DE60033228T2 - Metall halogen lampe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Halogenmetalldampflampe mit einem Entladungsgefäß, das eine Keramikwandung hat, welches Entladungsgefäß einen Entladungsraum umschließt, der eine ionisierbare Füllung umfasst, die zusätzlich zu Hg ein Alkaliiodid von Na oder Li oder einer Kombination davon umfasst.
• Eine Lampe der eingangs erwähnten Art ist aus WO 99/28946-A1 bekannt. Die bekannte Lampe kombiniert eine hohe Lichtausbeute mit ziemlich guten Farbeigenschaften (beispielsweise einen Wert für den allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a ≥ 60 und eine Farbtemperatur T_c im Bereich 3000 K bis 6000 K).
• Bei dieser Lampe wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass eine gute Farbwiedergabe möglich ist, wenn Na-Halogenid als Füllungsbestandteil einer Lampe verwendet wird und wenn es während des Betriebs der Lampe eine starke Aufweitung und Umkehrung der Na-Emission in den Na-D-Linien gibt. Dies erfordert eine hohe Temperatur des kältesten Punktes T_kp in dem Entladungsgefäß von beispielsweise 1170 K (900°C). Wenn die Na-D-Linien umgekehrt und aufgeweitet werden, nehmen sie im Spektrum die Form einer Emissionsbande mit zwei Maxima bei einem gegenseitigen Abstand Δλ an.
• Eine Lampe, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, die eine GdI₃ umfassende Füllung aufweist, ist aus DATABASE WPI Section Ch, Week 197637 Derwent Publications Ltd, London, GB; Class L03, AN 1976-69460X XP002166172 und JP 51 086281 A (TOKYO SHIBAURA ELEKTRIC CO), 28. Juli 1976 (1976-07-28) bekannt.
• Die Forderung nach einem hohen Wert von T_kp bringt mit sich, dass das Entladungsgefäß relativ klein ist, was bei der praktischen Lampe zu einer hohen Temperatur der Wandung des Entladungsgefäßes führt. Die geforderte hohe Temperatur schließt die Verwendung von Quarz oder Quarzglas für die Wandung des Entladungsgefäßes aus und erfordert die Verwendung von Keramikmaterial für die Wandung des Entladungsgefäßes.
• In dieser Beschreibung und den Ansprüchen soll unter einer Wandung aus Keramikmaterial sowohl eine Wandung verstanden werden, die aus Metalloxid hergestellt ist, wie z.B. aus Saphir oder dicht gesintertem polykristallinem Al₂O₃, als auch eine Wandung aus Metallnitrid, beispielsweise AlN.
• Das von der Lampe ausgesendete Licht hat einen Farbort mit Koordinaten (x, y), der von dem eines schwarzen Körpers abweicht. Die mathematische Menge von Farbörtern schwarzer Körper wird als Planckscher Kurvenzug (BBL: Black Body Line) bezeichnet. Eine Anwendung der bekannten Lampe als Lichtquelle mit einer T_c oberhalb von 4700 K hat den Nachteil, dass der Farbort der Lampe mit Koordinaten x, y mehr als 0,05 Skalenteil über dem BBL liegt. Daher ist die bekannte Lampe für den Gebrauch beispielsweise als Studiolampe weniger geeignet.
• Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Lampe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, in der der beschriebene Nachteil beseitigt ist.
• Erfindungsgemäß ist eine Lampe der eingangs erwähnten Art daher dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung des Entladungsgefäßes auch TbI₃ umfasst.
• Eine erfindungsgemäße Lampe hat den Vorteil, dass ein Wert der Farbtemperatur T_c oberhalb von 4700 K, vorzugsweise oberhalb von 5000 K realisiert werden kann und dass ein allgemeiner Farbwiedergabeindex R_a von zumindest 85 realisiert werden kann, wobei die Lampe einen Farbort hat, der weniger als 0,02 über dem BBL liegt. Die Füllung umfasst vorzugsweise TbI₃ in einem Molverhältnis von zumindest 5% und höchstens 45%. Dies trägt zu einer zufriedenstellenden Stabilität der Farbeigenschaften der Lampe während ihrer Lebensdauer bei.
• Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Füllung NaI und TlI. Es kann dann eine Lampe erhalten werden, die Licht bei einer Farbtemperatur T_c zwischen 5500 K und 7600 K und einem allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a zwischen 85 und 96 aussendet, mit einer relativ langen Lebensdauer und einer relativ geringen Abnahme des Lichtstroms während der Lebensdauer.
• Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe umfasst die Füllung CeI₃ und TbI₃. Es kann dann eine Lampe mit einer Farbtemperatur T_c zwischen 4700 K und 7500 K und einem relativ großen Lichtstrom realisiert werden. Hierzu umfasst die Füllung der Lampe vorzugsweise NaI, CeI₃, ErI₃ und TbI₃. Wenn die Füllung TbI₃ in einem Molverhältnis von zumindest 8% und höchstens 16% umfasst, trägt dies zur Stabilität der Farbtemperatur T_c der Lampe während ihrer Lebensdauer bei. Dies führt im Allgemeinen auch zu einer geringeren Verschiebung des Farborts der Lampe.
• Bei einer weiteren Variante umfasst die Füllung der Lampe LiI, CeI₃ und TbI₃, was zu einer zufriedenstellenden Stabilität der Farbeigenschaften der Lampe im Fall verschiedener Lampenpositionen führt.
• Die erfindungsgemäße Lampe erweist sich als sehr geeignet für den Gebrauch als Lichtquelle für unter anderem Videoaufzeichnungen, für die eine Farbtemperatur von mehr als 4700 K, vorzugsweise oberhalb von 5000 K erwünscht ist.
• Diese und andere Aspekte der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
• Es zeigen:
• 1 eine Lampe gemäß der Erfindung,
• 2 einen Querschnitt eines Entladungsgefäßes der Lampe, die in 1 dargestellt ist.
• 1 zeigt eine Halogenmetalldampflampe mit einem Entladungsgefäß 3, das in 2 nicht maßstabsgetreu in einem Querschnitt dargestellt ist, wobei das Entladungsgefäß eine Keramikwandung hat, die einen Entladungsraum 11 umschließt, der eine ionisierbare Füllung enthält, die zusätzlich zu Hg ein Alkaliiodid von Na oder Li oder einer Kombination davon umfasst. Die Füllung des Entladungsgefäßes umfasst auch TbI₃.
• In dem Entladungsraum sind zwei Elektroden 4, 5 untergebracht, in der Zeichnung jede aus W, mit Elektrodenstäben 4a, 5a und mit Elektrodenspitzen 4b, 5b, die auf Abstand EA voneinander liegen. Das Entladungsgefäß hat einen zylindrischen Teil mit einem Innendurchmesser ID, der sich zwischen Endflächen 33a, 33b und zumindest über den Abstand EA erstreckt. Der von dem Entladungsgefäß umschlossene Entladungsraum wird am Ort der Endflächen 33a, 33b abgedichtet.
• Das Entladungsgefäß ist an einer Seite mit einem hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 abgedichtet, der bis zur Endfläche 33a, 33b reicht und einen zu den in dem Entladungsgefäß angeordneten Elektroden 4, 5 führenden Stromdurchführleiter 40, 41 bzw. 50, 51 mit etwas Zwischenraum eng umschließt und mit diesem nahe einem vom Entladungsraum abgewandten Ende mittels einer Schmelzkeramikverbindung 10 gasdicht verbunden ist. Das Entladungsgefäß wird von einer Außenumhüllung 1 umschlossen, die an einem Ende einen Lampensockel 2 aufweist. Im Betriebszustand der Lampe erstreckt sich zwischen den Elektroden 4 und 5 eine Entladung. Die Elektrode 4 ist über einen Stromleiter 8 mit einem ersten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Elektrode 5 ist über einen Stromleiter 9 mit einem zweiten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist.
• Von der oben beschriebenen Lampe wurde eine große Zahl praktischer Realisierungen mit untereinander unterschiedlichen Füllungsbestandteilen und unterschiedlicher Leistung hergestellt. In einer ersten Serie enthielt die Füllung des Entladungsgefäßes NaI, TlI und TbI₃. In einer ersten Variante hatten die Iodidsalze der Füllung ein Molverhältnis von 49:13:38 und die gesamte Salzmenge betrug 7,1 mg. Eine solche Lampe mit einer Nennleistung von 35 W hatte eine spezifische Lichtausbeute von 59 lm/W entsprechend einer Wandbelastung von 45 W/cm². Die Lampe sendete Licht bei einer Farbtemperatur T_c von 7035 K aus und hatte einen allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a von 92. Die Koordinaten (x; y) des Farborts waren (0,306:0,315), ein Bruchteil unter dem BBL. Nach einer Lebensdauer von 1000 Stunden betrug die Abnahme der Lichtausbeute 8 lm/W. Der Farbort, der unter dem BBL blieb, bewegte sich zu den Koordinaten (0,320; 0,324) hin, was einer T_c von 6280 K entspricht. Eine gleichartige Lampe hatte eine Nennleistung von 50 W, eine Wandbelastung von 61 W/cm² und eine Lichtausbeute von 73 lm/W. Die Werte für T_c und R_a betrugen 5500 K bzw. 95 und die Farbortkoordinaten waren (0,332; 0,349), d.h. 0,01 Skalenteil über dem BBL gelegen.
• Im Fall einer Lampe mit einer Nennleistung von 70 W und 150 W hatte die Iodidsalzfüllung ein Molverhältnis von 57:4:39. Im Fall der Lampe von 70 W hatte die Salzfüllung eine Masse von 6 mg und die Werte für T_c und R_a betrugen 7511 K bzw. 88, und ihre Farbortkoordinaten waren (0,298; 0,318). Die Lampe hatte eine Lichtausbeute von 78 lm/W, die nach einer Lebensdauer von 2000 Stunden eine Abnahme von etwa 20% zeigte. Bei der Lampe von 150 W, mit einer Salzfüllung von 8,5 mg, waren die Werte für T_c und R_a 6600 K bzw. 96 und ihre Farbortkoordinaten betrugen (0,310; 0,333). In diesem Fall war der Wert für die Wandbelastung 59 W/cm². Die Lampe hatte eine Lichtausbeute von 74 lm/W. Für beide Lampen lag der Farbort etwa 0,01 Skalenteil über dem BBL. Die Lampe von 150 W erreichte eine Lebensdauer von mehr als 4000 Stunden. Bei 2000 Stunden betrug die Lichtausbeute 86% des ursprünglichen Wertes und bei 4000 Stunden 80%. Die Farbtemperatur T_c war nach 2000 Stunden nahezu konstant geblieben.
• Eine zweite Serie praktischer Realisierungen der beschriebenen Lampe war mit einem Entladungsgefäß versehen, das eine ionisierbare Füllung aufwies, die zusätzlich zu Hg auch NaI, CeI₃, ErI₃ und TbI₃ enthielt. Die nachfolgende Tabelle gibt einige Daten dieser Lampen an. Tabelle

  
• Alle Lampen hatten eine Wandbelastung von weniger als 62 W/cm². Die Lichtausbeute und die Farbtemperatur T_c der Lampen mit den Nummern. 1, 2 und 3 nahmen während der ersten 500 Stunden ihrer Lebensdauer ab; für die Lichtausbeute lag die Abnahme zwischen 16% und 27% und für die Farbtemperatur T_c zwischen 700 K und 1200 K. Für die Lampe 5 betrug nach 1000 Stunden die Lichtausbeute jedoch immer noch 80% des ursprünglichen Wertes und die Farbtemperatur T_c hatte sich um weniger als 115 K geändert. Lampe 6 zeigte das gleiche Bild. Dagegen hatte die Farbtemperatur T_c von Lampe 4 um mehr als 1200 K abgenommen.
• Für die Lampen 3, 4, 5 und 6 wurde auch der Einfluss der Betriebsposition der Lampe auf die Farbtemperatur T_c untersucht. Für die Lampen mit 16 Mol-% TbI₃ betrug der Unterschied zwischen dem Wert von T_c in der horizontalen Betriebsposition und einer Betriebsposition unter einem Winkel von 45° zur Horizontalen 1250 K. Für die Lampen 5 und 6 war dieser Unterschied 300 K. Die Verschiebung des Farborts dieser Lampen wurde auch ermittelt. Der Farbort von Lampe 3 hatte nach 500 Stunden die Koordinaten (0,353; 0,377), was eine Verschiebung von 0,03 und 0,05 Skalenteil ist. Die Verschiebung für Lampe 4 betrug nach 1000 Stunden 0,039 und 0,056 Skalenteil. Die Farbörter der Lam pen 5 und 6 nach 1000 Stunden waren (0,355; 0,344) bzw. (0,341; 0,327). Die größten Verschiebungen von gemessenen Farborten der Lampen 5 und 6 während einer Lebensdauer von 1000 Stunden waren kleiner als 0,023, sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung.
