ES2267589T3

ES2267589T3 - Lampara de descarga de alta presion.

Info

Publication number: ES2267589T3
Application number: ES00979508T
Authority: ES
Inventors: Walter Schlager; Ghaleb Natour; Xaver Riederer
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: WO2001035444A1; DE60029750T2; CN1169190C; EP1149406B1; DE60029750D1; US6515423B1; EP1149406A1; CN1337061A; JP2003514351A

Abstract

Lámpara de descarga de alta presión que comprende: un recipiente (1) de vidrio de cuarzo cerrado de una manera impermeable a los gases y que tiene una pared (2) que rodea un espacio (3) de descarga; un relleno que comprende mercurio y haluros metálicos en el espacio (3) de descarga; un ánodo (4) y un cátodo (5) dispuestos en el espacio (3) de descarga, que definen una trayectoria (6) de descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores (7, 8) a su través de corriente, que se extienden desde el espacio (3) de descarga a través de la pared (2) del recipiente (1) de lámpara hacia el exterior, teniendo el ánodo (4) una punta (9) con una superficie terminal roma; una corriente I de lámpara a través de la trayectoria (6) de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente I de lámpara como: I = P/V en la que P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y V es la tensión de la lámpara en voltios; una razón de diferencia de potencia PGR, definiéndose como: PGR= P/D en la que P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y D es la distancia D de electrodo en mm, caracterizada porque el área S de superficie terminal en mm2 y la corriente I de lámpara en amperios satisface una relación según la cual 0, 09 = S/I = 0, 16, con 3, 5 = S/I = 8, 0 amperios; el relleno comprende una cantidad de mercurio de entre 65 y 125 mg/cm3; la distancia D de electrodo es de entre 1 y 2 mm; y la PGR es de al menos 120 W/mm.

Description

Lámpara de descarga de alta presión.

La invención se refiere a una lámpara de descarga de alta presión que comprende:

un recipiente de lámpara de vidrio de cuarzo cerrado de una manera impermeable a los gases y que tiene una pared que rodea un espacio de descarga;

un relleno que comprende mercurio y haluros metálicos en el espacio de descarga;

un ánodo y un cátodo dispuestos en el espacio de descarga, que definen una trayectoria de descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores a su través de corriente que se extienden desde el espacio de descarga a través de la pared del recipiente de lámpara hasta el exterior, tenido el ánodo una punta con una superficie S terminal roma;

una corriente I de lámpara a través de la trayectoria de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente I de lámpara como:

I = P/V

en la que

P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y

V es la tensión de la lámpara en voltios;

una razón de diferencia de potencia (power gap ratio-PGR), definiéndose como:

PGR = P/D

en la que

P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y

D es la distancia D de electrodo en mm.

Una lámpara de este tipo se conoce a partir del documento EP-A-0 714 118. En la lámpara conocida, se añade una cantidad de mercurio de 50 mg/cm^{3} al relleno del espacio de descarga. La lámpara conocida tiene una potencia media de 250 W y una tensión media de aproximadamente 66 V. La corriente I de lámpara durante el funcionamiento estable de la lámpara es de aproximadamente 3,8 amperios, el ánodo de la lámpara tiene una punta con un diámetro de 0,5 mm, dando como resultado una razón S/I de 0,051 mm^{2}/A. La lámpara conocida es una lámpara de CC y se usa para aplicaciones de proyección, por ejemplo proyección de cristal líquido. En esta aplicación, el recipiente de lámpara de vidrio de cuarzo, siendo el vidrio de cuarzo un vidrio que tiene un contenido de SiO_{2} de al menos un 95% en peso, se monta en una unidad/un sistema óptico que dirige la luz, por ejemplo, un reflector que tiene un punto focal. El requisito principal de las lámparas de descarga de alta presión empleadas para aplicaciones de proyección es una alta luminancia. Puede lograrse una alta luminancia concentrando una potencia de entrada elevada en una lámpara con una trayectoria de descarga corta, lo que significa que la PGR es comparativamente alta. Esto puede comprenderse a partir del hecho de que entonces una parte sustancial de la trayectoria de descarga está en, o al menos adyacente a, el punto focal del reflector. Otros requisitos de las lámparas de descarga de alta presión empleadas para aplicaciones de proyección son altos lúmenes de pantalla, un buen mantenimiento del sistema, una trayectoria de descarga estable, y que el quemador debe permanecer transparente a lo largo de la vida, es decir, deben reducirse el ennegrecimiento y el ataque de pared hasta un nivel aceptable. La lámpara conocida tiene la desventaja de que tiene una distancia de electrodo en el intervalo de 2,5-3 mm y una potencia de lámpara en el intervalo de 125-250 W. Esto significa un intervalo de PGR de sólo 40-80 W/mm. Así, una distancia de electrodo comparativamente grande de 3 mm hace que la lámpara conocida sea comparativamente inadecuada para sistemas de iluminación con elevados requisitos ópticos porque partes sustanciales de la trayectoria de descarga están fuera del punto focal del reflector. Sin embargo, para superar la desventaja de la gran distancia de electrodo, una simple disminución en la distancia de electrodo conduce a nuevos inconvenientes de la lámpara, por ejemplo, un aumento de la corrosión del ánodo y/o inestabilidad de la trayectoria de descarga, de ahí el riesgo de fallo prematuro de la lámpara.

