JP2005538522A - 改善された色度安定性と高い視感度効率とを備える高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、黒体軌跡に近接した改善された色度安定性と、高い色温度と、高い視感度効率(lm/W)とを持つ、とりわけ自動車両のヘッドライトに適する高圧放電ランプに関する。本発明による高圧放電ランプは、放電チャンバと、前記放電チャンバ内へ延在する少なくとも２つの電極とを備える内部容器を有し、ことによると、前記内部容器を囲む外部バルブを有し、前記放電チャンバは、−少なくとも１つの希ガスと、−0mg乃至10mgの水銀と、−金属ハロゲン化物の混合物であって、*４０乃至８０重量％のハロゲン化ナトリウム、*２５乃至５５重量％のハロゲン化スカンジウム、*１乃至１５重量％のハロゲン化インジウム、及び*０乃至３４重量％のハロゲン化タリウムを有する金属ハロゲン化物の混合物とを有するイオン化可能充填物を収容する。

Description

本発明は、放電チャンバと、前記放電チャンバ内へ延在する少なくとも２つの電極とを備える内部容器を有し、ことによると、前記内部容器を囲む外部バルブを有し、前記放電チャンバがイオン化可能充填物を持つ高圧放電ランプに関する。この外部バルブを備える高圧放電ランプ及び外部バルブを備えない高圧放電ランプは一般的な照明用途に適している。前記高圧放電ランプの使用は、とりわけ、例えば自動車などの乗り物の前方照明に適している。

内部容器及び外部バルブを備える上記の種類の放電ランプは欧州特許出願公開第EP-A3
0 964 431号から既知である。欧州特許出願公開第EP-A3 0 964 431号に記載されている放電ランプは、対の電極を具備する発光領域を有する発光管(light arc tube)と、発光領域を囲み、少なくとも部分的に発光管に融着される外部管とを有し、前記外部管は、その主成分として二酸化珪素を有し、更にホウ素を有する。

0.2mg(＝３６．４重量％)のヨウ化インジウム(InI₃)と、0.19mg(＝３４．５重量％)のヨウ化スカンジウムと、0.16mg(＝２９．１重量％)のヨウ化ナトリウムとを収容する水銀フリーのメタルハライドランプが、欧州特許出願公開第EP-A2 1 037 257号から既知である。これは、550μgの金属ハロゲン化物含有量(metal halide content)に相当する。550μgの金属ハロゲン化物含有量は、内部容器中、即ち燃焼空間(burner space)中に目に見える堆積物をもたらし得ることが分かった。

現在の技術から既知の放電ランプにおいて特に不利な点は、発せられる光の色度(color point)が、CIE1931図に基づく黒体軌跡(black body locus)に近接しておらず、即ち、黒体の放射を表わす線に近接しておらず、それと同時に、色温度が4300K乃至5000Kの範囲内にあることにある。更に、先行技術から既知の放電ランプは、大抵の場合、低い視感度効率(lm/W)と、不十分なランプ寿命特性とを持ち、とりわけ、不十分な色度安定性を持つ。

本発明の目的は、相関色温度(CCT)又は等色温度(equal color temperature)の線としても示される増大された色温度の発光を備える高圧放電ランプであって、前記発光のCIE1931図に基づく色度が黒体軌跡の近くに位置する一方で、前記高圧放電ランプが、改善されたランプ寿命特性を持ち、とりわけ、改善された色度安定性を持つ高圧放電ランプを提供することにある。

本発明の他の目的は、更に、環境にやさしいイオン化可能充填物を持つ高圧放電ランプを提供することにある。

本発明の目的は、本発明に関する請求項１に記載の高圧放電ランプによって達成される。

本発明による適当な高圧放電ランプは、放電チャンバと、前記放電チャンバ内へ延在する少なくとも２つの電極とを備える内部容器を有し、ことによると、前記内部容器を囲む外部バルブを有し、前記放電チャンバは、
−少なくとも１つの希ガスと、
−0mg乃至10mgの水銀と、
−金属ハロゲン化物の混合物であって、
４０乃至８０重量％のハロゲン化ナトリウム、
２５乃至５５重量％のハロゲン化スカンジウム、
１乃至１５重量％のハロゲン化インジウム、及び
０乃至３４重量％のハロゲン化タリウムを有する金属ハロゲン化物の混合物とを有するイオン化可能充填物を収容する。

