EP0453893B1 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents

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Publication number
EP0453893B1
EP0453893B1 EP91105786A EP91105786A EP0453893B1 EP 0453893 B1 EP0453893 B1 EP 0453893B1 EP 91105786 A EP91105786 A EP 91105786A EP 91105786 A EP91105786 A EP 91105786A EP 0453893 B1 EP0453893 B1 EP 0453893B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
halide
discharge lamp
pressure mercury
lamp according
mercury vapour
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP91105786A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0453893A1 (de
Inventor
Jürgen Dr. Heider
Achim Gosslar
Ulrich Dr. Henger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0453893A1 publication Critical patent/EP0453893A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0453893B1 publication Critical patent/EP0453893B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour

Definitions

  • the invention is based on a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such lamps are preferably used in general lighting. They have rather low power consumption of approx. 35 to 400 W, possibly also more. Typical power levels are 35, 70 or 150 W.
  • the lamps are normally squeezed on two sides and surrounded by an outer bulb. However, designs squeezed on one side are also possible.
  • the criteria for suitability in general lighting are in particular a long service life (6000 hours) and the best possible color rendering, which is expressed in a high Ra index.
  • the overall color index Ra8 should be at least 85.
  • the improvement of the individual index R9 for the reproduction in the red spectral range is currently the focus of interest. So far it has not been possible to find a satisfactory compromise between long service life and good color rendering even in the red spectral range. This applies in particular to fillings with warm white light color.
  • the 70 W lamp with WDL filling has so far been used no rare earth halides used, because it turns out that the warm white light color (WDL) with rare earths (SE) - using sodium and thallium additives - would only be achieved with such high wall loads (> 20 W / cm2) that the lamp life would be impaired by chemical reactions of the filling substances with the quartz glass.
  • WDL warm white light color
  • SE rare earths
  • thallium additives - sodium and thallium additives -
  • the lamp life would be impaired by chemical reactions of the filling substances with the quartz glass.
  • a filling is known for color temperatures between approx. 3300 and 3800 K from EP-A 342 762, which in addition to halides of dysprosium and thallium can contain further halides, in particular cerium, neodymium and praseodymium .
  • the only thallium-free filling described achieves a luminous efficacy of only 48 lm / W.
  • EP-OS 215 524 proposes to solve these problems by using a ceramic discharge vessel.
  • several geometric relationships with regard to the discharge space and the electrodes must be maintained.
  • indium or rare earth metal halides in addition to the proven components sodium and thallium, even for low color temperatures.
  • the solution is very elegant, but in practice it is unsatisfactory simply because the use of ceramic material is associated with considerable problems and additional costs. This applies in particular to the tightness of the implementation and the development of halogen-resistant glass solders and power supplies.
  • a discharge lamp with quartz glass bulbs optimized for light yield which, in addition to mercury, contains a praseodymium, neodymium or cerium halide in a total amount of 1.4 x 10 ⁇ 6 to 5.4 x 10 ⁇ 5 mol / cm electrode spacing and cesium halide in an amount of 3.5 x 10 ⁇ 7 to 5.4 x 10 ⁇ 5 mol / cm electrode spacing.
  • this lamp (140 lm / W) is inevitably correlated with a poor overall color index Ra8 and in particular with a very poor red index R9. This is also indicated by the "cold spot" temperatures of only approx. 600 ° C. In the end, this lamp shows a strong green cast due to the cerium radiation in the wavelength range 480-580 nm. Such a lamp is therefore unsuitable for general lighting purposes, where the focus is on the optimization of color rendering at the expense of light output.
  • a particular advantage of the filling according to the invention is that it does not necessarily rely on ceramic discharge vessels, but is also suitable for quartz glass bulbs.
  • lamps with a neutral white light color can be produced with this filling, in which the sodium is completely replaced by cesium. This makes it possible for the first time to equip these lamps with an outer bulb with a base on one side, which has so far been prevented by serious problems with sodium diffusion.
  • thallium which was previously used for color locus correction, is now replaced by the rare earth elements cerium and / or praseodymium and / or lanthanum and / or neodymium.
  • Thallium is a line source in the green.
  • the lamps appear green during underload operation because the other fillers (essentially rare earths, such as dysprosium, holmium, thulium) have a significantly lower vapor pressure at comparable temperatures compared to thallium.
  • Another consequence of this "intolerance" is the high one Color scatter of these lamps, which has now been reduced by more than half.
