EP2024988B1

EP2024988B1 - Hochdruckentladungslampe mit metallhalogenidfüllung

Info

Publication number: EP2024988B1
Application number: EP07729729A
Authority: EP
Inventors: Hans Eisemann
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP2009539212A; ATE492902T1; WO2007141186A1; CA2653853A1; US8072140B2; EP2024988A1; CN101454864B; US20090108756A1; DE102006025947A1; CN101454864A; DE502007006036D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Füllungen bzw. Lampen sind insbesondere für Allgemeinbeleuchtung oder auch für fotooptische Zwecke gedacht.

Stand der Technik

Zur Erzielung neutralweißer und tageslichtähnlicher Lichtfarben mit Halogenmetalldampflampen sind verschiedene Metallhalogenid-Füllungen bekannt. Das Patent US-A 2003001502 beschreibt eine Metallhalogenidlampe mit einer Füllung, die Sn, In und den Erdalkalimetallen K, Rb und Cs. Wegen seiner niedrigen Ionisierungsenergie weitet Cs den Bogen auf, verhindert dessen Einschnüren und senkt die Brennspannung. Nachteilig daran ist, dass Cs im Infraroten einen beträchtlichen Strahlungsanteil abgibt, der außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegt und somit die Lichtausbeute reduziert. Das Spektrum einer solchen Lampe ist im Prinzip in Fig. 2 dargestellt. Nachteilig ist weiterhin die relativ hohe Farbortdrift, die in dem Farbortdiagramm in Fig. 8 im Prinzip dargestellt ist.
Eine Metallhalogenidfüllung mit Mn ist in dem Patent DE-A 19907301 angegeben. Da diese als weiteren Füllungsbestandteil Cs enthält, ist bei dieser Füllung ebenfalls die reduzierte Lichtausbeute nachteilig.
Die Verwendung von Rb in Metallhalogenidlampen ist bekannt. So ist eine Quecksilberfreie Halogenmetalldampflampe mit dem Füllungsbestandteil Rb in dem Patent US-A 2003067262 dargestellt. Jedoch ist hier, bedingt durch die Quecksilberfreiheit, die Lichtausbeute relativ gering.
Das Patent JP-A 2004337627 beschreibt als spezielle Anwendung Rubidium in einer Lampe für die photodynamische Therapie.
Das Patent JP-B 7282775 gibt eine Metallhalogenidlampe mit einem Dy-TI-System als Füllung an, die zusätzlich Neodym, Kalium und Rubidium enthält. Diese Füllung kommt ohne Cs aus und zeichnet sich durch eine hohe Farbwiedergabe aus. Diese Lampe hat jedoch eine relativ hohe Farbortdrift.
Aus der US-A 2004/070322 und der EP 1 530 231 sind Hochdruckentladungslampen bekannt, die Rb-Halogenid als Infrarotstrahler verwenden. Aus der US 6 284 165 ist eine Methode bekannt um zuverlässig Metallhalogenidfüllungen unter Verwendung eines Verstärkungsmittels herzustellen und in Lampengefäße einzubringen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Metallhalogenidlampe bereitzustellen, die als Füllung zwar Rb enthält, die jedoch kein Cäsium enthält, wobei eine Farbtemperatur von mindestens 4200 K unter Einhaltung einer sehr guten Farbwiedergabe realisiert wird, insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe für die Allgemeinbeleuchtung mit einer Lichtfarbe Daylight bis neutralweiß mit einem R_a>90 und insbesondere einem R₉>70 zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Im Detail wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Metallhalogenidfüllung aus Rb- und Mn-Halogenid besteht. Zur weiteren Verbesserung von Ra und R9 sind sie mit weiteren Halogeniden kombiniert. Verwendet werden dazu Halogenide der Elemente Dy, T1, V in Kombination. Vorzugsweise werden auch Ho und/oder Tm verwendet werden.
Die Kombination aus Rb und Mn vermeidet die Zugabe an Cs, weil Rb ähnlich Cs eine niedrige Ionisierungsenergie hat und somit den Bogen aufweitet.
Bevorzugt wird falls notwendig eines der weiteren Elemente, jeweils als Halogenid, zugegeben. Für tageslichtähnliche Lichtfarben, insbesondere bei einer Farbtemperatur von mehr als 5300 K, eignet sich vor allem Dy, Ho, Tm, V, T1 als Zusatz, für neutralweiß, insbesondere bei einer Farbtemperatur zwischen 4000 und 5200 K, eignet sich vor allem Dy, V, T1 als Zusatz.
Der relative Anteil der Massen der Elemente Rb und Mn zueinander sollte bevorzugt im Bereich 0,15 und 210 liegen. Der Anteil der Massen kann für jedes weitere Metall 0,1 bis 35 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes betragen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Figur 1: eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;
Figur 2 bis 3: ein Spektrum einer derartigen Lampe sowie einer Vergleichslampe;
Figur 4 bis 5: die Lichtausbeute als Funktion der Lebens- dauer (absolut und relativ) der beiden Lampen aus Figur 2 und 3;
Figur 6 bis 7: die Farbtemperatur und den Farbort als Funktion der Lebensdauer der beiden Lampen aus Figur 2 und 3.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel einer 400 W Metallhalogenidlampe ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Es handelt sich um ein Entladungsgefäß 1, das von einem zylindrischen evakuierten Außenkolben 2 aus Hartglas umschlossen ist, der einseitig gesockelt ist. Das eine Ende des Außenkolbens 2 besitzt eine abgerundete Kuppe 3, wohingegen das andere Ende einen Schraubsockel 4 aufweist. Ein Haltegestell 5 fixiert das Entladungsgefäß 1 axial im Innern des Außenkolbens 2.
Das Entladungsgefäß besteht aus einem zweiseitig gequetschten Brennerkörper, der zwei Elektroden 6 enthält. Die Enden des Entladungsgefäßes 1 sind mit einem wärmereflektierenden Belag 7 versehen. Das Volumen des Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 8 ml. Als Grundgas befinden sich im Entladungsgefäß 56 mbar Ar. Das Entladungsgefäß wurde mit 29 mg Hg und 14 mg Metallhalogeniden gefüllt. Die Zusammensetzung der Metallhalogenidfüllung ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Anteil Metallhalogenid / Gew.-%

