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Diese Erfindung betrifft eine Metallhalogenidlampe,
und zwar insbesondere eine Metallhalogenidlampe, die für eine Projektionsanzeige,
wie etwa eine Flüssigkristall-Projektionsanzeige,
und für
eine Leuchte verwendet wird, die vorwiegend in einem Reflektor und
dergleichen eingebaut ist.
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Flüssigkristall-Projektionssysteme
haben Popularität
als ein Anzeigemittel zum Vergrößern und
Projizieren von Schriftzeichen oder Graphiken auf den Schirm erlangt.
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Dieser Typ von Geräten weist
typischerweise einen solchen Aufbau auf, dass ein Licht von einer
Lichtquellenlampe über
einen Reflektor in ein Flüssigkristallfeld
hinein projiziert wird und anschließend das Licht über ein
bündelndes
optisches System, das ein projizierendes optisches System ist, auf
einen Schirm projiziert wird. Solch einen Aufbau aufweisend, kann
dieser Typ von Geräten
nur das Licht verwenden, das von einem beschränkten Bereich emittiert wird,
der an den Brennpunkt des Reflektors angrenzt. Es ist daher wünschenswert,
dass in einer Lampe für
die Lichtquelle die Lichtemission durch einen Lichtbogen in einer
Fläche
konzentriert wird, die so klein wie möglich ist. Der Grund ist der,
dass die Effizienz der Lichtverwertung zunimmt, sowie die Licht
emittierende Fläche
kleiner wird, und demgemäß eine große Beleuchtungsstärke auf
dem Schirm erreicht wird. Diese Tendenz wird um so offensichtlicher,
sowie die Verkleinerung der physikalischen Größen des Reflektors und dergleichen
im Bemühen,
die Abmessungen, das Gewicht und die Kosten der Projektionsvorrichtungen
zu verringern, fortschreitet.
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Es ist auch wünschenswert, dass die Lampe,
die für
die Lichtquelle von Projektionssystemen verwendet wird, eine gut
ausgewogene Lichtemission über
den ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums hinweg aufweist. Mit
anderen Worten, wenn die Lampe in jedem, dem roten, dem grünen und
blauen Bereich des Spektrums gut ausgewogene Lichtemission zeigt,
wird das Projektionssystem, das die Lampe einsetzt, dadurch in der
Lage sein, beispielsweise ein Bild einer gesunden menschlichen Gesichtsfarbe
wiederzugeben, wie sie sein sollte. Wenn jedoch die Lichtemission
im roten Bereich nicht ausreichend ist, fällt das angezeigte Bild der
gesunden menschlichen Gesichtsfarbe bläulich, demgemäß bleich
und ungesund aus.
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In Anbetracht des oben gesagten sind
Metallhalogenidlampen, Ultrahochdruck-Quecksilberlampen oder dergleichen für herkömmliche
Flüssigkristall-Projektionssysteme
und dergleichen verwendet worden.
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Metallhalogenidlampen sind Hochdruck-Entladungslampen,
die dadurch gekennzeichnet sind, dass verschiedene Typen von Metallhalogeniden
in Hochdruck-Quecksilberdampf
eingeschlossen sind. Ein Typ einer solchen Lampe wird auf den Seiten
18 bis 24 von Charakteristics and Theoretical Analysis of Metal
Halide Lamps, T. Higashi, The Journal of the Illuminating Engineering
Institute of Japan, Band 73, Nr. 9, 1989, offenbart. Die Lampe enthält die Iodide
von SC (Scandium) und Na (Natrium} im Füllmaterial und zeigt eine hohe Lichtausbeute
von 90 lm/W (es versteht sich von selbst, dass der Ausdruck „Lichtausbeute" hierin einen Lichtstrom
pro Einheit der elektrischen Leistungsaufnahme einer Lampe bedeutet).
Der Grund dafür
wird darin gesehen, dass ein komplexes Iodid (möglicherweise Na2ScI5) aus Sc und Na darin gebildet wird, das
einen größeren Dampfdruck
als den von Sc und Na aufweist (siehe Seiten 209 bis 214 von Complex
Halide Vapers in Metal Halide Type HID Lamps, C. Hirayama et al.,
The Journal of the Illuminating Engineering Society, Juli 1977).
Die spektrale Verteilung dieser Lampe ist in 7 gezeigt. Wie aus 7 ersichtlich ist, wird eine große Anzahl
von Helllinienspektren im sichtbaren Bereich beobachtet, was indiziert,
dass die Lampe relativ gute Farbwiedergabeeigenschaften aufweist.
