DE2953446T1

DE2953446T1 - Metal-vapor discharge lamp

Info

Publication number: DE2953446T1
Application number: DE792953446T
Authority: DE
Inventors: S Orikasa; K Murakami; I Shoda; H Ito; H Kodama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1981-01-08
Also published as: GB2050691B; NL7920189A; NL184713B; GB2050691A; WO1980001436A1; DE2953446C2; NL184713C; US4439711A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Metalldampfentladungslampe mit ausgezeichneter Farbwiedergabeeigenschaft.

Zur Zeit haben Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen (Quecksilberdampf-Hochdrucklampen) einen hohen Gebrauchswert als äußerst verläßliche Lichtquellen mit großer Effizienz und langer Lebensdauer. Die Farbwiedergabeeigenschaft der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe ist jedoch schlecht. So Wird für den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra eir© so geringe Zahl wie ungefähr 23 erhalten (Fig. 1 zeigt die spektrale Verteilung dieser Quecksilberdampf-Hochdrucklampe) . Ihr Einsatz ist daher allein auf Außenbeleuchtungen und ähnliche Zwecke beschränkt. Um unter Aufrechterhaltung ihrer hohen Effizienz und langen Lebensdauer die Farbwiedergabeeigenschaft zu verbessern, ist die sog. Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe eingeführt und praktisch verwendet worden. Bei

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diesem Lampentyp ist die Innenseite des äußeren Lampenkolbens mit einer Schicht eines Rot emittierenden Phosphors beschichtet, der z.B. Yttriumvanadat umfaßt, das mit Europium aktiviert wird. Die Farbwiedergabeeigenschaft dieser Lampe wurde allmählich verbessert, und zwar durch Verbesserung des Phosphors und damit zusammenhängender, verwendeter Technologie. Durch alleinige Verbesserung des Phosphors wurde jedoch nur eineimmer noch schlechte Färb wiedergabezahl von etwa 53

erreicht. (Fig. 2 zeigt die allgemeine spektrale Verteilung dieses Typs von Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe)

Es ist in der Vergangenheit ein weiterer Versuch gemacht worden, um neben den oben erwähnten Bemühungen auf dem Wege des Phosphors die Farbwiedergabeeigenschaft von Quecksilberdampf-Hpchdrucklampen zu verbessern. Der Versuch bestand darin, daß in das Lichtbogenrohr der Lampe einige zusätzliche Metalle neben Quecksilber eingeschlossen wurden, z.B. Cadmium und Zink. Durch Addition der bei der Entladung derartiger Metalldämpfe resultierenden Emissionsspektren mit dem der Quecksilberdampfentladung sollte die Farbwiedergabeeigenschaft der Lampe verbessert werden. Wie in dem von Elenbaas herausgegebenen Buch (W.Elenbaas, Herausgeber, "High Pressure Mercury Vapor Lamps and Their Applications", 1965, Seite 294) diskutiert wird, wird jedoch allgemein angenommen, daß das dabei auftretende Problem darin besteht, daß zur Erzeugung eines befriedigenden Emissionsspektrums durch Dampfentladung von Cadmium und Zink das Dampfdruckniveau derartiger Metalle erhöht werden muß. Das kann nur dadurch erreicht werden, daß man die angestrebte Temperatur der Wand des Lichtbogenrohrs wesentlich erhöht und die Wand des Lichtbogenrohrs stärker als zuvor belastet. Da das Lichtbogenrohr aus Siliciumdioxid besteht, wird es bei der hohen Tempera-

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tür einem erodierenden Angriff durch den Cadmium- oder Zinkdampf ausgesetzt, bis das Rohr bricht oder in anderer Weise geschädigt wird. Dadurch wird die Lebensdauer der Entladungslampe drastisch verkürzt. Im Hinblick auf diese Tatsachen haben die Erfinder, deren besondere Aufmerksamkeit allein auf die Farbwiedergabeeigenschaften gerichtet war, dem Lichtbogenrohr Cadmium oder Zink zugesetzt, um versuchsweise eine Hochdruckdampfentladungrlampe herzustel len. Diese zeigte jedoch mit einer Farbwieder gabezahl von ungefähr 60 keine befriedigende Farbwiedergabeeigenschaft. (Fig. 3 zeigt die spektrale Verteilung der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, bei der Cadmium eingeschlossen ist.) Darüberhinaus brach das Lichtbogenrohr etwa 1000 Stunden nach Zündung zusammen, und zwar aufgrund der Wandbelastung ihres Lichtbogenrohrs, die auf ein Niveau von mehr als 50% über das der herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdrucklampe anstieg.

Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Farbwiedergabe eigenschaft ist die Verwendung der sog. Metallhalogenidentladungslampe, in deren Lichtbogenrohr die Halogenide verschiedener Metalle zusätzlich eingeschlossen sind, um auf diese Weise einen hohen Dampfdruck zu erreichen, ohne die Wandtemperatur des Lichtbogenrohrs wesentlich zu erhöhen. Während durch diese Metallhalogenidlampe eine gute Farbwiedergabe gewährleistet ist, liegt ihre Schwäche darin, daß sie nicht mittels für Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gebräuchlicher Vorschaltgeräte gezündet werden kann, da ihr Zündspannungsniveau höher ist als das herkömmlicher Quecksilberlampen. Das beruht darauf, daß keine Erdalkalimetalloxid-Elektrode eingesetzt werden kann, deren Merkmal eine gute Elektronenemission . ist, und daß unreine Gase während der Arbeitsgänge des Einschließens eines Halogenide in das Rohr leicht in das Lichtbogenrohr gelangen können. Als Folge davon erfordern die Metallhalo-

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genidlampen für ihre Zündung ein speziell ausgebildetes Vorschaltgerät, das groß, schwer und teuer ist - Nachteile, die ihre weite Verbreitung behindern.

Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metalldampfentladungslampe mit verbesserter Farbwiedergabeeigenschaft zu schaffen, die mittels eines Vorschaltgeräts für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden kann. Das soll erreicht werden durch Verwendung einer Leuchtstoffschicht, die der Innenwand des äußeren Lampenkolbens appliziert ist und die immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore enthält, deren Einiss ions-Peak in einem Wellenlängenbereich zwischen 610 und 630 nm auftritt. Die erfindungsgemäße Aufgabe soll weiterhin dadurch gelöst werden, daß in einem Lichtbogenrohr Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber eingeschlossen sind, so daß auf diese Weise ein von den Metalldampfentladungen des eingeschlossenen Zinks oder Cadmiums oder von beiden resultierendes Lichtemissionsspektrum einerseits und die Lumineszenz des Phosphors andererseits zur Erzeugung von sich vervielfältigenden Effekten zusammenwirken.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Metalldampfentladungslampe mit verbesserter Farbwiedergabeeigenschaft zu schaffen, ohne im wesentlichen die Charakteristik der Lampe einschließlich einer Beschleunigung des Lichtbogenrohr-Schwärzens nachteilig zu beeinflussen. Die Lampe soll durch ein"Vorschaltgerät für die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden können. Diese Aufgabe soll durch Verwendung einer Leuchtstoffschicht gelöst werden, die der Innenwand des äußeren Lampenkolbens appliziert ist und immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich zwischen 610 und 63O nm liegt,

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und soll weiter dadurch erreicht werden, daß ein Lichtbogenrohr entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber einschließt, wobei der Anteil des gesamten eingeschlossenen Gehalts an entweder Zink oder Cadmium oder an beiden Metallen, bezogen auf die Gesamtmenge aus diesem Gehalt und dem eingeschlossenen Quecksilbergehalt, zwischen 0,1 und 50 Gew.% ausmacht, so daß einerseits ein Lichtemissionsspektrum, das durch die Metalldampfentladung des eingeschlossenen Zinks oder Cadmiums oder beider Metalle und andererseits die Lumineszenz des Phosphors zur Erzeugung von sich vervielfältigenden Effekten zusammenwirken. .

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Metalldampfentladungslampe zu schaffen, die den Ausfall während ihrer Lebensdauer minimalisieren kann,welcher durch einen Abfall der Aufrechterhaltungsrate des Lichtstroms oder durch ein zerbrochenes Lichtbogenrohr oder durch andere ähnliche Gründe verursacht wird, indem man ein Halogenid in einer Menge von 0,7 x 10 g-Atom oder weniger/cm^ des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs in diesem einschließt, im Fall einer Metalldampfentladungslampe die Farbwiedergabeeigenschaft wesentlich verbessert

und die mittels eines Vorschaltgeräts für die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden kann. Die Aufgabe soll gelöst werden durch Verwendung einer Leuchtstoff schicht , die der Innenwand des äußeren Lampenkolbens appliziert ist und immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren EmissLonspeak im Wellenlängenbereich zwischen 610 und 630 nm liegt, und dadurch, daß ein Lichtbogenrohr Zink oder Cadmium oder beide Metalle zusätzlich zu Quecksilber einschließt.

Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Metalldampfentladungslampe zu schaffen, bei der die

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Farbwiedergabeeigenschaft wesentlich verbessert ist, eine stabile Charakteristik der Lampe sichergestellt ist und die mittels eines Vorschaltgeräts für die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden kann. Die Aufgabe soll gelöst werden durch Verwendung einer Leuchtstoffschicht, die der Innenwand des äußeren Lampenkolbens appliziert ist und immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich zwischen 610 und 630 nm liegt, und soll weiterhin gelöst werden mittels eines Lichtbogenrohrs, das entweder Zink oder Cadmium oder beide Metalle zusätzlich zu Quecksilber einschließt, wobei die eingeschlossenen Gehalte
spezifiziert sind, und zwar für das Quecksilber und für das Zink oder Cadmium oder für beide diese Metalle, und wobei eine Lichtbogenrohr/belastung ebenfalls spezifiziert ist. Auf diese Weise soll ein durch die Metalldampfentladung
des eingeschlossenen Zinks oder Cadmiums erzeugtes Lichtemissionsspektrum einerseits und die Lumineszenz des Phosphors andererseits in der Weise zusammenwirken, daß vervielfältigte Effekte erzeugt werden.

Im folgenden wird eine kurze Beschreibung der Zeichnungen gegeben; es zeigen:

Fig. 1,2 und 3 jeweils die spektralen Verteilungen für die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, die Leuchtstoff-Quecksilberdampf -Hochdruckentladungslampe bzw. die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, die Cadmium enthält;

Fig. 4 den Bau einer erfindungsgemäßen Entladungslampe; . .

Fig. 5 das Emissionsspektrum des Rot emittierenden Phosphors;

Fig. 6 und 7 die spektrale Verteilung von Entladungslampen gemäß den Beispielen 2 und 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 den eingeschlossenen Cadmiumgehalt, korreliert mit einem Verhältnis der durch Quecksilber erzeugten

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Linienspektrumsintensitäten bei 546 nm 2u den durch einen Phosphor erzeugten Linienspektrumsintensitäten bei 619 nro;.

