DD203430A3 - Elektrodenstabilisierte hochdruckentladungslampe mit leuchtzusaetzen - Google Patents
Elektrodenstabilisierte hochdruckentladungslampe mit leuchtzusaetzenInfo
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Abstract
Ziel der Erfindung ist eine Gasentladungslampe, die im Dauerbetrieb hohe Leuchtdichten bei Farbtemperaturen von 3000 bis 4600K und Farbwiedergabeindizes ueber 90 ermoeglicht. Da die Hauptursache der Unzulaenglichkeiten bekannter Gasentladungslampen in der stofflichen Zusammensetzung der Lampenfuellung zu sehen ist, bestand die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer vorteilhafteren Lampenfuellung. Es wird eine Lampenfuellung angegeben, die einen hohen Anteil Indium und undissoziiertem Quecksilberhalogenid in der Entladung zur Folge hat und damit die gewuenschte Leuchtdichte, Farbtemperatur und Farbwiedergabe bewirkt.
Description
-+-. ^6856
Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit Leuchtzusätzen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung "bezieht sich, auf eine elektrische Entladungslampe» die besonders Torteilhaft in wissenschaftlichen Geräten in Zusammenhang mit der Aufnahme oder Wiedergabe γόη Farbmaterialien (Mikrofotografie, Bildprojektion) sowie kombiniert mit lichtbündelnden Vorrichtungen auch für andere Beleuchtungszwecke bei hohen Ansprüchen an die licht quälitat eingesetzt werden kann* Die Lampe eignet sich speziell zur Ablösung der für solche Zwecke üblichen Halogenglühlampen mit Färbtemperatüren im Bereich τοη 3200 + 200 K.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Aus der umfangreichen Palette bekannter Gasentladungslichtquellen, werden in technischen Vorrichtungen mit erhöhter Lichtkonzentration insbesondere Konstruktionen mit hoher
op
Leuchtdichte (über 1,2 . 10 cd/m ) eingesetzt., die die Abstrahlung elektrodenstabilisierter Lichtbogen ausnutzen* Als allein'strahlende Bogenmedien-kommen dafür vor allem Quecksilberdampf und Xenon (z.B. DD-WP 133 614) in Frage.
Eine weitere Klasse für diesen Zweck geeigneter Entladungslampen benutzt Füllungen, die diesen Grundgasen einen Leuchtzusatz wie z.B. Indiumjodid hinzufügen (siehe z.B. Wissenschaftlich-technische Abhandlungen der Osram-Gesellschaft Bd,9 (1972), S. 1 ff. bzw. US-PS 3,989,970). Auch die simultane Verwendung mehrerer Leuchtzusätze ist aus zahlreichen Patentschriften bekannt. Diese Leuchtzusatzkombinationen bestehen
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im allgemeinen aus Halogenverbindimgenjvon Elementen wie Natrium, Thallium, Indium, Gallium, Lithium, Dysprosium, Scandium usw- (z.B. DS-AS 1 814 095 oder DE-OS 2 422 411). Heben diesen vorzugsweise durch die Emission von Atom- bzw. Zonenlinien in Erscheinung tretenden Zusätzen werden auch Molekülstrahlungsprozesse der Halogenide von Zinn., Aluminium, Quecksilber usw. genutzt (z.B. DE-OS 2 840 771 oder DE-OS 2 924 463).
Die genannten Lampensysteme, die zur Strahlungserzeugung höchstens einen Leuchtzusatz nutzen, können grundsätzlich keine hohen Farbwiedergabeansprüche bei gleichzeitig niedriger Färbtemperatür (S 3500 K) befriedigen. Die übrigen bekannten Systeme mit komplexerer Füllung sind dagegen entweder wegen zu geringer spezifischer Bogenleistung nicht zur Erzielung hoher Leuchtdichten geeignet (DE-OS 2 84O 771), oder verv/enden LeuchtZusatzkombinationen, die andere wesentliche Machteile besitzen. Typische Nachteile sind zu große Intensitätsunterschiede im sichtbaren Spektralbereich bzw. starke ' räumliche Farbinhomogenitäten des Lichtbogens (z. B. GB-PS 1,110,018). Ein besonderer Mangel.,von Systemen mit hoher Zinnhalogeniddosierung besteht in der Ausbildung stark absorbierender Handschichten, die. durch konvektive Bewegungen zu erheblichen AbStrahlungsschwankungen führen können.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist eine' Gasentladungslampe, die im Bauer-
o ρ
betrieb Leuchtdichten von über 2.10 cd/nt (in einem aus dem Elektrodenspitzenabstand und der Intensitätshalbwertsbreite begrenzten Meßfeld), bei Farbtemperaturen im Bereich von 3OOO - AoOO Kj-Farbwiedergabeindices von über 90 und Farbaspekten von 0' + 0,005 ermöglicht..