  • halides of the two groups of rare earth metals also opens up the possibility, at least in part, of the problematic sodium halide even with neutral white and warm white light colors using another alkali metal halide (AM-H), namely that of To replace cesium and thus have a favorable influence on the sodium rare earth complexes of dysprosium or thulium which damage the quartz glass to take.
  • a molar ratio AM-H: SE-H of 70:30 to 90:10 is particularly advantageous for warm white light colors, sodium being predominantly used as the alkali metal.
  • Corresponding values for neutral white or daylight-like light colors are 18:82 to 55:45 respectively.
  • dysprosium alone or dysprosium and thulium are used together, since this leads best to a multi-line spectrum with a broad continuum.
  • Holmium may also be added.
  • Cerium or neodymium are preferably used alone as the rare earth metal of the "second group" for color correction, since their color locations lie furthest above the Planck curve.
  • cerium halide its proportion in the total metal halide is preferably between 2 and 17 mol%.
  • Iodine is preferably used as the halogen due to the high vapor pressure and the low aggressiveness of the filling.
  • bromine is also provided.
  • the known HgJ2 and / or HgBr2 are particularly suitable.
  • the 70 W high-pressure discharge lamp 1 shown in FIG. 1 consists of a discharge vessel 2 made of quartz glass, which is squeezed on both sides and is enclosed by an evacuated outer bulb 3 which is base on both sides.
  • the electrodes 4, 5 - shown schematically - are melted gas-tight into the discharge vessel 2 by means of foils 6, 7 and via the current leads 8, 9, the sealing foils 10, 11 of the outer bulb 3 and via further short current leads with the electrical connections of the ceramic base (R7s ) 12, 13 connected.
  • a getter material 14 applied to a metal plate is additionally melted potential-free - via a piece of wire.
  • the ends 15, 16 of the discharge vessel 2 are provided with a heat-reflecting coating, so that the cold spot temperature is kept above 870 ° C.
  • the discharge vessel 2 contains a filling to achieve one warm white light color (WDL) with a color temperature of 3100 K in addition to 12 mg of mercury and argon a total of 27 »mol of the following metal halides (molar percentage in% of the total metal halides): 3% DyJ3, 15% TmJ3, 5% CeJ3, 77% NaJ. This corresponds to a specific proportion of the metal halides of 3.9 »mol / mm arc length and a specific arc power of 10.7 W / mm.
  • the wall load is 19 W / cm2.
  • the luminous flux increases by 8% to 5400 lm compared to a lamp with a known filling with the halides of sodium, tin, thallium, indium and lithium.
  • the luminous efficacy is 72 lm / W instead of 67 lm / W (7.5% increase).
  • the index R9 improves from -90 to +15.
  • the lifespan is 6000 hours.
  • the color scatter is reduced from ⁇ 300 K to ⁇ 100 K.
  • FIG. 2 shows a comparison of the spectrum of a 70 W lamp with the known sodium-tin filling (dashed line) with a structurally identical lamp which contains the above sodium rare earth filling.
  • the uniformity of the spectrum is significantly improved. Strong single lines, such as those of thallium (1), sodium (2), lithium (3), indium (4) and mercury (5) are eliminated or strongly leveled.
  • the red component in particular is significantly increased (+50%) in accordance with the improved color rendering index. This means that all saturated colors are reproduced much more naturally. This is of particular interest for interior lighting, food lighting and shop window lighting.
  • Another embodiment is a similarly constructed 150 W lamp with neutral white light color (NDL), the filling of which, in addition to mercury and argon, contains a total of 14.5 »mol of the following metal halides (molar fraction in% of the total metal halides): 32% DyJ3, 24% TmJ3, 10% CeJ3 and 34% NaJ. This corresponds to a specific proportion of the metal halides of 1.5 »mol / mm arc length and a specific arc power of 15 W / mm.
  • NDL neutral white light color
  • This lamp also has a lifespan of 6000 hours.
  • the color scatter decreases from ⁇ 300 K to ⁇ 100 K.
  • the older comparison values refer to a filling that contains the iodides of dysprosium, holmium, thulium, sodium and thallium as metal halides.
  • a further exemplary embodiment is a 400 W lamp with a similarly structured light color (D), the filling of which contains a total of 37 »mol of the following metal halides in addition to mercury and argon (molar fraction in% of the total metal halides: 40% DyJ3, 23% TmJ3, 13% CeJ3 and 24% CsJ. This corresponds to a specific proportion of the metal halides of 1.15 »mol / mm arc length and a specific arc power of 12.5 W / mm.
