DE69401394T2

DE69401394T2 - Metall-Halogen Entladungslampe, optischer Beleuchtungsapparat und Bildvorführungssystem

Info

Publication number: DE69401394T2
Application number: DE69401394T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Omura; Munehiro Tabata; Nobuyoshi Takeuchi; Masayuki Wakamiya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: DE69401394D1; EP0634780A1; US5512800A; EP0634780B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Metallhalogenidlampe, die für allgemeine Beleuchtungszwecke, optische Anwendungen und andere, ein optisches Beleuchtungsgerät, das eine Metallhalogenidlampe und einen konkaven Reflektor miteinander kombiniert, und ein Bildanzeigegerät, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige vom selben Projektions-Typ, verwendet wird.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In neuerer Zeit ist die Metallhalogenidlampe weit verbreitet zum Beleuchten von Läden, Straßen und andere allgemeine Zwecke angewandt worden und ihr Einsatz ist auch das Abgeben von Licht bei Automobilen oder als Lichtquelle für optische Anwendungen. Ein Beispiel einer Metallhalogenid-Entladungslampe ist nachfolgend dargestellt, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird.
Figur 1 stellt eine Struktur einer Metallhalogenidlampe vom Einzelröhrentyp dar. In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Beleuchtungsteil einer Entladungsröhre, das aus Quarzglas hergestellt ist, 2 ist eine Wolframelektrode, die durch eine Molybdän folie 10 installiert ist, 3 ist ein Dichtungsteil, das dicht an der Molybdänfolie 10 anhaftet, und 4 ist ein externer Leitungsdraht.
In der Metallhalogenidlampe, die aus diesen Bauelementen zusammengesetzt ist, ist die Betriebsweise so, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
In der Metallhalogenidlampe wird das Metallhalogen, das in der Entladungsröhre hinzugefügt ist, zusammen mit Quecksilber und Edelgasen geschmolzen und ist als flüssige Phase vorhanden, während die Lampe an der Innenseitenwand der Entladungsröhre leuchtet. Das Flüssigmetallhalogenid wird verdampft, so daß es sich in der Gasphase befindet, und der Metallhalogeniddampf wird in Metallatome und Halogenatome in dem Hochtemperaturbereich der Lichtbogensäule dissoziiert. Die Metallatome werden durch den Lichtbogen angeregt und emittieren deren eigene, charakteristischen spektralen Linien. Demgemäß ist, verglichen mit den Hochdruckquecksilberlampen, die Metallhalogenidlampe ausgezeichnet in der Beleuchtungseffizienz und den sich ergebenden Farbeigenschaften. Metallhalogenidlampen enthalten Metalliodite, wie beispielsweise TI-Na-In, Sc-Na, Dy-TI und Dy-Nd-Cs, die weit verbreitet in die praktische Verwendung umgesetzt sind.
Metallhalogenidlampen, die Dy-Gd-Cs, Dy-TI-Cs und Dy-Nd-Cs enthalten, sind aus der EP-A-0 342 762 bekannt, wobei Halogenidlampen, die Dy-Nd-Cs aufweisen, auch aus der EP-A-0 453 983 bekannt sind. Es ist weiterhin aus der GB-A-2053562 bekannt, Lutetiumiodid zu einer Metallhalogenidlampe hinzuzuf(igen, die lndiumiodid und ein Alkaliiodid, um die spektrale Abgabe in dem Bereich von 320 bis 340 nm zu erhöhen, aufweist.
Allgemein wird in Metallhalogenidlampen die Beleuchtungschrakteristik der Lampe durch den Dampfdruck der Metallhalogenide innenseitig bestimmt. So ist es notwendig, die Temperatur des kühlsten Flecks des Entladungsrohr hoch genug zu belassen, um den Dampfdruck der Metallhalogenide zu erhöhen, um die Beleuchtungscharaktenstika der Metallhalogenidadditive zu erhalten. Zu diesem Zweck ist in der Metallhalogenidlampe die Rohrwandbelastung (elektrische Leistung/der gesamte innere Wandbereich) geeignet ausgelegt, um die erwünschte Temperatur des kühlsten Flecks zu erhalten. Weiterhin ist die Wärmereflexionsbeschichtung gewöhnlicherweise auf der äußeren Oberfläche des kühlsten Flecks des Entladungsrohr aufgebracht.
Bei solchen herkömmlichen Metallhalogenidlampen reagieren allerdings, wenn die Temperatur des kühlesten Flecks so angehoben wird, um den Dampfdruck der hinzugefügten Metallhalogenide zu erhöhen und die die Farbe gestaltenden Eigenschaften zu verbessern, die Metalladditive und das Herstellungsmaterial der Entladungsröhre schnell miteinander, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer führt, verursacht durch den Abfall des Beleuchtungsflusses oder des Brechens des Entladungsrohrs.
