專利名稱：將法拉第罩施加到微波光源的諧振器上的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于微波供能的燈的光源。
背景技術：
為了產生光而在容器中激發(fā)放電是公知的。典型的例子為鈉放電燈和熒光管燈。后者使用產生紫外輻射的汞蒸氣。然后紫外線激發(fā)熒光粉以產生光。在電カ消耗方面，對于每瓦產生的光流明，這種燈比鎢絲燈的效率高。但是，其具有的缺點是容器內需要電極。這些電極承載放電所需的電流，因此會退化并最終失效。申請人:已研發(fā)了ー種無電極燈泡的燈，如申請人的關于燈的專利申請No. PCT/GB2006/002018 (申請人的“ '2018燈”)、關于燈的燈泡的專利申請No. PCT/GB2005/005080、以及關于用于微波供能燈的匹配電路的專利申請No. PCT/GB2007/001935中所示的那樣。這些申請均涉及無電極工作的燈，通過使用微波能量在燈泡中激勵發(fā)光等離子體。更早的建議包括使用空氣波將微波能量耦合到燈泡中，例如由Fusion Lighting公司在他們的美國專利No. 5，334，913中所制成的。如果使用空氣波波導，那么燈的體積會很龐大，因為波導的物理尺寸是空氣中的微波的波長的一部分。對于例如街道照明來說這是沒有問題的，但是這種類型的照明對很多應用都是不合適的。為此，申請人的’2018燈使用介質波導，其能夠在2. 4Ghz的工作頻率下充分降低波長。這種燈適于用在家用電器中，諸如背投電視機。在申請人的國際申請No PCT/GB2008/003829、現(xiàn)在以No. W02009/063205公開的
專利申請中，描述了ー種由微波能量供能的光源，該光源具有·固態(tài)等離子體坩堝，其材料是透明或半透明的，用于使光從中離開，該等離子體坩堝具有在該等離子體坩堝中的密封中空(void)，·圍繞該等離子體坩堝的法拉第罩，該罩至少部分透光，用于使光從該等離子體坩堝離開，同時該法拉第罩是微波封閉的，·在所述中空中的可由微波能量激發(fā)的材料的填充物，用于在其中形成發(fā)光等離 子體，和 布置在等離子體坩堝中的天線，用于將誘導等離子體的微波能量傳輸?shù)教畛湮铮撎炀€具有·延伸到等離子體坩堝外部的連接部，用于耦合至微波能量源；該布置使得來自該中空中的等離子體的光能夠傳播通過該等離子體坩堝并且經由該罩從等離子體坩堝中輻射出去。在上述申請以及本說明書中所使用的“透明”是指該術語描述為透明的材料是透明的或者半透明的；“等離子體坩堝”是指包封等離子體的封閉體，當中空中的填充物由來自天線的微波能量激發(fā)時，該等離子體位于中空中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的將法拉第罩施加到透明坩堝或其他由微波能量供能的光源的諧振器的方法。根據(jù)本發(fā)明提供一種將法拉第罩施加到透明諧振器的方法，該諧振器包括含有微波可激發(fā)材料的中空，且適于微波在該諧振器中以及該法拉第罩中諧振，從而在該中空中產生發(fā)光等離子體，該方法包括以下步驟·在所述透明諧振器上沉積導體材料； ·在導體材料上施加、圖案化并顯影光致抗蝕劑材料，以在不需要導體材料的地方暴露導體材料；·移除不需要導體材料處的導體材料，并從所需導體材料處移除光致抗蝕劑材料，留下導體材料的交叉網(wǎng)狀物以提供法拉第罩；以及·在導體材料的所述罩上沉積保護材料的層。通常，所沉積的導體材料的厚度至少是被用于激發(fā)透明諧振器的微波的趨膚深度(skin depth)的至少兩倍,優(yōu)選大于所述趨膚深度的三倍。
