JP2006339156A

JP2006339156A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2006339156A
Application number: JP2006151405A
Authority: JP
Inventors: Teja Lehmann; レーマンテヤ
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2006-12-14
Also published as: NL2000084C1; CA2549231A1; US7683549B2; DE102005025418A1; US20060273726A1

Abstract

【課題】特に赤色のスペクトル範囲において特に良好な演色を示す冒頭で述べたメタルハライドランプ用の金属ハロゲン化物の封入物を提供する。
【解決手段】少なくとも１種の不活性ガスと、水銀と、少なくとも１種のハロゲンを持つ金属ハロゲン化物とを有するイオン化可能な封入物を含み、封入物がハロゲン化物用の金属としてＣａと少なくとも１種の希土類元素とを含んでいるメタルハライドランプにおいて、封入物がさらにハロゲン化鉛を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１種の不活性ガスと、水銀と、少なくとも１種のハロゲンを持つ金属ハロゲン化物とを有するイオン化可能な封入物を含み、封入物がハロゲン化物用の金属としてＣａと少なくとも１種の希土類元素とを含んでいるメタルハライドランプに関する。

封入物は特に温白色の光色を有するランプ用の封入物である。

温白色の光色を得るために、金属のＮａ，Ｓｃ，Ｌｉ，Ｄｙ，Ｔｌを有する金属ハロゲン化物の封入物を含み温白色の光色を持つメタルハライドランプが知られている（例えば、特許文献１参照）。色温度は３０００Ｋである。

スカンジウムを有するこの種の封入物は維持が悪く、それゆえ光束が点灯期間中に明らかに低下する。さらに、スカンジウムをベースとするランプにおける演色は特に赤色のスペクトル範囲において比較的悪い。

エミッタとして、Ｔｌ，Ｓｃ，Ｃａ，Ｃｓ、Ｄｙ、Ｎａ，Ｓｎ，Ｌａ，Ｌｉ．Ｂａから成るヨウ化物の１種を使用する金属ハロゲン化物の封入物が知られている（例えば、特許文献２参照）。緩衝ガスとしてＳｂ、Ａｓ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｐｂから成るヨウ化金属の１種が使用される。緩衝ガスはとりわけ放電の電気特性の設定に使われる。それに対して、演色への緩衝ガスの影響は言及されていない。具体的には緩衝ガスＺｎＩ₂，ＣｄＩ₂を有する封入物しか紹介されていない。緩衝ガスとしてＺｎＩ₂を用いる実施例の場合、第２の緩衝ガスとして追加的に少量の水銀が利用されている。

４０００Ｋ以下の色温度を有するランプにおいて赤色の演色を改善するために、Ｃａのハロゲン化物とＡｌもしくはＧａの錯形成ハロゲン化物とを有する封入物を利用することが知られている（例えば、特許文献３参照）。他の成分は、水銀および希ガスを無視すると、Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｃｓのハロゲン化物である。

非常に良好な演色を得るために、石英ガラスから成り楕円形に成形された放電管内でヨウ化カルシウム、ヨウ化タリウムおよびヨウ化スズを有する封入物を使用することが知られている（例えば、特許文献４参照）。
米国特許第５６９４００２号明細書英国特許第１３１６８０３号明細書米国特許出願公開第２００３−０１４１８１８号明細書米国特許第４７４２２６８号明細書

本発明の課題は、特に赤色のスペクトル範囲において特に良好な演色を示す冒頭で述べたメタルハライドランプ用の金属ハロゲン化物の封入物を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、少なくとも１種の不活性ガスと、水銀と、少なくとも１種のハロゲンを持つ金属ハロゲン化物とを有するイオン化可能な封入物を含み、封入物がハロゲン化物用の金属としてＣａと少なくとも１種の希土類元素とを含んでいるメタルハライドランプにおいて、封入物がさらにハロゲン化鉛を含むことによって解決される。

本発明の実施態様は次の通りである。

封入物がさらに金属Ｔｌ，Ｎａのうちの少なくとも１種のハロゲン化物を含む（請求項２）。

希土類元素Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍのグループから選択された少なくとも１種のハロゲン化物、特に３つの全ての希土類元素Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍのハロゲン化物が使用される（請求項３）。

