣可以進(jìn)一步地減少燈的過早破壞。
通過用鎢來制造電極尖端，同時(shí)用錸占至少25％重量且余量為鎢的材料來制造電極棒，即所謂的混合電極，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的進(jìn)一步改善。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣可以減緩燈管壁的腐蝕，因此可以增加燈具有較長(zhǎng)壽命的機(jī)率。此效果尤其發(fā)生在將此方法應(yīng)用于陰極的情況。
在高壓氣體放電燈的一個(gè)有利實(shí)施例中，堿離子為鉀。在燈中使用鹵化鉀尤其可在實(shí)驗(yàn)中得到非常好的效果。填充物含有鹵化鉀的燈在1000小時(shí)的操作后幾乎不會(huì)表現(xiàn)出存在石英玻璃發(fā)生腐蝕和結(jié)晶化的任何痕跡。這些燈的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是能夠非常好地抑制鉬箔的化學(xué)侵蝕，鉬箔是穿過燈管壁并與電極相連的導(dǎo)通結(jié)構(gòu)的部件。
在高壓氣體放電燈的一個(gè)替代實(shí)施例中，高壓氣體放電燈包括反射器，燈管固定在其中。在根據(jù)本發(fā)明的燈用于投影應(yīng)用中時(shí)，這對(duì)在投影屏幕上得到較大流明即屏幕流明來說十分重要。為此，燈管容納在反射器中，以便對(duì)源于放電電弧的光進(jìn)行反射和聚焦。為了得到較大量的屏幕流明，希望在操作過程中放電電弧較小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的外表面上的壁負(fù)荷超過30W/cm2且放電電弧長(zhǎng)度小于3mm的高壓氣體放電燈十分適合于投影應(yīng)用。放電電弧長(zhǎng)度超過10mm的燈通常具有低于30W/cm2的壁負(fù)荷，在這種情況下對(duì)投影應(yīng)用來說可從燈中得到的屏幕流明量太小。同時(shí)，希望放電電弧保持穩(wěn)定，并位于或至少緊密鄰近于反射器的焦點(diǎn)。當(dāng)燈管固定在反射器上時(shí)，可用簡(jiǎn)單的方式來確保放電電弧處于反射器的焦點(diǎn)。這樣，可以得到用于光的有效反射和光束聚集因而得到較大屏幕流明的非常有利的情況。最好，燈管的設(shè)置有陰極的一側(cè)固定在反射器的頸部上。這就能更好地除去在陰極處產(chǎn)生的熱量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣可以減緩燈管壁在陰極側(cè)處的腐蝕，因此可以增加燈具有較長(zhǎng)壽命的可能性。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在專利EP-A2-0605248中已知了在帶有石英玻璃燈管的高壓氣體放電燈中使用稀土元素鹵化物。稀土元素鹵化物可理解為原子數(shù)21，39和57到71的元素的鹵化物。然而稀土元素鹵化物較昂貴，并且容易與石英玻璃燈管發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果，填充物含有稀土元素鹵化物的燈也具有石英玻璃燈管會(huì)發(fā)生快速腐蝕和結(jié)晶化的缺點(diǎn)。
下面將參考示意性附圖來詳細(xì)地討論根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的一個(gè)實(shí)施例，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；知圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈的細(xì)節(jié)。
圖1所示的高壓氣體放電燈1構(gòu)建為DC燈，但它也可構(gòu)建為交流(AC)燈，其包括帶有壁3的石英玻璃燈管2，壁3具有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的密封件46，47和在兩個(gè)密封件46，47之間延伸的約10cm2的外表面15，燈還包括由壁3所封閉的空間4。在空間4內(nèi)設(shè)有兩個(gè)電極，即陽極5a和陰極5b。圖中的電極5a，5b由鎢圈8所包圍。電極5a，5b分別通過導(dǎo)通件6，7和各個(gè)外部導(dǎo)線6b，7b與各外部觸點(diǎn)14a，14b相連，導(dǎo)通件6，7包括以氣密方式嵌入到壁3內(nèi)的鉬箔6a，7a。在空間4內(nèi)設(shè)有填充物，其包括作為稀有氣體的氬、作為緩沖氣體的汞，以及溴化錫、溴化銦和溴化鉀。燈管2設(shè)置在所示高壓氣體放電燈1的下凹橢圓形反射器9中。反射器9具有頸部20和設(shè)有反射層10的反射部分18。燈管2通過粘合劑13在燈管2的設(shè)有陰極5b的一側(cè)16處固定在頸部20上。然而燈管2也可用其它的方式來固定，例如夾緊在其它形狀如拋物線形的反射器中。反射器9是開口的，然而它也可以關(guān)上，例如帶有蓋子。反射器9具有焦點(diǎn)11。所示高壓氣體放電燈1尤其適用于投影燈，并具有400W的額定功率、2mm的較短電極間距D，以及在燈的操作過程中較高的壓力，例如60巴。燈在外表面15處具有40W/cm2的較高壁負(fù)荷。由于較短的電極間距D和較高的壓力，燈在操作過程中具有穩(wěn)定的放電電弧12，此電弧減短了很多并主要位于反射器9的焦點(diǎn)11處或其附近。