改善された色度安定性、高い視感度効率及び色温度などの驚くべき有利な特性は、本発明によるイオン化可能充填物の結果である。

二ヨウ化物又は三ヨウ化物、一塩化物、二塩化物又は三塩化物、及び一臭化物、二臭化物又は三臭化物などの様々な金属ハロゲン化物に対して示される重量百分率は、ハロゲン化スカンジウムを除いては、（それと反対の指示がない限り）前記イオン化可能充填物の対応するヨウ化物に関する前記金属ハロゲン化物の混合物、即ち、NaI、InI、ScI₃及びTlIの総重量の一部としての対応する一ヨウ化金属(metal monoiodide)、即ち、NaI、InI又はTlIに関する。それと反対の指示がない限り、示されるハロゲン化スカンジウムの重量百分率は、前記イオン化可能充填物の対応するヨウ化物に関する前記金属ハロゲン化物の混合物、即ち、NaI、InI、ScI₃及びTlIの総重量の一部としてのScI₃に関する。金属ハロゲン化物の化合物の各々の一ヨウ化金属の化合物への変換は、金属の分子数が同じである各々の化合物のモル質量によって行なわれる。従って、例えば２０．５重量％のInI₃は変換により１０重量％のInIに対応する。これは、
−InIのモル質量＝241.72g/モル、
−InI₃のモル質量＝495.53g/モル、
−(20.5% InI₃ × 241.72g/モル InI)÷495.53g/モル InI₃ = １０重量％のInIという変換によりもたらされる。

前記イオン化可能充填物の対応する金属ヨウ化物(metal iodide)に関する各々の金属ハロゲン化物、即ち、NaI、InI、ScI₃及びTlIの重量パーセントにおける比率は、ヨウ化物に変換された金属ハロゲン化物の総重量の比率が１００重量％を越えないように選ばれる。

好ましい金属ハロゲン化物は金属ヨウ化物及び／又は金属臭化物(metal bromide)であり、金属ヨウ化物がとりわけ好ましい。

好ましい金属ヨウ化物は、NaI、ScI₃、InI、InI₃及び／又はTlIを有するグループから選ばれる。

ヨウ化インジウムはInI及び／又はInI₃として存在してもよく、InIがとりわけ好ましい。好ましくは、金属ヨウ化物として計算される前記イオン化可能充填物中の前記金属ハロゲン化物の混合物、即ち、NaI、ScI₃、InI及びTlIの総含有量は、≦500μgになり、好ましくは≦450μgになり、とりわけ好ましくは≦400μgになる。金属ヨウ化物を基準にして計算される前記イオン化可能充填物中の金属ハロゲン化物の混合物、即ち、NaI、ScI₃、InI及びTlIの総含有量はまた、≦350μgであってもよく、好ましくは≦300μgであってもよく、とりわけ好ましくは≧250μg且つ≦320μgであってもよい。

本発明による高圧放電ランプは、先行技術から既知の従来の高圧放電ランプより高い色温度を持ち、色度が黒体軌跡のより近くに位置する。前記高圧放電ランプによって発せられる光の前記色温度、即ち、相関色温度又は等色温度の線は、4300K乃至5000Kの範囲内にあり、好ましくは4500K乃至4900Kの範囲内にあり、より好ましくは4700K乃至4800Kの範囲内にある。より高い色温度は、とりわけ夜に、より良好な視界を乗り物の運転者に与える。更に、前記より高い色温度及び前記黒体軌跡に近接した前記色度は、本発明による高圧放電ランプによって発せられる光のより良好な反射、とりわけ走行車線標示及び交通標識によるより良好な反射をもたらす。これはより高い交通安全をもたらす。前記高圧放電ランプの本発明によるイオン化可能充填物は、より昼光に似ている光を発することにも注意されたい。この昼光タイプの光は眼を疲労させない。

