DE4308217C2

DE4308217C2 - Lichtbogenröhre einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE4308217C2
Application number: DE4308217A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Irisawa; Yasuyoshi Numajiri; Kunimasa Mochiduki
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2013-03-16
Also published as: DE4308217A1; GB9304914D0; JP2878520B2; GB2265251A; US5402037A; FR2688936B1; GB2265251B; FR2688936A1; JPH05266862A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einem kugelförmigen Entla dungsgefäß. Entladungslampen von diesem Typ werden in der letzten Zeit vermehrt als Röhre für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs aufgrund der hervorragenden Licht wirksamkeit, Farbgebungscharakteristik und langen Haltbarkeit im Vergleich zu einer Glühbirne eingesetzt.

Eine Entladungslampe ist gemäß der Darstellung in Fig. 13 aufgebaut. Eine Lichtbogenröhre 4 ist durch ein Paar von metallischen, leitfähigen Haltern 2 und 3 gehalten, die sich von einer isolierenden Basis 1 aus erstrecken. Die Lichtbogenröhre 4 weist in ihrer Mitte eine geschlossene Glaskugel 4a und an deren beiden Seiten klemmversiegelte Bereiche 4b auf, welche durch Klemmversiegeln der zwei offenen Endbereiche einer Quarzglasröhre gebildet sind. Eine Elektrodenanordnung 5, die aus einer Wolframelektrode 5a, einer Molybdänfolie 5b und einem Molybdänleitungsdraht 5c gebildet ist, wird versiegelt in jedem der klemmversiegelten Bereiche 4b in einer solchen Weise gehalten, daß die Elektroden 5a sich in die geschlossene Glaskugel 4a und die Leitungsdrähte 5c sich nach außen von den klemmversiegelten Bereichen 4b erstrecken. Die Leitungsdrähte 5c sind mit den entsprechenden Leitungshaltern 2 beziehungsweise 3 verschweißt, welche als Lichtbogenröhrenhalteelemente und als Stromversorgungsleitungen für die Leitungsdrähte 5c dienen. Lichtemittierende Materialien, das heiß Quecksilber und Metalliodide, sind zusammen mit einem Edelgas (Xe) versiegelt in dem Entladungsbereich, das heißt in der verschlossenen Glaskugel 4a der Lichtbogenröhre 4, eingefüllt.

Aus der DE 39 04 927 A1 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, bei der es vorteilhaft ist, das Volumen der Glaskugel im Bereich zwischen 10 bis 100 mm³ zu halten und dabei 2 bis 10 mg Quecksilber und 2 bis 50 mg Metalliodid vorzusehen und den Xe-Gasdruck auf 2 bis 15 bar zu halten.

Um die Lichtbogenröhre stabil ohne Löschen des Lichtbogens, Anwachsen der Zünd-(Bogenansetz)Spannung oder Bruch der Lichtbogenröhre zum Leuchten anzuregen, wird vorzugsweise eine Spannung von 80 bis 90 Volt (Röhrenspannung) an die Lichtbogenröhre angelegt. Zum angemessenen Betrieb der Lichtbogenröhre ist es notwendig, daß das abgegebene Licht der Lichtbogenröhre passend in Lichtstromdichte, Farbtemperatur und Farbart ist. Allerdings sind bisher keine Standardbereiche für die Mengen von Quecksilber und Metalliodiden in der geschlossenen Glaskugel und für den Xe-Gasdruck angegeben worden, um eine passende Lichtstromdichte, Farbtemperatur und Farbart zu erhalten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungslampe zu schaffen, die eine geeignete Lichtstromdichte, Farbtemperatur sowie Farbart aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wird die Entladungslampe als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendet, wird die Größe der Entladungslampe natürlich entsprechend zur Größe des Lampenkörpers bestimmt. Die Größe der Lichtbogenröhre, welche der Lichtquellenkörper ist, wird entsprechend bestimmt. Im Falle einer Lichtbogenröhre für eine Entladungslampe ist es allgemein wünschenswert, daß das Volumen der geschlossenen Glaskugel, die den lichtemittierenden Bereich der Lichtbogenröhre bildet, im Bereich von 20 bis 50 µl liegt.

