-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halogen-
Metalldampflampe und insbesondere eine kleine Halogen-
Metalldampflampe, die nur durch eine Lichtröhre ohne
äußere Glühbirne oder Hülle beleuchtet wird und die über
hervorragende Spektralverteilungseigenschaften verfügt.
-
Kleine Halogen-Metalldampflampen mit Lichtröhren
ohne äußere Glühbirne werden gewöhnlich als Lichtquelle
für Overhead-Projektoren (OHP) sowie für Filmprojektoren
verwendet und finden immer häufiger Anwendung.
-
In solchen kleinen Halogen-Metalldampflampen wird
der niedrige Dampfdruck der in der Lichtröhre
eingeschlossenen Halogenide durch Erhöhen der
Wandbelastung der Lichtröhre erhöht, um die gewünschte
Emission zu erzielen.
-
In einer Halogen-Metalldampflampe ohne äußere
Glühbirne wird die Wandbelastung der Lichtröhre durch
Reduzieren der Größe der Lichtröhre erhöht, um den
niedrigen Dampfdruck der Halogenide zu erhöhen. Die als
Lichtröhre verwendete Quarzröhre wird folglich aufgrund
von Hitze entglast bzw. verformt sich durch Ausdehnung.
Bei Halogen-Metalldampflampen ohne äußere Glühbirne gibt
es ein Problem mit der Nutzungsdauer, die kürzer ist als
die von Lampen mit äußerer Glühbirne.
-
Von dieser Lampenart haben Dysprosium-Thallium-(Dy-
T1)-Lampen hervorragende Farbeigenschaften wie zum
Beispiel hinsichtlich Farbtemperatur und Farbwiedergabe,
jedoch weisen sie Farbwertkoordinaten in einem X-Y-
Farbdiagramm (nachfolgend als "Farbwertkoordinaten"
bezeichnet) auf, die erheblich von der Position des
schwarzen Körpers abweichen. Die Dy-T1-Lampen sind daher
als Lichtquelle für Overhead-Projektor-Fernseher
(nachfolgend als "OHP-TV-Lichtquelle bezeichnet)
ungeeignet.
-
Aus dem britischen Patent GB-A-2030762 ist eine
elektrodenlose Lampe mit Hg, Ar und den Iodiden Nd, Dy
und Cs bekannt. Die Molverhältnisse der Iodide Nd, Dy und
Cs entsprechen den in Anspruch 1 genannten Verhältnissen.
Elektrodenlose Lampen, deren Gasgehalt Seltenerdmetalle
aufweist, erzeugen gegenüber Lampen mit Elektroden jedoch
andere Spektren.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Halogen-Metalldampflampe ohne äußere Glühbirne
bereitzustellen, die nicht die Probleme herkömmlicher
Halogen-Metalldampflampen aufweist.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Halogen-Metalldampflampe ohne äußere Glühbirne
bereitzustellen, die eine lange Nutzungsdauer und
hervorragende Farbeigenschaften hat und die als OHP-TV-
Lichtquelle verwendet werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung stellt eine Halogen-
Metalldampflampe bereit, die lediglich eine Lichtröhre
und keine äußere Glühbirne umfaßt, wobei die Lichtröhre
Hauptelektroden wenigstens an ihren beiden Enden aufweist
und Halogenide wie Neodymhalide (NdX&sub3;), Dysprosiumhalide
(DyX&sub3;) und Cäsiumhalide (CsX) in einer Gesamtmolmenge von
1 x 10&supmin;&sup6; bis 8 x 10&supmin;&sup6; mol/cm³ und mit den folgenden
Molverhältnissen enthält:
-
sowie Edelgas als zusätzliches Anlaßgas und Quecksilber
als Puffergas.
