DE19907301A1

DE19907301A1 - Metallhalogenidlampe

Info

Publication number: DE19907301A1
Application number: DE19907301A
Authority: DE
Inventors: Hans Eisemann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-08-24
Also published as: JP2000243350A; HU222455B1; DE50007238D1; HU0000753D0; US6400084B1; CA2298269A1; JP4499234B2; ATE272894T1; HUP0000753A2; EP1032021A1; HUP0000753A3; EP1032021B1

Abstract

Eine Metallhalogenidlampe für die Allgemeinbeleuchtung enthält als wesentliche Komponente der Metallhalogenidfüllung Mangan in einer Menge von 0,01 bis 50 mumol pro cm·3·. Es dient als Ersatz für Natrium bei warmweißen oder neutralweißen Lichtfarben.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik, das häufig in einem Außen kolben untergebracht ist.

Stand der Technik

Aus der DE-A 43 27 534 ist bereits eine Metallhalogenidlampe bekannt, die als Fül lung für fotooptische Zwecke AlJ₃ und/oder AlBr₃ zusammen mit Metallhalogeniden von Thallium, Cäsium und/oder Seltenerdmetallen für hohe Farbtemperaturen über 5000 K verwendet.

Bei Metallhalogenidlampen, die als UV-Strahler eingesetzt werden, wird häufig Ei sen als wichtigste UV-Strahlungsquelle verwendet. Hier ist es beispielsweise aus der EP-B 543 169 bekannt, zur Vermeidung der bei Eisen auftretenden Schwärzung andere UV-Strahler wie Mangan, Wismut, Thallium oder Zinn hinzuzugeben.

Zur Erzielung warmweißer und neutralweißer Lichtfarben mit Farbtemperaturen un ter 5000 K enthalten Metallhalogenidentladungslampen häufig Natrium. Zum Bei spiel beschreibt US-A 3 575 630 eine Füllung mit Halogeniden der Metalle Na, Tl und Zr. Metallhalogenidentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Glas und einer natriumhaltigen Füllung haben den Nachteil der Natriumdiffusion durch das Entladungsgefäß, wodurch die Lampenlebensdauer reduziert wird. Die Natriumdif fusion muß mit zusätzlichen Maßnahmen, zum Beispiel der Abschirmung der Stromzuführung in der Nähe des Entladungsgefäßes, reduziert werden. Dies erhöht die Herstellkosten der Lampe. Ein weiterer Nachteil natriumhaltiger Metallhalogeni dentladungslampen ist ihre relativ schlechte Farbwiedergabe. Typische Werte sind für den allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a = 70 und für den speziellen roten Farbwiedergabeindex R₉ = 0.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die kein oder nur sehr wenig Natrium enthält und trotzdem eine Farbtemperatur unter 5000 K (entsprechend einer warm weißen oder neutralweißen Lichtfarbe) realisiert.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß enthält die Metallhalogenidfüllung als wesentlichen oder einzigen Bestandteil Mangan in Form von Mn-Halogenid. Anstatt der bekannten Ausnutzung der intensiven Spektrallinien im UV werden erstmals die Spektrallinien von Mangan im sichtbaren Spektralbereich zur Verbesserung des allgemeinen Farbwiederga beindex R_a ausgenutzt. Durch den (evt. weitgehenden) Verzicht auf Natrium können dadurch die zusätzlichen Maßnahmen zur Reduzierung der Natriumdiffusion entfal len. Die verbesserte Rotwiedergabe (R₉) ist vor allem darauf zurückzuführen, daß eine Reihe von Mn-Linien im Wellenlängenbereich größer 603 nm liegt.

