DE3751317T2

DE3751317T2 - Lichtquelle mit seltene Erden-Halogenen mit verbesserter Rotemittierung.

Info

Publication number: DE3751317T2
Application number: DE3751317T
Authority: DE
Inventors: Jerry Kramer; Walter P Lapatovich
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Flowil International Lighting Holding BV
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2007-12-18
Also published as: DE3751317D1; EP0271911A2; EP0271911B1; EP0271911A3; CA1288799C; US4801846A

Description

Diese Erfindung betrifft eine elektrische Hochdruck-Entladungslampe. Diese Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Hochdruck-Entladungslampe mit verbesserter Rotemittierung.
Hg und Seltenerd-Jodide enthaltende elektrische Hochdruck-Entladungslampen sind im Handel erhältlich und werden für die Studiobeleuchtung eingesetzt. Diese Quellen weisen eine große Effizienz, die größer als 80 lm/w (LPW) ist, eine gute Farbwiedergabe, einen CRI von ungefähr gleich 85 und eine hohe Farbtemperatur von ca. 6000 K auf. Die hohe Farbtemperatur ist mit Filmen für fotografische Zwecke kompatibel. Quellen für allgemeinere Beleuchtungszwecke sollten die hohe Effizienz und die gute Farbwiedergabe der Seltenerd-Studiolampen aufweisen, jedoch wäre eine wärmere Farbtemperatur von ca. 3000 K wünschenswert, die einer Glühquelle besser entspricht.
Die hohe Effizienz und die gute Farbwiedergabe von Seltenerd-Halogenidlampen rühren sowohl von der atomaren als auch von der molekularen Emission aus dem Bogen her. Viele atomare Seltenerd-Emissionslinien im sichtbaren Bereich des Spektrums stammen aus dem Innenbereich in der Mitte des Bogens. Dem atomaren Emissionsspektrum ist molekulare Emission von den Seltenerd-Subhalogeniden überlagert, die aus dem Außenbereich des Bogens kommt. Da die Strahlung von den Seltenerd-Halogenidquellen im Roten im Vergleich zum Blauen und zum Grünen unzureichend ist, entsteht eine hohe Farbtemperatur.
Ein Weg zum Herabsetzen der Farbtemperatur ist das Zusetzen von Alkaliatomen wie Natrium oder Lithium. Diese werden als Jodide zugegeben, um eine Reaktion mit der Lampenhülle zu reduzieren. Die Entladung enthält typischerweise Cäsiumjodid, um den Bogen verbreitern und stabilisieren zu helfen und eine Quelle von Atomen mit niedrigem Ionisierungspotential (Cäsium-Ionisierungspotential = 3,9 eV) bereitzustellen. Ionisiertes Cäsium stellt die für das Aufrechterhalten der Entladung nötigen Elektronen bereit und senkt die Emission von ungeladenem Cäsium im Infraroten, die die Effizienz der Lampe erniedrigt. Die Ionisierung von Cäsium senkt auch den Ionisierungsgrad der Seltenerd-Atome. Dies ist wünschenswert, da eine Maximierung von ungeladenen Seltenerd-Atomen die sichtbaren Emissionen erhöht. Ein Zusatz von Natrium alleine senkt die Farbtemperatur und erhöht die Effizienz auf Kosten der Farbwiedergabe. Die Natriumemission findet vorwiegend bei 590 nm statt und tendiert dazu, das Spektrum zu dominieren. Eine Zugabe von Natrium kann außerdem aufgrund des höheren Ionisierungspotentials von Natrium gegenüber Cäsium das Verhältnis von Seltenerd-lonen zu ungeladenen -Atomen erhöhen. Die Zugabe von Lithium führt zu einer Emission bei 671 nm. Obwohl eine Emission dieser Linie die Farbtemperatur erniedrigt, liegt die Emission weit außerhalb der Tageslichtempfindlichkeit, und die Effizienz fällt ab.
Aus US-A-3 852 630 ist bekannt, eine Hochdruck-Entladungslampe mit einem Füllgas zu versehen, das Quecksilber, ein Edelgas sowie eines oder mehrere der Halogenide von Natrium, Thallium und Indium umfaßt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Hochdruck-Entladungslampe mit verbesserter Rotemittierung mit einer feuerfesten inneren Hülle, die ein Füllgas enthält, das im wesentlichen aus Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, kalziumjodid, einem inerten Gas und Cäsiumjodid oder Natriumjodid besteht.
Das Füllgas ist vorzugsweise in einer feuerfesten inneren Hülle eingeschlossen, die zusammen mit einem Trägerrahmen und elektrischen Anschlüssen in einer äußeren Hülle eingeschlossen sind. Ein Sockel kann an der äußeren Hülle angebracht und mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sein, um elektrische Energie in die feuerfeste innere Hülle und zu den Elektrnden zu koppeln. In alternativen Ausführungsformen kann die Lampe als elektrodenlose Hochdruckbauart ausgebildet sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen ein Füllgas auf, das Quecksilber im Bereich von 1,0 bis 11,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, kalziumjodid im Bereich von 0,3 bis 13,6 mg/cm³ und entweder Cäsiumjodid im Bereich von 0,1 bis 4,8 mg/cm³ oder Natriumjodid im Bereich von 0, 1 bis 11,2 mg/cm³ enthält.
