DE1110305B

DE1110305B - Farbkorrigierte Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE1110305B
Application number: DEW27254A
Authority: DE
Inventors: Barnett Rosenberg
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-02-25
Filing date: 1960-02-16
Publication date: 1961-07-06
Also published as: US2972693A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

W27254Vinc/21£

ANMELDETAG: 16. FEBRUAR 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

6. JULI 1961

Gasentladungslampen, die aus Quecksilberdampfhochdrucklampen bestehen, werden in weitem Umfang zur Straßenbeleuchtung und in Werkhallen u. dgl. verwendet. Der Wirkungsgrad dieser Lampen in bezug auf die Erzeugung sichtbaren Lichtes ist ausgezeichnet, und eine Lichtquelle hoher Leistung kann verhältnismäßig klein ausgeführt werden, so daß keine allzu große Anzahl von Lampen erforderlich ist. Das von derartigen Gasentladungslampen erzeugte Licht ist vor allem im gelben und grünen Farbbereich konzentriert, die bei der Mischung ein nahezu weißes Licht ergeben. Zwar ist die Farbe dieses Lichtes nicht unangenehm, aber die Farbwiedergabe der mit diesem Licht beleuchteten Gegenstände ist nicht sehr befriedigend,
lampe dadurch in der Farbe zu korrigieren, daß ein

Es ist bekannt, eine Quecksilberdampfhochdrucklampe dadurch in der Farbe zu korrigieren, daß ein Leuchtstoff auf die Innenfläche des die Bogenentladung umgebenden äußeren Kolbens gebracht wird. Außer sichtbarem Licht erzeugt nämlich die Bogenentladung einen erheblichen Anteil an ultravioletter und infraroter Strahlung. Die Ultraviolettstrahlung wird bei der bekannten Anordnung durch den Leuchtstoff in rotes Licht umgewandelt, um die Farbkorrektur der Lampe zu erzielen und die Farbwiedergabe der von der Lampe beleuchteten Gegenstände zu verbessern. Um praktisch verwertbar zu sein, muß der zur Farbkorrektur einer derartigen Lampe verwendete Leuchtstoff eine gute Lichtausbeute bei verhältnismäßig hohen Temperaturen besitzen. Die meisten photolumineszenten Leuchtstoffe, welche ultraviolette Strahlung in sichtbares Licht umwandeln, haben aber bei den in Hochdruckentladungslampen auftretenden hohen Temperaturen eine verhältnismäßig schlechte Lichtausbeute. Es gibt deshalb nur wenige verfügbare Leuchtstoffe für die Farbkorrektur von Quecksilberdampfhochdruckentladungslampen. Ferner ist kein fester Leuchtstoff vollständig lichtdurchlässig, so daß ein Teil des von der Quecksilberentladung erzeugten sichtbaren Lichtes von der Leuchtstoffschicht absorbiert wird. Es besteht also ein Bedürfnis nach der Verwendung praktisch vollständig lichtdurchlässiger Materialien zur Farbkorrektur des von solchen Gasentladungslampen ausgesandten sichtbaren Lichtes. Auch ist eine Vergrößerung der Auswahl der zur Verfügung stehenden Stoffe mit verschiedenen Farben erwünscht, um das von der Quecksilberdampflampe ausgesandte sichtbare Licht für verschiedene Zwecke zu ergänzen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen dem Entladungsgefäß und dem äußeren

Farbkorrigierte Hochdruckentladungslampe

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 25. Februar 1959

Barnett Rosenberg, New York, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

angeordnet ist, der in einem bestimmten sich beim Betrieb der Lampe einstellenden höheren Temperaturbereich auch unter Ultraviolettstrahlung als stabiler fluoreszenter Dampf vorliegt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden

nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßenQuecksilberdampfhochdrucklampe,

Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie II-II in Pfeilrichtung zur Darstellung von Einzelheiten des verwendeten Zusatzkolbens,

Fig. 3 eine Schrägansicht des Zusatzkolbens, der zwischen der Bogenentladung und dem Außenkolben der Lampe nach Fig. 1 angeordnet ist,

Fig. 4 ein Schrägbild einer anderen Ausführungsform des Zusatzkolbens, der hier aus mehreren kleinen Kolben besteht,

Fig. 5 eine teilweise geschnittete Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und Fig. 6 eine teilweise geschnittete Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung ist grundsätzlich bei jeder Metalldampfentladungslampe anwendbar und wird nachstehend im Zusammenhang mit einer Quecksilberdampfhochdrucklampe beschrieben, die eine Leistungsaufnahme von etwa 400 Watt hat.

