專利名稱：高壓氣體放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈，其包括至少一個將被氣體填充的放電空間密閉地密封起來的燈泡，所述燈泡具有的至少一個區(qū)域并不和/或并不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射。
例如，燈泡中不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域可能是涂層或者反光部分。這些區(qū)域通常被制作成至少使得可見光或其中的一部分無法透過或者部分無法透過。例如，如果這個區(qū)域可以將光反射入燈泡中，則它可能會間接地用于提供預期的光發(fā)射。
燈泡中不是主要用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域可用于實現(xiàn)燈的其它功能，例如既減少了光的數(shù)量又延長了燈的壽命，或者類似的功能。
在所有情況下，燈泡的外表面都具有直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射的區(qū)域，例如呈發(fā)光窗口的形式。
高壓氣體放電燈(HID或高強度放電燈)，特別是UHP或超高性能燈因為其光學屬性而優(yōu)選地尤其適用于投影應用領域。
這些應用領域需要盡可能接近點狀的光源，以便使得電極端之間產生的放電弧的長度不應超過0.5至2.5毫米左右。此外，通常還需要光既具備盡可能高的光照強度又具備盡可能接近自然光的頻譜成分。
目前，利用UHP燈能夠最好地獲得這些屬性。然而，這些燈的研發(fā)必須同時滿足兩條基本要求一方面，放電空間內表面的最高溫度不能過高，否則會使通常由石英玻璃制成的燈泡變得不透明。因為燈的放電空間內的強對流會對放電弧上方的區(qū)域進行特別強烈地加熱，這就可能會構成問題。因此這至少會在氣體放電期間以及緊隨其后的時間內造成放電空間內發(fā)生不均勻的溫度分布。
另一方面，即使是放電空間的區(qū)域中位于燈泡內表面的最冷點也仍然必定會處于例如約為1200K的高溫，以至能夠達到約為200bar左右的汞壓，因此汞將不會在該處沉積，而是整體處于足夠程度的蒸發(fā)狀態(tài)。這種現(xiàn)象在帶有飽和氣體填充物的燈中需要特別地留意。
這兩個互相矛盾的要求致使燈泡內部最高溫度與最低溫度之間的最大容許范圍成為一個特定因素，其特別是取決于相關燈的類型及其安裝情況。這個溫度范圍在所有情況下都是一個必要條件并且尤其取決于相關的燈類型，它由放電空間外表面，即該處燈泡的內表面的最高溫度和放電空間外表面的最低溫度界定。
舉例來說，根據專利DE 101 51 267 Al的教導，這個差別的值在燈泡上帶有局部反射涂層的UHP燈中通常為120K左右。特別是在小型高負載放電燈中，最高溫度和最低溫度彼此相關，在某些應用中，這可能會在調整最佳的燈工作狀態(tài)以具有足夠長的燈壽命方面導致問題。
放電空間必須很小以至足夠量的能量能夠達到最冷點，特別是由于熱傳導的緣故，以便使得放電空間內表面上最冷點的相關最低溫度被保持得足夠高。
市場上可買到的UHP燈在額定功率下工作時通常保持于大約1200K到大約1400K的所需溫度范圍內。然而，理想的是要擴大可能的應用領域，例如使燈獲得變暗能力或者對燈類型進行改良以使其用于更高亮度光輸出的應用中。在變暗的情況中，最冷點的溫度必須保持在最低溫度以上。在功率增加的情況中，最熱點的溫度必須保持在最高溫度以下。根據以上相互關系應當清楚UHP燈的設計可以被簡化并且其應用領域可以被擴大，只要能夠采取合適的措施來減小最冷點與最熱點之間的溫度差值。
在冷卻比較困難或者其技術實現(xiàn)比較復雜的情況下，對于擴大應用領域具有類似的需求，例如在氣密的反射器應用中。