In stärker bevorzugten Beispielen enthält das Füllgas Quecksilber im Bereich von 4,0 bis 9,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, kalziumjodid im Bereich von 1,8 bis 8,5 mg/cm³ und entweder Cäsiumjodid im Bereich von 0,6 bis 3,0 mg/cm³ oder Natriumjodid im Bereich von 1,4 bis 7,0 mg/cm³
In den am stärksten bevorzugten Ausführungsformen enthält das Füllgas etwa 7,0 mg/cm³ Quecksilber, etwa 1,0 mg/cm³ Zerjodid, etwa 1,0 mg/cm³ Thuliumjodid, etwa 3,4 mg/cm³ Kalziumjodid und entweder etwa 1,2 mg/cm³ Cäsiumjodid oder etwa 2,8 mg/cm³ Natriumjodid.
Diese Bereiche können für einen Einsatz in mit Elektroden versehenen oder elektroden losen elektrischen Hochdruck-Entladungslampen angepaßt werden, wobei vorzugsweise Argon als inertes Gas mit in den abhängigen Ansprüchen 8 bis 13 ausführlich angegebenen Drücken verwendet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend in lediglich beispielhafter Weise und unter Bezug auf die Zeichnungen dargelegt, wobei:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten elektrischen Hochdruck-Entladungslampe ist,
Fig. 2 ein Emissionsspektrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck-Entladungslampe mit eine Lampenfüllung von Hg/Cel&sub3;/Tml&sub3;/Csl und Ar ist,
Fig. 3 ein Emissionsspektrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck-Entladungslampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die eine Lampenfüllung von Cal&sub2; zusätzlich zu Hg/Cel&sub3;/Tml&sub3;/Csl und Ar enthält,
Fig. 4 ein Emissionsspektrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck-Entladungslampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die eine Lampenfüllung von Cal&sub2; und Nal zusätzlich zu Hg/Cel&sub3;/Tml&sub3; und Ar enthält,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer bevorzugten elektrodenlosen Hochdruck- Entladungsvorrichtung ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, eine mit Elektroden versehene elektrische Hochdruck-Entladungslampe 1, die eine im allgemeinen rohrförmig ausgebildete äußere Hülle 2 mit einem mittigen wulstförmigen Abschnitt 3 umfaßt. Die Hülle 2 ist an ihrem Ende mit einem einspringenden Schaft 4 mit einem Preßteil versehen, durch das sich relativ starre Zuführungsdrähte 5 und 6 erstrecken, die an ihren äußeren Enden mit den elektrischen Kontakten des herkömmlichen Schraubsockels 7 und an ihren inneren Enden mit der Bogenentladungsröhre 8 und dem Rahmen 9 verbunden sind.
Die Bogenentladungsröhre 8 ist im allgemeinen aus Quarz hergestellt, obwohl andere Arten von Werkstoffen wie Aluminiumoxid, Yttriumoxid oder Vycor verwendet werden können, wobei letzteres ein Glas aus im wesentlichen reinem Siliziumoxid ist. An den gegenüberliegenden Enden der Bogenentladungsröhre 8 sind Hauptentladungselektroden 10 und 11 eingesiegelt, die von Zuführungsdrähten 12 bzw. 13 gehalten sind. Jede Hauptelektrode 10 und 11 umfaßt einen Innenteil, der durch eine Verlängerung der Zuführungsdrähte 12 und 13 gebildet und aus einem geeigneten Metall wie beispielsweise Molybdän und Wolfram hergestellt werden kann. Die Verlängerungen dieser Zuführungsdrähte 12 und 13 sind von Molybdän- oder Wolfram-Drahtwendeln umgeben.
Eine im allgemeinen aus Tantal oder Wolfram gefertigte Zündhilfsspitze oder -elektrode 14 ist am sockelseitigen Ende der Bogenentladungsröhre 8 neben der Hauptelektrode 11 vorgesehen und umfaßt ein sich nach innen erstreckendes Ende eines weiteren Zuführungsdrahtes 15.
Die Enden jeder der beschriebenen Zuführungsdrähte sind an je einem aus Molybdän hergestellten Zwischenfolienstück angelötet, die in dem gequetschten abgedichteten Teil der Bogenentladungsröhre 8 hermetisch eingesiegelt sind. Die Folienstücke sind sehr dünn, beispielsweise ca. 20 um (0,0008 inch) dick, und es kann Spannung an sie angelegt werden, ohne daß sie reißen oder abblättern, wenn die erhitzte Bogenentladungsröhre Zug darauf ausübt. Relativ kurze Molybdändrähte 15,16 und 17 sind an den äußeren Enden der Spulenstücke angelötet und dienen dazu, Strom zu den verschieden Elektroden 10, 11 und 14 in der Bogenentladungsröhre 8 zu transportieren.