Die erfindungsgemäße Lampe 10 besitzt ein Innenrohr 12, in welchem der Lichtbogen brennt und das mit einer Halterung 14 aus Metall in einem Außenkolben 16 befestigt ist. In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens befindet sich ein Zusatzkolben 18 zwischen dem Entladungsrohr 12 und dem Lampenkolben ein solcher organischer Leuchtstoff

109 620/202

Außenkolben 16 und enthält eine gewisse Menge eines bestimmten organischen Leuchtstoffes. Abgesehen vom Zusatzkolben 18 und seiner Halterung ist die Anordnung nach Fig. 1 an sich bekannt. Das Entladungsrohr 12, das beispielsweise für eine Leistungsaufnahme von 400 Watt ausgelegt ist, besteht aus einem Quarzrohr 20 mit Elektroden 22, die mit in die Enden des Quarzrohres 20 eingeschmolzene Bandleitern 24 verbunden sind. Neben jeder Hauptelektrode 22 befindet sich eine Zündelektrode 26, die über einen Zündwiderstand 28 mit der gegenüberliegenden Hauptelektrode 22 verbunden ist. Die Halterung 14 für das Entladungsrohr 12 besteht aus zwei Stäben 30, die elektrisch mit einer Zuleitung 32 und der einen Elektrode 22 verbunden sind. Die Zuleitung 32 ist dicht durch einen Quetschfuß 34 hindurchgeführt und an den Sockel 36 der Lampe 10 angeschlossen. Die andere Elektrode 22 ist mit einer zweiten Durchführung 38 verbunden, die ebenfalls an den Sockel 36 angeschlossen ist. Zur Abstützung gegen den Außenkolben 16 und zur Verhinderung von Bewegungen der Halterung 14 dienen Querstäbe 40.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 befindet sich der Zusatzkolben 18 zwischen dem Entladungsrohr 12 und dem Außenkolben 16 und hat vorzugsweise hohlzylindrische Gestalt. Um die Anbringung des Zusatzkolbens 18 zu erleichtern, ist dieser an beiden Enden mit U-förmigen Ringen 42 versehen, die in an die Stäbe 30 angeschweißten Halteringen gehalten sind. Die U-förmigen Ringe 42 können aus Metall oder Keramik hergestellt sein, wobei der letztere Werkstoff eine bessere Isolierung gegen Wärmeleitung von den Stäben 30 zu bestimmten Teilen des Zusatzkolbens 18 bietet. Im Zusatzkolben 18 ist ein organischer Leuchtstoff eingeschlossen, der in einem bestimmten höheren Temperaturbereich unter Ultraviolettbestrahlung als stabiles fluoreszierendes Gas existiert. Um die im Zusatzkolben 18 herrschenden Temperaturen in dem gewählten höheren Temperaturbereich zu halten, bei welchen der organische Leuchtstoff als stabiles fluoreszierendes Gas vorliegt, sind Größe und Anordnung des Zusatzkolbens 18 bezüglich der Größe und Anordnung der Lichtquelle und ihrer Zuleitungen

ίο entsprechend gewählt. Größe und Anordnung des Außenkolbens 16 beeinflussen die im Zusatzkolben 18 herrschenden Temperaturen weniger. Bei einem ausgeführten Beispiel hat das Entladungsrohr 12 eine Leistungsaufnahme von 400 Watt, eine Länge von 89 mm, einen Durchmesser von 16,5 mm und einen Abstand zwischen den Hauptelektroden von 70 mm. Im Entladungsrohr 12 befinden sich 66 mg Quecksilber und Argon bei einem Druck von 22 mm Quecksilbersäule. Der bauchige Teil des Außenkolbens 16 hat eine Gesamtlänge von 156 mm und einen größten Durchmesser von 118 mm. Bei dieser Konstruktion kann der Zwischenkolben 18 aus Quarz mit einer Dicke von 1 mm, einer Gesamtlänge von 20 mm, einen Außendurchmesser von 54 mm und einem Innendurchmesser von 42 mm bestehen.

Als organische Leuchtstoffe zum Einschluß in den Zusatzkolben 18 können bestimmte polycyclische organische Substanzen dienen, die wie bekannt in einem bestimmten Temperaturbereich unter ultravioletter Bestrahlung als stabiles fluoreszentes Gas vorliegen. In der folgenden Tabelle sind einige der verwendbaren organischen Verbindungen zusammen mit dem Betriebstemperaturbereich, in welchem sie als stabiles Gas vorliegen, dem Bereich der Ultraviolettanregung, auf den sie ansprechen, und der entsprechenden Emissionsfarbe angegeben.