DyJ₃ TlJ HoJ₃ TmJ₃ VJ₂ MnJ₂ RbJ

27.0 13.5 8.2 8.2 2.1 23.8 17.2
Das Entladungsgefäß 1 wird vorzugsweise innerhalb eines Außenkolbens 2 betrieben, der für eine besonders gute Farbwiedergabe evakuiert ist. Zur Erhöhung der Lebensdauer kann der Außenkolben eine Gasfüllung, beispielsweise 70 kPa N₂ oder 50 kPa CO₂ enthalten, wobei die Farbwiedergabe etwas reduziert ist.
Diese Lampe hat bei einem Alter von 100 h eine ähnlichste Farbtemperatur von 5050 K, liegt annähernd auf der Tageslichtkurve (Abstand beträgt 0.0012), besitzt einen allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a=94, einen speziellen Farbwiedergabeindex R₉=70 und eine Lichtausbeute von 84 lm/W.
Fig. 2 zeigt das Spektrum einer 100 h alten Lampe mit markierten Spektrallinien von Rb nach oben genanntem Ausführungsbeispiel. Figur 3 zeigt das Spektrum einer Vergleichslampe mit Cs-haltiger Füllung. Beim Vergleich von Fig. 2 mit Fig. 3 sieht man, dass die Lampe mit Rb wesentlich weniger Strahlungsanteile im Infraroten (Bereich oberhalb 800 nm) abgibt, als die Lampe mit Cs. Dass die Lampe mit Rb und Mn eine höhere Lichtausbeute Eta (η) und höhere Lumen-Maintenance im Vergleich zur Standardfüllung mit Cs aufweist, ist in den Fig. 4 und 5 bis zu einer Lebensdauer von 2500 h dargestellt. Dort ist die Lichtausbeute η als Funktion der Lebensdauer in Stunden absolut dargestellt (Figur 4) und in Prozent, bezogen auf den Anfangswert (Figur 5).
Ein weiterer Vorzug der Lampe mit Metallhalogenidfüllung mit Rb und Mn ist ihre überraschend hohe Farbstabilität. Die ähnlichste Farbtemperatur driftet im Zeitraum von 100 h bis 2500 h um nur 70 K (Kreuze). Der Farbort verschiebt sich parallel zur Tageslichtkurve. Dagegen driftet bei der Lampe mit Standardfüllung und Cs die ähnlichste Farbtemperatur um rund 500 K und der Farbort bewegt sich in dem Bereich der Judd'schen Geraden nicht parallel zur Tageslichtkurve (Karos). Dieses Verhalten ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt, die die ähnlichste Farbtemperatur als Funktion des Lampenalters (Figur 6) und das Farbortdiagramm (Figur 7) enthalten. ,

Claims

Hochdruckentladungslampe für die Allgemeinbeleuchtung oder für fotooptische Zwecke, mit einem Entladungsgefäß (1) sowie zwei Elektroden (5) und mit einer im Entladungsgefäß enthaltenen ionisierbaren Füllung mit mindestens einem Inertgas Quecksilber, und mit einer Metallhalogenidfüllung auf Basis von mindestens einem Halogen, wobei die Füllung Rubidiumhalogenid umfasst, und die Füllung frei von Cäsium ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbtemperatur von mindestens 4200 K realisiert wird, indem die Füllung zumindest noch den Bestandteil Mangan-Halogenid enthält sowie zusätzlich noch mindestens ein Halogenid von Thallium und von Vanadium und mindestens ein Halogenid des Seltenerdmetalls Dy enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halogen Jod oder/und Brom ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Füllung zusätzlich mindestens ein weiteres Halogenid von einem der Seltenerdmetalle Tm, Ho enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung Rb in einer Menge von 0.01 bis 60 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an Mn 0.01 bis 50 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Massen Rb:Mn zwischen 0,15 und 210 beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an weiterem Metall aus der Gruppe TI, Dy, Ho, Tm, V mindestens 0,1 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an V bis 25 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an Dy bis 35 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an TI bis 15 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an Ho bis 18 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge an Tm bis 18 µmol pro ml Volumen des Entladungsgefäßes beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) innerhalb eines Außenkolbens (3) angeordnet ist.