Isolatoren 18 und 19 bedecken die Zuführungsdrähte 15 bzw. 16, um einen elektrischen Kurzschluß zwischen den Zuführungsdrähten 15 und 16 auszuschließen. Molybdän-Folienstreifen 20 und 21 sind an den Zuführungsdrähten 15 und 16 angelötet. Der Folienstreifen 21 ist an einem Widerstand 22 angelötet, der wiederum an dem Bogenentladungsröhrenrahmen 9 angelötet ist. Der Widerstand 22 kann beispielsweise einen Wert von 40.000 Ohm aufweisen und dient dazu, während des normalen Zündens der Lampe den Strom zur Hilfselektrode 14 zu begrenzen. Ein Molybdän-Folienstreifen 20 ist direkt an dem starren Zuführungsdraht 5 angelötet. Der Zuführungsdraht 17 ist an einem Ende an einem Stück Folienstreifen angelötet, das in der Bogenentladungsröhre 8 eingesiegelt ist. Das andere Ende des Folienstreifens ist an dem Zuführungsdraht 12 angelötet, der an der Elektrode 10 angelötet ist. Ein Molybdän-Folienstreifen 23 ist an einem Ende des Zuführungsdrahts 17 und am anderen Ende an dem Rahmenteil 24 angelötet. Die gequetschten oder abgeflachten Endbereiche der Bogenentladungsröhre 8 bilden eine Abdichtung, die jede gewünschte Breite aufweisen und durch Abflachen oder Zusammenpressen der Enden der Bogenentladungsröhre 8 hergestellt werden kann, während sie erhitzt werden.
Die U-förmige innere Drahtträgeranordnung oder der Bogenentladungsröhrenrahmen 9 dient dazu die Position der Bogenentladung srohre 8 im wesentlichen koaxial zu der Hulle 2 zu halten. Um die Bogenentladungsrohre 8 in der Hulle 2 zu unterstutzen, ist der Zufuhrun g sdraht 6 an der Basis 25 des Rahmens 9 an g elotet. Da die starren Zufuhrungsdrahte 5 und 6 mit entgegengesetzt gepolten Seiten der Spannungszufuhrung verbunden sind, müssen sie zusammen mit allen jeweils mit ihnen verbundenen Teilen gegeneinander isoliert werden. Klammern 26 und 27 halten die Bogenentladungsröhre 8 an den Endbereichen und sind fest mit Beinen 28 des Rahmens 9 verbunden. Der Rahmenteil 24 überbrückt die freien Enden des Rahmens 9 und ist durch Löten fest damit verbunden, um der Struktur Stabilität zu verleihen. Die freien Enden des Rahmens 9 sind außerdem mit einem Paar von Metallblattfedem 29 versehen, die reibschlüssig an dem oberen rohrförmigen Abschnitt der Lampenhülle 2 anliegen. Ein Hitzeschild 30 ist unterhalb der Bogenentladungsröhre 8 und oberhalb des Widerstands 22 angeordnet, um den Widerstand vor übermäßiger Hitze zu schützen, die während des Lampenbetriebs erzeugt wird.
Die Bogenentladungsröhre 8 ist mit einem Füllgas versehen, das im wesentlichen aus Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Kalziumjodid, einem inerten Gas und Cäsiumjodid oder Natriumjodid besteht.
Das inerte Gas kann aus der aus Neon, Argon, Krypton, Xenon und Gemischen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Das bevorzugte inerte Gas ist Argon. Das Füllgas der vorliegenden Erfindung kann sowohl in elektrodenlosen als auch in mit Elektroden versehenen Lampen verwendet werden.
Eine spezielle Füllung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte aus Quecksilber, Argon und den Jodiden von Zer, Thulium, Cäsium, Natrium und Kalzium bestehen. Eine weitere bevorzugte Füllung der vorliegenden Erfindung könnte im wesentlichen aus Quecksilber, Argon und den Jodiden von Zer, Thulium, Natrium und Kalzium bestehen. Eine weitere bevorzugte Füllung der vorliegenden Erfindung könnte im wesentlichen aus Quecksilber, Argon und den Halogeniden von Zer, Thulium, Cäsium und Kalzium bestehen.
In Fig. 2 ist ein Emissionsspektrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck- Entladungslampe gezeigt, die eine Lampenfüllung aus Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Cäsiumjodid und Argon enthält. Das in Fig. 2 gezeigte Emissionsspektrum weist eine schlechte Farbwiedergabe im Roten auf. Demgegenüber ist in Fig. 3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Emissionsprekrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck-Entladungslampe gezeigt, die eine Lampenfüllung aus kalziumjodid zusätzlich zu Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Cäsiumjodid und Argon enthält und eine gute Farbwiedergabe im Roten aufweist. Das in Fig. 3 gezeigte Emissionsspektrum weist eine erhöhte Emission in dem Bereich von 620 nm bis 650 nm auf, was im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten Emissionsspektrum zu einer wärmeren Farbtemperatur und einer verbesserten Farbwiedergabe im Roten führt. Die Spektren von mit Elektroden versehenen Lampen sind ähnlich.
