WO1995005674A1 - Metallhalogenidentladungslampe für fotooptische zwecke - Google Patents

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WO1995005674A1
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lamp
filling
electrode
electrodes
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PCT/DE1994/000752
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Anna-Maria Frey
Jürgen Maier
Manfred Pilsak
Ralf Seedorf
Clemens Barthelmes
Thomas Dittrich
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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    • H01J61/827—Metal halide arc lamps

Definitions

  • the invention is based on a metal halide charge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such lamps can be used, for example, for video projection, endoscopy or also for medical technology (operating room lights). They are particularly suitable for video projection in liquid crystal technology (LCD), in particular also for large-screen television screens with an aspect ratio of 16: 9. Typical performance levels are 100 to 500.
  • LCD liquid crystal technology
  • a metal halide lamp with a wall load of more than 40 W / cm 2 is known, in which a filling is introduced in a discharge vessel with activated electrodes, which contains either aluminum chloride or bromide.
  • Such fillings tend to have very short lifetimes in the order of 100 hours. They are intended to produce a spectrum similar to daylight, with a high load being accepted.
  • EP-A 459 786 discloses a lamp for photo-optical purposes and a long service life, in particular for video projection, which, besides mercury and argon, contains iodides of the rare earths dysprosium and neodymium as well as cesium.
  • rare earth fillings have only been customary for lamps of this type, since they ensured good color rendering with high luminous efficacy. We hereby expressly refer to the content of this document.
  • rare earth fillings are very suitable for general lighting purposes, they only meet the high requirements for photo-optical purposes to a limited extent.
  • the cause is that large amounts of rare earth metals attack the discharge vessel, which usually consists of quartz glass, which slowly leads to devitrification at the high operating temperatures and ultimately also increases the risk of bursting.
  • the devitrification deteriorates the optical characteristics of such lamps so considerably (diffuse image of the arc) that the lamps for photo-optical purposes, in which it is an exact image of the arc by the optical system arrives, are no longer usable.
  • the maintenance of these lamps is also unsatisfactory.
  • the formation of light in the case of rare earth metals mainly results from molecular electron transitions, which therefore occur at the edge of the arc, so that, for example, color fringes can appear on the projection screen when used for projection purposes (poor color uniformity).
  • Metal halide lamps for photo-optical purposes generally have an electrode spacing of at most 15 mm. In order to create a light source that is as punctiform as possible, preferred values are between 2 and 8 mm. The color temperature is higher than 5000 K, especially 6000-10 000 K.
  • the lamp according to the invention is distinguished by a filling which contains 0.1 to 4.5 mg / cm 3 A1J as the essential or only metal halide component.
  • the addition of aluminum in this form has two advantages. On the one hand, precise dosing of even small amounts of Al is possible, since the atomic weight of the binding partner iodine is very high. On the other hand, iodine is particularly good for the halogen cycle in the present case suitable and attacks the electrodes less than chlorine or bromine. Another advantage is that this filling system is so insensitive that the same filling can be used for different wattage levels without the color temperature changing. Finally, the influence of iodine on the lamp spectrum (absorption in the blue) is also desirable.
  • A1J has so far been regarded as unsuitable because the luminous efficacy that can be achieved with it is relatively low (approx. 70 lm / W) compared to conventional rare earth fillings (approx. 100 lm / W).
  • the luminous efficacy based on the overall optical structure, i.e. measured in the associated reflector and with the greatest possible parallelism of the light beam (divergence angle ⁇ 5 °), is significantly better compared to conventional systems, so that the overall system yield is comparable. This is because the light is generated by means of atomic transitions, which mainly take place in the arc core, so that the color separation is considerably restricted.
  • R 600 nm to 650 nm
  • G 500 nm to 540 nm
  • B 400 nm to 500 nm.
  • InJ or another halide of indium
  • a halide of mercury for example HgJ ⁇ , HgBr 2
  • HgJ ⁇ , HgBr 2 a halide of mercury
  • the blue content can be fine-tuned.
  • the halides of thallium and / or cesium are suitable for fine-tuning the proportion of green or for stabilizing the bow.
  • rare earth metals preferably in metallic form
  • a slight addition of rare earth metals, preferably in metallic form is possible to fill the spectrum, in particular between approximately 500 and 600 nm, in an amount of up to 0.5 mg / cm 3 .