一種已知的方法是利用定向空氣流冷卻燈以使其能夠在一個更高的功率下工作?？諝怆S后被吹向燈泡的最熱點，因此避免了過熱(即高于最高溫度)。其一個缺點在于為了實現(xiàn)這種冷卻，需要特殊設置結構來實現(xiàn)空氣流的產生和導向。這些設置結構導致增加開銷，要容納于設備中，并且還可能導致額外的噪聲。
舉例來說，根據DE 101 51 267 A1還知道，燈泡使用更大的壁厚，特別是在放電空間的區(qū)域中。這提高了沿著燈泡的壁的導熱性，并實現(xiàn)了向燈泡外表面的熱傳遞情況的改進。然而，這些增加的壁厚導致了燈泡直徑的增大，這特別在小型反射器中具有負面影響，因為增加了陰影效應。此外，由于更厚的燈泡的幾何尺寸通常會導致制造過程中的更高成本，因此為了避免燈泡的成像缺陷就需要更多的費用。
相應地，本發(fā)明的目的是提供一種在開始的段落中所提到的高壓氣體放電燈，它具有較小的最熱點和最冷點之間的溫度差值，因而使得這兩個溫度值處于所要求的介于最低溫度和最高溫度之間的溫度區(qū)域內。相關的解決方案技術上簡單而且工業(yè)大規(guī)模生產是可行的。
本發(fā)明的目的通過一種高壓氣體放電燈來實現(xiàn)，其包括至少一個將被氣體填充的放電空間密閉地密封起來的燈泡，所述燈泡具有的至少一個區(qū)域并不和/或并不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，其中提供了一種比燈泡材料熱傳導性更高的熱傳導材料。
通過根據本發(fā)明提供比燈泡材料熱傳導性更高的熱傳導材料，就至少實現(xiàn)了在燈泡外表面區(qū)域中的局部溫度均等化，特別是因為熱傳導材料中的熱傳導的緣故。這種溫度均等化尤其實現(xiàn)了較高溫度的降低和較低溫度的升高，優(yōu)選地在燈泡的直接受熱傳導材料相應區(qū)域影響的區(qū)域中。燈泡其它區(qū)域的溫度條件至少會受到間接的影響，特別因為燈泡中熱傳導效果的緣故。這樣的結果是最高溫度和最低溫度之間的溫度差值減小。
根據這種發(fā)明對這種溫度差值的影響，即這種溫度差值的減小，尤其取決于相關的燈的類型、熱傳導材料區(qū)域(一個或多個)的大小和設置，以及熱傳導材料的熱傳導系數(shù)。影響的程度依據不同的情況而不同，例如這種程度會隨著熱傳導材料尺寸的增加而增加。
依賴于對溫度差值的這種影響的程度，相關的高壓氣體放電燈的設計可被簡化，并且/或者相關的工作范圍可被擴大。
從屬權利要求2至7涉及根據本發(fā)明的高壓氣體放電燈的有利的更多實施例。
高壓放電燈優(yōu)選為UHP燈。該類型燈的放電空間被一定量的汞充滿，因此使得在完全氣化的情況下，放電空間中會產生例如超過200bar的汞蒸氣壓。此處需要這種高壓以便使UHP燈獲得滿意的光照強度和光譜分布。然而，這種蒸氣壓只有在沿著放電容器的整個內壁的溫度都高于大約1200K的特定溫度時才能被保持。當內部溫度在某個位置低于所需的最低溫度時，汞將會凝結在該位置，因而使得氣壓降低并且燈泡數(shù)據變壞。一部分在燈的放電弧中轉變的能量會到達放電室的表面并隨后到達燈泡的表面，尤其是因為熱氣體對流的緣故。為了使放電室表面處的最冷點的最低溫度保持足夠高，放電容器必須較小。在最熱點必須不能超過大約為1400K的最高溫度，因為否則的話由于燈泡的重結晶，燈的使用壽命將會被縮短。
此外，熱傳導材料應優(yōu)選地做成套筒狀并且設置在離燈泡小于大約500μm的距離處，更優(yōu)選地小于大約200μm的距離處。這種設置特別適合于大規(guī)模生產。例如，就常見的制造公差的慣例而言，金屬套筒可預先低成本地制造并且無需增加要求地進行安裝。然而，如果在套筒與燈泡之間存在小間隙寬度，仍然可以保證足夠的熱傳遞，特別是通過熱傳導和熱輻射進行的熱傳遞。
作為替代的優(yōu)選方案，熱傳導材料為一種箔片或者設置在燈泡上的涂層。