Darlegung des Wesens der Erfindung
Hauptursache für.'die technischen lachteile der bekannten Gasentladungslampen ist die stoffliche Zusammensetzung der verwendeten Lampenfüllungen. Der Erfindung liegt deshalb die Auf-
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gäbe zngrtm.de, durch eine verbesserte Lampenfüllung und die Verwendung geeigneter Entladungsgefäße günstigere Abstran— lungsbedingungen zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lampenfüllung basiert auf den Elementen Quecksilber, Indium (bzw. Gallium), natrium, Lithium, Thallium, Zinn (bzw. Aluminium) sowie den Molekülbildungspartnern Jod, Brom und Chlor; als Zündhilfe wird - wie allgemein üblich - eine bestimmte Edelgasmenge verwendet.
3 Erfindungsgemäß liegen im Entladungsgefäß pro cm 0,018 bis 1,8 mg Ar; 10 bis 200 mg Hg; 0,62 bis 6,2 mg In; 0,015 bis 0,6 mg Na; 2,5 bis 50 jug Li; 0,065 bis 0,65 mg Sn; 1 bis 17 mg J und maximal 1,2 mg Tl vor, wobei J moläquivalent bis zu 50 % durch Br und/oder Cl ersetzbar ist, In durch Ga, Sn durch Al und Ar durch andere Edelgase moläquivalent vollständig oder teilweise ersetzt werden können.
Das Quecksilber übernimmt die Punktion des Puffergases und tritt daneben durch die Emission von Atomlinien sowie als Halogenverbindung durch Molekülstrahlungsprozesse in Erscheinung. Ein weiterer Hauptbestandteil ist Indium (teilweise oder vollständig ersetzbar durch Gallium). Durch seinen hohen Partialdruck werden die beiden Indiumresonanzlinien 410,2 und 451,1 nm (bzw. Galliumresonanzlinien 403,3 und 417 j2 mn) stark selbstumgekehrt, wie dies von hoch dotierten Indium(Gallium)-Entladungslampen bekannt ist. Im gesamten übrigen sichtbaren Spektralbereich erfolgt dagegen durch .die langwelligen Flügel der Resonanzlinien und durch Indiumhalogenid-(bzw. Galliumhalogenid~)Molekülkontinua eine intensive Abstrahlung, in der die kurzwelligen Anteile nicht mehr dominieren.
Das durch einen hohen Halogenanteil im Entladungsgefäß vorhandene Quecksilberhalogenid ist (im Unterschied zu anderen Molekülen) auch in den zentralen Teilen des Lichtbogens, trotz der dort vorliegenden hohen Temperaturen, noch in bemerkenswert hoher Konzentration undissoziiert vertreten. Heben einer kräftigen kontinuierlichen Emission, die für die Erzielung hoher Leuchtdichten eine bedeutende Holle spielt, bewirkt
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insbesondere Quecksilber;]od±d im Bereich unterhalb 4-60 nm eine starke Reduzierung der Plasmaabstrahlung durch Absorption, Im Zusammenspiel mit der Selbstabsorption der genannten Indium- bzw. Galliumlinien trägt dies wesentlich zur gewünschten Parbtemperaturabsenkung bei.
Dieses lichttechnisch hochwertige Grundspektrum wird durch die z.T. erheblich verbreiterten Resonanzlinien der Elemente ITatrium und Lithium (eventuell ergänzt durch Thallium) weiter verbessert.