Beim Prozess der Vervollständigung
der Erfindung stellten die gegenwärtigen Erfinder auf experimentellem
Weg eine Metallhalogenidlampe her, die einen Aufbau aufweist, wie
er unten beschrieben und in 8 gezeigt
ist. Die Lampe besitzt eine Lichtbogenröhre 101, die aus einem
lichtdurchlässigen
Quarzgefäß aufgebaut
ist, das eine annäherungsweise
kugelförmige
Form aufweist, einen Innendurchmesser von 10.8 mm und eine innere
Kapazität
von 0.7 cc. Jede der sich gegenüber
liegenden Enden der Lichtbogenröhre 101 ist
an einem Verschlussabschnitt 106 verschlossen. Ein Paar
von Wolframelektroden 102 ist innerhalb der Lichtbogenröhre 101 vorgesehen.
Jede der Wolframelektroden 102 ist mit einem externen Anschluss 104 über eine
Molybdänfolie 103 verbunden.
Eine Wolframwendel 105 ist ebenfalls an jede der Wolframelektroden 102 durch
Anschweißen
angeschlossen. Die Lücke
zwischen den Anschlussenden der Elektroden 102 (der Abstand
zwischen den Elektroden) ist auf 2.2 nun festgelegt. Ein Füllmaterial 107 ist
in der Lichtbogenröhre
101 eingeschlossen. Das Füllmaterial 107 besteht
aus 0.6 mg InI (Indiumiodid), 1 mg TmI3 (Thuliumiodid),
Argon mit 0.2 atm bei Raumtemperatur und 49 mg Quecksilber.
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Die Lichtausbeute der Lampe gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau betrug etwa 80 Im/W, wenn die Lampe horizontal
angeordnet war und bei einer Nennleistungsaufnahme betrieben wurde.
Der Lichtstrom, der einen 101.6 cm (40 inch) großen Schirm erreicht, wurde
unter der Bedingung gemessen, bei der das Licht, das von der Lampe
emittiert wird, mit einem Aufnahmewinkel von 7 Grad über einen
elliptischen Reflektor projiziert wird. Die Größe des Lichtstroms pro Einheit
der Leistungsaufnahme betrug 4 lm/W. Die Größe des Lichtstroms pro Einheit
der Aufnahmeleistung, die gemäß der oben
beschriebenen Art und Weise gemessen wurde, wird im nachfolgenden
als „Projektionseffizienz" bezeichnet. Es wird
hier angemerkt, dass herkömmliche
wohlbekannte Metallhalogenidlampen einen größeren Abstand zwischen den
Elektroden aufweisen (beispielsweise ungefähr 3 mm) und deshalb sogar
niedrigere Projektionseffizienz zeigen als die oben beschriebene
Lampe. Gemäß der spektralen
Verteilung zeigte die Lampe ergiebige Lichtemission über den
ganzen sichtbaren Bereich hinweg, wie es in 9 gezeigt ist. Im Einzelnen war die Lichtemission
im roten Bereich des Spektrums ergiebiger als bei der vorher erwähnten Metallhalogenidlampe,
die Iodide von Sc und Na enthält,
was zu einer vorteilhafteren Farbwiedergabe führt, wenn die Lampe zum Projizieren
von Bildern und dergleichen verwendet wird.
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Eine Ultrahochdruck-Quecksilberlampe,
beispielsweise wie die, die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2-148561 beschrieben ist, weist im Allgemeinen einen solchen
Aufbau auf, dass Quecksilber primär im Füllmaterial enthalten ist und
der Dampfdruck des Quecksilbers während des Betriebs sehr groß wird.
Halogenide von anderen Metallen sind darin nicht enthalten. Eine
Ultrahochdruck-Quecksilberlampe von diesem Typ zeigte eine Lichtausbeute
von etwa 60 lm/W und eine Projektionseffizienz von 11 lm/W, wenn
sie bei Nennleistung betrieben wird. Die spektrale Verteilung dieser
Lampe ist in 10 gezeigt.
Da dieser Typ von Ultrahochdruck-Quecksilberlampen mit hohem Dampfdruck
betrieben wird, ist die Lichtemission im roten Bereich des Spektrums,
den Wellenlängenbereich
von ungefähr
600 bis 650 nm, etwas besser gegenüber anderen Typen von Quecksilberlampen,
die mit niedrigeren Dampfdrücken
betrieben werden. Nichtsdestoweniger ist die Menge der Lichtemission
im roten Bereich von ungefähr
600 bis 650 nm offensichtlich immer noch kleiner als die der oben
erwähnten
Metallhalogenidlampen.