本発明による高圧放電ランプは、更に、改善されたランプ寿命特性を持ち、とりわけ、向上された色度安定性を持つ。先行技術の高圧放電ランプの発光の色度がランプ寿命にわたって著しいずれを示し、故に、このような高圧放電ランプの発光の目に見える色変化が観察されることは大きな不利な点である。これは自動車の場合にとりわけ不利である。なぜなら、これは、高圧放電ランプを１つしか交換しない場合にヘッドライト中に収容される高圧放電ランプの光の色が異なるということをもたらし得るからである。この不利な点は本発明による高圧放電ランプによって取り除かれる。

斯くして、本発明による高圧放電ランプの発光のＸ色座標及びＹ色座標に対する色度変化は、高圧放電ランプの1500時間の動作期間もわたって、≦6%になり、好ましくは≦5%になり、好ましくは≦4%になり、より好ましくは≦3%になり、とりわけ好ましくは≦2%になり、最も好ましくは≦1%になる。

前記CIE1931図において、前記高圧放電ランプによって発せられる光の色度が、0.345から0.375までの範囲内のＸ色座標、好ましくは0.350から0.370までの範囲内のＸ色座標、より好ましくは0.355から0.360までの範囲内のＸ色座標を持ち、0.350から0.375までの範囲内のＹ色座標、好ましくは0.355から0.370間での範囲内のＹ色座標、より好ましくは0.360から0.365までの範囲内のＹ色座標を持つ場合に有利であることが分かった。

驚くべきことに、更に、金属ハロゲン化物として少なくともヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム及びヨウ化インジウムを有する水銀を含む又は水銀フリーのイオン化可能充填物の使用は、想定された色温度及び色度を達成することだけでなく、少なくとも70lm/Wの視感度効率を達成することも可能にすることが分かった。

更に、本発明によるイオン化可能充填物により良好な視感度効率(lm/W)が達成され得る。斯くして、本発明による高圧放電ランプによって発せられる光の視感度効率は、少なくとも70lm/Wに達し、好ましくは≧75lm/Wに達し、より好ましくは≧95lm/Wに達する。実際は、本発明による高圧放電ランプによって≧100lm/W以上の視感度効率が達成され得る。

本発明の好ましい実施例において、前記高圧放電ランプによって発せられる光の視感度効率は、≧80lm/Wであり、好ましくは≧90lm/Wである。

ネオジム又は酸化ネオジムの使用は、それ以外は変更されてない塩の組成(salt composition)を用いて、少なくとも70lm/Wの高い視感度効率と共により青い光（bluer light）の方への偏移が達成可能であるように前記色温度を増大させることを可能にする。

更に、本発明によれば、上記の色度及び所望のlm/Wの効率は、ヨウ化タリウムを付加しなくても達成され得ること、即ち、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム及びヨウ化インジウムという塩の組成を用いることによって達成され得ることが分かった。これは、ヨウ化タリウムが環境にとって非常に有害であることからとりわけ有利である。

ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム及びヨウ化インジウムを有する塩の組成を持つ水銀フリーのイオン化可能充填物が用いられる場合とりわけ環境にやさしい高圧放電ランプが得られ得る。

本発明の他の好ましい実施例において、前記外部バルブは、ネオジム、好ましくは酸化ネオジムと、セリウム、好ましくは酸化セリウムとを有する。ネオジム、例えば酸化ネオジムと、セリウム、例えば酸化セリウムとがドープされた石英ガラスの外部バルブガラスはとりわけ有利である。

セリウム又は酸化セリウムの付加は、とりわけUV保護として役立つ。

特に指示がない限り、ネオジム又はネオジム化合物、好ましくは酸化ネオジムの重量の指示は、酸化ネオジムNd₂O₃を基準にして、前記外部バルブの総重量に関して与えられる。セリウム又はセリウム化合物、好ましくは酸化セリウムの重量の指示は、酸化セリウムCeO₂を基準にして、前記外部バルブの総重量に関して与えられる。

