NL8702513A

NL8702513A - HIGH PRESSURE METAL HALOGENIC LAMP WITH LOW COLOR TEMPERATURE AND GOOD COLOR REPRODUCTION.

Info

Publication number: NL8702513A
Application number: NL8702513A
Authority: NL
Original assignee: Tungsram Reszvenytarsasag
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1988-08-16
Also published as: HUT46167A; JPS6419671A; HU196861B; JPH0555973B2; SE8703229L; SE8703229D0; DE3731134A1; DE3731134C2

Description

NL 34.500-dV/lbNL 34,500-dV / lb

Hoge-drukmetaalhalogenidelamp met lage kleurtemperatuur en goede kleurweergave.High pressure metal halide lamp with low color temperature and good color rendering.

De uitvinding heeft betrekking op een hoge-druk-metaalhalogenidelamp met lage kleurtemperatuur en goede kleurweergave, die is voorzien van een lichtdoorlatend, bij hoge temperatuur smeltend, bij voorkeur uit kwartsglas vervaardigd 5 ontladingsvat en van ten minste twee hoofdelektroden, die aan het ene uiteinde of aan het tegenover liggende uiteinde van . het ontladingsvat zijn ingesmolten, waarbij als startgas in het ontladingsvat edelgas(sen) is (zijn) opgenomen, waarbij als buffergas een kwikvulling wordt toegepast, waarbij in een in 10 bedrijf de verzadiging waarborgende hoeveelheid Dy, Ho- en Na-halide en eventueel Tl en/of Cs- en/of Li-halide als toeslagstof aanwezig zijn, waarbij het ontladingsvat is aange-i bracht in een lichtdoorlatende externe ballon, waarin de stroomtoevoergeleiders aan het ene uiteinde of aan beide uit-15 einden van de externe ballon zijn ingevoerd.The invention relates to a high-pressure metal halide lamp with a low color temperature and good color rendering, which is provided with a translucent, high-temperature melting discharge vessel, preferably made of quartz glass, and of at least two main electrodes, which are connected at one end or at the opposite end of. the discharge vessel have melted, in which noble gas (es) has been incorporated as starting gas in the discharge vessel, wherein a mercury filling is used as buffer gas, wherein in an operation the quantity of Dy, Ho and Na halide and optionally Tl, which provides saturation, is used. and / or Cs and / or Li-halide are present as additives, the discharge vessel being arranged in a translucent external balloon, into which the current supply conductors are introduced at one end or both ends of the external balloon .

Uit de Europese octrooiaanvrage 0049545 is een metaalhalogenidelamp bekend, waarin als zeldzaam aardmetaal praseodymium, neodymium, lutezium, alsmede natrium, kwik en edelgas zijn opgenomen, de molverhouding van het zeldzame 20 aardmetaal en het natrium in het gebied tussen 1 : 1 - 1 : 20 ligt, kwik in de ontladingsbuis in een hoeveelheid tussen 2 tot 100 rng/cm3 aanwezig is, waarbij de verhouding zeldzaam aardmetaal/natrium en de hoeveelheid kwik omgekeerd evenredig zijn met het nominale vermogen van de lamp. Volgens de voor-25 beelden 11 resp. 12 van de beschrijving kan als algemene index van de kleurweergave Ra 66 tot 71 bij een kleurtemperatuur 3515 K resp. 3440 K worden bereikt.European patent application 0049545 discloses a metal halide lamp, which includes praseodymium, neodymium, lutezium, sodium, mercury and noble gas as the rare earth metal, the molar ratio of the rare earth metal and the sodium in the range between 1: 1 - 1: 20 mercury is present in the discharge tube in an amount between 2 to 100ng / cm 3, the rare earth / sodium ratio and the amount of mercury being inversely proportional to the nominal power of the lamp. According to the examples 11 resp. 12 of the description can be used as a general index of the color rendering Ra 66 to 71 at a color temperature of 3515 K resp. 3440 K are reached.