• Bei einer weiteren praktischen Realisierung der erfindungsgemäßen Lampe wurde die Füllung des Entladungsgefäßes durch Hg, 3,3 mg NaI + CeI₃ + ErI₃ + TbI₃ in einem Molverhältnis von 70:13:6:11 und 0,13 mg HgI₂ gebildet. Die Lampe, die eine Nennleistung von 35 W hatte, wies eine Lichtausbeute von 64 lm/W mit einem Wert der Farbtemperatur T_c und des Farbwiedergabeindex R_a von 6080 K bzw. 82 auf. Die Koordinaten des Farborts waren (0,322; 0,318). Nach 1000 Stunden hatte der Farbort die Koordinaten (0,335; 0,342). In beiden Fällen lag der Farbort etwa 0,015 Skalenteil unter dem BBL. Unter dem Einfluss einer Änderung der Betriebsposition der Lampe trat eine Änderung der Farbtemperatur von maximal 700 K auf. Unter im Übrigen gleichen Bedingungen führte eine relative Erhöhung der molaren Menge von TbI₃ zu einer Verschiebung des Farborts, der weitgehend parallel zum BBL lag.
• Schließlich wurde eine erfindungsgemäße Lampe hergestellt, in der die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes zusätzlich zu Hg LiI, CeI₃ und TbI₃ umfasste. Das Molverhältnis der Iodidsalze betrug 71:22:7 und die Masse war 10 mg. Die Lampe hatte eine Nennleistung von 70 W. Der Unterschied im Wert der Farbtemperatur T_c unter dem Einfluss der Betriebsposition der Lampe war kleiner als 300 K. Die Werte für die Lichtausbeute, Farbtemperatur T_c, Farbwiedergabeindex R_a und Farbortkoordinaten in horizontaler und vertikaler Betriebsposition betrugen 72,3 lm/W, 5200 K, 84, (0,342; 0,383) bzw. 73,5 lm/W, 5435 K, 83 und (0,335; 0,371).
• Dank ihrer Farbeigenschaften und relativ niedrigen Leistung haben sich die beschriebenen praktischen Ausführungsformen als sehr geeignet zum Gebrauch als Lichtquellen unter SSTV-(Studio, Stage, Television: Studio, Bühne, Fernsehen), Video- und Filmaufzeichnungsbedingungen erwiesen. Ein anderer großer Vorteil ist eine Lebensdauer von 1000 Stunden oder mehr.
• Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung wird durch jedes neue kennzeichnende Merkmal und jede Kombination von kennzeichnenden Merkmalen verkörpert. Bezugszeichen in den Ansprüchen begrenzen deren Schutzumfang nicht. Die Verwendung des Verbs "umfassen" und seiner Beugungsformen schließt das Vorhandensein anderer Elemente als in den Ansprüchen angegeben nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels „ein" oder „ei ne" vor einem Element schließt das Vorhandensein einer Vielzahl solcher Elemente nicht aus.

Claims (7)

1. Halogenmetalldampflampe mit einem Entladungsgefäß, das eine Keramikwandung hat, welches Entladungsgefäß einen Entladungsraum umschließt, der eine ionisierbare Füllung umfasst, die zusätzlich zu Hg ein Alkaliiodid von Na oder Li oder einer Kombination davon umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung des Entladungsgefäßes auch TbI₃ umfasst.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung TbI₃ in einem Molverhältnis von zumindest 5% und höchstens 45% umfasst.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung TlI und NaI umfasst.
4. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung CeI₃ und TbI₃ umfasst.
5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung NaI, CeI₃, ErI₃ und TbI₃ umfasst.
6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung TbI₃ in einem Molverhältnis von zumindest 8% und höchstens 16% umfasst.
7. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung LiI, CeI₃ und TbI₃ umfasst.