DE102005046139A1

DE102005046139A1 - Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe

Info

Publication number: DE102005046139A1
Application number: DE102005046139A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Muto; Shinya Omori
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US7417375B2; JP2006093007A; US20060066243A1; JP4488856B2

Abstract

In einer Metallhalogenidlampe werden Xenongas mit einem Druck von mindestens 3 Atmosphären bei Raumtemperatur und mindestens ein Metallhalogenid, das Indiumiodid enthält, in einem Entladungsraum (2) abgedichtet, welcher kein Quecksilber enthält. Falls das Volumen des Entladungsraums (2) mit V (mm·3·) bezeichnet wird, die an die Bogenentladungsröhre (1) angelegte elektrische Leistung mit P (W) und das Gewicht des Indiumiodids mit X (mug), werden diese Parameter so festgesetzt, dass sie eine Beziehung (P/V) (X/V)·0,2· > 3,0 erfüllen. Dadurch kann mann ein durch das Indium erzeugtes kontinuierliches Emissionsspektrum über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugen, wodurch man eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe erhält, welche als eine hervorragende Weißlichtquelle nutzbar ist, die für Datenprojektoren und andere Systeme geeignet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle, die beispielsweise in Anzeigesystemen zum Projizieren von Bildern, wie beispielsweise Datenprojektoren, und Fahrzeugscheinwerfern verwendet wird.
Gegenwärtig werden Ultrahochdruck-Quecksilberlampen mit hohen Lichtsammelwirkungsgraden hauptsächlich in Anzeigesystemen zum Projizieren von Bildern verwendet, wie beispielsweise in Datenprojektoren bzw. Beamern. Neuerdings werden jedoch aus der Sicht des Umweltschutzes und aus anderen Gründen Entwicklungen von Lichtquellen gewünscht, welche kein Quecksilber enthalten. Insbesondere wird eine Lichtquelle gewünscht, welche in Datenprojektoren und anderen Systemen verwendet werden kann, die ein kontinuierliches Abstrahl- bzw. Emissionsspektrum im sichtbaren Lichtbereich, einen hohen Lichtsammelwirkungsgrad, einen hohen Lampenwirkungsgrad und eine lange Lebensdauer aufweist, und kein Quecksilber enthält.

Die Japanischen Patentveröffentlichungsschriften Nrn. Hei 3-152852 und 2000-90880 offenbaren beide eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe, welche mit einer Vielzahl von Arten von Metallhalogeniden und Xenongas gefüllt ist. Diese quecksilberfreien Lampen können Licht mit überlagerten Emissionsspitzen der verschiedenen Arten von Metallhalogeniden emittieren bzw. abstrahlen. Insbesondere beschreibt die Japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2000-90880 eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe, welche drei Arten von Halogeniden von Natrium, Indium und Thallium verwendet. In dieser Lampe werden die entsprechenden Mengen dieser Halogenide so festgesetzt, dass die Absorptionsspektren der Natrium-, Indium- und Thalliumhalogenide bei 589 nm, 410 nm, 451 nm bzw. 535 nm auftreten. Man erhält dadurch die quecksilberfreie Halogenidlampe, welche ein kontinuierliches Spektrum im sichtbaren Lichtbereich zeigt, wie in 2 dieser Patentveröffentlichung gezeigt.

Die in der Beschreibung der Japanischen Patentschrift Nr. 3196649 (entsprechend der Japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. Hei 9-120800) offenbarte Technologie schlägt eine quecksilberfreie elektrodenfreie Entladungslampe vor. Bei dieser Lampe werden durch ein Magnetron erzeugte Mikrowellen durch ein Mikrowellenrohr zu einer sich drehenden Entladungsbirne geführte, um es einem Metallhalogenid und einem Edelgas, die beide in die Entladungsbirne eingefüllt sind, zu ermöglichen, Licht zu emittieren. Sie offenbart, dass man durch Verwendung von Indiumiodid als einem in die Entladungsbirne zu füllenden Metallhalogenid ein kontinuierliches Spektrum im sichtbaren Lichtbereich erhält.