Die Röhrenspannung der Lichtbogenröhre liegt, wie oben beschrieben vorzugsweise im Bereich von 80 bis 90 V. Der Pegel des von der Lichtbogenröhre ausgegebenen Lichts ist so bestimmt, daß eine vor dem Fahrzeug liegende Straße ausreichend beleuchtet wird und gleichzeitig Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge nicht geblendet werden, wobei die Lichtstromdichte im Bereich von 3.200 bis 3.500 Lumen, die Farbart (x) im Bereich von 0,38 bis 0,39, die Farbart (y) im Bereich von 0,39 bis 0,40 und die entsprechende Farbtemperatur im Bereich von 4.000°K bis 4.500°K liegen muß. Die Lichtstromdichte, Farbtemperatur, Farbart (x), Farbart (y) und Röhrenspannung stehen in Beziehung zu den Dichten des Metalliodids und des Quecksilbers in der geschlossenen Glaskugel und zu dem Gasdruck des eingefüllten Xe wie in den Fig. 1 bis 12 dargestellt.

Um die oben erwünschte Lichtstromdichte, Farbtemperatur, Farbton und Röhrenspannung zu erhalten, sollte die Dichte des Quecksilbers im Bereich von 2 × 10^-2 bis 4 × 10^-2 mg/µl, die Dichte des Metalliodids im Bereich von 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl und der Gasdruck des eingefüllten Xe im Bereich von 3 bis 6 bar liegen. Das heißt, wenn die Dichte des Quecksilbers größer als 4 × 10^-2 mg/µl ist, ist die Röhrenspannung höher als 100 V, was folglich die Stabilität und die Dauer des Bogens beeinträchtigt. Ist die Dichte des Quecksilbers niedriger als 2 × 10^-2 mg/µl, wird die Röhrenspannung niedriger als 80 V sein, wodurch die Kontinuität der Beleuchtung nachteilig beeinflußt wird. Ist die Dichte des Metalliodids niedriger als 6 × 10^-3 mg/µl, erreicht die Lichtstromdichte nicht 3.200 Lumen. Das heißt, die minimal erwünschte Leuchtstärke wird nicht erhalten. Ist andererseits die Dichte des Metalliodids höher als 12 × 10^-3 mg/µl, bildet sich überschüssiges, nichtverdampftes Iodid als Iodidansammlung auf der Innenfläche der geschlossenen Glaskugel der Lichtbogenröhre. Die folglich gebildete Iodidansammlung führt zu einer Irregularität der Farbe des Scheinwerfers und verursacht die Emission eines grellen Lichtstrahls. Ist der Gasdruck des eingefüllten Xe geringer als 3 bar, wird die Farbtemperatur zu hoch, das heißt sie erreicht 4.800°K oder mehr. Übertrifft der Druck 6 bar, wird die Röhrenspannung höher als 90 V, was die Stabilität und Dauer des Lichtbogens nachteilig beeinflußt.

Gemäß der Erfindung werden wünschenswerte Standardbereiche für die Dichten des Quecksilbers und des Metalliodids, die in die geschlossene Glasröhre der Lichtbogenröhre einfüllbar sind, und für den Gasdruck des eingefüllten Xe angegeben. Durch entsprechende Auswahl der Quecksilberdichte, der Metalliodiddichte und des Gasdrucks des eingefüllten Xe aus den auf diese Weise bestimmten Standardbereichen erhält man eine Lichtbogenröhre, die einen Lichtstrahl bei einer angemessenen Röhrenspannung emittiert, im wesentlichen konstant in der Lichtstromdichte, im Farbton und in der Farbtemperatur ist, und die vorausliegende Fahrbahn mit einem solchen Niveau beleuchtet, daß sie für einen Fahrer mit Leichtigkeit erkennbar ist, aber einen Fahrer eines entgegenkommenden Fahrzeugs nicht blendet.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Lichtstromdichte von der Dichte (mg/µl) des Metalliodids in einer geschlossenen Glaskugel;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Farbtemperatur von der Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Farbart x von der Dichte des Metallliodids in der geschlossenen Glaskugel;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Farbart y von der Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Röhrenspannung von der Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel;