Volgens het Duitse Offenlegeungsschrift 2.519.377 kon een kleurtemperatuur onder 4500 K worden bereikt door toe-30 voeging van zeldzaam aardmetaal-halide, alkali-, aardalkali-en thalliumhalogenide, alsmede onder toepassing van een blauw-filter. Als blauwfilter wordt tinjodide toegepast, dat als toeslag in de vulling wordt bijgevoegd of het blauwfilter wordt als bekleding op de ontladingsbuis aangebracht of ge-35 mengd met de grondstof van de ontladingsbuis of de externe ballon. Bij deze oplossing brengt de toepassing van het tin in 8702513 -2- de ontladingsruimte vanwege de boogbeperkende werking aanmerkelijke problemen met zich mede. De beperkte boog kan, in het bijzonder na een langer bedrijf de wand van het ontladings-vat aantasten, waardoor de levensduur van de lamp wordt ver-5 kort. In de in de beschrijving als voorbeeld genoemde lamp zijn dysprosium, natriumjodide, thalliumjodide en tin, alsmede kwikjodide en broom opgenomen. Tijdens bedrijf diffunderen de natriumionen uit het ontladingsvat door de kwarts-wand heen en laten een halogeen overmaat in het ontladings-10 vat achter. Hierdoor ontstaat een verdere boogbeperking, die ook de uitdoofeigenschappen van de lamp nadelig beïnvloeden. Volgens de beschrijving wordt de schadelijke werking van de beperkte boog gecompenseerd met een elektrode-gestabiliseerde boog, hetgeen betekent dat een korte ontladingsbuis met kleine 15 afmeting wordt toegepast. Deze oplossing heeft echter het nadeel, dat tengevolge van de wandbelasting en versterkte zwart worden de nuttige levensduur van de lamp wordt verkort. Als compensatie wordt broom gebruikt, hetgeen weer tot verhoogde corrosie van de elektroden leidt.According to German Offenlegeungsschrift 2,519,377, a color temperature below 4500 K could be achieved by adding rare earth metal halide, alkali earth alkaline earth and thallium halide, as well as using a blue filter. As the blue filter, tin iodide is used, which is added to the filling as an additive, or the blue filter is coated on the discharge tube or mixed with the raw material of the discharge tube or the external balloon. In this solution, the use of the tin in the discharge space in the 8702513 -2- poses significant problems because of the arc-limiting effect. The limited arc, especially after longer operation, can attack the wall of the discharge vessel, thereby shortening the life of the lamp. The lamp exemplified in the description includes dysprosium, sodium iodide, thallium iodide and tin, as well as mercury iodide and bromine. During operation, the sodium ions from the discharge vessel diffuse through the quartz wall, leaving a halogen excess in the discharge vessel. This creates a further arc restriction, which also adversely affects the extinguishing properties of the lamp. According to the description, the deleterious effect of the limited arc is compensated with an electrode-stabilized arc, which means that a short discharge tube of small size is used. However, this solution has the drawback that, due to the wall load and increased blackening, the useful life of the lamp is shortened. Bromine is used as compensation, which in turn leads to increased corrosion of the electrodes.

20 Soortgelijke problemen komen voor bij de hoge- drukmetaalhalogenidelamp volgens het Duitse Offenlegungs-schrift 2.655.167, waarbij op de zelfde wijze tin- en natrium-halogenide wordt gebruikt voor het bereiken van een lage kleur-temperatuur. Bij de als voorbeeld dienende uitvoering kon bij 25 een gecorreleerde kleurtemperatuur van 2000 K een algemene kleurweergave-index Ra = 75 worden bereikt.Similar problems arise with the high pressure metal halide lamp according to German Offenlegungs. 2,665,167, using tin and sodium halide in the same way to achieve a low color temperature. In the exemplary embodiment, at a correlated color temperature of 2000 K, a general color rendering index Ra = 75 could be achieved.