Die in den Japanischen Patentveröffentlichungsschriften Nrn. Hei 3-152852 und 2000-90880 beschriebenen Metallhalogenidlampen sind so aufgebaut, dass man ein Emissionsspektrum durch Überlagern der Spitzen der Emissionsspektrum der drei Arten von Halogeniden erlangt. Als ein Ergebnis erreichte beispielsweise die in der Japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2000-90880 offenbarte Lampe ein kontinuierliches Spektrum im sichtbaren Lichtbereich. Wie es aus dem in 2 der Veröffentlichung offenbarten Spektralverteilungsdiagramm hervorgeht, strahlen die Metallhalogenidlampen jedoch Licht mit drei großen Intensitätsspitzen um eine blaue Wellenlänge von 450 nm, eine grüne Wellenlänge von 540 nm und eine Wellenlänge von 590 nm herum aus. Die Intensitäten an diesen Spitzen sind mindestens zweimal größer als diejenigen anderer Wellenlängen. Darüber hinaus sind die Spitzenintensitäten um die grüne Wellenlänge von 540 nm und die Wellenlänge von 590 nm mindestens 1,6 mal größer als die Spitzenintensität um die blaue Wellenlänge von 450 nm.

Die in dem Japanischen Patent Nr. 3196649 (entsprechend JP 9-120800 A1) beschriebene Metallhalogenidlampe ist eine Entladungslampe eines elektroden losen Typs, in welchem mittels eines externen Magnetrons erzeugte Mikrowellen durch eine Wellenleiterröhre zu einer Entladungslampe geführt werden. Wie in Paragraph Nr. 0003 der Patentveröffentlichung beschrieben, koppelt diese Metallhalogenidlampe im Vergleich zu Entladungslampen mit Elektroden (im weiteren als vom Elektrodentyp bezeichnet) elektromagnetische Energie auf einfache Weise mit einem Halogenid und ist daher einfach quecksilberfrei herstellbar. Da diese Metallhalogenidlampe keine Elektroden hat, tritt zudem keine Schwärzung im Entladungsraum auf. Jedoch ist es nicht einfach, dass in der Entladungslampe vom elektrodenlosen Typ verwendete Halogenid, das in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, auf Entladungslampen vom Elektrodentyp anzuwenden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, das Problem des Koppelns elektromagnetischer Energie mit Halogeniden und des Schwärzens in einem Entladungsraum zu lösen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Mit Blick auf die obigen Probleme im verwandten Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine quecksilberfreie Weißlichtquelle mit Abstrahlungs- bzw. Emissionseigenschaften bereitzustellen, welche für eine Verwendung in Datenprojektoren und anderen Systemen geeignet ist.

Um die obige Aufgabe zu lösen, kann eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe gemäß einem Aspekt der Erfindung umfassen: eine Bogenentladungsröhre mit einem sich darin befindlichen Entladungsraum; ein Paar von Elektroden, die sich in den Entladungsraum erstrecken und zueinander zugewandt sind; und Xenongas mit einem Druck von mindestens 3 Atmosphären bei Raumtemperatur und mindestens ein Metallhalogenid umfassend Indiumiodid, die beide in dem Entladungsraum, der kein Quecksilber enthält, abgedichtet bzw. abgeschlossen sind. In dieser Anordnung ist eine Beziehung (P/V)(X/V) ^0,2 > 3,0 erfüllt, wobei das Volumen des Entladungsraums mit V (mm³) bezeichnet wird, die an die Bodenentladungsröhre angelegte elektrische Leistung mit P (W) und das Gewicht des Indiumiodids mit X (μg). Als ein Ergebnis kann durch das Indium ein kontinuierliches Emissionsspektrum über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt werden.

Erfüllen der Bedingungen 1,6 ≤ (P/V) ≤ 2,4 und 20 ≤ (X/V) ≤ 60 wird bevorzugt. Dies kann einen Lampenwirkungsgrad von 50 oder mehr erbringen.