Es ist bekannt, daß das Farbseparationsphänomen des Lichtbogens in den Metallhalogenidlampen auftritt. Dieses pHänomen resultiert aus der Abhängigkeit des Emissionsspektrums und der Farbe von der Lichtbogenposition. Die Lichtbogentemperatur ist nicht über den gesamten Lichtbogen gleichförmig, sondern ist unterschiedlich in Abhängigkeit von der Lichtbogenposition, so daß der Anregungszustand eines Atoms oder die Emission von atomaren Spezien unterschiedlich ist. Die Lichtbogentemperatur ist am höchsten auf der Lichtbogenachse, zwischen zwei Elektroden, und die Lichtbogentemperatur nimmt von der Lichtbogenmitte zu der Richtung der inneren Wand des Entladungsrohrs ab. Zum Beispiel sind in der Metallhalogenidlampe, die mit seltenen Erdioditen Dyl&sub3;, Ndl&sub3;, Csl gefüllt sind, die Emissionen der Quecksilberionen und der neutralen Atome von Dy und Nd mit einer großen Anregungsenergie in dem Hochtemperaturbereich der Lichtbogensäule dominant. In dem äußeren Bereich mit niedriger Temperatur wird eine Lichtemission von neutralen Atomen aus Dy und Nd dominant und in dem äußersten Bereich mit noch niedrigerer Temperatur emittieren Cs- und Dyl-Moleküle hauptsächlich Licht.
Wenn eine solche Metallhalogenidlampe so angeordnet ist, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, so daß die Lichtbogenachse auf der optischen Achse des konkaven Reflektors 4 positioniert werden kann, um ein optisches Beleuchtungsgerät aufzubauen, wird die Farbverteilung des Schirms 6 eines Bildanzeigesystems durch die Farbverteilung des Lichtbogens beeinflußt. Das bedeutet, daß die Mitte des Bildschirms der zentralen Achse des Metallhalogenidlichtbogens entspricht und der Kantenbereich des Schirms dem äußeren Berich des Lichtbogens entspricht. Die Farbverteilung und die spektrale Verteilung des Lichtbogens von der zentralen Achse zu der Peripherie des Lichtbogens entspricht der Farbverteilung des Schirms von der Mitte zu der Kante. Deshalb wird, wenn das Lichtbogenfarbseparationsphänomen, wie es vorstehend erwähnt ist, in der Metallhalogenidlampenlichtquelle auftritt, eine große Ungleichförmigkeit der Strahlenverteilung, oder der Farbe, in der Mitte oder in dem Umfang des Schirms vorhanden sein. Wenn eine solche Metallhalogenidlampe, die mit dem Dyl&sub3;, Ndl&sub3;, Csl gefüllt ist, in einem optischen Beleuchtungssystem als eine Lichtquelle verwendet wird, tendiert der Schirmmittenbereich des Bildanzeigesystems dazu, daß er grünstichig wird und die Farbtemperatur hoch ist, während der Umfangsbereich des Schirms dazu tendiert, daß er rotstichig wird und die Farbtemperatur niedrig ist.
Herkömmlich wird eine Technik verwendet, um die Gleichförmigkeit einer Lichtbogenfarbe durch Bearbeiten der äußeren Oberfläche des Entladungsrohrs der Metallhalogenidlampe in einem opaken Zustand (geschliffener Glaszustand) durch Sandstrahlen oder ein ähnliches Verfahren zu verbessern (nachfolgend als Mattierbehandlung bezeichnet). Allerdings bewirkt in einem solchen optischen System, wo das Licht, das von der Lampe emittiert wird, durch einen konkaven Reflektor gebündelt wird, eine Mattierbehandlung der äußeren Oberfläche der Lampe, daß sich die ersichtliche Größe der Lichtquelle erhöht und deshalb die Effektivität des Reflektors herabsetzt. Gerade wenn die Farbgleichförmigkeit des Schirms verbessert wird, wird die Helligkeit des Schirms erniedrigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist demzufolge eine primäre Aufgabe der Erfindung, eine Metallhalogenid-Entladungslampe, ein optisches Beleuchtungsgerät und ein Bildanzeigesystem zu schaffen, die von langer Lebensdauer, ausgezeichnet in der Farbcharakteristik, hoch in der Beleuchtungseffektivität sind und in dem Farbseparationsphänomen des Lichtbogens verbessert werden.
Eine erste Metallhalogenid lampe der vorliegenden Erfindung weist einen lichttransparenten Behälter, der ein Paar Elektroden besitzt, auf, wobei mindestens Gadoliniumhalogenid (GdX&sub3;), Lutetiumhalogenid (LuX&sub3;) und Cäsiumhalogenid (CsX), unter Verwendung von bd oder Brom oder deren Mischung als Habgen, in den Iichttransparenten Behälter eingefüllt sind, und zwar zusammen mit Quecksilber und einem Start-Edelgas.
Vorzugsweise beträgt das Gesamtgewicht des Gadoliniumhalogenids, des Lutetiumhalogenids und des Cäsiumhalogenids pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters 1 mg/cc oder mehr,
das Gewicht des Cäsium halogenids in dem Gesamgewicht der Halogenide beträgt 15 oder mehr bis 50% oder weniger, und - . .,e
das Gewichtsverhältnis von Gadoliniumhalogenid und Lutetiumhalogenid liegt in einem Bereich von 0,1 ≤GdX&sub3;/LuX&sub3; ≤ 10.
