DE69125499T2

DE69125499T2 - Hochleistungslampe

Info

Publication number: DE69125499T2
Application number: DE69125499T
Authority: DE
Inventors: James T. Frederick Md 21702 Dolan; Michael G. Bethesda Md 20817 Ury; John F. Marblehead Ma 01945 Waymouth; Charles H. Rockville Md 20850 Wood
Original assignee: Fusion Systems Corp
Current assignee: Fusion Lighting Inc
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2011-10-25
Also published as: HU9301094D0; AU662889B2; WO1992008240A1; HUT65057A; DE69125499D1; JPH10228886A; JP2931819B2; GR3023695T3; ES2101759T3; BR9107033A; DK0554350T3; EP0554350A4; HU214794B; EP0554350A1; KR930702778A; JPH06132018A; ATE151201T1; CA2093921A1; EP0554350B1; JP3078523B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Hochleistungslampe.
Hochleistungslampen werden für zahlreiche Beleuchtungsanwendungen verwendet. Die in Wohnungen und Büros so vertrauten Glüh- und Leuchtstofflampen bieten für viele gewerbliche und industrielle Anwendungen nicht genügend Leuchtkraft. In der Tat ist die Lampe, die angenommen wurde und typischerweise für Hochleistungsbeleuchtungen verwendet wird, als Hochleistungs-Entladungslampe (HID-Lampe) bekannt. Diese Lampe hat einen einfachen Aufbau und besteht im allgemeinen aus einem Glasmantel, der zwei Elektroden und eine Füllung, die beim Betrieb der Lampe verdampft und gasförmig wird, enthält.
Die Füllung in der HID-Lampe enthält gewöhnlich Quecksilber als Hauptbestandteil. Dies ist jedoch unerwünscht, da Quecksilber ein hochgiftiger und umweltgefährdender Stoff ist. Falls eine HID-Lampe also zerbrechen sollte, würden gefährliche Quecksilberdämpfe abgegeben werden, und es gibt nach der Nutzdauer der Lampe keinen einfachen Weg, den Quecksilber enthaltenden Mantel sicher zu entsorgen. Die weitverbreitete Verwendung von Quecksilber enthaltenden Lampen wurde als ernstes Umweltproblem erkannt.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß anstelle von Quecksilber für die Lampenfüllung ein Stoff verwendet wird, der Schwefel oder Selen enthält.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Lampenfüllung elementarer Schwefel oder elementares Selen oder Verbindungen dieser Elemente enthalten. Die Füllung ist einem Druck von wenigstens etwa 98 kPa (1 Atmosphäre) ausgesetzt und wird mit elektromagnetischer Energie bei einer relativ hohen Leistungsdichte angeregt. Jeder der vorhergehend erwähnten Stoffe hat bei Zimmertemperatur einen geringen Dampfdruck, weist jedoch bei typischen Betriebstemperaturen der Lampe einen hohen Dampfdruck auf. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Schwefelfüllung verwendet.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung werden elementarer Schwefel oder elementares Selen oder Verbindungen dieser Elemente als wesentlicher strahlender Bestandteil einer Lampenfüllung verwendet. Der Begriff "wesentlicher strahlender Bestandteil" bezeichnet hier den strahlenden Bestandteil der Füllung, der während des Betriebs der Lampe den größten Teil der von dieser emittierten Strahlungsenergie emittiert, oder den strahlenden Bestandteil, der der einzige strahlende Bestandteil in der Füllung ist.