前記ネオジム又はネオジム化合物、具体的には酸化ネオジムの含有率は、前記外部バルブの全重量に関して２乃至２０重量％の割合を占める。前記セリウム、好ましくは酸化セリウムの重量含有率は、前記外部バルブの総重量に対して好ましくは０．１乃至３重量％である。前記外部バルブは好ましくは石英ガラス製である。

本発明による高圧放電ランプの好ましい実施例において、前記イオン化可能充填物は、少なくとも１つの希ガス、好ましくはキセノンと、５０乃至７０重量％のヨウ化ナトリウムと、３０乃至５０重量％のヨウ化スカンジウムと、１乃至１５重量％のヨウ化インジウムと、0mg乃至10mgの水銀とを有する。

特に指示がない限り、重量百分率の指示は、各々の金属ヨウ化物、NaI、ScI₃、InI及びTlIに関する。これは、例えば、前記金属ハロゲン化物の混合物におけるInI₃の使用にあっては、InI₃の実際の含有率は、InIに変換し戻され、斯くして、１５重量％より多い場合もあることを意味する。

本発明の他の好ましい実施例において、本発明による高圧放電ランプの前記イオン化可能充填物は、少なくとも１つの希ガス、好ましくはキセノンと、５０乃至６０重量％のヨウ化ナトリウムと、３５乃至４５重量％のヨウ化スカンジウムと、１乃至１５重量％のヨウ化インジウムと、0mg乃至10mgの水銀とを有する。

好ましくは、前記イオン化可能充填物は、キセノン、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化インジウム及び水銀から成る。

前記イオン化可能充填物の前記水銀の含有量は、≧0mg且つ≦10mgであり、前記水銀の含有量は、好ましくは≦5mgであり、より好ましくは≦1mgであり、とりわけ好ましくは≦0.6mgである。前記イオン化可能充填物の前記水銀の含有量はまた、≧0.5mg且つ≦0.6mgであり得る。

好ましくは、前記高圧放電ランプの前記イオン化可能充填物には水銀がなく、前記イオン化可能充填物は、キセノン、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム及びヨウ化インジウムから成る。

本発明のより一層好ましい実施例において、前記水銀を含む高圧放電ランプは、４０重量％のヨウ化ナトリウムと、５０重量％のヨウ化スカンジウムと、１０重量％のヨウ化インジウム、好ましくはInIとを収容する。

InI及び／又はInI₃がヨウ化インジウムとして適しており、InIが好ましい。例えば、３乃至５重量％の含有率のヨウ化インジウムが用いられ得る。他の例においては、≧１重量％且つ≦２．５重量％が用いられ得る。

前記より一層好ましい実施例において、前記水銀を含む高圧放電ランプは、４５重量％のヨウ化ナトリウムと、５０重量％のヨウ化スカンジウムと、５重量％のヨウ化インジウム（InI及び／又はInI₃）とを有するイオン化可能充填物を収容する。

とりわけ好ましい実施例において、前記高圧放電ランプは、550μgのHgと、５０重量％のNaIと、４５重量％のScI₃と、５重量％のInIとを有するイオン化可能充填物を収容する。

前記イオン化可能充填物は、更に、ハロゲン化亜鉛、好ましくはヨウ化亜鉛を有してもよい。本発明による水銀フリーの高圧放電ランプの前記イオン化可能充填物は、好ましくはハロゲン化亜鉛、とりわけZnI₂を有する。

本発明による高圧放電ランプのランプ寿命は、少なくとも1500時間であり、好ましくは≧2500時間であり、最も好ましくは≧3000時間である。

図を参照して以下により詳細に本特許出願の内容を説明する。

図１の図は、スペクトル領域内の黒体軌跡(bbl)を示される黒体の放射の線を示している。4300K及び5000Kの色温度、即ち、相関色温度も示される等色温度の線は、この図において表面領域（surface area）として描かれた本発明によるイオン化可能な金属ハロゲン化物の充填物の色度の領域の角の地点（corner points）に位置する。この図から明らかであるように、本発明による高圧ランプの色度は黒体軌跡の近くに位置する。