Weiterhin kann mindestens eines von Dysprosiumhalogenid und Thalliumhalogenid, unter Verwendung von Iod oder Brom oder deren Mischung als Halogene, in dem lichttransparenten Behälter zusätzlich zu den obigen Halogeniden eingefüllt sein.
In diesem Fall beträgt das Gesamtgewicht der Halogenide pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters vorzugsweise 1 mg/cc oder mehr,
wobei das Gewicht an Cäsiumhalogeniden in dem Gesamtgewicht der Halogenide in dem Bereich von 15% bis 50% liegt.
Eine zweite Metallhalogenidlampe der vorliegenden Erfindung weist einen lichttransparenten Behälter auf, der ein Paar Elektroden besitzt, wobei
mindestens Dysprosiumhalogenid (DyX&sub3;), Lutetiumhalogenid (LuX&sub3;), Neodymhalogenid (NdX&sub3;) und Cäsium halogenid (CsX) unter Verwendung von bd oder Brom, oder deren Mischung als Halogen, in den lichttransparenten Behälter, zusammen mit Quecksilber und einem Start-Edelgas, eingefüllt sind.
Vorzugsweise beträgt die elektrische Leistung der Lampe pro Abstand zwischen den Elektroden 20 W/mm oder mehr,
das Gesamtgewicht des Dyprosiumhalogenids, des Lutetiumhalogenids, des Neodymhalogenids und des Cäsiumhalogenids pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters beträgt 1 mg/cc oder mehr,
das Gewicht an Cäsiumhalogenid in dem Gesamtgewicht der Halogenide beträgt 15% oder mehr bis 50% oder weniger.
Ein optisches Beleuchtungsgerät der vorliegenden Erfindung weist eine oder mehrere der vorstehend erwähnten Metallhalogenidlampen als Lichtquelle und einen konkaven Reflektor auf, wobei die Metallhalogenid lampe in einer Art und Weise positioniert ist, daß eine Lichtbogenachse der Metallhalogenidlampe auf einer optischen Achse des konkaven Reflektors liegt.
Ein Anzeigesystem der vorliegenden Erfindung weist das vorstehend erwähnte, optische Beleuchtungsgerät und
eine ein Bild bildende Einheit auf, die ein Bild unter Verwendung des optischen Beleuchtungsgeräts als einen Teil einer Lichtquelle verwendet.
Eine Metallhalogenidlichtquelle, die exzellent in der Beleuchtungseffektivität, der Beleuchtungsfarbcharakteristik und den farbgestaltenden Eigenschaften ist, wird durch geeignete Auswahl, wie dies in den beigefügten Ansprüchen spezifiziert ist, der Art der Zusammensetzung, der eingeschlossenen Menge der Metallhalogenide, erhalten, wobei. das Halogen Iod, Brom oder deren Mischung ist, und das Metall Gadolinium, Lutetium, Dysprosium, Neodym, Thallium oder Cäsium ist. Daneben wird eine Reaktion zwischen dem Material der Bestandteile des Entladungsrohrs und dem hinzugefügten Metall verzögert, so daß eine längere Lebensdauer realisiert wird. Weiterhin kann die Farbseparation des Lichtbogens signifikant gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden, und wenn die Metallhalogenidlampe der Erfindung als Lichtquelle des optischen Beleuchtungsgeräts verwendet wird, kann eine Farbgleichförmigkeit des Bildschirms stark verbessert werden.
Der Grund für die Verbesserung in der Lichtbogenfarbgleichförmigkeit der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Wie vorstehend erwähnt ist, wird die Farbseparation des Lichtbogens in der Metallhalogenid lampe durch die Differenz in der Temperatur des Lichtbogens bewirkt, so daß sich die Hauptspezien, die Licht emittieren, von einem Teil zum anderen unterscheiden. Gerade für eine Licht emittierende, atomare Spezie ändert sich, wenn sich das angeregte Niveau der Spezie mit der Temperatur variiert, die Wellenlänge des emittierten Lichts in Abhängigkeit von der Temperatur. Allgemein erhöht sich in einem Hochtemperaturbereich des Lichtbogens die Intensität des blauen Teils des Lichts in der Spektralverteilung, die eine hohe Anregungsenergie benötigt. Im Gegensatz dazu erhöht sich die Intensität des roten Teils der Spektralverteilung, die einer relativ niedrigen Anregungsenergie entspricht. In dem Fall, bei dem Dysprosiumiodid als eines der Metallhalogenidadditive eingesetzt wird, wird der Umfang einer Farbseparation in dem Lichtbogen intensiviert, da ein Dyl-Molekül rotstichiges Licht an dem äußersten Bereich des Lichtbogens emittiert, wo die Temperatur ziemlich niedrig ist. Deshalb ist es, um die Farbverteilung des Lichtbogens in der Metallhalogenidlampe zu verbessern, notwendig, die Lichtbogentemperatur gleichförmig zu belassen, oder ein Licht emittierendes Material auszuwählen, dessen Spektralverteilung keine Temperaturabhängigkeit besitzt. In der Praxis ist es allerdings extrem schwierig, die Lichtbogentemperatur über den gesamten Bereich innenseitig des Entladungsrohrs zu gestalten.