封入物は次の成分すなわちヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）：１５〜７２モル％、希土類元素のヨウ化物（ＳＥＩ₃）：３〜２６モル％（但し、ＳＥは希土類元素）、ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂）：２〜５モル％を使用する（請求項４）。

封入物は次の成分すなわちヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）：１５〜５０モル％、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：２０〜７０モル％、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）：３〜１５モル％、希土類元素のヨウ化物（ＳＥＩ₃）：３〜１５モル％（但し、ＳＥは希土類元素）、ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂）：２〜５モル％、特に２．４〜３．６モル％を使用する（請求項５）。

メタルハライドランプがさらに硬質ガラスまたは石英ガラスから成る外管とセラミックスから成り２つの電極を備える放電管とを含む（請求項６）。

本発明によれば、Ｃａおよび希土類元素の他に追加的にハロゲン化鉛を用いる金属ハロゲン化物の封入物が使用される。なお、別のハロゲン化物、特にＮａおよび／またはＴｌのハロゲン化物としての他の成分が含まれていてもよい。ハロゲンとしてはヨウ素および／または臭素が使用される。希土類元素としては好ましくは元素Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍの少なくとも１種が使用され、特に３つの全ての元素Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍが同時に使用される。

封入物は多量の、特に１５〜５０モル％のＣａＩ₂を含んでいると好ましい。その場合、さらにハロゲン化物、好ましくは希土類元素（ＳＥ）、ナトリウムおよびタリウムのヨウ化物を含む封入物は優れている。低い色温度、好ましくは４０００Ｋ以下の、特に２５００〜３５００Ｋの色温度の際の赤色の演色の重要な改善は少量のＰｂＩ₂の添加によって初めて得られる。追加的にリチウムＬｉおよび／またはセシウムＣｓが添加されてもよい。

希土類金属としてはジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，ツリウムＴｍの少なくとも１つが推奨されるが、特に３つのＤｙ，Ｈｏ，Ｔｍの全ての混合物が使用されてもよい。ハロゲンとしてはヨウ素または臭素が使用される。封入物が臭素よりヨウ素を多く含むと好ましい。特にヨウ素は単独で使用されるが、臭素がモルで見て最大１０％の割合で含まれていてもよい。

封入物の組成が以下のようであると好ましい。すなわち、緩衝ガスとして作用する多量の水銀Ｈｇ（典型的に５〜１５ｍｇ／ｃｍ³）の他に、光を放出する封入物は次の組成を有する。

ヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）１５〜７２モル％、特に５０モル％以下
希土類元素のヨウ化物（ＳＥＩ₃）３〜２６モル％、特に５．５〜１５モル％
ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂）２〜５モル％、特に２．４〜３．６モル％
これらの成分の全てが必要である。なお、ＳＥは希土類元素を表す。

さらに、追加的に次の成分が添加されてもよい。

ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０〜７０モル％、特に２０〜４８モル％
ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）０〜１５モル％、特に少なくとも３モル％、
好ましくは６〜１１モル％
少量の、特に０．５〜２モル％の他の追加的な成分は特にヨウ化リチウムおよびヨウ化セシウムである。

ヨウ化鉛の添加はヨウ化鉛を有しない同様の封入物に比べて色温度の低下に役立つ。この低下はヨウ化鉛の量に応じて２００〜１０００Ｋのオーダである。同時に特殊演色評価数（赤）Ｒ９は約１０〜４０ポイント上がる。

封入物は特にセラミック放電管を使用する際に役に立つ。封入物は円筒形状および膨らんだ形状に対して等しく適用される。７０ｌｍ／Ｗ以上の典型的な効率が達成される。平均演色評価数Ｒａは９０以上であり、色温度は３０００Ｋのオーダ（典型的には２８００〜３１００Ｋの値）にあり、特殊演色評価数（赤）Ｒ９は６０以上である。

観察された効果は封入パラメータのスペクトル成分の単純加算によって説明できない。従って、ヨウ化鉛は従来ではエミッタとして使用されておらず、寧ろ緩衝ガスとして使用されていた。