  • Thulium are preferred and dysprosium, especially in an amount up to 0.1 mg / cm s . This amount is so small that the resulting devitrification can be neglected.
  • iodine and / or bromine are preferred as halides, a mixture adapted to the geometry and volume inhibiting the electrode erosion.
  • Electrodes in which a coil is pushed onto a shaft are particularly suitable, the shaft material being made of tungsten which is doped with a material having a low electron work function (for example Th0 2 ), while the coil advantageously consists of undoped tungsten.
  • Quartz glass is suitable as the bulb, in particular a bulb pinched on two sides, which is covered, for example, at one or both ends with a heat layer (for example ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ .
  • a heat layer for example ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ .
  • a bulb made of ceramic material (A1 2 0,) is also suitable, as is already known for other lamp types.
  • the lamp is advantageously combined with a reflector to form a structural unit, as described in EP-A 459 786.
  • the lamp is mounted approximately axially in the reflector.
  • the reflector has a dichroic coating, for example.
  • the lamp is particularly suitable for project tion technology on the basis of liquid crystals, which is also suitable as a basis for high-definition television (HDTV).
  • this technology requires a discharge lamp with special properties, in particular with regard to the optimal balance of the R / G / B components, the usable screen luminous flux and the luminance.
  • Other features include lifetimes of more than 2000 hours, high maintenance (if possible over 50%) with regard to color location and intensity as well as parallel light emission. A high luminance and maintenance of the color locus and the intensity is necessary because the optical system efficiency is ultimately only 1 to 2 ° -i>.
  • a filling system with up to 4.5 mg / cm 3 AU and up to 2.0 mg / cm 3 InJ is particularly suitable. Both components generate light through atomic transitions, so that color fringing is also avoided here.
  • a general advantage of the filling is that the color proportions and their proportions vary only slightly over the lifespan.
  • the lamp consists of a quartz glass discharge vessel squeezed on both sides with axially arranged ones Tungsten electrodes.
  • This is installed in a paraboloid reflector with a dichroic coating, the diameter of the reflector being matched to the diagonals of the liquid crystal array (LCD).
  • the coating of the reflector corresponds to an optical bandpass, which reflects the visible spectrum and transmits IR and UV components.
  • An increased uniformity of the color and intensity distribution in the LCD plane can be achieved by suitable matting of the discharge vessel.
  • a heat accumulation layer is often attached to one or both of the vessel ends surrounding the electrodes.
  • the lamp is operated with an electronic ballast known per se, which also ensures hot re-ignition.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the lamp with reflector
  • Fig. 2 shows the spectrum of a lamp
  • the electrodes 4 which are axially opposite one another, are at a distance of 5 mm They consist of an electrical shaft 5 made of thoriated tungsten, onto which a helix 6 made of tungsten is slid.
  • the shaft 5 is connected to an external power supply 8 in the area of the pinch 3 via a film 7.
  • the lamp 1 is arranged approximately axially in a parabolic reflector 9, the arc that is formed between the two electrodes 4 in operation being in the focus of the paraboloid.
  • Part of the first pinch 3a sits directly in a central bore of the reflector and is held there in a base 10 by means of cement, the first power supply line 8a being connected to a screw socket contact 10a.
  • the second pinch 3b faces the reflector opening 11.
  • the second power supply line 8b is connected in the area of the opening 11 to a cable 12 which, in isolation from the wall of the reflector, is returned to a separate contact 10b.
  • the outer surfaces of the ends 13 of the discharge vessel are coated with ZrO 2 for heat accumulation purposes.
  • the central part 14 of the discharge vessel is matted in order to improve the uniformity.
  • the filling of the discharge volume also contains
  • the following are used: 1.15 mg A1J, or 1.15 mg A1J, and 0.05 mg Tm.
  • the R / G / B ratio is 29:55:16 and 28: 57.5: 14.5.
  • 0.05 mg Tm is added to the first embodiment. This achieves an R / G / B ratio of 26.5: 57.5: 16.
  • the corresponding spectrum is shown in FIG. 8.
  • There the spectrum without Tm (curve a) from FIG. 2 is compared with that of the Tm-containing filling (curve b).
  • the thulium mainly fills the spectrum between 510 and 630 nm.