Fig. 9 die Beziehung zwischen den eingeschlossenen Zink- oder Cadmiumgehalten und dem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra.

Fig. 10 und 11 die spektrale Verteilung von Entladungslampen der Beispiele 8 bzw.9 gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 und 13 die spektrale Verteilung von Entladungslampen der Beispiele 10 bzw.11 der vorliegenden Erfindung; .

Fig. 14 den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra, die Farbtemperatur Tc und die Lichtausbeute ~n als eine Funktion des Cadmiumgehalts, falls Cadmium im Lichtbogenrohr eingeschlossen ist;

Fig. 15 den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra als eine Funktion des Cadmiumgehalts, falls Cadmium in dem Lichtbogenrohr eingeschlossen ist;, und

Flg. 16 und 17 die spektrale Verteilung bei den erfindungsgemäßen Beispielen 16 bzw.17·

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform erläutert. Fig. 4 zeigt den Bau der erfindungsgemäßen Metalldampfentladungslampe. Dabei weist der äußere Lampenkolben 1, der auberginenförmig ausgebildet ist und aus transparentem Glas besteht, um das Licht durchzulassen, einen Sockel 2 auf einer seiner beiden Selten auf. Die Innenwand dieses äußeren Lampenkolbens ist mit einer Leuchtstoffschicht 3 beschichtet. Diese umfaßt einen Phosphor oder Phosphore, welche immer den Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore mit einer Abscheidungsmenge von etwa 0,4 bis 4 mg/cm einschließen, dessen Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich zwischen 610 und 630 nm liegt und dessen Lumineszenz eine Linie bildet. Das Lichtbogenrohr 4 wird durch die in dem äußeren Lampen-

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kolben 1 vorgesehenen Stützorgane 5 getragen und fixiert. In das Lichtbogenrohr 4 sind entweder Zink oder Cadmium oder beide dieser Metalle zusätzlich zu Quecksilber und Edelgasen eingeschlossen. Die Elektroden 6 und 7 sind an beiden Enden des Lichtbogenrohrs 4 befestigt und eingeschmolzen und sind elektrisch über das Medium des Stütz.organs 5 oder über den Bandleiter 8 mit dem Sockel 2 verbunden. An einem Punkt in der Nähe einer Elektrode 6 des Elektrodenpaars ist eine Startelektrode:9 ™ Lichtbogenrohr 4 unter Einschmelzen in dasselbe befestigt. Mit 10 ist ein Zündwiderstand bezeichnet, im Endbereich des Lichtbogenrohrs 4 ist eine aus Platin, Zirkon oder einem ähnlichen Metall bestehende, wärmeisolierende Folie 11 angeordnet. Die wärmeisolierende Folie 11, die zur Steuerung des Dampfdrucks der eingeschlossenen Metalle dient, 1st nicht immer notwendig, und zwar je nach Form des Lichtbogenrohrs und dem Niveau der Eingangsenergie.

Bei dem Phosphor, der der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 appliziert werden soll, handelt es sich um einen Rot emittierenden Phosphor oder um Phosphore, der oder die praktisch innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 610 bis 630 nm lumineszieren, und zwar in einer Linienform. Dadurch wird sichergestellt, daß das angestrebte hohe Niveau der Farbwiedergabeeigenschaft erreicht wird. Die Verwendung von Phosphoren, die in einem Bereich kürzerer Wellenlänge als 610 nm lumineszieren, kann eine gute Farbwiedergabe nicht gewährleisten, während andererseits die Verwendung von solchen Phosphoren, die in einem Bereich längerer Wellenlänge als 630 nm lumineszieren, zu einem Abfall der Lichtausbeute und der Farbwiedergabeeigenschaft führen. Das Material, das die Erfordernissen für einen derartigen Phosphor befriedigend erfüllen kann, ist Yttriumvanadat, das mit dreiwertigem Europium aktiviert ist und das, wie in Fig. 5 gezeigt, hauptsächlich in dem Wellenlängenbe-

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reich von 610 bis 630 mn, und zwar in einer Linienfonn, luminesziert. Diese Bedingungen sind für die erfindungsgemäße Entladungslampe am besten geeignet. Ohne daß bei seinem Emissionsspektrum bemerkenswerte Änderungen verursacht werden, gestattet dieser Phosphor Verbesserungen der Lampencharakteristika, indem man einen gewissen Teil des Vanadiums in seinen Matrixkristallen durch andere Elemente ersetzt. Diese anderen Elemente umfassen Phosphor, Arsen, Bor und Silicium. Weiterhin kann ein gewisser Teil des Yttriums durch andere Elemente ersetzt werden, welche Gadolinium, Zink, Cadmium, Terbium und Wismut umfassen. Alle Phosphore, die durch Ersatz mit diesen Elementen erhalten werden, können in ebenso befriedigender Weise wie der oben erwähnte Vanadatphosphor eingesetzt werden.

Als weiterer Phosphortyp, der zum befriedigenden Einsatz bei der erfindungsgemäßen Entladungslampe, geeignet ist, kommt weiterhin eine Mischung des genannten Vanadatphosphors mit dem Phosphor in Frage, der ein Magnesiumfluor-Germanat, aktiviert durch vierwertiges Mangan, umfaßt. Dabei handelt es sich um einen Phosphor, dessen Emissionspeak in der Nähe von etwa 660 nm liegt. Eine sehr gute Farbwiedergabe ist erreichbar durch einen auf die Innenseite des äußeren Lampenkolbens aufgetragenen Phosphor, falls es sich bei diesem um eine Mischung von wenigstens 50 Gew.% des Vanadatphosphors und höchstens 50 Gew.96 des Magnesiumfluor-Germanatphosphors handelt. Ein solcher Phosphor wird daher insbesondere empfohlen. In diesem Fall wird die beste Farbwiedergabeeigenschaft dann beobachtet, wenn der Anteil des Fluor-Germanatphosphors in der Mischung etwa 30 Gew.% ausmacht. Falls der Anteil das 50 Gew.%-Niveau übersteigt, beobachtet man hingegen einen Abfall bei der Farbwiedergabeeigenschaft und der Lichtausbeute, wodurch die praktische Verwendbarkeit verlorengeht.

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Um den genannten Phosphor von mit dreiwertigem Europium aktiviertem Vanadat als Rot emittierendem Phosphor wirken zu lassen, welcher bei einer Wellenlänge von 610 bis 6350 nm und in einer Linienform luminesziert, und um befriedigende Farbwiedergabeeigenschaften zu erreichen, kann dieser Phosphor mit einem Orange emittierenden Phosphor, wie dem durch Zinn aktivierten Strontrium-Magnesiumphosphat-Phosphor,oder mit einem Grün emittierenden Phosphor, wie dem durch Cer und Terbium oder durch Terbium aktivierten Yttriumsilikat-Phosphor, dem durch Cer und Terbium aktivierten Aluminat-Phosphor und dem durch Europium und Mangan aktivierten Barium-Magnesiumaluminat-Phosphor, oder mit einem Blau emittierenden Phosphor, wie dem durch Europium aktivierten Strontium-chlorphosphat-Phosphor und dem durch Europium aktivierten Barium-Magnesiumaluminat-Phosphor, vermischt werden. In diesen Fällen ist es empfehlenswert, daß der Anteil des genannten, durch dreiwertiges Europium aktivierten Vanadatphosphor im Gesamtgewicht aller enthaltenen Phosphore effektiv wenigstens etwa 50 Gew.% ausmacht, da ein Anteil unter 50 Gew.% die Farbwiedergabeeigenschaft beeinträchtigt und die Farben vom Auge als unnatürlich empfunden werden.

Im folgenden wird die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Entladungslampe erläutert. Zunächst wird das Vorschaltgerät durch die angelegte Netzspannung aufgeladen. Dann wird das Lichtbogenrohr mit der durch das Vorschaltgerät erzeugten Spannung beaufschlagt, was eine Entladung zwischen einer Elektrode 6 und der Startelektrode 9 bewirkt.Diese Entladung schreitet bis zu der Hauptentladung zwischen beiden Elektroden 6 und 7 fort. Bei Beginn der Hauptentladung verdampfen das eingeschlossene Zink und/oder.Cadmium sowie das Quecksilber vollständig oder' teilweise und strahlen Licht bestimmter Wellenlänge aus, die für die einzelnen Metallarten spezifisch sind. Der Zinkdampf erzeugt ein Li-

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nienspektrum mit hauptsächlichen Wellenlängen von 328, 330, 335, 468, 472, 481 und 636 nm. Der Cadmiumdampf erzeugt ein Linienspektrum mit hauptsächlichen Wellenlänger. von 326, 340, 347, 361, 468, 480, 509 und 644 nm. Der Quecksilberdampf erzeugt ein Linienspektrum mit hauptsächlichen Wellenlängen von 254, 313, 365, 405, 436, 492, und 578 nm. Der Ultraviolett-Bereich dieser Gesamtstrahlung wird durch den Phosphor 3, der auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 aufgetragen ist, absorbiert und in ein rotes Licht mit einem Emissionspeak im Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm umgewandelt, wobei das rote Licht in einer Linienform luminesziert. Gleichzeitig tritt der größte Teil der sichtbaren Strahlung durch die Schicht des Phosphors 3 hindurch, ohne von dem Phosphor absorbiert zu werden. Die auf diese Weise erzeugte Mischung von durchgelassenem Licht und vom Phosphor abgestrahltem Licht schafft eine Entladungslampe mit befriedigender Farbwiedergabeeigenschaft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Das Lichtbogenrohr 4 wird hergestellt, indem man ein. Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 9,2 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 31 nun vorsieht, 15,5 mg Quecksilber und 2,2 mg Cadmium einschließt, danach außerdem Argongas mit einem Druck von 35 Torr einschließt und schließlich das Rohr zuschmilzt. Auf diese Weise wird ein Lichtbogenrohr mit einer Leistungsaufnahme von 100 W erhalten. Auf der Innenseite der Wand des äußeren Lampenkolbens 1 wird eine Leuchtstoffschicht 3 ausgebildet, indem man der Wand eine Mischung von 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivier-

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ten Yttriumphosphat-Vanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertlges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors appliziert und die Mischung backt. Das auf diese Weise hergestellte Lichtbogenrohr 4 wird in dem äußeren Lampenkolben angeordnet und der Kolben wird entlüftet. Auf diese Weise wird die Metalldampfentladungslampe von 100 W mit dem in Fig. 4 gezeigten Bau fertiggestellt.