Andererseits verbleibt die Spektralverteilung des Lutetiums, ein Füllungsmaterial der vorliegenden Erfindung, nahezu bei verschiedenen Lichtbogentemperaturen konstant. Lutetium strahlt nahezu ähnliche Emissionen ab, ob an dem Hochtemperatur-Zentralbereich des Lichtbogens oder an der Lichtbogen peripherie mit niedriger Temperatur. Ein solches Charakteristik-Phänomen von Lutetium scheint eine Folge der Tatsache zu sein, daß sich die Anregungsenergie, die sich auf eine Emission bezieht, nicht so sehr stark abhängig von der Wellenlänge der Emission variiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines Entladungsrohrs einer Metallhalogenidlampe gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung.
Figur 2 zeigt ein strukturelles Diagramm eines Bildanzeigesystems, das ein optisches Beleuchtungsgerät der Ausführungsform 1 der Erfindung als eine Lichtquelle verwendet.
Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe nach dem Stand der Technik und der Ausführungsform 1 der Erfindung darstellt.
Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung, die eine Verteilung der Farbtemperatur und der Beleuchtungsstärke eines Bildschirms gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung darstellt.
Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung, die Ergebnisse des Lebensdauertests bei der Lampe der Ausführungsform 2 der Erfindung darstellt.
Figur 6 zeigt die Farbtemperaturverteilung des Bildschirms der Lampe gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachfolgend eine Metallhalogenidlampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Mit Ausnahme des gedichteten Materials ist die Struktur dieselbe wie nach dem Stand der Technik, der in Figur 1 dargestellt ist, so daß hier keine weitere Erläuterung vorgenommen wird. Der Leuchtteil des Entladungsrohrs 1 besitzt nahezu eine Rotationsellipsenform und dessen maximaler, innerer Durchmesser beträgt 8,0 mm, und das Innenvolumen beträgt 0,5 cc. Der Abstand zwischen zwei Elektroden, oder die Lichtbogenlänge, beträgt 6,0 mm. Das Entladungsrohr ist mit 0,5 mg Gdl&sub3;, 0,2 mg Lul&sub3;, 0,3 mg Csl, 10,0 mg Quecksilber als Puffergas und 26,6 kPa (200 Torr) Ar als Start-Edelgas gefüllt.
Die Metallhalogenidlampe wurde in einem Bildanzeigesystem, das in Figur 2 dargestellt ist, eingesetzt, und die Spektralverteilung wurde abgeschätzt. Darüberhinaus ist ein Flüssigkristallverschluß, der durch Bildsignale angesteuert wird, in Figur 2 durch eine unterbrochene Linie 11 dargestellt. Die Lampe wurde mit einer Lampenenergie von 150 W, einer Lampenspannung von 90 V und einem Lampenstrom von 1,7 A gebrannt.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen konkaven Reflektor, dessen Reflexionsebene parabolisch oder elliptisch ist, 6 bezeichnet einen Schirm und 7 bezeichnet ein Projektionslinsensystem. Die Spektralverteilung an der Mitte des Schirms 6 ist in Kurve 1 (durchgezogene Linie) in Figur 3 dargestellt. Die Kurve 2 (unterbrochene Linie) zeigt die Spektralverteilung einer Referenzlampe, die mit Dyl&sub3;-Tel-Csl gedichtet ist.
Das bedeutet, daß in Figur 3 die Kurve 1 die Spektralverteilung der Lampe der Ausführungsform ist und Figur 2 diejenige der Dyl&sub3;-Ta-Csl-Lampe ist. Diese zwei Lampen waren identisch mit Ausnahme des gedichteten Materials. Aus einem Vergleich der Kurve 1 und der Kurve 2 wird deutlich, daß starke, charakteristische, spektrale Linien des gedichteten bzw. eingeschlossenen Metalls in dem gesamten, sichtbaren Bereich beobachtet wurden, was zu einer bemerkenswerten Verbesserung der die Farbe gestaltenden Eigenschaften in der Lampe der Erfindung, die mit spezifizierten Mengen an Gdl&sub3;, Lul&sub3; und Csl gedichtet bzw. eingeschlossen ist, führt. Da das Emissionsspektrum über den gesamten, sichtbaren Bereich in der Metallhalogenidlampe der Erfindung verteilt ist, sind die Schirmeigenschaften, wie beispielsweise Helligkeit oder Farbe, ausgezeichnet verglichen mit der herkömmlichen Metallhalogenid lampe, wie sie als Lichtquelle für eine OHP- oder eine Flüssigkristallanzeige vom Projektionstyp verwendet wird. Weiterhin ermöglicht das Nichtvorhandensein von Dyl&sub3; als prinzipielle Komponente der Lampen der Erfindung, daß man frei von einem rotstichigen Emissionsbereich ist, der als molekulare Lumineszenz von Dyl in dem peripheren Bereich des Lichtbogens betrachtet wird. Demzufolge wird die Farbgleichförmigkeit des Schirms merkbar verbessert.