In Fig. 4 ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Emissionsspektrum einer elektrodenlosen elektrischen Hochdruck-Entladungslampe gezeigt, die eine Lampenfüllung aus Kalziumjodid und Natriumjodid zusätzlich zu Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid und Argon enthält. Diese Lampe zeigt ebenfalls eine erhöhte Emission in dem Bereich 620 nm bis 650 nm, was zu einer wärmeren Farbtemperatur und einer verbesserten Farbwiedergabe im Roten führt. Die Spektren von mit Elektroden versehenen Lampen sind ähnlich.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer bevorzugten elektrodenlosen Hochdruck-Entladungsvorrichtung zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 ist eine elektrodenlose Hochdruck-Entladungslampe 32 gezeigt, die eine aus einem lichtdurchlässigen Material wie Quarz hergestellte Entladungskammer 33 aufweist. Die Kammer 33 enthält ein flüchtiges bzw. volatiles Füllmaterial 34. Das flüchtige Füllmaterial 34 der Entladungskammer 33 umfaßt vorzugsweise Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Cäsiumjodid, kalziumjodid und Argon oder umfaßt vielleicht Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Natriumjodid, kalziumjodid und Argon. Eine RF-bzw. Hochfrequenzkopplungsanordnung umfaßt eine spiralförmige Spulenelektrode 35, die um die Entladungskammer 33 herum angeordnet und an einer Befestigung 36 angebracht ist. Ein geerdetes leitendes Gitter 37 umgibt die Entladungskammer 33 und die spiralförmige Spulenelektrode 35 und bildet eine Außenelektrode, die für Strahlung von der Entladungskammer 33 durchlässig ist. Die spiralförmige Spulenelektrode 35 und das geerdete leitende Gitter 37 sind durch eine geeignete koaxiale Anordnung 38, 39 mit einem Hochfrequenznetzteil 40 gekoppelt. Das elektrische Hochfrequenzfeld ist vorwiegend axial ausgerichtet und fällt mit der Spiralachse der spiralförmigen Spulenelektrode 35 zusammen, und es bewirkt, daß ein Bogen in der Entladungskammer 33 gebildet wird.
Der hier verwendete Ausdruck "hohe Frnquenz" soll im allgemeinen Frequenzen im Bereich von 100 MHz bis 300 GHz umfassen. Die Frequenz liegt vorzugsweise in dem ISM-Band (d. h. in dem industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Band), das von 902 MHZ bis 928 MHZ reicht. Eine besonders bevorzugte Frequenz ist 915 MHZ. Eines der vielen handelsüblich erhältlichen einsetzbaren Netzgeräte ist ein AIL Tech Power Signal Source, Typ 125.
Sichtbare Strahlung wird von der sich ergebenden Bogenentladung innerhalb der Lampe erzeugt, wie durch das in den Fig. 2, 3 und 4 abgebildete Emissionsspektrum dargestellt ist. Spezielle Einzelheiten des Aufbaus der Vorrichtung dieses allgemeinen Typs sind in US-A-4 178 534 gezeigt.
Das durch den Zusatz von Kalziumjodid erzeugte Emissionspektrum wird in einer Seltenerd-Halogenid-Entladung effizient erzeugt und stammt wie die Seltenerd- Subhalogenid-Emission aus dem Außenbereich der Entladung. Es gibt relativ wenige atomare Kalzium-Emissionslinien im Sichtbaren, wobei 423 nm die stärkste ist, weshalb die atomare kalziumemission das Emissionsspektrum dieser Entladung nicht wesentlich ändert. Außerdem ist das Ionisierungspotential von Kalzium bei 6,1 eV ausreichend hoch, so daß nur eine geringe Ionisierung von Kalzium auftritt.
Die Dampfdrücke aller dieser Seltenerd-Jodide liegen sehr nahe bei 1100 k, und die Temperaturabhängigkeiten ihrer Dampfdrücke sind ebenfalls ähnlich. Somit ist es möglich, mehrere Seltenerd-Jodide in einer Lampe zu verwenden und additive Eigenschaften aus ihrer Emission abzuleiten. Seltenerd-Halogenid-Additive enthaltende Lampen müssen bei höheren Wandbelastungen und demzufolge höheren Wandtemperaturen betrieben werden, als Lampen, die flüchtigere Metallhalogenide enthalten. Der Dampfdruck von Kalziumjodid ist demjenigen von Seltenerd-Jodiden ähnlich. Demzufolge erfordert eine Zugabe von Kalziumjodid zu der Lampe keine Änderung der Wandbelastung der Seltene Erden enthaltenden Lampen. Die hohe Wandtemperatur kann Wandreaktionen erhöhen und die Lebensdauer der Lampe verkürzen. Es wurden jedoch sowohl elektrodenlose als auch mit Elektroden