Es gibt viele Arten zu messen, wie gut eine Lampe ist, und es hat sich unter Fachleuten in der Lampentechnik die Verwendung verschiedener genormter Leistungsindikatoren ergeben. Diese umfassen die Lichtausbeute der Lampe, ihre Nennlebensdauer, ihre Leuchtkrafterhaltung, ihre Farbsättigung und ihren Farbwiedergabeindex (CRI). Schließlich ist die Stabilität der Farbe des durch die Lampe emittierten Lichts wichtig, da sich dies mit der Zeit ändern kann. Je näher diese anerkannten Indikatoren dem Idealzustand kommen, desto besser ist die Leistungsfähigkeit der Lampe.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, werden bei der erfindungsgemäßen Lampe die Gefahren für die Umwelt vermieden, die mit Lampen auf der Grundlage von Quecksilber verbunden sind, und weiterhin sind die sich ergebenden Leistungsindikatoren für die Lampe relativ gut.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Hochleistungslampe vom elektrodenfreien Typ vorgesehen, die durch Mikrowellenenergie gespeist wird. Elektrodenfreie Hochleistungslampen sind im Stand der Technik wohlbekannt&sub1; enthielten jedoch im allgemeinen, wenn nicht immer, eine Quecksilberfüllung. Weiterhin wurden die Lampen in erster Linie so verwendet, daß sich ihre Ausgangsleistung statt im sichtbaren Teil des Spektrums im ultravioletten Teil des Spektrums befand. Bei der erfindungsgemäßen elektrodenfreien Lampe wird eine Hochdruckfüllung bei wenigstens 98 kPa (1 Atmosphäre) verwendet, die Schwefel oder Selen oder eine Verbindung von diesen enthält. Weiterhin kann die Füllung ein Edelgas, wie Argon oder Xenon, enthalten. Die Hochdruckfüllung wird bei Leistungsdichten oberhalb von 50 Watt pro Rauminhalt und vorzugsweise oberhalb von 100 Watt pro Rauminhalt angeregt. Weiterhin können verschiedene Zusatzstoffe, wie Metallhalogene, Arsen, Bor, usw., in der Füllung enthalten sein, um verschiedene Bereiche des Spektrums zu verstärken.
Die Wirksamkeit der Erzeugung der Nutzstrahlung ist bei der erfindungsgemäßen Lampe relativ hoch. Sie ist in der Tat erheblich höher als bei der herkömmlichen elektrodenfreien Lampe, bei der eine Quecksilberfüllung verwendet wird. Die Möglichkeit, eine solche Lampe bereitzustellen, ist ein unerwartetes Ergebnis, da die gemäß der Erfindung verwendeten Füllstoffe leichter als Quecksilber sind und bei den Temperaturen der Wand stabile Moleküle bilden, so daß erwartet werden könnte, daß sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als Quecksilber, so daß zu erwarten wäre, daß an den Wänden des Kolbens mehr Wärme verlorenginge und die Wirksamkeit des Erzeugens der Nutzstrahlung geringer wäre als bei der Quecksilberlampe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Elektroden aufweisende Bogenlampe vorgesehen. Diese ähnelt der vorhergehend beschriebenen Quecksilber enthaltenden HID- Lampe, wobei die Füllung jedoch anstelle von Quecksilber eine Schwefel oder Selen enthaltende Substanz aufweist. Wie im Fall der elektrodenfreien Lampe kann das Hinzufügen von Stoffen zur Füllung verwendet werden, um bestimmte Spektralbereiche zu verstärken. Beispielsweise kann Natrium verwendet werden, um die orange und rote Strahlung der Lampe zu erhöhen.
Im Stand der Technik sind Lampen mit einem geringen Druck und einer geringen Leistung bekannt, die im Labor für wissenschaftliche Untersuchungen des Spektrums (Atomspektroskopie) verwendet wurden. Es ist bei solchen Laborarbeiten üblich, ein jedes der Elemente des Periodensystems einschließlich der hier vorgeschlagenen Füllstoffe als Füllung für elektrodenfreie Lampen und Bogenlampen zu verwenden, um die atomaren und molekularen Spektren dieser Elemente zu erzeugen. Solche Lampen wären jedoch als sichtbare Hochleistungs-Beleuchtungsguellen völlig ungeeignet. Wenn die mit den Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Spektren mit dem durch die Niederdruck-Atomspektroskopie-Lampen mit geringer Leistung erzeugten atomaren oder molekularen Spektrum, bei denen dieselbe Füllung verwendet wurde, verglichen wurden, wurde in der Tat festgestellt, daß wenigstens bei einem Teil der Verwirklichungen der vorliegenden Erfindung der ultraviolette Teil des Spektrums, der vor allem im Spektrum der Quelle für die Atomspektroskopie auftrat, in der erfindungsgemäßen Lampe im wesentlichen und unerwarteterweise unterdrückt wurde, was zu einer höheren Lichtausbeute und zur Erzeugung von weniger schädlicher Ultraviolettstrahlung führte.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, daß eine neue Hochleistungslampe bereitgestellt wird, bei der kein Quecksilber verwendet zu werden braucht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein neuer Hochleistungs-Lampenkolben bereitgestellt wird, der kein Quecksilber zu enthalten braucht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine neue Hochleistungslampe bereitgestellt wird, die verhältnismäßig gute Leistungindikatoren des vorhergehend erörterten Typs und/oder andere Leistungsindikatoren aufweist.