  • the color temperature T can be adjusted by varying the amount of AlJ, with initial values of T between 6000 and 10,000 K.
  • the maintenance of the luminous flux is within an angle of 5 ° (so-called "panel lumen") in relative units or the course of the color temperature over a burning time of more than 2000 hours for different fillings given for a 170 W lamp (volume 0.7 cm 3 ).
  • the discharge vessel was coated with ZrO 2 , but without matting. The individual fillings are
  • the color temperature T is inversely proportional to the AI dosage. It is extremely constant over the burning time. Color temperatures around 8000 K are generally preferred for video projection, corresponding to a dosage of 0.6 to 1.15 mg, corresponding to a volume-independent dosage of 0.85 to 1.65 mg / cm 3 .
  • Fig. 5 shows for fill B) the color locus (x or y value) as a function of the service life (initial value after 1 hour, value after 1000 and 2700 hours) and the location (nine measuring points E1-E9, which are uniform over the surface of the projection screen as a 3x3 matrix).
  • FIG. 6 and 7 show the behavior of a 200 W lamp, which is otherwise constructed similarly to the 170 W lamp.
  • the fillings used here are on the one hand identical to filling C), on the other hand the following filling E) was used: E) 0.9 mg A1J 3 , 0.1 mg InJ, 0.36 mg HgBr 2 .
  • FIG. 6 shows the illuminance on a projection screen in lux, averaged over the grid of nine measuring points in FIG
  • Fig. 7 shows the color temperature as a function of the burning time.
  • the addition of small amounts of rare earth metals can extend the lifespan of the invention Shorten the lamps a little. This is countered by an increase in the luminous efficacy (by up to 10 ° -) and a decrease in the color temperature (up to 500 K).

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Eine Metallhalogenidentladungslampe für fotooptische Zwecke enthält A1I3 in einer Menge zwischen 0,1 und 4,5 mg/cm3. Weitere Füllungsbestandteile können insbesondere Halogenide des Quecksilbers, Indiums, Thalliums oder Cäsiums sein.

Description

Metallhalogenidentladungslampe für fotooptische Zwecke
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenident¬ ladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Lampen lassen sich beispielsweise für die Videoprojektion, Endoskopie oder auch für die Medizintechnik (Operationssaal-Leuchten) einsetzen. Besonders geeignet sind sie für die Videoprojek¬ tion in Flüssigkristalltechnik (LCD), insbesondere auch für Großbildfernsehschirme mit einem Seitenver¬ hältnis von 16:9. Typische Leistungsstufen sind 100 bis 500 .
Die Verwendung von Aluminium im Entladungsgefäß von Lampen ist schon seit längerem bekannt. Sie ist jedoch problematisch im Hinblick auf das hygrosko¬ pische Verhalten der Aluminiumverbindung beim Füllvorgang und dem starken Angriff auf die Elek¬ troden während der Lebensdauer, so daß diese stark eingeschränkt ist. Dementsprechend ist die Anwen- düng aluminiumhaltiger Füllungen bisher beschränkt auf entweder elektrodenlose Lampen (z.B. US-PS 4 672 267 oder 4 591 759) oder Lampen, bei denen die Elektroden speziell beschichtet sind, um eine geeignete chemische Umsetzung des Aluminiums zu erreichen, z.B. DE-OS 24 22 576. Schließlich ist aus der DE-PS 1 539 516 eine Me- tallhalogenidlampe mit einer Wandbelastung von mehr als 40 W/cm2 bekannt, bei der in einem Entladungs¬ gefäß mit aktivierten Elektroden eine Füllung eingebracht ist, die entweder Aluminiumchlorid oder -bromid enthält. Derartige Füllungen tendieren jedoch zu sehr kurzen Lebensdauern in der Größen¬ ordnung von 100 Std. Sie sollen ein tageslichtähn¬ liches Spektrum erzeugen, wobei eine hohe Belastung in Kauf genommen wird.