Die so hergestellte Metalldampfentladungslampe wird mittels eines Vorschaltgeräts vom Drosseltyp für eine 100 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet. Das Vorschaltgerät weist eine Nennspannung von 200 V auf, was eine

Startspannung von 100 V nach sich

zieht, ein Niveau, das sogar noch geringer ist als die etwa 130 V, die für die herkömmliche 100 W-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe erforderlich sind. Dadurch kann die erfindungsgemäße Metalldampfentladungslampe durch ein Vorschaltgerät für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Die gezündete Lampe weist eine Farbtemperatur von 4800⁰K, eine Farbwiedergabezahl von Ra 94, was ein sehr hohes Niveau der Farbwiedergabeeigenschaft bedeutet, eine Lichtausbeute von 37 ImAf und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 11,2 w/cm auf.

Beispiel 2

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird eine 100 W Metalldampfentladungslampe fertiggestellt. Dabei wird jedoch das Lichtbogenrohr 4 hergestellt, indem man ein Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 9,2 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 28 mm verwendet, 16,7 mg Quecksilber, Hg, und 1,41 mg Zink, Zn, in das Rohr einschließt, danach ferner Argongas mit einem Druck von 35 Torr einschließt und schließlich das Rohr zuschmilzt. Auf diese Weise wird das Lichtbogenrohr fer-

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tiggestellt, das eine Leistungsaufnähme von 100 W hat. Diese Metalldampfentladungslampe weist ein Zündpotential (Zündspannung) von 102 V auf und kann mit einem Vorschaltgerät für eine 100 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Die gezündete Lampe weist eine Farbtemperatur von 4700⁰K, eine . Farbwiedergabezahl von Ra 80, was ein hohes Farbwiedergabeniveau bedeutet, eine Lichtausbeute von 35 lm/W und eine Wandbelastung des Licht bogenrohrs von 12,4 W/cm auf.

In Fig. 6 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampfentladungslampe gezeigt. Die Symbole Hg und Zn des in der Figur gezeigten Linienspektrums bedeuten jeweils die durch die Dämpfe von Quecksilber, Hg, und Zink, Zn, erzeugten Linienspektren.

Beispiel 3 '-■".

Das Lichtbogenrohr 4 wird hergestellt, indem man ein

Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 19,5 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 70 mm verwendet, 59,2 mg Quecksilber und 0,845 mg Cadmium darin einschließt, anschließend weiterhin Argongas mit einem Druck von 20 Torr einschließt und schließlich das Rohr zuschmilzt, um auf diese Weise das Lichtbogenrohr mit einer Leistungsaufnahme von 400 W fertigzustellen. Auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 wird eine Leuchtstoffschicht 3 ausgebildet, indem man der Wand eine Mischung von 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumphosphat-Vanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors appliziert und die Mischung backt. Das auf diese Weise hergestellte Lichtbogenrohr 4 wird in dem äußeren Lampenkolben angeordnet, und der Koben wird zur Fertigstellung der Metalldampfentladungslampe von 400 W mit dem In Fig. 4 gezeigten Bau entlüftet.

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Die auf diese Weise fertiggestellte Metalldampfentladungslampe wird mittels eines Vorschaltgeräts vom Drosseltyp für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet. Das Vorschaltgerät hat eine Nennspannung von 200 V, was ein Zündpotential von 98 V nach sich zieht. Das ist ein Niveau, das sogar noch niedriger liegt als die etwa 130 V, die für.die herkömmliche 400 ¥ Quecksilberdampf-Hochdrucklampe erforderlich sind. Die Metalldampfentladungslampe kann daher durch ein Vorschaltgerät für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Die gezündete Lampe weist eine Farbtemperatur von 4100 C, eine Farbwiedergabezahl von Ra 86, was ein hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 56 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9»38 W/cm auf.

Beispiel 4

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 3 wird eine 400 W Metalldampf entladungslampe fertiggestellt. Dabei beträgt jedoch die Menge des in dem Lichtbogenrohrs eingeschlossenen Quecksilbers 59»0 mg und die Menge des eingeschlossenen Cadmiums 7,9 mg. Diese Entladungslampe weist ein Zündpotential von 100 V auf und kann mittels eines Vorschaltgeräts für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Sie hat eine Farbtemperatur von 4300°K, eine Farbwiedergabezahl von Ra 95» was ein

hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 56 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm . In Fig. 7 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampfentladungslampe gezeigt. Die bei den Linienspektren in der Figur verwendeten Symbole Hg und Cd bedeuten jeweils die durch die Dämpfe von Quecksilber, Hg, und Cadmium, Cd, erzeugten Linienspektren.

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Beispiel 5

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 3 wird eine AOO W Metalldampf entladungslampe fertiggestellt. Dabei besteht jedoch das Lichtbogenrohr 4 aus einem Quarz -Rohr mit einem Innendurchmesser von 19,5 mm und einem Abstand zwischan den Elektroden 6 und 7 von 55 mm. Außerdem werden 75,1 mg Quecksilber und 6,33 mg Zink und dann Argongas mit einem Druck von 20 Torr in dem Lichtbogenrohr eingeschlossen, woraufhin das Rohr abgeschmolzen wird, um ein Lichtbogenrohr mit einer Leistungsaufnahme von 400 W fertigzustellen. Diese Entladungslampe weist eine Anfangsentladungsspannung von 95 V auf und kann mittels eines Vorschaltgeräts für eine 400 ¥ Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Sie weist eine Farbtemperatur von 4400⁰K, eine Earbwiedergabezahl von Ra 71, was ein

hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 55 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 11,9 W/cm auf.

Beispiel 6

Gemäß dem Verfahren des Beispiels 3 wird eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe fertiggestellt. Dabei besteht Jedoch die auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 ausgebildete Leuchtstoffschicht nur aus dem durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphor. Diese Metalldampfentladungslampe weist ein Zündpotential von 98 V auf und kann mittels eines Vorschaltgeräts für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdruckentadungslampe gezündet werden. Sie weist eine Farbtemperatur von 4000⁰K, eine Farbwiedergabezahl von Ra 84, was ein

hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 57 lm/W und eine Wandbelastung des, Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm auf.

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Beispiel 7

Gemäß dem Verfahren des Beispiels 3 wird eine 400 W Hochdruckmetalldampf entladungslampe fertiggestellt. Dabei betragen jedoch die Menge des in das Lichtbogenrohr 4 eingeschlossenen Quecksilbers 59,2 mg, die Menge des Zinks 3,1 mg und die Menge des ,Cadmiums 1,52 mg. Diese Metalldampfentladungslampe hat ein Zündpotential von 99 V und kann mittels eines Vorschaltgeräts für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Sie weist eine Farbtemperatur von 4200⁰K, eine Farbwlederga-

bezahl von Ra 88, was ein hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 56 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm auf.

In Tabelle 1 sind sowohl die Lampencharakteristika aller in den obigen Beispielen beschriebenen Lampen als auch die Lampencharakteristika der herkömmlichen QuecPsilberdampf-Hochdrucklampe, der herkömmlichen Leucht.Jtoff-Quecksilberdampf -Hpchdrucklampe, der versuchweise hergestellten Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit eingeschlossenem Cadmium und der versuchsweise hergestellten Quecksilberdampf -Ho chdruqklampe mit eingeschlossenem Zink zusammengestellt. ■;.·..

In Tabelle 1 und den folgenden Tabellen wurden folgende Abkürzungen gewählt:
VG = Vorschaltgerät
HD-Hg-L = Hochdruck-Hg-Lampe

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	Od	Phosphor	Zünd potent.	Tabelle 1	Ra	Farbtemp. (OK)	Lichtaus beute	Wandbelast.d. Lichtbogenrohrs
Eingeschl. Metall(m^)			(V)	Vorschalt- gerät-Typ			(lm/W)	(W/cm²)
Hff 2n

Herkömmliche Lampe

ladungslampe 70

Leuchtstoff-HG-HD-Hg-L 70 versuchsw.herg. HD-Hg-L m.eingeschl. Cd 60 versuchsw.herg. HD-Hg-L m.eingeschl. Zn 65

nein da

10 nein nein

130

100

VG f.400W HD-Hg-L

dito dito dito

23 5900

53 4100

62 7250

49 6500

52,5
60,0

42,5
38,0

9,33 9,33

17,8 19.2

Erfindungsgem.Lampe feeisp. 1 15,5

it
π

I!

2
3

4
5
6
7

16,7 14,1 59,2

59,0 75,1 59,2 59,2 3,1

6,33

2,2 da

da 0,845 da

7,9 da

0,845 da 1,52 da

100

102 98

100

95 98 99

VG f.100W

HD-Hg-L

dito

VG f.400W

HD-Hg-L

dito

94 4800

80 86

95 71 84 88

4700 4100

4300 4400 4000 4200

37

35
56

56
55
57
56

11,2

12,4 9,33

9,33 11,9 9,33 9,33

Aus Tabelle 1 geht klar hervor, daß alle in der Tabelle aufgeführten Metalldampfentladungslampen gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen mittels eines Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen gezündet werden könner. Die erfindungsgemäßen Lampen weisen weiterhin ein wesentlich verbessertes Farbwiedergabeeigenschaft-Niveau auf, und zwar verglichen mit den herkömmlichen Lampen einschließlich einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, einer Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, einer versuchsweise hergestellten, Cadmium einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe und einer versuchsweise hergestellten, Zink einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe. Es kann daher angenommen werden, daß die wesentliche Verbesserung bei der Farbwiedergabeeigenschaft, die bei den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Beispielen beobachtet wird, auf folgenden Gründen beruht. In den Fällen, bei denen Cadmium oder Zink in dem Lichtbogenrohr 4 eingeschlossen ist, verläuft die Entladung über deren Dampf, wobei das Emissionsspektrum des Dampfes erzeugt wird, das im wesentlichen den blaugrünen Strahlungsbereich ergänzt. Die von der Leuchtstoffschicht ausgehende Lumineszenz ergänzt hingegen den roten Strahlungsbereich und verbessert auf diese Weise die Farbwiedergabeeigenschaft der Lampe. Die Verbesserung der Farbwiedergabe ist nicht nur additiv, sondern setzt sich auch multiplikativ aus beiden Arten der Bestrahlung zusammen, und zwar aufgrund der durch diese Strahlung induzierten, vervielfältigten Effekte. Weiterhin wird die Farbwiedergabe dadurch verbessert, daß das Verhältnis des 619 nm Emissionsspektrums von der Leuchtstoffschicht zu dem 546 nm Emissionsspektrum von der Quecksilberdampfentladung zunimmt. Eine derartige Zunahme trägt zur Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaft bei. Das geht aus Fig. 8 hervor, in der das Verhältnis von Intensität des 619 nm Linienspektrums zu Intensität des 546 nm Linienspektrums als eine Funktion

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der eingeschlossenen Menge an Cadmium dargestellt ist. Bei diesem Test mit einer 400 W Entladungslampe zeigt sich, daß der Einschluß von mehr Cadmium das Verhältnis zwischen den Intensitäten erhöht. Die Tatsache, daß der Strahlungsausgang des von einem Phosphor emittierten 619 nm Linienspektrums selbst durch Einschließen von Cadmium oder Zink verbessert wird, kann so interpretiert werden, daß dadurch die verbesserte Beziehung von Ausgabe und Wellenlänge der Ultraviolettstrahlung von derartigen Metalldampfentladungen zu dem angeregten Spektrum des Phosphors wiedergegeben wird.