Erfüllen der Bedingungen 1,8 < (P/V ≤ 2,4, 20 ≤ (X/V) ≤ 40 und (P/V)(X/V)^0,2 > 3,6 wird noch mehr bevorzugt. Dies kann eine Lampeneffizienz von 58 oder mehr erbringen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klar, wobei:
1 ist eine Seitenansicht, welche die quecksilberfreie Metallhalogenidlampe einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Graph, welcher ein Beispiel der Verteilung des Emissionsspektrums veranschaulicht, wenn Indiumiodid und Xenongas in der Bogenentladungsröhre 1 aus 1 abgedichtet sind und der Druck des Xenongases auf 3 atm oder mehr gesetzt ist.
3 ist ein Graph, welchen man durch Auftragen der Lampenwirkungsgrade gegen die elektrische Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) des Entladungsraums 2 für jede Indiumiodid-Dichte (X/V) in der Bogenentladungsröhre 1 aus 1 aufträgt.
4 ist ein Graph, welcher die Variationen der Verteilungen der Emissionsspektren für unterschiedliche elektrische Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V) zeigt, wenn die Indiumiodid-Dichte (X/V) in der Bogenentladungsröhre 1 aus 1 40 μg/mm³ beträgt.
5 ein Graph ist, den man durch Auftragen ähnlichster Farbtemperaturen gegen die elektrischen Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V) für jede Indiumiodid-Dichte (X/V) der Bogenentladungsröhre 1 aus 1 erhält.
6 veranschaulicht die Werte der Lampenwirkungsgrade, ähnlichster Farbtemperaturen und Größen (P/V) (X/V)^0,2, wenn man die Kombinationen der abgedichteten Indiumiodid-Dichten (X/V) und der elektrischen Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V) in der Bogenentladungsröhre 1 aus 1 ändert.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in bezug auf 1 beschrieben.
Die quecksilberfreie Metallhalogenidlampe gemäß der Ausführungsform kann eine aus Quarzglas hergestellte Bogenentladungsröhre 1 mit einem darin entladenen Entladungsraum 2 und ein Paar von Elektroden 3 umfassen. Ein Ende der Elektrode 3 kann sich in den Entladungsraum 2 erstrecken, und das andere Ende kann in dem Quarzglas der Bogenentladungsröhre 1 eingebettet und, beispielsweise durch Schweißen, mit einer Metallfolie 4 verbunden sein. Das Paar von Elektroden 3 kann aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt hergestellt sein, wie beispielsweise aus Wolfram. Ein Verbindungsdraht 5 kann mit dem dem Entladungsraum 2 gegenüberliegenden Ende der Metallfolie 4 beispielsweise durch Schweißen befestigt sein. Die Metallfolie 4 und der Leitungsdraht 5 können aus Molybdän und dergleichen hergestellt sein. Die Elektrode 3 außer dem in das Innere des Entladungsraums 2 reichenden Teil, die gesamte Metallfolie 4 und ein Teil des Verbindungsdrahts 5, welcher mindestens den Verbindungsteil mit der Metallfolie 4 umfasst, können in das die Bogenentladungsröhre 1 bildende Quarzglas eingebettet sein, und zwar mittels einer Kneifdichtung oder einer Schrumpfdichtung. Die Metallfolien 4 und ihre Umgebungselemente werden dadurch hermetisch abgedichtet und zur gleichen Zeit werden elektrische Leitungen zu den Elektroden 3 ermöglicht. Die Enden der Leitungsdrähte 5, welche sich an ihren entsprechenden Enden aus dem Quarzglas erstrecken, können durch Sockel (nicht gezeigt) mit einer Antriebsstromversorgung verbunden sein und von dort eingespeiste Elektrizität empfangen.