-
Die obengenannte Struktur ermöglicht es, daß die
eingeschlossenen Halogenide einen vorbestimmten
Dampfdruck haben, ohne daß die Wandladung der Lichtröhre
erhöht wird. Eine Verformung der Lichtröhre kann daher
vermieden und eine Halogen-Metalldampflampe mit einer
langen Nutzungsdauer und guten Farbeigenschaften
problemlos hergestellt werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher
beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
-
Fig. 1 einen teilweise im Schnitt dargestellten
Aufriß einer Ausgestaltung einer Halogen-Metalldampflampe
gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 2 ein X-Y-Farbdiagramm, das Änderungen in bezug
auf Farbwertkoordinaten einer Lampe aufzeigt, die eine
Lichtröhre mit eingeschlossenen Dy-T1-Zusätzen enthält;
-
Fig. 3 ein X-Y-Farbdiagramm, das Änderungen in bezug
auf Farbwertkoordinaten aufzeigt, wobei bei einer Lampe
mit erfindungsgemäß eingeschlossenen Dy-Nd-Iodid-Zusätzen
die zugeführte Lampenenergie geändert wurde;
-
Fig. 4 ein X-Y-Farbdiagramm, das Änderungen in bezug
auf Farbwertkoordinaten aufzeigt, wobei der Gehalt der in
einer Lampe eingeschlossenen gleichen Dy-Nd-Iodid-Zusätze
geändert wurde;
und
-
Fig. 5 ein X-Y-Farbdiagramm, das Änderungen in bezug
auf Farbwertkoordinaten aufzeigt, wobei bei einer Lampe
mit erfindungsgemäß eingeschlossenen Dy-Nd-Bromid-
Zusätzen die zugeführte Lampenenergie geändert wurde.
-
In Fig. 1 ist eine erste Ausgestaltung einer
Halogen-Metalldampflampe gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, die eine im wesentlichen im Schnitt
dargestellte elliptische Quarzentladeröhre 1 umfaßt, mit
einem maximalen Innendurchmesser von 9 mm, einem
maximalen Außendurchmesser von 11 mm und einem
Inhaltsvolumen von etwa 0,6 cm³. An den in den
einschließenden Teilen 3 auf beiden Seiten der
Entladeröhre 1 befindlichen Molybdänfolien 4 sind jeweils
Elektroden 2 angeschlossen. Jede Elektrode 2 weist einen
Wolframstab mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer
Länge von 6,5 mm auf, der 1,7% Thoriumoxid (ThO²) enthält,
sowie einen Wolframdrahtspule mit einem Durchmesser von
0,35 mm, der so um den Wolframstab gewickelt ist, daß er
eine Länge von 2.5 mm und einen Abstand von 0.3 mm oder
mehr vom oberen Ende des Wolframstabs hat. Der Abstand
zwischen den beiden Elektroden 2 beträgt 7,5 mm. Außen
befindliche Molybdän-Bleidrähte 5 sind jeweils mit den
Molybdänfolien 4 verbunden. Die Bezugsziffer 6
kennzeichnet den abgeschnittenen Teil eines
Evakuationsrohres.
-
In dieser Ausgestaltung werden als in der Lichtröhre
eingeschlossene Halogenide Metalliodide verwendet, um
eine Verformung der Lichtröhre mit der obengenannten
Konfiguration zu vermeiden und deren Farbeigenschaften zu
verbessern. Typen- und Mengenangaben der Metalliodide:
-
Bei der Festlegung der Typen und Mengen der
einzuschließenden Metalliodide führten die Erfinder die
folgenden Versuche durch: 0,4 mg einer Mischung aus
Dysprosiumiodid (DyI&sub3;) und Cäsiumiodid (CsI) in einem
Gewichtsverhältnis von 2 : 1, d.h. einem Molverhältnis
von 0,8 : 1, 0,2 mg Thalliumiodid (TlI), Quecksilber (Hg)
als Puffergas und Argon (Ar) als zusätzliches Anlaßgas
wurden zur versuchsweisen Herstellung einer Lampe mit
einer Lampenspannung von 90 V und einer Lampenenergie von
150 W in einer Lichtröhre mit der obengenannten Struktur
eingeschlossen. Bei der Untersuchung der
Farbeigenschaften der hergestellten Lampe lag die
Farbtemperatur bei 6500 K und der Farbwiedergabeindex Ra
bei 85; die Farbwertkoordinaten (x, y) lagen bei (0,31,
0,38). In dem Farbdiagramm wichen die Farbwertkoordinaten
von der Position des schwarzen Körpers a ab (siehe
Bereich 1 in Fig. 2). Folglich dient die Lampe als
grünliche Lichtquelle mit guten Farbeigenschaften.