Die Erfindung wird, Bezug nehmend auf die begleitende Zeichnung, besser verstanden, wobei
in Figur 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist,
in Figur 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist,
in den Figuren 3 bis 6 Bogenelektrodenanordnungen dargestellt sind,
Figur 7 eine Darstellung eines Spektrums für eine elektrodenfreie Lampe ist, bei der eine Schwefel-Kolbenfüllung verwendet wird,
Figur 8 eine Darstellung eines Spektrums für eine elektrodenfreie Lampe ist, bei der eine Kolbenfüllung verwendet wird, die Schwefel und Kadmiumjodid enthält,
Figur 9 eine Darstellung eines Spektrums für eine Lampe ist, bei der eine Selen enthaltende Kolbenfüllung verwendet wird.
Bezug nehmend auf Figur 1 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Eine Lampe 2 ist eine elektrodenfreie Lampe, die durch Mikrowellenenergie gespeist wird. Ein Kolben 3, der eine Hochdruckfüllung enthält und aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material besteht, ist in einem Mikrowellenresonator aufgenommen, der ein leitendes Gehäuse 4 und ein Gitter 5 enthält. Ein Magnetron 6 erzeugt Mikrowellenenergie, die über einen Wellenleiter 7 zu einem Kopplungsschlitz 8 des Mikrowellenresonators geführt wird.
Hierdurch wird die Kolbenfüllung in einen Plasmazustand angeregt, woraufhin Licht durch die Füllung emittiert wird, das durch das Gitter 5 aus dem Resonator herausgesendet wird. Das Gitter besteht aus Metall und ist so aufgebaut, daß es für Mikrowellenenergie im wesentlichen undurchlässig ist, während es für das vom Kolben 3 emittierte Licht im wesentlichen durchlässig ist. Der Kolben wird durch eine Dreheinrichtung 9 gedreht, und der Kolbenmantel wird durch Gas gekühlt, das in den auszufüllenden Raum 10 eingeführt wird und durch Düsen 11 herausgeführt wird.
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung enthält die Füllung im Kolben 4 elementaren Schwefel oder elementares Selen oder eine Verbindung eines dieser Elemente. Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist dieser Stoff als wesentlicher strahlender Bestandteil der Kolbenfüllung vorhanden. Es ist weiterhin wünschenswert, einen Füllungsbestandteil zu verwenden, der das Zünden der Entladung unterstützt, und es kann beispielsweise eine kleine Menge eines Edelgases, wie Argon oder Xenon, zu diesem Zweck verwendet werden.
Die in Figur 1 dargestellte Lampe kann als Hochdrucklampe mit einer hohen Leistung gekennzeichnet werden. Dabei ist die Füllung im Kolben 3 in einer solchen Menge vorhanden, daß der Fülldruck bei der Betriebstemperatur wenigstens 98 kPa (1 Atmosphäre) und vorzugsweise 196 - 1960 kPa (2 bis 20 Atmosphären) beträgt. Weiterhin ist die Amplitude der dem Resonator zugefügten Mikrowellenenergie derart, daß die Leistungsdichte der in die Füllung eingekoppelten Energie wenigstens 50 Watt pro Rauminhalt beträgt und vorzugsweise größer als 100 Watt pro Rauminhalt ist. Die maximale verwendbare Leistungsdichte ist teilweise eine Funktion der Kühlung des Kolbens, und es wird bei der gegenwärtigen Technologie erwartet, daß Leistungsdichten von wenigstens einigen hundert Watt pro Rauminhalt verwendet werden können. Es sei bemerkt, daß sich das Volumen im Begriff "Leistungsdichte" auf das Volumen des lichtemittierenden Gases und nicht auf das Volumen des Kolbens bezieht. Es sei weiterhin bemerkt, daß sich die absolute Menge des wesentlichen Füllungsbestandteils in fester Form, der in dem Kolben verwendet wird, abhängig vom verwendeten Stoff, beispielsweise Schwefel oder Selen, ändern kann, daß die Menge jedoch immer derart sein wird, daß der gewünschte Druckbereich bei der Betriebstemperatur, also der Temperatur des Kolbens während des normalen Betriebs bei einer Leistungsdichte von 50 Watt pro Rauminhalt oder mehr, erzeugt wird. Der Fülldruck wird hauptsächlich durch den wesentlichen Füllungsbestandteil gesteuert, der typischerweise einen wesentlich höheren Teildruck aufweist als das Edelgas, wenn die Lampe arbeitet. Weiterhin kann die durch die in Figur 1 dargestellte Lampe gelieferte Beleuchtung durch Hinzufügen bestimmter Zusatzstoffe zur Füllung in verschiedenen Bereichen des Spektrums verstärkt werden. In nicht als einschränkend anzusehenden Beispielen können solche Zusatzstoffe Metallhalogene, Arsen, Bor und Wismut enthalten. Beispiele einiger der zahlreichen Metallhalogene, die verwendet werden können, sind CdI&sub2;, HgCl und InI&sub3;. Weiterhin kann die Arbeitsweise bei gewissen Verwirklichungen durch Hinzufügen von etwas Quecksilber verbessert werden, wodurch die Zeit für ein erneutes Zünden der Lampe verringert wird.