  • D similarly structured light color
  • the color scatter is reduced from ⁇ 500 K to ⁇ 250 K compared to a filling that contains the iodides of dysprosium, holmium, thulium, sodium and thallium as metal halides.
  • the end of the discharge vessel does not require any heat accumulation.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a 400 W lamp 1 with a neutral white light color, the same reference numerals as in FIG. 1 being used for similar components.
  • the discharge vessel 2 is squeezed on two sides and is enclosed by a cylindrical (or also elliptical) outer bulb 3 made of tempered glass, which has a base on one side.
  • One end of the outer bulb has a rounded tip 17, while the other end has a screw base 12.
  • a holding frame 18 fixes the discharge vessel 2 axially in the interior of the bulb.
  • the holding frame 18 consists, in a manner known per se, of two supply wires, one of which is connected to the power supply 8 of the discharge vessel near the base, while the second is guided to the power supply 9 remote from the base via a solid metal support rod which extends along the discharge vessel 2 and further a guide element at the end 15 of the discharge vessel near the base (in the form of a stamped sheet metal part) and a support near the top 17 in the form of a pitch circle.
  • the discharge vessel 2 is equipped with large areas of heat accumulation at its two ends 15, 16.
  • the filling contains a total of 37 »mol of the following metal halides (molar fraction in% of the total metal halides): 42% DyJ3, 24% TmJ3, 14% CeJ3 and 20 CsJ. This corresponds to 1.25 »mol / mm arc length and a specific arc power of 13 W / mm.
  • Another embodiment of a 70 W lamp with warm white light color uses a filling with 3.6 mg NaJ, 2.6 mg TmJ3 and 0.8 mg CeJ3 and 12 mg mercury.
  • the ratio AM-H: SE-H is 79:21.
  • the color temperature is around 3300 K.
  • Neodymium can also be used instead of cerium.
  • the halide portion of the filling is composed of 3.6 mg NaJ, 2.0 mg TmJ3 and 1.4 mg NdJ3, so that the ratio AM-H: SE-H is also 79: Is 21.
  • the color temperature increases to around 3600 K.
  • Another embodiment has in addition to 2.9 mg NaJ, 0.4 mg DyJ3 and 2.7 mg TmJ3 only 0.7 mg NdJ3.
  • the color temperature is 3450 K.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Lampen werden bevorzugt in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt. Sie besitzen eher niedrige Leistungsaufnahmen von ca. 35 bis 400 W, u.U. auch mehr. Typische Leistungsstufen sind 35, 70 oder 150 W. Die Lampen sind normalerweise zweiseitig gequetscht und von einem Außenkolben umgeben. Es sind jedoch auch einseitig gequetschte Ausführungen möglich.
  • Diese Lampen sind in drei verschiedenen Lichtfarben erhältlich:
    • eine warmweiße Lichtfarbe (WDL) entsprechend einer Farbtemperatur von ca. 3100 K, die sich besonders für die Innenbeleuchtung und bei relativ kleinen Leistungsstufen (z.B. 70 W) eignet
    • eine neutralweiße Lichtfarbe (NDL) entsprechend einer Farbtemperatur von typisch 4300 K, die sich ebenfalls für die Innenraumbeleuchtung, insbesondere bei mittleren Leistungsstufen (z.B. 150-400 W), eignet
    • eine tageslichtähnliche Lichtfarbe (D) entsprechend einer Farbtemperatur von mindestens 5000 K, die speziell für die Außenbeleuchtung und für mittlere bis höhere Leistungsstufen (z.B. 250 W und mehr) gedacht ist.
  • Kriterien für die Tauglichkeit in der Allgemeinbeleuchtung sind insbesondere eine lange Lebensdauer (6000 Std.) und eine möglichst gute Farbwiedergabe, die sich in einem hohen Ra-Index ausdrückt. Der Gesamtfarbindex Ra₈ soll bei mindestens 85 liegen. Daneben steht derzeit die Verbesserung des Einzelindex R9 für die Wiedergabe im roten Spektralbereich im Blickpunkt des Interesses. Es ist bisher nicht gelungen, einen zufriedenstellenden Kompromiß zwischen langer Lebensdauer und guter Farbwiedergabe auch im roten Spektralbereich zu finden. Dies gilt insbesondere für Füllungen mit warmweißer Lichtfarbe.