-
Da man davon ausging, daß die Abweichung der
Farbwertkoordinaten der hergestellten Lampe durch das
große Inhaltsvolumen der Lichtröhre verursacht wird,
wurden Änderungen in bezug auf Farbwertkoordinaten
beurteilt, bei denen die der Lichtröhre zugeführte
Lampenenergie geändert wurde. Man stellte infolgedessen
fest, daß sich die Farbwertkoordinaten zwar zu Bereich 2
und Bereich 3 bewegen, wenn die Lampenenergie auf 120 W
verringert bzw. auf 180 W erhöht wird, jedoch nicht in
die Nähe der Position des schwarzen Körpers a. Es wurden
auch Versuche in bezug auf die Beurteilung von Änderungen
der Gesamtmenge von Zusätzen durchgeführt, die bei einem
konstanten Verhältnis zwischen DyI&sub3;-CsI und TlI und einer
konstanten Lampenenergie eingeschlossen werden. Man
stellte demzufolge fest, daß sich die Farbwertkoordinaten
zu Bereich 4 und Bereich 5 bewegen, wenn die Menge auf
1/3 reduziert bzw. um das Vierfache erhöht wird;
allerdings bewegen sie sich nicht in die Nähe der
Position des schwarzen Körpers a.
-
Anschließend wurde eine Lampe mit einem Verhältnis
zwischen den Metalliodid-Zusätzen hergestellt, das so
geändert wurde, daß die Gesamtmenge von DyI&sub3; und CsI mit
einem Molverhältnis von 0,8 : 1 bei 1,6 mg lag und die
Menge von TlI bei 0,2 mg. Die gemessenen
Farbwertkoordinaten (x, y) lagen bei (0,31, 0,34). Die so
erhaltene Lampe wies größtenteils wünschenswerte
Farbeigenschaften auf (siehe Bereich 6 in Fig. 2). Als
mit der Lampe als OHP-TV-Lichtquelle schließlich Licht
auf einen Schirm projiziert wurde, traten in dem auf den
Schirm projizierten Bild jedoch Unregelmäßigkeiten
hinsichtlich der Farbe Gelb auf, die auf die selektive
Lichtaufnahme der Zusätze zurückzuführen sind. Man
stellte somit fest, daß die Lampe für den praktischen
Gebrauch ungeeignet ist.
-
Folglich wurden die eingeschlossenen Substanztypen
wie folgt geändert: 0,4 mg DyI&sub3; und CsI in einem
Molverhältnis von 0,8 : 1, 0,2 mg Neodymiodid (NdI&sub3;) und
CsI im gleichen Molverhältnis von 0,8 : 1, Quecksilber
und Argon wurden zur Herstellung einer Lampe
(Nennleistung 150 W) in einer Lichtröhre mit der gleichen
Größe wie die oben beschriebene eingeschlossen. Bei der
Beurteilung der Farbeigenschaften der hergestellten Lampe
lag die Farbtemperatur in den meisten Fällen bei 7000 K,
der Index Ra bei 91 und die Farbwertkoordinaten (x, y)
bei (0,305, 0,317). Die erhaltene Lampe kann folglich als
Lichtquelle verwendet werden und weist
Farbwertkoordinaten auf, die in etwa der Position des
schwarzen Körpers a entsprechen (siehe Bereich 7 in Fig.
3). Als mit der hergestellten Lampe als OHP-TV-
Lichtquelle schließlich Licht auf einen Schirm projiziert
wurde, stellte man fest, daß praktisch keine Farbe von
den eingeschlossenen Zusätzen aufgenommen wurde. Man
stellte somit fest, daß die hergestellte Lampe als eine
gleichmäßige Farben erzeugende Lichtquelle verwendet
werden kann.
-
Auf der Basis dieser Ergebnisse wurden als in der
Halogen-Metalldampflampe der vorliegenden Erfindung
einzuschließende Metalliodid-Zusätze DyI&sub3;, NdI&sub3; und CsI
verwendet.
