Brevet FR2631740A1 — publié le 19891124

I 2631740 La présente invention concerne une bobine à haute fréquence (HF) pour exciter une décharge en plasma et, plus particulièrement, une bobine HF munie d'un revêtement réflé- chissant dans le but d'exciter le plasma produit par la lumière visible dans une lampe à décharge de haute intensité ne comportant pas d'électrodes, et ayant une couche superfi- cielle spéculaire ou diffuse qui permet à la presque tota- lité de la lumière produite par la lampe de s'échapper sans qu'il y ait un blocage important par la bobine. On sait qu'on peut produire la lumière visible à partir d'une décharge en plasma excitée par un courant HF. Le courant HF est fourni par une bobine d'excitation se trouvant généralement à l'extérieur de la lampe dans laquelle la décharge est excitée et couplée au plasma de décharge. Il est de première importance que la bobine d'excitation ait non seulement une perte résistive HF de faible valeur, mais également des caractéristiques physiques qui permettent à la plus grande partie de la lumière, libé- rée par la décharge en plasma, d'être utilisée et de ne pas être bloquée par la bobine elle-même. Ainsi, la lumière interceptée par la bobine d'excitation diminue l'efficacité - 2 - globale de la source, de sorte qu'il est souhaitable de réduire l'intersection et l'absorption de la lumière par la bobine d'excitation à une valeur aussi faible que possible. Selon la présente invention, une bobine d'excitation pour stimuler un plasma de décharge de haute intensité dans une lampe à décharge sans électrodes com- prend: au moins une spire d'un conducteur disposé à l'extérieur d'un volume cylindrique dans lequel le plasma doit être excité, et au moins une couche, sur la surface extérieure du conducteur de la bobine, d'un matériau ayant un facteur de réflexion de la lumière visible supérieur à environ 0,85, et de préférence aussi proche que possible de %. Pour des bobines d'excitation constituées de conducteurs en cuivre, aluminium et analogue, on peut utiliser une fine couche de nitrure de silicium, seule ou avec une couche sous-jacente d'argent, comme couche réfléchissante spéculaire. On peut obtenir un réflecteur diffus avec une couche de sulfate de baryum, de poudre d'oxyde de titane, d'alumine ou de magnésie, seule ou avec une couche intermédiaire sous-jacente d'augmentation de l'adhérence. En conséquence, la présente invention a pour objet une bobine d'excitation revêtue de façon à être réfléchis- sante pour lampe à décharge de haute intensité ne comportant pas d'électrodes. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue de côté, quelque peu schéma- tique, d'une lampe à décharge à plasma de haute intensité, de sa bobine d'excitation HF, et d'une source d'excitation, permettant d'apprécier l'environnement -dans lequel fonc- tionne le dispositif de la présente invention. Figure 2a, une vue en coupe d'un premier mode de réalisation, actuellement préféré, d'une bobine d'excitation au revêtement réfléchissant selon la présente invention, - 3 - Figure 2b, une vue en coupe d'un autre mode de réalisation, ayant actuellement la préférence, d'une bobine d'excitation au revêtement réfléchissant selon la présente invention. En liaison tout d'abord avec la figure 1, une lampe à décharge 10 de haute intensité comprend une enve- loppe transparente 11 renfermant un volume 11a qui contient une certaine quantité d'au moins un gaz dans lequel le plasma 12 d'un arc à décharge est produit en réponse à la circulation d'un courant HF dans une bobine d'excitation 14 placée au delà de l'extérieur de l'enveloppe 11. Le passage du courant à haute fréquence Ihf répond à une source d'excitation 16 lorsqu'elle fournit une tension Vhf de haute fréquence -entre les extrémités 14a et 14b de la bobine d'excitation. En général, le plasma 12 a la forme d'un anneau toroidal, ou haltère, dans un plan pratiquement per- pendiculaire au sens du champ magnétique B induit par la bobine d'excitation 14. Pour obtenir un couplage magnétique correct entre la bobine 14 et l'arc 12, ce dernier doit intercepter le plus possible de lignes de force provenant de la bobine, de sorte que l'arc 12 