In een publicatie van Dobrusskin et al. (Technisch-Wissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, band 12, 1986, blz. 11-30) wordt een lamp beschreven, die dysprosium, 30 holmium, thullium, thallium, natrium, kwik en jodium bevat.A publication by Dobrusskin et al. (Technisch-Wissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, vol. 12, 1986, pp. 11-30) discloses a lamp containing dysprosium, holmium, thullium, thallium, sodium, mercury and iodine .

In het artikel komen de schrijvers tot de conclusie, dat de warmwitte kleur met zeldzaam aardmetaal als toeslagstof niet kan worden gerealiseerd, aangezien tengevolge van de grote wandbelasting de levensduur te kort zou zijn.In the article, the authors conclude that the warm white color with rare earth metal as an additive cannot be realized, because the service life would be too short due to the large wall load.

35 Ondanks de bovengenoemde negatieve publicaties beoogt de uitvinding een metaalhalogenidelamp te verschaffen met lage kleurtemperatuur en goede kleurweergave en met een lange levensduur, aangezien een grote behoefte bestaat aan een dergelijke lamp.Despite the aforementioned negative publications, the invention aims to provide a metal halide lamp with low color temperature and good color rendering and with a long service life, since there is a great need for such a lamp.

8702513 - 3 - \ /8702513 - 3 - \ /

Tijdens het onderzoek naar een dergelijke lamp werd het inzicht bereikt, dat door een geschikte keuze van de verhouding van de in de ontladingsbuis gedoceerde toeslagstoffen, zoals dysprosium-, holmium- alsmede natrium-5 halide, in het bijzonder jodide, zonder het gebruik van een blauwfilter en zonder hoge wandbelasting, de lage gecorreleerde kleurtemperatuur van 3000-4000 K naast een goede kleurweergave kan worden bereikt, zonder de levensduur te moeten verkorten. Er kon worden vastgesteld, dat een grotere 10 molverhouding natriumhalide/zeldaam aardmetaal een lage kleurtemperatuur en enigszins slechtere kleurweergave oplevert, terwijl met een kleinere molverhouding een hogere kleurtemperatuur en betere kleurweergave kunnen worden bereikt. Door de verandering van de toegevoegde hoeveelheid 15 thallium-jodide kan de kleur van de lamp in elk geval overeenkomen met de kleur van de Planck-straler. Door het toevoegen van caesiumjodide wordt de boogbeperkende werking van de zeldzame aarde ook verkleind, wanneer na een lang bedrijf de tengevolge van het natriumverlies van de lamp optredende 20 halogeen-overmaat tot een verdere beperking van de boog zou leiden.During the investigation of such a lamp, it has been discovered that by an appropriate choice of the ratio of the additives taught in the discharge tube, such as dysprosium, holmium and sodium 5 halide, in particular iodide, without the use of a blue filter and without high wall load, the low correlated color temperature of 3000-4000 K in addition to good color rendering can be achieved without shortening the service life. It was found that a larger molar ratio of sodium halide / rare earth metal provides a low color temperature and somewhat poorer color rendering, while a smaller molar ratio can achieve a higher color temperature and better color rendering. By changing the amount of thallium iodide added, the color of the lamp can in any case correspond to the color of the Planck radiator. The addition of cesium iodide also reduces the arc-limiting effect of the rare earth if, after a long operation, the halogen excess due to the sodium loss of the lamp would lead to a further limitation of the arc.

De metaalhalogenidelamp volgens de uitvinding berust op het hierboven beschreven inzicht.The metal halide lamp according to the invention is based on the above-described insight.

Volgens de uitvinding heeft de lamp van de in de 25 aanhef genoemde soort het kenmerk, dat de gemeenschappelijke molverhouding van de som van Dy- en Hó-halide tot het Na-halide in het gebied tussen 1 : 1 en 1 : 4 ligt.According to the invention, the lamp of the type mentioned in the preamble is characterized in that the common molar ratio of the sum of Dy and Ho halide to the Na halide is in the range between 1: 1 and 1: 4.

Daarbij kunnen volgens de uitvinding de in het ontladingsvat aanwezige metaalhalidetoeslagstoffen metaal-30 jodide zijn.According to the invention, the metal halide additives present in the discharge vessel can be metal iodide.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin enkele uitvoeringsvoorbeelden van de metaalhalogenidelamp zijn weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows some embodiments of the metal halide lamp.