Der Entladungsraum 2 kann mit Xenongas und Indiumiodid (InI) gefüllt sein. Das Xenongas kann nicht nur als ein Startergas zum Beginnen der Entladung dienen, sondern auch als Puffergas zum Bilden eines Hochtemperatur-Bogenentladungsplasmas, um Indiumiodid zu verdampfen. In der vorliegenden Ausführungsform kann Xenongas bei einem Druck von 3 atm oder mehr in dem Entladungsraum 2 abgedichtet werden, wodurch Indiumiodid verdampft wird und man markante Emissionen bzw. Abstrahlungen von Indium erhält.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Menge von Indiumiodid (InI) so bestimmt wird, dass sie die durch die folgende Gleichung (1) vorgegebene Bedingung erfüllt. Das bedeutet, dass dann, wenn das Volumen des Entladungsraums 2 der Bogenentladungsröhre 1 mit V (mm³) bezeichnet wird, die an die Elektroden 3 zugeführte elektrische Leistung mit P (W) und das Gewicht von Indiumiodid mit X (μg), X so festgelegt wird, dass es die in der folgenden Gleichung (1) beschriebene Beziehung erfüllt. (P/V)(X/V)0,2 > 3,0 (1)Ein durch Indium erzeugtes kontinuierliches Emissionsspektrum kann dadurch über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erlangt werden.
Obwohl das Emissionslinienspektrum von Indium bei 410 nm und 451 nm in herkömmlichen Metallhalogenidlampen verwendet worden ist, haben die Erfinder durch Experimente herausgefunden, dass die Indiumemission in Metallhalogenlampen vom Elektroden-Typ durch Erfüllen der in der obigen Gleichung (1) gegebenen Bedingung auf den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich ausgeweitet werden kann. Es war bekannt, dass dann, falls eine ausreichende elektrische Leistung durch eine hochdichte Entladung an Lampen angelegt wird, welche ein bestimmtes Metall wie beispielsweise Natrium und Indium ver wenden, sich eine Emissionswellenlänge, die ein Linienspektrum erzeugt, zu einer Absorptionswellenlänge wandelt und kontinuierliche Spektren in den Bereichen kürzerer und längerer Wellenlänge bezüglich dieser Wellenlänge erzeugt werden. Dieses Phänomen tritt möglicherweise auf, weil dann, wenn der inneratomare Abstand unter einer Hochdruckbedingung abnimmt, die Variation der atomaren Potenzialstruktur auftritt, so dass das Anregungspotenzial fluktuiert. Hochdrucknatriumlampen nutzen beispielsweise dieses Phänomen, um breitere kontinuierliche Spektren im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erzeugen. Hochdrucknatriumlampen werden jedoch nicht allgemein als eine weiße Lampe angesehen, weil ihnen eine Emission bzw. Abstrahlung im Bereich der blauen Wellenlänge fehlt, so dass das Emissionslicht eine leicht rötliche Farbe annimmt. Da weiterhin metallisches Natrium einfach mit Quarzglas reagiert, ist es notwendig, ein keramisches Material wie beispielsweise Aluminiumoxid für die Bogenentladungsröhre zu verwenden, was einen Kostenanstieg verursacht. Da weiterhin eine durchscheinende Keramik, wie beispielsweise Aluminiumoxid, eine schillernde Farbe annimmt, und die gesamte Bogenentladungsröhre schimmert, während die Lampe angeschaltet ist, wird die Lichtquelle in ihrer Ausdehnung unweigerlich groß, so dass ihre Anwendung für genaue optische Systeme schwierig ist.
Falls Indium als ein Emissionsmaterial für Metallhalogenidlampen eines Elektrodentyps verwendet wird, hat man gedacht, dass man keine weiße Lampe so wie bei den Hochdrucknatriumlampen erlangen kann, weil die Emission im blauen Bereich im Gegensatz zu den Hochdrucknatriumlampen vorherrscht. Die Erfindung überkommt diese bereits gängige Idee und hatte Erfolg damit, eine weiße Lichtquelle zu erlangen. Da weiterhin Natriumiodid kaum mit Quarzglas reagiert, wurde bestätigt, dass die Lichtquelle nahezu als eine punktförmige Lichtquelle hergestellt werden kann, und zwar durch Bilden der Bogenentladungsröhre 1 aus Quarzglas und Verringern des Abstandes zwischen den Elektroden.
Die Erfinder überprüften die Emissionseigenschaften der in 1 gezeigten Metallhalogenidlampe, und zwar durch Verändern der Mengen von Xenongas und Indiumiodid, welche beide im Entladungsraum 2 abgedichtet sind, sowie der Antriebsbedingungen und anderer Bedingungen als Parametern.