Die gesamte Füllmenge von Gadoliniumiodid, Lutetiumiodid und Cäsiumiodid beträgt mehr als 1 mg/cc pro Innenvolumen des Entladungnsrohrs in der Metallhalogenidlampe dieses Aufbaus, wobei der Grund davon wie folgt ist. Die Iodide sind hauptsächlich als Flüssigkeit an dem kühlenden Fleck, während die Lampe betrieben wird, vorhanden, wobei ein Teil davon verdampft, so daß er in dem Entladungsbereich als Dampf vorhanden ist. Je mehr der Gesamtmenge der Iodide in dem Entladungsrohr vorhanden ist, desto mehr überschüssige, flüssige Iodide treten mit der Innenwand in Kontakt, die sich unter höherer Temperatur als der kühlste Fleck der Lampe befindet. Daher kann eine größere Menge an Dampfiodiden als zuvor vorhanden sein. Die Erhöhung in dem Dampfdruck der Iodide intensiviert die Emission des eingefüllten Metalls, was ermöglicht, daß die die Farbe gestaltenden Eigenschaften verbessert werden. Gemäß dem experimentellen Ergebnis der verschiedenen Füllmengen wurde herausgefunden, daß das gesamte, eingedichtete Gewicht von Gdl&sub3;, Lul&sub3; und Csl vorzugsweise größer als 1 mg/cc für eine praktische Verwendung ist. Allerdings ist es für die elektrische Nennlampenleistung von 150 W erforderlich, daß das Volumen des Entladungsrohrs 0,4 cc oder größer und 2, cc oder kleiner ist. Wenn das Volumen kleiner als 0,4 cc ist, schlagen sich Flüssigkeitsio ide auf der gesamten, inneren Oberfläche des Rohrs nieder, während sich die Lampe in Betrieb befindet, was bewirkt, daß die Luminanz wesentlich herabgesetzt wird. Wenn das Innenvolumen größer als 2,0 cc ist als der Bereich mit der niedrigsten Temperatur arbeitet, müssen die Iodide weiter erhöht werden. Das Gewichtsverhältnis von Gdl&sub3;/Lul&sub3; sollte nicht geringer als 0,1 sein, da die Luminanz des Lichtbogens und die Emissionseffektivität abfällt. In dem Fall, daß das Gewichtsverhältnis von Gdl&sub3;/LUl&sub3; größer als 10 ist, werden charakteristische, spektrale Linien von seltenen Erdmetallen geschwächt, wobei anstelle davon die Emission von Quecksilber verstärkt wird, was bewirkt, daß die farbgestaltenden Eigenschaften verschlechtert werden.
Cäsiumiodid ist dahingehend effektiv, die Lichtbogenentladung zu stabilisiern und den Dampfdruck von Gdl&sub3; und Lul&sub3; zu erhöhen. Zusätzlich zu der Abflachung des Lichtbogens macht es Cäsiumiodid möglich, ein erwünschtes Emissionsspektrum durch Bilden komplexer Iodide, wie beipielsweise GdCsl&sub4;, mit einem hohen Dampfdruck, zu erhalten. Allerdings erniedrigt übermäßiges Csl die Luminanz der Lampe durch Niederschlagen auf der inneren Oberfläche des Entladungsrohr. Ein experimentelles Ergebnis zeigt, daß Cäsiumiodid in einem Bereich von 15% bis 50% des Gesamtgewichts der Iodide für einen praktischen Zweck erforderlich ist.
Nach einem Lebensdauertest von 3.000 Stunden der Metallhalogenidlampe der Erfindung war kein Bruch oder keine Leckage vorhanden und der Grad einer Entglasung wurde dahingehend bestätigt, daß er klein ist.
Eine Metallhalogenidlampe der zweiten Ausführungsform wird nachfolgend beschneben. Mit Ausnahme des gedichteten bzw. eingeschlossenen Materials ist die Struktur dieselbe wie diejenige nach dem Stand der Technik, die in Figur 1 dargestellt ist, so daß keine weitere Erläuterung hier vorgenommen wird. Der Leuchtteil des Entladungsrohrs 1 besitzt eine nahezu rotationsmäßige Ellipsenform und dessen maximaler innerer Durchmesser beträgt 8,0 mm und das Volumen beträgt 0,5 cc. Der Abstand zwischen den Elektroden, oder die Lichtbogenlänge, beträgt 5,5 mm. Das Entladungsrohr ist mit 0,3 mg Gdl&sub3;, 0,2 mg Lul&sub3;, 0,1 mg Tel, 0,3 mg Csl, 10,0 mg Quecksilber als Puffergas und 26,6 kPa (200 Torr) Ar als Start-Edelgas gefüllt.
Die Metallhalogenidlampe wurde in einem optischen System, das in Figur 2 dargestellt ist, eingesetzt und die Spektralverteilung und die Illuminanz wurden abgeschätzt. Die Lampe wurde bei der elektrischen Lampenleistung von 150 W, einer Lampenspannung von 90 V und einem Lampenstrom von 1,7 A gebrannt.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen konkaven Reflektor, 6 ist ein Schirm und 7 ist ein Projektionslinsensystem. Die Spektralverteilung und die Illuminanz des Schirms wurden durch Abtasten von Photosensoren entlang der diagonalen Linie des Bildschirms gemessen. Die Spektralverteilung wurde in die Farbtemperatur konvertiert. Die Verteilung der Farbtemperatur und die Luminanz auf dem Bildschirm ist durch die durchgezogene Linie in Figur 4 angezeigt. Eine ähnliche Messung wurde für die herkömmliche Lampe, die mit 0,5 mg Dyl&sub3;, 0,2 mg Ndl&sub3; und 0,3 mg Csl gedichtet war, zum Vergleich durchgeführt, und die Ergebnisse sind durch die unterbrochene Linie in Figur 4 dargestellt. Die umkreisten Linien entsprechen der graphischen Achse, die durch den Pfeil angezeigt ist.
