DE10214631A1

DE10214631A1 - Metallhalogenidfüllung und zugehörige Lampe

Info

Publication number: DE10214631A1
Application number: DE10214631A
Authority: DE
Inventors: Hans Eisemann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-16
Also published as: EP1351277B1; CA2424224A1; US20030184231A1; ATE352098T1; KR20030079747A; KR100988127B1; US6946797B2; CN1316551C; JP2003297282A; CN1450587A; EP1351277A2; JP4365127B2; EP1351277A3; DE50306287D1

Abstract

Eine Metallhalogenidfüllung zur Bildung einer ionisierbaren Füllung umfasst mindestens ein Inertgas, Quecksilber und mindestens ein Halogen, wobei die Füllung zumindest die Bestandteile Mn-Halogenid und V-Halogenid umfasst. Diese Füllung kann insbesondere im Entladungsgefäß einer Metallhalogenidlampe enthalten sein.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidfüllung und zugehörige Lampe für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Füllungen für Lampen mit warmweißer oder neutralweißer Lichtfarbe. Die Erfindung betrifft zudem eine zugehörige damit befüllte Lampe.

Stand der Technik

Zur Erzielung warmweißer und neutralweißer Lichtfarben enthalten Metallhalogenidentladungslampen meist Natrium. Zum Beispiel beschreibt die US-A 3 575 630 eine Lampe, die eine Metallhalogenidfüllung mit den Elementen Na, Tl, und Zr enthält und eine warmweiße Lichtfarbe hat. Ein weiteres Beispiel ist die in EP-A 883 160 beschriebene Lampe. Sie besitzt eine Metallhalogenidfüllung mit den Elementen Na, Sc, und anderen Bestandteilen wie Mn. Diese Lampe ist dimmbar.
Metallhalogenentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Glas und einer natriumhaltigen Füllung haben bekanntlich den Nachteil der Natriumdiffusion durch das Entladungsgefäß, was die Lampenlebensdauer reduziert. Die Natriumdiffusion muss mit zusätzlichen Maßnahmen, zum Beispiel Abschirmung der Stromzuführung in Nähe Entladungsgefäß, reduziert werden, was die Herstellungskosten der Lampe erhöht. Ein weiterer Nachteil natriumhaltiger Metallhalogenidentladungslampen ist ihre relativ niedrige Farbwiedergabe. Eine Na-Sc-haltige Metallhalogenidentladungslampe neutralweißer Lichtfarbe hat zum Beispiel etwa typische Werte für den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra = 70 und speziellen Farbwiedergabeindex R9 = 0.
Die DE-A 199 07 301 beschreibt eine Metallhalogenidfüllung mit Mn ohne Na für Metallhalogenidentladungslampen zur Erzielung von warmweißer und neutralweißer Lichtfarben. Durch Substitution von Natrium entfallen in den damit gefüllten Lampen die zusätzlichen Maßnahmen zur Reduzierung der Natriumdiffusion. Weiterhin erzielen die Lampen mit der Mn-haltigen Füllung hohe Werte für die Farbwiedergabe mit Ra > 95. Jedoch ist die Lichtausbeute und Lampenleistung relativ gering. So beträgt an einer 250 W-Drossel, die auch für Na- Hochdruckdampflampen verwendet wird, die Lampenleistung typisch 240 W.
Schließlich ist aus DE-A 35 12 757 eine Füllung für Metallhalogenidlampen bekannt, die ein Metallsilizid wie V₅Si₃ enthält. Daneben enthält die Füllung Seltenerd- oder Sc-Halogenid und das entsprechende Seltenerdoxihalogenid u/o Sc-Oxid. Das Silizid wirk hier als Halogengetter.
Bekanntlich funktioniert das Dimmen von Glühlampen und Halogenglühlampen, die Planck'sche Strahler sind, ohne Probleme. Betreibt man jedoch Metallhalogenidentladungslampen mit reduzierter Lampenleistung (siehe die o. e. EP 883 160), so entfernt sich ihr Farbort vom Planckschen Kurvenzug. Die Lampen verlieren ihre weiße Lichtfarbe und die Farbwiedergabe verschlechtert sich.
Fig. 1 (Stand der Technik) zeigt ein Farbortdiagramm einer Metallhalogenidlampe, die zweiseitig gesockelt ist mit einer Leistung von 250 W und einer neutralweißen Füllung (HQI-TS 250 W/NDL von OSRAM) als Beispiel, die eine Na-haltige Metallhalogenidfüllung besitzt. Die Leistung der Lampe wurde an einem elektronischen Vorschaltgerät bis zu ihrem halben Lichtstrom in Stufen etwa von 250 W bis 160 W reduziert. Mit abnehmender Leistung wandert der Farbort der Lampe aus dem Bereich der Judd'schen Geraden heraus. Die Lampe wird dadurch zunehmend grünstichig.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidfüllung für Metallhalogenidentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die kein Natrium enthält, und die geeignet ist eine neutralweiße bis tageslichtartige Lichtfarbe zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Metallhalogenidfüllung verwendet, die aus V- und Mn- Halogeniden besteht. Vorteilhaft können diese mit weiteren Halogeniden der Elemente Cs, Dy, Tl, Ho, Tm kombiniert sein.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass damit eine höhere Lichtausbeute und Lampenleistung, sowie ein hoher Farbwiedergabeindex von mindestes Ra = 95 und ein hoher Rotwiedergabeindex von mindestens R9 = 70 erzielt werden kann.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist, dass die damit befüllte Metallhalogenidentladungslampe sehr gut dimmbar ist, weil die Farbortwanderung mit abnehmender Leistung etwa parallel zum Planckschen Kurvenzug erfolgt und dabei trotzdem eine hohe Farbwiedergabe erhalten bleibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Farbortdiagramm für eine Lampe aus dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung im Schnitt,