Weiterhin ist aus der EP-A 459 786 eine Lampe für fotooptische Zwecke und langer Lebensdauer bekannt, insbesondere für Videoprojektion, die neben Queck- silber und Argon als Füllungsbestandteile Jodide der Seltenen Erden Dysprosium und Neodym sowie des Cäsium enthält. Seltenerdfüllungen waren bisher für derartige Lampen ausschließlich üblich, da sie eine gute Farbwiedergabe bei hoher Lichtausbeute si- cherstellten. Auf den Inhalt dieser Schrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Obwohl sich Seltenerd-Füllungen für die Zwecke der Allgemeinbeleuchtung sehr gut eignen, genügen sie den hohen Anforderungen für fotooptische Zwecke nur bedingt. Die Ursache ist, daß große Mengen an Seltenerdmetallen das Entladungsgefäß, das übli¬ cherweise aus Quarzglas besteht, angreifen, was bei den hohen Betriebstemperaturen langsam zur Entgla- sung führt und letztlich auch das Berstrisiko erhöht. Die Entglasung verschlechtert die opti¬ schen Merkmale solcher Lampen so erheblich (diffu¬ se Abbildung des Bogens), daß die Lampen für foto¬ optische Zwecke, bei denen es auf eine exakte Abbildung des Bogens durch das optische System ankommt, nicht mehr zu gebrauchen sind. Schließlich ist auch die Maintenance dieser Lampen unbefriedi¬ gend. Weiterhin resultiert die Lichtbildung bei Seltenerdmetallen hauptsächlich aus molekularen Elektronenübergängen, die also am Bogenrand auftre¬ ten, so daß z.B. bei der Anwendung für Projektions¬ zwecke Farbsäume auf dem Projektionsschirm auftre¬ ten können (schlechte Farbgleichmäßigkeit).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe für fotooptische Zwecke zu schaffen, die sich insbesondere durch lange Lebensdauer, gute Maintenance und homogene Farbverteilung auszeich¬ net, sowie eine gute Farbwiedergabe zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk¬ male des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen finden sich in den Unteransprüchen.
Metallhalogenidlampen für fotooptische Zwecke weisen im allgemeinen einen Elektrodenabstand von höchstens 15 mm auf. Um eine möglichst punktförmige Lichtquelle zu schaffen, liegen bevorzugte Werte zwischen 2 und 8 mm. Die Farbtemperatur liegt höher als 5000 K, insbesondere 6000-10 000 K.
Die erfindungsgemäße Lampe zeichnet sich durch eine Füllung aus, die als wesentliche oder einzige Metallhalogenid-Komponente 0,1 bis 4,5 mg/cm3 A1J, enthält. Die Zugabe des Aluminiums in dieser Form hat zweierlei Vorteile. Zum einen ist eine genaue Dosierung auch kleiner AI-Mengen möglich, da das Atomgewicht des Bindungspartners Jod sehr hoch ist. Zum anderen ist gerade Jod für den Halogenkreis- lauf in dem hier vorliegenden Fall besonders gut geeignet und greift die Elektroden weniger stark an als Chlor oder Brom. Ein weiterer Vorteil ist, daß dieses Füllungssystem so unempfindlich ist, daß dieselbe Füllung für verschiedene Wattstufen ver- wendet werden kann, ohne daß sich die Farbtempera¬ tur ändert. Schließlich ist auch der Einfluß des Jods auf das Lampenspektrum (Absorption im Blauen) gewünscht.
Weiterhin kann es je nach Elektrodenkonfiguration auch vorteilhaft sein, bis zu 2,0 mg/cm3 AlBr, hinzuzugeben.
A1J, wurde bisher als wenig geeignet angesehen, weil die damit erzielbare Lichtausbeute relativ gering ist (ca. 70 lm/W) , verglichen mit konventio¬ nellen Seltenerd-Füllungen (ca. 100 lm/W). Dabei wurde jedoch zum einen nicht berücksichtigt, daß die Lichtausbeute, bezogen auf den gesamten opti- sehen Aufbau, d.h. gemessen im dazugehörigen Re¬ flektor und bei möglichst großer Parallelität des Lichtstrahls (Divergenzwinkel < 5°), wesentlich besser wird, verglichen mit konventionellen Syste¬ men, so daß die Systemausbeute insgesamt vergleich- bar wird. Dies liegt daran, daß die Lichtbildung mittels atomarer Übergänge erfolgt, die überwiegend im Bogenkern stattfinden, so daß die Farbseparation erheblich eingeschränkt ist.