-
Bei der Durchführung des Einschalttests der Lampe
wurde festgestellt, daß die Lampe mit einer
Ausgangsspannung eingeschaltet werden kann, die niedriger
ist als die der Dy-Tl-Lampe, in der 1,6 mg an DyI&sub3;-CsI und
0,2 mg an TlI eingeschlossen sind. Dies wird durch eine
geringe Menge an Fremdgas hervorgerufen, das während des
eigentlichen Einschlusses der Zusätze der Lampe
beigemischt wird, wodurch die Einschalteigenschaften
infolge eines geringen Verhältnisses der Gesamtmenge der
eingeschlossenen Zusätze zu dem Inhaltsvolumen der
Lichtröhre negativ beeinflußt werden.
-
Darüber hinaus wurden Änderungen in bezug auf
Farbwertkoordinaten beurteilt, bei denen die
Lampenenergie einer Dy-Nd-Lichtröhre, in der die gleichen
Zusätze wie oben beschrieben eingeschlossen waren, durch
Ändern der Lampenenergie auf 120 W bzw. auf 180 W
geändert wurde. Man stellte daraufhin fest, daß sich die
Farbwertkoordinaten im Vergleich zu der oben
beschriebenen Dy-Tl-Lampe entlang der Position des
schwarzen Körpers bewegen und nicht viel von der Position
des schwarzen Körpers a abweichen (siehe Bereich 8 und 9
in Fig. 3). Folglich ermöglicht die Verwendung von
eingeschlossenen Dy-Nd-Zusätzen die Herstellung einer
Lichtquelle mit Farbwertkoordinaten, die unabhängig von
der Größe der Lichtröhre in etwa der Position des
schwarzen Körpers entsprechen, d.h. auch dann, wenn das
Inhaltsvolumen der Lichtröhre so erhöht wird, daß sich
die Wandbelastung verringert.
-
Außerdem wurden Lampen unter Verwendung von
Lichtröhren der gleichen Größe hergestellt, bei denen die
obengenannten Mengen von DyI&sub3;-CsI (0,4 mg in einem
Molverhältnis von 0,8 : 1) und NdI&sub3;-CsI (0,2 mg in einem
Molverhältnis von 0,8 : 1) verdoppelt bzw. halbiert
wurden. Bei der Beurteilung der Farbwertkoordinaten (x,
y) der hergestellten Lampen stellte man fest, daß die
hergestellten Lampen hauptsächlich in bezug auf die
Position des schwarzen Körpers a Änderungen der
Farbwertkoordinaten aufzeigen, (siehe Bereiche 10 und 11
in Fig. 4).
-
Man stellte wie oben beschrieben fest, daß, da in
der Dy-Nd-Lampe ein hoher Dampfdruck vorhanden ist, die
Farbwertkoordinaten der hergestellten Lampe in etwa der
Position des schwarzen Körpers entsprechen und daß eine
geringfügige Farbunregelmäßigkeit vorliegt, selbst wenn
die Zusatzmenge in der relativ großen Lichtröhre etwas
verändert bzw. wenn die Lampenenergie aufgrund der
Lampenspannung und eines Vorschaltgerätes geändert wird.
Es wurde folglich gefunden, daß die hergestellten Lampe
als OHP-TV-Lichtquelle geeignet ist.
-
Man stellte eine Lampe mit einer Lichtröhre mit
einem Außendurchmesser von 12 mm, einem Innendurchmesser
von 9,8 mm, ener Bogenlänge von 5 mm und einem
Inhaltsvolumen von 0,5 cm³ her und beurteilte deren
Farbeigenschaften, die erhaltenen Ergebnisse waren
ähnlich wie oben.