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Nun werden die Nachteile dieser Lampen
nach dem Stand der Technik unten weiter detailliert beschrieben
werden.
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Obwohl die oben beschriebene experimentelle
Metallhalogenidlampe eine relativ hohe Lichtausbeute aufweist, besitzt
sie den Nachteil, dass die Lampe keine hohe Projektionseffizienz
erreichen kann. Das ist auf die Schwierigkeiten zurückzuführen, die
Licht emittierende Fläche
kleiner zu machen. In Anbetracht dessen wurden als ein Index, um
die Größe der Licht
emittierenden Fläche
anzugeben, die Lichtbogendurchmesser für diese Lampen gemessen. Aus
den Ergebnissen wurde bestätigt,
dass die experimentelle Metallhalogenidlampe, die In enthält, einen
größeren Durchmesser
von 1.1 mm aufwies, als die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe, deren Lichtbogendurchmesser
0.7 mm betrug. Die Metallhalogenidlampe, die auch Natrium enthält, besitzt
den Nachteil eines größeren Lichtbogendurchmessers
als bei der Ultrahochdruck-Quecksilberlampe. Daher können diese
Lampen im Fall, dass die Lampen einen kleinen Reflektor oder einen
kleinen Aufnahmewinkel für
die Projektionslinse im projizierenden optischen System besitzen,
keine ausreichende Helligkeit auf dem Schirm erreichen. Der Grund
für einen
großen
Lichtbogendurchmesser in diesen Lampen ist der, dass Alkalimetalle
wie etwa Na und dergleichen ein niedriges Ionisierungspotential
aufweisen, beispielsweise beträgt
das Ionisierungspotential von Na 5.14 eV, und deshalb sogar im peripheren
Gebiet des Lichtbogens mit niedriger Temperatur in der Lampe leicht
ionisieren. Diese Alkalimetalle erzeugen deshalb freie Elektronen, was
einen weiten elektrischen Strompfad ergibt, d. h. einen großen Lichtbogendurchmesser
ergibt. Dies wird auf S. 220 von Electric Discharge Lamps, John
F. Waymouth, The MIT Press, ausführlich
dargelegt.
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Andererseits weist die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
wie oben erwähnt
eine Projektionseffizienz von 11 lm/W auf, und das ist ungefähr dreimal
soviel, wie die Projektionseffizienz der oben erwähnten Metallhalogenidlampe.
Obwohl die Lichtemission im roten Bereich des Spektrums etwas besser
ist als bei herkömmlichen
Quecksilberlampen, kann die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe jedoch
keine günstige,
gut ausgewogene Lichtemission über
den ganzen sichtbaren Bereich hinweg erzielen, wie sie durch Metallhalogenidlampen erzielt
werden kann, da dessen Luminophor auf Quecksilber beschränkt ist.
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In Hinsicht auf die oben erwähnten Probleme
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe
bereitzustellen, die einen kleinen Lichtbogendurchmesser, große Projektionseffizienz
und gut ausgewogene Lichtemission hinsichtlich der spektralen Verteilung
aufweist.
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Erfindungsgemäß wird eine Metallhalogenidlampe
bereitgestellt, die eine Lichtbogenröhre besitzt, worin ein Paar
von Elektroden vorgesehen sind, von denen jede ein Anschlussende
aufweist, und ein Füllmaterial eingeschlossen
ist, wobei das Füllmaterial
aus einem Edelgas, Quecksilber, einem Halogen und einem Metallelement,
das nicht Quecksilber ist, besteht, wobei die Metallhalogenidlampe
dadurch gekennzeichnet ist, dass das Metallelement, das nicht Quecksilber
ist, ein erstes Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr aufweist;
ferner das Füllmaterial
kein Metallelement enthält,
das ein erstes Ionisierungspotential weniger als 6 eV aufweist; ferner
der Abstand zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden
2.5 mm oder weniger beträgt; und
ferner der Mindestabstand von jedem Anschlussende des Paares von
Elektroden zur Innenwand der Lichtbogenröhre auf nicht weniger als das
1,5-fache des Abstands zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden
beschränkt
ist.