Die in Fig. 3 gezeigte spektrale Verteilung für die Cadmium einschließende Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe kann mit der in Fig. 4 für die Lampe des Beispiels 4 gezeigte spektrale Verteilung verglichen werden. Die Lampe des Beispiels 4 kann die Intensität des Liniensp^ktrums des Cadmiums so weit dämpfen, daß eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs auf ein niedriges Niveau limitiert werden kann. Das Niveau der Wandbelastung liegt daher bei allen erfindungsgemäßen Beispielen in dieser Tabelle innerhalb des Bereichs von 9 bis 12,5 W/cm . Das ist etwa das gleiche Niveau wie das von herkömmlichen Quecksilberdampf-

Hochdrucklampen (7 bis 13 W/cm im allgemeinen). Dadurch wird die Dauerhaftigkeit des Lichtbogenrohrs 4 erhöht, und es werden Metalldampfentladungslampen mit langer Lebensdauer geschaffen.

Die Erfordernisse zur Erfüllung der zweiten erfindungsgemäßen Aufgabe umfassen zur Sicherung des Betriebszustands, daß der Anteil des Gesamtgehalts an entweder Zink oder Cadmium oder des Gesamtgehalts beider dieser Metalle, bezogen auf die eingeschlossenen Gesamtmengen an diesem Gehalt und dem Quecksilbergehalt, zwischen 0,1 und 50 Gew.% beträgt. Diese Forderung wurde, wie im folgenden beschrieben, bestimmt. Fig. 4 zeigt den Bau einer Entladungslampe,

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-ff.

deren äußerer Lampenkolben 1 eine mit einer Phösphormischung beschichtete Innenwand aufweist? die Mischung umfaBt zu 70 Gew.% einen durch Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphor und zu 30 Gew.% einen durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-German.ati-Phosphor. Bei der Lampe wird ein Lichtbogenrohr 4 aus Quarz -Rohr

mit einem Innendurchmesser von 19»5 nun und mit einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 68 mm verwendet. Die Farbwiedergabezahl Ra wird bei der Lampe

von Fig. 4 als Funktion der eingeschlossenen Cadmium- und Zinkmengen, wie in Fig. 9 gezeigt, bestimmt. Aus Fig. 9 geht deutlich hervor, daß erwünschte Effekte zur Verbesserung der Farbwiedergabe auftreten, falls der eingeschlossene Gehalt des Metalls 0,1 Gew.% übersteigt, wenn auch diese Menge abhängig davon ist, ob das Metall Cadmium oder Zink ist. Unerwünschte Effekte werden dann beobachtet, wenn der Anteil der eingeschlossenen Menge an Zink oder Cadmium 50 Gew.% übersteigt, da diese Metalle, deren Dampfdruck relativ gering ist, mehr und mehr unverdampft in einem festen oder flüssigen Zustand verbleiben, und zwar selbst dann, während die Lampe in Betrieb ist. Ein derartiges festes oder flüssiges Metall neigt dazu, sich zwischen der Startelektrode 9 und der Elektrode 6 abzulagern und einen Kurzschluß zu verursachen, oder es neigt dazu, an der Wand des Lichtbogenrohrs 4 anzukleben und das Schwärzen des Rohrs zu beschleunigen. Die Quecksilbermenge, die in dem Lichtbogenrohr 4 eingeschlossen werden sollte und die durch einen Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7, den Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs 4 und die angestrebten Stromspannungscharakteristika des Lichtbogenrohrs bestimmt wird, muß gewöhnlich innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 20 mg/cnr der Innenvolumeneinheit des Lichtbogenrohrs 4 gehalten werden. Falls die eingeschlossene Quecksilbermenge unter 0,5 mg/cnr liegt, ist der Quecksilberdampfdruck so niedrig, daß zur Sicherstellung der angestrebten Lampenspannung eine Verlän-

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gerung des Lichtbogenrohrs 4 erforderlich . wird, was die Effizienz der Lampe in extremer Weise beeinträchtigt und die Lampe nicht als brauchbar erscheinen läßt. Falls die Menge 20 mg/cm* übersteigt, steigt der Quecksilberdampfdruck so hoch, daß für das zugesetzte Metall ein noch höheres Druckniveau erforderlich wird. Das führt zu einer Erhöhung der Wandbelastung des Lichtbogenrohrs 4 auf 14 W/ cm oder mehr und zieht bei dem Lichtbogenrohr 4 eine Rißbildung ntch sich, die eine derartige Lampe im wesentlichen unbrauchbar macht.

Im folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform zur Lösung der zweiten Aufgabe der Erfindung beschrieben.

Beispiel 8

Das Lichtbogenrohr 4 wird hergestellt, indem man ein

Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 19>5 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 68 mm verwendet, in das Rohr 61,0 mg (2,8 mg/cnr) Quecksilber und 1,89 mg (3.0 Gew.% des eingeschlossenen Gehalts) Cadmium einschließt, anschließend zusätzlich Argongas mit einem Druck von 20 Torr einschließt und das Rohr schließlich zur Fertigstellung des Lichtbogenrohrs zuschmilzt. Man· erhält ein Lichtbogenrohr mit einer Eingangsleistung von 400 W. Auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 wird eine Leuchtstoffschicht 3 ausgebildet, indem man der Wand eine Mischung von 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumphosphat-Vanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat -Phosphors appliziert und diese Mischung backt. Das auf diese Weise hergestellte Lichtbogenrohr 4 wird in dem äußeren Lampenkolben 1 angeordnet und der Kolben wird zur Fertigstellung einer Metalldampfentladungslampe von 400 W mit dem in Fig. 4 gezeigten Bau entlüftet.

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Die so hergestellte Metalldampfentladungslampe wird mittels eines Vorschaltgeräts vom Drosseltyp für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet. Das Vorschaltgerät weist eine Nennspannung von 200 V auf, was ein Zündpotential von 99 V nach sich zieht. Das ist ein Niveau, das sogar noch geringer ist als die etwa 130 V, die für die herkömmliche 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe erforderlich sind. Die Metalldampfentladungslampe kann also mittels eines Vorschaltgeräts für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Die gezündete Lampe weist eine Farbtemperatur von 4200°C, eine Farbwisdergabezahl von Ra 93» was ein hohes Farbwiedergabeniveau darstellt, eine Lichtausbeute von 57 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,60 W/cm auf. In Fig. 10 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampfentladungslampe dargestellt. Die in der Figur zur Bezeichnung des Linienspektrums verwendeten Symbole Hg und Cd bedeuten jeweils die durch den Dampf von Quecksilber, Hg, und Cadmium, Cd, erzeugten Linienspektren.

Beispiel 9

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 8 wird eine 100 W Metalldampfentladungslampe hergestellt. Dabei ist das Lichtbogenrohr 4 jedoch ein Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 10,3 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 25 mm. Das Rohr wird, nachdem 15,0 mg (6,8 mg/ enr) Quecksilber und 1,27 mg (7,8 Gew.?6 des eingeschlossenen Gehalts) Zink und anschließend Argongas mit einem Druck von 35 Torr in dem Lichtbogenrohr eingeschlossen wurden, .zugeschmolzen, und auf diese Weise wird ein Lichtbogenrohr mit einer Eingangsleistung von 100 W hergestellt. Diese Metalldampfentladungslampe hat ein Zündpotential Von 100 V. Das ist sogar noch niedriger als die etwa 130 V der herkömmlichen 100 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe. Die Lampe kann mittels eines Vorschaltgeräts vom Drosseltyp mit einer

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Nennspannung von 200 V, wie er für eine 100 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gebräuchlich ist, gezündet werden. Die Lampe weist eine Farbtemperatur von 4800⁰K, eine

Farbwiedergabezahl von Ra 80, was ein hohes Parbwiedergabeniveau bedeutet, eine Lichtausbeute von 36 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von

12.4 W/cm auf. In Fig. 11 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampfentladungslampe gezeigt. Die in der Figur zur Bezeichnung des Linienspektrums verwendeten Symbole Hg und Zn bezeichnen die Jeweils durch den Dampf von Quecksilber, Hg, und Zink, Zn, erzeugten Linienspektren.

Beispiel 10

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 8 wird eine 400 W Metalldampf entladungslampe hergestellt. Dabei besteht Jedoch die auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 ausgebildete Leuchtstoffschicht nur aus dem durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphor. Diese Metalldampf entladungs lampe hat ein Zündpotential von 99 V und kann mit einem Vorschaltgerät für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Sie weist eine Farbtemperatur von 41OO°K, eine Earbwiedergabezahl von Ra 85» was ein hohes Farbwiedergabeniveau bedeutet, eine Lichtausbeute von 58 lm/W und.eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,60 W/cm auf.

Beispiel 11

Gemäß dem Verfahren von Beispiel & wird eine 400 W Metalldampf entladungslampe hergestellt. Das Lichtbogenrohr 4 ist ein Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von

19.5 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 65 mm. Nach dem Einschließen von 63 mg (3,0 mg/cnr⁵) Quecksilber und 0,90 mg Cadmium und 4,52 mg Zink (die Gesamtmenge des eingeschlossenen Cadmium- und Zinkgehalts

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beträgt 7,9 Gew.%) und anschließendes Einschließen von Argongas mit einem Druck von 20 Torr in das Lichtbogenrohr wird das Rohr zugeschmolzen. Auf diese Weise wird ein Licb.tbogenrohr mit einer Leistungsaufnahme von 400 W hergestellt. Im Gegensatz zu dem Beispiel 8 wird eine Leuchtstoffschicht 3 ausgebildet, indem man nur den durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriümphosphat-Vanadat-Phosphor auf die Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 aufträgt und den Phosphor backt. Diese Metalldampfentladungslampe hat ein Zündpotential von 97 V und kann mit einem Vorschaltgerät für eine 400 W Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe gezündet werden. Sie weist eine Farbtemperatur von 4400°K, 'eine Farbwiedergabezahl von Ra 92, was ein

hohes Farbwiedergabeniveau bedeutet, eine Lichtausbeute von 57 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 10,0 W/cm auf. ·-..-

In Tabelle 2 sind die Lampencharakteristika der in den obigen Beispielen erhaltenen Lampen zusammen mit denen der herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdnickentladungslampe (mit "L 1" bezeichnet), der herkömmlichen. Leuchtstoff -Quecksilber-Hochdrucklampe (L 2), dsr versuchsweise hergestellten Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit eingeschlossenem Cadmium (L 3) und der versuchweise hergestellten Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit eingeschlossenem Zink (L 4) zusammengestellt.

