DE202006008580U1

DE202006008580U1 - Metallhalogenidlampe

Info

Publication number: DE202006008580U1
Application number: DE202006008580U
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-05-31

Abstract

Metallhalogenidlampe mit einer ionisierbaren Füllung mit mindestens einem Inertgas, Quecksilber sowie Metallhalogenide, mit mindestens einem Halogen, wobei die Füllung Ca und mindestens eine Seltene Erden als Metalle für Halogenide umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich noch Pb-Halogenid umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe mit einer Füllung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Füllungen für Lampen mit warmweißer Lichtfarbe.
Stand der Technik
Zur Erzielung warmweißer Lichtfarben ist aus der US-A 5 694 002 eine Metallhalogenidentladungslampe bekannt, die eine Metallhalogenidfüllung mit den Metallen Na, Sc, Li, Dy und TI enthält und eine warmweiße Lichtfarbe hat. Die Farbtemperatur ist 3000 K.
Derartige Füllungen mit Scandium haben eine schlechte Maintenance, so dass der Lichtstrom während der Brenndauer deutlich zurückgeht. Außerdem ist die Farbwiedergabe bei Scandium-basierten Lampen relativ schlecht, insbesondere im roten Spektralbereich.
Aus der GB 1 316 803 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, bei der eine Metallhalogenidfüllung verwendet wird, die als Emitter eines der Jodide von TI, Sc, Ca, Cs, Dy, Na, Sn, La, Li und Ba verwendet. Als Puffergas wird eines der Metalljodide von Sb, As, Bi, In, Zn, Cd oder Pb verwendet. Das Puffergas dient vor allem der Einstellung der elektrischen Eigenschaften der Entladung. Dagegen wird kein Einfluss der Puffergase auf die Farbwiedergabe diskutiert. Konkret werden nur Füllungen mit den Puffergasen ZnJ2 und CdJ2 vorgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel mit ZnJ2 als Puffergas werden auch optionale geringen Mengen Quecksilber als zweites Puffergas in Betracht gezogen.
US-A 2003/0141818 nutzt Füllungen mit Halogeniden des Ca und komplexbildenden Halogeniden des Al bzw. Ga zur Verbesserung der Rotwiedergabe bei Lampen mit Farbtemperaturen unter 4000 K. Weitere Komponenten sind, abgesehen von Quecksilber und Edelgas, Halogenide des Dy, Ho, Tm, Na, Li, Cs.
US-A 4 742 268 verwendet Füllungen mit Ca-Jodid, Thallium-Jodid und Sn-Jodid in elliptisch geformten Entladungsgefäßen aus Quarzglas zum Erzielen einer sehr guten Farbwiedergabe.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidfüllung für Metallhalogenidentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine besonders gute Farbwiedergabe, insbesondere auch im roten Spektralbereich zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Metallhalogenidfüllung verwendet, die neben Ca und Seltenen Erden zusätzlich Pb-Halogenid verwendet. Dabei können noch andere Komponenten als weitere Halogenide, insbesondere des Na und/oder TI enthalten sein. Als Halogen wird Jod und/oder Brom verwendet. Als Seltene Erden werden bevorzugt mindestens eines der Elemente Dy, Ho und Tm, insbesondere alle drei gleichzeitig, verwendet.
Die Füllung enthält bevorzugt große Mengen an CaJ2, insbesondere 15 bis 50 mol-%. Dabei wird eine Füllung bevorzugt, die weiterhin Halogenide, bevorzugt Jodide, von Seltenen Erden (SE), Natrium und Thallium enthält. Eine entscheidende Verbesserung der Rotwiedergabe bei niedrigen Farbtemperaturen, bevorzugt unter 4000 K, insbesondere zwischen 2500 und 3500 K, ergibt sich aber erst durch Zugabe geringer Mengen an PbJ2. Optional kann Lithium und/oder Cs zugesetzt werden.
Als SE-Metalle werden Dy und/oder Ho und/oder Tm empfohlen, insbesondere wird eine Mischung aller drei verwendet. Als Halogen wird Jod oder Brom verwendet. Bevorzugt enthält die Füllung mehr Jod als Brom. Insbesondere wird Jod allein verwendet, mit maximal 10 % Brom-Anteil, molar gesehen.
Bevorzugt ist die Zusammensetzung der Füllung wie folgt: neben großen Mengen Hg (typisch 5 bis 15 mg pro cm³), das als Puffergas wirkt, weist die lichtemittierende Füllung folgende Zusammensetzung auf:

Ca-Jodid (CaJ2) 15 bis 72 mol-%, insbesondere bis 50 mol-%;

SE-Jodid (SEJ3) 3 bis 26 mol-%, insbesondere 5,5 bis 15 mol-%;

Pb-Jodid (PbJ2) 2 bis 5 mol-%, insbesondere 2,4 bis 3,6 mol-%.
Alle diese Komponenten sind erforderlich. Danben kann noch optional zugegeben werden

Na-Jodid (NaJ) 0 bis 70 mol-%, insbesondere 20 bis 48 mol-%;

