DE3427280C2

DE3427280C2 - Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE3427280C2
Application number: DE3427280A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. 8028 Taufkirchen Dobrusskin; Walter 8000 München Kiele; Bernd Dipl.-Phys. Lewandowski
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3577496D1; DE3427280A1; US4647814A; EP0169510A2; EP0169510A3; EP0169510B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme größer 4000 W, einem Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestem, lichtdurchlässigen Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas und Halogeniden von Holmium und/oder Dysprosium, wobei die Lampe eine spezifische Wandbelastung zwischen 50 und 120 W/cm² und eine spezifische Bogenleistung zwischen 1000 und 5000 W/cm besitzt.

Aus der DE-PS 19 40 539 und der DE-PS 21 14 804 sind Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen mit Zusatz von Halogeniden der Seltenen Erden, insbesondere von Dysprosium und/oder Holmium und/oder Thulium bekannt. Diese Lampen mit einer Lichtausbeute von größer 85 lm/W sollen Strahlung abgeben, die eine möglichst tageslichtähnliche spektrale Zusammensetzung und eine Lichtfarbe von ca. 6000 K mit einem Farbwiedergabeindex von größer 90 besitzt. Lampen dieser Art werden insbesondere in Beleuchtungssystemen für Bühne, Film und Femsehen eingesetzt, wo eine möglichst tageslichtähnliche Farbtemperatur und eine sehr gute Farbwiedergabe benötigt werden.

Es zeigte sich, daß Lampen mit dieser Füllungszusammensetzung und Aufnahmeleistung unter 4000 W Licht erzeugen, das die gewünschten Werte der Farbtemperatur und der Farbwiedergabe erreicht. Bei Lampen höherer Leistungsaufnahme und gleicher Halogenidzusammensetzung geht jedoch die Farbtemperatur des Lichts deutlich zurück, so daß diese Lampen die an sie gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen.

Eine Farbtemperatur von ca. 6000 K ist deshalb notwendig, weil durch den Einbau solcher Lampen in Beleuchtungssysteme die Farbtemperatur des ausgesandten Lichts aufgrund der Konstruktion und Ausgestaltung des Systems um einige 100 K sinkt Für die Erstellung guter Film- bzw. Fernsehaufnahmen muß aber das Beleuchtungslicht eine Farbtemperatur von ca. 5600 K

ίο aufweisen, so daß die Lampen ohne Beleuchtungssystem ein Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 6000 K besitzen sollten.

Es ist weiter bekannt, daß durch Zugabe von bestimmten Füllungssubstanzen das von der Lempe ausgesandte Spektrum verändert werden kann und sich so unterschiedliche Farbtemperaturen erhalten lassen. So wird z. B. in der DE-OS 22 01 831 und in der DE-AS 23 07 631 dargelegt, daß durch Elemente wie Scandium, Gadolinium oder Indium das Spektrum im blauen WeI-lenlinienbereich zwischen 400 und 530 nm aufgefüllt werden kann.

In einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe laufen aufgrund des Halogenkreislaufs zwei konkurrierende Prozesse ab. Während im Zentrum des Bogens die Moleküle der Metallhalogenid-Salze dissoziieren, findet außen eine Rekombination, d. h. eine erneute Molekülbildung statt. Wir haben es daher bei Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen sowohl mit der Strahlung der einzelnen Atome und Ionen als auch mit MoIekülstrahlung in den Außenbereichen des Bogens zu tun. Hinzu kommt, daß ein gewisser Prozentsatz an Strahlung im Entladungsbogen selbst absorbiert wird und teilweise durch Anregung im Außenbereich des Bogens zur Emission weiterer Strahlung führt. Besonders kompliziert gestalten sich diese Vorgänge bei den Salzen der seltenen Erden, da es sich hierbei um Komplexbildner handelt, die ein Quasikontinuumspektrum erzeugen. Mit der Zunahme der Leistungsaufnahme bei solchen Lampen, insberondere bei Leistungen über 4000 W, verstärken sich diese Effekte, wobei dann durch die hohen Temperaturen auch noch Entglasungserscheinungen hinzukommen.