有益地，所述導體材料和保護材料通過濺射或電子束蒸發(fā)被真空沉積。所述導體材料優(yōu)選為高導電材料，諸如銅，所述保護材料優(yōu)選與諧振器的材料相同，通常為石英，即
ニ氧化硅，或也可以為一氧化硅。為了固定所述透明諧振器，留下所述導體材料的ー環(huán)-該導體材料環(huán)是連續(xù)形式或所述交叉網(wǎng)狀物的一部分一沒有被保護材料所覆蓋，該固定環(huán)被軟焊(solder)或硬焊(braze)到暴露的所述導體材料。為了將光從等離子體向前導出，通常在諧振器的背表面上沉積反射材料，從而形成法拉第罩的連續(xù)延長部分。該反射材料可以與交叉網(wǎng)狀物的材料相同，但是優(yōu)選為不同的材料，雖然與其導電地接觸。通常該反射材料為鋁。


為了有助于對本發(fā)明的理解，現(xiàn)在將通過示例和參考如下附圖來描述本發(fā)明的兩個具體實施例，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明的施加有法拉第罩的透明坩堝的透視圖；圖2為坩堝背部角落的局部剖面圖，其示出了固定環(huán)；圖3為罩的局部剖面圖，其示出了濺射到該罩上的保護層；以及圖4為在坩堝的前表面和側壁上濺射過程中所使用的坩堝支架的示意圖。
具體實施例方式首先參考附圖I至附圖3，透明坩堝I由石英制成，為圓形，且直徑為49mm，長度為20mm。其中央具有20mm長并且直徑為6mm的中空2。該直徑可降低至低達3mm。一個長5mm、直徑IOmm的帽3在坩堝的前表面4上將該中空密封。該中空中含有金屬鹵化物和惰性氣體填料。天線孔5從坩堝的背表面6延伸進入并與中央的中空相鄰近。坩堝具有由銅線構成的六邊形網(wǎng)狀物11形成的法拉第罩一該銅線在徑向方向上，寬50微米、厚2微米ー該法拉第罩覆蓋坩堝的環(huán)形表面7。該網(wǎng)狀物延伸到前表面4上并甚至延伸到帽3上。銅裸線12圍繞前表面4和環(huán)形表面7之間的角部邊緣延伸；銅帶13圍繞臨近背表面6的環(huán)形圓柱狀側壁延伸。黃銅固定環(huán)14被銀焊到帶13。背表面被鋁層15覆蓋，該鋁層15與帶13和法拉第罩的其余部分電接觸。鋁的內側是反射層31，用于增強鋁層的反射率。石英材料制成的保護層15覆蓋在銅網(wǎng)狀物11上?，F(xiàn)在描述將法拉第罩施加至充有等離子體的坩堝的過程。應該注意的是，在實踐中，多個坩堝可一起成批處理。為了能夠更加清楚地解釋，下文僅涉及了單個坩堝I.用標準的玻璃清洗法將坩堝清洗干凈，以為金屬沉積做好準備。2.在干凈的爐中將坩堝加熱到450°C，以完全去除表面的任何水蒸氣。3.立即將坩堝裝載于濺射真空腔中，優(yōu)選在坩堝仍然熱的時候放置。為了涂覆坩 堝的背表面，將其固定地安裝并使背表面朝向鋁濺射靶。為了涂覆前表面和環(huán)形圓柱側壁，將其傾斜地安裝到支架20上，諸如如圖4中所示的那樣。圖4中具有固定構件21，該構件具有成45°角的孔22，孔中樞接有各自的支架23。這使得夾頭24能夠通過殘留密封管25而抓緊坩堝。安裝在夾頭上的是錐齒輪26，該錐齒輪26嚙合到安裝在密封地延伸穿過構件21的軸28上的互補齒輪27。軸的旋轉帶動坩堝的旋轉，從而使其前表面和側壁均勻地暴露在下文描述的濺射中。4.在濺射前，首先將13. 56MHz的RF能量施加到保持坩堝的絕緣支架上。這將持續(xù)約十秒，并且會通過濺射掉原子層而清潔坩堝。還會從坩堝表面去除掉外來的微粒物質或水蒸氣。5.使;t甘禍安裝成使其背表面暴露,在;t甘禍的背表面施加400nm-800nm的初級光學多層涂層31，用于形成高反射率。