Wie vorhergehend erwähnt wurde, können zusätzlich zu Schwefel und Selen in elementarer Form Verbindungen dieser Elemente verwendet werden. Beispielsweise können InS, As&sub2;S&sub3;, SeO&sub2; und SeCl&sub4; sowie andere Verbindungen von Schwefel und Selen verwendet werden. Der hier verwendete Begriff "ein Schwefel enthaltender Stoff" schließt sowohl elementaren Schwefel als auch Schwefelverbindungen ein, wobei dies auch für die entsprechenden für Selen verwendeten Begriffe gilt. Es sei bemerkt, daß der wesentliche strahlende Bestandteil der Füllung aus einer Kombination eines Schwefel enthaltenden Stoffs und eines Selen enthaltenden Stoffs statt nur eines dieser Stoffe bestehen kann. Weiterhin kann der wesentliche strahlende Bestandteil aus einer Mischung der elementaren Form und einer Verbindung (Verbindungen) eines bestimmten Stoffs oder bestimmter Stoffe bestehen.
Wenngleich die Lampe 2 vorzugsweise durch Mikrowellenenergie angeregt wird, wäre es auch möglich, sie mit elektromagnetischer Energie im Hochfreguenzbereich anzuregen. Da dies typischerweise das Wickeln einer Erregerspule um den Kolben beinhalten würde, wodurch ein Teil des emittierten Lichts abgeschirmt würde, wird das Anregen durch Mikrowellen bevorzugt. Der Begriff "elektromagnetische Energie" betrifft, so wie er hier verwendet wird, sowohl eine Mikrowellen- als auch eine Hochfreguenzanregung. Wenngleich der in Figur 1 dargestellte Mikrowellenresonator keinen Reflektor aufweist, könnte auch ein reflektierender Resonator verwendet werden.
Wie vorhergehend erwähnt, scheinen die Leistungsindikatoren der erfindungsgemäßen Lampe verhältmäßig gut zu sein. Es sei in dieser Hinsicht bemerkt, daß die Leuchtkraft bei elektrodenfreien Lampen, die bisher vor allem zum Erzeugen von ultraviolettem statt sichtbarem Licht verwendet wurden, normalerweise für längere Zeiträume als bei Bogenlampen auf einem hohen Niveau bleibt, was eine vorteilhafte Eigenschaft der Ausführungsform einer elektrodenfreien Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung sein kann.