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Tabelle 2

Eingeschlosse- Zn+Cd Phosphor Zündpoten- Typ d.Vor- Ra Farbnes Metall(mg) Hg+Zn+Cd tial (V) schaltge- temp. Hg Zn' Cd (Gew.96) räts (QK)

Licht- Wandbeiast, ausbeute d.Lichtbogen-(im/W) rohrs(W/ca²)

Herkömml. Lampe L 1 70

L 2

L 3
L 4

70

60 65

_o Erfindungs-_ω gemäße Lampe

61 15

Beisp. 8 9

10 61

11 63

10

14,3 nein 11,0 nein

1,89 3,0 Ja

1,27 7,8 ja

1,89 3,0 ja

4,52- 0,9 7,9 ja

130	VG f.400 W HD-Hg-L	23	5900	52,5	9,33
130	dito	53	4100	60,0	9,33
100	dito	62	7250	42,5	17,8
100	dito	49	6500	38,0	19,2
99	dito	93	4200	57,0	9,60
100	VG f.100W HD-Hg-L	80	4800	36,0	12,4
99	VG f.400W HD-Hg-L	85	4100	58,0	9,60
97	dito	.92	4400	57,0	10,0

Aus Tabelle 2 geht klar hervor, daß alle erfindungsgemäßen Metalldampfentladungslampen der Beispiele mittels eines Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdruckentladungs-Lampen gezündet werden können. Außerdem zeigt sich, daß ;?ie eine wesentlich verbesserte Farbwiedergabeeigenschaft, verglichen mit herkömmlichen Lampen einschließlich einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, einer Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, einer versuchsweise hergestellten, Cadmium einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe und einer versuchsweise hergestellten, Zink einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, aufweisen. Die in Fig. 3 gezeigte spektrale Verteilung für eine Cadmium einschließende Quecksilberdampf-Hochdrucklampe kann mit der in Fig. 10 gezeigten spektralen Verteilung für die in Beispiel 8 erhaltene Lampe verglichen werden. Die Lampe gemäß Beispiel 8 vermag die Intensität des Linienspektrums so weit zu dämpfen, daß die Wandbelastung des Lichtbogenrohrs auf ein niedriges Niveau limitiert werden kann. Das Niveau der Wandbelastung liegt daher bei allen in dieser Tabelle aufgeführten beispielhaften Ausführungsformen innerhalb des Bereichs von 9 bis 12,5 W/cm , was etwa das gleiche Niveau wie das von herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdrucklampen (im allgemeinen 7 bis 13 W/cm ) ist. Dadurch wird die Dauerhaftigkeit des Lichtbogenrohrs erhöht, und es werden Metalldampfentladungslampen mit langer Lebensdauer geschaffen.

Im folgenden werden die Erfordernisse zur Lösung der dritten Aufgabe der vorliegenden Erfindung diskutiert.

Versuchsweise wurden Metalldampfentladungslampen hergestellt, die die vorstehend beschriebene Struktur aufweisen und die vorstehend beschriebenen Funktionen erfüllen. Die Lampen wurden in der Weise hergestellt, daß ihr Lichtbogenrohr 4 60 mg Quecksilber, Hg, 20 Torr Argon, Ar, und 0,8 mg Cad-

030605/0116

mium, Cd, einschließen kann. Daraufhin werden mehrere Gruppen von je 10 Lampen fertiggestellt, nachdem zusätzlich in das Lichtbogenrohr etwas Jod in unterschiedlichen Mengen bei den unterschiedlichen Gruppen eingeschlossen wurde. Unter Verwendung dieser Lampen und unter Verwendung des Vorschaltgeräts für herkömmliche 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampen wurden Messungen durchgeführt, um die prozentuale Aufrechterhaltung des Lichtstroms und die Zündcharakteristika als Funktion von Brennstunden zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. In dieser Tabelle ist die angegebene, prozentuale Aufrechterhaltung des Lichtstroms ein Durchschnittswert von zehn Larapen, das Symbol "x" bedeutet, daß wenigstens eine der zehn Lampen aufgrund eines zerbrochenen Lichtbogenrohrs nicht gezündet werden konnte, und in der Spalte der Zündcharakteristika bedeutet das Symbol "o", daß die Lampen mittels eines Vorschaltgeräts für eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet wurden.

	Tabelle 3	5000 h	-	10 000	Zündcharakte
Zusatz von Jod/cm⁵		X		X	ristik (200 V
(x 10~⁶ g-Atom)	Prozentuale Aufrechter	X		X	h Stromquelle)
0	haltung des Lichtstroms	53	X	O
0,01	1000 h	66	62	O
0,03	77	75	70	O
0,05	78	76	73	O
0,1	81	76	73	O
0,5	83		O
0,8	86		O
1,0	87		X
1,5	87		X
2,0		X

Tabelle 3 deutet an, daß eingeschlossenes Jod die Zahl der Ausfälle verringert, die während der Lebensdauer einer Entladungslampe auftreten. Die Tabelle zeigt weiterhin, daß, falls der eingeschlossene Gehalt an Jod 0,8 χ 10 g-Atom/cnr

030605/0116 ■

des Innenvolumens eines Lichtbogenrohrs übersteigt, die Lampe nicht mittels eines Vorschaltgeräts für herkömmliche Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gezündet werden kann. Falls--der eingeschlossene Jodgehalt 0,7 x 10 g-Atom übersteigt, führt die exzessive Zunahme des Metalldampfdrucks zu einer Intensivierung eines blaugrünen Linienspektrums, das für Cadmium (oder Zink)-Dampfentladungen spezifisch ist. Auf diese Weise wird die Farbwiedergabeeigenschaft beeinträchtigt. Daher darf der eingeschlossene Jodgehalt nicht größer als 0,7 x 10 g-Atom sein. Die gleiche Tendenz wird beobachtet, falls Brom oder andere Halogene eingeschlossen sind. '

Im folgenden werden einige spezifische Beispiele erläutert, in denen die Maßnahmen zum Erreichen des dritten JJiels der vorliegenden Erfindung verwirklicht sind. "-

Beispiel 12

Es wird eine 100 W Metalldampfentladungslampe der in Fig.4 gezeigten Struktur folgendermaßen hergestellt. Ein Lichtbogenrohr 4 mit einer Leistungsaufnahme von 100 W wird geschaffen, indem man ein Quarz-Rohr mit einem Innendurchmesser von 9,2 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 28 mm herstellt, anschließend in das Rohr 16,7 mg Quecksilber und 1,00 mg Zink, ergänzt durch 0,08 χ 10 g-Atom/cnr⁵ Jod, einschließt, weiterhin 35 Torr Argongas einschließt und schließlich das Rohr zuschmilzt. Die Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 wird mit einer Leuchtstoffschicht 3 beschichtet. Die Schicht umfaßt eine Mischung von 70 Gew.# des durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumphosphat-Vanadat-Phosphors und 30 Gew.?? des durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors. Nach dem Auftragen wird die Mischung gebacken.

030605/0116

2353446

Zehn Metalldampfentladungslampen, die auf diese Weise hergestellt wurden, werden mittels eines Vorschaltgeräts vom Drosseltyp mit einer Nennspannung von 200 V, wie es auch für 100 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampen verwendet wird, gezündet. Alle zehn Lampen zeigten ein nahezu einheitliches Zündpotential (Zündspannung) von 145 V. Das ist etwas höher als die für herkömmliche Quecksilberlampen erforderlichen 130 V, aber immer noch "unter den 180 V", die durch JIS (JIS-C-7604-1970) als maximale Grenze spezifiziert sind. Die Lampen können daher mittels eines Vorschaltgeräts für die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gezündet werden. Die Durchschnittsergebnisse der zehn Lampen, die anschließend beobachtet wurden, sind eine Farbtemperatur von 4800°K, eine Farbwiedergabezahl von Ra 94, was

ein sehr hohes Farbwiedergabeniveau anzeigt, eine Lichtausbeute von 40 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 12,4 W/cm . Die Ergebnisse der Brenntests ergaben, daß alle untersuchten Entladungslampen während 10 000 Brennstunden und selbst danach kein zerbrochenes Lichtbogenrohr aufweisen und daß fast keine Schwärzung der Wand des Lichtbogenrohrs beobachtet wird. Dieses Ergebnis spiegelt sich auch in der prozentualen Aufrechterhaltung des Lichtstroms wider, welche als Durchschnitt der zehn Lampen nach 10 000 Brennstunden 68,796 beträgt. Zum Vergleich wurde ein weiterer Brenntest mit zehn Metalldampfentladungslampen durchgeführt, die gemäß der für die oben erwähnten Lampen gegebenen Spezifikation hergestellt wurden, mit der Ausnahme, daß überhaupt kein Jod in den Lampen enthalten war. Die Ergebnisse zeigten, daß nach 5000 Brennstunden fünf von zehn Lampen sich nicht mehr zünden ließen, da ihre Lichtbogenrohre Risse aufwiesen. Nach nur 2000 Brennstunden betrug der Durchschnittswert der prozentualen Aufrechterhaltung des Lichtstroms für die zehn Lampen 6996, und einige der Lampen wiesen eine deutliche Schwärzung der Wand des Lichtbogenrohrs auf.

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In Flg. 12 ist die spektrale Verteilung für dieses Beispiel dargestellt. Bei dem .in der Figur gezeigten LLnienspektrum bedeuten die Symbole Hg und Zn jeweils die Linienspektren des Quecksilberdampfs, Hg» und des Zinkdampfs, Zn.

Beispiel 13

Unter Verwendung eines Quarz-Rohrs" mit einem Innendurchmesser von 19»5 mm und einem Abstand zwischen den Elektroden 6 und 7 von 70 mm wird ein Lichtbogenrohr 4 hergestellt. Dabei werden 59»0 mg Quecksilber und 7,0 mg Cadmium, ergänzt von 0,1 χ 10 g-Atom/ml Jod, und danach 200 Torr Argongas in dem Lichtbogenrohr eingeschlossen, und dieses wird schließlich zugeschmolzen, um ein Lichtbogenrohr mit einer Leistungsaufnahme von 400 W fertigzustellen. Die Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 wird mit einer Leuchtstoffschicht 3 bedeckt, die eine Mischung von 70 Gew.96 eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumphosphat-Vanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertiges Mangan aktivierten Magneslumfluor-Germanat-Phosphors umfaßt. Nach dem Auftragen der Schicht wird diese gebacken. Dieses Lichtbogenrohr 4 wird in dem äußeren Lampenkolben 1 angeordnet und der Kolben wird entlüftet und zugeschmolzen, tun die 400 W Metalldampfentladungslampe des in Fig. 4 gezeigten Baus fertigzustellen.

