DE2736311A1

DE2736311A1 - Elektrische halogenmetall-entladungslampe

Info

Publication number: DE2736311A1
Application number: DE19772736311
Authority: DE
Inventors: Stephen Harold Howe; Robert Brian Page; Barry Preston
Original assignee: Thorn Electrical Industries Ltd
Current assignee: Thorn EMI Ltd
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1978-02-23
Also published as: NZ184863A; ZA775015B; GB1585861A; AU2803277A; CA1102390A; DE2736311C2; AU508897B2

Description

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THORiI ELECTRICAL IiIDUSTRIES LIMITED, London, England

Elektrische Halogenmetall-Entladungslampe

Die Erfindung befaßt sich mit elektrischen Halogenmetall-Entladungslampen, d.h. mit elektrischen Hochdruck-Entladungslampen, die Lampenfüllungen aus Quecksilber und Halogenmetallen haben.

Halogenmetall-Lampen sind allgemein bekannt. Sie haben während ihrer Lebensdauer eine Effizienz von etwa 65 lm/W und einen allgemeinen Farbwiedergabe-Index nach CIE von etwa 72. Obwohl die Qualität des erzeugten Lichtes für viele Anwendungen genügend ist, kann eine übliche Halogenmetall-Lampe für gewisse Anwendungen ungenügend sein, da es einer solchen Lampe im Vergleich zu anderen künstlichen Lichtquellen an roter bis tiefroter Strahlung mangelt. Die ausreichende Wiedergabe der Farben von Textilien und von frischen rötlichen Lebensmitteln, insbesondere Fleisch, verlangt einen höheren Anteil an Rotstrahlung als ihn eine übliche Natriumjodid-Scandiumjodid-Cäsiumjodid· Thoriumjodid-Lampe liefern kann, selbst wenn die Lampe mit dem effizientesten rotemittierenden bekannten Leuchtstoff ausgerüstet ist.

Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß die Zugabe von Lithiumiodid zur Füllung einer Halogenmetall-Lampe des Natrium-Scandium-Thoriumjodid-Systems, gegebenenfalls noch mit Cäsiumjodid, eine Zunahme des Anteils der Rotstrahlung bewirkt, ohne daß die Effizienz der Lampe nachteilig beeinträchtigt wird. Dieses Ergebnis ist deswegen überraschend,

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da Lithiumiodid korrodierend ist und bekanntlich die Wandung von Entladungsgefäßen angreift, wenn es beispielsweise in Natrium-Indium-Thalliumjodid-Lampen nach der GB-PS 1 125 063 oder in Hochdrucklampen mit einer Füllung aus Quecksilber allein ohne ein Halogenmetall nach der GB-PS 1 400 976 verwendet wird.

Aufgrund von umfangreichen Experimenten hat es sich gezeigt, daß Lithiumiodid mit einem Anteil zwischen 10 und 50 Mol% aller Jodide vorhanden sein soll, die zur Hauptlichtemission beitragen, um die gewünschte Farbausgewogenheit zu erzielen, die für viele kritische Anwendungen akzeptabel istο Um allerdings mit der gewünschten Farbausgewogenheit die günstigste Leuchtdichteeffizienz zu erreichen (beispielsweise 15000 Im von einer 250-W-Lampe während ihrer Lebensdauer), soll der LithiumJodidgehalt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 bis 30 Mol% aller Jodide liegen, die die hauptlichtemittierenden Stoffe bilden, bei denen es sich im vorliegenden Fall um Lithium, Natrium und Scandium handelt.

Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit einer Halogenmetall-Hochdrucklampe von 250 W erzielt, bei der die hauptlichtemittierenden Komponenten innerhalb der unten dargestellten Bereiche lagen. Es sei bemerkt, daß es nicht notwendig ist, alle Komponenten als Verbindungen selbst hinzuzufügenο

	LiI	NaI	ScI, !
Mol#	10-50	81-43	9-7

Wenn diese Anteile als Prozentanteile der Gesamtmetalle (ausschließlich von Quecksilber) ausgedrückt werden, die in die Lampenfüllung gegeben werden, und zwar

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berechnet als Jodide, sind die Werte etwas anders, nämlich 10 bis 3056 UI, 76 bis 60# NaI und 7,4 bis 7,756 ScI₃.

