DE2225308A1 - Hochdruckgasentladungslampe - Google Patents

Description

PHN.5637.

BOSS/EVH,

lrrg. HORST AUER

PafenfqnwcJt

N-KPHiLlVS¹GLOEiLAMPENFABaIEKEII
Akte; PHN- 5637

vom· 24. Mai 1972

Hochdruckgasentladungslampe <

ι Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe

mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäss, in dessen Gasfüllung die Entladung stattfindet.

Eine bereits seit langer Zeit bekannte und im grossen Umfang angewendete Lampe dieser Art ist die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe. Nachteilig bei dieser Lampe ist, dass sie weniger gute Farbwiedergabeeigenschaften aufweist und sich deshalb zur Allzvicckbeleuchtung, wofür eine befriedigend« Farbwiedergabe erforderlich 1st, weniger «ignet.

Der Zusatz von Metallhalogeniden, insbesondere Metalljodiden, zur Füllung von Hochdruckgasentladungslampen, insbesondere Hochdruckquecksilberda,mpfentladungslampen, ergibt In vielen FEllen eine beträchtliche Verbesserung der Färb« wiedergabe und auch d«s Strahlungewirkungsgrads der Lampe

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FIBf. 5637»

(siehe U.S.Patentschrift 3.234.421). Die genannte Patentschrift beschreibt beispielsweise eine Lampe, die ausser einem Edelgas und Quecksilber die Jodide von Natrium, Thallium,, und Indium enthält. Diese Metalle senden im Betrieb der Lampe ihre charakteristische Strahlung aus, wobei das Quecfcsilberapektrum unterdrückt wird, so dass eina Lampe mit einer viel besseren Farbwiedergabe, als bei den nur Quecksilber enthaltenden Lampen entsteht. Das Spektrum der ausgesandten Strahlung dieser jodidhaltigen Lampen ist jedoch hauptsächlich aus Spektrallinien aufgebaut, und es weicht daher von dent kontinuierlichen Spektrum eines schwarzen Strahlers oder von natürlichem Tageslicht beträchtlich ab. Wenn an die Parbwiedergäbe jedoch sehr hohe Anforderungen gestellt werden, ist ein kontinuierliches Spektrum der von. der Lampe ausgt»· sandten Strahlung notwendig»

Aus der niederländischen Patentanmeldung 6610396 ist eine Hochdruckgasentladungslampe bekannt, die Zinnbroraid und/oder Zinnjodid enthält. Diesa Lampe emittiert die von Zinnhalogenidmolekülen herrührende Strahlung. Dies· Molekülstrahlung besitzt eine kontinuierlich· spektrale Vert»ilutt*g einer derartigen Form, das» eine ausgeaoiehnete Farbwiedergabe erzielt werden kann» Ein. Nackt·11 der* bekannten Lampen, die meistens sowohl Zinnbromid als auch Zinnjodid enthalten., ist der, dass mit diesen Lampe» nur solche Farbtemperaturen der ausgeeandten Strahlung erreicht werden könne», «lie 1ä einem verhältniamäeeig begrenzten Gebiet liegen, nämlich zwischen etwa 4000 und 6000 K.

Sin« Molekülstrahlung eilt einom kontinuierlichen

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HK.. '37.

Spektrum aussendende Hochdruckgasentladüngslampe 1st ferner aus der deutschen Patentanmeldung 2.023*770 bekannt. Diese Lampe enthält Zinnchlorid und ferner Zinn, entweder als Metall oder aber als Zinnjodid. Es wird festgestellt, dass die Anwendung von Zinnchlorid im allgemeinen höhere Strahlungswirkungsgrade ergibt als die Anwendung von Zinnbromid und Zinnjodid. Nachteilig bei dieser bekannten Lampe ist jedoch, •dass die Anwesenheit des agressiven Chlors zu einem bedenklichen chemischen Angriff auf die Elektroden führen kann.

Die Erfindung bezweckt, eine HochdruckgasentladTingslampe zu schaffen, die neue Molekül st rahler enthält. Ferner soll die erfindungsgemässe Lampe die obenerwähnten Nachteile der bekannten Lampe nicht oder tvjlt in geringem Masse aufweisen, und sie soll in einem grossen Farbtemperaturbereich ausgezeichnete Farbwiedergabeeigenschaften besitzen.