圖2顯示了電極5b，其尖端34與電極棒30以長(zhǎng)度L相連，在電極棒30在其穿過壁3的內(nèi)表面36的區(qū)域處被充當(dāng)間隔裝置8的鉬箔所包圍。由于間隔裝置8在整個(gè)長(zhǎng)度L上圍繞在電極棒30周圍，因此在基本上整個(gè)長(zhǎng)度L上在電極棒30和間隔裝置8之間形成了環(huán)形的毛細(xì)開口50。電極5b的尖端34位于空間4內(nèi)，其距內(nèi)表面36上電極棒30穿過壁3的內(nèi)表面36的位置處為8mm的距離Tb。結(jié)果，在穩(wěn)定的燈操作過程中，壁3的外表面15在電極棒30與導(dǎo)通件7相連的區(qū)域處具有小于1050K的溫度。電極5a，5b為所謂的混合電極，各電極棒30由含有26％重量的錸的鎢合金制成，而各電極5a，5b的尖端34由鎢制成(在表1中為W/Re混合物)?；蛘?，電極5a，5b可由鉬、鎢、錸制成，或由鉬、鎢和/或錸所形成的部件組成。
表1
*燈管在設(shè)有陽極的一側(cè)固定在反射器頸部上#燈管在設(shè)有陰極的一側(cè)固定在反射器頸部上表1顯示了與如圖1和/或2所述的根據(jù)本發(fā)明的400W的DC高壓氣體放電燈和基準(zhǔn)燈的過早破壞相關(guān)的一些結(jié)果。為了增強(qiáng)腐蝕及其效果，實(shí)驗(yàn)1和2中的燈在其填充物中加入了溴化鋰作為添加劑。實(shí)驗(yàn)號(hào)為1的燈為基準(zhǔn)燈?；鶞?zhǔn)燈設(shè)有傳統(tǒng)的鎢電極，在基準(zhǔn)燈中未使用間隔裝置。對(duì)于表1中所有的燈來說，壁3在其外表面15處具有約40W/cm2的壁負(fù)荷。比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2到4，結(jié)果表明，通過采用一項(xiàng)或多項(xiàng)根據(jù)本發(fā)明的方法，可以顯著地降低燈發(fā)生過早破壞的危險(xiǎn)。
在實(shí)驗(yàn)3和4中使用了纏繞有作為間隔裝置的鉬箔的陰極。實(shí)驗(yàn)3和4表明，如果燈管在設(shè)有陰極的一側(cè)固定在反射器頸部上，那么發(fā)生過早破壞的危險(xiǎn)比燈管在設(shè)有陽極的一側(cè)固定在反射器頸部上的情況更小。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體放電燈(1)，包括石英玻璃燈管(2)，其帶有由壁(3)以氣密方式封閉的空間(4)，所述壁(3)包括相對(duì)地設(shè)置的密封件(46，47)和內(nèi)表面(36)；以相對(duì)的方式設(shè)置在所述空間(4)內(nèi)的一對(duì)電極(5a，5b)，各所述電極(5a，5b)包括尖端(34)和電極棒(30)，各所述電極(5a，5b)與各個(gè)電流導(dǎo)通件(6，7)相連，所述電流導(dǎo)通件穿過各個(gè)所述密封件(46，47)而延伸到外部；在所述密封件(46，47)之間延伸的所述壁(3)的外表面(15)，在穩(wěn)定的燈操作期間，所述壁(3)在其外表面(15)處具有至少30W/cm2的壁負(fù)荷；位于所述空間(4)內(nèi)且包括有稀有氣體以及錫和銦的鹵化物的填充物，所述填充物包括具有至少一個(gè)堿離子和至少一個(gè)鹵根離子的堿鹵化物，所述堿離子從由鉀、銣和銫形成的組中選擇，而所述鹵根離子從由氯、溴和碘形成的組中選擇，其特征在于，至少一個(gè)所述電極(5a，5b)的電極棒(30)在所述壁(3)的內(nèi)表面(36)區(qū)域處設(shè)有間隔裝置(8)，因此在所述電極棒(30)周圍以及在所述電極棒(30)和間隔裝置(8)之間形成了毛細(xì)開口(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述電極棒(30)在所述燈管壁的內(nèi)部延伸了長(zhǎng)度L，所述電極棒(30)至少在整個(gè)長(zhǎng)度L上設(shè)有所述間隔裝置(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述電極棒(30)具有由充當(dāng)了所述間隔裝置(8)的箔或卷形成的外殼，所述外殼由從鎢、鉬、鉭、錸及其組合物所形成的組中選出的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述高壓氣體放電燈(1)為直流燈，其中所述電極(5a，5b)中的一個(gè)形成了陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述間隔裝置(8)設(shè)置在所述陰極(5b)的電極棒(30)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述電極(5a，5b)的尖端(34)由鎢制成，而所述電極棒(30)由含有至少25％重量的錸且余量為鎢的材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述燈(1)的電極間距D至多為10mm，最好至多為3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述堿離子為鉀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述高壓氣體放電燈(1)包括反射器(9)，其具有所述燈管(2)固定于其中的頸部。
10.根據(jù)權(quán)利要求4和9所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，所述燈管(2)在設(shè)置有所述陰極(5b)的一側(cè)(16)固定在所述反射器(9)的頸部(20)上。
全文摘要
一種高壓氣體放電燈(1)包括燈管(2)，其具有在燈的操作過程中處于至少30W/cm
文檔編號(hào)H01J61/073GK1462468SQ02801546
公開日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月10日
發(fā)明者W·范埃爾克, A·H·F·M·托恩德爾斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司