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Gemäß dem obigen Aufbau wird ein
dünner
Lichtbogen in der Lampe dadurch gebildet, dass nur die Metallelemente
mit einem Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr in das Füllmaterial
eingeschlossen werden. Die Lampe kann demgemäß eine hohe Leuchtdichte und
eine hohe Projektionseffizienz erreichen und demgemäß wird auf
dem Schirm dadurch eine hohe Beleuchtungsstärke erzielt. Zudem können die
Lampen gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau, ungleich Quecksilberlampen, einen hohen Grad
an Wiedergabeeigenschaften mit einer günstigen spektralen Verteilung über den
ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums hinweg erlangen, da der
Luminophor nicht auf Quecksilber beschränkt ist, wie in Quecksilberlampen.
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Bei Metallhalogenidlampen nach dem
Stand der Technik wird dem Füllmaterial
Na oder dergleichen hinzugefügt,
um den Lichtbogen zu stabilisieren. Man nimmt jedoch an, dass dies
nicht nur in dem Fall notwendig ist, bei dem der Abstand zwischen
den Elektroden relativ groß ist,
z. B. ungefähr
10 mm. Als das Ergebnis verschiedener Experimente haben die Erfinder
herausgefunden, dass die Bildung eines stabilen Lichtbogens dadurch
verwirklicht wird, dass der Abstand zwischen den Elektroden auf
2.5 mm oder weniger, oder vorzugsweise 2.0 mm oder weniger, begrenzt
wird, auch wenn dem Füllmaterial
kein Na oder dergleichen hinzugefügt ist, und dass dadurch ungeachtet
eines infolge der Abwesenheit von Na oder dergleichen niedrigen Dampfdrucks
eine hohe Leuchtdichte erzielt werden kann.
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Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 63-62066 offenbart eine Lampe, bei der keine Alkalimetalle eingeschlossen
sind und bei der der Abstand zwischen den Anschlussenden der Elektroden
gleich dem Abstand zwischen der Röhrenwand und den Anschlussenden
der Elektroden gemacht wurde. Diese Technik soll die Stabilisierung
eines Lichtbogens durch die Wirkung der Röhrenwand verwirklichen und
ist effektiv für
Lampen mit relativ niedriger Wattleistung, beispielsweise die Lampen
mit einer Leistungsaufnahme von 50 bis 70 W. Für Lampen mit höherer Wattleistung
mit einem relativ kleinen Abstand zwischen den Elektroden ist diese
Technik jedoch nicht anwendbar, da sie zur Beschädigung der Röhrenwand
führt.
Demgegenüber
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Röhrenwand
von den Elektroden ferngehalten, so dass die Leistungsaufnahme der
Lampe erhöht
werden kann. Zudem wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Abstand zwischen den Elektroden kurz gemacht und demgemäß kann die
Erfindung die Stabilisierung des Lichtbogens und die Zunahme der
Lichtemission zustande bringen.
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Es ist in Fachkreisen erkannt worden,
dass die Länge
eines Lichtbogens dadurch klein gemacht werden kann, dass der Abstand
zwischen den Elektroden klein gemacht wird. Es ist bisher jedoch
nicht möglich gemacht
worden, den Abstand zwischen den Elektroden extrem zu verkürzen, da
solch ein kurzer Abstand zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer der
Lampe führt.
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Andererseits erfordert die erfindungsgemäße Metallhalogenidlampe
einen geringeren elektrischen Strom als Metallhalogenidlampen nach
dem Stand der Technik, wenn sie mit der gleichen elektrischen Leistung
betrieben werden. Um genauer zu sein, beträgt beispielsweise beim Fall,
dass das Füllmaterial
ScI3 und NaI enthält, die Spannung zwischen den
Elektroden etwa 40 V, vorausgesetzt dass der Abstand zwischen den Elektroden
2 mm beträgt,
und deshalb beträgt
der erforderliche elektrische Strom 5A, um eine Leistungsaufnahme
von 200 W zu erzielen. Demgegenüber
beträgt
die Spannung zwischen den Elektroden im Fall, dass das Füllmaterial
kein NaI enthält,
etwa 60 V und deshalb wird der erforderliche elektrische Strom 3.3
A groß sein,
was offensichtlich kleiner ist als beim obigen Fall, um die gleiche
Leistungsaufnahme von 200 W zu erzielen. Folglich macht es die vorliegende
Erfindung möglich,
einen kurzen Abstand zwischen den Elektroden festzulegen, der dazu
dient, einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen, ohne eine Beeinträchtigung
der Lebensdauer der Lampe zu verursachen.