Es un objeto de la invención proporcionar una lámpara de descarga de alta presión del tipo descrito en el párrafo de introducción, en la que se contrarrestan las desventajas mencionadas anteriormente.

Según la invención, este objeto se logra con una lámpara de descarga de alta presión del tipo descrito en el párrafo de introducción, que se caracteriza porque el área S de superficie terminal en mm^{2} y la corriente I de lámpara en amperios satisfacen una relación según la cual 0,09 \leq S/I \leq 0,16, con 3,5 \leq I \leq 8,0 amperios; el relleno comprende una cantidad de mercurio de entre 65 y 125 mg/cm^{3}; la distancia de electrodo es de entre 1 y 2 mm; y la PGR es de al menos 120 W/mm.

Los experimentos revelaron que la lámpara de la invención tal como se define en la redacción de la reivindicación tomada como una totalidad de características mutuamente dependientes cumple el objeto de la invención. Por ejemplo, una razón S/I que es menor que el intervalo dado, por ejemplo, debido a una disminución del área S de superficie terminal del ánodo o un aumento en la corriente I de lámpara, conducirá una temperatura del ánodo demasiado elevada en su superficie terminal, véase la tabla 1.

TABLA 1

Nº de lámpara	S en mm^{2}	I en amperios	S/I en mm^{2}/A	T_{sup \ term} en K
L1 (ref)	0,65	5	0,13	3000
L2	0,20	5	0,04	3200

Se considera que esta temperatura es demasiado elevada porque conducirá posteriormente a un aumento de la corrosión del ánodo en su superficie terminal. El material así liberado del ánodo corroído se depositará sobre la pared del recipiente de lámpara y producirá el ennegrecimiento de la pared. Entonces, no sólo disminuirá la eficacia luminosa de la lámpara sino que también aumenta el riesgo de una vida de la lámpara más corta. Si la razón S/I es superior que el intervalo dado, existe un mayor riesgo de inestabilidad de la trayectoria de descarga. La inestabilidad de la trayectoria de descarga se observa como un centelleo que es incómodo para el ojo humano. El centelleo significa que el punto de unión de la trayectoria de descarga migra sobre la superficie terminal del ánodo, por tanto variará la posición de la trayectoria de descarga. Cuando la lámpara se construye en un reflector que tiene un punto local fijo, existe un mayor riesgo de que al menos parte del tiempo la trayectoria de descarga estará fuera del punto focal del reflector, conduciendo a la pérdida de luz. La inestabilidad de la trayectoria de descarga y el centelleo resultante también es probable que se produzcan sólo si se aumenta la distancia de electrodo (o separación) en la lámpara conocida. El riesgo de inestabilidad de la trayectoria de descarga no aumenta cuando se llevan a cabo un aumento de la cantidad de mercurio por unidad de volumen, es decir, en la presión de funcionamiento, y una disminución en la distancia de electrodo junto a un ajuste de la superficie S terminal del ánodo según la relación dada con la corriente I de lámpara.