Fig. 6 eine graphische Darstellung von Röhrenspannung, Farbtemperatur und Lichtstromdichte in Abhängigkeit von der Quecksilberdichte;

Fig. 7 eine graphische Darstellung von Röhrenspannung, Farbtemperatur und Lichtstromdichte in Abhängigkeit vom Gasdruck des eingefüllten Xe;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Spektralverteilung des von der geschlossenen Glaskugel abgegebenen Lichts bei Änderung der Metalliodiddichte

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Spektralverteilung des von der geschlossenen Glaskugel abgegebenen Lichts bei Änderung der Quecksilberdichte und des Gasdrucks des eingefüllten Xe;

Fig. 10 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung der Lichtstromdichte, Farbtemperatur, Farbart (x), Farbart (y) und Röhrenspannung in Abhängigkeit von der Metalliodiddichte;

Fig. 11 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung von Lichtstromdichte, Farbtemperatur, Farbart (x), Farbart (y) und Röhrenspannung in Abhängigkeit von der Quecksilberdichte;

Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung von Lichtstromdichte, Farbtemperatur, Farbart (x), Farbart (y) und Röhrenspannung in Abhängigkeit vom Gasdruck des eingefüllten Xe; und

Fig. 13 einen Querschnitt einer Entladungslampe.

Eine Lichtbogenröhre gemäß eines Ausführungsbeispiels weist den in Fig. 13 dargestellten Aufbau wie bei einer bekannten Lichtbogenröhre auf. Allerdings sei angemerkt, daß die Lichtbogenröhre gemäß des Ausführungsbeispiels sich von einer bekannten Lichtbogenröhre in den Dichten der lichtemittierenden Materialien unterscheidet, insbesondere des Metalliodids (Natriumiodid und Scandiumiodid) und des Quecksilbers, sowie des Edelgases, insbesondere Xe-Gas, die versiegelt in der geschlossenen Glaskugel 4a eingefüllt sind. Weiterhin ist der Druck des Xe-Gases, im folgenden als Gasdruck des eingefüllten Xe bezeichnet, im Vergleich zur bekannten Lichtbogenröhre anders.

Das heißt, in der geschlossenen Glaskugel 4a der Lichtbogenröhre gemäß dem Ausführungsbeispiel beträgt die Dichte des Metalliodids 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl, die Dichte des Quecksilbers 2 × 10^-2 bis 4 × 10^-2 mg/µl und der Gasdruck des eingefüllten Xe 3-6 bar. In diesem Fall, wenn die Röhrenspannung 80 bis 90 V beträgt, ist die Lichtstromdichte des emittierten Lichts 3.200 bis 3.500 Lumen, die Farbart (x) 0,38 bis 0,39, die Farbart (y) 0,39 bis 0,40 und die Farbtemperatur 4.000 bis 4.500°K.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Lichtstromdichte von der Dichte (mg/µl) des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel. Es ist offensichtlich, daß die Lichtstromdichte im wesentlichen mit der Menge (Dichte) des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel anwächst. Wenn allerdings die Dichte größer als 1,5 × 10^-2 mg/µl ist, nimmt die Zuwachsrate ab. Das heißt, die Lichtstromdichte tendiert zum Abnehmen. Wie weiterhin in Fig. 1 erkennbar ist, soll zum Erhalt einer erwünschten Lichtstromdichte (3.200 bis 3.500 Lumen) die Metalliodiddichte wenigstens 6 × 10^-3 mg/µl sein.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Farbtemperatur von der Dichte (mg/µl) des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel. Wie offensichtlich ist, nimmt die Farbtemperatur ab, wenn die Menge (Dichte) des Metalliodids zunimmt. In dem Fall, in dem die Menge des Iodids anwächst, wird ein Überschuß des Iodids nicht verdampft, da der Dampfdruck begrenzt ist, und folglich bildet sich auf der inneren Oberfläche der geschlossenen Glaskugel eine Iodidansammlung. Eine solche Iodidansammlung ist gelb und wirkt daher als Lichtfilter, wodurch eine Farbabweichung erzeugt wird. Weiterhin streut die Iodidansammlung Lichtstrahlen von dem Lichtbogen. Wird eine solche Lichtbogenröhre für einen Scheinwerfer verwendet, emittiert dieser aufgrund der Iodidansammlung einen grellen Lichtstrahl. Ist die Menge (Dichte) des Metalliodids gering, unterliegt die Lichtausgabe Fluktuationen. Folglich ergibt sich, daß die Dichte des Metalliodids 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl sein sollte, um eine erwünschte Farbtemperatur von 4.000 bis 4.500°K zu erhalten.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Farbart (x) von der Dichte (mg/µl) des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel. Fig. 4 zeigt eine entsprechende Darstellung der Abhängigkeit der Farbart (y) von der Dichte (mg/ul) des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel. Wie sich aus diesen Figuren ergibt, sollte die Farbart (x) 0,38 bis 0,39 und die Farbart (y) 0,39 bis 0,40 sein, damit das emittierte Licht der Lichtbogenröhre im wesentlichen gleich der Farbart des natürlichen Sonnenlichts ist. Zu diesem Zweck sollte das Metalliodid eine Dichte von 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl aufweisen.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der Spektralverteilung des von der Lichtbogenröhre emittierten Lichts, wenn die Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel variiert. Beträgt die Dichte des Metalliodids 24 × 10^-3 mg/µl (siehe die unterbrochene Linie) sind im Vergleich zu einer Dichte von 6 × 10^-3 mg/µl (dargestellt durch die durchgezogene Linie), die Spitzen des Quecksilbers niedrig, die Spitzen des Sc und Na, die als Metalliodid enthalten sind, hoch und der Untergrund ist ebenfalls hoch. Dies ergibt sich aufgrund dessen, daß die Dichte des Metalliodids anwächst und das thermische Gleichgewicht in der geschlossenen Glaskugel sich verändert, so daß die Lichtemissionsrate des Metalliodids größer als die des Quecksilbers wird. Als Ergebnis werden die Chromatizität (x) und (y), siehe Fig. 3 und 4 groß (die Farbtemperatur nimmt gemäß Fig. 2 ab) und die Lichtstromdichte wächst gemäß Fig. 1 an.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Röhrenspannung von der Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel. Wie vorstehend beschrieben, ist die Röhrenspannung bevorzugt im Bereich von 80 bis 90 V. Zu diesem Zweck sollte die Dichte des Metalliodids in der geschlossenen Glaskugel 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl betragen.

Andererseits haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung folgende Gleichung aufgestellt:

V = 87.3ρ^0.431d^0,926P^0.136,

wobei V die Röhrenspannung, ρ die Quecksilberdichte (mg/µl), d der Elektrodenabstand (mm) und P der Gasdruck (bar) des Xe sind. Aus dieser Gleichung läßt sich bestätigen, daß für eine Röhrenspannung von 80 bis 90 V der Gasdruck des eingefüllten Xe 3 bis 6 bar sein sollte.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Quecksilberdichte, Röhrenspannung, Farbtemperatur und Lichtstromdichte in Abhängigkeit von der Quecksilberdichte. In diesem Fall enthält das Metalliodid in der geschlossenen Glaskugel Natriumiodid, Scandiumiodid und Thallium iodid. Nach Fig. 6 sind die Röhrenspannung und die Farbtemperatur proportional zur Quecksilberdichte, während die Lichtstromdichte umgekehrt proportional zur Quecksilberdichte ist. Um eine Röhrenspannung von 80 bis 90 V, eine Farbtemperatur von 4,000 bis 4,500°K und eine Lichtstromdichte von 3,200 bis 3,500 Lumen zu erhalten, sollte die Quecksilberdichte 2 × 10^-2 bis 4 × 10^-2 mg/µl betragen.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung von Röhrendruck, Farbtemperatur und Lichtstromdichte in Abhängigkeit vom Gasdruck des eingefüllten Xe. Wie bei Fig. 6 ist Thalliumiodid dem Metalliodid zugeführt. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, ist die Röhrenspannung proportional zum Gasdruck des eingefüllten Xe, während die Farbtemperatur und die Lichtstromdichte umgekehrt proportional zum Gasdruck sind. Um eine Röhrenspannung von 80 bis 90 V, eine Farbtemperatur von 4,000 bis 4,500°K und eine Lichtstromdichte von 3,200 bis 3,500 Lumen zu erhalten, sollte der Gasdruck des eingefüllten Xe 3 bis 6 bar betragen.

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der Spektralverteilung des von der Lichtbogenröhre ausgegebenen Lichts, wenn die Quecksilberdichte und der Gasdruck des eingeladenen Xe verändert werden. Wenn die Quecksilberdichte demnach von 3 × 10^-2 mg/µl auf 2,5 × 10^-2 mg/µl abnimmt und der Gasdruck des eingefüllten Xe von 5 bar auf 6 bar erhöht wird, vermindert sich die Quecksilberspitze und die Scandium- und Natriumspitzen sowie der Untergrund wachsen an. Dies ergibt sich daraus, daß, ähnlich wie bei einer Abnahme der Dichte des Metalliodids, das thermische Gleichgewicht in der geschlossenen Glaskugel sich verändert, so daß die Lichtemissionsrate des Metalliodids größer als die des Quecksilbers wird. Als Ergebnis, siehe Fig. 6, werden die Chromatizität (x) und die Chromatizität (y) groß (die Farbtemperatur nimmt ab) und die Lichtstromdichte wächst.

Wie sich aus der oben stehenden Beschreibung ergibt, werden bei der Herstellung von Lichtbogenröhren für Entladungslampen wünschenswerte Standardbereiche für die Dichten von in die geschlossenen Glaskugeln der Lichtbogenröhre eingefülltem Quecksilber und Metalliodid sowie für den Gasdruck des eingefüllten Xe festgelegt. Durch Festlegen der Quecksilberdichte, der Metalliodiddichte und des Gasdrucks des eingefüllten Xe entsprechend den Bereichen gemäß der Erfindung, kann eine Lichtbogenröhre hergestellt werden, die einen Lichtstrahl bei einer optimalen Röhrenspannung emittiert, welche im wesentlichen konstant bezüglich Lichtstromdichte, Chromatizität und Farbtemperatur ist und eine gute Beleuchtung des dem Fahrzeug vorausliegenden Bereichs gewährleistet, aber einen Fahrer eines entgegenkommenden Fahrzeuges nicht blendet.

Claims

1. Entladungslampe mit einem kugelförmigen Entladungsgefäß, das zwei voneinander beabstandete Elektroden enthält, ein Volumen von 20 bis 15 µl aufweist und mit Quecksilber im Bereich von 2 × 10^-2 bis 4 × 10^-2 mg/µl, mit Metalliodid, bestehend aus Natrium- und/oder Scandiumiodid, im Bereich von 6 × 10^-3 bis 12 × 10^-3 mg/µl sowie Xenon bei einem Xenonfülldruck im Bereich von 3 bis 5 bar gefüllt ist.