sera généralement relative- ment proche de la bobine 14. Par conséquent, au lieu que la totalité de la lumière produite par l'arc 12 atteigne des endroits situés à distance, une partie sera interceptée par la bobine 14 et réduira le rendement global de la source lumineuse 10. Il est donc hautement souhaitable d'avoir une absorption relativement petite de la lumière par la bobine 14. Le conducteur de la bobine 14 peut être massif ou creux, car le courant HF ne circule que sur sa surface, jusqu'à une profondeur appelée profondeur de peau HF. Pour un conducteur en cuivre, et à une fréquence d'environ 13,56 MHz (fréquence "industrielle" relativement standard à laquelle les lampes à décharge de haute intensité fonctionnent souvent), la pro- fondeur de peau est d'environ 0,2 millimètre. A cause de cette valeur si faible de la profondeur de peau, le conduc- - 4 - teur doit avoir une conductivité électrique aussi élevée que possible, de sorte qu'on utilise généralement du cuivre, souvent avec une couche superficielle d'argent ou d'or afin de réduire les pertes HF. Le facteur de réflexion optique de la plupart de ces matériaux est mauvais, à l'exception éven- tuelle d'une surface en argent poli. Cependant, l'argent et les autres matériaux, tels que le cuivre, ne conservent pas en général une surface bien polie sous l'effet de l'exposition à la chaleur, aux rayonnements ou aux gaz de l'atmosphère. Ainsi, si on utilise pour la bobine des maté- riaux tels que le cuivre ou l'argent, sa surface présentera rapidement une absorption fâcheusement élevée de la lumière ou, en d'autres termes, elle n'aura pas initialement, et ne conservera pas, une réflectance très élevée vis à vis d'au moins de la lumière visible. En liaison avec les figures 2a et 2b, on prévoit, selon la présente invention, une surface réfléchissante spé- culaire ou diffuse sur la surface extérieure d'une bobine d'excitation HF, 14, pour lampe à décharge de haute inten- sité sans électrodes, en formant au moins une couche de matériau hautement réfléchissant sur la surface de la bobine. Une fine couche 18 (figure 2a) d'un matériau diélec- trique de passivation, transmettant la lumière, tel que l'alumine, la silice, le nitrure de silicium, etc..., peut être placée, dans un mode de réalisation ayant actuellement la préférence, directement sur la surface extérieure 14s du conducteur de la bobine 14. A titre d'illustration, en figure 2a, on utilise un conducteur tubulaire, avec une fine paroi conductrice 14c et un intérieur creux 14d, comme si on voulait acheminer un réfrigérant liquide dans la bobine, pour en extraire la chaleur. On doit remarquer que la bobine peut être un fil massif, tel que le conducteur solide 14'c représenté en figure 2b dans la mesure o la surface 14's du conducteur est traitée d'une façon similaire, quelles que puissent être la forme de la section transversale et les -- 5 -- caractéristiques de la partie de passage du courant HF du conducteur de la bobine. A titre d'exemple, on a réalisé une bobine avec un conducteur en aluminium poli sur lequel était déposée une fine couche 18 de nitrure de silicium, et on a obtenu un facteur net de réfle ion de la lumière de 0,89 (c'est-à-dire que 89 % de la lumière totale- incidente étaient réfléchis par le conducteur revêtu de la bobine). Dans un autre mode de réalisation ayant actuelle- ment la préférence, représenté en figure 2b à titre d'exemple, le conducteur 14'c (qui peut être un tube creux ou un fil massif, ayant une section transversale ronde, car- rée ou d'autre forme) comporte sur son dessus une fine couche 20 dans le but de protéger le conducteur sous-jacent (par exemple un revêtement protecteur en chrome, ayant une épaisseur de, par exemple, 100 nm - de sorte que la partie principale du courant HF passe dans la surface du conducteur en cuivre et/ou afin d'améliorer l'adhérence d'une couche 22 la plus à l'extérieur sur la surface extérieure 14's du conducteur sousjacent. En dehors du fait qu'une couche extérieure 22 fournit un revêtement spéculaire extrêmement réfléchissant, cette couche peut être constituée d'un maté- riau formant une surface réfléchissante, diffuse. Par exemple, on