Fuente de luz de plasma.

Una fuente de luz (11) que alimentar por energía de Alta Frecuencia,

teniendo la fuente:

• un recinto (12) de material translúcido, teniendo el recinto:

• un vacío sellado (14) en el mismo,

• un relleno (16) en el vacío de material excitable por energía de Alta Frecuencia para formar un plasma emisor de luz en el mismo,

• una jaula de Faraday contenedora de energía de Alta Frecuencia que rodea el recinto, siendo la jaula de Faraday: • transmisora de luz al menos parcialmente para la salida de luz del crisol de plasma y teniendo la jaula de Faraday:

• dos porciones extremas (23, 26) y un casquillo externo (22) entre las porciones extremas, y

• el casquillo interno cilíndrico de barrera contra la energía de Alta Frecuencia (17) dispuesto dentro del casquillo externo, el casquillo interno:

• conectándose eléctricamente en un extremo a una porción extrema de la jaula de Faraday y • definiendo un hueco de lanzamiento (18) en el otro extremo con la otra porción extrema de la jaula de Faraday,

en la que la fuente de luz está caracterizada porque:

• el recinto se dispone dentro del casquillo interno y/o el hueco de lanzamiento;

• el casquillo interno cilíndrico de barrera contra la energía de Alta Frecuencia es transmisor de luz al menos parcialmente para el paso de luz a través del mismo; y

• la fuente de luz comprende además una antena (27) dispuesta dentro de la jaula de Faraday entre los casquillos interno y externo para transmitir energía de Alta Frecuencia inductora de plasma al relleno, teniendo la antena:

• una conexión que se extiende por el exterior de la jaula de Faraday para acoplarse a una fuente de energía de Alta Frecuencia,

por lo que la energía de Alta Frecuencia introducida entre los casquillos a través de la antena se puede lanzar a través del hueco hacia dentro del casquillo interno para la excitación del plasma y la radiación de luz a través de los casquillos y hacia fuera de la fuente.

Fuente de luz de plasma.

La presente invención se refiere a una fuente de luz de plasma.

El Plasma de Alta Frecuencia (HF) es un término aplicado a menudo para referirse a plasmas excitados tanto por Radio Frecuencia, RF (â 1 -300 MHz) como por Microondas (â 0, 3 -300 GHz) . La mayoría de plasmas de HF usados como fuentes de luz se localizan por completo en el interior del aplicador de campo de HF, es decir las descargas se mantienen en circuitos capacitivos o inductivos y en cavidades resonantes, líneas coaxiales y guías de ondas.

Un inconveniente de un dispositivo de cavidad resonante con relleno de aire es que el tamaño de la cavidad se determina por la frecuencia de funcionamiento. Se han diseñado sistemas de cavidad técnicamente exitosos para el 15 funcionamiento a 2, 4GHz. A frecuencias adecuadas (bandas ISM -Industriales, Científicas y Médicas) por debajo de esta frecuencia el tamaño de la cavidad y de las guías de ondas asociadas podrá pasar a ser demasiado grande físicamente para su uso en sistemas de iluminación comerciales. También se hace difícil diseñar cámaras de plasma de alta presión para tales cavidades que operen plasmas en combinaciones de alta eficiencia de radiación y potencia útilmente baja, es decir menos de 400 vatios, requeridas para la mayoría de aplicaciones comerciales. De hecho incluso a 2, 45GHz puede ser difícil obtener potencias del sistema de menos de 400 vatios con plasmas de la eficiencia de radiación requerida.

Con el fin de proporcionar plasmas con una alta eficiencia de radiación y un funcionamiento a potencias inferiores a 400 vatios se conoce el funcionamiento de cámaras de plasma dentro de una cavidad resonante con relleno 25 dieléctrico. Mientras que esta última configuración es adecuada como una fuente de luz para aplicaciones como la proyección donde el tamaño de fuente pequeño es el beneficio primario que se busca, las primeras configuraciones tuvieron serias limitaciones para situaciones de iluminación generales debido a la obstrucción de un alto porcentaje de luz de la fuente por la estructura dieléctrica opaca. En esta configuración menos del 50% del área de superficie de una bombilla es capaz de emitir luz en un ángulo sólido limitado, 2Ï? estereorradianes, de espacio libre. Esta área de superficie se maximiza normalmente diseñando una porción del volumen de la bombilla para que sea externo a la cavidad.