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Vorzugsweise besitzt das oben erwähnte Metallelement,
das nicht Quecksilber ist und das ein erstes Ionisierungspotential
von 6 eV oder höher
aufweist, die folgenden Eigenschaften:
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- 1) hoher Dampfdruck
- 2) starke Lichtemission im sichtbaren Bereich und eine gut ausgewogene
Lichtemission
- 3) hohes Ionisierungspotential
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Beispielsweise kann Scandium als
solch ein Metallelement eingesetzt werden. Scandium sorgt für eine Lichtemission
um die Wellenlänge
von 630 nm herum und deshalb wird es durch Einsatz von Scandium möglich gemacht,
eine spektrale Verteilungscharakterstik mit ergiebiger Lichtemission
im Bereich der roten Farbe, dem Wellenlängenbereich von 600 bis 650
nm, zu erhalten. Vorzugsweise liegt das Scandium in Form eines Halogenids
vor, wie etwa als Scandiumiodid (ScI3) und
Scandiumbromid (ScBr3), so dass der Einschluss des
Scandiums in die Lichtbogenröhre
erleichtert werden kann.
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Zudem können Halogenide von Seltenerdelementen,
wie etwa Thuliumiodid und dergleichen in die Lichtbogenröhre eingeschlossen
werden, so dass die spektrale Verteilungscharakteristik weiter verbessert wird.
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Darüber hinaus kann eine lichtdurchlässige Quarzröhre als
Lichtbogenröhre
eingesetzt werden. Die lichtdurchlässige Quarzröhre besitzt
eine große
Transparenz und eine geringe Lichtstreuung verglichen beispielsweise
mit einer keramischen Röhre
und deshalb wird der Vorteil einer kleinen Licht emittierenden Fläche, die
durch einen dünnen
Lichtbogen erzielt wird, eher ersichtlich.
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Zu einem vollständigerem Verständnis der
vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug auf die
folgenden Beschreibungen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
genommen, bei der:
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1 eine
Querschnittansicht ist, die den Aufbau der Metallhalogenidlampe
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
1 zeigt;
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2 eine
erläuterndes
Diagramm ist, das die Definition eines Lichtbogendurchmessers veranschaulicht;
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3 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
1 veranschaulicht;
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4 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
2 veranschaulicht;
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5 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
3 veranschaulicht;
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6 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
4 veranschaulicht;
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7 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik einer Metallhalogenidlampe
nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
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8 eine
Querschnittansicht ist, die den Aufbau der Metallhalogenidlampe
zeigt, die als ein Experimentalprodukt beim Prozess der Vervollständigung
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
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9 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharakteristik der Metallhalogenidlampe
des oben erwähnten
Experimentalprodukts veranschaulicht;
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sUnd 10 ein
Graph ist, der die spektrale Verteilungscharakteristik einer herkömmlichen
Ultrahochdruck-Quecksilberlampe veranschaulicht.
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Es folgt nun eine Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
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Erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 1. Die Metallhalogenidlampe
des ersten Ausführungsbeispiels
1 besitzt eine annähernd
kugelförmige
Lichtbogenröhre
201 und
ein Füllmaterial
207 ist
in die Lichtbogenröhre
201 eingeschlossen.
Die Lichtbogenröhre
201 ist
aus einem Lichtdurchlässigen
Gefäß aufgebaut,
die aus Quarz gefertigt ist. Jedes der sich gegenüberliegenden
Enden der Lichtbogenröhre
201 ist
an einem Verschlussabschnitt
206 verschlossen. Ein Paar
von Wolframelektroden
202 ist innerhalb der Lichtbogenröhre
201 vorgesehen.
