NL8005456A - Hogedrukkwikdampontladingslamp. - Google Patents

Description

* « ΕΗΝ 9849 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven -- "Hogedrukkwikdanpontladingslamp "

De uitvinding heeft betrekking op een hogedrukkwikdampont-ladingslanp met een gasdicht, straling doorlatend ontladingsvat, dat voorzien is van middelen voor het in stand houden van de ontlading, en voorts van een ioniseerbare vulling, die een edelgas, kwik, natriumhalo-5 genide en tenminste een halogenide van tenminste een der zeldzame aardmetalen cerium, praseodymium, neodymium en lutetium bevat, welke lamp geschikt is voor een nominaal opgenomen vermogen in het bereik van 10 tot 2000 W. De genoemde middelen voor het in stand houden van de ontlading bestaan in het algemeen uit in het ontladingsvat geplaatste 10 elektroden. Echter is ook een zogenaamd elektrodeloos bedrijf van de lamp Hogelijk, waarbij voor het onderhouden van de ontlading een hoog-frequent-generator wordt toegepast.

Een dergelijke lamp is bekend, bijvoorbeeld uit het Amerikaanse octrooischrift 3.334.261, waarin de mogelijkheid van toepassing van TS zeldzame aardmetalen en hun jodiden in hogedrukkwikdanpontladingslampen aangegeven wordt. De zeldzame aardmetalen hebben het voordeel, dat zij straling emitteren met een spektrale energieverdeling bestaande uit een groot aantal zeer dicht bij elkaar liggende emissie-lijnen, zodat een kwasi-kontinuum ontstaat. Het genoemde octrooischrift geeft al leen voor-20 beelden van lanpen, waarvan de vulling bestaat uit kwik, een edelgas en een der zeldzame aardmetaalj odiden. Voorts vermeldt het octrooischrift de mogelijkheid on natrium als extra katponent aan de lampvulling toe te voegen. Deze maatregel dient om een stabiliserende werking op de ontladingsboog en een verlaging van de ontsteekspanning te verkrijgen.

25 Behalve de aanduiding van een ruim bereik van <È mogelijk toe te passen natriumhoeveelheid ontbreken in het octrooischrift verdere gegevens of voorbeelden van deze maatregel.

Het ontstaan van een zeer . gecontraheerde, instabiele boog in zeldzaam aardmetaal bevattende lampen is een groot bezwaar, dat leidt 30 tot een zodanige verlaging van de specifieke lichtstroom en verkorting van de levensduur van de lamp, dat deze voor praktische toepassingen onbruikbaar wordt. Teneinde de boogstabiliteit van deze lanpen te verbeteren heeft men gezocht naar extra toevoegingen van halogeniden. Dit 80 05 45 6 “ ........... ............

1 r, : “----i------- i PHN 9849 2 heeft geleid tot bruikbare lampen, die naast een zeldzaam aardmetaal-halogenide ook cesiumhalogenide bevatten. Dergelijke lampen zijn bekend, bijvoorbeeld uit de Duitse octrooiaanvrage 2.201.831, waar lampen worden getoond, die halogenide van Ce, Pr of Nd en voorts cesiumhalo-5 genide bevatten. Ofschoon de toevoeging van cesiumhalogenide de gewenste werking heeft, hebben deze lampen het grote nadeel van een niet aanvaardbaar kleuraspekt. Het is dan ook noodzakelijk verdere halogeniden (waaronder de halogeniden van. Na, Dy en an genoemd warden) toe te voegen, teneinde het kleurpunt van de uitgezonden straling zodanig te verschui-10 ven, dat een beter kleuraspekt verkregen wordt. Dit gelukt echter maar zeer ten dele, omdat door het grote aantal van komponenten in de vulling de dampdruk van deze voor kleurkorrektie toegevoegde halogeniden verlaagd kan worden. Bovendien is door het grote aantal komponenten in de vulling het reproduceerbaar vervaardigen van deze lampen zeer moei-15 lijk.

Het doel van de uitvinding is zeldzaam aardmetaal bevattende lampen te verschaffen, die bij een eenvoudige samenstelling van de vulling in kombinatie een hoge specifieke lichtstroom, een diffuse, stabiele ontladingsboog en een wit kleuraspekt bezitten. Onder een wit 20 kleuraspekt wordt hier verstaan, dat het kleurpunt van de uitgezonden straling in de CIE-kleuren-driehoek gelegen is op of zeer nabij, de lijn der zwarte stralers.