Zehn Metalldampfentladungslampen; die auf diese Weise hergestellt wurden, werden mittels eines Vorsehaltgeräts vom Drosseltyp mit einer Nennspannung von 200 W, wie er für 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampen verwendet wird, gezündet. Alle zehn Lampen zeigten ein nahezu einheitliches Zündpotential von 150 V, das zwar etwas höher als die 130 V bei den herkömmlichen Quecksilberlampen ist, jedoch immer noch "unter den 180 V" liegt, die von JIS als maximale Grenze angegeben werden. Die Lampen konnten daher mittels des Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdruck-

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lampen gezündet werden. Als Durchschnittsergebnisse der zehn Lampen wurden anschließend folgende Werte ermittelt: eine Farbtemperatur von 4300°K, eine F arb-

wiedergabezahl von Ra 95» was ein hohes Farbwiedergabeniveau anzeigt, eine Lichtausbeute von 58 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm . Die Ergebnisse von Brenntests zeigten, daß bei keiner der untersuchten Entladungslampen während und selbst nach 10 000 Brennstunden ein zerbrochenes Lichtbogenrohr auftrat und daß fast kein Schwärzen der Wand des Lichtbogenrohrs beobachtet wurde. Dieses Ergebnis wird auch durch die prozentuale Aufrechterhaltung des Lichtstroms reflektiert. Als Durchschnitt der zehn Lampen wird nach 10 000 Brennstunden ein Wert von 70,596 erhalten. Zum Vergleich wird ein weiterer Brenntest mit zehn Metalldampfentladungslampen durchgeführt, die gemäß der im obigen Beispiel 13 angegebenen Spezifikation hergestellt wurden, jedoch überhaupt kein Jod enthielten. Als Ergebnis zeigte sich, daß nach 5000 Brennstunden vier dieser zehn Lampen nicht mehr gezündet werden konnten, da ihre Lichtbogenrohre Risse aufwiesen, und daß bei den zehn Lampen nach nur 2500 Brennstunden ein Durchschnittswert der prozentualen Aufrechterhai tung des Lichtstroms von 71% erhalten wurde. Einige der Lampen wiesen an den Wänden der Lichtbogenrohre deutliche Schwärzungen auf.

Fig. 13 zeigt die gemäß diesem Beispiel 13 erhaltene spektrale Verteilung. Die in der Figur für das Linienspektrum verwendeten Symbole Hg und Cd bedeuten jeweils die Linienspektren von Quecksilberdampf, Hg, und Cadmiumdampf, Cd.

Beispiel 14

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 13 werden zehn 400 W Metalldampf entladungslampen hergestellt. Dabei enthält jedoch die auf der Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 aus-

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f-

gebildete Leuchtstoffschicht nur den durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphor. Alle zehn Lampen weisen ein nahezu einheitliches Zündpotential von 150 V auf. Sie können daher mittels eines Vorschaltgeräts für 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gezündet werden. Die Lampen weisen eine Farbtemperatur von 4100⁰K, eine

Farbwiedergabezahl von Ra 90, was ein hohes Farbwiedergabeniveau anzeigt, eine Lichtausbeute von 58,5 lm/W und eine*Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm auf. Die Ergebnisse des Brenntests sind ähnlich wie bei obigem Beispiels 13.

Beispiel 15

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 13 werden zehn 400 W Metalldampf entladungslampen hergestellt. Dabei beträgt jedoch die Menge des in dem Lichtbogenrohr 4 eingeschlossenen Quecksilbers 59,0 mg, die Menge des Zinks 2,9 mg, die Meni;e des Cadmiums 1,5 mg und die Menge des Jods 0,2 χ 10" g-Atom/cnr. Alle zehn Lampen weisen ein nahezu einheitliches Zündpotential von 160 V auf. Sie können daher mittels eines Vorschaltgeräts für 400 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gezündet werden. Die Lampen veisoieine Farbtemperatur von 4200⁰K, eine ν arbwiedergabezahl von Ra 89» was ein hohes Farbwiederi.abeniveau anzeigt, eine Lichtausbeute von 57,5 lm/W und eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs von 9,33 W/cm auf. Die Ergebnisse von Brenntests zeigten, daß bei keiner der untersuchten Entladungslampen während 10 000 Brennstunden oder selbst danach ein zerbrochenes Lichtbogenrohr auftritt. Es wird fast keine Schwärzung der Wand des Lichtbogenrohrs beobachtet. Dieses Ergebnis wird auch durch die prozentuale Aufrechterhaltung des Lichtstroms reflektiert, die bei den zehn Lampen nach 10 000 Brennstunden einen Durchschnittswert von 72,396 erreicht. Zum Vergleich wird ein

0 30605/0116

_ η ι, - 3Χ -

weiterer Brenntest mit zehn Metalldampfentladungslampen durchgeführt, die gemäß der Spezifikation hergestellt wurden, die für den in Beispiel 13 erwähnten Fall gegeben wurde. Das Ergebnis war, daß nach 5000 Brennstunden vier der zehn Lampen nicht mehr gezündet werden konnten, da ihre Lichtbogenrohre Risse aufwiesen, und daß nach nur 2800 Brennstunden bei der prozentualen Aufrechterhaltung des Lichtstroms ein Durchschnittswert für die zehn Lampen von 73% erhalten wurde und einige der Lampen deutliche Schwärzungen der Wände des Lichtbogenrohrs aufwiesen.

In Tabelle 4 sind die Lampencharakteristika aller in den obigen Beispielen beschriebenen Lampen zusammen mit denen der herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe (L 1), der herkömmlichen Leuchtstoff-Quecksilberdampf -Hochdrucklampe (L 2), einer versuchsweise hergestellten Quecksilberdampf-HochdrucklaDcpe mit eingeschlossenem Cadmium (L 3) und einer versuchsweise hergestellten Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit eingeschlossenem Zink (L 4) zusammengestellt.

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Tabelle

Eingeschloss. Phos- Jodgehalt Zünd- Typ d.VorMetall (mg) phor (x10"° g= potenti- schaltge- Wg Zn Cd Atom/cm³) al (V) räts Ra Färb- Licht- Wandte

temp, ausbeute d.Lichtbogen-(⁰K) (lm/W) rohrs(W/cm2)

Herkömml.Lampen L 1

L 2 L 3 L 4 65

Erfindungsg.Lampen

Beisp. 12 16,7 1,0

13 14

59,0 59,0

10

7,0 7,0

15 59,0 2,9 · 1,5 ja

nein	0,08	130	VG f.400W HD-Hg-L	23	5900	52,5
ja	0,1	130	dito	53	4100	60,0
nein	0,1	100	dito	62	7250	42,5
nein	0,2	100	dito	49	6500	38,0
ja	145	VG f.100W HD-Hg-L	80	4800	40
ja	150	VG f.400W HD-Hg-L	95	4300	58
ja	150	dito	85	4100	58,5
ja	160	dito	89	4200	57,5

9,33

9,33 17,8 19,2

12,4 9,33

9,33 9,33

Fig. 4 zeigt deutlich, daß alle in der Tabelle aufgeführten Metalldampfentladungslampen der Beispiele, die die vorliegende Erfindung verkörpern, mittels eines Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gezündet werden können. Aus Tabelle 4 geht weiter hervor, daß als Ergebnis der sich vervielfältigenden Effekte zwischen der Dampfentladung von Cadmium oder Zink und der Leuchtstoffschicht die erfindungsgemäßen Lampen ein wesentlich erhöhtes Niveau der Farbwiedergabeeigenschaft aufweisen, und zwar verglichen mit den herkömmlichen Lampen einschließlich einer Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe , einer Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, einer versuchsweise hergestellten,Cadmium einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe und einer versuchweise hergestellten, Zink einschließenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampe .

Hinsichtlich der Wandbelastung des Lichtbogenrohrs kann die in Fig. 3 für eine Cadmium einschließende Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe gezeigte spektrale Verteilung mit der in Fig. 13 gezeigten spektralen Verteilung verglichen werden, die die einer gemäß Beispiel 13 ausgeführten Lampe darstellt. Die Lampe gemäß Beispiel 13 kann die Intensität des Linienspektrums des Cadmiums so weit dämpfen und außerdem erhöht das eingeschlossene Halogen den Dampfdruck des Cadmiums so weit, daß eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs auf ein niedriges Niveau begrenzt werden kann. Das Niveau der Wandbelastung liegt bei allen in dieser Tabelle aufgeführten beispielhaften AusfUhrungsformen daher innerhalb des Bereichs von 9 bis 12,5 W/cm , was etwa das gleiche Niveau wie das von herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdrucklampen (7 bis 13 W/cm ) darstellt. Außerdem unterdrückt das eingeschlossene Halogen die Erzeugung von Cadmiumoxid oder Zinkoxid. Dadurch erhöht sich die Dauerhaftigkeit des Lichtbogenrohrs 4, was zu den vor-

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liegenden Metalldampfentladungslampen mit hoher Lebensdauer führt. Beispielsweise beträgt die Lebensdauer der gemäß Beispiel 13 ausgeführten Metalldampfentladungslampen 12 000 h, und zwar beobachtet an dem Durchschnitt der zehn versuchsweise hergestellten Lampen. Das ist die gleiche Lebensdauer, wie die etwa 12 000 h der herkömmlichen Quecksilberdampf-Hochdurchlampe.

Im folgenden werden die Erfordernisse zur Lösung der vierten Aufgabe der vorliegenden Erfindung erläutert.

Für die Metalldampfentladungslampen der vorstehend beschriebenen Struktur wurden Untersuchungen unter Variation der Faktoren durchgeführt, und zwar hinsichtlich einer Wandbelastung des Lichtbogenrohrs We (W,/iTDL) (Einheit: .W/cm ) und der eingeschlossenen Gehalte an Quecksilber, Cadmium und Zink (mjj , m_C(j und m-^). Dabei bedeutet Wc eine Leistungsaufnahme in Watt, D einen Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs 4 in cm, L einen Abstand zwischen den Elektroden in cm und π-. , m„, und m- die eingeschlossenen Gehalte pro Einheit des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs 4 für das jeweilige Metall in mg/cnr*.