Para permitir aplicaciones de la lámpara de brillo elevado, comparativamente se necesitan valores altos de luminancia de la lámpara. La luminancia L en el centro de la trayectoria de descarga es directamente proporcional a la potencia P de la lámpara e inversamente proporcional a la distancia D de electrodo según: L \propto (P/D). P/D es la PGR. Un consumo de potencia media normal y una tensión media normal para lámparas según la invención en general son de 200-400 W y 50-60 V, respectivamente. En combinación con la distancia D de electrodo de entre 1 y 2 mm, son factibles valores comparativamente elevados de al menos 120 W/mm e incluso de hasta 200 W/mm para la PGR. Debido a estos valores elevados de PGR, se obtienen los valores necesarios de luminancia L comparativamente elevados.

Una realización de la lámpara de descarga de alta presión se caracteriza porque el relleno comprende un emisor que contiene halógeno, por ejemplo, un emisor en fase gaseosa. El halógeno se selecciona del grupo que consiste en cloro, bromo y yodo. Los emisores que dan lugar a buenos resultados son bromuros alcalinos y en un grado algo menor los bromuros de lantánidos. El emisor reduce la temperatura necesaria para que el cátodo suministre electrones. Sin emisor, las corrientes de lámpara de 4 a 6 amperios requieren temperaturas de cátodo de tungsteno de 3000 a 3600 K, mientras que en presencia de un emisor, por ejemplo, DyBr_{3}, son suficientes temperaturas de cátodo de tungsteno de 2200 a 2800 K son suficientes para establecer la misma corriente.

Una realización favorable de la lámpara de descarga de alta presión según la invención se caracteriza porque el relleno comprende InBr y SnBr_{2}. A menudo es probable que la pared de vidrio de cuarzo de una lámpara de descarga de alta presión experimente corrosión debido a su relleno, que contiene metales de tierras raras o haluros de metales de tierras raras. La corrosión de la pared de vidrio de cuarzo aumenta el riesgo de fallo prematuro de la lámpara. Descartando o disminuyendo la cantidad de materiales de tierras raras y el uso en su lugar de InBr y SnBr_{2} como componentes principales del relleno de descarga reduce el riesgo de corrosión de la lámpara de vidrio de cuarzo. El uso de los emisores LiBr, NaBr y KBr en lugar de DyBr_{3} conduce a una disminución adicional en la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo, a pesar del aumento moderado en la temperatura del cátodo. Si se sustituye el DyBr_{3} por NaBr o LiBr, la temperatura de color de la lámpara es menor debido a una emisión de luz amarilla/roja más fuerte por parte del Na o el Li. La tabla 2 muestra las propiedades características a una vida de lámpara cero con diferentes emisores.

TABLA 2

1

En todas las lámparas que tienen un emisor en fase gaseosa en el relleno, la distancia de electrodo aumenta comparativamente de manera lenta y la descarga permanece siendo comparativamente estable. Por otro lado, la lámpara sin un emisor en fase gaseosa experimentó una corrosión de cátodo significativa que conduce a un aumento comparativamente rápido en la distancia de electrodo. Debido a la combinación de un emisor en fase gaseosa y un relleno que comprende SnBr_{2} e InBr, el recipiente de lámpara permaneció siendo transparente y como resultado se obtuvo un mantenimiento del sistema comparativamente bueno para las lámparas que tienen un emisor en fase gaseosa en el relleno.

Tal como se muestra en la tabla 2, el valor de lúmenes por vatio (lm/W) de la lámpara que tiene NaBr como emisor en fase gaseosa es comparativamente elevado. Esto se debe a la emisión del sodio a aproximadamente 590 nm. Sin embargo, esta emisión no puede utilizarse para lámparas de proyección de datos/vídeo basadas en el sistema rojo-verde-azul porque esta emisión está entre el rojo y el verde. Así, la lámpara con NaBr aparentemente tiene una eficacia del sistema que es aproximadamente igual a la eficacia del sistema de las lámparas que tienen un emisor en fase gaseosa diferente. Sin embargo, es arbitrario cuantificar la eficacia del sistema, ya que depende en gran medida del tipo de sistema óptico elegido.