Een lamp van de in de aanhef genoemde soort is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de molaire verhouding van het zeld-25 zaam aardmetaal tot het natrium, Ln:Na, een waarde heeft in het bereik van 1 ï2Q tot 1:1, en dat de hoeveelheid kwik per cnf* inhoud van het ontladingsvat, A, een waarde heeft in het bereik van 2 tot 100 mg/cm?, met dien verstande dat Ln:Na en A in de genoemde bereiken een kleine waarde bezitten voor lampen met een hoge waarde van het ncminale vermogen, on en grotere waarden bezitten naarmate het nominale vermogen van de lamp een lagere waarde' heeft.

De uitvinding berust op het inzicht, dat in een zeldzaam aardmetaal bevattende lamp een bevredigende boogstabiliteit verkregen kan worden door toevoeging van natriumhalogenide, indien men relatief 35 grote hoeveelheden natriumhalogenide toepast. Daarbij is gevonden, dat met die lampen die zeldzame aardmetalen bevatten, waarvan het zwaartepunt van de uitgezonden straling in het groene gedeelte van het spek-- trumr is gelegen, dat wil zeggen voor de Ce, Er, Nd of Lu bevattende 80 05 45 6 ri> r PHN 9849 3 lampen, door de toepassing van dergelijke hoeveelheden natriumhalogenide behalve een goede boogstabiliteit ook een geschikt kleurpunt van de uitgezonden straling verkregen kan worden. Derhalve kan in een lamp volgens de uitvinding afgezien worden van cesiuirihalogenide voor het stabiliseren 5 van de boog en ook van verdere halogeniden cm een wit kleuraspekt te verkrijgen.

. _ Uit proeven, die tot de uitvinding hebben geleid, is voorts gebleken, dat geschikte lampen slechts dan verkregen worden, indien men de molaire verhouding van het zeldzaam aardmetaal tot het natrium, 10 Ln:Na, kiest in afhankelijkheid van het opgenanen vermogen waarvoor de lamp berekend is. Dit is een gevolg van het feit, dat de kwikdruk in efficiënte, metaalhalogenide bevattende lampen in afhankelijkheid van het vermogen van de lamp gekozen dient te worden, en wel in die zin, dat lampen met een klein vermogen een hoge kwikdruk en lampen met een groot 15 vermogen en lage kwikdruk vereisen. Aangezien de rode flank van de natrium-straling blijkt toe te nemen met toenemende kwikdruk dient men, om een wit kleuraspekt te verkrijgen, voor de molaire verhouding Ln:Na een grote waarde (derhalve relatief weinig Na) te kiezen bij een hoge kwikdruk, dat wil zeggen bij een lamp met een lage waarde van het opge-20 nomen vermogen.

In een lamp volgens de uitvinding heeft de hoeveelheid kwik per cm' inhoud van het ontladingsvat, A, een waarde van 2 tot 100 mg/crn^, waarbij de minimumwaarde van A geldt voor lampen met een hoge waarde van het opgenanen vermogen (bijvoorbeeld circa 2000 W).. Al naar gelang het 25 wattage van de lamp kleiner is dient, teneinde een efficiënte lamp te verkrijgen, een hogere waarde van A toegepast te worden, waarbij de genoemde maximumwaarde van A geldt voor lampen met een zeer geringe waarde van het opgenanen vermogen (bijvoorbeeld 10 W). Gevonden is nu, dat de verhouding Ln:Na gekozen dient te worden in het bereik 1:20 tot 1:1, 30 waarbij voor het verkrijgen van een wit kleuraspekt de aangegeven minimumwaarde (1:20) voor lampen met een hoog wattage (bijvoorbeeld circa 2000 W) en de maximumwaarde (1:1) voor lampen met een zeer klein vermogen (bijvoorbeeld 10 W) toegepast moet worden. Indien men in een lamp met een bepaald vermogen te veel afwijkt van de voor die lamp geldende opti-35 male waarde van Ln:Na blijkt de uitgezonden straling geen wit kleuraspekt te hebben. Bij te grote waarden van Ln:Na blijkt namelijk de bijdrage van de Na-straling te gering en heeft de lamp een groen kleuraspekt (kleurpunt boven de lijn van de zwarte stralers). Indien Ln:Na te klein 80 05 45 6 ΡΗΝ 9849 4 is, is de Na-bijdrage te groot, waardoor het kleurpunt te ver beneden de lijn van de zwarte stralers verschoven wordt en wederom geen wit kleuraspekt verkregen wordt.