Ein besonders gewichtiger Vorteil ist schließlich, daß die mit A1J, erzielbare Farbwiedergabe mit dem Anforderungsprofil besonders gut übereinstimmt. Wesentlicher Parameter zur Bestimmung der Farbwie¬ dergabe ist insbesondere für die Videoprojektion die sog. R/G/B-Verteilung. Darunter wird die rela- tive Intensitätsverteilung in drei ausgewählten Wellenlängenbereichen, nämlich rot (R), grün (G) und blau (B), verstanden. Im folgenden sind diese Bereiche so definiert: R = 600 nm bis 650 nm G = 500 nm bis 540 nm B = 400 nm bis 500 nm.
Konventionelle Füllungen i-zeisen eine Überhöhung des Grünbereichs (und weniger ausgeprägt des Blaube¬ reichs) auf Kosten des Rotanteils auf, z.B. R/G/B = 18:67: 15.
Mit Aluminiumjodid als Grundkomponente lassen sich aufgrund der Gleichmäßigkeit seines Spektrums
R/G/B- Werte erzielen, die einen deutlich höheren
Rotanteil zeigen:
R = 25 % bis 35 %
G = 50 % bis 65 % B = 8 % bis 18 % .
Als weitere Füllungszusätze für die Feinabstimmung eignen sich insbesondere InJ (oder ein anderes Halogenid des Indiums) und evtl. ein Halogenid des Quecksilbers (z.B. HgJ~, HgBr2) in einer Gesamtmen¬ ge bis zu 2,0 mg/cm3, bevorzugt bis 1,0 mg/cm3 Mittels Halogeniden des Indiums läßt sich z.B. der Blauanteil fein abstimmen. Als weitere Füllungszu¬ sätze (bis zu 1 ,0mg/cm3) eignen sich die Halogenide des Thalliums und/oder des Cäsiums für die Feinab¬ stimmung des Grünanteils bzw. für die Bogensta- bilisierung. Schließlich ist ein geringfügiger Zusatz an Seltenerdmetallen, bevorzugt in metalli¬ scher Form, zur Auffüllung des Spektrums insbeson- dere zwischen ca. 500 und 600 nm möglich, in einer Menge bis zu 0,5 mg/cm3. Bevorzugt werden Thulium und Dysprosium, insbesondere in einer Menge bis zu 0,1 mg/cms. Diese Menge ist so gering, daß die resultierende Entglasung vernachlässigt werden kann. Als Halogenide werden im allgemeinen Jod und/oder Brom bevorzugt, wobei eine je nach Geometrie und Volumen angepaßte Mischung den Elektrodenabbrand hemm .
Ein besonderer Vorteil ist, daß die Elektroden bei der vorliegenden Füllung in keiner Weise speziell behandelt werden müssen, d.h. es ist z.B. keine Beschichtung (z.B. mit Scandium- oder Thoriumoxid, wie vorbekannt) notwendig. Besonders geeignet sind Elektroden, bei denen auf einen Schaft eine Wendel aufgeschoben ist, wobei das Schaftmaterial aus Wolfram besteht, das mit einem Material niedriger Elektronenaustrittsarbeit (z.B. Th02) dotiert ist, während die Wendel vorteilhaft aus undotiertem Wolfram besteht.
Als Kolben eignet sich Quarzglas, insbesondere ein zweiseitig gequetschter Kolben, der z.B. an einem oder beiden Enden mit einer Wärmeschicht (z.B. ^τ^2 ^ bedeckt ist. Unter Umständen kann die Homoge¬ nität der Licht- und Farbverteilung, wie an sich bekannt, durch eine Mattierung verbessert werden.
Prinzipiell eignet sich auch ein Kolben aus kerami¬ schem Material (A120,), wie bereits für andere Lampentypen bekannt. Vorteilhaft wird die Lampe mit einem Reflektor zu einer Baueinheit zusammengefügt, wie in EP-A 459 786 beschrieben. Dabei ist die Lampe näherungsweise axial im Reflektor montiert. Der Reflektor ist z.B. dichroitisch beschichtet.