一般的に色温度を低下させかつ同時に赤色の演色を改善するために、６１０ｎｍ以上において、特にほぼ６３０ｎｍの範囲において放出を強め、および／または４９０〜６１０ｎｍの放出、特にほぼ５８０ｎｍの放出を弱めると好ましい。

ヨウ化鉛を添加し、封入物を綿密に選択すると、２つのことが同時に成功する。ヨウ化鉛はハロゲン化カルシウムの存在下で６１０ｎｍ以上において、特に６２０〜６６０ｎｍのＣａＩ₂分子帯の範囲において高い放出を生じる。しかし、それによって６１０ｎｍ以下において、特にＮａ（５９０ｎｍ）およびＴｌ（５３５ｎｍ）の共鳴線の範囲において放出が低くなる。スペクトルの観察された変化を惹き起こす原因として、複数のメカニズム、特にＮａ−Ｓｎ封入物において典型的に既に知られている錯形成が問題となる。Ｃａ−Ｐｂ系における錯形成によって、とりわけ光学的に細いＣａ線およびＣａＩ₂分子帯の放出が増大する。強く蒸発するＰｂＩ₂の添加はさらに分子の解離プロセス／再結合プロセスに亘って狭い温度分布を生じる。このことは分子の放射条件を改善し、原子共鳴線の放射を妨げる。最後に、第３のメカニズムとして、ＰｂＩ₂分子の短波方向に増大する吸収が関与することがある
本発明による封入物は全般照明用として５０〜１０００Ｗの定格電力を有するメタルハライドランプに好適である。この封入物は低い輝度から中間の輝度用として使用される。管壁負荷は典型的に４０（Ｗ／ｃｍ²）以下であり、比出力は３０（Ｗ／ｍｍアーク長）以下である。

寿命は少量のヨウ化鉛の添加によってマイナスに影響されない。電極および電極容器の腐食は回避される。

以下において本発明を複数の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明によるメタルハライドランプを示し、
図２はこのメタルハライドランプのスペクトルを示し、
図３はＰｂＩ₂添加物を有しない封入物と比較してこのスペクトルの変化を示す。

図１には、硬質ガラスまたは石英ガラスから成る外管１を備えるメタルハライドランプが示されている。外管１は長手軸線Ａを有し、片側がステム封止部２によって閉塞されている。ステム封止部２では２本のリード（図示されていない）が外側に向けて導かれている。これらのリードは口金５内で終了している。外管１内には、両側を密閉され膨らんだセラミック製放電管１０が軸線方向に設置されている。放電管１０は金属ハロゲン化物から成る封入物を備え、Ａｌ₂Ｏ₃から構成されている。この放電管１０内には電極３が突入しており、この電極３は引込み線６を介してインナーリード４に接続されている。

メタルハライドランプの電力は７０Ｗであり、色温度は２９００Ｋである。

放電管１０は特に内部が球形または楕円形であってもよく、あるいは放電管１０は２つの半球部材の間に短い円筒状中間部材を有することによって球形形状とは異なっていてもよい。放電管１０は特に欧州特許出願公開第８４１６８７号明細書に記載されている寸法を有している。

内壁の形状は特に次のようになっている。
（１）この形状は、長さＬおよび内径Ｒを持つほぼ真っ直ぐな円筒状中間部分と、同一の半径Ｒを持つ２つのほぼ半球状の端部部材とを有している。
（２）円筒状中間部分の長さＬはその内径Ｒより小さいか又は等しい。

Ｌ≦Ｒ
（３）放電管の内部長さ２Ｒ＋Ｌは電極間隔ＥＡより少なくとも１０％大きい。

２Ｒ＋Ｌ≧１．１ＥＡ
（４）放電管の直径２Ｒは電極間隔ＥＡの少なくとも８０％に相当する。同時に放電管の直径２Ｒは最高でも電極間隔ＥＡの１５０％の長さを有していてもよい。