Sorprendentemente se halló que el uso de KBr como emisor en fase gaseosa proporcionó una reducción significativa adicional en la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo del recipiente de lámpara en comparación con la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo de lámparas que tienen emisores en fase gaseosa de, por ejemplo, NaBr o LiBr. Además, pareció que si los alimentadores a su través de corriente comprenden una lámina de molibdeno, es particularmente esta lámina la que se corroe en la lámpara. De nuevo, la lámpara que tiene KBr como un emisor en fase gaseosa proporcionó una disminución significativa en el ataque del alimentador a su través de corriente. En particular, se observó una reducción en la corrosión de su lámina de molibdeno en comparación con lámparas que tienen LiBr o NaBr como emisor en fase gaseosa. Se encontró que el relleno que comprende InBr, SnBr_{2}, y haluros de Li/Na/K y mercurio no era agresivo hacia el tungsteno.

Otra realización de la lámpara de descarga de alta presión según la invención se caracteriza porque el ánodo y el cátodo tienen puntas que consisten esencialmente en tungsteno puro. Experimentos revelaron que el uso de tungsteno esencialmente puro, es decir, material no dopado conocido como "tungsteno ZG", da como resultado una velocidad de corrosión comparativamente baja de la pared de vidrio de cuarzo. El uso del material dopado con Al-K-Si conocido como "tungsteno WD" o material de tungsteno dopado con torio, aumentó el riesgo de una velocidad comparativamente elevada de la corrosión de la pared de vidrio de cuarzo, visible como manchas blancas sobre la pared de vidrio de cuarzo. Esto también se observó en el caso de tungsteno dopado con torio, a pesar del hecho de que el material de tungsteno dopado con torio ofrece la ventaja de una función de trabajo inferior del ánodo, y por tanto una menor temperatura del ánodo.

En una realización, la lámpara de descarga de alta presión según la invención se caracteriza porque la lámpara se fija a un casquillo de lámpara, fijándose los alimentadores a su través de corriente a los contactos respectivos del casquillo. El casquillo de la lámpara puede tener medios, por ejemplo, protuberancias, para funcionar conjuntamente con un sistema óptico, por ejemplo, un reflector, que tiene medios de alojamiento, por ejemplo, para alojar dichas protuberancias de una manera que hace tope. Es posible mediante estos medios disponer la trayectoria de descarga en una posición predeterminada sin la necesidad de alinear la lámpara con respecto al sistema.

A partir del documento EP 910 111 se conoce una lámpara de descarga de CC en miniatura para aplicaciones de proyección relativamente pequeña, por ejemplo, para la iluminación de válvulas luminosas de hasta 1,5 pulgadas. Esta lámpara en miniatura tiene una trayectoria de descarga de 0,8-1,5 mm y consumen una potencia media en el intervalo de 40-60 W, por tanto el intervalo de PGR es de 40-75 W/mm. Como resultado, la lámpara tiene las desventajas de que sus lúmenes de pantalla y luminancia L son comparativamente bajos, haciéndola inadecuada para aplicaciones de proyección comparativamente grande. El aumento de la potencia de la lámpara o la disminución de la distancia de electrodo conducirá a la inestabilidad de la unión de arco y/o un aumento de corrosión del cátodo, por tanto a una disminución del mantenimiento del sistema.

Las realizaciones de la lámpara de descarga de alta presión de la invención se muestran en el dibujo, en el que

la figura 1 es un alzado de una lámpara;

la figura 2 es un alzado de una lámpara con casquillo.