Ein weiterer Vorteil besteht bei der gegenwärtig betrachteten Lampe darin, daß der wesentliche strahlende Füllungsbestandteil ein einziges Element sein kann. Der häufigste Typ einer gegenwärtig für Hochleistungs-Beleuchtungsanwendungen verwendeten HID-Lampe ist daher die Metalihalogen- HID-Lampe, bei der Quecksilber mit dem Halogen eines anderen Metalls oder anderer Metalle kombiniert ist, um die gewünschte spektrale Ausgabe zu erreichen. Eine häufig verwendete Kombination ist Hg + ScI&sub3; + NaI. Der Partialdruck der hinzugefügten Metalle ist durch die Menge des Metallhalogens in der Lampe und durch die Temperatur der kältesten Stelle auf der Lampe bestimmt. Dies führt dazu, daß Änderungen dieser Parameter infolge von Herstellungstoleranzen oder des Alterns der Lampe Änderungen des Partialdrucks des Zusatzstoffs erzeugen, was wiederum Änderungen des Werts der Ausgangsleistung und der spektralen Verteilung der Ausgangsleistung bewirkt. Da die gegenwärtig betrachtete Lampe andererseits nur einen einzigen strahlenden Füllungsbestandteil haben kann oder gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung eine Füllung haben kann, die im wesentlichen aus einem Schwefel enthaltenden Stoff oder einem Selen enthaltenden Stoff sowie einem Edelgas besteht, tritt keine durch die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ändernden Partialdrücke verschiedener Füllungsbestandteile hervorgerufene Wirkung auf.
Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lampe besteht darin, daß sie im Gegensatz zu atomarer Strahlung. im wesentlichen molekulare Strahlung emittieren kann, was zu einem glatteren Spektrum ohne Spitzen oder abrupte Übergänge und möglicherweise einem besseren Farbwiedergabeindex führt. Es sei in dieser Hinsicht bemerkt, daß Nichtmetalle im Stand der Technik nur wenige Anwendungen als Füllmaterialien gefunden haben, wobei ein Grund hierfür darin besteht, daß die wesentlichen atomaren Spektrallinien der Nichtmetalle nicht im sichtbaren Bereich liegen. Die vorliegende Erfindung beruht jedoch wenigstens in gewissen Verwirklichungen auf Molekularstrahlung als der vorherrschenden Quelle und kann Strahlung liefern, die im wesentlichen im sichtbaren Bereich liegt. Ein einzigartiges Merkmal der Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung besteht möglicherweise darin, daß sie eine Lampe mit einer hohen Lichtausbeute ist, die im wesentlichen Molekularstrahlung emittiert.
Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrodenfreien Lampe besteht darin, daß sie ein kompakter sichtbarer Hochleistungsstrahler ist. Der Durchmesser des Kolbens beträgt dabei typischerweise nur 2 - 3 cm, während Ausgaben von etwa 140 Lumen/Watt oder darüber möglich sind.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Es handelt sich um eine Bogenlampe 20, die einen Quarzmantel 22 mit Elektroden 24 und 26 aufweist und eine Füllung 28 enthält. Um die Füllung anzuregen, wird eine Wechselspannung an die Elektroden angelegt, woraufhin eine Bogenentladung zwischen ihnen auftritt.
Gemäß der Erfindung enthält die Füllung im Mantel 22 einen Schwefel enthaltenden Stoff oder einen Selen enthaltenden Stoff. Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist dieser Füllstoff der wesentliche strahlende Bestandteil in der Füllung. Der Stoff kann durch elementaren Schwefel oder elementares Selen oder Verbindungen dieser Elemente gegeben sein. Weiterhin ist eine kleine Menge eines zusätzlichen Gases zum Unterstützen des Zündens vorgesehen, das ein Edelgas, wie Argon oder Xenon, sein kann.
Wie im Fall der elektrodenfreien Lampe ist die Füllung bei einem hohen Druck von wenigstens etwa 98 kPa (1 Atmosphäre) und vorzugsweise im Bereich von etwa 196 - 1960 kPa (2 - 20 Atmosphären) vorhanden. Dieser Druck wird hauptsächlich durch den Schwefel oder Selen enthaltenden Stoff gesteuert, dessen Partialdruck wenigstens etwa 1 Atmosphäre beträgt. Weiterhin ist eine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt, so daß eine Leistungsdichte von wenigstens 60 Watt/cm auftritt. Die Elektroden 22 und 24 bestehen aus einem speziellen Material oder sind mit diesem überzogen, um chemische Reaktionen mit dem Füllgas zu verhindern, die zu einer Verschlechterung der Elektroden führen könnten.
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung können die Elektroden Graphitstäbe sein. Da die Schäfte dieser Elektroden an keinem Elektroden-Wiederablagerungszyklus teilnehmen, von dem die Spitzen der Elektroden betroffen sein können, ist es erforderlich, die Elektrodenschäfte bei niedrigeren Temperaturen zu schützen, um eine "Randerosion" zu verhindern, die infolge einer Reaktion mit dem Füllgas auftreten kann.