Eine erfindungsgemässe Hochdruckgasentladungslampe besitzt ein lichtdurchlässiges Entladungsgefäss mit einer Gasfüllung, in der .die Entladung stattfindet, und sie ist

-7 dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zumindest 10 ' Gramm-

atome Germanium pro cm Inhalt des Entladungsgefässes und

Selen enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selenatomen und von Germaniumatomen zwischen 0,5 void h liegt. Eine erfindungsgemässe Lampe enthält Germaniumselenid, das als solches oder in Form der Einzelelemente in die Lampe eingegeben wird. Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben erwiesen, dass Germaniumselenid ein wirksamer Molekülstrahler ist, dessen ausgesandte Strahlung eine kontinuierliche spektrale Verteilung mit einem zwischen 360 und 380nm

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liegenden Maximum besitzt. Die Germaniummenge in einer

-7 erfindungsgemässen Lampe soll wenigstens 10 Grammatome

pro cm Inhalt des Entladungsgefässes betragen. Wird nämlich weniger als diese Menge· angewendet, so erreicht man einen unzureichenden Effekt des Zusatzes des Germaniurasel«nids, und es werden für die Praxis zu niedrige Lichtausbeuten.

erhalten. Für praktische Anwendungen wählt man die Germanium-

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menge nicht grosser als 10 Grammatome pro cm , weil mehr Germanium keine zusätzlichen Vorteile ergibt und im Betrieb der Lampe nur zu einer unverdampften Germanium- und/oder Germaniumselenidmenge führt. Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen kann vom stöchiometrischen Wert 1 abweichen, der für die Verbindung GeSe gilt. Dieses Verhältnis muss jedoch zwischen den Werten 0,5 und h gewählt werden, weil bei grösseren Werten als h eine zu grosse Menge freien Selens in der Lampe zugegen ist, was zur Erzeugung einer für viele Anwendungen unerwünschten Ultraviolettstrahlung führen kann, und weil sich bei kleineren Werten als 0,5 freies Germanium an der Wand des Entladungsgefäs3es ablagern kann, was die Lichtausbeute der Lampe nachteilig beeinflussen kann.

Ein besonderer Vorteil einer erfindungsgemässen Lampe ist der, dass die Entladung auch bei hohen Werten der Konzentration des im Betrieb der Lampe in Dampfform vorhandenen Germaniumselenids stabil ist. In den bekannten Zinnhalogenid enthaltenden Lampen treten ausser bestimmten Zinnhalogenidkonzentrationen störende Instabilitäten der Entladung auf. In einer Lampe entsprechend der Erfindung· ist es möglich, einen Ueberschuss von Germaniumselenid zu verwenden,

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so dass der Dampfdruck des Germaniumselenids nur durch die Temperatur der kältesten Stelle in der Lampe begrenzt wird.

Eine nur Germaniums elenid enthaltende Lampe entsprechend der Erfindung kann vorteilhaft für besondere Zwecke, beispielsweise bei photochemischen Vorgängen, verwendet werden. Für Allzweckbeleuchtung eignet sich diese Lampe jedoch weniger, weil die ausgesandte Strahlung zu blau ist und eine sehr hohe Farbtemperatur (> 12.000 K) besitzt.

Eie Farbtemperatur einer erfindungsgemässen Lampe kann jedoch Werte annehmen, die für Allzweckbeleuchtung besonders erwünscht sind, wenn der Füllung der Lampe ausser Germanium und Selen auch andere Strahler beigegeben werden, die eine wichtige Emission im roten Teil des sichtbaren Spektrums aufweisen. Dabei kann mit einer derartigen Lampe eine ausgezeichnete Farbwiedergabe erzielt werden.

Zu diesem Zweck setzt man der Füllung einer, erfindungs- geraässen Lampe ausser Germanium und Selen vorzugsweise Zinn und ein oder mehrere der Halogens zu. Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen darf dabei nicht mehr als h betragen, weil sonst zuviel freies Halogen in der Lampe zugegen ist, was zu Instabilitäten der Entladung führt. In der Praxis wählt man dieses Verhältnis nicht kleiner als 0,5» weil unterhalb dieses Werts eine zu grosse Menge freien Zinns vorhanden ist, das nicht zur Lichtemission beiträgt. Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen wird zwischen 0,02 und h gewählt. Bei tferten dieses Verhältnisses, die kleiner als 0,02 sind_r ist der Beitrag des Germaniumselenids zu der ausgesaugten Strahlung

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zu gering, während bei grösseren Werten als h die Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung für Allzweckbeleuchtung zu hoch ist. Mit Selen-Halogen-Verhältnissen im obengenannten Bereich kann man Lampen herstellen_f deren Färbtemperatür im sehr weiten Bereich von etwa JfOOO bis etwa 12000 K liegt.

