DE2106447C2 - Mercury vapor high pressure discharge lamp with an addition of metal halides - Google Patents
Mercury vapor high pressure discharge lamp with an addition of metal halidesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz. Die Lampen haben ein Entladungsgefäß aus Quarzglas mit in das Entladungsgefäß ragenden Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall, deren Abstand voneinander ein Mehrfaches des Entladungsgefäßdurchmessers beträgt, und je einer mit den Elektroden verbundenen vakuumdichten Folieneinschmelzung, wobei ein Außenkolben das Entladungsgefäß umgibt Als zusätzliche Füllung zum Quecksilber enthält das Entladungsgefäß Halogenide von Seltenen Erden und gegebenenfalls Thallium sowie ein Edelgas.The invention relates to a high pressure mercury vapor discharge lamp with addition of metal halide. The lamps have a discharge vessel made of quartz glass Electrodes made of hard-to-melt metal protruding into the discharge vessel, their distance from one another is a multiple of the discharge vessel diameter, and each one connected to the electrodes vacuum-tight film seal, with an outer bulb surrounds the discharge vessel As an additional filling to the mercury, the discharge vessel contains Halides of rare earths and possibly thallium and a noble gas.
Bei solchen Lampen ist es bekannt, mehrere Elemente, unter denen mindestens eine Seltene Erde sein kann, als Halogenverbindung dem Quecksilber zuzusetzen. In der FR-PS 15 56 885 ist eine Hochdruck- eo entiadungsiampe beschrieben, bei der die Füllung neben Quecksilber mindestens eine Seltene Erde aus der Gruppe Thulium, Erbium, Holmium enthält sowie Thallium und Halogen in bestimmter Menge. Entsprechend den angegebenen Beispielen weist die Füllung vorzugsweise eine (z. B. nur Thulium oder nur Holmium) oder höchstens zwei (z. B. Holmium und Thulium) Seltene Erden auf. Bei der zuletzt genannten Füllung mit Holmium und Thulium ist zusätzlich noch eine Leuchtstoffschicht auf dem Außenkolben aufgebrachtSuch lamps are known to have several elements, at least one of which is rare earth can be to add mercury as a halogen compound. In FR-PS 15 56 885 is a high pressure eo Entiadungsiampe described in which the filling in addition to mercury at least one rare earth from the Group contains thulium, erbium, holmium as well as thallium and halogen in certain quantities. Corresponding In the examples given, the filling preferably has a (e.g. only thulium or only holmium) or at most two (e.g. holmium and thulium) rare earths. With the last-mentioned filling with Holmium and Thulium are also one Phosphor layer applied to the outer bulb
Nach der DE-AS U 53 453 ist eine Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der ganz allgemein die Verwendung von Halogeniden eines oder mehrerer Metalle der Seltenen Erden beansprucht ist, wobei diese aus einer farblosdurchsichtigen Schmelze bestehen. Als Seltene Erden werden vorzugsweise Ceroder Lanthan verwendet Bei dem hier vorliegenden Lampeiuyp sollte der Bogen entweder in einer Kapillare brennen oder er sollte durch ein Magnetfeld an die Gefäßwand gedruckt werden.According to DE-AS U 53 453 is a high pressure discharge lamp known, in general, the use of one or more halides Rare earth metals are claimed, which consist of a colorless, transparent melt. as Rare earths are preferably used with cerium or lanthanum the bow either burns in a capillary or he should be printed on the vessel wall by a magnetic field.