In den Figuren 3 und 4 sind zwei Konstruktionen zum Schützen des Tieftemperaturschafts einer Graphitelektrode dargestellt. In Figur 3 weist die Graphitelektrode 30 eine um ihren Schaft angeordnete Aluminiumoxidhülle 34 auf. Da Graphit bei erhöhten Temperaturen leicht mit Aluminiumoxid reagiert, ist eine Sperrschicht 36 aus Platin zwischen dem Graphitstab und der Aluminiumoxidhülle angeordnet. Die Elektrodenspitze 32 erstreckt sich in der Hinsicht über die Hülle hinaus, als sich das Aluminiumoxid nur bis zu dem Punkt erstrecken kann, bei dem die Betriebstemperatur etwa 1500 K beträgt.
In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform wird das Platin-Sperrelement 36' selbst verwendet, um eine Reaktion zwischen dem Graphit und der Kolbenfüllung zu verhindern. Die Höhe der Platin-Sperrschicht wird experimentell bestimmt, um die maximale Temperatur, der das Platin ausgesetzt wird, zu beschränken.
In Figur 5 ist dargestellt, wie der Graphitstab an einer Molybdän-Versiegelungsfolie befestigt werden kann. Die Folie 42 (etwa 0,03 mm (0,001") dick) wird gefaltet und in eine in den Sockel 38 des Graphitstabs eingearbeitete Keilnut 40 eingeschoben. Da die Folie infolge des Nichtübereinstimmens der Ausdehnungskoeffizienten von Quarz und Molybdän nach dem Versiegeln unter einer erheblichen Spannung steht, wird sie fest in die keilförmige Keilnut gezogen. Es ist wahrscheinlich erforderlich, das Ende der Molybdänfolie mit Platin zu versehen, da das Füllgas bis zum Ende der Folie in den Versiegelungsbereich eindringen kann.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung können "träge" Elektroden, die im wesentlichen aus hochschmelzenden Oxiden bestehen können, verwendet werden. Diese Oxide sind normalerweise nicht elektrisch leitend, und sie müssen durch Herstellung in Form eines sogenannten "Cermets", wobei eine Mischung von Metallteilchen und Teilchen eines hochschmelzenden Oxids zu einem hochschmelzenden Körper verpreßt und gesintert wird, leitend gemacht werden. In Figur 6 ist eine Cermetelektrode dargestellt, wobei das Cermet 50 um einen mit Platin versehenen Wolframstab 52 gepreßt ist. Der mit Platin versehene Wolfram-Haltestab ist ebenso, wie in Figur 5 dargestellt, an dem Molybdän-Versiegelungsband 54 befestigt. Die Platinbeschichtung des freiliegenden Schafts des Wolframstabs dient dazu, das Wolfram vor einem Angriff durch den Dampf der Füllung zu schützen. Die Cermetelektroden können Thoriumoxid und Molybdän oder Wolfram enthalten, und es sind auch Elektroden bekannt, die eine Yttriumoxid-Ruthenium-Kombination enthalten. Bei Elektroden, wie den in Figur 6 dargestellten, sind die Metallteilchen durch das hochschmelzende Oxid gegenüber einer Reaktion mit dem Dampf der Füllung abgeschirmt, und das hochschmelzende Oxid ist stabiler als das entsprechende Sulfid. Daher sollte die Reaktion beispielsweise mit Schwefeldampf verhältnismäßig gering sein.
Statt dessen können gemäß der Erfindung Elektroden aus Platin, Rhenium oder Osmium verwendet werden. Diese Elektroden können aus dem Metall in reiner Form gebildet werden, oder das Metall kann auf einer Wolframbasis beschichtet werden.
Die Lampenelektroden können mit einem Elektronen aussendenden Material, wie einem Erdalkalisulfid (beispielsweise BaS), beschichtet werden. Hierdurch wird der effektive Elektrodenwiderstand verringert, was zu einer Verringerung der erforderlichen Zündspannung sowie der Elektrodenverluste beim Betrieb führt. Eine Wolframelektrode kann vom versiegelten Sockel zu einem Punkt, an dem die Elektrode während des Betriebs zur Bildung stabiler Verbindungen zwischen dem Wolfram und dem Füllmaterial des Kolbens zu heiß wird, der Länge nach mit einem Erdalkalisulfid-Material beschichtet werden.