-
Hinsichtlich der Mengenverhältnisse von in der
obengenannten Lampe eingeschlossenen Dy-Nd-Zusätzen ist
die gestaltete Lampe als OHP-TV-Lichtquelle ungeeignet,
wenn die Menge von eingeschlossenem NdI&sub3; die Menge von
eingeschlossenem DyI&sub3; und deren Molverhältnis 1
überschreitet, da die blaue Komponente im Lichtbereich
zunimmt, der Ra-Wert abnimmt und die Farbtemperatur
erheblich zunimmt. Wenn die Menge an eingeschlossenem DyI&sub3;
größer ist als die Menge von NdI&sub3; und das Molverhältnis
von NdI&sub3; zu DyI&sub3; unter 0,2 liegt, dann ist die
hergestellte Lampe als OHP-TV-Lichtquelle ungeeignet, da
der Dampfdruck von DyI&sub3; ebenfalls aufgrund einer Abnahme
des Dampfdrucks von NdI&sub3; abnimmt, die blaue Komponente im
Lichtbereich zunimmt, der Ra-Wert abnimmt und die
Farbtemperatur zunimmt.
-
Hinsichtlich der Mengenverhältnisse von
eingeschlossenen Dy-Nd-Zusätzen ist die hergestellte Lampe
ungeeignet, wenn die Gesamtmenge von NdI&sub3; und DyI&sub3; auf einen Wert
erhöht wird, der größer ist als der von CsI, so daß das
Molverhältnis von NdI&sub3;-DyI&sub3; zu CsI 2,5 überschreitet, da
die Farbtemperatur abnimmt und der Lichtbogen schwankt
und ein schlechtes Bild auf die Bestrahlungsfläche
abgibt. Wird die Menge von NdI&sub3; und DyI&sub3; so reduziert, daß
deren Molverhältnis zur Menge von eingeschlossenem CsI
unter 0,08 liegt, so ist die hergestellte Lampe als
Lichtquelle ungeeignet, da der Dampfdruck abnimmt, die
Strahlung im blauen Bereich zunimmt, der Ra-Wert abnimmt
und die Farbtemperatur zunimmt.
-
Die entsprechenden Bereiche der Molverhältnisse von
NdI&sub3;, DyI&sub3; und CsI sind daher wie folgt:
-
Die Gesamtmenge der eingeschlossenen Zusätze liegt
vorzugsweise zwischen 1 x 10&supmin;&sup6; und 8 x 10&supmin;&sup6; mol/cm³. Der
Grund hierfür liegt darin, daß, wenn die Gesamtmenge
unter 1 x 10&supmin;&sup6; mol/cm³ liegt, die Dy-Atomemission zunimmt,
wodurch der blaue Bereich zu- und der rote Bereich
abnimmt, und darin, daß, wenn die Gesamtmenge über 8 x
10&supmin;&sup6; mol/cm³ liegt, der Dampfdruck zu stark zunimmt und es in
einigen Fällen zu Lichtbogenschwankungen kommt.
-
Nachfolgend wird eine Ausgestaltung beschrieben, bei
der Metallbromide als in einer Lichtröhre
einzuschließende Halogenide verwendet werden.
-
In dieser Ausgestaltung weist die verwendete
Lichtröhre die gleiche Struktur auf wie die der in Fig. 1
dargestellten ersten Ausgestaltung und enthält
Metallbromide, deren Typen und Mengen wie unten
beschrieben bestimmt wurden, um eine Verformung der
Lichtröhre zu vermeiden und die Farbeigenschaften in der
gleichen Weise wie bei der ersten Ausgestaltung zu
verbessern.
-
0,3 mg aus einer Gesamtmenge von Dysprosiumbromid
(DyBr&sub3;) und Cäsiumbromid (CsBr) in einem Molverhältnis von
1 : 1, 0,15 mg aus einer Gesamtmenge von Neodymbromid
(NdBr&sub3;) und Cäsiumbromid (CsBr) in einem Molverhältnis von
1 : 1, Quecksilber und Argon wurden in der Lichtröhre zur
Herstellung einer Lampe mit einer Nennleistung von 150 W
eingeschlossen. Beim Messen der Farbeigenschaften der
Lampe wies die Lampe in den meisten Fällen eine
Farbtemperatur von 6800 K, einen Ra-Wert von 92 und
Farbwertkoordinaten (x, y) im Bereich (0,31, 0,32) auf.
Den Ergebnissen zufolge weist die Lampe
Farbwertkoordinaten auf, die in etwa der Position des
schwarzen Körpers a entsprechen (siehe Bereich 12 in Fig.