  • Aus den "Technisch-wissenschaftlichen Abhandlungen der OSRAM-Gesellschaft" (TWAOG), Bd. 12, Springer Verlag, Heidelberg, 1986, S. 11 ff, sind Füllungen für zweiseitig gequetschte Metallhalogenid-Entladungslampen mit einer Leistung zwischen 70 und 250 W bei den drei obengenannten Lichtfarben bekannt. Während für die D- und NDL-Lichtfarbe eine Füllung aus Quecksilber und den Jodiden von Dysprosium, Holmium, Thulium sowie Natrium bzw. Cäsium und schließlich Thallium verwendet wird (s.a. DE-PS 21 06 447), findet bei der WDL-Lichtfarbe eine Füllung aus Quecksilber und den Jodiden bzw. Bromiden von Zinn, Indium, Lithium, Natrium und Thallium Anwendung (s.a. DE-PS 26 55 167). Bei der 70 W-Lampe mit WDL-Füllung werden bisher deshalb keine Seltenerd-Halogenide verwendet, weil sich zeigt, daß die warmweiße Lichtfarbe (WDL) mit Seltenen Erden (SE) - unter Verwendung von Natrium- und Thallium-Zusätzen - erst bei so hohen Wandbelastungen (> 20 W/cm²) erreicht würde, daß die Lampenlebensdauer durch chemische Reaktionen der Füllsubstanzen mit dem Quarzglas beeinträchtigt würde. Für zweiseitig gequetschte Entladungsgefäße in einem einseitig gequetschten Außenkolben ist für Farbtemperaturen zwischen ca. 3300 und 3800 K aus der EP-A 342 762 eine Füllung bekannt, die neben Halogeniden des Dysprosium und des Thallium weitere Halogenide, insbesondere des Cer, Neodym und Praseodym enthalten kann. Die einzige beschriebene thalliumfreie Füllung erreicht eine Lichtausbeute von lediglich 48 lm/W.
  • Es ist zum einen unbefriedigend, verschiedene Füllungen für die unterschiedlichen Lichtfarben verwenden zu müssen, zum anderen läßt die Farbwiedergabe im Roten bei diesen Füllungen zum Teil sehr zu wünschen übrig. Sie liegt beispielsweise für die WDL-Lichtfarbe in etwa bei R9 = -90 und für die NDL-Lichtfarbe bei R9 = -30. Weitere Nachteile dieser Lampen sind ein relativ niedriger Gesamtfarbindex für WDL-Lampen (Ra₈ = 75), eine niedrige Lichtausbeute (ca. 68 lm/W), insbesondere bei WDL- und NDL-Lampen, und schließlich eine hohe Streuung der Farbtemperatur bei allen drei Lichtfarben. Eine Natrium-Zinn-Füllung hat zudem den Nachteil, daß sie zu einer verstärkten Elektrodenkorrosion führen könnte, was durch eine spezielle Elektrodenkonstruktion verhindert werden muß (TWA0G, Bd. 12, S. 65 ff).
  • In der EP-OS 215 524 wird vorgeschlagen, diese Probleme dadurch zu lösen, daß ein keramisches Entladungsgefäß verwendet wird. Außerdem müssen mehrere geometrische Beziehungen im Hinblick auf den Entladungsraum und die Elektroden eingehalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, auch für niedrige Farbtemperaturen neben den bewährten Komponenten Natrium und Thallium entweder Indium oder Seltenerd-Metallhalogenide zu verwenden. Diese Lösung ist theoretisch zwar sehr elegant, in der Praxis jedoch schon allein dadurch unbefriedigend, daß die Verwendung keramischen Materials mit erheblichen Problemen und Mehrkosten verbunden ist. Dies gilt insbesondere für die Dichtigkeit der Durchführung und die Entwicklung von halogenbeständigen Glasloten und Stromzuführungen.
  • Schließlich ist aus der DE-OS 22 01 831 und der US-PS 3 798 487 eine auf Lichtausbeute optimierte Entladungslampe mit Quarzglaskolben bekannt, die als Füllung neben Quecksilber ein Praseodym-, Neodym- oder Cerhalogenid in einer Gesamtmenge von 1,4 x 10⁻⁶ bis 5,4 x 10⁻⁵ Mol/cm Elektrodenabstand sowie Cäsiumhalogenid in einer Menge von 3,5 x 10⁻⁷ bis 5,4 x 10⁻⁵ Mol/cm Elektrodenabstand enthält.