Fig. 3 ein Spektrum einer Lampe gemäß Fig. 2,
Fig. 4 ein Farbortdiagramm einer Lampe gemäß Fig. 2,
Fig. 5 den Farbwiedergabeindex Ra einer Lampe gemäß Fig. 2,
Fig. 6 den Rotwiedergabeindex R9 einer Lampe gemäß Fig. 2.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel einer 250 W Metallhalogenidlampe 1 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Sie umfasst ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das von einem zylindrischen evakuierten Außenkolben 3 aus Hartglas umschlossen ist, der einseitig gesockelt ist. Das eine Ende des Außenkolbens 3 besitzt eine abgerundete Kuppe 17, wohingegen das andere Ende einen Schraubsockel 12 aufweist. Ein Haltegestell 6 fixiert das Entladungsgefäß 2 axial im Innern des Außenkolbens 3. Das Haltegestell 6 besteht aus zwei Zuleitungsdrähten, von denen der eine mit der sockelnahen Stromzuführung 8 des Entladungsgefäßes 2 verbunden ist. Der andere Zuleitungsdraht ist über einen massiven Metallstützdraht, der sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckt, zur sockelfernen Stromzuführung 9 geführt. Er besitzt außerdem ein Führungselement 15 am sockelnahen Ende (in Form eines Stanzbleches) und eine Abstützung 13 in der Nähe der Kuppe 17 in Form eines Teilkreises. Die Enden 4, 5 des Entladungsgefäßes 2 sind mit einem wärmereflektierenden Belag 16 versehen. Am Haltegestell 6 ist zusätzlich ein auf einem Metallplättchen aufgebrachtes Gettermaterial 14 angeschweißt. Das Volumen des Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 5,2 ml. Der Abstand der Elektroden 11 beträgt 27,5 mm. Als Grundgas befinden sich im Entladungsgefäß 56 mbar Ar. Zur Erniedrigung der Durchschlagsspannung kann als Grundgas alternativ ein Penninggemisch mit Ne : Ar = 99 : 1 verwendet werden.
Das Entladungsgefäß 2 wird vorzugsweise innerhalb eines Außenkolbens 3 betrieben, der für eine besonders gute Farbwiedergabe evakuiert ist. Enthält der Brenner das oben genannte Penninggemisch, wird zur Erhöhung der Lebensdauer ein Außenkolbengasgemisch mit 600 mbar N₂ oder 450 mbar CO₂ und zusätzlich 50 mbar Ne verwendet.
Fig. 3 zeigt das Spektrum einer Lampe mit 100 h Brenndauer nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, deren Entladungsgefäß 12,2 mg Hg und die Metallhalogenidfüllung nach Tab. 1 enthält. Tabelle 1
Die Lampe hat am konventionellen Vorschaltgerät eine ähnlichste Farbtemperatur von 4400 K, liegt mit rund 3 Schwellwerteinheiten unterhalb des Planckschen Kurvenzuges, besitzt einen allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra = 97, einen speziellen Farbwiedergabeindex für Rot von R9 = 74 und eine Lichtausbeute von rund 82 Im/W. Die Lampenleistung beträgt 247 W.
Damit hat die Lampe nach Ausführungsbeispiel eine deutlich bessere Farbwiedergabe als Lampen mit natriumhaltigen Metallhalogenidfüllungen und eine um 5 Im/W höhere Lichtausbeute als Lampen mit Mn-haltigen Metallhalogenidfüllungen ohne V.
Fig. 4 zeigt das Farbortdiagramm einer Lampe HQI-T 250 W/NDL nach oben genannten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, die an einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben wurde. Bei 160 W erreicht der Lichtstrom die Hälfte des Wertes von 250 W. Nach Fig. 4 erfolgt die Farbortwanderung mit abnehmender Leistung von 250 W bis 160 W etwa parallel zum Planckschen Kurvenzug (a) und erreicht die Tageslichtkurve (b). Die Abstände zum Planckschen Kurvenzug und Tageslichtkurve sind dabei kleiner als drei Schwellwerteinheiten. Die Lampe behält ihre weiße Lichtfarbe.
Fig. 5 und 6 zeigen den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra und speziellen Farbwiedergabeindex R9 als Funktion der Lampenleistung. Mit abnehmender Leistung bleiben nach Fig. 5 und 6 bei der Lampe HQI-T 250 W/NDL mit der Mn-V-haltigen Füllung der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra größer 88 und der spezielle Farbwiedergabeindex R9 größer 54. Dagegen sinken bei der Lampe HQI-TS 250 W/NDL mit der Na-haltigen Füllung die Werte für den allgemeinen Farbwiedergabeindex auf 77 und der spezielle Farbwiedergabeindex R9 auf -48.
Bevorzugt ist ein Verhältnis von Mn-Halogenid : V-Halogenid von 5 : 1 bis 20 : 1. Insbesondere ist eine Füllung vorteilhaft, die folgende Anteile an Metallhalogeniden enthält: Cs-Hal. 10 bis 20 Gew.-%, Dy-Hal. 25 bis 35 Gew.-%, Tl-Hal. 6 bis 12 Gew.-%, Ho-Hal. 8 bis 14 Gew.-%, Tm-Hal. 8 bis 14 Gew.-%, Mn-Hal. 23 bis 30 Gew.-% und V-Hal. 1 bis 4 Gew.-%.
Je nach gewünschter Optimierung des R9 oder der Lichtausbeute oder der Farbtemperatur können die Halogenide des Cs, Dy, TlHo und/oder Tm beigegeben werden. Um einen messbaren Einfluss zu nehmen empfiehlt sich dabei jeweils eine Mindestmenge von 0,1 Gew.-%.