6.操縱并安裝該坩堝并使其以45°角朝向銅濺射電極。施加RF并開始沉積過程。沉積速率約為每分鐘I微米，因此對于三微米的層，沉積將進行3分鐘。銅32沉積在網(wǎng)需要存在的位置，即沉積在前表面和側壁上。使足夠多的33移動到邊緣附近的背表面上，用于電接觸。7.再次操縱坩堝，然后施加RF到鋁濺射電極，并把鋁涂層15施加到背表面，包括銅邊沿33，使鋁涂層與其電接觸。應該注意的是，鋁涂層具有兩個額外的功能(i.)使法拉第罩完整；(ii.)朝坩堝外的前方反射紅外線，以降低向微波源的熱傳輸，其中所述微波源用于激勵坩堝。8.在最終沉積結束后移走坩堝，并施加光致抗蝕劑。坩堝的輸出前表面被旋涂機施加光致抗蝕劑。在中心注入一滴光致抗蝕劑，然后使坩堝高速旋轉。這能夠在表面上形成很薄且均勻的層。不應在邊緣上殘留光致抗蝕劑，且環(huán)形圓柱側壁和背表面仍未被抗蝕劑涂覆。然后將坩堝放置在特殊的支架中，并浸入光致抗蝕劑的容器，剛好浸沒到頂部邊緣，注意不要使光致抗蝕劑溢過頂部到達旋涂法施加的薄層上。這并不難，因為光致抗蝕劑具有較高的表面張力，不容易溢過。一旦坩堝低到進入杯中的位置使得抗蝕劑位于邊緣，那么使其以恒定的速率緩慢移走。移走的速率確定了光致抗蝕劑的厚度?？刮g劑的厚度的均勻性很重要，否則UV激光源可能會使抗蝕劑沒有曝光全部的深度，從而導致缺陷。9.然后在80°C下于黑暗清潔的爐中烘焙覆蓋有光致抗蝕劑的坩堝10分鐘。10.然后使光致抗蝕劑準備好待曝光。激光振鏡(galvanometer)系統(tǒng)被用于在坩堝上寫網(wǎng)狀圖案。坩堝被安裝到旋轉的真空固定裝置上，并通過涂覆鋁的背表面被保持住。然后激光振鏡系統(tǒng)將網(wǎng)狀圖案寫到環(huán)形圓柱側壁上，先寫一部分，然后旋轉ー設定量，再寫下一部分。本發(fā)明中進行六次這樣的旋轉。還可以通過升級該系統(tǒng)而進ー步改進，通過使激光振鏡儀在Z軸上移動，并旋轉Θ角以進行圖案寫入。這會更迅速。當環(huán)形圓柱側壁被寫入?yún)迹愆`個振鏡系統(tǒng)在前表面寫入圖案。側壁和前表面圖案被校準，使得線在邊緣處相遇從而連貫。在側壁和前表面相遇處的周圍畫一條細線，以額外保證側壁到前表面的連續(xù)性。 11. 一旦曝光，光致抗蝕劑被立即在KTFR顯影液中顯影。這進行兩分鐘。未曝光的光致抗蝕劑在高壓去離子水中被洗掉。然后必須立即將坩堝在こ醇中沖洗并由干燥的氮氣吹干。光致抗蝕劑不再對光敏感。12.現(xiàn)在在干凈的爐中于100°C下對光致抗蝕劑烘焙20分鐘。13.烘焙后，光致抗蝕劑被準備好進行刻蝕，所述刻蝕是在沒有光致抗蝕劑的地方刻蝕出圖案。在諸如氯化鐵的常規(guī)銅刻蝕劑中可快速地將銅刻蝕掉。攪動有利于均勻地刻蝕。這個過程將進行約30秒。應該記得，所有這些處理都是批量處理，多個坩堝一起被處理?？涛g后，將坩堝放入流動的去離子水中沖洗。14.然后用干燥的氮氣吹干坩堝，并浸入光致抗蝕劑去除劑中2分鐘。同樣的，攪動是有益的。從去除劑中去掉抗蝕劑后，將坩堝在熱的肥皂水中沖洗然后在去離子水中沖洗。最后，在異丙醇中沖洗并用清潔干燥的氮氣干燥。15.清潔后，在120°C下烘焙坩堝，然后再裝載到濺射腔中。同樣的，反向濺射被用于移除任何殘留的光致抗蝕劑并確保坩堝上沒有水和微粒物質。然后在坩堝上濺射3微米厚的Si02層，覆蓋銅網(wǎng)和鋁背反射層。腔的坩堝支架在背反射層的后方邊緣周圍覆蓋了一個小環(huán)13，留下暴露的一小條銅帯。16.然后安裝環(huán)14被軟焊或硬焊到該暴露的環(huán)上，該安裝環(huán)14被用于安裝并電連接到坩堝。MgF制成的四分之一波抗反射層可被蒸發(fā)到Si02上以獲得額外的2-3%的輸出。