  • Die extrem hohe Lichtausbeute dieser Lampe (140 lm/W) ist jedoch zwangsläufig korreliert mit einem schlechten Gesamtfarbindex Ra₈ und insbesondere mit einem sehr schlechten Rotindex R9. Darauf deuten auch die angegebenen "cold-spot"-Temperaturen von lediglich ca. 600 °C hin. Im Endeffekt zeigt diese Lampe einen starken Grünstich aufgrund der Cer-Strahlung im Wellenlängenbereich 480-580 nm. Eine solche Lampe ist daher für die Zwecke der Allgemeinbeleuchtung ungeeignet, wo die Optimierung der Farbwiedergabe auf Kosten der Lichtausbeute im Vordergrund steht.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Füllung für eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz anzugeben, die sich in der Allgemeinbeleuchtung für einen weiten Bereich von Lichtfarben gleichermaßen eignet und insbesondere auch für warmweiße Lichtfarben angewendet werden kann und die eine gute Farbwiedergabe im roten Spektralbereich ermöglicht, ohne daß die Lebensdauer darunter leidet.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Füllung ist, daß sie nicht notwendigerweise auf keramische Entladungsgefäße angewiesen ist, sondern sich auch für Quarzglaskolben eignet.
  • Ein weiterer besonders vorteilhafter Aspekt ist, daß mit dieser Füllung Lampen mit neutralweißer Lichtfarbe hergestellt werden können, bei denen das Natrium vollständig durch Cäsium ersetzt wird. Dadurch ist es erstmals möglich, diese Lampen mit einseitig gesockeltem Außenkolben auszurüsten, was bis jetzt durch gravierende Probleme mit der Natriumdiffusion verhindert wurde.
  • Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, daß das Thallium, das bisher zur Farbortkorrektur benutzt wurde, jetzt durch die Seltenen Erden Cer und/oder Praseodym und/oder Lanthan und/oder Neodym ersetzt wird. Thallium ist im Grünen ein Linienstrahler. Das hat zur Folge, daß bei Unterlast-Betrieb die Lampen grün wirken, weil die anderen Füllsubstanzen (im wesentlichen Seltene Erden, wie Dysprosium, Holmium, Thulium) im Vergleich zu Thallium einen wesentlich kleineren Dampfdruck bei vergleichbaren Temperaturen besitzen. Eine weitere Konsequenz dieser "Unverträglichkeit" ist die hohe Farbstreuung dieser Lampen, die jetzt um mehr als die Hälfte reduziert worden ist. Der Ersatz des - überdies giftigen - Thalliums durch die Seltenen Erden Cer, Praseodym, Neodym oder Lanthan hat den großen Vorteil, daß diese Elemente ebenfalls ein Viellinienspektrum und einen vergleichbaren Dampfdruck wie die anderen Seltenen Erden Dysprosium, Holmium, Thulium besitzen. Darüber hinaus scheinen die bisherigen Ergebnisse zu beweisen, daß der negative Einfluß des Thalliums auf das Betriebsverhalten (insbesondere die Farbeigenschaften) in Fachkreisen unterschätzt worden ist. Es ist allerdings derzeit noch unklar, worauf dies konkret zurückzuführen ist. Erst durch die Erfindung ist es jedenfalls möglich geworden, Seltene Erdmetall-Füllungen insbesondere auch für warmweiße Lichtfarben zu verwenden und gleichzeitig - unter Verwendung eines Quarzglaskolbens - eine sehr hohe Lebensdauer von typisch 6000 Std. zu erzielen.
  • Darüber hinaus ist auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Füllung bei einem keramischen Entladungsgefäß sehr vorteilhaft: bei einer cold-spot-Temperatur von 1000 - 1100 °C läßt sich mit der erfindungsgemäßen Füllung ein Gesamtfarbindex von Ra₈ = 95 und ein Rotindex R9 von > 80 erzielen.
  • Schließlich eröffnet sich durch die Kombination von Halogeniden der beiden Gruppen von Seltenerd-Metallen (SE-H) auch die Möglichkeit, das problematische Natriumhalogenid zumindest teilweise auch bei neutralweißen und warmweißen Lichtfarben durch ein anderes Alkalimetall-Halogenid (AM-H), nämlich das des Cäsium, zu ersetzen und so einen günstigen Einfluß auf die das Quarzglas schädigenden Natrium-Seltenerd-Komplexe des Dysprosium oder Thulium zu nehmen. Für warmweiße Lichtfarben ist ein Molverhältnis AM-H:SE-H von 70:30 bis 90:10 besonders vorteilhaft, wobei als Alkalimetall überwiegend Natrium verwendet wird. Entsprechende Werte für neutralweiße bzw. tageslichtähnliche Lichtfarben sind 18:82 bis 55:45 resp. 10:90 bis 50:50, wobei als Alkalimetall für neutralweiße Lichtfarben Natrium und/oder Cäsium verwendet wird, während bei tageslichtähnlichen Lichtfarben vornehmlich Cäsium Anwendung findet.