Aus den oben genannten Gründen ist es nicht zulässig, sich jede Füllungskomponente als einen Vektor im Farbdiagramm vorzustellen, wobei durch entsprechende Vektoraddition, d. h. Erstellung von Vektorparallelogrammen der endgültige Farbort für die jeweilige Lampe im Farbdiagramm und damit die entsprechende Farbtemperatur der Lampe erhalten werden kann. Vielmehr weisen — um im gleichen Bild fortzufahren — die einzelnen Vektoren aufgrund der oben angedeuteten komplexen Vorgänge im Bogen einer solchen Metallhalogenid-Entladungslampe Matrix-Komponenten auf, die eine einfache Vektoraddition unmöglich machen.

Berechnungen der spektralen Eigenschaften einer bestimmten Füllungszusammensetzung sind nicht sinnvoll, da durch die zahlreichen und komplizierten Abhängigkeiten der Einzelparameter eine strenge Aussage bezüglich Farbort und Farbwiedergabe nicht möglich ist.

Eine Füllung, die ein Spektrum mit einer hohen Farbtemperatur und einem hohen Farbwiedergabeindex in einer Hochdruckentladungslampe mit hoher Leistungsaufnahme erzeugt, ist daher nur durch langwierige und umfangreiche Experimente mit einer großen Zahl von Versuchslampen unterschiedlichster Füllungszusammensetzungen zu erhalten.

Es ist daher von entscheidender Bedeutung, aus welchen und wievielen Komponenten die Füllung zusam-

mengesetzt ist und in welcher Mengenverteilung die einzelnen Komponenten im Entladungsgefäß vorliegen.

Ziel der Erfindung war es daher, Metallhalogenidzusammensetzungen und Mengenbereiche für diese Zusammensetzungen zu finden, mit denen sich auch bei 5 Hochdruckentladungslampen mit Leistungsaufnahmen deutlich über 4000W Licht erzeugen läßt, das eine Farbtemperatur von ca. 6000 K bei sehr guter Farbwiedergabe besitzt

Die Metalinalogenid-Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß zur Erzielung einer Farbtemperatur von ca. 6000 K und eines Farbwiedergabeindexes Ra von größer 90 Holmium und/oder Dysprosium in einer Menge von jeweils 0,1 bis 2,4 mg pro cm³ des Gefäßes enthält, und daß zusätzlich Gadoliniumhalogenid im Entladungsgefäß vorhanden ist, wobei das Gadolinium in einer Menge von 0,01 bis 2,3 mg pro cm³ des Gefäßes vorliegt.

Für eine Füllungszusammensetzung mit Mengen unterhalb der unteren Grenzen erfährt die Lampe einen hohen Lichtausbeuteverlust, wobei sich die Strahlungsemission der reinen Quecksilberemission annähen. Bei Füllungszusammensetzungen mit Mengen oberhalb der oberen Grenzen findet eine »Sumpfbildung« in der Lampe statt, die eine verstärkte Absorption von Strahlung und damit eine Verschiebung des Farbortes bewirkt. Nur bei Füllungsmengen innerhalb der angegebenen Mengenbereiche ist eine Farbtemperatur von 6000 K und ein Farbwiedergabeindex Ra von größer 90 gewährleistet.

Für eine lange mittlere Lebensdauer ist ein gut funktionierender Halogen-Kreislauf von besonderer Bedeutung. Optimale Bedingungen für eine mittlere Lebensdauer von 250 Stunden werden bei der obigen Lampe erzielt, wenn das Entladungsgefäß als Halogene Brom und/oder Jod enthält und diese Elemente in einem das stöchiometrische Verhältnis der Seltenerdhalogenid-Verbindungen übersteigenden Halogenüberschuß im Entladungsgefäß vorliegen.