作為用作熱傳導材料的材料選擇，鋁和/或銅特別有利，因為它們具有較好的導熱性和可用性。銀是一種很好的熱導體，相對于銀的熱傳導系數(shù)值的相對熱傳導系數(shù)，例如銅大約為0.95，鋁大約為0.585而玻璃大約為0.002。
此外，優(yōu)選地，燈泡和熱傳導材料的互相對應的表面具有相同或者高度相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。因此，燈泡和熱傳導材料間互相對應的區(qū)域之間的預期熱傳遞情況就能夠特別有效地實現(xiàn)。
替代地，使得燈泡和熱傳導材料的互相對應的表面并非或者僅部分地具有相同或相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。例如，關于這些熱傳導材料參數(shù)的適當選擇使得可以對溫度場，特別是燈泡上的一些預想點或區(qū)域中的溫度場，施加額外的影響。這些區(qū)域在某些應用中可能會很冷，例如在電極在端部進入燈泡處，因此在此處產生冷凝效應或者溫度應力。通過使熱傳導材料具有適當尺寸以便用作熱橋，就提供了通過所述熱橋向這些冷區(qū)的熱傳導。
本發(fā)明的目的還可以通過包括至少一個根據權利要求1至7中任一項所述的高壓氣體放電燈來作為光源的照明單元來實現(xiàn)。
從屬權利要求9涉及根據本發(fā)明的照明單元的有利的更多開發(fā)方案。優(yōu)選使用根據DE 101 51 267 A1的教導的照明設備，其中UHP燈作光源，而后反射器設置在燈泡上。該照明單元在光學投影系統(tǒng)中能達到更高的效率，特別是因為球形放電容器表面的反光的緣故。此處的目的是使得盡可能少的可見光從燈泡表面的反光部分發(fā)出。沒有被后反射器覆蓋的表面區(qū)域特別地用作光發(fā)射窗口。因此，后反射器以間接的方式用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，并且被設置在燈泡的一部分的表面上。取決于其功能的后反射器的幾何形狀為相關熱傳導材料的設置的熱傳導提供了多種特別有利的設計可能性。
通過參考附圖對優(yōu)選實施例的隨后描述，將會清楚本發(fā)明的更多細節(jié)、特點和優(yōu)點，圖中

圖1示意性地示出了高壓氣體放電燈(UHP燈)的縱向剖視圖，和圖2示出了帶有以及不帶套筒的UHP燈的測量值。
圖1示意性地示出了高壓氣體放電燈(UHP燈)的縱向剖視圖。燈泡2含有放電空間21，在該空間中存在常見的放電氣體和電極設置結構。這種電極設置結構由兩個電極22，23形成，在其尖端之間按已知的方式進行氣體放電。燈泡2和主反射器1被相互地設置成使得實際光源的位置，即兩個電極22，23之間的區(qū)域，大致處于主反射器1的焦點上。呈反射層形式的后反射器3位于燈泡2的基本上為球形的部分上，該球形部分的外直徑大約為9mm。可能的層結構的設置方案和相應的材料選擇可見于例如DE 101 51 267 A1中。表面的這個部分的形狀使得通過氣體放電發(fā)出和入射于后反射器3上的光通過開口4反射到主反射器1上。后反射器3的尺寸通常使得它不至于正好延伸至燈泡2的包圍著放電空間21的區(qū)域的半途。呈套筒5形式的熱傳導材料被設置成鄰近后反射器3而又基本上不與其產生機械接觸。特別地由銅制造的套筒5被按照常用的方式緊固在UHP燈上，例如利用在該應用中常用的點火天線(圖1中未示出)來實現(xiàn)。套筒5被設置成離燈泡2小于大約200μm的距離處，這使得可能實現(xiàn)技術上簡單的安裝方式以及良好的熱傳導。因此套筒5在該區(qū)域中具有與燈泡2基本上球形的區(qū)域相對應的形狀。套筒5的尺寸被選擇成使得在來自后反射器3的光中不會產生額外的陰影效應。由于套筒5下面的區(qū)域經過反光處理，很少或者沒有光線會到達套筒5的表面，所以燈的光學性能不會因此而受到影響。套筒5的高熱傳導性導致了跨過套筒5的溫度梯度比跨過燈泡2的溫度差值小。套筒5中靠近鄰接的燈泡2的最熱和最冷點的那些區(qū)域基本上處于同一溫度水平。存在于套筒5和燈泡2表面之間的溫度梯度總體上實現(xiàn)了從燈泡2的熱區(qū)向冷區(qū)流動的能量流。