Verbindung

Betriebstemperaturen

UV-Anregungsbereich

Emissionsfarbe

Zethren ,

Ovalen ,

1,12-Benzperylen ,

3,4-Benzpyren

4,10-Diaminoperylen

Porphyrin

Tetracen

Perylen

Decacyclen

Perylen-SA^lO-tetracarboxyldianhydrid
Fluoranthen

Coronen

bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 600 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C
bis 700 ⁰C

bis 700 ⁰C

2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä

2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä
2537 Ä
3650 Ä

2537 Ä
3650 Ä

Gelbgrün

Gelb

Blau

Blaugrün

Rot

Grün

Blau

Grünweiß

Gelbgrün

Blauweiß

(grüner am höheren Ende des Temperaturbereiches) Blau

1 HO

Diese Liste geeigneter organischer Verbindungen ist recht umfangreich, stellt aber keine Begrenzung dar, und es können andere Verbindungen mit ähnlichen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden. Die angegebenen Verbindungen können gegebenenfalls gemischt oder einzeln im Zusatzkolben 18 verwendet werden. Als besonders günstig haben sich Perylen, Decacyclen, Fluoranthen, Coronen und 3,4-Benzpyren erwiesen. Die Menge des verwendeten organischen Leuchtstoffes ist nicht wesentlich und kann in weiten Grenzen schwanken. Es soll aber natürlich eine ausreichende Menge verwendet werden, um überhaupt einen Effekt zu erzielen, obwohl die angegebenen organischen Leuchtstoffe bereits in Spuren eine deutliche Fluoreszenz zeigen. Beispielsweise kann 1 mg Perylen im Zusatzkolben 18 der beschriebenen Lampe Verwendung finden. In manchen Fällen empfiehlt es sich, zusammen mit den angegebenen organischen Fluoreszenzstoffen im Kolben 18 eine kleine Menge eines zusätzlichen stabilen organischen Stoffes, z. B. 0,1 mg Naphtalen zu verwenden. Diese zusätzliche Verbindung wirkt beim Verdampfen stabilisierend auf die polycyclischen organischen Fluoreszenzstoffe und verhindert die Zersetzungstendenz, die bei etwas zu hohen Temperaturen auftreten könnte.

In Fig. 4 ist im Schrägbild eine andere Ausführungsform der Zusatzkolbenanordnung 46 gezeigt, die statt des Kolbens 18 in den Fig. 1 bis 3 verwendet werden kann. Diese Anordnung besteht aus mehreren dünnen langgestreckten Kolben 48, die durch Metallringe 50 festgehalten werden. Die Metallringe 50 dienen zur Halterung an den Haltestäben 30 mit Hilfe von ausgestanzten Schlitzen 52. Jeder Einzelkolben 48 kann einen oder mehrere organische Fluoreszenzstoffe enthalten. Auch können gegebenenfalls in einigen oder allen Einzelkolben 48 verschiedene organische Fluoreszenzstoffe verwendet werden, um Farbmischungen zu erzielen.

In manchen Fällen empfiehlt es sich, ein Filter zwischen dem Entladungsrohr 12 und dem Zusatzkolben 18 bzw. 48 anzubringen, um den organischen Leuchtstoff gegen eine Ultraviolettstrahlung von 1850 Ä und andere kurzwellige Strahlen abzuschirmen. Hierzu kann der Zusatzkolben aus einem Glas bestehen, das für Wellenlängen unter etwa 2537 Ä undurchlässig sind. Solche Gläser sind auf dem Markt erhältlich. Es kann aber auch ein Zylinder aus Filterglas zwischen dem Zusatzkolben 18 und dem inneren Entladungsrohr 12 angeordnet werden.