Im Interesse einer hohen Lampenlebensdauer sollten die Wandtemperaturen des Entladungsgefäßes möglichst niedrig gehalten v/erden. Da jedoch die für eine optimale Abstrahlung notwendigen Dampfdrücke einiger Halogenverbindungen erst bei Minimaltemperaturen im Entladungsgefäß von über 700 C entstehen wurden, erweist es sich als günstig, die Verdampfung durch Molekülkomplexe zu fördern. Als Komplexpartner insbesondere für das Natriumhalogenid werden neben dem ohnehin vorhandenen Indium-(bzw. Gallium-)Halogenid in wesentlichem Umfang Halogenverbindungen der Elemente Zinn und/oder Aluminium wirksam. Auf Grund ihrer Füllmengenbegrenzung treten diese Zusätze nur in geringerem Maße direkt durch Emissions- oder Absorptionsprozesse in Erscheinung.
Für den Betrieb des Lichtbogens werden Entladungsgefäße aus durchsichtigen, hochtemperaturfesten Werkstoffen verwendet. Eine zusätzliche "Verbesserung der Langzeitstabilität kann durch eine temperaturbeständige Beschichtung der Innenwand mit Stoffen wie z.B. Al0O0 erzielt werden. Das 'Temperaturprofil der Entladungsgefäßwand kann, durch partielles äußeres Auf tragen von Stoffen, wie ZrQ9, Al9O.,, Graphit oder korrosionsbeständigen Metallen," sowie durch die Anwendung von Hüllkolben (die mit zusätzlichen wärmereflektierenden Schichten versehen sein können) gezielt angehoben werden.
Zur Ausbildung eines elektrodenstabilisierten Lichtbogens mit ausreichend hohen Leuchtdichten, beträgt der Elektrodenabstand
in cm erfindungsgemäß maximal 0,06 -\ßP (I
IT ist die in Watt ge-
Watt g
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messene elektrische Bogenleistung) und die spezifische Bogenleistung mehr als 0,3 k¥ pro cm· Bogenlänge.
Die Energieverteilung des Spektrums einer erfindungsgemäßen Lampe ist in Fig. 1 im 5 nm-Raster dargestellt. Sie dokumentiert die j02ig.ewölinliche spektrale Ausgewogenheit des erzeugten Lichts.
Ausführungsbeispiel
Eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besteht ans einem annähernd kugelförmigen Entladungsgefäß aus Kieselglas ohne zusätzlichen Hüllkolben mit einem Innenvolumen von 1,4 cm. Der Abstand der Elektrodenspitzen beträgt 2,8 mm.
In diesem Gefäß befinden sich neben 0,16 mg Ar als Zündgas, 70 mg Hg; 2,4 mg InJ; 2 mg HgJ; 1 ,.2 mg HaJ; .0,3 mg LiJ; 0,1 mg TlJ sowie 0,7 mg SnJp. Die mit einem Yorschaltgerät an 220 Ύ Wechselspannung betriebene Entladung konvertiert nach einer Einbrennzeit von 10 min eine elektrische Leistung von 250 W. Die Färbtemperatur beträgt 3400 K, die Leuchtdichte (in einem Meßfeld 0,8 χ 2,8 mm) mehr als 21 . TO8 cd/m2.
Claims (5)
- .1. Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit Leuchtzusätzen in einem abgeschlossenen Entladungsgefäß aus durchsichtigen, hochtemperaturesten Werkstoffen und mindestens zwei Hauptelektroden, gekennzeichnet dadurch, daßim Entladungsgefäß pro cm Rauminhalt folgende Mengen chemischer Elemente vorliegen, die untereinander Verbindungen eingehen können: 0,018 bis 1,8 mg Argon;' 10 bis 200 mg Quecksilber; 0,62 bis S,2 mg Indium; 0,015 bis 0,6 mg Natrium; 2,5 bis 50/Ug Lithium; 0,055 bis. 0,65 mg Zinn; 1 bis 17 mg 3od; maximal 1,2 mg Thallium, daß der Spitzenabstand der Hauptelektroden in cm weniger als 5 % des Betrages der Quadratwurzel aus der elektrischen Bogenleistung in Watt beträgt und die spezifische Bogenleistung 0,3 kW pro cm Bogenlänge übertrifft.
- 2. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ood moläquivalent zu maximal 50 % durch Brom und/oder Chlor ersetzt ist.
- 3« Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Indium moläquivalent vollständig oder teilweise durch Gallium ersetzt ist.
- 4» Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß Zinn moläquivalent vollständig oder teilweise durch Aluminium ersetzt ist.
- 5. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, äa& das Zündgas Argon moläquivalent vollständig oder teilweise durch andere Edelgase ersetzt ist»Hierzu 1 Seite Zeichnungan
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