１．５ＥＡ≧２Ｒ≧０．８ＥＡ
具体的にここでは例えばＬ＝１．９５ｍｍ、Ｒ＝３．９５ｍｍおよびＥＡ＝７．４ｍｍである。

放電管内には約３００ｍｂａｒの冷封入圧下で希ガスのグループから選ばれた点弧可能なガスが存在している。さらに、０．３５ｍｌの放電容積を有する放電管内には、５．４ｍｇの水銀と、表１によるモル組成（モル％）から成る金属ハロゲン化物の混合物（７．５ｍｇ）とが存在する。

入力電力は典型的に５０〜４００Ｗの範囲にある。このメタルハライドランプの実施例ＡＢ１，ＡＢ２の平均演色評価数Ｒａは典型的に９３であり、特殊演色評価数（赤）Ｒ９は６７である。

ハロゲン化鉛はこの検査されたメタルハライドランプにおいては緩衝剤として作用しない。というのは、ハロゲン化鉛は電気抵抗への大きな影響を示さず、ランプ電圧に影響しないからである。寧ろ、ハロゲン化鉛は放出特性に影響する成分として現れる。これは、線または帯としての直接的な固有の放出によって生じるのではなく、寧ろ他の金属ハロゲン化物、特にＣａ、同様にＮａ，Ｔｌの金属ハロゲン化物の放出の影響によって生じる。

図２は実施例ＡＢ１による１００時間の点灯後のランプのスペクトルを示す。このランプの放電管は表１に基づいて５．４ｍｇの水銀Ｈｇと７．５ｍｇの金属ハロゲン化物の封入物とを含んでいる。スペクトルは表１の基準のスペクトルと比較される。図２において、短波放出の強度は赤色のスペクトル範囲では明らかに高く、４００〜６００ｎｍの範囲では低い。鉛を含む封入物は太い実線で示され、基準は細い実線で示されている。

スペクトルへのヨウ化鉛の影響を明確に示すために、図３には実施例ＡＢ１対基準Ｒｅｆの強度の商が記入されている。図３において、短波放出の強度は赤色のスペクトル範囲では高く、４００〜６００ｎｍの範囲、特にほぼ５９０ないし５４０ｎｍのＮａ，Ｔｌの共鳴線の範囲では低い。

金属ハロゲン化物の相対的な比を選択することによって、高い色温度または低い色温度を設定することができる。封入物は希土類元素としてそれぞれＴｍ，Ｄｙ，Ｈｏをほぼ同じ割合で使用する。この割合は、特に比において一番少ない成分の最大３倍まで、すなわち３：３：１まで変えることができる。しかし、所望された結果に応じて、１種または２種の希土類元素のみ、例えばＤｙのみを使用することもできる。

本発明によるメタルハライドランプを示す概略図このメタルハライドランプのスペクトルを示す図ＰｂＩ₂添加物を有しない封入物と比較してスペクトルの変化を示す図

符号の説明

１外管
２ステム封止部
３電極
４インナーリード
５口金
６引込み線
１０放電管

Claims

少なくとも１種の不活性ガスと、水銀と、少なくとも１種のハロゲンを持つ金属ハロゲン化物とを有するイオン化可能な封入物を含み、封入物がハロゲン化物用の金属としてＣａと少なくとも１種の希土類元素とを含んでいるメタルハライドランプにおいて、封入物がさらにハロゲン化鉛を含むことを特徴とするメタルハライドランプ。
封入物がさらに金属Ｔｌ，Ｎａのうちの少なくとも１種のハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
希土類元素Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍのグループから選択された少なくとも１種のハロゲン化物が使用されることを特徴とする請求項１記載もメタルハライドランプ。
封入物は次の成分
ヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）１５〜７２モル％
希土類元素のヨウ化物（ＳＥＩ₃）３〜２６モル％（但し、ＳＥは希土類元素）
ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂）２〜５モル％
を使用することを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
封入物は次の成分
ヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）１５〜５０モル％
ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）２０〜７０モル％
ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）３〜１５モル％
希土類元素のヨウ化物（ＳＥＩ₃）３〜１５モル％（但し、ＳＥは希土類元素）
ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂）２〜５モル％
を使用することを特徴とする請求項２記載のメタルハライドランプ。
メタルハライドランプがさらに硬質ガラスまたは石英ガラスから成る外管とセラミックスから成り２つの電極（１１）を備える放電管（２）とを含むことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。