Fig. 1 is het schema van een metaalhalogenide-35 lamp volgens de uitvinding van 250 W met aan twee uiteinden een lampvoet, fig. 2 een met fig. 1 overeenkomende lamp in een 150 W uitvoering.Fig. 1 is a schematic diagram of a 250 W metal halide lamp according to the invention with a lamp cap at two ends, FIG. 2 a lamp corresponding to FIG. 1 in a 150 W embodiment.

Zoals uit fig. 1 blijkt, is een ontladingsvat 1 87 0 2 £.13 -4- uit kwartsglas aangebracht in een externe kwartsballon 2. In de beide uiteinde van het ontladingsvat 1 uit kwartsglas zijn elektroden 3, 3* afgevlakt geplaatst; de elektroden zijn uit zuiver wolfraam vervaardigd of zijn met 1 tot 3% thorium-5 oxide of met 1 tot 3 % dysprosiumoxide + holmiumoxide geactiveerd. In een afvlakking 4, 4' waarborgt een Mo-folie 5, 5' de vacuumafsluiting. Stroom wordt via een Mo-draad 6, 6' toegevoerd. Het binden van de restgassen in de externe kwartsballon 2 en het in stand houden van het vacuum worden 10 gewaarborgd door een zirkonium-aluminium gasbinder 7. In een afvlakking 8, 8' van de externe kwartsballon 2 is een Mo-folie 9, 9' aangebracht, waaraan de stroom door middel van een Mo-draad 10, 10' wordt toegevoerd. Een keramiekkop 11, 11' is met een bindmiddel op de afvlakkingen 8, 8' bevestigd. De 15 Mo-draad 10, 10' is op een aansluiting 12, 12' gelast, die de lamp met het net verbindt. In het ontladingsvat 1 uit kwartsglas is een ontladingsstof 13 aanwezig, welke edelgas, bijvoorbeeld argon, bovendien kwik, dysprosium, holmium, thallium, caesium en jodium , in bepaalde gevallen broom 20 omvat. Strikt genomen betreft de onderhavige uitvinding de samenstelling van de genoemde ontladingsstof 13.As can be seen from Fig. 1, a quartz glass discharge vessel 1, 8, 13-4 is placed in an external quartz balloon 2. In both ends of the quartz glass discharge vessel 1, electrodes 3, 3 * are flattened; the electrodes are made of pure tungsten or activated with 1 to 3% thorium-5 oxide or with 1 to 3% dysprosium oxide + holmium oxide. In a flattening 4, 4 'an Mo foil 5, 5' ensures the vacuum sealing. Current is supplied through an Mo wire 6, 6 '. The binding of the residual gases in the external quartz balloon 2 and the maintenance of the vacuum are ensured by a zirconium-aluminum gas binder 7. In a flattening 8, 8 'of the external quartz balloon 2, a Mo foil 9, 9' to which the current is supplied by means of an Mo wire 10, 10 '. A ceramic head 11, 11 'is attached to the flanges 8, 8' with a binder. The 15 Mo wire 10, 10 'is welded to a terminal 12, 12', which connects the lamp to the mains. In the quartz glass discharge vessel 1, a discharge substance 13 is present, which noble gas, for example argon, additionally comprises mercury, dysprosium, holmium, thallium, cesium and iodine, in certain cases bromine 20. Strictly speaking, the present invention relates to the composition of said discharge substance 13.

Volgens de uitvinding maakt het niet uit of de metalen - met uitzondering van het natrium - in elementaire of andere vorm worden toegevoegd. Het jodium kan bijvoorbeeld 25 als kwikjodide of alle metalen kunnen als halide worden toegevoegd. Er is voorgesteld het natrium als halide te doseren, aangezien het elementaire natrium de kwartswand aantast. Op de uiteinden van het ontladingsvat 1 uit kwartsglas is een warmte-reflecterende bekleding 14, 14' uit zirkoniumdioxide 30 aangebracht.According to the invention, it does not matter whether the metals - with the exception of the sodium - are added in elemental or other form. For example, the iodine can be added as mercury iodide or all metals can be added as halide. It has been proposed to dose the sodium as a halide since the elemental sodium attacks the quartz wall. A heat-reflective coating 14, 14 'of zirconium dioxide 30 is provided on the ends of the quartz glass discharge vessel 1.