Besonders geeignet ist die Lampe für die Projek- tionstechnologie auf der Basis von Flüssigkristal¬ len, die sich auch als Grundlage für hochauflösen¬ des Fernsehen (HDTV) eignet. Diese Technologie erfordert als Beleuchtungsmedium eine Entladungs- lampe mit speziellen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der optimalen Balance der R/G/B-Antei- le, des nutzbaren Schirmlichtstroms und der Leucht¬ dichte. Weitere Merkmale sind Lebensdauern von mehr als 2000 Std. , eine hohe Maintenance (möglichst über 50 % ) bezüglich Farbort und Intensität sowie möglichst paralleler Lichtaustritt. Eine hohe Leuchtdichte und Maintenance des Farborts und der Intensität ist notwendig, weil der optische Systemwirkungsgrad letztlich nur bei 1 bis 2 °-i> liegt. Da die Winkelakzeptanz von Flüssigkristallen (LCD) nur bei maximal 5° liegt, ist extrem paralle¬ les Licht notwendig, was gleichbedeutend mit der Forderung nach einer möglichst guten Punktlicht¬ quelle ist. Im allgemeinen wird dadurch jedoch die Lampenlebensdauer beeinträchtigt. Weitere wesentli¬ che Anforderungen sind Homogenität der Farbtempera¬ tur und der Beleuchtungsstärkeverteilung auf dem Projektionsschirm.
Besonders geeignet ist ein Füllungssystem mit bis zu 4,5 mg/cm3 AU, und bis zu 2,0 mg/cm3 InJ. Beide Komponenten erzeugen Licht durch atomare Übergänge, so daß auch hier Farbsäume vermieden werden. Ein allgemeiner Vorteil der Füllung ist, daß die Farbanteile und deren Verhältnisse nur wenig über die Lebensdauer variieren.
Die Lampe besteht in einer besonders bevorzugten Ausführung aus einem zweiseitig gequetschten Entla- dungsgefäß aus Quarzglas mit axial angeordneten Wolframelektroden. Dieses ist in einem Paraboloid- Reflektor mit dichroitischer Beschichtung einge¬ baut, wobei der Durchmesser des Reflektors der Diagonalen des Flüssigkristallarrays (LCD) angepaßt ist. Die Beschichtung des Reflektors entspricht einem optischen Bandpass, der das sichtbare Spek¬ trum reflektiert und IR- und UV-Komponenten trans- mittiert. Eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Farb- und Intensitätsverteilung in der LCD-Ebene kann durch eine geeignete Mattierung des Entladungsgefä¬ ßes erreicht werden. Häufig ist ein Wärmestaubelag an einem oder beiden die Elektroden umgebenden Gefäßende(n) angebracht. Die Lampe wird mit einem an sich bekannten elektronischen Vorschaltgerät be- trieben, das auch die Heißwiederzündung sicher¬ stellt.
Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Lampe mit Reflektor
Fig. 2 das Spektrum einer Lampe
Fig. 3-8 Meßergebnisse hinsichtlich des Licht¬ stroms, der Farbtemperatur sowie des Farb¬ orts für verschiedene Füllungen
Fig. 1 zeigt eine" Metallhalogenidlampe 1 mit einer Leistung von 170 W und einem Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das zweiseitig gequetscht 3 ist. Das Entladungsvolumen beträgt 0,7 cm3. Die axial einan¬ der gegenüberstehenden Elektroden 4 haben einen Abstand von 5 mm. Sie bestehen aus einem Elektro- denschaft 5 aus thoriertem Wolfram, auf den eine Wendel 6 aus Wolfram aufgeschoben ist. Der Schaft 5 ist im Bereich der Quetschung 3 über eine Folie 7 mit einer äußeren Stromzuführung 8 verbunden.
Die Lampe 1 ist näherungsweise axial in einem parabolischen Reflektor 9 angeordnet, wobei der Bogen, der sich zwischen den beiden Elektroden 4 im Betrieb ausbildet, im Fokus des Paraboloids sitzt. Ein Teil der ersten Quetschung 3a sitzt direkt in einer zentralen Bohrung des Reflektors und ist dort mittels Kitt in einem Sockel 10 gehaltert, wobei die erste Stromzuführung 8a mit einem Schraubsok- kelkontakt 10a verbunden ist. Die zweite Quetschung 3b ist der Reflektoröffnung 11 zugewandt. Die zweite Stromzuführung 8b ist im Bereich der Öffnung 11 mit einem Kabel 12 verbun¬ den, das isoliert durch die Wandung des Reflektors zu einem separaten Kontakt 10b zurückgeführt ist. Die Außenoberflächen der Enden 13 des Entladungsge¬ fäßes sind mit Zr02 zu Wärmestauzwecken beschich¬ tet. Der zentrale Teil 14 des Entladungsgefäßes ist mattiert, um die Gleichmäßigkeit zu verbessern.