Vorzugsweise wird der Füllung einer erfindungsgemässen Lampe ferner auf ar sich bekannte Weise ein Startgas und ein Puffergas beigegeben. Das Startgas, das die Zündung der Lampe erleichtern soll, besteht meistens aus einem Edelgas oder einem Gemisch von Edelgasen mit einem beispielsweise zwischen 1 und 100 Torr liegenden Druck, (bei Zimmertemperatur). Das Puffergas dient dazu, den Gesamtdruck in der Entladungslampe urd die Bogenspaniiung zu erhöhen, so dass eine grössere Energiemenge in der Lampe dissipiert werden kann. Als Puffergas wird vorzugsweise Quecksilber in einer zwischen 2,5·10"*

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und 2,10 Grammatome pro cm Inhalt des Entladungsgefässes liegenden Menge angewendet.

Es werden Lampen entsprechend der Erfindung bevorzugt, die ausser Germanium und Selen auch Zinn und ein Halogen enthalten und bei denen das Halogen Jod und/oder Brom ist_c Zinnjodid und Zinnbromid emittieren nämlich Molekülstrahlung, deren Beitrag im roten Teil des Spektrums grosser ist als der von Zinnchlorid, so dass bei der Anwendung von Zinnjodid und/oder Zinnbromid für Allzweckbeleuchtung die beste Ergänzung des Germaniumselenid-Spektrums erhalten wird. Ferner haben Jod und Brom den Vorteil, dass sie weniger agressiv sind als Chlor, so dass der Elektrodenangriff und dergleichen auf ein Mindestmass beschrankt bleibt,

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Die besten Resultate werden mit erfindungsgeraässen Lampen erzielt, bei denen das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen zwischen 1,5 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen o,8 und 1,2 liegt. Hierbei wird nämlich die Bildung von freiem Zinn und freiem Germanium, das sich auf der Lampenwand und auf den Elektroden ablagert, auf ein Mindestmass beschränkt, und es wird auch ein zu grosser Ueberschuss von freiem Halogen und freiem Selen vermieden..

In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform

einer eifindungsgemässen Lampe beträgt die Germaniummengo

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zwischen 5*10 und 2,10 Grammatome pro cm Inhalt des Entladungsgefässes und liegt das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,05 und 2, Mit diesen Lampen wird nämlich eine ausgezeichnete Farbwiedergabe bei den für praktische Zwecke sehr erwünschten Färb·· temperaturwerten über 5000 K erzielt, Lampen mit einer derartig relativ hohen Färbtemperatur können vorteilhaft bei der Szenenbeleuchtung für Farbfernsehaufnahmen verwendet werden, insbesondere in den Fällen, in denen die Lampen gemeinsam mit Tageslicht benutzt werden.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig, 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Lampe,

Die Fig. 2 und·3 zeigen in.graphischer Darstellung die spektrale Verteilung der ausgesandten Strahlung zweier erfindungsgem'isser Lampen,

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In Fig·. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 das Quarzglasentladungsgefäss einer erfindungsgeraässen Hochdruckgasentladungslampe, An beiden Enden des Entladungsgefässes 1 ist eine Quetschung 2 bzw, 3 gebildet, in die Stromzuftthrungselemente k und 5 eingeschmolzen sind. Diese Stromzuführungselentente sind im Entladungsgefäss mit Wolframelektroden 6 und verbunden, zwischen denen im Betrieb die Entladung auftritt. Das Entladungsgefäss 1 ist in einem Aussenkolben 8, beispielsweise aus Hartglas, angeordnet, der an einem Ende eine Quetschung 9 aufweist, durch die hindurch Stromzuführungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte 10 und 11 sind mit den Stromzuführungselementen h und verbunden und dienen zugleich als Stützpole für das Entladungsgefäss 1. Dar Entladungsgefäss 1 hat einen Innendurchmesser