In Figur 4 stellt die durchgezogene Linie die Farbtemperaturverteilung und die llluminanz-Verteilung der Lampe der Ausführungsforrn dar und die unterbrochene Linie stellt solche der Dyl&sub3;-Ndl&sub3;-Csl-Lampe, die zum Kontrast hierzu hergestellt ist, dar. Diese zwei Lampen waren identisch mit der Ausnahme der Metallhalogenidadditive.
Wie anhand der Figur 4 gesehen werden kann, besaß die Lampe, die mit Metallhalogeniden der Ausführungsform gefüllt war, nahezu die äquivalente Helligkeit der herkömmlichen Dyl&sub3;-Ndl&sub3;-Csl-Lampe, dies bedeutet, die Beleuchtung und deren Verteilung auf dem Schirm ist nahezu dieselbe. Die Farbtemperatur des Schirms mit der Lampe der Ausführungsforrn ist geringfügig höher als diejenige der herkömmlichen. Allerdings ist die Farbtemperaturgleichförrnigkeit des Schirms mit der Lampe der Ausführungsform stark gegenüber derjenigen der herkömmlichen Lampe unterschiedlich. Eine Differenz der Farbtemperatur zwischen der Mitte und der Kante des Schirms erniedrigt sich von 1.40ºC auf 30ºC in dieser Ausführungsforrn und die Farbgleichförmigkeit des Schirms wird merkbar verbessert. Dies kommt daher, daß dort nahezu kein rotstichiger luminiszenter Bereich aufgrund der molekularen Lumineszenz in der Peripherie des Lichtbogens vorhanden ist. Seither war die Farbdifferenz in dem Lichtbogen einer Metallalogenidlampe ein ernsthaftes Problem, wenn sie als die Lichtquelle für einen OHP- oder Flüssigkristall-Projektor verwendet wurde, da die Farbdifferenz zu einer Ungleichförmigkeit des Schirms führt. Dieses Problem wird stark mit dieser Erfindung verbessert.
In der Metallhalogenidlampe dieses Aufbaues muß das gesamte Füllgewicht von Gadoliniumiodid, Lutetiumiodid, Thalliumiodid und Cäsiumiodid 1 mg/cc oder mehr pro Volumeneinheit des Entladungsrohr aus demselben Grund, wie dies bei der Ausführungsform 1 erwähnt ist, sein.
Das Gewicht an Cäsiumiodid wurde dahingehend befunden, daß es in einem Bereich von 15% bis 50% des Gesamtgewichts der Iodide, die in dem Entladungsrohr eingedichtet sind, wie bei der Ausführungsform 1, erforderlich ist.
Der Lebensdauertest der Metallhalogenidlampe der Ausführungsforrn und der herkömmlichen wurde in dem optischen System, das in Figur 2 dargestellt ist, durchgeführt. Eine Beleuchtungsstärken- bzw. Illuminanz-Beibehaltungsrate über die Zeit der zwei Lampen an der Mitte des Schirms ist in Figur 5 dargestellt.
Die Lampe der Ausführungsform, die mit der durchgezogenen Linie angegeben ist, war in der llluminanz-Stärken-Beibehaltungsrate ausgezeichnet. Die Zeit bis 50% des anfänglichen Niveaus betrug 3.000 Stunden, etwa zweimal so lang wie für die herkömmliche Lampe (angegeben durch die unterbrochene Linie). Unter Prüfen der Lampe nach dem Lebensdauertest war der Umfang einer Entglasung in der Lampe der Ausführungsform extrem klein verglichen mit der herkömmlichen Lampe und es war dabei kein Bruch oder keine Leckage sogar nach 5.000 Stunden vorhanden.
Eine Metallhalogenidlampe in der dritten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Mit Ausnahme des eingedichteten Materials ist die Struktur dieselbe wie nach dem Stand der Technik, der in Figur 1 dargestellt ist, so daß keine weitere Erläuterung hier vorgenommen wird.
Der Beleuchtungsteil des Entladungsrohr 1 bestitzt eine nahezu rotationselliptische Form und dessen maximaler Innendurchmesser beträgt 8,0 mm und das Innenvolumen beträgt 0,5 cc. Der Abstand zwischen den Elektroden, oder die Lichtbogenlänge, beträgt 5,0 mm. Das Entladungsrohr ist mit 0,5 mg Dyl&sub3;, 0,5 mg Lul&sub3;, 0,5 mg Ndl&sub3;, 0,4 mg Csl, 10,0 mg Quecksilber als Puffergas und 26,6 kPa (200 Torr) Ar als Start-Edelgas gefüllt.
Die Metallhalogenidlampe wurde in ein optisches Beleuchtungsgerät, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, eingesetzt, nachdem es mit einem konkaven Reflektor 5 kombiniert war. Ein Bildanzeigegerät wurde unter Verwendung dieses optischen Beleuchtungsgeräts als deren Lichtquellenteil aufgebaut und das Emissionsspektrum der Lampe wurde abgeschätzt. Die Verteilung an verschiedenen Positionen auf dem Schirm wurde gemessen, um die Farbtemperatur dieser Punkte durch Abtasten des Photosensors entlang der Diagonalen des Schirms von der Mitte zu dem Umfang zu berechnen. Die Lampe wurde bei der Lampenleistung von 150 W, der Lampenspannung von 90 V und dem Lampenstrom von 1,7 A betrieben.