versehene Lampen, die aus Quarz hergestellt wurden und Füllungen wie vorstehend beschrieben enthielten, erfolgreich Hunderte von Stunden lang betrieben. Eine mit Elektroden versehene Lampe wurde über 800 Stunden lang getestet. Diese Lampen zündeten außerdem leicht und mehrmalig. Alternative Hüllenmaterialien wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Yttriumoxid, die für einen Betrieb bei höheren Temperaturen als Quarz ausgelegt sind, könnten verwendet werden, um die Betriebslebensdauer der Quelle zu verlängern. Die hier beschriebene Chemie sollte auf keramische Hüllen anwendbar sein. Tabelle 1 Übersicht über die Lampenfüllbereiche von Seltenerd-Metallhalogeniden [mg/cm³] (Puffergasdruck in Torr) Füllungstyp Hoch Bevorzugt Höchst bevorzugt Niedrig mit Elektroden Tabelle 2 übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen RF-Quarzlampen Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Kalzium Alkali Alkali Additiv Wand-Belastung
Diese Daten zeigen Füllungsoptimierungsstudien, die zu L86-018 bis 020 führen (vgl. Tabelle 6). Die gezeigten Verhältnisse sind molare Verhältnisse. SE bezieht sich auf die molare Gesamptkonzentration an Seltenen Erden. Additive umfassen alle Metalle außer Alkali und Quecksilber. Tabelle 3 Übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen RF-Quarzlampen Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Kalzium Alkali Alkali Additiv Wand-Belastung
Die obigen Daten zeigen die Leistungsfähigkeit der Lampe als Funktion der Na-Konzentration Tabelle 4 Übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen RF-Quarzlampen Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Kalzium Alkali Alkali Additiv Wand-Belastung
Die obigen Daten zeigen die Leistungsfähigkeit der Lampe als Funktion der Seltenerd-Konzentration Tabelle 5 Übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen RF-Quarzlampen Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Quecksilberkonzentration [Mikromol] Wand-Belastung
Die obigen Daten zeigen die Leistungsfähigkeit der Lampe als Funktion der Hg-Konzentration für ein Kalzium-/Seltenerd-Verhältnis von 3,06, ein Alkali-/Seltenerd-Verhältnis von 1,23 und ein Alkali-/Additiv-Verhältnis von 0,30 - alle konstant gehalten. Tabelle 6 Übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen RF-Quarzlampen Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Kalzium Alkali Alkali Additiv Wand-Belastung
Die obigen Daten zeigen die Leistungsfähigkeit der Lampe für den optimierten Füllungstyp B. Tabelle 7 Übersicht über Seltenerd-Metallhalogenidlampen Quarzlampen mit Elektroden (60 Hz) Lampe Nr. Effizienz Farbe Wand-Temp. Füllung Typ Kalzium Alkali Alkali Additiv Wand-Belastung
Zu beachten: Die niedrigere Wandbelastung beruhte auf einer evakuirten Außenhülle.
Gewöhnlich werden Metalljodide als Additive in Hochdruck-Entladungslampen verwendet, da ihr Dampfdruck höher als derjenige der entsprechenden Bromide oder Chloride ist. Wenn nur eine atomare Emission aus der Entladung kommt, gibt es keinen Vorteil, wenn ein anderes Halogenid verwendet wird. Wenn jedoch molekulare Emission vorhanden ist, kann ein anderes Halogenid oder ein Gemisch aus Halogeniden die molekulare Emission verschieben und die Farbeigenschaften der Lampe in wünschenswerter Weise verändem. Dies ist bei Seltenerd- und Kalziumhalogeniden der Fall. Die Emission von Kalziummonobromid und -monochlorid liegt ähnlich wie bei Kalziumjodid in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 640 nm. Somit sollte CaX&sub2;, wobei X für ein Halogen-Atom steht, ein guter Rotemittierer unabhängig davon sein, welche Halogenide in der Lampe vorhanden sind.
Der Zusatz von CaX&sub2; und Nal ist für das Verbessern der gewünschten Farbeigenschaften der Seltenerd-Lampe wirksamer als der Zusatz von Nal allein. Na tendiert dazu, das Spektrum bei 590 nm (gelb) zu dominieren, und erzeugt aufgrund der Verbreiterung der Resonanzlinie rotes Licht. Dies verursacht typischerweise eine Erniedrigung der Farbtemperatur und eine Erhöhung der Effizienz auf Kosten der Farbwiedergabe. Mehr Rot im wichtigen sichtbaren Bereich wird durch die CaX&sub2;-Emission hinzugefügt. Die Zugabe von kleinen Mengen an Nal erhöht die Effizienz, erniedrigt die Farbtemperatur und erhöht sogar den Farbwiedergabeindex beim Vorhandensein von Cal&sub2;, wie in Tabelle 7 gezeigt ist.

