DE2225308B2

DE2225308B2 - Hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2225308B2
Application number: DE722225308A
Authority: DE
Inventors: Antonie Peter Lambertus Van Eijl; Alexander Gray Jack; Harry Nienhuis
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-06-02
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2225308C3; IT959015B; FR2140199A1; ES403381A1; BE784248A; DE2225308A1; NL7107535A; AU461184B2; CH540566A; US3764843A; GB1347594A; AU4286372A; CA950958A; AT312097B; SE371041B; BR7203518D0; FR2140199B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung, in der die Entladung stattfindet und die Selen enthält.

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 Allzweckbeleuchtung, wofür eine befriedigende Farbwiedergabe erforderlich ist, weniger eignet.

Aus der DE-PS 6 76 72ß ist eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer Gasfüllung bekannt, die u. a. Selen enthalten kann.

Eine Molekülstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendende Hochdruckgasentladungslampe ist ferner aus der DE-GS 2Ö23 77Ö bekannt. Diese Lampe enthält Zinnchlorid und ferner Zinn, entweder als Metall oder aber als Zinnjodid. Es wurde festgestellt, daß Zinnchlorid im allgemeinen höhere Strahlungswirkungsgrade ergibt als Zinnbromid und Zinnjodid. Nachteilig bei dieser bekannten Lampe ist jedoch, daß cas aggressive Chlor zu einem chemischen Angriff auf die Elektroden führen kann.

Die Erfindung bezweckt, eine Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, die neue Molekülstrahler enthält, welche in einem großen Farbtemperaturbereich ausgezeichnete Färb Wiedergabeeigenschaften besitzen.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Füllung weiterhin zumindest 10~⁷ Grammatome Germanium pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes enthält, wubei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selenatomen und von Germaniumatomen zwischen 0,5 und 4 liegt.

Die erfindungsgemäße Lampe enthält Germaniumselenid, das als solches oder in Form der Einzelelemente in die Lampe eingegeben wird. Aus Untersuchungen, die ?.ur Erfindung geführt haben, geht hervor, daß Germaniumselenid ein wirksamer Molekülstrahler ist, dessen ausgesandte Strahlung eine kontinuierliche spektrale Verteilung mit einem zwischen 360 und 380 nm liegenden Maximum besitzt. Beträgt die Germaniummenge weniger als 10~⁷ Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes, so erreicht man einen unzureichenden Effekt und es werden für die Praxis zu niedrige Lichtausbeuten erhalten. Für praktische Anwendungen wählt man die Germaniummenge nicht größer als 10—♦ Grammatome pro cm³, weil mehr Germanium keine zusätzlichen Vorteile ergibt und im Betrieb der Lampe nur zu einer uiiverdampften 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 zwichen den Werten 0,5 und 4 gewählt werden, weil bei größeren Werten als 4 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 Entladungsgefäßes ablagern kann, was die Lichtausbeute der Lampe n?"hteilig 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 außerhalb bestimmter Zinnhalogenidkonzentrationen störende Instabilitäten der Entladung auf. In einer Lampe nach der Erfindung ist es möglich, einen Überschuß von Germaniumselenid zu verwenden, so daß der Dampfdruck des Germaniumselenids nur durch die Temperatur der kältesten Stelle in der Lampe begrenzt wird.

Eine nur Germaniumselenid enthaltende Lampe entsprechend der Erfindung kann vorteilhaft beispielsweise für photochemische Vorgänge 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.

Die 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 wesentliche 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

erfindungsgemäOen Lampe außer Germanium und Selen vorzugsweise Zinn und wenigstens ein Halogen zu, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen höchstens 4 beträgt, weil sonst zuviel freies Halogen in der Lampe zugegeben 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 Seien- und von Halogenatomen liegt zwischen 0,02 und 4. Bei Werten kleiner als 0,02 ist der Beitrag des Germaniumseienids zu der ausgesandten Strahlung zu gering, während bei größeren Warten als 4 die Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung für Allzweckbeleuchtung zu hoch ist. Mit Selen-Halogen-Verhältnissen im obengenannten Bereich kann man Lampen herstellen, deren Farbtemperatur im sehr weiten Bereich von etwa 4000 bis etwa 12 000 K. liegt.

Vorzugsweise wird die Füllung einer erfindungsgemäßen !,ampe ferner auf an sich bekannte Weise ein Zündgas und ein Puffergas beigegeben. Dar. Zündgas, das die Zündung der Lampe erleichtern soll, besteht meistens aus einem Edelgas oder einem Gemisch von Edelgasen mit einem beispielsweise zwischen 1,3 · 10² und 13 · 10⁴ Pa liegenden Druck (bei Zimmertemperatur). Das Puffergas dient dazu, den Gesamtdruck in der Entladungslampe und die Bogenspannung zu erhöhen, so daß eine größere Energiemenge in der Lampe dissipiert werden kann. Als Puffergas wird vorzugsweise Quecksilber in einer zwischen 2,5 ■ 10-⁶ und 2 · 10-⁴ Grammatome pro cm^J 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. Zinnjodid und Zinnbromid emittieren nämlich Molekülstrahlung, deren Beitrag im roten Teil des Spektrums größer 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 a^ressiv sind als Chlor, so daß der Elektrodenangriff auf ein Mindestmaß beschränkt bleibt.

