[发明专利]高压汞蒸汽放电灯和制造高压汞蒸汽放电灯的方法

说明书

本发明涉及一种高压汞蒸汽放电灯，包括抗高温材料的外壳，其具 有放电容器和两个电极，所述电极从两个密封部分延伸到放电容器中并 具有小于或等于2.5mm的电极间隙，优选小于或等于1.5mm。放电容器 包含填充物，其主要包括稀有气体、氧气、卤素和汞。卤素是氯、溴、 碘或其混合物。汞的含量大于0.15mg/mm³。并且，本发明涉及制造这样 的高压汞蒸汽放电灯的方法。

为产生光，在高压汞蒸汽放电灯的两个电极之间激发电弧。因为电 极间隙小，这些灯被称为短弧灯。在操作中，汞蒸发并在含量为 0.15mg/mm³时通常在灯中提供大约150巴的汞蒸汽压。DE3813421A1 (和EP0338637B1)中描述了这种类型的、但具有更高汞部分的高压汞 蒸汽放电灯的示例。这种具有高于100巴汞蒸汽压的灯产生了高的亮度 和相对连续的光谱。因此，这些高压汞蒸汽放电灯通常被描述为UHP灯， 其中UHP指由于高压形成的“超高压”或由于高亮度形成的“超高性能”。 这些灯的主要应用领域是它们在投射(projection，发射)系统中的使用。 然而，灯的高电极负载导致了钨从电极蒸发并沉积在放电容器的壁上。 这导致了外壳变黑，其结果是导致后者剧烈发热，特别是具有高的汞蒸 汽压时，导致外壳爆炸。对于前述灯，其进一步被相对小尺寸的外壳或 放电容器包围。因此，这样的壁变黑必须绝对地避免。作为对抗归因于 钨传输的壁变黑的对策，如所述，高压汞放电灯包括少量的至少一种：卤 素氯、溴和碘。这些卤素使得钨循环传输，利用该循环从放电容器壁分 离的钨可以被传输回到电极。

这种高压汞放电灯具有的常见问题是，灯在工作期间变得非常热。 为了防止灯毁坏，因此应当保证灯不会过热。众所周知，应当特别地保 证在密封部分的外部端灯热度不会超过350℃到400℃，其中灯的金属部 分，即到电极的电源线，与周围空气接触，以避免这些部分的迅速氧化， 这些部分通常包括钼。并且，应当理解，温度朝密封部分远离主热源的 纵向方向降低，即远离在灯外壳中心的热放电容器方向。为此，下面简 要描述灯中的热传导器件和温度情况：

作用在密封部分末端的主要加热机制是，从灯中心通过密封部分的 材料向外的热传导。另外，钼箔为热传导大约贡献了10至20％。

事实上，密封部分通过热材料辐射而冷却，例如热石英材料的石英 玻璃外壳，以及通过向周围空气的热传导而冷却。根据Stefan-Boltzmann 定律，当存在与空气的足够大温差时，两种机制都提供最好的冷却。

然而，被反射器内的辐射或通过光学系统反射回的额外热量还使密 封部分承受负担。这里，主要有三种主要的机制：

在金属反射器的情况下，热辐射由热放电容器向密封部分反射。这 因为下述情况而放大：反射器设计用于点光源，而热放电容器具有较大 的尺寸并且因此辐射不只是以期望的聚焦来成像。因为这个辐射从放电 容器(discharge vessel)的热材料中产生，所以其被密封部分相应地再次 吸收。即使在二色性反射器的情况下(类似于蒸发的冷光镜)，其中仅 反射可见光而尽可能地通过IR和UV辐射，来自放电电弧的辐射射到 (strike)灯密封部分的末端。该辐射来自反射器的后部。由于放电弧也 是扩展的辐射源，所以射线也不是精确地聚焦，而它的一部分也射到灯 的末端。因为这个辐射已经通过放电容器区域内的相同材料传输，所以 该辐射没有被外壳材料吸收，但其被密封部分中的金属部分吸收。

当使用投射(projection)系统中惯用的光学系统时，整个情况变得 更加严重，其中不希望的红外和紫外辐射，并且在某些情况中，甚至不 希望的颜色被反射回灯中。由于来自靠近椭圆反射器的第二焦点的区域， 这种辐射的大部分也射到密封部分。

因此，至此通常通过在这些位置能达到的工作温度来确定密封部分 的长度和由此UHP灯外壳的总长度。因此，为了进一步使灯外壳小型化 并由此也减小灯所嵌入的光学系统的大小，设定了密封边界。

为了防止在密封部分中产生破碎，在EP1289001A2中描述了高压气 体放电灯和制造这样的灯的方法，其中灯的电极棒具有表面积增加的结 构，该结构埋在密封部分中，在放电容器的侧管提供附加的密封部分。 构成这个附加密封部分玻璃的材料具有的热膨胀系数在侧管的石英玻璃 材料的热膨胀系数和钨的热膨胀系数之间。这种密封方法在灯的制造过 程中要求额外的工艺步骤。