Das in Fig. 14 dargestellte Diagramm zeigt eine

Farbwiedergabezahl Ra, die Farbtemperatur Tc ⁰K und die Lichtausbeute η lm/W als eine Funktion der Wandbelastung des Lichtbogenrohrs für die erfindungsgemäßen Lampen. Die Lampen wurden in einer großen Zahl hergestellt, und zwar so, daß alle gemeinsam einen Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs D von 1,95 cm, einen Cadrciumgehalt m«, von 0,04 mg/cm·⁵ und keinen Zinkgehalt m_Zn aufweisen, während ein Abstand zwischen den Elektroden L variiert wird, um die damit zusammenhängende Änderung der Wandbelastung We des Lichtbogenrohrs festzustellen. Alle Lampen halten in gleicher Weise eine Lampenspannung von 130 V, einen Lam-

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2553445

penstrom von 3,3 A und eine Lampenleistung von 400 W aufrecht, indem der Quecksilbergehalt m^ eingestellt wird. Die Lampen werden mittels des Vorschaltgeräts für 400 W Quecksilberdampf -Hochdrucklampen gezündet. Aus Fig. 14 geht deutlich hervor, daß dann, wenn eine Wandbelastung We des Lichtbogenrohrs 7 W/cm übersteigt, die

F.arbwiedergabezahl Ra bemerkenswert ansteigt: Falls We etwa 13 W/cm beträgt, erreicht Ra den Spitzenwert von 95» und falls We über diesen Punkt hinausgeht, fällt Ra wieder ab. Das führt zu dem Schluß, daß die Wand-

belastung des Lichtbogenrohrs zwischen 7 und 14 W/cm betragen sollte. Zur Begründung wird folgendes angenommen. Falls die Wandbelastung des Lichtbogenrohrs We unter 7 W/cm liegt, ist die Temperatur des kältesten Punkts auf der Wand des Rohrs zu niedrig, um einen ausreichenden Dampfdruck des Cadmiums zu gewährleisten und die Cadmiumlumineszenz zu erzeugen. Dadurch tritt die Verbesserung der Farbwiedergabezahl Ra nicht ein. Falls

andererseits die Wandbelastung des Lichtbogenrohrs 14 W/

cm übersteigt, wird die Cadmiumlumineszenz zu intensiv, wodurch ein Abfall bei der Earbwiedergabezahl

Ra und bei der Lichtausbeute ύ\ bewirkt wird und wobei zu gleicher Zeit eine derartige hohe Wandbelastung zu Rissen in dem aus Quarz bestehenden Lichtbogenrohr führen kann, was die Lebensdauer des Rohrs verkürzt.

Fig. 15 verdeutlicht die Farbwiedergabezahl

Ra als eine Funktion des eingeschlossenen Cadmiumgehalts ^mCd* ^FiS* ¹^A zeigt die Schwankungen der Farbwiedergabezahl Ra als Funktion des variierenden Cadmiumgehalts bei einem Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs von 1,95 cm, einem Abstand zwischen den Elektroden L von 6,9 cm und bei einem eingeschlossenen Zinkgehalt von Null, wobei einige Einstellungen in der Weise vorgenommen wurden, daß die Wandbelastung des Lichtbogenrohrs

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9,46 W/cm beträgt, die Leistungsaufnahme des Rohrs W_L 400 W beträgt und wobei die Lampe mittels eines Vorschaltgeräts für 400 W Quecksilberlampen gezündet wurde. Fig. 15B zeigt die Schwankung der Farbwiedergabezahl Ra als eine Funktion des variierenden Cadmiumgehalts bei einem Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs D von 1,95 cm, einem Abstand zwischen den Elektroden L von 5,5 cm, einem eingeschlossenen Zinkgehalt von Null, wobei einige Einstellungen in der Weise durchgeführt wurden, daß eine Wandbelastung des Lichtbogenrohrs We 11,87 W/cm beträgt und die Leistungsaufnahme des Lichtbogenrohrs W_L 400 W beträgt. Aus Fig. 15 geht klar hervor, daß dann, wenn ein eingeschlossener Gehalt an Cadmium etwa zwischen 0,05 und 0,1 mg/cnr beträgt, die

. Farbwiedergabezahl Ra fast gesättigt wird und daß Ra fast konstant bleibt, bis der Cadmiumgehalt auf etwa 10 mg/cnr ansteigt. Das führt zu dem Schluß, daß der Cadmiumgehalt zwischen 0,002 und 2 mg/cnr liegen sollte, um ein hohes Niveau der Farbwiedergabeeigenschaft zu erreichen. Falls der eingeschlossene Gehalt an Cadmium geringer ist als 0,002 mg/cm , kann etwas des zugesetzten Metalls bei den in der Lampe ablaufenden Mechanismen oxidiert werden, wodurch dieser Beitrag zur Lumineszenz verlorengeht, was zur Beeinträchtigung der Farbwiedergabe führt. Falls der Gehalt 2 mg/cnr⁵ übersteigt, kann etwas Cadmium sich unverdampft an und um den kältesten Punkt im Lichtbogenrohr 4 ablagern, sehr häufig das von der Lichtbogenentladung emittierte Licht unterbrechen und die Startelektrode 9 mit der Hauptelektrode 7 lcur ζ schließen, wodurch das Zünden verhindert wird.

Der erforderliche Gehalt an eingeschlossenem Quecksilber m^ in dem Lichtbogenrohr 4 hat sich als zwischen 0,5 und 20 mg/Volumeneinheit des Lichtbogenrohrs 4 herausgestellt. Falls die eingeschlossene Quecksilbermenge rn^ kleiner als

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0,5 mg/cnr ist, ist der Quecksilberdampfdruck so niedrig, daß in einigen Fällen eine Verlängerung des Lichtbogenrohrs 4 zur Gewährleistung der angestrebten Lampenspannung erforderlich wird. Auf diese Weise wird jedoch die Effizienz in extremer Weise beeinträchtigt, und die Lampe ist nicht mehr brauchbar. Falls die Menge 20 mg/cnr übersteigt, steigt auch der Druck des Quecksilberdampfes so hoch an, daß ein sogar noch höheres Druckniveau für das zugesetzte Metall erforderlich wird. Das führt jedoch zu einer Erhöhung der Wandbelastung des Lichtbogenrohrs über die normalen Erfordernisse, und zwar bis zu 14 W/cm oder mehr, und kann Rißbildungen und andere Probleme bei dem Lichtbogenrohr 4 nach sich ziehen.

Aus der Beschreibung ist klar geworden, daß dann,.wenn die Farbwiedergabeeigenschaft wesentlich verbessert-werden soll und eine stabile Lampencharakteristik sichergestellt werden soll, bei Metalldampfentladungslampen mit einem äußeren Lampenkolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoff schicht bedeckt ist, welche einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet und die außerdem ein Lichtbogenrohr aufweisen, das in dem äußeren Lampenkolben angeordnet ist und entweder Zink oder Cadmium oder beide dieser Mettalle zusätzlich zu Quecksilber als Hauptleuchtbestandteile einschließt, es erforderlich ist, die Faktoren der Lampe so zu kombinieren, daß sie den folgenden drei Formeln genügen:

7	< ^WL < ^β TO "	14	Zn	20	= 2,	<^mCd	£ 0, m_z	η" ⁰⁾
0,	002 i m_cd
0,	⁵^g =
wobei

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D: Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs in cm L: Abstand zwischen den Elektroden in cm W_L: Leistungsaufnahme in W

nu : eingeschlossener Gehalt an Quecksilber/Einheit ^g des Rohrvolumens in mg/cm3

m_Cd: eingeschlossener Gehalt an Cadmium/Einheit des Rohrvolumens in mg/cnP

m_Zn: eingeschlossener Gehalt an Zink/Einheit des Rohrvolumens in mg/cm*

bedeuten. Es muß bemerkt werden, daß eine Metalldampfentladungslampe mit einer derartigen Struktur keine in so hohem Maße elektrisch negative Halogene umfaßt, wie das bei den Metallhalogenlampen der Fall ist. Weiterhin muß bemerkt werden, daß die erfindungsgemäßen Lampen nur ein Zündpotential eines ähnlichen Niveaus erfordern, wie die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe. Ein für Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gebräuchliches Vorschaltgerät kann daher zum Zünden dieses Lampentyps verwendet werden.

Im folgenden werden zu Vergleichszwecken mit den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einige Vergleichsbeispiele beschrieben.

Vergleichsbeispiel A

Es wird eine 400 W Leuchtstoff-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe der in Fig. 4 gezeigten Struktur hergestellt. Diese Lampe weist einen Durchmesser D des Lichtbogenrohrs von 1,95 cm und einen Abstand L zwischen den Elektroden von 6,9 cm auf. Im Lichtbogenrohr 4 sind 3,09 mg/cnr Quecksilber eingeschlossen. Die Lampe weist einen äußeren Lampenkolben 1 auf, dessen Innenwand mit 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors beschichtet ist. Diese Lampe weist eine niedrige Farbwiedergabezahl

von Ra 53 auf.

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Verglelchsbeispiel B

Es wird eine 400 W Quecksilberlampe mit der gleichen Struktur wie dia Lampe des obigen Beispiels A hergestellt. Dabei sind jedoch in das Lichtbogenrohr 4 2,72 mg/cm^ Quecksilber und 0,04 mg/cnr Cadmium eingeschlossen und die Innenwand des äußeren Lampenkolbens 1 ist nicht mit irgendeinem Phosphor 3 beschichtet. Diese Lampe weist eine niedrige

Farbwiedergabezahl von Ra 47,3 und eine hohe Färbtemperatur von 650O⁰K auf und emittiert unerwünschtes blaßblaues Licht.

Beispiel 16

Es wird eine 400 W Metalldampfentladungslampe der in Fig.4 gezeigten iitruktur hergestellt. Diese Lampe weist einen Durchmesser D des Lichtbogenrohrs von 1,95 cm und einen Abstand L zwischen den Elektroden von 6,9 cm auf. Im Lichtbogenrohr 4 sind 2,72 mg/cm⁵ Quecksilber und 0,04 mg/cnr Cadmium eingeschlossen. Die Lampe weist einen äußeren Lampenkolben 1 auf, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht 3 beschichtet ist, die 70 Gew.% durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphor und 30 Gew.% durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germamt-Phosphor umfaßt. Diese Lampe zeigt eine Farbwiedergabezahl von Ra 83 auf, was ein hohes Niveau der Farbwiedergabe bedeutet. In Fig. 16 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampfentladungslampe dargestellt.

Beispiel 17

Es wird eine 400 W Metalldampfentladungslampe hergestellt, die die gleiche Struktur wie die Lampe des Beispiels 16 aufweist. Der Abstand L zwischen den Elektroden beträgt jedoch 5,5 cm und in dem Lichtbogenrohr 4 sind 4,09 mg/ cnr Quecksilber und 0,3 mg/cnr Zink eingeschlosser. Diese Lampe weist eine Farbwiedergabezahl von Ra

0 30605/0116

71 auf, was ein hohes Niveau der Farbwiedergabe bedeutet. In Fig. 17 ist die spektrale Verteilung dieser Metalldampf entladungslampe dargestellt.

B e i s ρ i el 18

Es wird eine 100 W Metalldampfentladungslampe der in Fig.4 gezeigten Struktur hergestellt. Diese Lampe weist einen Durchmesser D des Lichtbogenrohrs von 0,92 cm und einen Ab stand L zwischen den Elektroden von 3»1 cm auf. Im Lichtbogenrohr 4 sind 5,63 mg/cnr Quecksilber und 0,08 mg/cnr Cadmium eingeschlossen. Die Lampe weist einen äußeren Lampenkolben 1 auf, dessen Innenwand mit einer Leuchtetoffschicht 3 beschichtet ist, welche 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphors und 30 Gev.% eines durch vierwertlges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors umfaßt. Diese Lampe weist eine Earbwledergabezahl von Ra 91.1 auf

Beispiel 19 . .