Die Farbtemperaturverteilung des Schirms ist in Figur 6 mit der ähnlichen Messung wie für die Ergebnisse der Lampen, die mit 0,8 mg Dyl&sub3;, 0,4 mg Ndl&sub3; und 0,7 mg Csl eingedichtet sind, dargestellt.
In Figur 6 bezeichnet die Kurve 1 die Farbtemperaturverteilung auf dem Schirm mit der Lampe der Ausführungsform und die Kurve 2 zeigt diejenige für die Dyl&sub3;-Ndl&sub3;-Csl-Lampe, die zum Vergleich hergestellt ist. Figur 6 zeigt die graphische Darstellung der Farbtemperatur gegenüber dem relativen Abstand von der Schirmmitte, wobei die Schirmkante auf 1 gesetzt ist. Diese zwei Lampen waren identisch mit der Ausnahme des eingedichteten Materials. In dem Fall mit der herkömmlichen Lampe, die mit Dyl&sub3;, NdI&sub3; und Csl gedichtet ist, war die Farbtemperatur der Mitte und des Umfangs auf dem Schirm 7100 K und 5600 K jeweils und die Differenz zwischen der Mitte und der kante betrug 1500 K. In dem Fall mit der Lampe der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die mit spezifizierten Mengen aus Dyl&sub3;, Lul&sub3;, Ndl&sub3; und Csl eingedichtet sind, betrug die Farbtemperatur der Schirmmitte 6500 K und die Umfangsfarbtemperatur betrug 6200 K, so daß die Differenz bis zu 300 K klein war. Die Gleichförmigkeit der Farbtemperaturverteilung auf dem Schirm wurde wesentlich verbessert. Die Helligkeit des Schirms war exakt dieselbe entweder an der Mitte oder an dem Umfang in beiden Lampen.
Weiterhin war in Verbindung mit der Ausführungsform der Erfindung kein rotstichiger Luminiszenzbereich vorhanden, der aufgrund einer molekularen Emission von Dyl geschätzt ist, der in einem niedrigen Temperaturbereich in der herkömmlichen Lichtbogen- Peripherie auftritt. Anstelle davon wurde eine Emission von Lutetium beobachtet, wobei dessen Spektralverteilung, dies bedeutet die Farbe, ähnlich sowohl an der Lichtbogenmitte als auch der Lichtbogenperpherie ist.
Dabei war praktisch kein Problem vorhanden, soweit wie das gesamte, eingedichtete Gewicht von Dyl&sub3;, Lul&sub3;, Ndl&sub3; und Csl nicht geringer als 1 mg/cc, dasselbe wie in den Ausführungsformen 1 und 2, war. Allerdings muß für die elektrische Nennlampenleistung von 150 W das Volumen der Entladungsrohre 0,4 cc oder größer bis 2,0 cc oder kleiner sein. Wenn das Volumen kleiner als 0,4 cc ist, schlagen sich die Flüssigkeitsiodide auf der gesamten, inneren Oberfläche des Rohrs nieder, während die Lampe betrieben wird was zu der signifikanten Erniedrigung der Helligkeit führt. Wenn das Innenvolumen größer als 2,0 cc ist, breitet sich der Bereich der niedrigsten Temperatur aus, und demzufolge wird eine größere Menge an Iodiden notwendig. Es wurde herausgefunden, daß das Gewicht von Cäsiumiodid dahingehend erforderlich ist, daß es 15% oder mehr und 50% oder weniger des gesamten Gewichts der Iodide ist, die in das Entladungsrohr eingefüllt sind, dasselbe wie bei den Ausführungsformen 1 und 2.
Gemäß dem Lebensdauertestergebnis der Metallhalogenid lampe der Auführungsform der Erfindung war kein Bruch oder keine Leckage nach 3.000 Stunden vorhanden und der Grad einer Entglasung war kleiner als bei dem Stand der Technik.
Bei dieser Ausführungsform wurde ein Experiment in Bezug auf die elektrische Lampenleistung durchgeführt und es wurde deutlich, daß der Effekt der Erfindung dann am größten ist, wenn die Leistung in dem folgenden Bereich liegt. Das bedeutet, daß die elektrische Lampenleistung pro Abstand zwischen Elektroden 20 W/mm oder mehr betragen sollte. Wenn die elektrische Lampenleistung pro Abstand zwischen den Elektroden kleiner als 20 W/mm ist, erniedrigt sich die kälteste Temperatur der Lampe, so daß ein ausreichender Metallhalogendampfdruck nicht erhalten werden kann. Im Gegensatz dazu gestaltet eine elektrische Lampenleistung pro Lichtbogenlänge größer als 60 W/mm die Lampentemperatur derart, daß sie in einem solchen Umfang ansteigt, daß die Lampenlebensdauer verkürzt wird.
In den vorstehenden Ausführungsformen wurden Iodide als die Halogenide verwendet, allerdings wurden dieselben Effekte der Erfindung für Bromide oder Mischungen aus Iodiden und Bromiden bestätigt.
In den Ausführungsformen, die vorstehend erwähnt sind, wurden die Effekte der Erfindung für die Metallhalogenidlampen der Einzelrohrstruktur ohne äußeres Rohr bestätigt, allerdings sind die Effekte der Erfindung nicht auf die Einzelrohrstruktur begrenzt, sondem sind auch für die Metallhalogenidlampe der Struktur mit einem äußeren Rohr bestätigt.