De voorkeur wsrdt gegeven aan een lamp volgens de uitvinding, 5 die daardoor gekenmerkt is, dat de lamp geschikt is voor een vermogen in het bereik van 20 tot 400 W, dat de vulling cerium en/of praseodymium bevat in een hoeveelheid van 1 tot 25^umol per cm3 inhoud van het cntla-dingsvat, en dat Ln:Na een waarde heeft in het bereik van 1:4 tot 1:12. Gebleken is, dat relatief kleine lampen (20-400 W) die Ce en/of Pr bevat-10 ten optimale boogstabiliteit en kleurpuntskorrektie vertonen, indien Ln:Na in het gegeven bereik gekozen wordt, waarbij de dosering van het Ce en/of Pr gekozen wordt van 1 tot 25^umol/cm3. Uiteraard kiest men hierbij weer kleine waarden voor Ln:Na voor lampen met hogere wattages en grotere waarden voor lampen met geringe wattages.

15 Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een lamp volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de lanp geschikt is voor een vermogen in het bereik van 20 tot 400 W, dat de vulling neodymium en/of lutetium bevat in een hoeveelheid van 1 tot 25^,umol per cm3 inhoud van het ontladingsvat, en dat In:Na een waarde heeft in het bereik van 20 1:2,5 tot 1:7. Gevonden is, dat optimale boogstabiliteit en kleurpunts korrektie voor Nd en/of Lu bevattende lampen verkregen worden bij iets hogere waarden voor Ln:Na dan bij de Ce en/of Pr bevattende lampen het geval is.

Uitvoeringsvoorbeelden van lampen volgens de uitvinding 25 zullen nu nader worden beschreven aan de hand van een tekening en een aantal metingen.

In de tekening toont fig. 1 in doorsnede een hogedrukkwikdampantladingslarnp volgens de uitvinding bestemd voor een qpgencmen vermogen van 400 W en 30 toont fig. 2 de doorsnede van een dergelijke lamp bestemd voor een vermogen van 30 W.

Fig. 3 geeft de spektrale energieverdeling weer van een lamp met een konstruktie als geschetst in fig. 1.

35 Fig. 4 toont een gedeelte van de CIE-kleurendriehoek.

In fig. 1 is 1 het kwartsglazen ontladingsvat van een lamp volgens de uitvinding met een nominaal vermogen van 400 W. Aan de beide einden van het vat 1 is een kneep 2 resp. 3 gevormd, waarin de stroom- 80 05 45 6 PHN 9849 5 ’ toevoerelementen 4 en 5 zijn ingesmolten. Deze toevoerelementen zijn in het .vat verbonden met wolfram elektroden 6 respektievelijk 7, waartussen tijdens bedrijf van de lamp de ontlading plaatsvindt. Het ontladingsvat q 1 heeft een inwendige diameter van 15,5 irm en een inhgud van 7 cm . De 5 afstand tussen de elektroden bedraagt 40 mm. Het ontladingsvat 1 is op-gencmen in een geëvakueerde'buitenballon (niet getoond) .

De lamp van fig. 2 is geschikt voor-een nominaal vermogen van 30 W en heeft een ovoïde, kwartsglazen antladingsvat 11 (wanddikte circa 1 mm). Aan de einden 12 respektievelijk 13 zijn molybdeenfolies 14 10 respektievelijk 15, die dienen als strocmtoevoergeleider, ingesmolten.. Deze folies zijn verbonden met in het antladingsvat 11 geplaatste elektroden 16 respektievelijk 17, die bestaan uit wolframpennen (doorsnede circa 0,2 mm). Het ontladingsvat 11 heeft een grootste inwendige dia-meter van 4 mm en een inhoud van 0,07 cm . De elektrode-afstand bedraagt ^ 4,5 mm. Ook de lamp volgens fig. 2 is geplaatst in een geëvakueerde buitenballon (niet getoond in de tekening).