図２は、内部容器（１）及び外部バルブ（２）を備える通常の高圧放電ランプを示している。

本発明による高圧放電ランプは一般的な照明用途に用いられ得る。とりわけ、高圧放電ランプは、例えば、飛行機、自動車両、オートバイなどのような輸送手段において、光源として用いられ得る。本発明による高圧放電ランプの使用は、ヘッドライト、とりわけ自動車のような自動車両の前方照明ヘッドライトにおいてとりわけ好ましい。

CIE1931色度図を示す。 内部容器及び外部バルブを備える通常の高圧放電ランプを示す。

Claims (10)

1. −放電チャンバと、
   −前記放電チャンバ内へ延在する少なくとも２つの電極とを備える内部容器を有し、ことによると、前記内部容器を囲む外部バルブを有する高圧放電ランプであって、前記放電チャンバが、
   −少なくとも１つの希ガスと、
   −0mg乃至10mgの水銀と、
   −金属ハロゲン化物の混合物であって、
   ４０乃至８０重量％のハロゲン化ナトリウム、
   ２５乃至５５重量％のハロゲン化スカンジウム、
   １乃至１５重量％のハロゲン化インジウム、及び
   ０乃至３４重量％のハロゲン化タリウムを有する金属ハロゲン化物の混合物とを有するイオン化可能充填物を収容することを特徴とする高圧放電ランプ。
2. CIE1931図において、前記高圧放電ランプによって発せられる光の色度が、0.345から0.375までの範囲内のＸ色座標、好ましくは0.350から0.370までの範囲内のＸ色座標、より好ましくは0.355から0.360までの範囲内のＸ色座標を持ち、0.350から0.375までの範囲内のＹ色座標、好ましくは0.355から0.370までの範囲内のＹ色座標、より好ましくは0.360から0.365までの範囲内のＹ色座標を持つことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記外部バルブが、ネオジム、好ましくは酸化ネオジムを有し、前記酸化ネオジムの含有率が、好ましくは、前記外部バルブの総重量に対して２乃至２０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ。
4. 前記高圧放電ランプによって発せられる光の色温度が、4300Kから5000Kまでの範囲内にあり、好ましくは4500Kから4900Kまでの範囲内にあり、より好ましくは4700Kから4800Kまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
5. 前記高圧放電ランプによって発せられる光の視感度効率が、少なくとも70lm/Wであり、好ましくは≧75lm/Wであり、より好ましくは≧85lm/Wであり、より一層好ましくは≧95lm/Wであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
6. 前記Ｘ色座標及び前記Ｙ色座標に対する前記色度の変化が、前記高圧放電ランプの1500時間の動作期間にわたって、≦6%になり、好ましくは≦5%になり、好ましくは≦4%になり、より好ましくは≦3%になり、とりわけ好ましくは≦2%になり、最も好ましくは≦1%になることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
7. 前記イオン化可能充填物が、
   −少なくとも１つの希ガス、好ましくはキセノンと、
   −５０乃至７０重量％のヨウ化ナトリウムと、
   −３０乃至５０重量％のヨウ化スカンジウムと、
   −１乃至１５重量％のヨウ化インジウムと、
   −0mg乃至10mgの水銀とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
8. 前記イオン化可能充填物が、
   −少なくとも１つの希ガス、好ましくはキセノンと、
   −５０乃至６０重量％のヨウ化ナトリウムと、
   −３５乃至４５重量％のヨウ化スカンジウムと、
   −１乃至１５重量％のヨウ化インジウムと、
   −0mg乃至10mgの水銀とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
9. イオン化可能充填物であって、
   −少なくとも１つの希ガスと、
   −0mg乃至10mgの水銀と、
   −金属ハロゲン化物の混合物であって、
   ４０乃至８０重量％のハロゲン化ナトリウム、
   ２５乃至５５重量％のハロゲン化スカンジウム、
   １乃至１５重量％のハロゲン化インジウム、及び
   ０乃至３４重量％のハロゲン化タリウムを有する金属ハロゲン化物の混合物とを有することを特徴とするイオン化可能充填物。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の高圧放電ランプを有する照明ユニット、とりわけ自動車両のヘッドライト。
    
    

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