Cäsiumjodid ist eine Optionskomponente, die zur Erweiterung des Spektrums hinzugefügt werden kann. Thorium wird in erster Linie verwendet, um die Elektronenemission anzuregen, und wird im allgemeinen als Metall an den Elektroden verwendet. Die Funktion des Quecksilbers besteht darin, den erforderlichen Betriebsdruck und die elektrischen Eigenschaften bereitzustellen.

Bei den erwähnten Experimenten betrug der Queck-

-3 silbergehalt der Lampe 27,7/umol · cm , der Thoriumgehalt

0,3/umol · cm~^ und der Cäsiumjodidgehalt 0,77/umol · cm . Diese Komponenten können allerdings in an sich bekannter Weise verändert werden, um die gewünschten Betriebseigenschaften zu erzielen.

Weitere Verbesserungen der Farbwiedergabe der Lampe kann man durch die Verwendung von Gemischen aus rot emittierenden und blauemittierenden Leuchtstoffen auf der Innenseite des äußeren Lampenkolbens in an sich bekannter Weise erreichen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm mit dem Farbwiedergabe-Index R_A und der Effizienz (lm/W) bei 100 h in Abhängigkeit vom Lithiumgehalt bei einer Na-Sc-Cs-Jodid-Lampe und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Lampe.

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In der folgenden Tabelle I findet man eine Übersicht über die mittleren fotometrischen und kolorimetrischen Daten von Lampen, die für die Experimente herangezogen wurden, und zwar nach einer Lebensdauer von 100 h. Die Änderung der Leuchtdichteeffizienz und des allgemeinen Farbwiedergabe-Indexes R. in Abhängigkeit von der Lithiumjodidkonzentration ist in der Fig. 1 durch Linien dargestellt, die durch Streupunkte gelegt sind. Diejenigen Lampen, die Lithiumiodid in dem bevorzugten Bereich von 10 bis 30 Mol% (zwischen den senkrechten Geraden L₁ und L₂ in der Fig. 1) enthalten, haben am meisten verbesserte Farbwiedergabeeigenschaften, und zwar sowohl nach CIE als auch nach Feststellungen durch das Auge. Die Leuchtdichteeffizienz ist lediglich um etwa 5 bis geringer als bei nicht modifizierten Lampen.

Tabelle I

Zusammenfassung fotometrischer und kolorimetrischer Daten

Hol % LiI	Farbwiedergabe- indices nach CIE	Speziell *8	8 Bänder #-Leucht- dichte (660-760 nm)	⁺ 6 Bänder #-Leucht- dichte (620-760 nm)	lm/W (100 h)
0 10,2 15,2 20,1 29,9 48,8	Allgemein ^RA	37 45 49 49 57 63	0,25 0,47 0,53 0,54 0,62 ■ 0,68	5,63 5,8 6,0 6,0 6,1 5,7	76 74 73 72 70 66
74 75 77 76 82 84

* 8-Band-System nach CIE (1948) + 6-Band-System nach Crawford

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Ein Beispiel für die bei den Experimenten benutzte Lanpenkonstruktion ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Lampe 10 hat eine Ausgangsleistung von etwa 250 W und enthält ein Entladungsgefäß 11 aus Quarzglas mit Quetschfüßen 12 und 13. In die zu beiden Seiten des Entladungsgefäßes 11 vorgesehenen Quetschfüße 12 und 13 sind Stromzuleitungen 14 und 15 dicht eingeschmolzen. Die Stromleitungen 14 und 15 sind innerhalb des Entladungsgefäßes 11 mit Wolframelektroden 16 und 17 verbunden, zwischen denen die Entladung stattfindet. Das Entladungsgefäß 11 befindet sich innerhalb einer Hülle oder Kolbens 18, der mit einem inerten Gas gefüllt ist. Der Kolben 18 besteht aus einem Hartglas und weist an seinem einen Ende einen Quetschfuß 19 auf, durch den in hermetisch abgedichteter Weise Stromzuführungsdrähte 20 und 21 geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte 20 und 21 sind mit den Stromzuleitungen 14 und 15 verbunden. Das Entladungsgefäß 11 hat einen Innendurchmesser von 14 mm und eine Bogenlänge von 23 mm. Das Entladungsgefäß enthält eine inerte Gasfüllung, und zwar Quecksilber und Thorium zusammen mit Natrium-, Scandium- sowie ggf. Cäsiumjodid als auch Lithiumiodid entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre.

Bezüglich der Fertigstellung und Betriebsleistung werden zwei besondere Beispiele von Lampen der in der Fig. 2 dargestellten Art erläutert.

