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，該高壓氣體放電燈包含至少基本上無汞的放電氣體，并且適合于和/或預(yù)定用于投影顯示器，特別是以短弧燈的形式。
傳統(tǒng)的高壓氣體放電燈通常除了包含起動器氣體(例如，惰性氣體)之外，還首先包含一種放電氣體(例如，一種諸如碘化鈉或碘化鈧的金屬鹵化物)，這種放電氣體是實際的發(fā)光材料(光發(fā)生器)，其次還包含一種電壓梯度形成器或緩沖氣體(例如，汞)，這種電壓梯度形成器或緩沖氣體通常必須具有與起動器氣體和光發(fā)生器相比相對較高的蒸汽壓力，并且實質(zhì)上具有提高光效率和燈的燈電壓的作用。
由于在光技術(shù)方面的優(yōu)良特性，這種類型的燈是眾所周知的，并且它們特別應(yīng)用在諸如LCD投影儀的投影顯示器中，而且還越來越多地應(yīng)用在汽車技術(shù)中。然而，對于這些以及其它應(yīng)用，還存在一項環(huán)保要求，即燈不能含有汞。
與缺少汞相關(guān)的問題(清楚地描述在例如US2003/0020409A1中)基本上是這樣一種事實，即，對于相同的燈功率，在連續(xù)運行期間，除非采取措施以某種其它方式實現(xiàn)汞的上述功能，否則會獲得較低的燈電壓以及由此帶來的較高燈電流和較低的光效率。
已經(jīng)采取了大量的努力來解決這個問題。然而，特別是在具有短弧的放電燈(“短弧燈”)的情況下，比如需要點狀光源的投影顯示器和其它應(yīng)用所要求的，由于這些應(yīng)用的特殊要求，這些努力只能大體上導(dǎo)致不令人滿意的結(jié)果。
這些要求基本上首先是為了達(dá)到最優(yōu)的光效率而需要例如至少6000K的放電氣體高溫。為了這個原因，放電燈應(yīng)該盡可能的不包含具有低電離電勢的填充氣體，因為這些氣體即使在低溫下也具有相對較高的電導(dǎo)率。
此外，在這樣一種放電燈中，電子散射的橫截面應(yīng)該盡可能大，這樣，對于給定弧長，可以獲得相對較高的燈電壓。
最后，還必須保證放電燈在發(fā)射光的可見區(qū)內(nèi)具有盡可能最佳的發(fā)射光譜。
通常公知的是采用氙來替代汞。然而，與氙相關(guān)的一個缺點是電子散射的橫截面相對較小，因此燈電壓也相對較低。這意味著，為了獲得特別是投影應(yīng)用所需要的高的燈功率，燈電流就會相應(yīng)地高。
應(yīng)該提及的一個實例是已知的Cermax短弧燈，它具有300W功率、1.5mm弧長、14伏燈電壓以及21安培燈電流。在LCD投影儀中，這樣的一個燈僅產(chǎn)生具有120W功率的UHP燈的大約一半的光功率。通常，基于氙的已知的短弧燈具有低于相當(dāng)UHP燈大約3到5倍的效率。
從US 2003/0209986 A1了解到的是一種具有放電氣體的無汞放電燈，該燈包含用于實現(xiàn)期望光發(fā)射(光發(fā)生器)的第一金屬鹵化物，具有相對較高蒸汽壓力的不發(fā)射任何可見光的第二金屬鹵化物(緩沖氣體)，以及惰性氣體(起動器氣體)。據(jù)說為了能夠在LCD投影儀中使用，該燈也可以設(shè)計成短弧燈。
本發(fā)明的目的是提供一種至少基本上無汞的放電燈，特別是作為一種短弧燈，該放電燈具有與已知的這種類型的燈相比較而言的進(jìn)一步改善的光效率，并且還具有較高的燈電壓。
還準(zhǔn)備提供的是一種至少基本上無汞的放電燈，借助于該燈，可以產(chǎn)生在可見光范圍內(nèi)的發(fā)射光譜，該燈特別適合用在投影顯示器中。
如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的，該目的通過一種特別是具有短弧的高壓氣體放電燈實現(xiàn)，該燈包括具有至少基本上無汞的放電氣體的放電管，該放電氣體包含惰性氣體以及作為電壓梯度形成器和光發(fā)生器的鋅，其中該燈被設(shè)計成，在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，氣相的鋅的壓力是至少約20巴(bar)。