Wenn Xenongas bei einem Druck von 3 atm oder mehr in dem Entladungsraum 2 abgedichtet wurde, verdampfte Indiumiodid und eine markante Emission von Indium trat in der Bogenentladungsröhre 1 auf. 2 zeigt ein Beispiel der Verteilung des Emissionsspektrums, wenn der Druck des abgedichteten Xenongas 3 atm oder mehr beträgt. Es wird aus 2 klar, dass die Emission, welche möglicherweise durch Indium erzeugt wird, sich über fast den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erstreckt. Wenn eine Verteilung einer Emissionsintensität große Spitzen hauptsächlich bei kürzeren Wellenlängen zeigt, so wie in dem in 2 gezeigten Beispiel, nimmt jedoch eine tatsächliche Emission eine stark blaue Farbe an. Dementsprechend ist diese Emission nicht zur Verwendung in beispielsweise typischen Datenprojektoren und Fahrzeugscheinwerfern geeignet. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Lampenwirkungsgrad weiterhin so niedrig wie 37 Im/W, was auch aus Sicht der Energieeinsparung nicht bevorzugt wird.
Daher wurden Experimente wiederholt, um ein ausgewogenes Emissionsspektrum zu erhalten und den Lampenwirkungsgrad zu verbessern. Insbesondere um ein angemessenes Emissionsspektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erhalten, welches zur Verwendung in Datenprojektoren und anderen Systemen geeignet ist, und um einen hohen Lampenwirkungsgrad zu erzielen, wurde eine ähnlichste Farbtemperatur von 10.000 K oder weniger und ein Lampenwirkungsgrad von 45 Im/W oder mehr als die Minimalwertbedingungen festgesetzt. Die Menge von Indiumiodid und die Antriebsbedingungen, die in der Lage waren, diese Bedingungen zu erreichen, wurden dann aufgesucht.
Als ein Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass es einen bestimmten Zusammenhang zwischen dem Volumen des Entladungsraums in einer Bogenentladungsröhre, welches mit V (mm³) bezeichnet wird, der an die Bogenentladungsröhre angelegten elektrischen Leistung, welche mit P(W) bezeichnet wird, und dem Gewicht von Indiumiodid, welches mit X (μg) bezeichnet wird, existiert. Das heißt, dass herausgefunden wurde, dass die obige ähnlichste Farbtemperatur und Lampenwirkungsgrad die minimalen Pegel bzw. Niveaus überschreiten, falls die durch die folgende Gleichung (1) beschriebene Beziehung erfüllt ist. (P/V)(X/V)0,2 > 3,0 (1)
Die genaue Erläuterung wird weiter unten gegeben.
3 ist ein Graph, den man durch Auftragen der Lampenwirkungsgrade gegen die elektrische Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V) des Entladungsraums 2 für vier Arten von Bogenentladungsröhren 1 mit unterschiedlichen Indiumioiddichten (X/V) erhält. Es sollte aus 3 klar sein, dass, je höher die Indiumiodid-Dichte (X/V) ist und je größer die elektrische Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) ist, der Lampenwirkungsgrad sich um so stärker verbessert, aber von seiner Spitze aus abfällt.
4 ist ein Graph, der die Variationen der Verteilungen der Emissionsspektren für vier unterschiedliche elektrische Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V) zeigt, wenn die Indiumiodid-Dichte (X/V) in der Bogenentladungsröhre 1 40 μg/mm³ beträgt. Aus 4 wird klar, dass dann, wenn die elektrische Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) erhöht wird, die Emission im Bereich von 500 nm bis 600 nm, welcher eine hohe relative Sichtbarkeit ergibt, verstärkt wird, so dass ein gleichförmiges Emissionsspektrum im sichtbaren Bereich erlangt wird, bei dem die Intensitätsverteilung gering ist. Es ist auch wahrscheinlich, dass die verstärkte Emission im Bereich von 500 nm bis 600 nm die Verbesserung des Lampenwirkungsgrades und die Verringerung der ähnlichsten Farbtemperatur erreichen kann. Da der Anstieg einer elektrischen Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) den Anstieg von Infrarotstrahlung bewirkt, ist es zur gleichen Zeit jedoch vorstellbar, dass der Lampenwirkungsgrad ab einer gewissen Stufe absinkt, wie in 3 gezeigt.