Die Füllung des Entladungsvolumens enthält neben
200 mbar Argon und Quecksilber in einem ersten
Ausführungsbeispiel :
1,15 mg A1J,
0,1 mg InJ 0,36 mg HgBr2
Das Spektrum dieser Lampe ist in Fig. 2 gezeigt. Damit wird ein R/G/B-Verhältnis von 26:58:16 er¬ zielt. Die Wandbelastung beträgt ca. 35 W/cm2. Beim Füllen des AU, ist auf möglichst gute Reinheit zu achten, insbesondere auf Abwesenheit von Sauer¬ stoff.
In einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wird verwendet: 1,15 mg A1J, bzw. 1,15 mg A1J, und 0,05 mg Tm.
Das R/G/B-Verhältnis beträgt dabei 29:55:16 bzw. 28:57,5:14,5.
In einem vierten Ausführungsbeispiel wird dem ersten Ausführungsbeispiel 0,05 mg Tm hinzugefügt. Damit wird ein R/G/B-Verhältnis von 26,5:57,5:16 erreicht. Das entsprechende Spektrum zeigt Fig. 8. Dort ist das Spektrum ohne Tm (Kurve a) aus Fig. 2 mit dem der Tm-haltigen Füllung (Kurve b) vergli- chen. Das Thulium bewirkt hauptsächlich eine Auf¬ füllung des Spektrums zwischen 510 und 630 nm.
Mit diesen Füllungen wird eine gute Farbgleichmä¬ ßigkeit in der Projektion erreicht sowie eine ausg oezeichnete Konstanz der Farbtempreratur Tn über eine Lebensdauer von 2000 Std. ; die Maintenance beträgt 70 % . Der Farbort ist x = 0,295 und y = 0,317.
Die Farbtemperatur T läßt sich durch Variation der AlJ-,-Menge einstellen, mit Anfangswerten von T zwischen 6000 und 10 000 K.
Besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf Lebens¬ dauern und Maintenance lassen sich mit folgenden Füllungen erzielen: 0,45 - 3,3 mg/cm3 A1J-,
0 - 0,3 mg/cm3 In-Halogenid, insbes. InJ 0 - 0,7 mg/cm3 Hg-Halogenid, insbes. HgBr? o - 0,7 mg/cm3 Halogenide des Cs u/o Tl In Fig. 3 und 4 ist die Maintenance des Lichtstroms innerhalb eines Winkels von 5° (sog. "panel-lumen") in relativen Einheiten bzw. der Gang der Farbtem¬ peratur jeweils über eine Brenndauer von mehr als 2000 Std. für verschiedene Füllungen bei einer 170 W-Lampe (Volumen 0,7 cm3) angegeben. Das Entla¬ dungsgefäß war dabei mit Zr02 beschichtet, jedoch ohne Mattierung. Die einzelnen Füllungen sind
A) 2,3 mg AU,, 0, 1 mg InJ, 0,36 mg HgBr ύ 2
B) 1,15 mg AU,, 0,1 mg InJ, 0,36 mg HgBr ύ 2
C) 0,6 mg A1J3, 0,1 mg InJ, 0,36 mg HgBr2
D) 0,3 mg AU-, 0,1 mg InJ, 0,36 mg HgBr2
Es zeigt sich gemäß Fig. 3, daß die Maintenance nach 2000 Std. in der Größenordnung von 60-75 % liegt. Nach 3000 Std. beträgt sie immer noch 50-65 % und erfüllt damit immer noch die Mindestan- forderungen. Der Absolutwert des Lichtstroms ist am höchsten bei geringer AI-Dosierung D) und verrin¬ gert sich bei steigender AI-Dosierung. Der Abfall im Laufe der Brenndauer ist in etwa unabhängig von der Aluminium-Menge.