Um eine Lampe mit guten Farbwiedergabeeigenschaften — das farbige Aussehen beleuchteter Objekte wird durch die spektrale Strahlungsverteilung der beleuchtenden Lichtquelle beeinflußt — zu erhalten, wurde gemäß der GB-PS 1138 913 zum Beispiel vorgeschlagen, daß Dysprosiumjodid und Thslliumjodid der Quecksilberfüllung zugesetzt wird. Man erreicht damit einen Farbwiedergabeindex Rx von etwa 85. Der Farbwiedergabeindex ist ein Maß für die Farbwiedergabeeigenschaft und gibt die Übereinstimmung des Farbeindrucks von Objekten bei Beleuchtung durch eine Lichtquelle mit dem Farbeindruck des gleichen Objekts bei Beleuchtung durch eine Bezugslichtart wieder.In order to obtain a lamp with good color rendering properties - the colored appearance of illuminated objects is influenced by the spectral radiation distribution of the illuminating light source - it was proposed according to GB-PS 1138 913, for example, that dysprosium iodide and thsyllium iodide be added to the mercury filling. This achieves a color rendering index R x of about 85. The color rendering index is a measure of the color rendering property and indicates the correspondence of the color impression of objects when illuminated by a light source with the color impression of the same object when illuminated by a reference light source.
Das Ziel der Erfindung ist es nun, eine Lampe mit einem noch höheren Farbwiedergabeindex zu erhalten.The aim of the invention is now to obtain a lamp with an even higher color rendering index.
Die Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe, die aus einem Entladungsgefäß aus Quarzglas mit in das Entladungsgefäß ragenden Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall, deren Abstand ein Mehrfaches des Entladungsgefäßdurchmessers beträgt, und je einer mit den Elektroden verbundenen vakuumdichten Folieneinschmelzung sowie einem das Entladungsgefäß umgebenden Außenkolben besteht und als zusätzliche Füllung zum Quecksilber Halogenide von Seltenen Erden und ggf. Thallium sowie ein Edelgas enthält ist erfindungsgemäß dadurch gekeozeichnet, daß das Entladungsgefäß Halogenide von mindestens drei Elementen mit ähnlicher mittlerer Anregungsenergie enthält, unter denen sich mindestens die drei Seltenen Erden Dysprosium, Holmium und Thulium in einer Gesamtmenge von 03 bis 1,2 mg/cm Bogenlänge zu gleichen Anteilen befinden.The mercury vapor high-pressure discharge lamp, which is made from a discharge vessel made of quartz glass with the Discharge vessel protruding electrodes made of hard-to-melt metal, the distance between which is several times that of the discharge vessel diameter, and one vacuum-tight each connected to the electrodes Foil seal and an outer bulb surrounding the discharge vessel and as an additional one Filling to mercury contains halides of rare earths and possibly thallium as well as a noble gas according to the invention characterized in that the discharge vessel halides of at least three Contains elements with a similar average excitation energy, among which at least the three rare ones Earth dysprosium, holmium and thulium in a total amount of 03 to 1.2 mg / cm arc length equal shares.
Die Auswahl von Elementen mit möglichst gleicher mittlerer Anregungsenergie ist für die Erfindung wesentlich, da bei anderer Wahl die Strahlung der Elemente mit höherer Anregungsenergie vermindert würde zugunsten der Elemente mit niedrigerer Anregungsenergie und damit die Gesamtstrahlung — wie bisher — geringer wäre.The selection of elements with the same average excitation energy as possible is essential for the invention essential, since with a different choice the radiation of the elements with higher excitation energy is reduced would in favor of the elements with lower excitation energy and thus the total radiation - like so far - would be lower.
Bezüglich der Farbwiedergabe der erfindungsgemäßen Lampe ergab sich überraschenderweise, daß der erzielte Farbwiedergabeindex höher ist als aus einer reinen Superposition der Spektren der Einzelkomponenten zu erwarten wäre. Das läßt sich vielleicht daraus erklären, daß durch die sich addierenden Partialdrucke und den dadurch höheren Gesamtdruck sich die Anregungsbedingungen für jede der einzelnen Komponenten verbessern, wodurch der Kontinuumanteii des Spektrums erhöht wird, was sich sowohl auf die Lichtausbeute wie auf die Farbwiedergabe günstig auswirkt. So ergibt sich ein mit den bisher bekannten Lampen noch nie erreichter Farbwiedergabeindex von über 95, was die Lampe gemäß der Erfindung vorzüglich geeignet macht für Farbfernsehaufnahmen, beispielsweise bei Sportveranstaltungen in großen Stadien.With regard to the color rendering of the lamp according to the invention, it was surprisingly found that the The color rendering index achieved is higher than from a pure superposition of the spectra of the individual components would be expected. This can perhaps be explained by the fact that the partial pressures add up and the resulting higher total pressure, the excitation conditions for each of the individual components improve, whereby the continuum portion of the spectrum is increased, which affects both the Luminous efficiency as it has a favorable effect on color rendering. This results in one with the previously known Lamps never achieved a color rendering index of over 95, which makes the lamp according to the invention excellent Makes it suitable for color television recordings, for example at sporting events in large stadiums.
Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, daß die Wandbelastung des Entladungsgefäßes gering gehalten werden kann (zwischen 8 und 20 W/cm2), Um gleich günstige Anregungsbedingungen, wie in der erfindungsgemäßen Lampe mit mindestens drei Seltenen Erden zu erzielen, müßte die Wandbelastung z, B, bei einer Lampe mit mehreren Elementen, unter denen nur eine Seltene Erde, z. B. Dysprosium, ist, um etwa des 5fache höher liegen und würde damit bei der vorliegenden Lampenart unzulässige Werte erreichen.Another great advantage is that the wall load on the discharge vessel can be kept low (between 8 and 20 W / cm 2 ). B, in a lamp with several elements, among which only one rare earth, z. B. dysprosium, is about 5 times higher and would therefore reach impermissible values with the type of lamp in question.
Den Seltenen Erden Dysprosium, Holmium und Thulium können noch weitere Seltene Erden, wie Erbium, zugesetzt sein. Als günstig hat sich erwiesen, daß die Gesamtmenge der Seltenen Erden zwischen 0,5 und 0,9 mg/cm Bogenlänge liegt. Auch ein Zusatz von ThalHumhalogenid ist vorteilhaft (erhöht den Lichtstrom) sowie ein Zusatz von CSsiumhalogenid zur Stabilisierung der Entladung. Die genannten Elemente, wie die Seltenen Erden, das Thallium und das Cäsium, sind vorzugsweise in Form von Jodiden im Entladungsgefäß enthalten.The rare earths dysprosium, holmium and thulium can also contain other rare earths, such as Erbium. It has been found to be favorable that the total amount of rare earths is between 0.5 and 0.9 mg / cm sheet length. Also an addition of ThalHumhalogenid is advantageous (increases the luminous flux) as well as an addition of CSsiumhalogenid to Stabilization of the discharge. The elements mentioned, such as rare earths, thallium and cesium, are preferably contained in the discharge vessel in the form of iodides.
ίη den Figuren ist ein Ausführungsbcispie! der Lampe gemäß der Erfindung wiedergegeben.ίη the figures is an exemplary embodiment! the lamp reproduced according to the invention.
F i g. 1 zeigt die Lampe,F i g. 1 shows the lamp,
Fig.2 die spektrale Strahlungsflußverteilung der Lampe.Fig.2 the spectral radiation flux distribution of Lamp.
In Fig. 1 hat das zylindrische Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas einen Innendurchmesser von 31 mm, das Volumen beträgt 130 cm3. An jedem Ende des Gefäßes befindet sich je eine Elektrode 2 und 3 aus mit ThO2 aktiviertem Wolfram. Die Elektroden 2 und 3 sind mittels Folieneinschmelzungen 4 und 5 mit den Stromzuführungen 6 bzw. 7 verbunden. Der Elektrodenabstand beträgt 155 mm. Die Enden des Entladungsgefäßes sind mit einem die Wärmestrahlen reflektierenden Belag 8 bzw. 9 aus Zirkonoxid versehen. Dabei ist, wenn senkrechte oder schräge Brennlage der Lampe vorgesehen ist, die von dem Belag 8 bedeckte Fläche des dem Schraubsockel 12 nahen Entladungsgefäßendes geringer als die vom Belag 9 bedeckte Fläche des anderen Entladungsgefäßendes. Das Entladungsgefäß 1 ist mit den Halterungen 10,11 in einem an einem Ende mit dem Schraubsockel 12 versehenen Hüllgefäß 13 angeordnet Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht aus einem Zündgas, ζ,Β. Ar von 4000Pa, 80 mg hg, 3 mg Tm, 3 mg Ho, 3 mg Dy, 25 mg HgJ2,12 mg TIJ und 3 mg CsJ zur Stabilisierung des Bogens. Die Konstruktionsdaten und die Füllmengen gelten für eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 3,5 kW, die mit 18 A und an einer Spannung von 380 V betrieben wird. Der Lichtstrom beträgt 325 0001m, die