    Vom Aspekt der Lichtausbeutesteigerung allein her gesehen, haben Messungen gezeigt, daß eine optimale Dampfdruckverstärkung durch Bildung komplexer Halogenidverbindungen bei einem Verhältnis AM-H:SE-H von 25:75 bis 50:50 erzielt wird.
  • Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Dysprosium alleine oder Dysprosium und Thulium gemeinsam eingesetzt werden, da dies am besten zu einem Viellinienspektrum mit breitem Kontinuum führt. Eventuell kann überdies Holmium hinzugefügt werden. Bevorzugt werden Cer oder Neodym alleine als Seltenerd-Metall der "zweiten Gruppe" zur Farbkorrektur verwendet, da deren Farborte am weitesten oberhalb des Planck'schen Kurvenzugs liegen. Bevorzugt beträgt bei Verwendung von Cer-Halogenid dessen Anteil am Gesamtmetallhalogenid zwischen 2 und 17 Mol-%. Als Halogen wird bevorzugt Jod eingesetzt aus Gründen des hohen Dampfdrucks und der geringen Aggressivität der Füllung. Daneben ist aber auch die Verwendung von Brom vorgesehen.
  • Als weitere Zusatzstoffe für die Füllung eignen sich insbesondere die an sich bekannten HgJ₂ und/oder HgBr₂.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
    • Figur 1
    zeigt den Aufbau einer zweiseitig gesockelten Hochdruckentladungslampe mit zweiseitig gequetschtem Entladungsgefäß
    Figur 2
    zeigt einen Vergleich zwischen dem Spektrum einer 70 W-Lampe mit vorbekannter (gestrichelt) und erfindungsgemäßer (durchgezogen) Füllung
    Figur 3
    zeigt den Aufbau einer einseitig gesockelten Hochdruckentladungslampe mit zweiseitig gequetschtem Entladungsgefäß
  • Die in Figur 1 dargestellte 70 W-Hochdruckentladungslampe 1 besteht aus einem zweiseitig gequetschten Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das von einem zweiseitig gesockelten evakuierten Außenkolben 3 umschlossen ist. Die Elektroden 4, 5 - schematisch dargestellt - sind mittels Folien 6, 7 gasdicht in das Entladungsgefäß 2 eingeschmolzen und über die Stromzuführungen 8, 9, die Dichtungsfolien 10, 11 des Außenkolbens 3 und über weitere kurze Stromzuführungen mit den elektrischen Anschlüssen der Keramiksockel (R7s) 12, 13 verbunden. In eine Quetschung des Entladungsgefäßes 2 ist zusätzlich - über ein Drahtstück - ein auf einem Metallplättchen aufgebrachtes Gettermaterial 14 potentialfrei eingeschmolzen. Die Enden 15, 16 des Entladungsgefäßes 2 sind mit einem wärmereflektierenden Belag versehen, so daß die cold spot-Temperatur über 870 °C gehalten wird. Als Füllung enthält das Entladungsgefäß 2 zur Erzielung einer warmweißen Lichtfarbe (WDL) mit einer Farbtemperatur von 3100 K neben 12 mg Quecksilber und Argon insgesamt 27 »mol der folgenden Metallhalogenide (molarer Anteil in % der Gesamtmetallhalogenide): 3 % DyJ₃, 15 % TmJ₃, 5 % CeJ₃, 77 % NaJ. Dies entspricht einem spezifischen Anteil der Metallhalogenide von 3,9 »mol/mm Bogenlänge und einer spezifischen Bogenleistung von 10,7 W/mm.
  • Bei einem Volumen des Entladungsgefäßes von 0,7 cm³ und einem Elektrodenabstand von 7 mm beträgt die Wandbelastung 19 W/cm². Der Lichtstrom nimmt im Vergleich zu einer Lampe mit einer bekannten Füllung mit den Halogeniden von Natrium, Zinn, Thallium, Indium und Lithium um 8 % auf 5400 lm zu. Die Lichtausbeute beträgt 72 lm/W statt 67 lm/W (7,5 % Zunahme). Der Gesamtfarbindex liegt bei Ra8 = 85 statt vormals Ra8 = 76. Der Index R9 verbessert sich von -90 auf +15. Die Lebensdauer beträgt 6000 Std. Die Farbstreuung verringert sich von ± 300 K auf ± 100 K.