Beispiele

Die Tabelle 1 mit dem Titel "Übersicht über die Lampenfüllbereiche von Seltenerd- Metallhalogeniden" führt die mit Typ B und Typ C bezeichneten Lampenfüllungen auf. Die Füllung Typ B enthält Hg, Cel&sub3;, Tml&sub3;, Cal&sub2;, Csl und Ar, und die Füllung Typ C enthält Hg, Cel&sub3;, Tml&sub3;, Cal&sub2;, Nal und Ar.
Die Tabelle 2 mit dem Titel "Übersicht über die Seltenerd-Metallhalogenidlampen" stellt spezielle Beispiele von Lampen mit der Füllung dar, die in Tabelle 1 als Typ B bezeichnet ist. Die Effizienz, die Farbtemperatur, der Farbwiedergabeindex, die Wandtemperatur, der Füllungstyp, die Wandbelastung und die molaren Verhältnisse der Additive sind aufgeführt.
Tabelle 3 zeigt Lampendaten von einzelnen Lampen, die mit der Füllung hergestellt sind, die in Tabelle 1 als Typ C bezeichnet ist.
Tabelle 4 zeigt Lampendaten von einzelnen Lampen mit der Füllung Typ B. Die Leistungsfähigkeit der Lampe als Funktion der Seltenerd-Konzentration ist gezeigt. Tabelle 5 zeigt Lampendaten von einzelnen Lampen, die mit der Füllung Typ B hergestellt sind. Die Leistungsfähigkeit der Lampe als Funktion der Quecksilberkonzentration ist gezeigt.
Die Tabelle 6 zeigt die Wiederholbarkeit der Leistungsfähigkeit der Lampe für die optimierte Füllung Typ B.
Tabelle 7 schließlich zeigt Lampendaten für einzelne Quarzlampen mit Elektroden bei 60 Hertz unter Verwendung einer Füllung vom Typ B und vom Typ C.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine neue elektrische Hochdruck-Entladungslampe bereit, die die gewünschten Eigenschaften einer hohen Effizienz, einer guten Farbwiedergabe und einer warmen Farbtemperatur aufweisen. Bevorzugte Lampen der vorliegenden Erfindung würden gute Quellen für allgemeinere Beleuchtungszwecke, insbesondere für diejenigen Anwendungen ergeben, die eine gute Farbwiedergabe erfordern (beispielsweise die Beleuchtung eines Kaufhauses).