5). Bei der Projizierung von Licht auf einen Schirm mit
einem Parabolspiegel war praktisch keine Farbaufnahme
durch die Zusätze vorhanden. Folglich ist die so
hergestellten Lampe eine gleichmäßige Farben erzeugende
Lichtquelle.
-
Bei der Beurteilung von Änderungen in bezug auf
Farbwertkoordinaten mit veränderter Lampenenergie, wobei
die Lampenenergie auf 120 W (-20%) bzw. 180 W (+20%)
geändert wurde, stellte man außerdem fest, daß sich die
Farbwertkoordinaten bei einer Änderung um -20% bzw. um
+20% zu den Bereichen 13 bzw. 14 (siehe Fig. 5) bewegen,
wobei praktisch keine Abweichung von der Position des
schwarzen Körpers a vorhanden ist. Darüber hinaus wurde
die Menge von NdBr&sub3;-CsBr (0,3 mg in einem Molverhältnis
von 1 : 1) und die Menge von NdBr&sub3;-CsBr (0,15 mg in einem
Molverhältnis von 1 : 1) für die Lampenherstellung
verdoppelt bzw. halbiert. Bei der Beurteilung der
Farbeigenschaften der hergestellten Lampen stellte man
fest, daß sich die Farbwertkoordinaten der Lampen in
Bereiche bewegen, die im wesentlichen mit den Bereichen
13 und 14 aus Fig. 5 übereinstimmen und erzeugt wurden,
als die Lampenenergie geändert wurde. Damit wurde
bestätigt, daß die hergestellten Lampen
Farbwertkoordinatenänderungen aufweisen, die in etwa der
Position des schwarzen Körpers a entsprechen.
-
Bei der Überprüfung der entsprechenden Verhältnisse
zwischen NdBr&sub3; und DyBr&sub3; und zwischen (NdBr&sub3; + DyBr&sub3;) und
CsBr stellte man fest, daß Verhältnisse geeignet sind,
die im gleichen Bereich wie die der ersten Ausgestaltung
liegen. Die Molverhältnisses sind wie folgt:
-
Darüber hinaus stellte man fest, daß der
entsprechende Bereich der Zusatzgesamtmenge wie bei der
ersten Ausgestaltung zwischen 1 x 10&supmin;&sup6; und 8 x 10&supmin;&sup6;
mol/cm3 liegt.
-
Bei der Ausgestaltung, in der als Halogenide Bromide
verwendet werden, kann der Dampfdruck höher sein als bei
der ersten Ausgestaltung, bei der lediglich Iodide
eingeschlossen sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht daher
eine Vergrößerung der Entladeröhre, die die Lichtröhre
darstellt, sofern die Größe der Lichtquelle nicht
beschränkt ist und die Nutzungsdauer einer Lampe
verlängert werden soll.
-
Obwohl jede der Ausgestaltungen als einzuschließende
Halogenid-Zusätze Iodide (NdI&sub3;, DyI&sub3;, CsI) oder Bromide
(NdBr&sub3;, DyBr&sub3;, CsBr) verwendet, wurde festgestellt, daß
die Verwendung von Gemischen aus Iodiden und Bromiden die
gleiche Funktionswirkung erzielt wie die in den
Ausgestaltungen.
-
Gemäß den Ausgestaltungen stellt die vorliegende
Erfindung, wie oben beschrieben, eine Lichtquelle bereit,
die als OHP-TV-Lichtquelle geeignet ist und deren
Farbwertkoordinaten in etwa der Position des schwarzen
Körpers entsprechen, und die durch angemessenes Auswählen
von Zusätzen für die Lichtröhre aus Neodymhalogeniden,
Dysprosiumhalogeniden, Cäsiumhalogeniden und Festsetzen
angemessener Verhältnisse und Einschlußmengen davon auch
dann hergestellt werden kann, wenn die Lichtröhre relativ
groß ist und die zugeführte Energie oder die Menge der
eingeschlossenen Zusätze etwas variieren. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht auch eine Abnahme der Wandbelastung
und folglich die Herstellung einer Halogen-
Metalldampflampe mit einer langen Nutzungsdauer und guten
Spektralverteilungseigenschaften.