Lichtausbeute 93 lm/W. Die ähnlichste Farbtemperatur ist 6000 K, der Farbwiedergabeindex R3 = 95.In FIG. 1, the cylindrical discharge vessel 1 made of quartz glass has an internal diameter of 31 mm, the volume is 130 cm 3 . At each end of the vessel there is an electrode 2 and 3 made of tungsten activated with ThO2. The electrodes 2 and 3 are connected to the power supply lines 6 and 7 by means of foil seals 4 and 5. The distance between the electrodes is 155 mm. The ends of the discharge vessel are provided with a coating 8 or 9 made of zirconium oxide that reflects the heat rays. If the lamp is in a vertical or inclined burning position, the area of the discharge vessel end near the screw base 12 covered by the coating 8 is smaller than the area of the other discharge vessel end covered by the coating 9. The discharge vessel 1 is arranged with the holders 10, 11 in an envelope vessel 13 provided at one end with the screw base 12. The filling of the discharge vessel consists of an ignition gas, ζ, Β. Ar of 4000Pa, 80 mg hg, 3 mg Tm, 3 mg Ho, 3 mg Dy, 25 mg HgJ 2 , 12 mg TIJ and 3 mg CsJ to stabilize the arch. The design data and the filling quantities apply to a lamp with a power consumption of 3.5 kW, which is operated with 18 A and a voltage of 380 V. The luminous flux is 325 0001m, the luminous efficacy is 93 lm / W. The closest color temperature is 6000 K, the color rendering index R 3 = 95.
Bei einer Leistungsaufnahme der Lampe von 250 W hat das Entladungsgefäß einen Innendurchmesser von 14 mm und ein Volumen von 53 cm3. Der Elektrodenabstand beträgt 25 mm. Die Füllung besteht aus Ar von 4000Pa 10 mg Hg, lmgTm, 1 mn Ho, 1 mg Dy, 12 mg Hgj2und 1 mg CsJ.With a power consumption of 250 W by the lamp, the discharge vessel has an internal diameter of 14 mm and a volume of 53 cm 3 . The distance between the electrodes is 25 mm. The filling consists of Ar of 4000Pa 10 mg Hg, 1 mgTm, 1 mn Ho, 1 mg Dy, 12 mg Hgj2 and 1 mg CsJ.
In der F i g. 2 ist die auf einen Lichtstrom von 1000 Im normierte spektrale Strahlungsflußverteilung der 3,5 kW-Lampe im Vergleich mit Tageslicht D 55 mit einer Farbtemperatur von 5500 K. wiedergegeben. Die Figur läßt erkennen, wie gut die Annäherung der spektralen Energieverteilung der erfindungsgemäßen Lampe an die Tageslichtkurve mit einer ähnlichsten Farbtemperatur von 5500 K ist.In FIG. 2 is based on a luminous flux of 1000 Im normalized spectral radiation flux distribution of the 3.5 kW lamp in comparison with daylight D 55 with a color temperature of 5500 K. The figure shows how well the approximation of the spectral energy distribution of the lamp according to the invention to the daylight curve with a most similar Color temperature of 5500 K.
Außer der Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Lampe aufgrund ihrer guten Farbwiedergabeeigenschaften für Farbfernseh-Life-Aufnahmen hoher Qualität sowie für Beleuchtung von Stadien und Messehallen ist die Lampe wegen ihrer tageslichtähnlichen Farbe auch überall dort geeignet, wo eine Zusatzbeleuchtung zum Tageslicht erforderlich ist.In addition to the usability of the lamp according to the invention due to its good color rendering properties for high quality color television live recordings and for lighting stadiums and exhibition halls Because of its daylight-like color, the lamp is also suitable wherever additional lighting is required is required for daylight.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (6)
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