Ein besonderer Vorteil ist, daß zusätzlich die UV-Strahlung des Mangans verwendet werden kann, um die Temperatur des Entladungsgefäßes zu erhöhen. Dies ge schieht dadurch, daß eine Umhüllung (oft ist es ein zusätzlicher Außenkolben, und/oder das Entladungsgefäß selbst) aus UV-undurchlässigem Material gefertigt ist, beispielsweise aus Hartglas oder dotiertem Quarzglas. Die UV-Strahlung wird somit in der Umhüllung absorbiert und zu einem großen Teil wieder in das Entla dungsgefäß zurückgeführt. Damit wird die Temperatur des cold spot angehoben, was der Lichtausbeute zugute kommt. Typisch läßt sich mit Mangan als einzigem Metallhalogenid eine sehr hohe Farbtemperatur von mehr als 8000 K bei einem ho hen R_a von mehr als 90 erzielen. Insgesamt ist ein R_a<95 und ein R₉<90 erreichbar. Vorteilhaft wird Mangan mit weiteren Halogeniden der Elemente Cs, Dy, Tl, Ho, Tm sowie evtl. kleinen Mengen an Natrium kombiniert. Dabei sollte das molare Verhält nis Mn/Na < 1, bevorzugt < 2, sein. Hier dient Mn zur vollständigen oder teilweisen Substitution von Na, weil wesentliche Spektrallinien des Mn im sichtbaren Spektral bereich ganz in der Nähe der Natrium-D-Linien liegen. Diese Füllungen mit mehre ren Komponenten eignen sich hervorragend in der Allgemeinbeleuchtung zur Erzeu gung warmweißer oder neutralweißer Lichtfarben mit einer Farbtemperatur zwi schen etwa 3000 und 4500 K.

Bevorzugt beträgt die Füllmenge an Mn 0,01 bis 50 µmol pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Füllung bis zu 30 µmol pro cm³ Cs beigefügt. Alternativ oder ergänzend sind der Füllung ein oder mehrere der folgenden Komponenten (meist als Halogenid) beigefügt: bis zu 35 µmol pro cm³ Dy, bzw. bis zu 15 µmol pro cm³ Tl, bzw. bis zu 18 µmol pro cm³ Ho, bzw. bis zu 18 µmol pro cm³ Tm. Damit läßt sich eine Feinabstimmung des gewünschten R_a und R₉ erzielen.

Als Halogene zur Bildung von Halogeniden werden bevorzugt Jod und/oder Brom verwendet.

Vorteilhaft ist das Volumen zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben evakuiert. Damit läßt sich ein besonders hoher Farbwiedergabeindex R_a erzielen. Alternativ kann das Volumen zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben eine Gasfüllung, insbesondere Inertgas, enthalten, wodurch die Lebensdauer erhöht werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Gasfüllung aus 10 bis 90 kPa N₂ (kalt) oder aus 5 bis 70 kPa CO₂ (kalt).

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher er läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;

Fig. 2 das Spektrum einer Metallhalogenidlampe mit mangan-haltiger Fül lung;

Fig. 3 das Spektrum einer Metallhalogenidlampe mit einer Füllung aus meh reren Komponenten.

Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe 1 mit einer Leistung von 250 W ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Es handelt sich um ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß 2, das von einem zylindrischen evakuierten Außenkolben 3 aus Hartglas (UV-undurchlässig) umschlossen ist, der einseitig gesockelt ist. Das eine Ende des Außenkolbens 3 besitzt eine abgerundete Kuppe 4, wohingegen das an dere Ende einen Schraubsockel 5 aufweist. Ein Haltegestell 6 fixiert das Entla dungsgefäß 2 axial im Innern des Außenkolbens 3. Das Haltegestell 6 besteht im wesentlichen aus zwei Zuleitungsdrähten 7, 8, von denen der kürzere (7) mit der sockelnahen Stromzuführung 9 des Entladungsgefäßes 2 verbunden ist. Der lange Zuleitungsdraht 8 ist im wesentlichen ein massiver Metallstützdraht, der sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckt und zur sockelfernen Stromzuführung 10 führt. Die Enden 15 des Entladungsgefäßes 2 sind mit einem wärmereflektierenden Belag 16 versehen. Am Haltegestell 6 sind zusätzlich mehrere Getter 14 angeschweißt.

Das Volumen des Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 5,2 cm³. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 11, 12 beträgt 27,5 mm. Als Grundgas befinden sich im Ent ladungsgefäß 56 mbar Argon.

