DE3242752A1 - Elektrodenstabilisierte hochdruckentladungslampe mit leuchtzusaetzen - Google Patents

Description

• Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit
• Leuchtzusätzen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungslampe, die besonders vorteilhaft in wissenschaftlichen Geräten in Zusammenhang mit der Aufnahme oder Wiedergabe von Farbmaterialien (Mikrofotografie, Bildprojektion) sowie kombiniert mit lichtbündelnden Vorrichtungen auch für andere Beleuchtungszwecke bei hohen Ansprüchen an die Lichtqualität eingesetzt werden kann. Die Lampe eignet sich speziell zur Ablösung der für solche Zwecke üblichen Halogenglühlampen mit Farbtemperaturen im Bereich von 3200 + 200 K.
• Aus der umfangreichen Palette bekannter Gasentladungslicht quellen werden in technischen Vorrichtungen mit erhöhter Lichtkonzentration insbesondere Konstruktionen mit hoher Leuchtdichte (über 1,2 . 108 cd/m2) eingesetzt, die die Abstrahlung elektrodenstabilisierter Lichtbögen ausnutzen. Als r t allein strahlende Bogenmedien kommen dafür vor allem Quecksilberdampf und Xenon (z.B. DD-WP 133 614) in Frage Eine weitere Klasse für diesen Zweck geeigneter Entladungslampen benutzt Füllungen, die diesen Grundgasen einen Leuchtzusatz wie z.B. Indiumjodid hinzufügen (siehe z.B. Wissenschaftlich-technische Abhandlungen der Osram-Gesellschaft Bd.9 (1972), S. 1 ff. bzw. US-PS 3,989,970). Auch die simultane Verwendung mehrerer Leuchtzusätze ist aus zahlreichen Patentschriften bekannt. Diese Leuchtzusatzkombinationen bestehen im allgemeinen aus Halogenverbindungen von Elementen wie Natrigm, Thallium, Indium, Gallium, lithium, Dysprosium, Scandium usw. (z.B. DE-AS 1 814 095 oder DE-OS 2 422 411). eben diesen vorzugsweise durch die Emission von Atom- bzw. :tonenlinien in Erscheinung tretenden Zusätzen werden auch Molekülstrahlungsprozesse der Halogenide von Zinn, Aluminium, Quecksilber usw. genutzt (z.B. DE-OS 2 840 771 oder DE-OS 2 924 463).
• Die genannten Lampensysteme, die zur Strahlungserzeugung höchstens einen Leuchtzusatz nutzen, können grundsatzlich keine hohen Farbwiedergabeansprüche bei gleichzeitig niedriger Farbtemperatur (< 3500 K) befriedigen. Die übrigen bekannten Systeme mit komplexerer Füllung sind dagegen entweder wegen zu-geringer spezifischer Bogenleistung nicht zur Erzielung hoher Leuchtdichten geeignet (DE-OS 2 840 771), oder verwenden Leuchtzusatzkombinationen, die andere wesentliche Nachteile besitzen. Typische Nachteile sind zu große Intensitätsunterschiede im sichtbaren Spektralbereich bzw. starke räumliche Farbinhomogenitäten des Lichtbogens (z. B.
• G3-PS 1,110,018). Ein besonderer Mangel von Systemen-mit hoher Zinnhalogeniddosierung besteht in der Ausbildung stark absorbierender Randschichten, die durch konvektive Bewegungen zu erheblichen Abstrahlungsschwankungen führen können.
• Ziel der Erfindung ist eine Gasentladungslampe, die im Dauerbetrieb Leuchtdichten von über 2 . 108 cd/m2 (in einem aus dem Elektrodenspitzenabstand und der Intensitätshalbwertsbreite begrenzten Meßfeld), bei Farbtemperaturen im Bereich von 3000 - 4600 K, Farbwiedergabeindices von Aber 90 und Farbaspekten von 0 + 0,005 ermöglicht.