Voorbeelden 1 tot en met 4

Een viertal lampen met een konstruktie als weergegeven in fig. 1 (400 W) werd vervaardigd. Deze lampen werden voorzien van argon 20 tot een druk van 3300 Pa en voorts van kwik, natriumjodide en respektievelijk Ce-, Er-, Nd- en Lu-jodide in de volgende hoeveelheden: voorb. Lnl^ (yU mol) Nal (yU mol) Ln:Na Hg (mg) 25 1 Cel3 25 250 1:10 32 2 Prl3 25 250 1:10 32 3 Ndl3 13 65 1:5 25 4 LuI3 25 125 1:5 32 30

Van deze lampen werden gemeten de specifieke lichtstroom 'V (in lumen/W), het kleurpunt (x;y) en de kleurtemperatuur T (in K) van de uitgezonden straling: 80 05 45 6 35 ESN 9849 6 voorb.. .^(ImyW) x;y Tc (K) 1 112 .436; .403 3015 5 2 98 .407; .386 3400 3 80 .373; .360 4085 4 105 .416; .392 3278 10 Ds optimale waarde van LntNa blijkt voor de Nd- en Lu-bevattende lampen hoger te zijn dan die van de Ce en Pr bevattende lampen. De vier lampen branden stabiel en hebben een wit kleuraspekt. De spektrale energiever-deling van de lamp volgens voorbeeld 1 is weergegeven in de grafiek van Fig. 3. In deze grafiek is op de horizontale as de golflengte λ 15 in nm en op de vertikale as de uitgezonden stralingsenergie E per golf-lengte-interval van 5 nm in willekeurige eenheden uitgezet.

Voorbeelden 5 tot en net 8

Vier lampen,, eveneens bestemd voor een vermogen van 400 W, werden vervaardigd, echter met een andere vorm dan de in fig. 1 getoonde.

2o Het buisvormige kwartsglazen ontladingsvat had een inwendige diameter van 11,5 mm en had konische uiteinden* De elektrode-afstand bedroeg 37 mm en de inhoud van het vat 4 cm . Behalve van argon tot een druk van 3300 Pa werden deze lampen, die tijdens bedrijf aan een hogere wandbe-lasting onderworpen zijn vergeleken met de lampen volgens voorbeelden 25 1 tot en met 4, voorzien van; voorb. bnl3 (^umol) Nal (^umol) Ln-.Na Hg (mg) 5 Cel3 25 250 1;10 14 30 6 Prl3 25 250 1:10 14 7 Ndl3 13 65 1:5 12 8 LuI3 25 125 1:5 14

Uit een vergelijking van de lampen 5 tot en met 8 met de lampen 1 tot en met 4 blijkt, dat bij eenzelfde wattage Ln:Na en de kwikhoeveelheid 3 (in mg/cm ) nagenoeg dezelfde optimale waarde bezitten, maar dat de 3 hoeveelheid Lnl3 (en ook Nal) per cm kan variëren. Deze hoeveelheden 8 ff 0 5 45 6 ΡΗΝ 9849 7 ~ zijn namelijk nog afhankelijk van de vormgeving van het ontladingsvat ' (buisvormig, ovoïde of bolvormig). De metingen aan de lampen 5 tot en net 8, die stabiel branden, worden als volgt sanengevat.

---------------5 ---- voorb. (WW) x?y T (K) c 5 · 115 .432; .406 3090 6 115 .420? .400 3260 7 99 .372? .376 4230 10 8 98 .424? .401 3180

Voorbeeld 9

Een lamp geschikt voor een opgenonen vermogen van 2000 W had 15 een buisvormig ontladingsvat met inwendige diameter van 40,5 itm en een 3 volume van 107 cm ? de eléktrode-afstand bedroeg 85 mm. De lamp was voorzien van 125^umol CeLj en 2500^umol Nal (Ln:Na = 1:20) en voorts van 272 mg Hg en een hoeveelheid edelgas als startgas. Aan de stabiel brandende lamp werd gemeten een specifieke lichts troon van 120,4 lm/W, 20 een kleurtemperatuur van 2670 K en een kleurpunt x?y = .457? .403. Voorbeeld 10