Der Außenkolben ist evakuiert und damit thermisch gut isoliert, wodurch eine be sonders gute Farbwiedergabe erzielt wird. Zur Erhöhung der Lebensdauer kann der Außenkolben eine Gasfüllung enthalten. Vor allem eignet sich Inertgas (N₂ oder CO₂), beispielsweise mit einem Kaltfülldruck von 70 kPa N₂ oder 50 kPa CO₂. Dafür muß eine etwas schlechtere Farbwiedergabe in Kauf genommen werden.

Fig. 2 zeigt das Spektrum einer Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Entladungsvolumen 16 mg Hg und 3,4 mg MnJ₂ enthält. Ausgewählte Spektrallinien von Mn und Hg sind markiert. Nach Fig. 2 besitzt Mn u. a. eine intensi ve Gruppe von Spektrallinien im Bereich von 601 bis 603 nm, womit Lampen mit warmweißer bis neutralweißer Lichtfarbe (ähnlich wie bei einer Na-haltigen Füllung) realisierbar sind, denn Na hat die intensivsten Spektrallinien bei einer Wellenlänge von etwa 589 nm. Außerdem zeigt das Spektrum der Fig. 2, daß Mn im sichtbaren Spektralbereich bei Wellenlängen größer 603 nm zahlreiche Liniengruppen besitzt, die dazu geeignet sind, die Rotwiedergabe zu verbessern. Weitere nutzbare Linien gruppen liegen im kurzwelligen Bereich zwischen etwa 450 und 550 nm.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Farbtemperatur von mindestens 8000 K und ein allgemeiner Farbwiedergabeindex R_a = 91 erreicht. Allerdings ist die Licht ausbeute mit rund 34 Im/W relativ gering.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wurde als Füllung 14 mg Hg und insgesamt 10.4 mg Metallhalogenide für das gleiche Entladungsvolumen gewählt. Im einzelnen sind darin enthalten: 18 Gew.-% CsJ, 36,8 Gew.-% DyJ₃, 12,5 Gew.-% TIJ sowie 32,7 Gew.-% MnJ₂. Das Spektrum dieser Lampe ist in Fig. 3 gezeigt.

Diese Lampe erzielt eine Farbtemperatur von 4400 K. Sie besitzt einen allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a = 96, einen speziellen roten Farbwiedergabeindex R₉ = 92 und eine Lichtausbeute von rund 60 Im/W. Damit hat diese Lampe eine deutlich bessere Farbwiedergabe als natriumhaltige Metallhalogenidfüllungen.

Claims

1. Metallhalogenidlampe zur Anwendung im sichtbaren Spektralbereich mit einer Farbtemperatur unter 5000 K und einem Farbwiedergabeindex von Ra<80, wobei das Entladungsgefäß (2) zwei Elektroden (11, 12) und eine ionisierbare Füllung aus Inertgas, Quecksilber und mindestens einem Metallhalogenid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als wesentliches oder einziges Metallhalogenid ein Haloge nid des Mn verwendet wird.

2. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem mindestens ein Halogenid aus der Gruppe der Metalle Cs, Dy, Tl, Ho, Tm, und evtl. Na in kleinen Mengen, vorhanden ist.

3. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll menge an Mn 0,01 bis 50 µmol pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beträgt.

4. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllung 0 bis 30 µmol Cs pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beigefügt ist.

5. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllung 0 bis 35 µmol Dy pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beigefügt ist.

6. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllung 0 bis 15 µmol Tl pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beigefügt ist.

7. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllung 0 bis 18 µmol Ho pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beigefügt ist.

8. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllung 0 bis 18 µmol Tm pro cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beigefügt ist.

9. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halo gene zur Bildung von Halogeniden Jod und/oder Brom verwendet sind.

10. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung von einer UV-undurchlässigen Umhüllung (3), insbesondere einem Außenkolben, umgeben ist.

11. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vo lumen zwischen Entladungsgefäß (2) und Außenkolben (3) evakuiert ist.

12. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vo lumen zwischen Entladungsgefäß (2) und Außenkolben (3) eine Gasfüllung, ins besondere Inertgas, enthält.

13. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas füllung aus 10 bis 90 kPa N₂ (kalt) besteht.

14. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas füllung aus 5 bis 70 kPa CO₂ (kalt) besteht.