• Hauptursache für die technischen Nachteile der bekannten Gasentladungslampen ist die stofliche Zusammensetzung der verwendeten Lampenfüllungen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch eine verbesserte Lampenfüllung und die Verwendung geeigneter Entladungsgefäße günstigere Abstrahlungsbedingungen zu schaffen, Die erfindungsgemäße Lampenfüllung basiert auf den Elementen Quecksilber, Indium (bzw0 Gallium), Natrium, Lithium, Thallitim, Zinn (bzw. Aluminium) sowie den Molekülbildungspartnern Jod,-Brom und Chlor; als Zündhilfe wird - wie allgemein üblich - eine bestimmte Edelgasmenge verwendet.
• Erfindungsgemäß liegen im Entladungsgefäß pro cm3 0,018 bis 1,8 mg Ar; 10 bis 200 mg Hg; 0,62 bis 6,2 mg In; 0,015 bis 0,6 mg Na; 2,5 bis 50 µg Li; 0,065 bis 0,65 mg Sn; 1 bis 17 mg J und maximal 1,2 mg Tl vor, wobei J moläquivalent bis zu 50 % durch Br und/oder Cl ersetzbar ist, In durch Ga, Sn durch Al und Ar durch andere Edelgase moläquivalent tollstandig oder teilweise ersetzt werden können.
• Das Quecksilber übernimmt die Funktion des Puffergases und tritt daneben durch die Emission von Atomlinien sowie als Halogenverbindung durch Molekülstrahlungsprozesse in: Erscheinung. Ein weiterer Hauptbestandteil ist Indium (teilweise oder,, vollständig ersetzbar durch Gallium). Durch seinen hohen Partialdruck werden die beiden Indiumresonanzlinien 410,2 und. r 451,1 nm (bzw. Galliumresonanzlinien 403,3 und 417,2 nm) start; selbstumgekehrt, wie dies von hoch dotierten Indium(Gallium)-Entladungslampen bekannt ist. Im gesamten übrigen sichtbaren Spektralbereich erfolgt dagegen durch die langwelligen Flügel der Resonanzlinien und durch Indiumhalogenid-(bzw. Galliumhalogenid-)Molekülkontinua eine intensive Abstrahlung, in der die kurzwelligen Anteile nicht mehr dominieren.
• Das durch einen hohen Halogenanteil im Entladungsgefäß vorhandene Quecksilberhalogenid ist (im Unterschied zu anderen Molekülen) auch in den zentralen Teilen des Lichtbogens, trotz der dort vorliegenden hohen Temperaturen, noch in bemerkenswert hoher Konzentration undissoziiert vertreten. Neben einer kräftigen kontinuierlichen Emission, die für die Erzie-f lung hoher Leuchtdichten eine bedeutende Rolle spielt, bewirkt insbesondere Quecksilberjodid im Bereich unterhalb 460 nm ,eine starke Reduzierung der Plasmaabstrahlung durch Absorption. Im Zusammenspiel mit der Selbstabsorption der genannten Indium- bzw. Galliumlinien trägt dies wesentlich zur gewünschten Farbtemperaturabsenkung bei.
• Dieses lichttechnisch hochwertige Grundspektrum wird durch die z.T. erheblich verbreiterten Resonanzlinien der Elemente Natrium und Lithium (eventuell ergänzt durch Thallium) weiter verbessert.
• Im Interesse einer hohen Lampenlebensdauer sollten die Wandtemperaturen des Entladungsgefäßes möglichst niedrig gehalten werden. Da jedoch die für eine optimale Abstrahlung notwendigen Dampfdrücke einiger Halogenverbindungen erst bei Minimaltemperaturen im Entladungsgefäß von über 700 0C entstehen würden, erweist es sich. als günstig, die Verdampfung durch Molekülkomplexe zu fördern. Als Komplexpartner insbesondere £Wr das Natriumhalogenid werden neben dem ohnehin vorhandenen Indium-(bzw. Gallium-)Halogenid in wesentlichem Umfang Halogenverbindungen der Element Zinn und/oder Aluminium wirksam.