Alle oben angegebenen organischen Leuchtstoffe sind praktisch für sichtbares Licht durchlässig, wenn sie im gasförmigen Zustand sind. Allerdings hat Porphyrin eine gewisse Absorption im kürzeren Wellenlängenbereich. Beim Betrieb der beschriebenen Lampe wird also das normalerweise von der Entladungsquelle erzeugte sichtbare Licht durch das vom organischen Leuchtstoff hervorgerufene Fluoreszenzlicht ergänzt, um hierdurch die Farbkorrektur des von der Lampe abgegebenen Lichtes hervorzurufen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform 54 ist das Bogenentladungsrohr 12 von einem doppelten Kolben 56 umgeben. Der verwendete organische FluoreszenzstofE befindet sich im Doppelkolben 56. Das Entladungsrohr 12 und die Halterung 14 können wie bei Fig. 1 ausgebildet sein. Der zusätzliche Doppelkolben 56 hat eine solche Größe und Anordnung bezüglich des Entladungsrohres 12, daß im Betrieb desselben die im Doppelkolben 56 auftretenden Temperaturen in den gewählten Temperaturbereich fallen, bei welchem der betreffende organische Leuchtstoff als stabiles fluoreszentes Gas existiert. Der zusätzliche Doppelkolben wird durch eine hohlzylindrische isolierende Halterung 58 festgehalten, die am unteren Ende teilweise geschlossen ist und ihrerseits am oberen Ende des Lampensockels 36 befestigt ist.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit 60 ist in Fig. 6 dargestellt. Hinsichtlich des Entladungsrohres 12, seiner Halterung 14 und seiner elektrischen Anschlüsse entspricht diese Ausführungsform derjenigen nach Fig. 1. Der verbreiterte Außenkolben ist jedoch weggefallen und durch einen verhältnismäßig dünnen zylindrischen Kolben 62 ersetzt. Der gewählte organische Leuchtstoff befindet sich im Zwischenraum zwischen dem Außenkolben 62 und dem Entladungsrohr 12. Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, die Bogenentladung 12 nur mit solcher Leistungsaufnahme zu betreiben, daß die an der Außenseite des Entladungsrohres 12 auftretende maximale Temperatur nicht die Höchsttemperatur übersteigt, bei welcher der betreffende organische Leuchtstoff noch als stabiles fluoreszentes Gas vorliegt.

An Stelle einer Quecksilberdampflampe könnten z. B. auch Zink-, Kadmium- oder Magnesiumdampflampen verwendet werden. Gegebenenfalls müssen diese Lichtquellen mit etwas geringerer Leistungsaufnahme betrieben werden, um die erzeugten Höchsttemperaturen herabzusetzen, wie es auch bei der Ausführungsform 60 nach Fig. 6 der Fall ist. So können die Lichtquellen z. B. mit einem Druck von etwa 10"²mmHg betrieben werden. Unter diesen Umständen ist gewährleistet, daß die oben angegebenen organischen Leuchtstoffe keinen so hohen Temperaturen ausgesetzt sind, daß sie zersetzt werden, auch wenn sie tatsächlich mit der Außenfläche des Entladungsrohres 12 in Berührung kommen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Farbkorrigierte Hochdruckentladungslampe, deren in einem Quarzkolben zentral angeordnete Strahlungsquelle ultraviolette, infrarote und sichtbare Strahlung abgibt, deren kurzwelliger Anteil mittels eines organischen Leuchtstoffes modifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entladungsgefäß (12) und dem äußeren Lampenkolben (10) ein solcher organischer Leuchtstoff angeordnet ist, der in einem bestimmten, sich beim Betrieb der Lampe einstellenden höheren Temperaturbereich auch unter Ultraviolettstrahlung als stabiler fluoreszenter Dampf vorliegt.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Leuchtstoff sich in einem in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle angeordneten zusätzlichen Kolben (18, 46, 56, 62) befindet.

3. Gasentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben (62) die Strahlungsquelle (12) umgibt und daß der organische Leuchtstoff sich zwischen dem Zusatzkolben und der Lichtquelle befindet.

4. Gasentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Leuchtstoff auf den Raum innerhalb des Zusatzkolbens und außerhalb der Strahlungsquelle beschränkt ist.

5. Gasentladungslampe nach Anspruch 2, da-

durch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben als Doppelkolben (18, 56) ausgebildet ist, in welchem sich der organische Leuchtstoff befindet.

6. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben (18) zwischen der Strahlungsquelle (12) und einem diese umgebenden äußeren Kolben (16) angeordnet ist.

7. Gasentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben aus mehreren Einzelkolben (48 in Fig. 4) besteht.

8. Gasentladungslampe nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkolben verschiedene organische Leuchtstoffe enthalten.

9. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Quecksilberdampfhochdrucklampe ist.

10. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der organische Leuchtstoff aus einer oder mehreren der folgenden Verbindungen besteht: Perylen, Decacyclen, Perylen-S^^lO-tetracarboxyldianhydrid, Fluoranthen, Coronen, 1,12-Benz perylen, 3,4-Benzpyren, 4,10-Diaminoperylen. Porphyrin, Tetracen, Zethren und Ovalen.

11. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter, das den organischen Leuchtstoff ίο vor ultravioletten Strahlen von weniger als 2537 Ä Wellenlänge schützt, zwischen dem organischen Leuchtstoff und der Strahlungsquelle angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 686 094;

britische Patentschrift Nr. 456 480;

P. Pringsheim: »Fluorescence and Phosphorescence«, Interscience Publishers, New York und London, 1949, S. 268.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen