DE60206215T2

DE60206215T2 - Metall-Halogen-Lampe

Info

Publication number: DE60206215T2
Application number: DE60206215T
Authority: DE
Inventors: Masanori Takatsuki-shi Higashi; Yoshiharu Otsu-shi Nishiura; Shigefumi Takatsuki-shi Oda; Shunsuke Ibaraki-shi Kakisaka; Hiroshi Nishinomiya-shi Enami
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: DE60206215D1; CN1407594A; US7061182B2; US20030020408A1; EP1271614B1; CN100416746C; EP1271614A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zur Verwendung für eine Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe verwendete Bogenentladungsröhre.
Metallhalogenlampen, welche keramische Bogenentladungsröhren verwenden, wurden zur Innenbeleuchtung in Kaufhäusern und Läden in großem Umfang verwendet, weil solche Metallhalogenlampen höhere Lichtleistung, höhere Farbwiedergabe und längere Lebensdauer im Vergleich zu Metallhalogenlampen, welche Bogenentladungsröhren aus Quarz verwenden, aufweisen.
Die 5 und 6 zeigen jeweils eine Metallhalogenlampe, welche eine herkömmliche keramische Bogenentladungsröhre verwendet. Eine Bogenentladungsröhre 28 umfasst einen Bogenentladungsröhrenbehälter 29, welcher aus einem Bogenentladungsröhrenabschnitt 30 aus einem polykristallinen Aluminiumoxidkeramikmaterial und einem Paar dünner Röhrenabschnitte (31, 32), welche an den beiden Enden der Bogenentladungsröhre 30 angesintert sind, zusammengesetzt ist. Ein Paar von Wolframspulenelektroden (33, 34) sind an den beiden Enden der Bogenentladungsröhre (28) angeordnet. Einspeisungsabschnitte (35, 36) aus Niob oder leitfähigem Cermet sind hermetisch mittels Fritte 37 an den dünnen Röhrenabschnitten (31, 32) befestigt und die Wolframelektroden (33, 34) sind mit den jeweiligen Einspeisungsabschnitten (35, 36) verbunden. Ein lumineszierendes Material 38, welches ein Metallhalogenid, Quecksilber als Puffergas und ein Edelgas als Starthilfe, wie Argon, umfasst, sind in die Bogenentladungsröhre 28 eingebracht. Wie in 6 veranschaulicht ist, ist die Bogenentladungsröhre 28, welche eine Lampe 39 bildet, innerhalb eines äußeren Kolbens 40 aus entweder Quarz oder Hartglas angeordnet, und eine Basis 41 ist an dem äußeren Kolben 40 angeordnet. Etwa 50 kPa von Gas, das auf Stickstoff basiert, ist in den äußeren Kolben 40 eingefüllt. Im Allgemeinen wird die Lampe 39 mittels einer Induktionsbelastung aus Kupfer-Eisen oder einer elektronischen Belastung mit einem eingebauten Starter angeschaltet.
Beispielsweise beschreiben Druckschriften, wie JP-57(1982)-92747 A und US-Ps 5,973,453 die Verwendung von Ceriodid in Kombination mit Natriumiodid als lumineszierendes Material, welches für eine typische Metallhalogenlampe zur Innen- und Außenverwendung angewendet werden kann. Das lumineszierende Material aus Ceriodid kann eine verbesserte Lichtausbeute zur Verfügung stellen, da viele der Emissionsspektren von Cer in einem Bereich mit einem höheren relativen Lichtstärkefaktor, was das menschliche Auge betrifft, verteilt sind. Die US-PS 5,973,453 und Tokuhyo-2000-501563 (veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung zur Patentanmeldung) beschreiben ein geeignetes Zusammensetzungsverhältnis NaI/CeI₃ in einem Bereich von 3 bis 25 (entsprechend einem CeI₃-Zusammensetzungsverhältnis von 12,2 Gew.-% bis 53,7 Gew.-%), welches zum Erhalten einer Farbe einer Quelle weißen Lichts geeignet ist.
Doch weist eine herkömmliche Metallhalogenlampe, welche mit lumineszierendem Material aus Ceriodid und Natriumiodid befüllt ist, den Nachteil einer drastischen Änderung der Farbtemperatur der Lampe sowie einer beträchtlichen Erniedrigung im Flussverminderungsfaktor über die Beleuchtungszeit auf.
Die oben beschriebenen Probleme treten auf, da das eingefüllte Cerhalogenid mit dem keramischen Material reagiert, was in einer drastischen Reduktion an Cerhalogenid resultiert, das zur Lichtemission dient.
Die oben beschriebenen Probleme werden mit einer Metallhalogenlampe gemäß den angefügten Patentansprüchen verhindert.
1 zeigt eine Struktur einer Bogenentladungsröhre einer Metallhalogenlampe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine allgemeine Ansicht einer Metallhalogenlampe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm, welches einen Flussverminderungsfaktor beim Altern von Metallhalogenlampen gemäß den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches einen bevorzugten Zusammensetzungsbereich in Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 zeigt eine Struktur einer Bogenentladungsröhre einer herkömmlichen Metallhalogenlampe.
6 ist eine allgemeine Ansicht einer herkömmlichen Metallhalogenlampe.
Eine Metallhalogenlampen-Bogenentladungsröhre gemäß der vorliegenden Erfindung kann identisch mit einer herkömmlichen Technik sein oder es kann eine herkömmliche Metallhalogenlampen-Bogenentladungsröhre auf die vorliegende Erfindung angewendet werden. Die vorliegende Erfindung liefert ein Material, das mit einem keramischen Material reaktiver ist, als Cerhalogenid, um einen hohen Flussverminderungsfaktor aufrechtzuerhalten, während eine drastische Änderung in der Farbtemperatur der Lampe verhindert wird.
Bei der Metallhalogenlampe gemäß der Erfindung ist das reaktive Material wenigstens ein Halogenid eines Seltenerdeelementes, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Scandiumhalogenid, Gadoliniumhalogenid, Terbiumhalogenid, Dysprosiumhalogenid, Holmiumhalogenid, Erbiumhalogenid, Thuliumhalogenid, Ytterbiumhalogenid, Lutetiumhalogenid, Samariumhalogenid, Yttri umhalogenid und Europiumhalogenid. Ein bevorzugtes Halogen ist entweder Brom (Br) oder Iod (I). Unter den oben beschriebenen Halogeniden von Seltenerdeelementen ist Scandiumhalogenid (ScI₃) besonders bevorzugt.
Die eingefüllte Menge eines Halogenids eines Seltenerdeelementes liegt im Bereich von 1,5 Molteilen bis 100 Molteilen, wenn die Füllmenge des Cerhalogenids 100 Molteile beträgt. Demgemäß wird das auf Oxid basierende lichtdurchlässige keramische Material vorzugsweise mit einem Halogenid eines Seltenerdeelementes, das verschieden von Cerhalogenid ist, reagieren und so kann eine Reaktion zwischen dem auf Oxid basierenden lichtdurchlässigen keramischen Material und dem Cerhalogenid unterdrückt werden. Das kann die Abnahme von Cerhalogenid, welches zur Lichtemission dient, unterdrücken und auch die Änderungen in der Farbtemperatur der Lampe reduzieren.
Bei einer in Anspruch 1 definierten Alternative sind auch Thalliumhalogenid und Indiumhalogenid in die Bogenentladungsröhre eingefüllt.
Die Füllmenge des Thalliumhalogenids liegt im Bereich von 1,0 Gew.-% bis 7,0, Gew.-% in Bezug auf die Gesamtmenge an Metallhalogeniden, und das Verhältnis der Füllmenge von Thalliumhalogenid zu Indiumhalogenid liegt im Bereich von 0,6 ≤ TlX Gew.-%/InX Gew.-% ≤ 4,0 (X = Halogen). Dementsprechend kann die Bogenentladung verteilt werden, um eine lokale Erhöhung in der Temperatur der Bogenentladungsröhre zu unterdrücken. Im Ergebnis kann eine Reaktion zwischen dem Halogenid und dem auf Oxid basierenden lichtdurchlässigen keramischen Material unterdrückt werden, und so kann die Betriebsdauer der Lampe verlängert werden.
Es wird bevorzugt, dass die Metallhalogenlampe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Nenn-Lebensdauer von wenigstens 12.000 Stunden und eine Lampenleistung von wenigstens 117 lm/W im Anfangszustand aufweist. Hier bezeichnet "Anfangszustand" eine Bedingung zu einer Alterungszeit von 100 Stunden. Wie oben erwähnt, liefert die vorliegende Erfindung eine Metallhalogenlampe, welche eine Erniedrigung des Flussverminderungsfaktors und der Farbtemperatur verhindern kann, und die Metallhalogenlampe kann für allgemeine Innen- und Außenverwendung angewendet werden. Die Metallhalogenlampe, welche weißes Licht emittiert, ist vom hochwattigen und langlebigen Typ, und sie weist eine hohe Lichtleistung, höhere Lichtfarbentemperatur und einen höheren allgemeinen Farbwiedergabeindex auf.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben werden.
Die 1 und 2 zeigen jeweils Strukturen einer Bogenentladungsröhre einer Metallhalogenlampe mit einer Aluminiumoxidkeramikröhre mit 200 W, und eine vollständige Lampe, welche die Bogenentladungsröhre beinhaltet.
Eine Bogenentladungsröhre 1 umfasst einen Bogenentladungsröhrenbehälter 2, welcher aus einem Bogenentladungsröhrenabschnitt 3 aus einer polykristallinen Aluminiumoxidkeramik und einem Paar von dünnen Röhren (4, 5), welche an den beiden Enden des Bogenentladungsröhrenabschnittes 3 angesintert sind, zusammengesetzt ist. Der Bogenentladungsröhrenbehälter 2 ist nicht auf die polykristalline Aluminiumoxidkeramik beschränkt, sondern jegliche auf Oxid basierende lichtdurchlässige Keramiken können in ähnlicher Weise verwendet werden. Beispielsweise können Al₂O₃ (Aluminiumoxid), Y₃Al₅O₃ (YAG), BeO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ und ZrO₂ verwendet werden.
Ein Paar Wolframspulenelektroden (6, 7) sind an den beiden Enden der Bogenentladungsröhre 1 ausgebildet, und die jeweiligen Spulenelektroden (6, 7) aus Wolfram umfassen Wolframelektrodenstäbe (8, 9) und Wolframspulen (10, 11). Die Elektroden sind in einem Abstand von 18,0 mm angeordnet. Einspeisungsabschnitte (12, 13) aus leitfähigem Cermet sind hermetisch an den dünnen Röhrenabschnitten (4, 5) mittels Fritte 14 befestigt. Jeder der Wolframstäbe (8, 9) ist an einem Ende der Einspeisungsabschnitte (12, 13) angeschweißt, während äußere Stromleitungen (15, 16) aus Niob an den anderen Enden der Einspeisungsabschnitte (12, 13) jeweils angeschweißt sind. Ein auf Cerhalogenid basierendes lumineszierendes Material 17, Quecksilber als Puffergas und ein Edelgas als Starthilfe, welches ein Argongas enthält, sind in die Bogenentladungsröhre 1 eingefüllt.
2 ist eine allgemeine Ansicht einer Lampe 18, welche die Bogenentladungsröhre 1 umfasst. Die Bogenentladungsröhre 1 ist im Inneren eines äußeren Kolbens 19 aus Hartglas angeordnet. Zur weiteren Erniederung der Lampenstartspannung ist ein Starthilfeleiter 20 aus Molybdändraht entlang dem Bogenentladungsröhrenabschnitt 3 des Bogenentladungsröhrenbehälters 2 angebracht. Ein Inertgas, wie 50 kP eines Stickstoffgases, ist in den äußeren Kolben 19 eingefüllt. Das Innere des äußeren Kolbens kann evakuiert sein. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine Basis.
(Beispiel 1)
Zur Untersuchung der Betriebsdauer bezüglich Alterung wurde eine Lampe 18, umfassend eine Bogenentladungsröhre 1, hergestellt. Die Bogenentladungsröhre 1 wurde vorerst mit 6 mg eines lumineszierenden Materials 17, zusammengesetzt aus 35 Gew.-% (14 Mol-%) CeI₃, 60 Gew.-% (83,5 Mol-%) NaI und 5 Gew.-% (2,5 Mol-%) ScI₃ befüllt. Wie in 3 als eine Linie Ce/Sc/Na gezeigt ist, wurde der Flussverminderungsfaktor der Lampe drastisch auf 65% verbessert, wenn die Alterungszeit etwa 12.000 Stunden betrug. Die Farbtemperaturänderung während des Alterns betrug nicht mehr als –150 K, und das war im Vergleich mit einer Lampe, welche nicht mit ScI₃ befüllt war, besser.
Eine Analyse der Lampe nach einer Alterung von 5.000 Stunden ergab, dass eine ausreichende Menge an CeI₃ (80–90% der an fänglichen Füllmenge) verblieben war. Im Gegensatz dazu verblieben nur 20–30% ScI₃, da eine relativ große Menge ScI₃ mit der Aluminiumoxidkeramik reagierte.
Unter den Starteigenschaften der Lampe 18, der Fluss und die Lichtausbeute betrugen 22.800 lm bzw. 117 lm/W, wurden anfängliche Werte davon im Wesentlichen gehalten, während die Lichtfarbtemperatur und der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra verbessert wurden. Das bedeutet, dass die Lichtfarbtemperatur in einem Anfangszustand so hoch wie 4.300 K war und der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra einen gewünschten Wert von 65 überschritt und 70 erreichte. Die Farbe der Lichtquellenfarbe war ebenfalls verbessert.
(Vergleichsbeispiel 1)
Eine Lampe 18, umfassend eine herkömmliche Bogenentladungsröhre 1, wurde hergestellt. Die Lampe 18 wurde mit 6 mg eines lumineszierenden Materials 17, zusammengesetzt aus Cer-Natrium-Iodiden (36 Gew.-% (13,9 Mol-%) CeI₃ + 64 Gew.-% (86,1 Mol-%) NaI) befüllt. Dieses NaI/CeI₃-Zusammensetzungsverhältnis gemäß der herkömmlichen Technik liefert eine Farbe einer Quelle für weißes Licht in einem Bereich von etwa 3.500 K bis etwa 4.000 K.
Zunächst wurden die Anfangseigenschaften der Lampe bei einer Alterungszeit von 100 Stunden gemessen. Für eine Farbe einer Quelle für weißes Licht mit einer Farbtemperatur von 4.100 K betrug der Lampenfluss 23.600 lm und die Lichtleistung betrug 118 lm/W (beides sind Durchschnittswerte von vier Lampen). Demzufolge wurde der gewünschte Wert (117 lm/W) der Lichtleistung kaum erhalten, obgleich der allgemeine Farbwiedergabeindex 60 betrug, d.h., niedriger als der gewünschte Wert von 65 war.
Nachfolgend wurde ein Lampenalterungstest zur Messung des Flussverminderungsfaktors durchgeführt. Wie durch die Ce/Na- Linie in 3 veranschaulicht ist, sank der Flussverminderungsfaktor auf 50% während der Alterungszeit von etwa 6.800 Stunden. Im Allgemeinen wird die Lebensdauer einer Metallhalogenlampe durch eine Alterungszeit definiert, bei welcher ein Flussverminderungsfaktor auf 50% absinkt. Die Lampenlichtfarbe wurde schrittweise von dem anfänglichen Wert von 4.100 K auf 3.700 K während der Betriebsdauer von 5.000 Stunden abgesenkt.
Die Analyse der Bogenentladungsröhre aus Aluminiumoxidkeramik zeigte nach der Alterung, dass die innere Wand der Bogenentladungsröhre durch eine Reaktion mit dem Cer korrodiert war, und die Korrosion war an dem oberen Teil der Bogenentladungsröhre relativ beträchtlich. Nach der Alterungszeit von 5.000 Stunden verblieb eine große Menge (90% der anfänglichen Menge) NaI in der Röhre, wohingegen CeI₃ drastisch erniedrigt war, d.h., 40–60% der anfänglichen Füllmenge betrug.
Wie oben beschrieben worden ist, sanken sowohl der Flussverminderungsfaktor als auch die Lichtfarbe der Lampe 18, welche mit (CeI₃ + NaI) befüllt war, drastisch. Dies ist durch die Kombination zweier Phänomene verursacht. Zunächst reagiert Ceriodid in der Röhre mit der Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) der Bogenentladungsröhre und nimmt ab. Da zweitens der Entladungsbogen auf die Bogenentladungsröhrenwand fokussiert und gebogen wird, wird die Temperatur der Bogenentladungsröhre lokal erhöht, wodurch die Reaktion zwischen dem Ceriodid und der Aluminiumoxidkeramik beschleunigt wird. Mit anderen Worten, ein Betrag an CeI₃, welcher eine hohe Lichtausbeute und hohe Farbtemperatur darstellt, wurde schneller als NaI während der Betriebsdauer erniedrigt, und so wurden der Fluss und die Lichtfarbe erniedrigt.
Eine Analyse des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels zeigt, dass eine grundlegende Maßnahme zur Unterdrückung der Reaktion von Cer während der Betriebsdauer der Lampe wirksam ist: ein auf Lanthanoiden basierendes Metallhalogenid wird dem Inneren der Bogenentladungsröhre zugegeben, so dass das auf Lanthanoiden basierende Metallhalogenid mit der Innenwand der Röhre in einem Anfangszustand der Lampenalterung reagieren wird. Dieses auf Lanthanoiden basierende Metallhalogenid muss eine kleinere Standard-Gibbs-Energie bei der Bildung eines Oxides wie Cerhalogenid aufweisen, so dass das auf Lanthanoiden basierende Metallhalogenid leicht mit Aluminiumoxid reagieren kann. Beispiele wirksamer auf Lanthanoiden basierender Metallhalogenide beinhalten Scandiumiodid (ScI₃), Gadoliniumiodid (GdI₃), Terbiumiodid (TbI₃), Dysprosiumiodid (DyI₃), Holmiumiodid (HoI₃), Erbiumiodid (ErI₃), Thuliumiodid (TmI₃), Ytterbiumiodid (YbI₃), Lutetiumiodid (LuI₃), Samariumiodid (SmI₃) (zweiatomisches Sm) und Europiumiodid (EuI₃) (zweiatomiges Eu). Scandiumiodid ist unter diesen Iodiden am bevorzugtesten.
(Beispiel 2)
Es wurde eine Lampe unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Füllmenge an Scandiumiodid in einem Bereich von 0 bis 200 Molteilen bezogen auf 100 Molteile CeI₃ variiert wurde und die Lampe wurde einem Alterungstest unterworfen. Sobald die Menge des Scandiumiodids 100 Molteile überschritt, wurden die Wolframelektroden (6, 7) deformiert und verzogen und ebenso wurde die Bogenentladungsröhre geschwärzt, und dies verursachte eine Erniedrigung des Flussverminderungsfaktors. Sobald die Menge an Scandiumiodid weniger als 1,5 Molteile betrug, zeigten sich keine spezifischen Wirkungen bei der Unterdrückung einer Reaktion zwischen Aluminiumoxid und Cerhalogenid.
Die Testergebnisse zeigen, dass ein bevorzugter Bereich der Menge an Scandiumiodid zwischen 1,5 Molteilen und 100 Molteilen liegt, wenn CeI₃ 100 Molteile ausmacht. Bei einer Analyse nach der Alterung wurde eine kleine Menge Aluminium in der Röhre einer Lampe festgestellt, in welche wenigstens 150 Molteile ScI₃ eingefüllt worden waren. Das Aluminium ist aus Aluminiumiodid (AlI₃) abgeleitet, welches durch Reaktion zwischen Scandiumiodid und der Alumniniumoxidkeramik Al₂O₃ gebildet worden ist. Eine Reaktionsgleichung ist die folgende: 2ScI₃ + Al₂O₃ ⇔ Sc₂O₃ + 2AlI₃ (Formel 1)
Es wird angenommen, dass das Aluminiumiodid den oben beschriebenen Verschleiß der Elektrode und die Schwärzung der Bogenentladungsröhre verursacht.
Wie oben beschrieben worden ist, kann eine Metallhalogenlampe, umfassend eine Röhre aus Aluminiumoxidkeramik, eine Nenn-Lebensdauer von wenigstens 12.000 Stunden und eine Lichtleistung von wenigstens 117 lm/W liefern, wenn 1,5–100 Molteile Scandiumiodid (0,5–20 Molteile, bezogen auf die Gesamtfüllung) in Bezug auf 100 Molteile CeI₃ in eine Röhre aus Aluminiumoxidkeramik eingebracht sind, in welche ein lumineszierendes Material aus Ceriodid und Natriumiodid eingefüllt ist. Die Lichtfarbe und der allgemeine Farbwiedergabeindex sind ebenfalls verbessert. Eine solche Lampe kann hohe Wattleistung, eine hohe Lichtleistung und eine lange Betriebsdauer bei Anwendung im Innen- und Aussenbereich liefern.
Gleichartige Lampen wurden zur Untersuchung der Betriebsdauer während der Alterung hergestellt, denen 2 bis 200 Molteile von Scandiumiodid verschiedene Metalliodide zugegeben worden sind. Beispiele für die Metalliodide waren Gadoliniumiodid (GdI₃), Terbiumiodid (TbI₃), Dysprosiumiodid (DyI₃), Holmiumiodid (HoI₃), Erbiumiodid (ErI₃), Thuliumiodid (TmI₃), Ytterbiumiodid (YbI₃), Lutetiumiodid (LuI₃), Samariumiodid (SmI₃) (zweiatomiges Sm) und Europiumiodid (EuI₃) (zweiatomiges Eu). Das Ergebnis ist als eine Linie Ce/auf Lanthanoiden basierendes Iodid/Na in 3 gezeigt. Wie in 3 deutlich gezeigt ist, erreichten die anfängliche Lichtleistung und der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra im Wesentlichen ihre gewünschten Grade.
Die Betriebsdauer wurde im gleichen Maße wie im Fall der Verwendung von Scandiumiodid verbessert, obwohl der Flussvermin derungsfaktor bei einer Alterungszeit von 12.000 Stunden schlechter als jener einer Lampe war, welche Scandiumiodid verwendet.
(Beispiel 3)
Beispiel 3 bezieht sich auf eine Methode zur Verbesserung des Flussverminderungsindex durch Unterdrücken von Fokussieren oder Beugung einer Bogenentladung, verursacht insbesondere durch das oben erwähnte lumineszierende Material aus Cerhalogenid und auch zum Erhalten eines weiteren wesentlichen Zieles zur Verbesserung der Lichtleistung. Diese war am wirksamsten, wenn eine Kombination aus Thalliumhalogenid (TlX) und Indiumhalogenid (InX) eingefüllt worden waren, um als ein zusätzliches lumineszierendes Material zu dienen.
Insbesondere wurde eine Lampe 18, welche zur Messung der anfänglichen Eigenschaften und der Änderung im Flussverminderungsindex bei der Alterung verwendet wurde, durch Zugabe von TlI und InI in einem Zusammensetzungsbereich von 0 bis 10 Gew.-% zu dem oben beschriebenen lumineszierenden Material (CeI₃ + NaI + ScI₃) hergestellt.
Es wurde beobachtet, dass die Bogenentladung verteilt und ihre Beugung zur Bogenentladungsröhre unterdrückt wurde, wenn mehr TlI und InI eingefüllt worden sind. Der Flussverminderungsfaktor der Lampe 18 während der Alterung wurde weiter verbessert und die Nenn-Lebensdauer wurde verbessert, d.h., der Flussverminderungsfaktor betrug wenigstens 60% bei 12.000 Stunden. Das wird wie folgt begründet. Da die mittlere Erregungsspannung Ve von Thallium und Indium höher als das Ionisierungspotential Vi (Ve > 0,585 Vi) ist, wurde die Bogenentladung wirksam gestreut, so dass die lokale Erhöhung der Temperatur an der Röhrenwand unterdrückt wurde. Relativ kleine Mengen an TlI und InI (die Gesamtmenge betrug 3,0 Gew.-% oder mehr) dienten dazu, die Bogenentladung relativ bemerkenswert zu verteilen, und die Betriebsdauer wurde auf 12.000 Stunden verlängert.
Hinsichtlich der Verbesserung der anfänglichen Lichtleistung war eine Befüllung mit Thalliumiodid insbesondere wirksam, da Thalliumiodid grünes Licht von 546 nm mit einer hohen relativen Lichtausbeute ausstrahlt. Da TlI die Lampenlumineszenzfarbe auf eine grüne Seite verschieben kann, wird Indiumiodid (InI), das bei 450 nm blaues Licht ausstrahlt, zur Korrektur eingefüllt. Das bedeutet, dass eine Füllmenge an TlI in einem geeigneten Bereich zur Verhinderung dazu liegen sollte, dass die lumineszierende Farbe auf die grüne Seite verschoben wird, und das Zusammensetzungsverhältnis von TlI zu InI sollte sorgfältig ausgewählt werden, damit eine Farbe eine Quelle weißen Lichts geliefert werden kann, welche für eine allgemeine Innen- und Außenbeleuchtung verwendet werden kann. Es wurde gefunden, dass wenn 1,0 ≤ TlI Gew.-% ≤ 7,0 und auch 0,6 ≤ TlI Gew.-%/InI Gew.-% ≤ 4,0 erfüllt sind, die Lichtleistung den gewünschten Wert von 117 lm/W überschreitet und die erhaltene Farbe für eine Quelle weißen Lichts im Allgemeinen zur Innen-/Außenbeleuchtung verwendet werden kann.
4 veranschaulicht einen bevorzugten Bereich der Zusammensetzungen von Beispiel 3.
Ein typisches lumineszierendes Material 17 der vorliegenden Erfindung enthielt 34 Gew.-% (14,1 Mol-%) CeI₃ + 55 Gew.-% (79,0 Mol-%) NaI + 5 Gew.-% (2,5 Mol-%) ScI₃ + 3,5 Gew.-% (2,3 Mol-%) TlI + 2,5 Gew.-% (2,1 Mol-%) InI. Dieses lumineszierende Material 17 wurde in eine Lampe 18 vom Typ 200W eingefüllt. Die Lampe 18 zeigte eine ausgezeichnete Leistung bei Innen- und Außenverwendung, d.h. für die anfänglichen Eigenschaften betrug der Fluss etwa 24.100 lm und die Lichtleistung betrug 123,3 lm/W, wenn eine Farbe einer Quelle von weißem Licht mit einer Farbtemperatur von 4.340 K verwendet wurde (alle der Eigenschaften sind als Mittelwerte aus vier Lampen zu verstehen). Andererseits ist auch durch die Linie Ce/Sc/Na/Tl/In in 3 gezeigt, dass der Flussverminderungsfaktor bei der Al terung sogar an einem Punkt von 12.000 Stunden bei 73% gehalten wurde. Während eine herkömmliche Quarz-Bogenentladungsröhrenlampe eine Nenn-Lebensdauer von 9.000 Stunden aufweist, zeigt die Lampe der vorliegenden Erfindung eine Nenn-Lebensdauer von 12.000 Stunden. Darüber hinaus ist der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra verbessert und erreichte 75, während der gewünschte Wert bei 65 liegt.
Gleichgestaltete Lampen wurden zur Untersuchung der Betriebsdauereigenschaften während der Alterung hergestellt, denen von Scandiumiodid verschiedene Metalliodide zugegeben worden sind. Beispiele für die Metalliodide sind Gadoliniumiodid (GdI₃), Terbiumiodid (TbI₃), Dysprosiumiodid (DyI₃), Holmiumiodid (HoI₃), Erbiumiodid (ErI₃), Thuliumiodid (TmI₃), Ytterbiumiodid (YbI₃), Lutetiumiodid (LuI₃), Samariumiodid (SmI₃) (zweiatomiges Sm) und Europiumiodid (EuI₃) (zweiatomiges Eu), welchen des Weiteren TlI und InI zugegeben worden sind. Die Flussverminderungsindices der Lampen wurden des Weiteren verbessert und die Nenn-Lebensdauern wurden auf 12.000 Stunden und mehr ausgedehnt. Gewünschte Werte wurden bei der Lichtleistung und den allgemeinen Farbwiedergabeindices Ra erhalten.