通過采用具有這樣一種高壓的鋅，所述鋅特別是作為電壓梯度形成器是驚人地有效，并且由于它的僅僅相對較低的蒸汽壓力，這種現(xiàn)象是之前所沒有預(yù)料到的。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明有益的實施例。
權(quán)利要求2和3描述了惰性氣體優(yōu)選的壓力和優(yōu)選的類型。
權(quán)利要求4和5描述了為了以相對較低費用獲得上述鋅的壓力的多種可能性。
權(quán)利要求6涉及一種優(yōu)選使用的放電管的壁材料。
權(quán)利要求7和8中要求保護(hù)的實施例具有這樣一種優(yōu)點，即，不會出現(xiàn)氧/鹵化物循環(huán)，因此，由于電極腐蝕充分降低，燈的使用壽命顯著地增加。
權(quán)利要求9涉及一種優(yōu)選的電極和/或放電管的尺寸，這些尺寸可以被用來獲得特別高的燈電壓和燈的效率。
最后，通過權(quán)利要求10要求保護(hù)的實施例，可以以相對簡單的方式獲得發(fā)射光的期望顏色特性。
本發(fā)明將通過參考附圖中顯示的實施例進(jìn)行進(jìn)一步描述，然而，本發(fā)明并不受限制。


圖1顯示了貫穿本發(fā)明(第二)實施例中放電管的橫截面示意圖。
下面描述的放電燈是短弧燈，其中，該弧具有達(dá)到大約4mm的長度，并且優(yōu)選的在大約1mm和大約3mm之間的范圍內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的無汞燈的第一實施例中，存在位于放電管中的放電氣體，該放電氣體包含作為電壓梯度形成器和光發(fā)生器的鋅，所述鋅在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，具有大約30巴的氣相壓力。
還加入到放電氣體中的是惰性氣體，優(yōu)選的是氙，在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下具有例如大約100巴的相對高壓，所述惰性氣體同樣在該壓力下基本上用作電壓梯度形成器。
驚人地發(fā)現(xiàn)，以這種氣體成分和前述的壓力，可以獲得大約20伏的弧電壓以及大約32伏的燈電壓。
這令人吃驚是因為，純氙燈即使在大約100巴氙壓的情況下也僅僅具有大約17伏的燈電壓，其中12伏是由電極處的壓降引起的，因此弧電壓僅大約5伏。這樣，僅僅可以獲得大約30％的效率，使得提供給燈的大約70％的功率沒有流入到放電中，而是用于加熱電極。
以大約30巴的上述鋅壓，燈的效率可以增加到大約63％，因此與上述純氙燈實例相比，燈效率是其兩倍以上。這個值僅比以汞作為電壓梯度形成器的傳統(tǒng)UHP燈獲得的值稍微差些。
放電管內(nèi)壁的負(fù)荷在這種情況下超過2W/mm2，弧功率超過大約50瓦/mm弧長。
盡管已經(jīng)作出努力，通過加入鋅和碘化鋅來提高無汞燈的燈電壓，但是發(fā)現(xiàn)了放電弧的減少，因此以前相信，鋅/碘化鋅壓力的增加到超過大約10巴是沒用的。而且，在低的鋅/碘化鋅壓力下，在大約1.5mm弧長的情況下，僅僅可以獲得很小的燈電壓的增加。
優(yōu)選地，鋅僅以金屬形式引入到放電管中。在已知的含汞UHP燈中，通過加入鹵素(例如以碘化鋅的形式)和氧而產(chǎn)生鎢/氧/鹵化物循環(huán)，并且該循環(huán)據(jù)說增加了放電燈的使用壽命。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種措施在更高鋅壓的情況下是不成功的。因為這個原因，在這里描述的實施例中，沒有添加鹵化物，所以不會出現(xiàn)氧/鹵化物循環(huán)。
出于相同的原因，已經(jīng)證明如果在放電氣體中也不存在氧是有利的。即使通過在生產(chǎn)燈時采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢院艽蟪潭壬洗_保在放電管中不包含氧，但是優(yōu)選地，引入非常少量的金屬來結(jié)合存在于放電管中的氧。作為實例，稀土金屬或者甚至鉭已被證明特別適合該目的。