• Auf Grund ihrer Füllmengenbegrenzung treten diese Zusätze nur in geringerem Maße .direkt durch Emissions- oder Absorptionsprozesse in Erscheinung.
• Für den Betrieb des Lichtbogens werden Entladungsgefäße aus durchsichtigen, hochtemperaturfesten Werkstoffen verwendet.
• Eine zusatzllche Verbesserung der Langzeitstabilität kann durch eine temperaturbeständige Beschichtung der Innenwand mit Stoffen wie z.B Al2O3 erzielt werden. Das Temperaturprofil der Entladungsgefäßwand kann durch partielles äußeres Auftragen von Stoffen wie Zr02, Al2O3, Graphit oder korrosionsbeständigen Metallen, sowie durch die Anwendung von Hüllkolben (die mit zusätzlichen wärmereflektierenden Schichten versehen sein können) gezielt angehoben werden.
• Zur-Ausbildung eines elektrodenstabilisierten Lichtbogens mit ausreichend hohen Leuchtdichten, beträgt der Elektrodenabstand in cm erfindungsgemäß maximal 0,06 (N ist die in Watt geme @@en@ elektrische Bogenleistung) und die spezifische Bogenleistung ineh als 0,3 kW pro cm Bogenlänge.
• Die Energieverteilung des Spektrunms einer erfindungsgemäßen Lampe ist in Fig. 1 im 5 nm-Raster dargestellt. Sie dokumentiert die ungewöhnliche spektrale Ausgewogenheit des erzeug te Lichts Eine erfindungsgmeäße Hockdruckentladungslamp besteht aus einem annähernd kugelförmigen Entladungsgefäß aus Kieselglas ohne zusätzlichen Hüllkolben mit einem Innenvolumen von 1, cm3. Der Abstand der Elektrodenspitzen beträgt 2,8 nm.
• In diesem Gefäß befinden sich neben 0,16 mg Ar als Zündgas, 7Q rng Hg; 2,4 mg InJ; 2 mg HgJ; 1,2 mg Naj; 0,3 mg LiJ; 0,1 mg TlJ sowie 0,7 mg SnJ2. Die mit einem Vorschaltgerät an 220 V Wechselspannung betriebene Entladung konvertiert nach einer Einbrennzeit von 10 min eine elektrische Leistung von @50 W. Die Harbtemperatur beträgt 3400 K, die Beuchtdiehte (in einem Meßfeld 0,8 x 2,8 mm) mehr als 21 . 108 cd/m2.

Claims (5)

1. Patentanspruch 1. Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit Leuchtzusätzen in einem abgeschlossenen Entladungsgefäß aus durchsichtigen, hochtemperaturfesten Werkstoffen und mindestens zwei Hauptelektroden, gekennzeichnet dadurch, daß im Entladungsgefäß pro cm3 Rauminhalt folgende Mengen chemiseher Elemente vorliegen, die untereinander Verbindungen eingehen können: 0,018 bis 1,8 mg Argon; 10 bis 200 mg quecksilber; 0,62 bis 6,2 mg Indium; 0,015 bis 0,6 mg Natriwa; 2,5 bis 50 µg Lithium; 0,065 bis 0,65 mg Zinn; 1 bis 17 mg Jod; maximal 1,2 mg thallium, daß der Spitzenabstand der Hauptelektroden in cm weniger als 6 % des Betrages der Quadratwurzel aus der elektrischen Bogenleistung in Watt beträgt und die spezifische Bogenleistung 0,3 kW pro cm Bogenlänge übertrifft.
2. 2. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Jod moläquivalent zu maximal 50 % durch Brom und/oder Chlor ersetzt ist.
3. 3e Hochdruckentladungalampe nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Indium moläquivalent vollständig oder teil-@ @@ weise durch Gallium ersetzt ist.
4. - 4. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 3, gekennzeich-@ net dadurch, daß Zinn molaquivalent vollständig oder teilweise durch Aluminium ersetzt ist.
5. 5. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Zündgas Argon molaquivalent vollständig oder teilweise durch andere Edelgas ersetzt ist.