Fig. 2 toont een verdere uitvoeringsvorm, waarbij de afzonderlijke onderdelen met de zelfde verwijzingscijfers als in fig. 1 zijn aangegeven.Fig. 2 shows a further embodiment in which the individual parts are designated by the same reference numerals as in FIG.

Volgens de uitvinding zijn de in fig. 1 en 2 weer-35 gegeven uitvoeringsvormen bijzonder gunstig, aangezien bij de metaalhalogeenlampen van het hier beschreven type de uit-wijksnelheid van het natrium laag is, zodat een lamp met lange levensduur kan worden vervaardigd. Volgens de uitvinding is ook een aan het ene uiteinde afgevlakte versie moge- 8702513 - 5 - n^'> lijk, de enige belangrijke eis bestaat daarin, dat het uitwijken van het natrium via de kwartswand laag is.According to the invention, the embodiments shown in Figs. 1 and 2 are particularly advantageous, since the metal halogen lamps of the type described here have a low rate of escape of sodium, so that a lamp with a long life can be manufactured. According to the invention, a flattened version at one end is also possible, the only important requirement being that the diversion of the sodium via the quartz wall is low.

Hierna worden enkele voorbeelden beschreven, waarbij naar de fig. wordt verwezen.Some examples are described below, with reference to FIG.

5 Voorbeeld 1.5 Example 1.

Een metaalhalogenidelamp van 250 W wordt in de vorm volgens fig. 1 vervaardigd, waarvan het ontladingsvat 1 is gevormd uit een kwartsglasbuis met een binnendiamater van 13 mm, de afstand tussen de elektroden 3, 3’ bedraagt 30 mm.A 250 W metal halide lamp is manufactured in the form of FIG. 1, the discharge vessel 1 of which is formed from a quartz glass tube with an inner diameter of 13 mm, the distance between the electrodes 3, 3 "being 30 mm.

10 Beide uiteinden van het ontladingsvat 1 uit kwartsglas werden van een warmte-reflecterende bekleding 14, 14’ uit zirkonium-dioxide voorzien. De elektroden 3, 3' werden met twee soorten emissiestoffen vervaardigd. Bij de versie met thorium-dioxide is de lichtopbrengst ten opzichte van de versie met 15 50-50% dysprosium-holmiumoxide-toeslag verminderd. De elek troden 3, 31 bestaan uit op een wolfraamstaaf (buitendiamater 0,7 mm) aangebrachte met twee lagen uitgevoerde wolfraam-dub-belspiralen. In de koude toestand bevat het ontladingsvat 1 uit kwartsglas 60 mbar argon, 19 mg thallium-caesium-amalgaam, 20 2 mg natriumjodide, 0,6 mg 50-50% dysprosium-holmium-folie en 3,1 mg kwikjodide. De molverhouding natriumjodide/dysprosium-holmium-jodide bedraagt 3,6. De kleurtemperaturen van de lampen bedragen 3127 K resp. 3245 K en de kleurweergeefindices 79 resp. 80. Na een brandperiode van 10.000 uur wijzigde de 25 de kleurtemperatuur in 2948 K resp. 3151 K, terwijl de algemene kleurweergeefindex onveranderd bleef.Both ends of the quartz glass discharge vessel 1 were provided with a heat-reflecting coating 14, 14 "of zirconium dioxide. The electrodes 3, 3 'were made with two kinds of emission substances. In the thorium dioxide version, the light output is reduced by 50-50% dysprosium holmium oxide supplement compared to the version. The electrodes 3, 31 consist of two-layered tungsten double coils mounted on a tungsten rod (outer diameter 0.7 mm). In the cold state, the quartz glass discharge vessel 1 contains 60 mbar argon, 19 mg thallium cesium amalgam, 20 mg mg iodide, 0.6 mg 50-50% dysprosium holmium foil and 3.1 mg mercury iodide. The sodium iodide / dysprosium-holmium-iodide molar ratio is 3.6. The color temperatures of the lamps are 3127 K resp. 3245 K and the color rendering indexes 79 and 44, respectively. 80. After a burning period of 10,000 hours, the 25 changed the color temperature to 2948 K resp. 3151 K, while the general color rendering index remained unchanged.