為了足夠量的鋅蒸發(fā)并且獲得前述的鋅壓，通常需要放電管中最冷點的溫度基本上不低于大約1500K到大約1700K之間的值。
這可以以例如一種已知的方式保證，即，通過以適當(dāng)不對稱的方式成型放電管和/或通過將放電管的尺寸定為盡可能小和/或通過適當(dāng)?shù)囟姌O的尺寸，這樣，至少在放電管中最冷點的溫度以想要的方式增加。
然而，由于傳統(tǒng)的諸如特別是石英玻璃的放電管壁材料在處于增加的溫度時受到侵蝕，并且可能在相對較短時間后變得混濁，因此放電管由藍(lán)寶石或YAG材料制成，這些材料不僅適于耐熱，而且還是光學(xué)透明的，并且不會散射發(fā)射的光或者僅非常輕微地散射。
通過參考圖1中顯示的第二實施例將描述一種進(jìn)一步的措施，該措施可以被附加地應(yīng)用，也可以作為一種替換來應(yīng)用，并且該措施可以被用來獲得上述蒸發(fā)以及壓力上的增加。
圖1顯示了貫穿放電燈的放電管的橫截面示意圖。由于耐熱，諸如藍(lán)寶石或YAG的上述材料又一次被用作放電管1壁的材料。在放電管1的端部，存在用于電極引線4、6(或者連接線)的由玻璃或陶瓷材料(例如，PCA)制成的已知的套管(bushing)2、3，該套管通向設(shè)置在放電管1內(nèi)部的電極5、7，并且還用作固定電極5、7。
該放電管1的一個實質(zhì)特征在于電極5、7的體積和放電腔10的體積之間的比大于在已知放電燈情況下的比。
優(yōu)選地，放電管1具有傳統(tǒng)的尺寸，電極5、7具有與它們在已知放電燈中的體積相比較而言較大的體積。
鑒于在已知的AC UHP燈中，電極占用了例如大約10％的放電腔體積，在已知的DC UHP燈中它們占用了大約達(dá)到15％的放電腔體積，因此，在根據(jù)本發(fā)明的放電管1中，在AC燈的情況下，電極5、7具有超過大約20％的放電腔10體積，在DC燈的情況下，電極5、7超過大約25％的放電腔10體積。
如圖1所示，在這種情況下，電極5、7優(yōu)選地配置成具有相對較大的直徑(也就是說，在垂直于放電管軸向的方向上)，但是，與此同時，相對的電極頭的形狀和間隔基本上保留為已知的方式。在該連接中，電極引線4、6相對較大的直徑也是有利的，因為電極引線4、6向放電管1中偏轉(zhuǎn)在電極5、7處產(chǎn)生的相當(dāng)大量的熱量，從而額外地幫助加熱了后者，并且獲得了上述的高溫。
與上述第一實施例不同，電極5，6體積的增加沒有用來以想要的方式僅在最冷點提高溫度，而是整體地提高了放電管1所有區(qū)域的溫度，并且與此同時縮小了最高和最低溫度之間的差，從而使得足夠量的鋅蒸發(fā)，并且獲得了上述的壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，燈電壓甚至可以如此進(jìn)一步增加，因此第二實施例特別適合于需要特別高功率的投影應(yīng)用。
下述尺寸已經(jīng)被證實在這方面是特別有利的放電管1的內(nèi)直徑是大約3mm，其內(nèi)長是大約4mm。電極5、7具有大約2mm的直徑，以及大約1.25mm圓柱頭的等效長度。電極5、7因此占用了超過25％的放電腔10的體積。在放電管1的外直徑大約7mm到大約8mm，長度大約7mm的情況下，燈優(yōu)選地以大約150W到大約200W之間的輸入功率運轉(zhuǎn)。因此，放電管1內(nèi)壁上的負(fù)荷超過大約2W/mm2。
換言之，上述所有的特征基本上對于放電氣體的成分和壓力以及對于圖1中示出的放電管和電極5、7的尺寸，均可以互相組合，以便增加燈電壓，從而提高燈的效率。
為了設(shè)定或優(yōu)化發(fā)射光的期望顏色特性，可以向放電氣體中進(jìn)行添加，這是當(dāng)燈用在投影系統(tǒng)時特別重要的，例如，添加鋰增加紅色成分，添加汞增加藍(lán)色和綠色成分，添加鉈增加綠色成分，以及添加銦增加藍(lán)色成分。然而，除鋅之外，通常沒有其它光發(fā)生器是另外需要的。