Como se muestra en la Solicitud Internacional Núm. PCT/GB2008/003829 de los presentes inventores, los presentes inventores han superado este inconveniente. En esa solicitud, los presentes inventores describen una fuente de luz 35 que alimentar por energía de microondas, teniendo la fuente:

â?¢

â?¢ un cuerpo que tiene un vacío sellado en el mismo,

â?¢ una jaula de Faraday envolvente de microondas que rodea el cuerpo,

â?¢ siendo el cuerpo dentro de la jaula de Faraday una guía de ondas resonante,

â?¢ un relleno en el vacío de material excitable por energía de microondas para formar un plasma emisor de luz en el mismo, y â?¢ una antena dispuesta dentro del cuerpo para transmitir energía de microondas inductora de plasma al relleno, teniendo la antena:

â?¢ una conexión que se extiende por el exterior del cuerpo para acoplarse a una fuente de energía de 45 microondas; en la que:

â?¢ el cuerpo es un crisol de plasma sólido de material que es translúcido para la salida de luz del mismo, y

â?¢ la jaula de Faraday es transmisora de luz al menos parcialmente para la salida de luz del crisol de plasma,

siendo la disposición de tal manera que la luz de un plasma en el vacío puede pasar a través del crisol de plasma y 50 radiar desde él a través de la jaula.

Como se usa en esa solicitud:

â?¢

â?¢ "translúcido" significa que el material, del cual se compone un artículo descrito como translúcido, es transparente o 55 diáfano;

â?¢ "crisol de plasma" significa un cuerpo cerrado que envuelve un plasma, estando éste último en el vacío cuando el relleno del vacío es excitado por energía de microondas desde la antena;

â?¢ "jaula de Faraday" significa un recinto eléctricamente conductor de radiación electromagnética, que es impermeable al menos sustancialmente a las ondas electromagnéticas en las frecuencias de funcionamiento, es

decir de microondas.

En esta solicitud los presentes inventores usan "jaula de Faraday" de manera análoga, pero no restringida a envolver microondas sino extendida a envolver las ondas electromagnéticas a la frecuencia de funcionamiento sea la que sea 5 en la banda de HF como se define anteriormente. Los presentes inventores no usan el término "crisol de plasma" en esta solicitud.

Los plasmas se pueden crear mediante ondas viajeras en guías de ondas y estructuras de ondas lentas, llamadas Descargas de Ondas Viajeras (TWD) . A efectos de iluminación un miembro de esta clase de descargas, la Descarga de Onda de Superficie (SWD) , en el pasado se ha valorado ampliamente como particularmente prometedor; éste es la Descarga de Onda de Superficie SWD propagativa. Este tipo de descarga es bien conocido en la bibliografía, la energía electromagnética forma el plasma y el propio plasma es la estructura a lo largo de la cual se propaga la onda. Un aplicador de campo práctico para una SWD es un surfatrón. Los surfatrones son estructuras de banda ancha que se pueden usar por una gama de frecuencias de 200MHz a 2, 45GHz y tienen la propiedad de que se pueden conseguir eficiencias de acoplamiento de energía muy altas. Más del 90% de la energía de HF se puede acoplar al plasma. Aunque se han propuesto SWDs lanzadas por surfatrones para aplicaciones de iluminación, éstas han estado dirigidas a descargas de baja presión. La aplicación principal para las SWDs es plasmas de presión subatmosférica a atmosférica de gran volumen para diversos procesos en la fabricación de microcircuitos. Para las aplicaciones de iluminación de alta presión hay un inconveniente. El volumen del plasma depende mucho de la presión del plasma y la potencia del plasma. A potencias de menos de 400 vatios y presiones de unas pocas atmósferas la mayor parte del plasma se contiene dentro de la estructura de lanzamiento, de manera que dada la naturaleza opaca de los dispositivos de surfatrón conocidos se puede recoger muy poca de la luz producida por el plasma.

Una estructura de surfatrón típica se muestra mediante un diagrama en la Figura 1. El surfatrón 1 tiene una estructura de HF que consiste en dos cilindros metálicos 2, 3 que forman una sección de línea de transmisión coaxial 4 terminada por un cortocircuito 5 en un extremo y por un hueco circular 6 en el otro. Un campo eléctrico de HF que se extiende a través del hueco puede excitar una onda de superficie acimutalmente simétrica para mantener una columna de plasma 7 de material excitable en un tubo dieléctrico 8 dispuesto coaxialmente dentro de los cilindros.

Un acoplador capacitivo cilíndrico coaxial 9 se posiciona entre los cilindros, con una conexión 10 que se extiende hacia fuera a través del cilindro externo. Ahí se conecta a una línea de transmisión de entrada. Una placa se une al conductor interno para formar una capacitancia entre esta placa y el cilindro metálico interno.

Un ejemplo de tal estructura de surfatrón se muestra en la Patente estadounidense número 4.792.725.

El objeto de la presente invención es proporcionar una fuente de luz mejorada.