Jede der Wolframelektroden
202 ist an einen externen Anschluss
204 über eine
Molybdänfolie
203 angeschlossen,
die hermetisch im Verschlussabschnitt
206 eingeschlossen
ist. Eine Wolframwendel
205 ist gleichfalls an jede der
Wolframelektroden
202 durch Anschweißen angeschlossen. Die Hauptdimensionen
bei dieser Metallhalogenidlampe sind wie folgt:
Innendurchmesser
der Lichtbogenröhre: | 10.8
mm |
Innere
Kapazität
der Lichtbogenröhre: | 0.7
cc |
Abstand
zwischen den Elektroden: | 2.5
mm |
Abstand
zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre und den Anschlussenden
der Elektroden: | ungefähr 5.4 mm |
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Die Gehalte des Füllmaterials
207 sind
wie folgt:
ScI3 (Scandiumiodid): | 1
mg |
Argon: | 0.2
atm (bei Raumtemperatur) |
Quecksilber: | 35
mg |
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Für
eine Lampe, die gemäß der oben
beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist, wurde ein Lichtbogendurchmesser
der Lampe unter der Bedingung gemessen, bei der die Lampe horizontal
angeordnet war, eine Spannung mit einer Rechteckwelle von 270 Hz
angelegt wurde und die Spannung und der elektrische Strom so gesteuert
wurden, dass die Leistung der Lampe auf 200 W bemessen wurde.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2(a) und 2(b) die Definition des hierin verwendeten
Ausdrucks „Lichtbogendurchmesser" gegeben. Zuerst
wird ein Linienabschnitt von einer Elektrode 202 zu der
anderen Elektrode 202 als eine X-Achse definiert (eine Elektrodenachse)
und ein Linienabschnitt, der orthogonal zur X-Achse ist und den
Mittelpunkt zwischen den zwei Elektroden kreuzt, als Y-Achse definiert.
Die Verteilung der Leuchtdichte entlang der Y-Achse wird gemessen
und zwei Punkte, jeder mit einer Leuchtdichte von 50 % der maximalen
Leuchtdichte, werden bestimmt. Der Abstand zwischen den zwei Punkten,
jeder mit einer Leuchtdichte von 50 % der maximalen Leuchtdichte,
wird als der hierin verwendete „Lichtbogendurchmesser" definiert.
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Die Metallhalogenidlampe des Ausführungsbeispiels
1 zeigte einen Lichtbogendurchmesser von 0.7 mm, wenn er gemäß der oben
beschriebenen Art und Weise gemessen wurde. Der Wert war offensichtlich
kleiner als der der experimentellen Metallhalogenidlampe, wie sie
vorher hierin beschrieben wurde, welcher 1.1 mm betrug, und war
ungefähr
gleich dem der vorher erwähnten
Ultrahochdruck-Quecksilberlampe.
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Die Lichtausbeute (ein Lichtstrom
pro Einheit der elektrischen Leistungsaufnahme einer Lampe) der Metallhalogenidlampe
des Ausführungsbeispiels
1 betrug 93 lm/W. Die vorhin erwähnte
experimentelle Metallhalogenidlampe wies eine Lichtausbeute von
80 lm/W auf. Obwohl die Verbesserung der Lichtausbeute als relativ
klein gegenüber
der experimentellen Metallhalogenidlampe erscheinen mag, wies die
Lampe des Ausführungsbeispiels
1 eine ungefähr
dreimal so hohe maximale Leuchtkraft wie die experimentelle Metallhalogenidlampe
auf. Darüber
hinaus erzielte die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 eine Projektionseffizienz,
die ungefähr
dreimal so hoch ist, wie die der experimentellen Metallhalogenidlampe.
Das heißt,
die Lampe des Ausführungsbeispiels
1 erzielt auf dem Schirm eine Beleuchtungsstärke, die ungefähr dreimal
so hoch ist, wie die der experimentellen Metallhalogenidlampe, vorausgesetzt,
dass auf die beiden Metallhalogenidlampen die gleiche Leistungsaufnahme
angewendet wurde. Das ist ungefähr
die gleiche Projektionseffizienz wie die der vorhin erwähnten Ultrahochdruck-Quecksilberlampe.
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Es wird angemerkt, dass die „Projektionseffizienz" hierin den Lichtstrom
pro Einheit der Eingangsspannung an der Lampe meint, der den Schirm
erreicht, wenn ein Licht mit einem Aufnahmewinkel von 7 Grad auf einen
40 inch großen
Schirm über
einen elliptischen Reflektor projiziert wird.
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Als Grund für das Erzielen solch hoher
Leuchtkraft und hoher Projektionseffizienz wird folgendes angenommen.