本發(fā)明的效果可以通過一個熱成像相機測量出來。帶和不帶套筒5的UHP燈在靜止條件下在大約120W電功率下工作。圖2在圖表中示出了不帶套筒(虛線)以及帶套筒(實線)時的溫度梯度。從頂端到底端紀錄的溫度曲線圖的位置在X軸上由左向右繪制，其中UHP燈處于水平位置，即電極22、23處于水平軸上。單位為℃的溫度值被繪制在Y軸上。
不帶套筒時的溫度記錄(虛線)導致了大約為124K的溫度差值，其中最熱點確定為大約907℃而最冷點大約為783℃。
帶套筒5時的溫度記錄(實線)產生了一個大約70K的溫度差值，其中最熱點確定為大約887℃而最冷點大約為817℃。
權利要求
1.一種高壓氣體放電燈，其包括至少一個將被氣體填充的放電空間(21)密閉地封閉起來的燈泡(2)，所述燈泡(2)具有的至少一個區(qū)域(3)并不和/或不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，并且在所述區(qū)域(3)中提供了一種比燈泡(2)的材料熱傳導性更高的熱傳導材料。
2.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，該燈為UHP燈。
3.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導材料做成套筒(5)的形狀并且設置在離燈泡(2)小于大約500μm的距離處，更優(yōu)選地離燈泡小于大約200μm的距離處。
4.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，燈泡(2)和熱傳導材料的互相對應的表面基本上具有相同或者相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。
5.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，燈泡(2)和熱傳導材料的互相對應的表面并非或者僅部分地具有相同或者相似的形狀、幾何尺寸和/或膨脹性。
6.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導材料為箔片或者設置在燈泡上的涂層。
7.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈，其特征在于，熱傳導材料包括鋁和/或銅。
8.一種照明單元，其包括至少一個根據權利要求1至7中任一項所述的高壓氣體放電燈來作為光源。
9.根據權利要求8所述的照明單元，具有UHP燈光源、主反射器和帶有開口的后反射器，其中后反射器置于主反射器對面并且來自光源的光可以通過它反射到主反射器上，其特征在于，光源的中心位于后反射器的焦點上，并且所述后反射器被提供于燈泡上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓氣體放電燈，其具有至少一個將被氣體填充的放電空間(21)密閉地封閉起來的燈泡(2)，所述燈泡(2)具有的至少一個區(qū)域(3)并不和/或不直接用于高壓氣體放電燈的期望的光發(fā)射，其中提供了一種比燈泡(2)的材料熱傳導性更高的熱傳導材料。
文檔編號H01J61/52GK1902730SQ200480039986
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權日2004年1月6日
發(fā)明者A·里茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司