Claims

1. Elektrische Hochdruck-Entladungslampe (1;32) mit verbesserter Rotemittierung mit einer feuerfesten inneren Hülle (8;33), die ein Füllgas enthält, das im wesentlichen aus Quecksilber, Zerjodid, Thuliumjodid, Kalziumjodid, einem inertem Gas und Cäsiumjodid oder Natriumjodid besteht.

2. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas Quecksilber im Bereich von 1,0 bis 11,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, Kalziumjodid im Bereich von 0,3 bis 13,6 mg/cm³ und Cäsiumjodid im Bereich von 0,1 bis 4,8 mg/cm³ enthält.

3. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas Quecksilber im Bereich von 1,0 bis 11,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,1 bis 4,0 mg/cm³, Kalziumjodid im Bereich von 0,3 bis 13,6 mg/cm³ und Natriumjodid im Bereich von 0,1 bis 11,2 mg/cm³ enthält.

4. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas Quecksilber im Bereich von 4,0 bis 9,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, Kalziumjodid im Bereich von 1,8 bis 8,5 mg/cm³ und Cäsiumjodid im Bereich von 0,6 bis 3,0 mg/cm³ enthält.

5. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas Quecksilber im Bereich von 4,0 bis 9,0 mg/cm³, Zerjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, Thuliumjodid im Bereich von 0,5 bis 2,5 mg/cm³, Kalziumjodid im Bereich von 1,8 bis 8,5 mg/cm³ und Natriumjodid im Bereich von 1,4 bis 7,0 mg/cm³ enthält.

6. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas etwa 7,0 mg/cm³ Quecksilber, etwa 1,0 mg/cm³ Zerjodid, etwa 1,0 mg/cm³ Thuliumjodid, etwa 3,4 mg/cm³ Kalziumjodid und etwa 1,2 mg/cm³ Cäsiumjodid enthält.

7. Lampe nach Anspruch 1, bei welcher das Füllgas etwa 7,0 mg/cm³ Quecksilber, etwa 1,0 mg/cm³ Zerjodid, etwa 1,0 mg/cm³ Thuliumjodid, etwa 3,4 mg/cm³ Kalziumjodid und etwa 2,8 mg/cm³ Natriumjodid enthält.

8. Lampe nach Anspruch 2 oder 3, die Elektroden besitzt und bei welcher das inerte Gas Argon im Bereich von etwa 1,33 kPa (10 Torr) bis 7,98 kPa (60 Torr) umfaßt.

9. Lampe nach Anspruch 2 oder 3, die elektrodenlos ist und bei welcher das inerte Gas Argon im Bereich von etwa 66,6 Pa (0,5 Torr) bis 1,33 kPa (10,0 Torr) umfaßt.

10. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, die mit Elektroden versehen ist und bei welcher das inerte Gas Argon im Bereich von etwa 2,00 kPa (15 Torr) bis 6,66kPa (50 Torr) umfaßt.

11. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, die elektrodenlos ist und bei welcher das inerte Gas Argon im Bereich von etwa 373 Pa (2,8 Torr) bis 1,00 kPa (7,5 Torr) umfaßt.

12. Lampe nach Anspruch 6 oder 7, die mit Elektroden versehen ist und bei welcher das inerte Gas Argon von etwa 5,99 kPa (45 Torr) umfaßt.

13. Lampe nach Anspruch 6 oder 7, die elektrodenlos ist und bei welcher das inerte Gas Argon von etwa 666 Pa (5,0 Torr) umfaßt.