БЕЗРТУТНАЯ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1995 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к конструкциям металлогалогенных ламп для фототехнологических процессов, эффективно протекающих под действием излучения в спектральном диапазоне 350-400 нм, например фотополимерных фотолитографических процессов.

Известна металлогалогенная лампа для фототехнологических процессов [1] содержащая горелку с герметично установленными электродами, наполненную ртутью и инертным газом в количестве, достаточном для получения стабильного разряда, железом в концентрации не менее 0,005 мг/см³ объема горелки, галогеном (в частности, йодом) и магнием при молярном отношении магния к железу 1/40 -2/3.

Недостатками этой лампы являются низкий энергетический КПД излучения в спектральной области 350-400 нм, порядка не более 13% и низкая экологическая полноценность из-за наличия в составе наполнения супертоксичной ртути.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа техническое решение металлогалогенной лампы для фототехнологических процессов [2] содержащей горелку с герметично установленными электродами, наполненную ртутью, железом, свинцом и йодом в составе йодида ртути (II), при этом молярная концентрация образующегося в объеме горелки йодида железа (II) составляет 0,15 0,5 мкмоль/см³, а молярное отношение йодида железа (II) к также образующемуся в объеме горелки, йодиду свинца (II) составляет от 1 до 10. При этом энергетический КПД излучения в области 350-400 нм ламп по прототипу достигает 14,5%
Недостатком прототипа является его низкая экологическая полноценность из-за наличия в составе наполнения супертоксичной ртути.

Целью изобретения является повышение экологической полноценности металлогалогенной лампы для фототехнологических процессов, эффективно протекающих под действием излучения в спектральной области 350-400 нм.

Это достигается тем, что в лампу, содержащую горелку с герметично установленными электродами, наполненную железом, свинцом и йодом, дополнительно вводятся ксенон при давлении 10-200 кПа, магний и олово при следующих молярных концентрациях указанных металлов в объеме горелки, мкмоль/см³: Железо 0,3-7,0 Свинец 0,006-6,0 Магний 0,006-4,0 Олово 0,2-7,5 а отношение молярной концентрации атомарного йода к сумме молярных концентраций указанных металлов 1,0-2,0.

Конструктивно лампа аналогична известным двухкольцевым металлогалогенным лампам с выводами в противоположные стороны.

Лампа работает следующим образом. После установки лампы цоколями в электрические патроны, включенные в цепь питания лампы и последующего замыкания этой цепи, на горелку подается напряжение питающей сети и высокочастотные высоковольтные импульсы, создаваемые импульсным зажигающим устройством в цепи питания лампы, в результате чего между электродами возникает разряд в ксеноне, который, разогревая стенку горелки, приводит к испарению с нее йодистых соединений железа, свинца, магния и олова, после разгорания лампы она переходит в режим дугового горения с установившимися параметрами (рабочий), эффективно излучая в интервале длин волн 350-400 нм. При этом на относительно слабый фон излучения ксенонового буфера наложены уширенные этим буфером линии железа (квазинепрерывный континуум), свинца (357,3, 364, 368,3, 374 нм), магния (382,9, 383,2, 383,8 нм) и олова (365,6, 380,1 нм). В результате этого имеется повышенный энергетический КПД излучения в интервале длин волн 350-400 нм.

При давлении буферного газа ксенона менее 10 кПа недостаточно проявляются его уширяющие свойства на линии металлов наполнения, в результате чего их выход из разряда затруднен, кроме того, возникающий при этом низкий продольный градиент электрического столба разряда затрудняет создание компактных ламп. При давлении буферного газа более 200 кПа температура разряда оказывается недостаточной для эффективного высвечивания указанных линий металлов, а также возникает нестабильность дуги. При молярных концентрациях металлов менее, мкмоль/см³: железо 0,3; свинец 0,006; магний 0,006 и олово 0,2 КПД излучения лампы в области длин волн 350-400 нм невысок из-за недостатка излучающих атомов в разряде. При молярных концентрациях железа, свинца, магния и олова более 7,0, 6,0, 4,0 и 7,5 мкмоль/см³ соответственно из-за охлаждения разряда его излучение в требуемом диапазоне длин волн снижается. При отношении молярной концентрации атомарного йода к сумме молярных концентраций железа, свинца, магния и олова менее 1,0 количества йода оказывается недостаточно для образования йодистых соединений этих металлов, в результате чего они конденсируются на стенке горелки, образуя малопрозрачную пленку, что снижает КПД и сокращает срок службы. При указанном соотношении более 2,0 избыток йода приводит к нестабильности дуги и затрудняет зажигание разряда.

В таблице приведен 21 пример конкретного выполнения лампы по изобретению, три из которых показали оптимальные результаты. При этом во всех примерах лампа имела одинаковые двухэлектродные трубчатые стеклокварцевые горелки с диаметром колбы 14 мм и межэлектродным расстоянием 110 мм, горевшие в горизонтальном положении при мощности 1000 Вт. Обозначения и размерности в таблице следующие: Fe, Mg, Pb и Sn молярные концентрации железа, магния, свинца и олова соответственно, мкмоль/см³, 1 отношение молярной концентрации йода в мкмоль/см³ к сумме молярных концентраций железа, свинца, магния и олова в мкмоль/см³, Хе холодное давление ксенонового буфера в кПа, значение КПД лампы в диапазоне длин волн 350-400 нм,
Из таблицы следует, что лампа по заявляемому изобретению обеспечивает повышенный энергетический КПД излучения в интервале длин волн 350-400 нм.

Использование изобретения позволит наряду с экономическим эффектом получить эффект социальный за счет применения менее токсичных ингредиентов в наполнении горелки.

Изобретение может быть использовано также в других процессах с рабочей областью в спектральном диапазоне длин волн 350-400 нм.

Использование: в металлогалогенных лампах высокой интенсивности для фотохимических процессов. Сущность изобретения: металлогалогенная лампа для фотохимических процессов содержит горелку с герметично установленными электродами, наполненную железом, свинцом и йодом. В горелку дополнительно вводятся ксенон при давлении 10-200 кПа, магний и олово при следующих молярных концентрациях указанных металлов в объеме горелки, мкмоль/см³ железо 0,3-7,0, свинец 0,006-6,0, магний 0,006-4,0, олово 0,2-7,5. Отношение молярной концентрации атомарного йода к сумме молярных концентраций указанных металлов 1,0-2,0. В качестве ингредиентов наполнения горелки использованы ксенон (вместо супертоксичной ртути) при определенном давлении, магний и олова, при этом железо, свинец, магний и олово берутся в определенных молярных концентрациях и с определенным отношением их суммы к молярной концентрации атомарного йода. 1 табл.

БЕЗРТУТНАЯ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку с герметично установленными электродами, наполненную железом, свинцом и иодом, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ксенон при давлении 10 200 кПа, магний и олово при следующих молярных концентрациях в объеме горелки, мкмоль/см³:
Железо 0,3 7,0
Свинец 0,06 6,0
Магний 0,06 4,0
Олово 0,2 7,5,
отношение молярной концентрации атомарного иода к сумме молярных концентраций указанных металлов составляет 1,0 2,0.