5 ist ein Graph, den man durch Auftragen der ähnlichsten Farbtemperaturen gegen die elektrische Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) für vier Indiumiodid-Dichten (X/V) erhält. Aus 5 wird klar, dass dann, wenn die elektrische Leistung pro Einheitsvolumen (P/V) erhöht wird, die ähnlichste Farbtemperatur dazu neigt, aufgrund der Variation bzw. Änderung der Emissionsspektrumsbalance bzw. -ausgeglichenheit abzufallen. Diese Tendenz wird markant, wenn die Indiumiodid-Dichte (X/V) erhöht wird.
Daher wurden, wie in einer Tabelle in 6 gezeigt, Lampenwirkungsgrade, ähnlichste Farbtemperaturen und Größen (P/V) (X/V)^0,2 überprüft, und zwar durch Verändern der Kombinationen von Indiumiodid-Dichten (X/V) und elektrischen Leistungen pro Einheitsvolumen (P/V). In 6 geben, wie in den erklärenden Kommentaren beschrieben, die Zahlen in der oberen, mittleren und unteren Zeile einen Lampenwirkungsgrad (Im/W), eine ähnlichste Farbtemperatur (K) bzw. eine Größe (P/V) (X/V)^0,2 an. Die sich in einem Abschnitt 601 befindlichen Kästchen, die durch eine gestrichelte Linie umschlossen sind, erfüllen die durch die Gleichung (1) gegebene Bedingung (P/V)(X/V)^0,2 > 3,0 und erfüllen die Anforderungen eines Lampenwirkungsgrads von 45 Im/W oder mehr und einer ähnlichsten Farbtemperatur von 10.000 K oder weniger. Zusätzlich ist aufgrund der großen P/V-Werte in diesem Abschnitt 601 (wie es sich aus der Variationstendenz des Emissionsspektrums abhängig von den P/V-Werten in 4 erklärt) der Unterschied zwischen einer Lichtintensität von Spitzen und einer Lichtintensität zwischen den Spitzen klein, so dass eine im wesentlichen weiße Emissions- bzw. Abstrahlverteilung erlangt werden kann, in welcher die Intensitätsverteilung im sichtbaren Bereich weniger von den Wellenlängen abhängt.
Die außerhalb des durch eine gestrichelte Linie umrandeten Abschnitts 601 vorhandenen Kästchen haben Werte von (P/V)(X/V)^0,2 von 3,0 oder weniger und erfüllen die Anforderungen an einen Lampenwirkungsgrad von 45 Im/W oder mehr und an eine ähnlichste Farbtemperatur von 10.000 K oder weniger zumeist nicht. Aufgrund der geringen P/V-Werte außerhalb des Abschnitts 601 werden zudem die Lichtintensitäten zwischen den Spitzen klein, was zu einer Emissionsverteilung führt, in welcher die Intensitätsverteilung im sichtbaren Bereich stark von den Wellenlängen abhängt und daher kaum eine ideale weiße Emission ergibt.
Eine Lampe mit einem Lampenwirkungsgrad von 45 Im/W oder mehr und einer ähnlichsten Farbtemperatur von 10.000 K oder weniger kann daher durch Erfüllen der Bedingung (P/V)(X/V)^0,2 > 3,0 erlangt werden. Da die Lampe auch eine im wesentlichen weiße Emission annimmt, in welcher die Intensitätsverteilung im sichtbaren Bereich weniger von den Wellenlängen abhängt, können Lampen bereitgestellt werden, die zur Verwendung in verschiedenen Beleuchtungsanwendungen geeignet sind.