Bij verandering van de molverhouding kon bij een kleurtemperatuur 3500 tot 3600 K de kleurweergeefindex tot 83-84 worden verhoogd.When the molar ratio was changed, at a color temperature of 3500 to 3600 K, the color rendering index could be increased to 83-84.

30 Wordt een molverhouding van 1 : 1 gekozen, dan bereikt de kleurtemperatuur een waarde van ongeveer 5000 K, terwijl de kleurweergeefindex de waarde Ra = 90 aanneemt.When a molar ratio of 1: 1 is chosen, the color temperature reaches a value of about 5000 K, while the color rendering index assumes the value Ra = 90.

Voorbeeld 2.Example 2.

Een metaalhalogenidelamp van 150 W werd in de 35 uitvoering volgens fig. 2 vervaardigd, waarbij de verhoudingen van de toeslagstoffen overeenkomen met die volgens voorbeeld 1. Er konden kleurtemperaturen van 3089 K en 2993 K en kleurweergeefindices van 75 en 79 worden gemeten. Deze waarden wijzigden zich na een brandperiode van 2000 uur in 3039 K 40 resp. 2970 K, alsmede in 79 resp. 83. Dit betekent dat zonder 8702513 -4* - - - 6 - een noemenswaardige verandering van de kleurtemperatuur een betere kleurweergeefindex werd bereikt.A 150 W metal halide lamp was manufactured in the embodiment of Figure 2, the proportions of the additives corresponding to those of Example 1. Color temperatures of 3089 K and 2993 K and color display indices of 75 and 79 could be measured. After a burning period of 2000 hours, these values changed to 3039 K 40 resp. 2970 K, as well as in 79 resp. 83. This means that without 8702513 -4 * - - - 6 - a significant change in the color temperature, a better color rendering index was achieved.

Vastgesteld kan derhalve worden, dat bij toepassing van de uitvinding het gewenste doel - namelijk een lage 5 kleurtemperatuur en goede kleurweergave bij een lange levensduur - kan worden bereikt.It can therefore be established that, when applying the invention, the desired objective - namely a low color temperature and good color rendering with a long service life - can be achieved.

87 0 2 5 1 387 0 2 5 1 3

Claims

1. High-pressure metal halide lamp of low color temperature and good color rendering, comprising a light-transmissive, high-temperature melting discharge vessel, preferably made of quartz glass, and of at least 5 two main electrodes, located at one end or opposite ends of the discharge vessel are melted, wherein noble gas (es) is (are) incorporated in the discharge vessel as starting gas, wherein a mercury filling is used as buffer gas, in which the amount of Dy-, Ho- saturation which ensures the saturation is in operation. and Na-halide and optionally T1 and / or Cs and / or Li-halide are present as additives, the discharge vessel being arranged in a translucent external balloon, in which the current supply conductors are at one end or at both ends of the external balloon have been introduced, characterized in that the common molar ratio of the sum of Dy and Ho halide to the Na halide is in the range between 1: 1 and 1: 4 li gt.

Metal halide lamp according to claim 1, 20, characterized in that the metal halide additives present in the discharge vessel are metal iodide.

Metal halide lamp according to claim 1, characterized in that. the Dy: Ho molar ratio in the discharge vessel is 1: 1. 25

Metal halide lamp according to claim 1, characterized in that the NaJ content in the discharge vessel, based on an arc centimeter, is a maximum of 1 mg. 8702513