Das Entladungsgefäß enthält außerdem zur Erzeugung eines diffusen Bogenansatzes Cäsium. Die Menge des Cäsiums muß dabei so bemessen sein, daß sie für eine Bogenstabilisierung gerade ausreicht. Sie darf diese Menge jedoch nicht überschreiten, da Cäsium die Entglasung beschleunigt und die hier vorliegenden hochbelasteten Lampen Kolbentemperaturen von ca. 900⁰C besitzen, die nur wenig unterhalb des Transformationspunktes für Quarzglas bei ca. 1100⁰C liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe.

F i g. 2 zeigt ein Spektrum des Lichts, wie es von der in F i g. 1 dargestellten Lampe abgegeben wird, im Vergleich zu einem Tageslichtspektrum.

In F i g. 1 ist eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 12 000 W dargestellt. Das Entladungsgefäß 2 aus Quarz mit einer Wandstärke von 5 mm und einem Außendurchmesser d\ von 65 mm besitzt zwei Lampenschäfte 3, 4. Die Gesamtlänge /, mit den Schäften 3, 4 beträgt 465 mm. Die stabförmigen Wolframelektroden 5, 6 sind über Molybdänfolien 7, 8, die vakuumdicht in die Lampenschäfte 3,4 eingeschmolzen sind, mit den Hülsensokkeln 9, 10 verbunden, die einen Durchmesser d₂ von 25,5 mm und eine Länge h von 60 mm haben. Die genormten Sockel 9,10 vom Typ K 25s besitzen außerdem Anschlußkabel 11, 12 von 150 mm Länge mit Kabelschuhen 13,14.

Das Entladungsgefäß 2 mit einem Volumen von 105,5 cm³ und einem Elektrodenabstand von 32 mm besitzt eine Füllung, die sich aus 12,6 mg Ho, 12,0 mg Gd, 60,6 mg CsBr, 90,0 mg HgBr₂ und 70,7 mg HgJ₂ sowie zusätzlich 939,6 mg elementarem Hg und 400 hPa Ar zusammensetzt.

Die Lichtausbeute der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Farbtemperatur von 6000 K und einem Farbwiedergabeindex Ra von größer 95 beträgt 84 lm/W. Die Lampe wird an einer Versorgungsspannung von 380 V in Brennstellung ρ 15 betrieben und besitzt dabei eine Brennspannung von 225 V bei einer Stromstärke von 65 A.

In F i g. 2 ist ein Spektrum des Lichts im Bereich einer Wellenlänge zwischen 350 und 780 nm, wie es von der in F i g. 1 dargestellten Lampe abgegeben wird, einem Tageslichtspektrum D (60) (nach CiE-Norm) mit einer Farbtemperatur von 6000 K gegenübergestellt. Die Figur zeigt, daß die spektrale Strahlstärke der erfindungsgemäßen Lampe weitgehend mit der Tageslichtkurve von 6000 K übereinstimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) mit einer Leistungsaufnahme größer 4000 W, einem Entladungsgefäß (2) aus hochtemperaturfestem, lichtdurchlässigen Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden (5, 6) sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas und Halogeniden von Holmium und/oder Dysprosium, wobei die Lampe eine spezifische Wandbelastung zwischen 50 und 120 W/cm² und eine spezifische Bogenleistung zwischen 1000 und 5000W/cm besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) zur Erzielung einer Farbtemperatur von ca. 6000 K. und eines Farbwiedergabeindexes Ra von größer 90 Holmium und/oder Dysprosium in einer Menge von jeweils 0,1 bis 2,4 mg pro cm³ des Gefäßes (2) enthält, und daß zusätzlich Gadoliniumhalogenid im Entladungsgefäß (2) vorhanden ist, wobei das Gadolinium in einer Menge von 0,01 bis 2,3 mg pro cm³ des Gefäßes (2) vorliegt.

2. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) als Halogene Brom und/ oder Jod enthält.

3. Metallhalogenid- Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) einen das stöchiometrische Verhältnis der Seltenerd-Halogenidverbindungen übersteigenden Halogenüberschuß aufweist.

4. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) Cäsium enthält.