Bei einer Verwirklichung der Erfindung ist die Füllung der elektrodenfreien Lampe oder der Bogenlampe so eingerichtet, daß ein Schwefel oder Selen enthaltender Stoff der einzige strahlende Bestandteil in der Füllung des Kolbens ist. Bei einer solchen Verwirklichung kann der Schwefel oder Selen enthaltende Stoff, abgesehen von einer geringen Menge eines Gases zum Unterstützen des Zündens, beispielsweise Argon oder Xenon, der einzige Stoff in der Füllung sein.
In einem speziellen Beispiel der Erfindung wurde ein elektrodenfreier Quarzkolben einer kugelförmigen Gestalt mit einem Innendurchmesser von 2,84 cm mit 0,062 mg x Mol/Rauminhalt Schwefel und 8 kPa (60 Torr) Argon befüllt. Wenn der Kolben in einen Mikrowellenresonator eingebracht und mit Mikrowellenenergie einer Leistungsdichte von etwa 280 Watt pro Rauminhalt angeregt wurde, wurde sichtbares Licht mit einem in Figur 7 dargestellten Spektrum emittiert. Die Lichtausbeute der Lampe betrug etwa 140 Lumen/Watt. Es sei weiterhin bemerkt, daß im Spektrum unterhalb von 350 nm eine sehr geringe UV-Strahlung auftritt. Diese Eigenschaft hilft dabei, die Lichtausbeute der Lampe zu erhöhen und weiterhin die Sicherheit der Lampe zu vergrößern, da UV-Strahlung gesundheitsgefährdend ist&sub0; Es sei auch bemerkt, daß die spektrale Darstellung glatt ist und keine scharfen Spitzen aufweist, was davon herrührt, daß die Lampe im Gegensatz zu einem atomaren Strahler grundsätzlich ein molekularer Strahler ist.
In einem weiteren speziellen Beispiel der Erfindung wurde ein elektrodenfreier Kolben kugelförmiger Gestalt mit einem Innendurchmesser von 2,84 cm mit 0,053 mg x Mol pro Rauminhalt Schwefel, 0,008 mg x Mol pro Rauminhalt Cadmium und 0,003 mg x Mol pro Rauminhalt Cadmiumjodid befüllt. Wenn die Lampe mit Mikrowellenenergie bei einer Leistungsdichte von 280 Watt pro Rauminhalt angeregt wurde, wurde sichtbares Licht mit einem in Figur 8 dargestellten Spektrum emittiert. Die Lichtausbeute der Lampe betrug etwa 134 Lumen/Watt. Es sei weiterhin bemerkt, daß das Spektrum bei 580 nm eine Schulter hat, die durch das CdS bewirkt wird, und bei 650 nm eine weitere Schulter hat, die durch das CdI bewirkt wird.
In einem weiteren speziellen Beispiel wurde ein elektrodenfreier Quarzkolben mit einem Volumen von 12 Rauminhalten mit 54 mg Seien, was zu 5,7 x 10&supmin;&sup5; Mol pro Rauminhalt führt, sowie mit 8 kPa (60 Torr) Argon befüllt. Der Kolben wurde in einen Mikrowellenresonator eingebracht und mit einer Mikrowellenenergie von 3500 Watt angeregt. Ein von der Ausgabe des Kolbens gemessenes Spektrum ist in Figur 9 dargestellt.
Hiermit wurde eine neue Hochleistungslampe, die ohne Quecksilber hergestellt werden kann, offenbart. Wenngleich die Lampe in erster Linie als sichtbare Hochleistungs-Beleuchtungsquelle beschrieben wurde, können gewisse Verwirklichungen in anderen Bereichen des Spektrums, beispielsweise dem ultravioletten Bereich, Verwendungen finden. Wenngleich die Erfindung in Übereinstimmung mit speziellen Ausführungsformen erklärt wurde, ist weiterhin zu verstehen, daß in die Erfindung fallende Abänderungen Fachleuten ersichtlich sein werden und daß die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims

1. Lampenkolben zum Liefern sichtbarer Strahlung beim Betrieb, enthaltend

einen lichtdurchlässigen Mantel und

eine Füllung in dem Mantel, die elementaren, gasförmigen Schwefel enthält, der beim Anregen der Füllung beim Betrieb durch eine ausreichende Leistung in einer derartigen Menge gewonnen werden kann, daß die angeregte Füllung infolge des elementaren Schwefels sichtbare Strahlung emittiert, wobei im wesentlichen die gesamte Strahlung infolge des elementaren Schwefels in einem zusammenhängenden Band bei Wellenlängen oberhalb von 350 nm emittiert wird.