Die Lampe des Ausführungsbeispiels
1 enthält
die metallischen Elemente, die ein relativ niedriges Ionisierungspotential
aufweisen, nicht als einfacher Körper,
wie etwa Na (das Ionisierungspotential von Na beträgt 5.14
eV) und In (das Ionisierungspotential von In beträgt 5.79
eV), und anstelle dessen enthält
sie nur die metallischen Elemente mit einem Ionisierungspotential
von 6 eV oder mehr, wie etwa Sc (das Ionisierungspotential von Sc
beträgt
6.7 eV) und Quecksilber (das Ionisierungspotential von Hg beträgt 10.44
eV). Zudem wird der Abstand zwischen den zwei Elektroden auf einen
kurzen Abstand von 2.5 mm festgelegt. Deshalb ist die Lampe in der
Lage einen stabilen Lichtbogen mit einem kleinen Durchmesser zu
erzeugen. Als ein Ergebnis behält
der erzeugte Lichtbogen eine hohe Energiedichte und eine hohe Temperatur
und deshalb wird die Menge der Lichtemission pro Einheit der Sc-Atome
vergrößert, sogar
wenn keine große
Zunahme des Dampfdrucks vorliegt, wie es bei dem Fall beobachtet
wird, bei dem komplexe Iodide gebildet werden. Folglich wird die
Lichtemission pro Flächeneinheit
vergrößert, was
eine solch hohe Leuchtdichte und eine solch hohe Projektionseffizienz
ergibt, wie bei der obigen Beschreibung.
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Darüber hinaus ist der Abstand
zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre 201 und den Elektroden 202 bei
der Lampe von Ausführungsbeispiel
1 auf ungefähr
das Doppelte des Abstands zwischen den Elektroden 202 festgelegt
und dadurch kann die Beschädigung
der Lichtbogenröhre 201 vermieden
werden.
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Weiter, einen Lichtbogen mit einem
kleinen Durchmesser aufweisend, besitzt die Lampe des Ausführungsbeispiels
1 einen knappen Strompfad und weist dadurch eine hohe Spannung zwischen
den Elektroden auf. Folglich kann der elektrische Strom, der für die gleiche
Leistungsaufnahme wie Metallhalogenidlampen nach dem Stand der Technik
erforderlich ist, bei der Lampe von Ausführungsbeispiel 1 vermindert
werden. Folglich wird die Lebensdauer der Lampe nicht beeinträchtigt,
sogar wenn der Abstand zwischen den Elektroden klein gemacht wurde.
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Nun auf 3 Bezug nehmend, wird die spektrale Verteilungscharakteristik
der Lampe von Ausführungsbeispiel
1 gezeigt. Wie aus 3 ersichtlich
ist, wies die Lampe Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich
des Spektrums hinweg auf. Im Einzelnen wurde eine ergiebigere Lichtemission
im Bereich der roten Farbe des Spektrums, dem Wellenlängenbereich
von 600 bis 650 nm, beobachtet, verglichen mit der vorhin erwähnten Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
(die spektrale Verteilung ist in 10 gezeigt).
Dies liegt an der Lichtemission um 630 nm herum, was sich aus dem
Effekt von Sc ergibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der oben
beschriebene Effekt der Lichtemission durch Sc relativ größer als
bei dem Fall, wo Na im Füllmaterial
enthalten war. Folglich zeigt die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 günstigere
Farbwiedergabeeigenschaften als die vorhin erwähnte Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
und die Metallhalogenidlampe, bei der Na im Füllmaterial enthalten ist.
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Es ist zu beachten, dass der Abstand
zwischen den Elektroden 202 nicht auf 2.5 mm beschränkt ist. Sowie
der Abstand kleiner gemacht wird (z. B. 2 mm oder kleiner), wird
die sich ergebende Leuchtdichte und dergleichen größer werden.
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Es ist auch zu beachten, dass es
wichtig ist, den Abstand zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre 201 und
den Elektroden 202 auf nicht weniger als auf ungefähr das 1,5-fache
des Abstands zwischen den Elektroden 202 festzulegen, um
die Beschädigung
der Lichtbogenröhre 201 zu
vermeiden und um im Fall einer großen Leistungsaufnahme einen
stabilen Lichtbogen zu erhalten.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
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Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel
2 weist den gleichen Aufbau auf, mit der Ausnahme, dass dem Füllmaterial
TmI3 hinzugefügt ist und dass der Abstand
zwischen den Elektroden auf 2.2 mm festgelegt ist.
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Die Messung wurde unter den gleichen
Bedingungen wie bei dem Ausführungsbeispiel
1 durchgeführt. Die
Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel
2 wies einen Lichtbogendurchmesser von 0.7 mm und eine Lichtausbeute
von 93 lm/W auf, welches die gleichen Werte wie bei dem Ausführungsbeispiel
1 waren. Die maximale Leuchtdichte betrug ungefähr das 2,7-fache der der experimentellen Metallhalogenidlampe.