Insbesondere wird ein Abschnitt 602 bevorzugt, der in 6 durch eine dicke Linie umrandet ist, in welchem Werte von P/V von 1,6 bis 2,4 reichen und Werte von X/V von 20 bis 60 reichen, weil die Lampenwirkungsgrade 50 übertreffen. Ein Lampenwirkungsgrad, der 50 übertrifft, erreicht ein Niveau, das den Lampenwirkungsgraden typischer Hochdruckentladungslampen vom Typ mit hoher Farbwiedergabe gleichwertig ist. Daher können die Lampen in Abschnitt 602 gemäß dieser Ausführungsform in den Anwendungen verwendet werden, in welchen Hochdruckentladungslampen vom Typ mit hoher Farbwiedergabe bisher verwendet worden sind. Weiterhin ist ein Abschnitt 603 noch bevorzugter, der die Bedingung (P/V)(X/V)^0,2 > 3,6 erfüllt, in welchem Werte von P/V von 1,8 bis 2,4 und Werte von X/V von 20 bis 40 reichen, weil die Lampenwirkungsgrade 58 zumeist übertreffen. Ein Lampenwirkungsgrad, welcher 58 übertrifft, erreicht ein Niveau, welches den Lampenwirkungsgraden von Ultrahochdruck-Quecksilberlampen gleichwertig ist. Daher können die Lampen aus dem Abschnitt 603 gemäß dieser Ausführungsform in den Anwendungen verwendet werden, in welchen bisher Ultrahochdruck-Quecksilberlampen verwendet worden sind.
Die quecksilberfreie Metallhalogenidlampe der Ausführungsform hat eine elektrische Antriebsleistung von 50 W, eine Lampenspannung von 35,9 V bis 39,7 V und eine Lampenstrom von 1,4 A oder weniger, was denen herkömmlicher Me tallhalogenidlampen entspricht, welche Quecksilber enthalten. Die Verdampfung der Elektroden 3 geschieht im gleichen Ausmaß wie in herkömmlichen Lampen. Daher schreitet das Schwärzen der Bogenentladungsröhre der quecksilberfreien Metallhalogenidlampe im gleichen Ausmaß fort wie bei Lampen, welche Quecksilber enthalten, so dass eine Lebensdauer erreicht wird, die bis zu 2.000 Stunden betragen kann, was äquivalent zu derjenigen von Quecksilber enthaltenden Lampen ist.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der erfindungsgemäßen Metallhalogenidlampe ein durch Indium erzeugtes kontinuierliches Spektrum über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt werden. Zusätzlich können der Lampenwirkungsgrad und die ähnlichste Farbtemperatur annähernd gesteuert werden durch Festsetzen der elektrischen Leistungslast pro Einheitsvolumen des Entladungsraums und der Indiumiodid-Dichte, um so die durch die obige Gleichung (1) vorgegebene Bedingung zu erfüllen. Man kann dadurch die quecksilberfreie Metallhalogenidlampe erlangen, welche zur Verwendung in beispielsweise Datenprojektoren und Fahrzeugscheinwerfern geeignet ist.
Weiterhin ist gemäß der Metallhalogenidlampe der Ausführungsform, so wie es in ihrer Verteilung des Emissionsspektrums in 4 gezeigt ist, der Unterschied zwischen einer Lichtintensität an einer Spitze bzw. einem Peak und eine Lichtintensität zwischen den Spitzen gering. Eine gleichförmige Emissionsverteilung, in welcher die Intensitätserteilung weniger von den Wellenlängen abhängt, kann im sichtbaren Bereich ebenfalls erlangt werden. Eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe, welche als eine weiße Lichtquelle hervorragend ist, kann dadurch erlangt werden. Insbesondere beträgt die Spitzenintensität um 590 nm herum weniger als 1,2 mal der Spitzenintensität um 460 nm herum, so dass das Emissionsspektrum in 4 einen Vorteil eines geringen Unterschieds in der Spitzenintensität im Vergleich mit der Spektralverteilung der Lampe aufweist, welche drei Arten von Metallhalogeniden mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen enthält, wie in 2 der obigen Japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2000-90880 beschrieben.
[Beispiel]
Nun wird ein Beispiel für die Erfindung beschrieben.