Beispiel 1

Das Entladungsgefäß 11 einer an Hand der Fig. 2 dargestellten Lampe ist gefüllt mit:

Hg	22	mg
NaI	7	mg
LiI	3	mg
Sc	0,5	mg
HgI₂	4	mg
Th	0,4	mg

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Ferner enthält die Lampe Argon bis zu einem Druck von 60 Torr. Es wurde ein Leuchtstoff aus einem Gemisch mit 0,7 g europiumaktivierten Yttriumvanadat (rotemittierend) und 0,9 g Strontiumchlorapatit (blauemittierend) benutzt.

Eine Lichtleistung von 68 Im/W und eine Farbtemperatur T von 4500 ⁰K wurden für die emittierte Strahlung dieser Lampe gemessen. Der allgemeine Farbwiedergabe-Index nach CIE (Verfahren von 1974) ergab sich zu

R. - 81.

Die prozentualen 8-Band-Leuchtdichtedaten nach CIE (1948) betrugen:

Band-Nr.	1	2	3	4 j 5	6	7	8
?6-Leucht- dichte	0,01	0,12	0,50	9,28\| 36,40 i	44,29	8,64	0,71

Beispiel 2

Das Entladungsgefäß 11 einer in der Fig. 2 dargestellten Lampe wurde gefüllt mit:

Hg 23 mg

NaI 9 mg

LiI 1 mg

Sc 0,5 mg

HgI₂ 4 mg

Th 0,4 mg

CsI 1 mg

Darüberhinaus wurde Argon zugegeben, und zwar bis zu einem Druck von 60 Torr. Ein Leuchtstoff aus einem Gemisch von 0,6 g europiumaktivierten Yttriumvanadat und 0,3 g Strontiumcalciummagnesiumphosphat (SCMP) wurde verwendet.

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Eine Lichtleistung von 74 lm/W und eine Farbtemperatur T von 3900 ⁰K wurden gemessen. Für diese Lampe ergab sich

R_A = 75.

Die prozentualen 8-Band-Leuchtdichtedaten betrugen:

Band-Nr.	1	2	3	4	VJl	6	7	8
%-Leucht dichte	0,02	0,20	0,20	7,51	34,83	47,12	9,65	0,47

Zum Vergleich dazu hatte eine typische Na-Sc-Cs-Halogenmetall-Lampe ohne Lithiumzusatz nach einer Lebensdauer von 100 h und mit einem Gemisch von 0,6 g europiumaktivierten Yttriumvanadat und 0,3 g SCMP als Leuchtstoff eine Lichtleistung von 76 lm/W und eine Farbtemperatur von 3900 ⁰K sowie ein R_A von 75.

Die prozentualen 8-Band-Leuchtdichtedaten dieser typischen Lampe betrugen:

Band-Nr.	1	2	3	4	5	6	7	8
%-Leucht- dichte	0,02	0,19	0,26	7,59	34,48	48,5	8,69	0,25

Füllungen anderer Lampen gemäß der Erfindung kann man zum Erzielen gewünschter Eigenschaften leicht zusammenstellen. Wie es aus den in der Fig. 1 dargestellten Beziehungen hervorgeht, kann man den Lithiumjodidgehalt auswählen, um eine geünschte Ausgewogenheit zwischen den Farbwiedergabeeigenschaften und der Leuchtdichteeffizienz zu erhalten. Eine Modifikation des R.-Wertes ist durch Änderung des Leuchtstoffes nach einer an sich bekannten Technik möglich.

Li /Gu

Claims

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pw. WaHgang Beictiel

6 FiankiuilaMl

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Thorn Electrical Industries Limited 8860 London, England

Patentansprüche

Λ.) Elektrische Halogenmetall-Entladungslampe mit Natrium- und Scandiumjodid sowie gegebenenfalls Cäsiumjodid in der

dadurch gekennzeichnet, daB die Füllung noch Lithiumiodid enthält, und zwar mit einem Anteil von 10 bis 50% des Gesamtgewichts an Lithium-, Natrium- und Scandiumjodid.

2· Lampe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Lithium-, Natrium- und Scandiumjodid in den folgenden Gewichtsanteilen vorhanden sind: 10 bis 50% LiI, 81 bis 43% NaI und 9 bis 7% ScI₃.

3· Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lithiumgehalt 10 bis 30% des Gesamtgewichts von

Lithium-, Natrium- und Scandiumjodid ausmacht.

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