3 von 15 t 5 ^{mm unc}* einen Inhalt von 7»5 cm . Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt kl mm. Die Lampe eignet sich für eine Leistung von 400 Watt.
Beispiel I

Das Entladungsgefäss einer Lampe nach Fig. 1 wird mit 25 mg Quecksilber, 5*0 mg Germaniumselenid (GeSe) und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr gefüllt. Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe ausgesandten Strahlung ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur ist auf der Abszisse die Wellenlänge Λ in nm aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist die Energie E der ausgesandten Strahlung pro konstantem Wellenlängeintervall in beliebigen Einheiten aufgetragen* Die spektrale Verteilung cJiesar Lampe entsprechend der Erfindung, die ausser Quecksilber und Argon nur Germanium und

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Selen enthält, besteht erwiesenermassen aus einem Kontinuum, dass sich über den gesamten sichtbaren Teil des Spektrums bis zum Ultravioletteil des Spektrums erstreckt, wobei bei etwa 360-380 nm ein Maximum liegt. Abgesehen von diesem von den Germaniumselenid-Molekülen herrührenden Kontinuum sind in der spektralen Verteilung auch Qüecksilberlinien und Germaniumlinien vorhanden, .
Beispiele II, III und IV. '

Drei (mit den Buchstaben A, B bzw. C bezeichnete) Lampen mit .einer in Fig. 1 dargestellten Konstruktion werden mit der folgenden Füllung versehen! 1,5 mg Zinn, 5t7 mg Quecksilberjodid (HgJ₂), 22 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr. Die Lampen enthalten ferner Germaniumselenid (GeSe) in den folgenden Mengen: Lampe A : 1,0 mg
Lampe B ι 3,0 mg
Lampe C t 5»0 rag.

Von diesen Lampen, die im Betrieb eine Leistungsaufnahme von JtOO ¥ haben, wurden die Färbtemperatur T, und die Lichtausbeuto LO gemessen. Die Messungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

TABELLE · '

Lampe	Verhältnis Se/J	Tk in K	LO in Im/W
A B C	0,26 0,78 1,30	6830 10250 >1I000	ko 32

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Aus den Messungen geht hervor, dass mit zunehmenden Werten der Verhältnisse zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen (Se/j) höhere Farbtemperaturen erzielt werden»
Beispiel V

Das Entladungsgefass einer Lampe nach Fig. 1 der Zeichming \*ird mit 1,0 mg GeSe, 2,k mg Zinn, 7»3 ^mS Quecksilberbromid (PIgBr₂), 21 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr versehen. Von dieser Lampe, deren Selen-Halogen-Verhältnis 0,16 beträgt, wurden bei einer Leistungsaufnahme von 400 W die folgenden Eigenschaften gemessen:

Farbtemperatur -8010 K
Farbwiedergabeindex Ra = 96
Lichtausbeute 60 lm/W.

Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe ausgesandten Strahlung ist in einer graphischen Darstellung in Fig. 3 wiedergegeben. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemässen Lampe eignet sich besonders für Allzweckbeleuchtung in den Fällen, in denen neben einer perfekten. Farbwiedergabe' eine hohe Farbtemperatur erforderlich ist.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

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   1.J Hochdruckgasentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäss mit einer Gasfüllung, in der die Entladung stattfindet, dadurch gekennzeichnet _h dass die Füllung

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   wenigstens 10 Grammatome Germanium pro cm Inhalt des Entladungsgefässes und Selen enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniuniatomen ■zwischen 0,5 und k liegt,

   2. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung ferner Zinn und wenigstens ein Halogen enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen höchstens 4 beträgt und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,02 und h liegt.

   3. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung ein Startgas und ' ferner zwischen 2,5·10~ und 2.10*~ Grammatome Quecksilber

   pro cm Inhalt des Entladungsgefässes als Puffergas enthält.

   h, Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Halogen Jod und/oder Brom ist, 5· ■ Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 2, 3 oder h_f dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen zwischen 1,5 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen 0,8 und 1,2 liegt. 6. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 2, 3, h oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Germaniummenge zwischen

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   5.10 und 2.10 Grammatome pro cm Inhalt des Entladungsgefässes beträgt und dass das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,05 und 2 liegt,

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