Gemäß Fig. 4 ist die Farbtemperatur T umgekehrt proportional der AI-Dosierung. Sie ist extrem konstant über die Brenndauer. Im allgemeinen werden Farbtemperaturen um 8000 K für Videoprojektion bevorzugt, entsprechend einer Dosierung von 0,6 bis 1,15 mg, entsprechend einer volumenunabhängigen Dosierung von 0,85 - 1,65 mg/cm3.
Die Zusammenschau beider Figuren zeigt überdies einen großen Vorteil dieser Füllungen, nämlich daß verschiedene Anforderungen, z.B. hinsichtlich der Farbtemperatur, ohne große Änderungen in der Fül¬ lung, abgesehen von der AU3-Menge und sonstigen technischen Eigenschaften der Lampe vorgenommen werden können.
Fig. 5 zeigt für Füllung B) den Farbort (x- bzw. y-Wert) als Funktion der Lebensdauer (Anfangswert nach 1 Std., Wert nach 1000 und 2700 Std.) und des Ortes (neun Meßpunkte E1-E9, die gleichmäßig über die Fläche des Projektionsschirms als 3x3-Matrix gelegt sind). Der x-Wert schwankt nur geringfügig zwischen den Werten x = 0,28 und x = 0,29; der y-Wert zwischen y = 0,295 und 0,31.
In Fig. 6 und 7 ist schließlich das Verhalten einer 200 W-Lampe gezeigt, die ansonsten ähnlich wie die 170 W-Lampe aufgebaut ist. Die hier verwendeten Füllungen sind zum einen identisch mit Füllung C) , zum anderen wurde folgende Füllung E) verwendet: E) 0,9 mg A1J3, 0,1 mg InJ, 0,36 mg HgBr2.
Fig. 6 zeigt die Beleuchtungsstärke auf einem Projektionsschirm in Lux, gemittelt über das bei Fig. 5 beschriebene Raster von neun Meßpunkten in
Abhängigkeit von der Brenndauer, während Fig. 7 die Farbtemperatur als Funktion der Brenndauer zeigt.
Auch hier bestätigt sich wieder die Unempfindlich- keit des auf A1J-, basierenden Füllungssystems gegenüber speziellen Anpassungen an besondere Anforderungen.
Generell kann die Zugabe geringer Mengen an Selten- erdmetallen die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Lampen etwas verkürzen. Dem steht jedoch eine Zunahme der Lichtausbeute (um bis zu 10 °-) und eine Senkung der Farbtemperatur (bis zu 500 K) entgegen.

Claims

Patentansprüche
1. Metallhalogenidentladungslampe für fotooptische Zwecke mit einem durchscheinenden Entladungsgefäß (2), das eine aluminiumhaltige Füllung enthält, in dem zwei Elektroden (4) einander gegenüberstehen, die mit nach außen geführten Stromzuführungen (8) verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- die Füllung enthält folgende Bestandteile: 0,1 - 4,5 mg/cm3 AU3 0 - 2,0 mg/cm3 Halogenide (Ha) des Indium
(InHa) u/o Quecksilber (HgHa~)
- der Elektrodenabstand beträgt maximal 15 mm
- die Farbtemperatur beträgt mindestens 5000 K
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzlich bis zu 1,0 mg/cm3 Halo¬ genide des Thallium (TlHa) und/oder des Cäsium (CsHa2) enthält.
3. Lampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Füllung zusätzlich bis zu 0,5 mg/cm3 Seltenerdmetalle enthält.
4. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzlich bis zu 2,0 mg/cm3 AlBr-, enthält.
5. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Baueinheit mit einem optischen Reflektor (9) bildet.
6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4) aus Wolfram gefertigt sind, wobei die Elektrode oder ein Teil davon mit einem Material niedriger Elektronenaustrittsarbeit do¬ tiert sein kann.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4) unbeschichtet ist.
8. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Intensi¬ tätsverteilung über drei ausgewählte Wellenlängen¬ bereiche R/G/B mit
R = 600 nm bis 650 nm
G = 500 nm bis 540 nm B = 400 nm bis 500 nm beträgt
R = 25 % bis 35 %
G = 50 % bis 65 %
B = 8 % bis 18 %
9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand zwischen zwei und acht Millimetern beträgt.
10. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) ein zweiseitig ge¬ quetschter Quarzglaskolben ist, der ggf. ganz oder teilweise beschichtet ist.
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