a appliqué une couche 22 de sulfate de baryum en poudre à une bobine 14'c à conducteur en cuivre. Le sulfate de baryum se présentait sous la forme d'une peinture qu'on utilise généralement pour procéder au revêtement de la sur- face d'une sphère d'intégration, peinture qu'on peut se pro- curer sous le n 6080 auprès de la société dite Eastman Kodak Co. Pour augmenter l'adhérence avec le cuivre de la peinture, on a employé une fine couche 20 d'un émail blanc au fini mat. On a obtenu par mesure un facteur de réflexion de la lumière s'élevant à 0,982. D'autres poudres de réflexion diffuse, telles que des poudres d'oxyde de titane, d'alumine, de magnésie, etc., seront stables dans les conditions atmosphériques qu'on rencontre dans - 6 - l'environnement d'une lampe sans électrodes et peuvent conférer la haute réflexion nécessaire de la lumière inci- dente dans la totalité du spectre visible et dans le proche ultra-violet et le proche infrarouge. Alors qu'on a décrit à titre d'exemples plusieurs variantes de la bobine d'excitation HF au revêtement réflé- chissant de la présente invention pour lampe à décharge de haute intensité, comportant une couche réfléchissante spécu- laire ou diffuse sur sa surface extérieure, d'autres modifi- cations et variantes apparaîtront maintenant au technicien. -7- REVENDICATIONS 1. Bobine d'excitation (14), pour stimuler un plasma (12) de décharge à haute intensité dans une lampe à décharge sans électrodes (10), caractérisée en ce qu'elle comprend: au moins une spire d'un conducteur disposée autour d'une surface imaginaire définissant un volume dans lequel le plasma peut être situé, le conducteur ayant une surface extérieure (14s), une couche (18; 22), sur la surface extérieure, en matériau conférant à la bobine un facteur de réflexion supérieur à environ 0,85. 2. Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche présente une surface extérieure réflé- chissante spéculaire. 3. Bobine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le conducteur est constitué d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le cuivre et l'aluminium. 4. Bobine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau de la couche est un matériau diélec- trique de passivation et transmettant la lumière. 5. Bobine selon la revendication 4, caractérisée en ce-que le matériau diélectrique est choisi dans le groupe comprenant l'alumine, la silice et le nitrure de silicium. 6. Bobine selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une couche intermédiaire (20) d'un autre matériau, entre la surface extérieure du conducteur et la couche réfléchissante. 7. Bobine selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche intermédiaire est en chrome. 8. Bobine selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche intermédiaire en chrome a une épaisseur d'environ 100 nm. 9. Bobine selon la revendication 6, caractérisée -8- en ce que la couche diélectrique est constituée de nitrure de silicium et la couche intermédiaire est une couche d'argent poli placée sur la surface extérieure de la bobine, au dessous de la couche de nitrure de silicium. 10. Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche a une surface extérieure réfléchissante diffuse. 11. Bobine selon la revendication 10, caractérisée en ce que le conducteur est constitué d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le cuivre et l'aluminium. 12. Bobine selon la revendication 11, caractérisée en ce que le matériau de la couche est choisi dans le groupe comprenant le sulfate de baryum, l'oxyde de titane, l'alumine et la magnésie. - 13. Bobine selon la revendication 12, caractérisée en ce que le matériau de la couche est une poudre. 14. Bobine selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une couche intermédiaire d'un autre matériau, entre la surface extérieure du conduc- teur et la couche réfléchissante. 15. Bobine selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'on choisit l'autre matériau de manière à augmenter l'adhérence de la surface réfléchissante sur la surface extérieure du conducteur. 16. Bobine selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'autre matériau est une encre-émail.