In einer quecksilberfreien Metallhalogenidlampe mit der gleichen Struktur wie in 1 wurde die Bogenentladungsröhre so hergestellt, dass: das Entladungsraumvolumen (V) auf 25 mm³ gesetzt wurde; der Abstand zwischen dem Paar der Elektroden 3 auf 2,5 mm gesetzt wurde; der Durchmesser der Elektroden 3 auf 0,3 mmϕ gesetzt wurde; der Xenongasdruck auf 10 atm bei Raumtemperatur gesetzt wurde und die Menge (X) von Indiumiodid (InI) auf 1.000 μg gesetzt wurde. Die Elektroden 3 wurden aus Wolfram hergestellt, und die Metallfolien 4 wurden aus Molybdän hergestellt.
Wenn diese Bogenentladungsröhre bei 50 W betrieben wurde, betrug der Wert von (P/V)(X/V)^0,2 4,18, wodurch die durch Gleichung (1) gegebene Bedingung erfüllt wurde. Die Haupteigenschaften umfassten eine Lampenspannung von 35,9 V, einen Lampenwirkungsgrad von 59,7 Im/W, eine ähnlichste Farbtemperatur von 4630 K und einen durchschnittlichen Farbwiedergabeindex Ra von 88, wodurch sich hervorragende Eigenschaften als eine weiße Lichtquelle zeigten. Weiterhin betrug der Lampenstrom 1,39 A, was gleichwertig mit denjenigen herkömmlicher, Quecksilber enthaltender Lampen ist. Das Emissionsspektrum war ähnlich zu dem bei P/V = 2,0 in 4, dessen Muster nahe an dem ausgeglichenen Spektrum natürlichen Lichts lag, wodurch man eine hervorragende Weißlichtquelle erreichte.
Mit der gleichen Struktur wie oben beschrieben wurden Bogenentladungsröhren mit unterschiedlichen Abständen zwischen den Elektroden hergestellt, und ihre Eigenschaften wurden überprüft. Als ein Ergebnis erhielt man im wesentlichen identische Emissionseigenschaften, obwohl die Lampenspannungen proportional zu den Abständen zwischen den Elektroden variierten. Ein möglicher Grund dafür ist, dass der Dampfdruck von Indiumiodid höher ist als derjenige herkömmlicherweise verwendeter Halogenide, wie beispielsweise von Natriumiodid und Scandiumiodid, so dass die Röhre durch die Veränderung bzw. Variation der Temperaturverteilung an ihrer Wand kaum beeinflusst wird. Dies impliziert, dass ein Verändern des Abstands zwischen den Elektroden 3 einen weiten Bereich von Ausgestaltungsmöglichkeiten erlaubt und damit einen weiten Bereich von Anwendungen von allgemeinen Beleuchtungen bis zu genauen optischen Systemen.
Während beschrieben worden ist, was zur Zeit als die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angesehen wird, ist es so zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen daran durchgeführt werden können, und es ist vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche alle solche Veränderungen bzw. Modifikationen abdecken, welche in den wahren Geist und Bereich der Erfindung fallen.

Claims

Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe, umfassend: ein Bogenentladungsröhre (1) mit einem sich darin befindlichen Entladungsraum (2); ein Paar von Elektroden (3), die sich in den Entladungsraum (2) erstrecken und einander zugewandt sind; und Xenongas mit einem Druck von mindestens 3 Atmosphären bei Raumtemperatur und mindestens ein Indiumiodid umfassendes Metallhalogenid, die beide in dem Entladungsraum (2), der kein Quecksilber enthält, abgedichtet sind, wobei: eine Beziehung (P/V)(X/V)^0,2> 3,0 gilt, wobei das Volumen des Entladungsraums (2) mit V (mm³) bezeichnet wird, die an die Entladungsröhre (1) angelegte elektrische Leistung mit P(W) bezeichnet wird und das Gewicht des Indiumiodids mit X (μg) bezeichnet wird; und durch das Indium ein kontinuierliches Emissionsspektrum über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt werden.
Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, wobei: 1,6 ≤ (P/V) ≤ 2,4 und 20 ≤ (X/V) ≤ 60.
Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, wobei: 1,8 ≤ (P/V) ≤ 2,4; 20 ≤ (X/V) ≤ 40; und (P/V)(X/V)^0,2 > 3,6