  • Figur 2 zeigt eine Gegenüberstellung des Spektrums einer 70 W-Lampe mit der bekannten Natrium-Zinn-Füllung (gestrichelt) mit einer baugleichen Lampe, die die obige Natrium-Seltenerd-Füllung enthält. Die Gleichmäßigkeit des Spektrums ist erheblich verbessert. Starke Einzellinien, wie die von Thallium (1), Natrium (2), Lithium (3), Indium (4) und Quecksilber (5) sind eliminiert bzw. stark nivelliert. Vor allem der Rotanteil ist deutlich erhöht (+50 %) in Übereinstimmung mit dem verbesserten Farbwiedergabeindex. Dadurch werden alle gesättigten Farben deutlich natürlicher wiedergegeben. Dies ist von besonderem Interesse bei der Innenraumbeleuchtung, Lebensmittelbeleuchtung und Schaufensterbeleuchtung.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine ähnlich aufgebaute 150 W-Lampe mit neutralweißer Lichtfarbe (NDL), deren Füllung neben Quecksilber und Argon insgesamt 14,5 »mol der folgenden Metallhalogenide aufweist (molarer Anteil in % der Gesamtmetallhalogenide):
    32 % DyJ₃, 24 % TmJ₃, 10 % CeJ₃ und 34 % NaJ. Dies entspricht einem spezifischen Anteil der Metallhalogenide von 1,5 »mol/mm Bogenlänge und einer spezifischen Bogenleistung von 15 W/mm.
  • Bei einer Farbtemperatur von 4300 K und einer Lichtausbeute von jetzt 85 lm/W (früher 75 lm/W) wird ein Lichtstrom von ca. 12500 lm und ein Farbwiedergabeindex von Ra8 = 92 statt früher Ra8 = 85 erzielt. Speziell im Roten wird die Farbwiedergabe von R9 = -30 auf R9 = +50 verbessert. Bei einem Brennervolumen von 2,6 cm³ und einem Elektrodenabstand von 18,0 mm beträgt die Wandbelastung 16 W/cm².
  • Auch diese Lampe erreicht eine Lebensdauer von 6000 Std. Die Farbstreuung verringert sich von ± 300 K auf ± 100 K. Die älteren Vergleichswerte beziehen sich auf eine Füllung, die als Metallhalogenide die Jodide von Dysprosium, Holmium, Thulium, Natrium und Thallium enthält.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine wiederum ähnlich aufgebaute 400 W-Lampe mit tageslichtähnlicher Lichtfarbe (D), deren Füllung neben Quecksilber und Argon insgesamt 37 »mol der folgenden Metallhalogenide enthält (molarer Anteil in % der Gesamtmetallhalogenide:
    40 % DyJ₃, 23 % TmJ₃, 13 % CeJ₃ und 24 % CsJ. Dies entspricht einem spezifischen Anteil der Metallhalogenide von 1,15 »mol/mm Bogenlänge und einer spezifischen Bogenleistung von 12,5 W/mm.
  • Bei einer Farbtemperatur von 5600 K und einer Lichtausbeute von 90 lm/W (früher 75 lm/W) wird ein Farbwiedergabeindex von Ra8 = 91 und ein Rotindex von R9 = +60 (früher +30) erzielt. Die Farbstreuung verringert sich von ± 500 K auf ± 250 K im Vergleich zu einer Füllung, die als Metallhalogenide die Jodide von Dysprosium, Holmium, Thulium, Natrium und Thallium enthält. Das Entladungsgefäß benötigt an seinen Enden keine Wärmestaubeläge.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer 400 W-Lampe 1 mit neutralweißer Lichtfarbe zeigt Figur 3, wobei für ähnliche Bauteile gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet wurden. Im Unterschied zu Figur 1 handelt es sich um ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß 2, das von einem zylindrischen (oder auch elliptischen) Außenkolben 3 aus Hartglas umschlossen ist, der einseitig gesockelt ist. Das eine Ende des Außenkolbens besitzt eine abgerundete Kuppe 17, während das andere Ende einen Schraubsockel 12 aufweist. Ein Haltegestell 18 fixiert das Entladungsgefäß 2 axial im Kolbeninnern. Das Haltegestell 18 besteht in an sich bekannter Weise aus zwei Zuleitungsdrähten, von denen der eine mit der sockelnahen Stromzuführung 8 des Entladungsgefäßes verbunden ist, während der zweite über einen massiven Metallstützstab, der sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckt, zur sockelfernen Stromzuführung 9 geführt ist und weiterhin ein Führungselement am sockelnahen Ende 15 des Entladungsgefäßes (in Form eines Stanzblechteils) und eine Abstützung in der Nähe der Kuppe 17 in Form eines Teilkreises besitzt. Das Entladungsgefäß 2 ist mit großflächigen Wärmestaubelägen an seinen beiden Enden 15, 16 ausgestattet. Die Füllung enthält neben Quecksilber und Argon insgesamt 37 »mol der folgenden Metallhalogenide (molarer Anteil in % der Gesamtmetallhalogenide):
    42 % DyJ₃, 24 % TmJ₃, 14 % CeJ₃ und 20 CsJ. Dies entspricht 1,25 »mol/mm Bogenlänge und einer spezifischen Bogenleistung von 13 W/mm.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer 70 W-Lampe mit warmweißer Lichtfarbe verwendet eine Füllung mit 3,6 mg NaJ, 2,6 mg TmJ₃ und 0,8 mg CeJ₃ sowie 12 mg Quecksilber. Das Verhältnis AM-H:SE-H beträgt 79:21. Die Farbtemperatur liegt bei etwa 3300 K.