2. Lampenkolben nach Anspruch 1, in Zusammenwirken mit einer Einrichtung zum Anregen der Füllung mit einer ausreichenden Leistung, um den elementaren, gasförmigen Schwefel während des Betriebs zu gewinnen, der die sichtbare Strahlung und die Strahlung, die fast vollständig in einem zusammenhängenden Band bei Wellenlängen oberhalb von 350 nm emittiert wird, aussendet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die sichtbare Strahlung aus dem Kolben in erster Linie vom elementaren Schwefel herrührt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Füllung weiterhin ein Zündgas enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die sichtbare Strahlung Molekularstrahlung des Schwefels ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Druck der angeregten Füllung wenigstens eine Atmosphäre beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Partialdruck des elementaren Schwefels in der angeregten Füllung wenigstens eine Atmosphäre beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Lampenkolben keine Elektroden aufweist und wobei die Einrichtung zum Anregen die Füllung mit einer Mikrowellen- oder Hochfrequenzleistung beaufschlagt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mikrowellen- oder Hochfrequenzleistung, mit der die Füllung beaufschlagt wird, eine Leistungsdichte von wenigstens 50 Watt/Rauminhalt aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 7, wobei der Lampenkolben Elektroden aufweist.

11. Lampenkolben zum Liefern sichtbarer Strahlung enthaltend

einen lichtdurchlässigen Mantel und

eine Füllung in dem Mantel, die elementares, gasförmiges Selen enthält, das beim Anregen der Füllung beim Betrieb durch eine ausreichende Leistung in einer derartigen Menge gewonnen werden kann, daß die Füllung, wenn sie durch eine ausreichende Leistung angeregt wird, infolge des elementaren Selens sichtbare Strahlung emittiert, wobei im wesentlichen die gesamte Strahlung infolge des elementaren Selens in einem zusammenhängenden Band bei Wellenlängen oberhalb von 400 nm emittiert wird.

12. Lampenkolben nach Anspruch 11, in Zusammenwirken mit einer Einrichtung zum Anregen der Füllung mit einer ausreichenden Leistung, um zu bewirken, daß sie die sichtbare Strahlung emittiert, die fast vollständig bei Wellenlängen oberhalb von 400 nm emittiert wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die sichtbare Strahlung aus dem Kolben in erster Linie vom elementaren Selen herrührt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die vom elementaren Selen emittierte Strahlung Molekularstrahlung ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Druck der Füllung während des Betriebs wenigstens eine Atmosphäre beträgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Partialdruck des elementaren Selens während des Betriebs wenigstens eine Atmosphäre beträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Lampenkolben keine Elektroden aufweist und wobei die Einrichtung zum Anregen die Füllung mit einer Mikrowellen- oder Hochfrequenzleistung beaufschlagt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Mikrowellen- oder Hochfrequenzleistung, mit der die Füllung beaufschlagt wird, eine Leistungsdichte von wenigstens 50 Watt/Rauminhalt aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 16, wobei der Lampenkolben Elektroden aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Füllung weiterhin ein Zündgas enthält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 19, wobei die Elektroden Graphitteile sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Schäfte der Graphitelektroden mit Aluminiumoxid überzogen sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei sich zwischen der Graphitelektrode und dem Aluminiumoxid eine Platinschicht befindet.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Schäfte der Elektroden mit Platin überzogen sind.

25 nach Anspruch 10 oder 19, wobei die Elektroden aus Cermet bestehen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 19, wobei die Elektroden aus Platin, Rhenium oder Osmium bestehen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 19, wobei die Elektroden mit einer Elektronen aussendenden Substanz beschichtet sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 13, wobei die angeregte Füllung Quecksilber enthält.

29. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 13, wobei die angeregte Füllung Natrium enthält.

30. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 13, wobei die angeregte Füllung Arsen oder Wismut enthält.