Een lamp bestemd voor een vermogen van 125 W, en voorzien van een ovoïde ontladingsvat met inwendige diameter van 8 itm, elektrode-afstand 8 mm en een volume van circa 0,6 cm , had een vulling bestaande 25 uit 5^umol Celg, 37,5^umol Nal (Ln:Na = 1:7,5) en 16,6 mg Hg en een edelgas als startgas.. Tijdens bedrijf vertoonde deze lamp geen instabiliteit en werd gemeten ") = 86 lm/W, T =* 3500 K en x?y = .400? .375. Voorbeeld 11

Een lamp met een kanstruktie als getoond in fig. 2 (30 W) 30 werd voorzien van 3300 Pa argon en voorts van 2,25 mg Hg, 0,85 mg Cel^ en 1,22 mg Nal (Ln:Na = 1:5). De lamp bleek stabiel te branden (lamp-spanning 123 V, lampstroom 0,28 A) en gemeten werd: 7 = 88 lm/W,

Tc = 3440 K, x?y = .407; .389. Deze lamp, die bijzonder geschikt is voor binnenverlichting had behalve een hoog rendement en een wit kleuraspekt 35 ook een goede kleurweergave (Ra = 71).

Voorbeeld 12

Een lamp met de in fig. 2 getoonde kcnstruktie (30 W), bevattende 3300 Pa argon, 2,60 mg Hg, 0,57 mg Cel^ en 0„80 mg Nal (Ln:Na = 80 05 45 6 FHN 9849 8

V

-------1:4,9) , bleek bij bedrijf (lampspanning 116 V, lainpstroaa 0,308 A) een specifieke lichtstroom van 84,7 lm/W, een kleurtenperatuur van 3515 K en een kleurpunt x;y = .402; .385 te bezitten. De kleurweergave-index Ra bedroeg 66. ' 5 m fig. 4 is een deel van de CIE-kleurendriehoek weergegeven.

In deze grafiek worden de x- en y-koördinaat van kleurpunten uitgezet qp de x- en y-as. Met P en ED zijn respektievelijk de lijn van de kleurpunten van zwarte stralers en van daglichtstraling aangegeven.

Voorts zijn met 2500, 3000, ----7500 de lijnen aangeduid, waarop de 10 kleurpunten met kleurtenperatuur (in K) van die waarde zijn gelegen.

Met Ce, Er, Nd en Lu zijn de kleurpunten aangegeven van zuivere Ce-, Er-, Nd- respektievelijk Lu-straling. Deze kleurpunten liggen ver boven de lijnen P en RD in het groene deel van de kleurendriehoek. De punten 1 tot en met 12 geven de kleurpunten van de lampen volgens de 15 voorbeelden t tot en met 12.. Duidelijk blijkt, dat de lampen volgens de uitvinding een kleurpunt bezitten op of zeemabij de lijn E en zij hebben derhalve een wit kleuraspekt. Ter vergelijking werd een lamp gemaakt nagenoeg gelijk aan die van voorbeeld 12, net dit verschil, dat de Ce-hoeveelheid was gehalveerd en derhalve was Ln:Na nagenoeg gelijk aan 20 1:10. Deze lamp, die relatief te veel Na bevatte, had een kleurpunt x;y - .431; .362 en een magenta kleur aspekt. Het kleurpunt van deze lamp is in fig. 4 met (a) aangegeven. Voorts bleek deze lamp 84,3 lm/W en een Ra van slechts 37 op te leveren.

25 30 35 80 0 5 45 6

Claims (2)

1. 2. Hogedrukkwikdampontladingslaiip volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lamp geschikt is voor een vermogen in het bereik van 20 tot 400 W, dat de vulling cerium en/of praseodymium bevat in hoeveelheid van 1 tot 25^umol per cm3 inhoud van het ontladingsvat, en dat Ln:Na een waarde heeft in het bereik van 1:4 tot 1:12.
2. 3. Hogedrukkwikdampontladingslamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lamp geschikt is voor een vermogen in het bereik van 20 tot 400 W, dat de vulling neodymium en/of lutetium bevat in een hoeveelheid van 1 tot 25^umol per cm inhoud van het ontladingsvat, en dat Ln:Na een waarde heeft in het bereik van 1:2,5 tot 1:7. 25 30 80 0 5 45 6 35