Claims

1. Metallhalogenidlampe, die einen Iichttransparenten Behälter, der ein Paar Elektroden besitzt, aufweist,

wobei mindestens Gadoliniumhalogenid (GdX&sub3;), Lutetiumhalogenid (LuX&sub3;) und Cäsiumhalogenid (CsX), unter Verwendung von bd oder Brom oder deren Mischung als Halogen, in den lichttransparenten Behälter eingefüllt sind, und zwar zusammen mit Quecksilber und einem Start-Edelgas.

2. Metallhalogenid lampe nach Anspruch 1, wobei

das Gesamtgewicht des Gadoliniumhalogenids, des Lutetiumhalogenids und des Cäsiumhalogenids pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters 1 mg/cc oder mehr beträgt,

das Gewicht des Cäsiumhalogenids in dem Gesamgewicht der Halogenide in dem Bereich von 150% bis 50% und

das Gewichtsverhältnis von Gadoliniumhalogenid und Lutetiumhalogenid in einem Bereich von 0,1 ≤ GdX&sub3;/LuX&sub3; ≤ 10 liegt.

3. Metallhalogenidlampe gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eines des Dysprosiumhalogenids und des Thalliumhalogenids, unter Verwendung von Iod oder Brom oder deren Mischung als Halogene, in dem lichttransparenten Behälter zusätzlich zu den obigen Halogeniden eingedichtet ist.

4. Metallhalogenidlampe gemäß Anspruch 3, wobei das Gesamtgewicht der Halogenide pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters 1 mg/cc oder mehr beträgt, wobei das Gewicht an Cäsiumhalogenid in dem Gesamtgewicht der Halogenide in dem Bereich von 15% bis 50% liegt.

5. Metallhalogenidlampe, die einen lichttransparenten Behälter aufweist, der ein Paar Elektroden besitzt, wobei mindestens Dysprosiumhalogenid (DyX&sub3;), Lutetiumhalogenid (LuX&sub3;), Neodymhalogenid (NdX&sub3;) und Cäsiumhalogenid (CsX), unter Verwendung von bd oder Brom oder deren Mischung als Halogen, in den Iichttransparenten Behälter, zusammen mit Quecksilber und einem Start-Edelgas, eingedichtet sind.

6. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 5, wobei die elektrische Leistung der Lampe pro Abstand zwischen den Elektroden 20 W/mm oder mehr beträgt,

das Gesamtgewicht des Dyprosiumhalogenids, des Lutetiumhalogenids, des Neodymhalogenids und des Cäsiumhalogenids pro Volumeneinheit des lichttransparenten Behälters 1 mg/cc oder mehr beträgt,

das Gewicht an Cäsiumhalogenid in dem Gesamtgewicht der Halogenide im Bereich von 15% bis 50% beträgt.

7. Optisches Beleuchtungsgerät, das eine Metallhalogenidlampe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 als eine Lichtquelle aufweist, und

einen konkaven Reflektor, wobei die Metallhalogenidlampe in einer Art und Weise positioniert ist, daß eine Lichtbogenachse der Metallhalogenidlampe auf einer optischen Achse des konkaven Refleketors liegt.

8. Ein Anzeigesystem, das ein optisches Beleuchtungsgerät nach Anspruch 7 und eine ein Bild bildende Einheit, die ein Bild unter Verwendung des optischen Beleuchtungsgeräts als einen Teil einer Lichtquelle verwendet,

aufweist.