Es versteht sich aus diesen Ergebnissen von selbst, dass die Zugabe
von TmI3 keinen großen Lichtbogendurchmesser mit
sich bringt und dass deshalb eine große Leuchtdichte und eine hohe
Projektionseffizienz erreicht werden kann.
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Was die spektrale Verteilung betrifft,
kann die Lampe von Ausführungsbeispiel
2 sogar ergiebigere Lichtemission über den ganze sichtbaren Bereich
erzielen, insbesondere in der Region der roten Farbe, dem Wellenlängenbereich
von 600 bis 650 nm. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Tm (Thulium) zu
einer Lichtemission über
den ganzen sichtbaren Bereich hinweg führt. Deshalb kann die Lampe
von Ausführungsbeispiel
2 weitgehendere günstige
Farbwiedergabeeigenschaften erzielen, als die Metallhalogenidlampe von
Ausführungsbeispiel
1.
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Es wird angenommen, dass andere Seltenerdelemente
als Tm ebenfalls den gleichen Effekt auf den Lichtbogendurchmesser
haben wie Tm. In Anbetracht dessen wird es auch möglich gemacht,
die Metallhalogenidlampe mit hoher Leuchtdichte und günstigen
Farbwiedergabeeigenschaften durch Hinzufügen von Halogeniden von Seltenerdelementen
wie etwa Holmium und Erbium (HoI3, ErI3 und dergleichen) zum Füllmaterial bereitzustellen,
da diese Halogenide die Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich
zeigen, wie es bei Tm beobachtet wird.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
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Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel
3 besitzt den gleichen Aufbau wie die Lampe des Ausführungsbeispiels
1, mit der Ausnahme, dass die Lampe die Dimensionen aufweist, wie
sie unten angegeben sind.
Innendurchmesser
der Lichtbogenröhre: | 12.0
mm |
Innere
Kapazität
der Lichtbogenröhre: | 1.0
cc |
Abstand
zwischen den Elektroden: | 1.3
mm |
Abstand
zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre und den Anschlussenden
der Elektroden: | ungefähr 6.0 mm |
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Das Füllmaterial besteht aus dem
gleichen Material wie beim Ausführungsbeispiel
1.
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Die Messung für die Lampe, die gemäß der oben
beschriebenen Art und Weise aufgebaut wurde, wurde mit einer Leistungsaufnahme
von 200 W unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie
beim Ausführungsbeispiel
1. Diese Lampe des Ausführungsbeispiels
3 zeigte ebenfalls hohe Leuchtdichte und hohe Projektionseffizienz.
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Die spektrale Verteilung dieser Lampe
ist in 5 gezeigt. 5 veranschaulicht, dass
die Lampe von Ausführungsbeispiel
3 ebenfalls günstige
Farbwiedergabeeigenschaften zeigt.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4
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Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel
4 weist den gleichen Aufbau auf, wie bei Ausführungsbeispiel 3, mit der Ausnahme,
dass ScBr3 (Scandiumbromid) anstelle von ScI3 (Scandiumiodid)
eingesetzt wird und dass der Abstand zwischen den Elektroden auf
1.9 mm festgelegt ist.
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Die Messungen wurden unter den gleichen
Bedingungen durchgeführt,
wie bei dem Ausführungsbeispiel
1, mit der Ausnahme, dass die Leistungsaufnahme 250 W betrug. Die
Lampe von Ausführungsbeispiel
4 zeigte ebenfalls hohe Leuchtdichte und hohe Projektionseffizienz.
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Die spektrale Verteilung dieser Lampe
ist in 6 gezeigt. 6 veranschaulicht, dass
die Lampe von Ausführungsbeispiel
4 ebenfalls weitergehende gut ausgewogene Lichtemission über den
ganzen sichtbaren Bereich hinweg zeigt, als die Metallhalogenidlampe
von Ausführungsbeispiel
3.
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Es versteht sich von selbst, dass
der gleiche Grad an Leuchtdichten und spektralen Verteilungen wie bei
den obigen Ausführungsbeispielen
durch Anlegen einer Spannung mit einer Gleichspannungskomponente erzielt
werden kann, obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen eine alternierende
Spannung mit Rechteckwellen verwendet wurde.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
und seine Vorteile detailliert beschrieben worden sind, sollte es
sich von selbst verstehen, dass verschiedene Veränderungen, Substitutionen und
Abwandlungen hierin gemacht werden können, ohne von Umfang der Erfindung
abzuweichen, wie er durch die angefügten Ansprüche abgegrenzt wird.