權利要求
1.一種將法拉第罩施加到透明諧振器的方法，該諧振器包括含有微波可激發(fā)材料的中空，且適于微波在該諧振器中以及該法拉第罩中諧振，從而在該中空中產生發(fā)光等離子體，該方法包括以下步驟 在所述透明諧振器上沉積導體材料； 在導體材料上施加、圖案化并顯影光致抗蝕劑材料，以在不需要導體材料的地方暴露導體材料； 移除不需要導體材料處的導體材料，并從所需導體材料處移除光致抗蝕劑材料，留下導體材料的交叉網(wǎng)狀物以提供法拉第罩；以及 在導體材料的所述罩上沉積保護材料的層。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述導體材料被沉積的厚度至少是被用于激發(fā)可激發(fā)材料的微波的趨膚深度的至少兩倍，優(yōu)選大于所述趨膚深度的三倍。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中所述導體材料通過濺射或電子束蒸發(fā)被真空沉積。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中所述保護材料通過濺射或電子束蒸發(fā)被真空沉積。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中所述導體材料為高導電金屬，優(yōu)選為銅。
6.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中所述保護材料與諧振器的材料相同，優(yōu)選為石英，即二氧化硅，或一氧化硅。
7.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中所述保護材料留下一導體材料環(huán)沒覆蓋，該導體材料環(huán)是連續(xù)形式或所述交叉網(wǎng)狀物的一部分，一固定環(huán)被軟焊或硬焊到暴露的導體材料。
8.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中反射材料被沉積到諧振器的背表面上，優(yōu)選形成法拉第罩的連續(xù)延長部分。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中沉積到所述背表面的所述反射材料與交叉網(wǎng)狀物的材料相同。
10.根據(jù)權利要求1-8中任一權利要求所述的方法，其中沉積到所述背表面的所述反射材料是不同的材料，優(yōu)選為鋁。
全文摘要
一種將法拉第罩施加到透明諧振器(1)的方法，該諧振器包括含有微波可激發(fā)材料的中空(2)，且適于微波在該諧振器中以及該法拉第罩中諧振，從而在該中空中產生發(fā)光等離子體，該方法包括以下步驟·在所述透明諧振器上沉積導體材料；·在導體材料上施加、圖案化并顯影光致抗蝕劑材料，以在不需要導體材料的地方暴露導體材料；·移除不需要導體材料處的所述導體材料，并從所需導體材料處移除光致抗蝕劑材料，留下導體材料的交叉網(wǎng)狀物(11)以提供法拉第罩；以及·在導體材料的所述罩上沉積保護材料的層。
文檔編號H01J9/24GK102754183SQ201180009114
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月10日
發(fā)明者A·S·尼特, F·R·鮑瑟歐文 申請人:塞拉維申有限公司