Es wird eine AO W Metalldampfentladungslampe der in Fig.4 gezeigten Struktur hergestellt. Diese Lampe weist einen Durchmesser D des Lichtbogenrohrs von 0,72 cm und einen Ab stand L zwischen den Elektroden von 1,65 cm auf. Im Lichtbogenrohr 4 sind 6,91 mg/cnr Quecksilber und 0,10 mg/cnr Cadmium eingeschlossen. Die Lampe weist einen äußeren Lampenkolben 1 auf, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht 3 beschichtet ist, die 70 Gew.% eines durch dreiwertiges Europium aktivierten Yttriumvanadat-Phosphors und 30 Gew.% eines durch vierwertiges Mangan aktivierten Magnesiumfluor-Germanat-Phosphors umfaßt. Diese Lampe weist

Farbwiedergabezahl von Ra 80,6 auf, was ein hohes Niveau der Farbwiedergabe bedeutet.

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-Y-

B e i s ρ i e 1 20

Es wird eine 40 W Metalldampfentladungslampe mit der gleichen Struktur wie die Lampe des Beispiels 19 hergestellt. Der Abstand L zwischen den Elektroden beträgt jedoch 1,45 cm und im Lichtbogenrohr 4 sind 8,9 mg/cnr Quecksilber eingeschlossen. Diese Lampe zeigt eine Farbwieder^abezahl von Ra 71 >5, was ein hohes Niveau an Farbwiedergabe bedeutet.

Alle in den Beispielen 16 bis 20 hergestellten erfindungsgemäßen Lampen können mittels eines Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen gezündet werden. In Tabelle 5 sind diese beispielhaften Ausführungsformen sowie die angeführten Vergleichsbeispiele zusammengestellt.

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Tabelle 5

	VgIB.	A	Lei stungs	Form.des Licht- bogenrohi's	Abst.zw. d.Elektr. L (cm)	Wandbelast. d. Lichtbo	eingeschl« Hg-Gehalt	.eingeschl. Gehalt an	Elektrische Eigen schaften	60	180	Lampen strom I_T (A) ^L	,25
	If	B	auf η . d. Lampe c (W)	Innen- iurchm. D(cm)	6,9	genrohrs W₁/? DL,	(ms/cnr)	zuges. Me tallen (ms/cm3)	Lampen spannung v_L(v)	47,3	110	3	,25
	Bsp.	16	400	1,95	6,9	9,46	3,09	0	130	55,8	110	3	,20
	It	17	400	1,95	6,9	9,46	2,72	m_cd 0,04	129	49,0	110	3	,2.0
	π	18	400	1,95	5,5	9,46	2,72	ⁿ 0,04	133,5	37,0	105	3	,94
	π	19	400	1,95	3,1	11,8	4,09	m~ 0,3 Zn	. 133,5	31,5	110	0	,495
C-)	η	20	100	0,92	1,65	11,2	•5,63	m_Cd 0,08	119,5	33,7	110	0	,43
co			40	0,72	1,45	10,7	6,91	" 0,10	99		0
CD t Ί	VgIB.	A	40	0,72	Farbtemp. ^L(°K)	12,2	8,9	" 0,010	105
) 5 / 0 1	η	B	Farbwieder- gabezahl Ra	3300	Licht- Lichtausbeute Zündpotential strom ψ r\ V_x (im) (lm/W) ^τ (V)
	Bsp.	16	53	6500	24 000
	R	17	48	4100	18 900
	R	18	- 83	4400	22 300
	η	19	71	4700	19 600
	η	20	91,	4600	3 700
		80.	4400	1 260
		71;	1 350




»1
,6
,5

Es muß angemerkt werden, daß in den Fällen der in den obigen Beispielen beschriebenen Metalldampfentladungslampen gute Ergebnisse beim Einschließen einer Spur von Halogen, wie Jod oder Brom, erhalten wurden. Beispielsweise vermag Halogen in einer Menge von 0,7 x 10 g-Atom oder weniger/cnr des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs 4 bei dem Lichtbogenrohr das Anhaften von Cadmium- oder Zinkoxiden und die Reaktion mit dem Quarz des Rohrs zu verhindern. Derartige Oxide neigen dazu, unter Mitwirkung von in dem Lichtbogenrohr vorhandenem Sauerstoff oder Feuchtigkeit gebildet zu werden. Diese Funktion des Halogens verhindert ein frühes Schwärzen des Lichtbogenrohrs und eine Rißbildung bei demselben. Die Menge des in der Weise eingeschlossenen Halogens ist so gering, daß das ZUndpotential immer noch tief genug bleibt, um eine Zündung mittels eines Vorschaltgeräts für Quecksilberdampf-Hochdrucklampen zu ermöglichen. Darüberhinaus wird keine Reaktion des Halogens mit den Elektronen emittierenden Materialien beobachtet, die den Elektroden appliziert 3ind

Die erfindungsgemäße Metalldampfentladungslampe ist aufgrund ihres hohen Farbwiedergabeniveaus für Zwecke der Innenbeleuchtung anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

(\J Metalldampf entladungslampe mit einem äußeren Lampen kolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet", wobei der äußere Lampenkolben in sich ein Lichtbogenrohr trägt, in das entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber als Hauptleuchtbestandteile eingeschlossen sind.

2. Metalldampfentladungslampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leuchtstoffschicht, umfassend Phosphore, von denen wenigstens 50 Gew.96 ein Rot emittierender Phosphor ist und der Rest ein durch vierwertiges Mangan aktivierter Magnesiumfluor-Germanat-Phosphor ist.

3. Metalldampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Äot emittierenden Phosphor oder Phosphore, umfassend durch dreiwertiges Europium aktiviertes Yttriumvanadat, wobei ein beliebiger Teil der Elemente, die in dem Matrixkristall des Vanadatphosphors enthalten sind, durch wenigstens eines der Elemente Phosphor, Arsen, Bor, Silicium, Gadolinium, Zink, Cadmium, Terbium oder Wismut ersetzbar sind.

A. Metalldampfentladungslampe, gekennzeichnet durch einen äußeren Lampenkolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet, wobei der äußere Lampenkolben in sich ein Lichtbogenrohr trägt, in dem entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber als Hauptleuchtbestandteile eingeschlossen sind,

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■und wobei die Anteile des Gesamtgehalts an entweder Zink öder Cadmium oder an beiden, bezogen auf die eingeschlossene Gesamtmenge dieses Gesamtgehalts und des Quecksilbergehalts, zwischen 0,1 und 50 Gew.% beträgt.

5. Metalldampfentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeschlossenen Quecksilbers zwischen 0,5 und 20 mg/cm . des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs beträgt.

6. Metalldampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 4 oder 5» gekennzeichnet durch eine Leuchtstoffschicht, die Phosphore umfaßt, von denen wenigstens 50 Gew.% ein Rot emittierender Phosphor ist und der Rest ein durch vierwertiges Mangan aktivierter Magnesiumfluor-Germanat-Phosphor ist.

7· Metalldampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rot emittierende Phosphor ein durch dreiwertiges Europium aktiviertes Yttriumvanadat ist, wobei ein beliebiger Teil des Vanadatphosphors durch wenigstens eines der Elemente Phosphor, Arsen, Bor, Silicium, Gadolinium, Zink, Cadmium, Terbium oder Wismut ersetzbar ist.

8. Metalldampfentladungslampe mit einem äußeren Lampenkolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in dem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet, wobei der äußere Lampenkolben in sich ein Lichtbogenrohr trägt, in dem entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber als Hauptle.uchtbestandteile eingeschlossen sind, und das Lichtbogenrohr

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Oj7 x 10" ■ g-Atom Halogen oder weniger/cm³ des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs einschließt.

9' Metalldampfentladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht Phosphore umfaßt_r von denen wenigstens 50 Gew.% ein Rot emittierender Phosphor ist und der Rest ein durch vierwertiges Mangan akti-vierter Magnesiumfluor-Germanat.-Phosphor ist.

10. Metalldampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rot emittierende Phosphor ein durch dreiwertiges Europium aktiviertes Yttriumvanadat ist, wobei ein beliebiger Teil des Vanadatphosphors, der in dessen Matrixkristall enthalten ist, durch wenigstens eines der Elemente Phosphor, Arsen, Bor, Silicium,Gadolinium, Zink, Cadmium, Terbium oder Wismut ersetzbar ist.

11. Metalldampfentladungslampe, gekennzeichnet durch einen äußeren Lampenkolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die immer einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 mn liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet, wobei der äußere Lampenkolben in sich ein Lichtbogenrohr trägt, in dem entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber als Hauptleuchtbeständteile eingeschlossen sind; und dadurch gekennzeichnet, daß die durch die folgenden drei Formeln ausgedrückten Forderungen erfüllt sind:

7 ,002 L < 14 2 (0 = ^mCd» ° * ⁿZn' (1) O " °Cd ^{+ m}Zh = I (2) O ¹¹¹Hg " 20 (3)

030605/0T16

W,: Leistungsaufnahme

D: Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs, cm

Li Abstand zwischen den Elektroden, cm

¹¹¹He' ^mCd ^un(^ ^mZn^{: ein}S©schlossene Metallgehalte

an Quecksilber, Cadmium .bzw. Zink pro Volumeneinheit

des Lichtbogenrohrs, mg/cm³, bedeuten.

12. Metalldampfentladungslampe mit einem äußeren Lampenkolben, dessen Innenwand mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die einen Rot emittierenden Phosphor oder Phosphore umfaßt, deren Emissionspeak in dem Wellenlängenbereich von 610 bis 630 nm liegt und deren Lumineszenz eine Linie bildet, wobei der äußere Lampenkolben in sich ein Lichtbogenrohr trägt, in dem entweder Zink oder Cadmium oder beide zusätzlich zu Quecksilber als Hauptleuchtbestandteile eingeschlossen sind, und das Lichtbogenrohr höchstens 0,7 x 10" g-Atom Halogen/cm³ des Innenvolumens des Lichtbogenrohrs einschließt; und dadurch gekennzeichnet , daß die durch die folgenden drei Formeln ausgedrückten Forderungen erfüllt sind:

0,002 ύ m_Cd + In_2n £ 2 (0 * m_cd, 0 * m_Zn) (2) 0,5 = B₈₈ ^ 20 (3)

₈
wobei

W^: Leistungsaufnahme

D; Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs, cm

L: Abstand zwischen den Elektroden, cm

^mHg* ^mCd ^^{1110 m}Zn^{: eln}S^eschlossen^e Metallgehalte an Quecksilber, Cadmium bzw. Zink pro Volumeneinheit des Lichtbogenrohrs, mg/cm^,
bedeuten.

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