Demenentsprechend umfasst eine Metallhalogenlampe eine Röhre aus Aluminiumoxidkeramik, gefüllt mit Ceriodid, als ein hauptsächliches lumineszierendes Material, und einem Seltenerdemetalliodid. Am bevorzugtesten ist, dass das Seltenerdemetalliodid Scandiumiodid in einer Menge ist, welche in einem Bereich von 1,5 Molteilen bis 100 Molteilen (0,5–20 Mol-% der gesamten Metallhalogenide) vorliegt, wenn das Ceriodid 100 Molteile beträgt. Des Weiteren sind Thalliumiodid und Indiumiodid in einem Zusammensetzungsbereich von 1,0 ≤ TlI Gew.-% ≤ 7,0 und ebenso 0,6 ≤ TlI Gew.-%/InI Gew.-% ≤ 4,0 eingefüllt, so dass der Flussverminderungsindex des Weiteren verbessert werden kann und die Lichtleistung ebenso verbessert ist. Im Ergebnis überschreiten sowohl die Nenn-Lebensdauer und die Lichtleistung leicht die jeweiligen gewünschten Werte von 12.000 Stunden und 117 lm/W. Eine so erhaltene Hochdruckentladungslampe aus einer Aluminiumoxidkeramikröhre zur Innen- und Außenverwendung ist eine Lampe vom hochwattigen Typ und weist eine hohe Lichtleistung und eine lange Betriebsdauer auf.

Claims

Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe, umfassend eine Bogenentladungsröhre (1) mit einem Bogenentladungsröhrenbehälter (2) als Mantel, welcher aus auf Oxid basierendem lichtdurchlässigem Keramikmaterial hergestellt ist und einen Bogenentladungsröhrenabschnitt (3) umfasst, wobei die Bogenentladungsröhre mit Cerhalogenid als lumineszierendes Material (17) und mit Scandiumhalogenid befüllt ist, worin die Füllmenge von Scandiumhalogenid im Bereich von 1,5 Molteilen bis 100 Molteilen liegt, wenn die Füllmenge von Cerhalogenid 100 Molteile beträgt, oder wenigstens mit einem weiteren Halogenid eines Seltenerdeelementes, welches reaktiver mit dem keramischen Material als das Cerhalogenid ist, worin die Gesamtfüllmenge des weiteren Halogenides bzw. der weiteren Halogenide des wenigstens einen Seltenerdeelements im Bereich von 1,5 Molteilen bis 100 Molteilen liegt, wenn die Füllmenge des Cerhalogenids 100 Molteile beträgt, und worin die Bogenentladungsröhre mit Thalliumhalogenid und Indiumhalogenid befüllt ist, wobei die Menge an Thalliumhalogenid im Bereich von 1,0 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% bezogen auf alle Metallhalogenide beträgt und das Verhältnis der Menge an Thalliumhalogenid zu dem eingefüllten Indiumhalogenid im Bereich von 0,6 ≤ T1X Gew.-%/InX Gew.-%. ≤ 4,0 liegt, worin X Halogen bezeichnet.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe nach Anspruch 1, worin das wenigstens eine Halogenid des Seltenerdeelements aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Scandiumhalogenid, Gadoliniumhalogenid, Terbiumhalogenid, Dysprosiumhalogenid, Holmiumhalogenid, Erbiumhalogenid, Thuliumhalogenid, Ytterbium halogenid, Lutetiumhalogenid, Samariumhalogenid, Yttriumhalogenid und Europiumhalogenid ausgewählt ist.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, worin das auf Oxid basierende lichtdurchlässige keramische Material wenigstens eine Keramik ist, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus polykristalliner Aluminiumoxidkeramik, Al₂O₃ (Aluminiumoxid), Y₃Al₆O₃, BeO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ und ZrO₂ ausgewählt ist.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, worin das Cerhalogenid und das Halogenid des wenigstens einen weiteren Seltenerdeelements Jodid als Halogen umfassen.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, worin ein äußere Kolben aus Hartglas außerhalb der Bogenentladungsröhre gebildet und mit einem Inertgas befüllt ist.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, worin ein Starthilfeleiter entlang dem Entladungsbogenentladungsröhrenabschnitt des Bogenentladungsröhrenbehälters angebracht ist und der Starthilfeleiter die Lampenanfangsspannung erniedrigt.
Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, worin die Metall-Halogen-[Kurzbogen]Lampe eine Nenn-Lebensdauer von wenigstens 12.000 Stunden und eine Lichtausbeute von wenigstens 117 lm/W im Anfangszustand aufweist.