TI-Jodid (TIJ) 0 bis 15 mol-%; insbesondere mindestens 3 mol-%; bevorzugt

6 bis 11 mol-%;
Weitere optionale Komponenten in kleineren Mengen, beispielsweise 0,5 bis 2 mol-%, sind insbesondere Li-Jodid und Cs-Jodid.
Die Zugabe des Bleijodids sorgt für eine Absenkung der Farbtemperatur gegenüber einer vergleichbaren Füllung ohne Bleijodid. Diese Absenkung liegt abhängig von der Bleijodidmenge in der Größenordnung 200 bis 1000 K. Gleichzeitig wird der R9 um etwa 10 bis 40 Punkte angehoben.
Die Füllung eignet sich insbesondere bei Verwendung von keramischen Entladungsgefäßen, wobei sie für zylindrische und bauchige Formen gleichermaßen angewendet werden kann. Dabei werden typische Effizienzen von mehr als 70 Im/W erreicht. Der Ra ist größer als 90, die Farbtemperatur liegt in der Größenordung von 3000 K (typisch ist ein Wert zwischen 2800 und 3100 K). Der R9 ist größer 60.
Der beobachtete Effekt ist nicht durch einfache Addition der spektralen Anteile der Füllungspartner erklärbar. Bleijodid wurde daher bisher weniger als Emitter, sondern vielmehr als Puffergas in Betracht gezogen.
Generell ist es für die Absenkung der Farbtemperatur bei gleichzeitiger Verbesserung der Rotwiedergabe günstig, die Emission oberhalb 610 nm zu verstärken, insbesondere im Bereich um 630 nm, und/oder die Emission zwischen 490 und 610 nm abzuschwächen, insbesondere um 580 nm.
Mit der Zugabe von Bleijodid gelingt bei sorgfältiger Wahl der Füllung sogar beides zugleich. Bleijodid führt in Gegenwart von Ca-Halogenid zu einer erhöhten Emission oberhalb 610 nm, insbesondere im Bereich der CaJ2-Molekülbanden zwischen 620 und 660 nm. Es lässt sich damit aber auch eine verminderte Emission unterhalb 610 nm erzielen, insbesondere im Bereich der Resonanzlinien des Na (590 nm) und TI (535 nm). Als Ursache der beobachteten Veränderungen des Spektrums kommen mehrere Mechanismen in Frage, insbesondere Komplexbildung wie sie prototypisch bei Na-Sn-Füllungen bereits bekannt ist. Von einer Komplexbildung im System Ca-Pb profitiert vor allem die Emission der optisch dünnen Ca-Linien und CaJ2-Molekülbanden. Die Zugabe des stark verdampfenden PbJ2 führt außerdem über Dissoziations-/Rekombinationsprozesse der Moleküle zu einem eingeschnürten Temperaturprofil. Dies verbessert die Abstrahlungsbedingungen der Moleküle und behindert die Abstrahlung der Atom-Resonanzlinien. Schließlich kann als dritter Mechanismus die in kurzwellige Richtung hin ansteigende Absorption der PbJ2-Moleküle beteiligt sein.
Die neuartige Füllung eignet sich bevorzugt für Allgemeinbeleuchtungszwecke für Lampen mit 50 bis 1000 W Nennleistung. Sie wird also für niedrige bis mittlere Leuchtdichten eingesetzt. Hier liegt die Wandbelastung bei typisch weniger als 40 W/cm², die spezifische Leistung bei weniger als 30 W/mm Bogenlänge.
Die Lebensdauer wird durch die Zugabe geringer Bleijodid-Mengen nicht negativ beeinflusst. Die Korrosion der Elektrode und des Elektrodengefäßes werden vermindert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung;
2 ein Spektrum dieser Lampe;
3 die Änderung des Spektrums verglichen mit Füllungen ohne PbJ2-Zugabe.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Metallhalogenidlampe gezeigt mit einem Außenkolben 1 aus Hartglas oder Quarzglas, der eine Längsachse besitzt und einseitig durch eine Tellereinschmelzung 2 verschlossen ist. An der Tellereinschmelzung 2 sind zwei Stromzuführungen nach außen (nicht sichtbar) geführt. Sie enden in einem Sockel 5. Im Außenkolben ist ein zweiseitig abgedichtetes keramisches bauchiges Entladungsgefäß 10 aus Al₂O₃ mit einer Füllung aus Metallhalogeniden axial eingesetzt. In das Entladungsgefäß ragen Elektroden 3, die mit inneren Stromzuführungen 4 über Durchführungen 6 verbunden sind.
Die Leistung der Lampe beträgt 70 W, die Farbtemperatur ist 2900 K.
Das Entladungsgefäß 10 kann insbesondere innen kugelförmig oder elliptisch sein oder es kann eine Abweichung von der Kugelgeometrie durch ein kurzes zylindrisches Mittelstück zwischen den Kugelhalbschalen bestehen. Es besitzt insbesondere die Abmessungen, wie sie in EP-A 841 687 beschrieben sind.
Die Kontur der Innenwand ist beispielsweise folgendermaßen:

• die Kontur besitzt ein im wesentlichen gerades zylindrisches Mittelteil der Länge L und dem Innenradius R sowie zwei im wesentlichen halbkugelförmige Endstücke mit demselben Radius R,
• die Länge des zylindrischen Mittelteils ist kleiner oder gleich seinem Innenradius: L ≤ R,
• die Innenlänge des Entladungsgefäßes ist mindestens 10 % größer als der Elektrodenabstand EA: 2R + L ≥ 1.1 EA,
• der Durchmesser (2R) des Entladungsgefäßes entspricht mindestens 80 % des Elektrodenabstands EA; gleichzeitig darf er höchstens eine Länge von 150 % des Elektrodenabstands EA besitzen: 1.5 EA ≥ 2R ≥ 0.8 EA. Konkret ist hier beispielsweise L = 1,95 mm, R = 3,95 mm und EA = 7,4 mm.

Es befindet sich ein zündfähiges Gas aus der Gruppe der Edelgase im Entladungsgefäß unter einem Kaltfülldruck von etwa 300 mbar. Des weitern befindet sich in dem Entladungsgefäß, das ein Entladungsvolumen von 0,35 ml aufweist, 5,4 mg Quecksilber und eine Mischung von Metallhalogeniden (7,5 mg), bestehend aus den molaren Zusammensetzungen (mol-%) gemäß folgender Tab.
Die aufgenommene Leistung liegt typisch in einem Bereich von 50 bis 400 W. Der Ra dieser Lampen AB1 und AB2 ist typisch 93, der R9 ist 67.
Pb-Halogenid wirkt in den untersuchten Lampen nicht als Puffer, da es keinen nennenswerten Einfluss auf den elektrischen Widerstand zeigt und die Brennspannung nicht beeinflusst. Es tritt vielmehr als Komponente in Erscheinung, die Einfluss auf das Emissionsverhalten nimmt. Dies geschieht weniger durch direkte eigene Emission als Linie oder Bande sondern durch Beeinflussung der Emission der anderen Metallhalogenide, insbesondere des Ca, aber auch des Na und TI.
2 zeigt das Spektrum von Lampen mit 100 h Brenndauer nach dem Ausführungsbeispiel gemäß AB 1, deren Entladungsgefäß 5,4 mg Hg und 7,5 mg Metallhalogenid-Füllung nach Tab. 1 enthält. Es ist verglichen mit dem Spektrum der Referenz aus Tab. 1. Dabei zeigt sich eine deutliche Anhebung im roten Spektralbereich und eine Absenkung der Intensität der kurzwelligen Emission im Bereich 400 bis 600 nm. Die bleihaltige Füllung ist gefettet, die Referenz ist dünn durchgezogen.
Um den Einfluss des Bleijodid auf das Spektrum zu verdeutlichen, ist in 3 der Quotient der Intensitäten AB1:Ref. aufgetragen. Dabei zeigt sich eine Anhebung im roten Spektralbereich und eine Absenkung der Intensität der kurzwelligen Emission im Bereich 400 bis 600 nm, insbesondere im Bereich der Resonanzlinien von Na und TI um 590 bzw. 540 nm.
Durch Wahl der relativen Verhältnisse der Metallhalogenide lässt sich eine höhere oder niedrigere Farbtemperatur einstellen. Die Füllung verwendet als Seltene Erden jeweils Tm, Dy und Ho, bevorzugt in etwa gleichen Anteilen. Diese Anteile können variieren, insbesondere in einem Verhältnis bis maximal dem Dreifachen der am wenigstens vertretenen Komponente liegen, also bis zu 3:3:1. je nach gewünschtem Ergebnis können aber auch nur eine oder zwei Seltene Erden verwendet werden, beispielsweise nur Dy.

Claims

Metallhalogenidlampe mit einer ionisierbaren Füllung mit mindestens einem Inertgas, Quecksilber sowie Metallhalogenide, mit mindestens einem Halogen, wobei die Füllung Ca und mindestens eine Seltene Erden als Metalle für Halogenide umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich noch Pb-Halogenid umfasst.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich mindestens ein Halogenid der Metalle TI, Na umfasst.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Halogenid aus der Gruppe der Seltene Erden Dy, Ho, Tm verwendet wird, insbesondere alle drei gemeinsam.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung folgende Anteile verwendet: Ca-Jodid (CaJ2) 15 bis 72 mol-% SE-Jodid (SEJ3) 3 bis 26 mol-% Pb-Jodid (PbJ2) 2 bis 5 mol-%.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung folgende Anteile verwendet: Ca-Jodid (CaJ2) 15 bis 50 mol-% Na-Jodid (NaJ) 20 bis 70 mol-% TI-Jodid (TIJ) 3 bis 15 mol-% SE-Jodid (SEJ3) 3 bis 15 mol-% Pb-Jodid (PbJ2) 2 bis 5 mol-%, insbesondere 2,4 bis 3,6 mol-%.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe weiterhin umfasst: einen Außenkolben aus Hartglas oder Quarzglas und ein Entladungsgefäß (2) aus Keramik sowie mit zwei Elektroden (11) darin.