Die besten Resultate werden mit erfindungsmäßen 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 0,8 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 Überschuß von freiem Halogen und freiem Selen vermieden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe beträgt die Germaniummenge zwischen 5 ■ 10"⁷und2 ■ 10"⁵Grammatome pro cm^J 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 Farbtemperaturwprten über 5000 K erzielt. Lampen mit einer derartig relativ hohen Farbtemperatur 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.
ι Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe;

Fig. 2 und 3 zeigen in graphischer Darstellung die spektrale Verteilung der ausgesandten Strahlung zweier erfindungsgemäßer Lampen.

i" In Fig.! bezeichnet die Bezugsziffer 1 das Quarzglasentladungsgefäß einer erfindungsgemäßen H&chdruckgasentladungslampe. An beiden Enden des Entladungsgefäßes 1 ist eine Quetschung 2 bzw. 3 gebildet, in die Stromzuführungselemente 4 und 5 eingeschmolzen

i") sind. Diese Stromzuführungselemente sind im Entladungsgefäß mit Wolframelektroden 6 und 7 verbunden, zwischen denen im Betrieb die Entladung auftritt. Das Entladungsgefäß 1 ist an einem Außcnkolben 8, beispielsweise aus Hartglas, angeordnet, der an einem

2Ii Ende eine Quetschung 9 aufweist, H-.-rch die hindurch Stromzufühningsdrähte 10 und 11 vaK'iumdicht geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte 10 und 11 sind mit den Stromzuführungselementen 4 und 5 verbunden und dienen zugleich als Stützpole für das Entladungsgefäß 1.

ι; Das Entladungsgefäß 1 hat einen Innendurchmesser von 15,5 min und einen Inhalt von 7,5 cm^J. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 41 mm. Die Lampe eignet sich für eine Leistung von 400 Watt.

Beispiel I

Das Entladungsgefäß einer Lampe nach F i g. 1 wird mit 25 mg Quecksilber, 5.0 mg Germaniumselenid (GeSe) und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr

J") gefüllt. Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe ausgesandten Strahlung ist in F i g. 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 Wellen-

■»<> längeintervall in beliebigen Einheiten aufgetragen. Die spektrale Verteilung dieser Lampe entsprechend der Erfindung, die außer Quecksilber und Argon nur Germanium und Selen enthält, besteht erwiesenermaßen aus einem Kontinuum, das sich über den gesamten

■r> 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 Quecksilberli-

>o nien und Germaniumlinien vorhanden.

Beispieleil, HI und IV

Dr<:i (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, 5,7 mg Quecksilberjodid (HgJ₂), 22 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr. Die Lampen

enthalten ferner Germaniumselenid (GeSe) in den

wi folgenden Mengen:

Lampe A:
Lampe B:
Lampe C:

1,0 mg 3,0 mg 5.0 mg.

Von diesen Lamp· η, die im Betrieb eine Leistungsaufnahme von 400 W haben, wurden die Farbtemperatur Tj und die Lichtausbeute Z-O gemessen. Die Messungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

tabelle

l .Hill pc

Verhältnis Sc/J //,in K

0.26
0.7S
1.30

10 250

l.Oinlm/W

44 40 32

Aus den Messungen geht hervor, daß mit zunehmen- ι» den Werten der Verhältnisse zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen (Se/|) höhere l'arbtemperaturen erzielt werden.

B e i s ρ i e I V

Das Entladungsgefäß einer Lampe nach I i g. I der Zeichnung wird mit 1.0 mg GeSc, 2,4 mg Zinn. 7.3 mg Qiiecksilberbromid (HgBr?). 21 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr verschen. Von dieser Lampe, deren Selen-Halogen-Verhältnis 0.16 beträgt, wurden bei einer Leistungsaufnahme von 400 W die folgenden Eigenschaften gemessen:

larbtemperaturBOIO K
Farbwiedergabeindex Ra = 96
Lichtausbeute 60 Im/W.

Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe alisgesandten Strahlung ist in einer graphischen Darstellung in F^: i g. 3 wiedergegeben. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe eignet sich besonders für Allzweckbcleuchtung in den I allen, in denen neben einer perfekten Farbwicclcrgabe eine hohe I arbtcmperatur erforderlich ist.

I lierzu 2 !!hm

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckgasentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung, in der die Entladung stattfindet und die Selen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung weiterhin wenigstens 10~⁷ Grammatome Germanium pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen 0,5 und 4 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 4 liegt

3. Hochd-uckgasentladungslampe nach Anspruch

1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ferner zwischen 2,5 · 10"⁶ und 2 · 10~⁴ Grammatome Quecksilber pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes als Puffergas enthält

4. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod und/oder Brom ist

5. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von ZinnatcTien zwischen 1,5 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischenwand 1,2 liegt.

6. HochdruckgasentladuTigslampe nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniummenge zwischen 5 · 10~⁷ und 2 · 10"⁵ Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes beträgt und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,05 und 2 liegt.