La lámpara de descarga de alta presión de la figura 1 comprende un recipiente 1 de lámpara de vidrio de cuarzo cerrado de manera impermeable a los gases y tiene un pared 2 que rodea un espacio 3 de descarga. Un ánodo 4 y un cátodo 5 se disponen en el espacio 3 de descarga, definiendo una trayectoria 6 de descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores 7, 8 a su través de corriente. Las alimentadores 7, 8 a su través de corriente se extienden desde el espacio 3 de descarga a través de la pared 2 del recipiente 1 de lámpara hasta el exterior. El ánodo 4 tiene una punta 9 con una superficie S terminal roma y el cátodo 5 tiene una punta 9', ambas puntas 9 y 9' se fabrican con "tungsteno ZG". El espacio de descarga tiene un volumen de 0,38 cm^{3}. La lámpara tiene un relleno de argón a 80 mbar, 29 mg de mercurio, 0,05 mg de InBr, 0,23 mg de SnBr_{2} y 0,05 mg de NaBr como emisor en fase gaseosa. La distancia D de electrodo a una vida de lámpara de 0 horas es de 1,5 mm. La lámpara tiene una potencia nominal de 250 W a 50 V, la corriente I de lámpara durante el funcionamiento estable de la lámpara es de aproximadamente 5 A. La superficie S terminal tiene un área superficial de 0,65 mm^{2}, siendo así la razón S/I de 0,13 mm^{2}/A. La lámpara tiene una temperatura de color de aproximadamente 5000 K y una eficacia de aproximadamente 65 lm/W. La relación de diferencia de potencia, PGR, de la lámpara es de aproximadamente 165 W/mm.

En la realización de la figura 2, el recipiente 1 de lámpara de la figura 1 se monta en un casquillo 10 de lámpara que tiene contactos 11 a los que se conectan los alimentadores 7, 8 a su través de corriente. El casquillo 10 de lámpara tiene protuberancias 12 que dan al espacio 3 de descarga. La lámpara de esta realización es adecuada para su uso en un sistema óptico que tiene una superficie esférica con forma de anillo para alojar dichas protuberancias de una manera que hace tope con el fin de disponer la trayectoria de descarga en el sistema óptico en una posición predeterminada, sin la necesidad de alinear la lámpara con respecto al sistema.

Claims

1. Lámpara de descarga de alta presión que comprende:

un recipiente (1) de vidrio de cuarzo cerrado de una manera impermeable a los gases y que tiene una pared (2) que rodea un espacio (3) de descarga;

un relleno que comprende mercurio y haluros metálicos en el espacio (3) de descarga;

un ánodo (4) y un cátodo (5) dispuestos en el espacio (3) de descarga, que definen una trayectoria (6) de descarga, separados por una distancia D de electrodo, y conectados a alimentadores (7, 8) a su través de corriente, que se extienden desde el espacio (3) de descarga a través de la pared (2) del recipiente (1) de lámpara hacia el exterior, teniendo el ánodo (4) una punta (9) con una superficie terminal roma;

una corriente I de lámpara a través de la trayectoria (6) de descarga de la lámpara, definiéndose la corriente I de lámpara como:

I = P/V

en la que

P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y

V es la tensión de la lámpara en voltios;

una razón de diferencia de potencia PGR, definiéndose como:

PGR = P/D

en la que

P es la potencia nominal de la lámpara en vatios y

D es la distancia D de electrodo en mm,

caracterizada porque el área S de superficie terminal en mm^{2} y la corriente I de lámpara en amperios satisface una relación según la cual 0,09 \leq S/I \leq 0,16, con 3,5 \leq S/I \leq 8,0 amperios;

el relleno comprende una cantidad de mercurio de entre 65 y 125 mg/cm^{3};

la distancia D de electrodo es de entre 1 y 2 mm; y

la PGR es de al menos 120 W/mm.

2. Lámpara de descarga de alta presión según la reivindicación 1, caracterizada porque el relleno comprende un emisor que contiene halógeno.

3. Lámpara de descarga de alta presión según la reivindicación 2, caracterizada porque el emisor en fase gaseosa se selecciona del grupo que consiste en haluros alcalinos y haluros de lantánidos, preferiblemente KBr, en la que se selecciona el haluro del grupo que consiste en cloro, bromo y yodo.

4. Lámpara de descarga de alta presión según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el relleno comprende InBr y SnBr_{2}.

5. Lámpara de descarga de alta presión según la reivindicación 1, 2 3 ó 4, caracterizada porque el ánodo (4) y el cátodo (5) tiene puntas (9, 9') que consisten esencialmente en tungsteno puro.

6. Lámpara de descarga de alta presión según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizada porque la lámpara se fija a un casquillo (10) de lámpara, fijándose las alimentadores (7, 8) a su través de corriente a los contactos (11) respectivos de dicho casquillo de lámpara.