關(guān)于汞的使用，應(yīng)該指出，本發(fā)明的一個重要目的是避免放電氣體中的汞。這不會改變汞還可能被用于校正發(fā)射光的發(fā)射光譜的事實，因為用于該目的的汞的量比在已知的汞被用作電壓梯度形成器或緩沖氣體的燈中的量至少低大約10倍。因此，在這方面，根據(jù)本發(fā)明的包含用于校正發(fā)射光譜目的的汞的燈被認(rèn)為是基本上不含汞的。
此外，這么小量的汞還幫助提高了燈電壓并由此提高了燈的效率。
最后，還應(yīng)該指出的是，上述用于提高放電管中(最低)溫度的措施，特別是通過增大電極與放電腔體積相比的體積的措施，當(dāng)然還可以用在其它類型或已知類型的例如在放電氣體中不包含任何鋅的放電燈中。電極體積的增加在高電流流過以及相當(dāng)大部分的能量損失由電極以熱量形式占有的燈中是特別有用的。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體放電燈，特別具有短弧的高壓氣體放電燈，包括具有至少基本上無汞的放電氣體的放電管(1)，該放電氣體包含惰性氣體以及作為電壓梯度形成器和光發(fā)生器的鋅，其中該燈被設(shè)計成，在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，氣相的鋅的壓力是至少大約20巴。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，惰性氣體的壓力處在大約100巴的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中惰性氣體是氙。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中為了獲得氣相的鋅的壓力，燈的壁負(fù)荷增加到大約1.5W/mm2和大約2W/mm2之間的值。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中放電管(1)和/或電極(5，7)被定尺寸和/或成型為，放電管(1)中的最低溫度處在大約1500K和大約1700K之間的范圍。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中放電管(1)的壁由藍(lán)寶石或YAG材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中放電氣體至少基本上不包含氧和/或至少基本上不包含鹵素化合物。
8.如權(quán)利要求7所述的高壓氣體放電燈，其中放電氣體包含小量的與氧結(jié)合的金屬，特別是來自諸如稀土金屬或鉭的組中的金屬。
9.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中電極(5，7)和/或放電管(1)的尺寸被確定為，電極(5，7)占放電腔(10)體積的至少20％到25％之間。
10.如權(quán)利要求1所述的高壓氣體放電燈，其中，為了獲得發(fā)射光的期望光特性，放電氣體包含來自于下述組的至少一種物質(zhì)鋰、銦、汞、鉈。
11.一種投影系統(tǒng)，特別是諸如LCD投影顯示器，它包含如前面任意一項權(quán)利要求所述的高壓氣體放電燈。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種高壓氣體放電燈(HID燈)，包含至少基本上無汞的放電氣體，并且適合于和/或預(yù)定用于投影顯示器，特別是以短弧燈的形式。由于放電氣體包含惰性氣體以及作為電壓梯度發(fā)生器和光發(fā)生器的鋅，基本上獲得了可與汞燈相比較的燈電壓和效率，其中在燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，氣相的鋅的壓力優(yōu)選地為大約30巴。通過提高特別是放電管中最低溫度，可以實現(xiàn)獲得該壓力所需的蒸發(fā)。為了提高溫度提出了各種措施。
文檔編號H01J61/073GK101048847SQ200580036904
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者H·蒙克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司