De acuerdo con la invención se proporciona una fuente de luz que alimentar por energía de Alta Frecuencia, teniendo la fuente:

â?¢

â?¢ un recinto de material translúcido, teniendo el recinto: â?¢ un vacío sellado en el mismo,

â?¢ un relleno en el vacío de material excitable por energía de Alta Frecuencia para formar un plasma emisor de luz en el mismo,

â?¢ una jaula de Faraday contenedora de energía de Alta Frecuencia que rodea el recinto, siendo la jaula de Faraday: â?¢ transmisora de luz al menos parcialmente para la salida de luz del crisol de plasma y teniendo la jaula de Faraday: â?¢ dos porciones extremas y un casquillo externo entre las porciones extremas, y â?¢ un casquillo interno cilíndrico de barrera contra la energía de Alta Frecuencia dispuesto dentro del casquillo 50 externo, el casquillo interno: â?¢ conectándose eléctricamente en un extremo a una porción extrema de la jaula de Faraday y â?¢ definiendo un hueco de lanzamiento en el otro extremo con la otra porción extrema de la jaula de Faraday, en la que la fuente de luz está caracterizada porque:

â?¢ el recinto se dispone dentro del casquillo interno y/o el hueco de lanzamiento;

â?¢ el casquillo interno cilíndrico... [Seguir leyendo]

1. Una fuente de luz (11) que alimentar por energía de Alta Frecuencia, teniendo la fuente:

â?¢ 5 â?¢ un recinto (12) de material translúcido, teniendo el recinto:

â?¢ un vacío sellado (14) en el mismo,

â?¢ un relleno (16) en el vacío de material excitable por energía de Alta Frecuencia para formar un plasma emisor de luz en el mismo,

â?¢ una jaula de Faraday contenedora de energía de Alta Frecuencia que rodea el recinto, siendo la jaula de Faraday:

â?¢ transmisora de luz al menos parcialmente para la salida de luz del crisol de plasma y teniendo la jaula de Faraday:

â?¢ dos porciones extremas (23, 26) y un casquillo externo (22) entre las porciones extremas, y â?¢ el casquillo interno cilíndrico de barrera contra la energía de Alta Frecuencia (17) dispuesto dentro del casquillo externo, el casquillo interno: 15 â?¢ conectándose eléctricamente en un extremo a una porción extrema de la jaula de Faraday y â?¢ definiendo un hueco de lanzamiento (18) en el otro extremo con la otra porción extrema de la jaula de Faraday, en la que la fuente de luz está caracterizada porque: 20 â?¢

â?¢ el recinto se dispone dentro del casquillo interno y/o el hueco de lanzamiento;

â?¢ el casquillo interno cilíndrico de barrera contra la energía de Alta Frecuencia es transmisor de luz al menos parcialmente para el paso de luz a través del mismo; y

â?¢ la fuente de luz comprende además una antena (27) dispuesta dentro de la jaula de Faraday entre los casquillos 25 interno y externo para transmitir energía de Alta Frecuencia inductora de plasma al relleno, teniendo la antena:

â?¢ una conexión que se extiende por el exterior de la jaula de Faraday para acoplarse a una fuente de energía de Alta Frecuencia, por lo que la energía de Alta Frecuencia introducida entre los casquillos a través de la antena se puede lanzar a 30 través del hueco hacia dentro del casquillo interno para la excitación del plasma y la radiación de luz a través de los casquillos y hacia fuera de la fuente.

2. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 1, en la que el espacio entre los casquillos está vacío de material sólido, excepto el del recinto del vacío. 35

3. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 1, en la que el espacio entre los casquillos está relleno al menos parcialmente (20) de material dieléctrico sólido translúcido.

4. Una fuente de luz según se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en la que el casquillo

interno es de mayor sección transversal que el recinto del vacío, estando el espacio interpuesto vacío de material sólido.

5. Una fuente de luz según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el casquillo interno es de mayor sección transversal que el recinto del vacío, estando el espacio interpuesto relleno de 45 material dieléctrico sólido translúcido.

6. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 5, en la que el recinto del vacío es una bombilla que contiene el relleno, estando la bombilla alojada en un orificio en un cuerpo de material dieléctrico sólido translúcido dentro del casquillo interno.

7. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 6, en la que la bombilla llena el orificio en el cuerpo y se fusiona al mismo.

8. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 6, en la que la bombilla está separada 55 radialmente del orificio en el cuerpo y se fusiona al mismo.

9. Una fuente de luz según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el casquillo interno es sustancialmente de la misma sección transversal que el recinto del vacío, siendo el vacío un orificio en el recinto, sellado en ambos extremos del mismo.

10. Una fuente de luz según se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en la que el vacío está en el extremo del hueco de lanzamiento del casquillo interno.

11. Una fuente de luz según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10 como anexas a la reivindicación 3, en la que el material dieléctrico sólido translúcido dentro del casquillo interno y entre los casquillos están separados sólo por el grosor del casquillo interno en el hueco de lanzamiento.

12. Una fuente de luz según se reivindica en cualquier reivindicación precedente, los casquillos interno y 10 externo son reticulares y metálicos.

13. Una fuente de luz según se reivindica en la reivindicación 12, en la que el casquillo externo tiene un borde no perforado a través del cual la fuente de luz se sujeta a un portador metálico que proporciona una porción extrema de la jaula de Faraday.

14. Una fuente de luz según se reivindica en cualquier reivindicación precedente en la que el vacío se dispone axialmente a la fuente de luz solapándose al menos parcialmente con el casquillo interno.

15. Una fuente de luz según se reivindica en una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 13, 20 en la que el vacío se dispone axialmente a la fuente de luz de modo que no se solape con el casquillo interno.