Claims

1. Metallhalogenidfüllung zur Bildung einer ionisierbaren Füllung mit mindestens einem Inertgas, Quecksilber, mit mindestens einem Halogen, wobei die Füllung Mangan umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zumindest die Bestandteile Mn- Halogenid und V-Halogenid umfasst.

2. Metallhalogenidfüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Halogenid der Metalle aus der Gruppe Cs, Dy, Tl, Ho, Tm zusätzlich verwendet wird.

3. Metallhalogenidlampe mit einem Entladungsgefäß (2) sowie zwei Elektroden (11) und mit einer darin enthaltenen Füllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an V 0,01 bis 25 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.

4. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an Mn 0,01 bis 50 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.

5. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mn : V zwischen 0,3 und 120 beträgt.

6. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich Cs in einer Menge von 0 bis 30 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.

7. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich Dy in einer Menge von 0 bis 35 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.

8. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich Tl in einer Menge von 0 bis 15 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.

9. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich Ho in einer Menge von 0 bis 18 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.

10. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich Tm in einer Menge von 0 bis 18 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.

11. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogene zur Bildung von Halogeniden Jod und/oder Brom verwendet sind.

12. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) innerhalb eines Außenkolbens (3) angeordnet ist.

13. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben evakuiert ist oder eine Gasfüllung enthält.

14. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung aus 100 bis 700 mbar N₂ besteht oder aus 50 bis 500 mbar CO₂ besteht.

15. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung zusätzlich 1 bis 500 mbar Ne enthält.