  • Statt Cer läßt sich insbesondere auch Neodym verwenden. Für eine 70 W-Lampe mit warmweißer Lichtfarbe ist der Halogenid-Anteil der Füllung aus 3,6 mg NaJ, 2,0 mg TmJ₃ und 1,4 mg NdJ₃ zusammengesetzt, so daß das Verhältnis AM-H:SE-H ebenfalls 79:21 beträgt. Die Farbtemperatur erhöht sich auf etwa 3600 K.
    Ein anderes Ausführungsbeispiel weist neben 2,9 mg NaJ, 0,4 mg DyJ₃ und 2,7 mg TmJ₃ nur 0,7 mg NdJ₃ auf. Die Farbtemperatur liegt bei 3450 K.

Claims (11)

  1. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe für die Allgemeinbeleuchtung mit einem Entladungsgefäß, das einen Entladungsraum mit einer ionisierbaren Füllung umschließt, die neben Edelgas und Quecksilber auch Halogenide von Seltenen Erden (SE-H) und Alkalimetallen (AM-H) enthält, wobei in diesem Entladungsgefäß Elektroden angeordnet sind, die mit einem nach außen führenden Stromzuführungssystem verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung jeweils mindestens ein Halogenid einer ersten Gruppe von Seltenerd-Metallen, nämlich Dysprosium, Thulium, und ein Halogenid einer zweiten Gruppe von Seltenerd-Metallen, nämlich Cer, Neodym, Praseodym, Lanthan, sowie außerdem ein Halogenid aus der Gruppe der Alkalimetalle Natrium, Cäsium enthält, unter Ausschluß eines Halogenids des Thalliums, wobei die Lichtausbeute mindestens 68 lm/W beträgt.
  2. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine warmweiße Lichtfarbe durch ein molares Mischungsverhältnis AM-H:SE-H von 70:30 bis 90:10 erzielt wird, wobei das Alkalimetall überwiegend Natrium ist.
  3. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine neutralweiße Lichtfarbe durch ein molares Mischungsverhältnis AM-H:SE-H von 18:82 bis 55:45 erzielt wird, wobei das Alkalimetall Natrium und/oder Cäsium ist.
  4. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine tageslichtähnliche Lichtfarbe durch ein molares Mischungsverhältnis AM-H:SE-H von 10:90 bis 50:50 erzielt wird, wobei das Alkalimetall vorzugsweise Cäsium ist.
  5. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß axial in einem einseitig gesockelten Außenkolben gehaltert wird, wobei als Alkalimetall Cäsium verwendet wird.
  6. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltenerd-Metallhalogenid der zweiten Gruppe ein Halogenid des Cer und/oder Neodym ist.
  7. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Cerhalogenids am Gesamtmetallhalogenid zwischen 2 und 17 Mol-% beträgt.
  8. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Seltenerd-Metallhalogenid der ersten Gruppe sowohl Dysprosium als auch Thulium verwendet wird.
  9. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogen überwiegend Jod verwendet wird.
  10. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzlich HgJ₂ und/oder HgBr₂ enthält.
  11. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich als erstes Seltenerd-Metallhalogenid Holmiumhalogenid verwendet wird.
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