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Dokumentenidentifikation DE69325349T2 24.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0603014
Titel Elektrodenlose Lampe
Anmelder Flowil International Lighting (Holding) B.V., Amsterdam, NL
Erfinder Feuersanger, Alfred E., Framingham MA 01701, US;
Struck, Charles William, Medfield MA 02052, US;
Keeffe, William M., Rockport MA 01966, US;
Shea, Michael J., Salem MA 01970, US
Vertreter Lemke, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 86447 Aindling
DE-Aktenzeichen 69325349
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.12.1993
EP-Aktenzeichen 933103129
EP-Offenlegungsdatum 22.06.1994
EP date of grant 16.06.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse H01J 61/12
IPC-Nebenklasse H01J 65/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lampenkolben. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Lampenkolben für eine elektrodenlose Lampe mit einer Metalljodidfüllung, die eine verbesserte Farbwiedergabe aufweist.

Die hochfrequente elektromagnetische Felderregung von Gasentladungen ist über viele Jahre studiert und angewendet worden. Ursprünglich wurden Mikrowellen bei Gasentladungsvorrichtungen wie Geräuschquellen, Sende- und Empfangsröhren (TR) und allgemeine Gasentladungsschaltungselemente verwendet. Das Zusammenwirken von Mikrowellen mit Gasentladungen wurde von S. C. Brown, Introduction to Electrical Discharges in Gases, John Wiley & Sons, Inc., New York, (1966), behandelt. Eine frühe Anwendung auf Lampen wird in "Microwave Discharge Cavities Operating at 2450 MHz" von F. C. Fehsenfeld et al., Rev. Sci. Instruments, 36, No. 3, (March 1965) erläutert, wo bei einem resonanten Entladungshohlraum von der Quelle Leistung auf die Lampe übertragen wird. Die Lampe wird von dem resonanten Hohlraum im wesentlichen eingeschlossen, was den Durchlaß des Lichts von der Gasentladungsquelle behindert.

Die ersten praktischen Mikrowellenlichtquellen, oftmals elektrodenlose Lampen genannt, wurden von einer Gruppe in den GTE Laboratories im Jahre 1975 beschrieben. Bei Verwendung einer elektrodenlosen Lampe und einer Endhalterung mit einem inneren und äußeren Leiter wird dieselbe durch Hochfrequenzenergie bei 915 oder 2450 MHz oder im möglichen Frequenzbereich von 100 MHz bis 300 GHz erregt. Diese Arbeit wurde in den folgenden Patenten beschrieben und abgedeckt: US-A-3 942 058; US-A-3 942 068; US-A-3 943 401; US-A-3 943 402; US-A-3 943 403; US-A-3 943 404; US-A-3 993 927; US-A- 3 995 195; US-A-3 997 816; US-A- 4 001 631; US-A- 4 001 632; US-A-4 002 944; US-A-4 041 352; US-A-4 053 814; US-A-4 065 701; US-A-4 070 603; US-A-4 178 534 und US-A-4 266 162.

Die möglichen Frequenzbänder, die für den Betrieb von Mikrowellenlampen verfügbar sind, werden durch die Federal Communications Commission in den Rules and Regulations, Vol. II, Part 18, Industrial, Scientific and Medical Equipment, Federal Communication Commission, July 1981, geregelt, siehe 18.13, Seite 180. Richtlinien bezüglich Schwellengrenzwerten für Mikrowellenstrahlung sind von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists in Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices for 1989-1990 veröffentlicht worden; American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, Ohio, pp. 108-111.

Mikrowellengespeiste Lampen bestehen aus einer Gasentladung in einer versiegelten Hülle, die eine chemische Füllung aus Quecksilber, Metallhalogeniden und Startgas wie Argon enthält. Die Mikrowellenenergie aus einer Leistungsquelle (Festkörper-, Magnetron- oder andere Röhre) wird über eine Übertragungsleitung gekoppelt (beispielsweise Wellenleiter, Koaxialleitung oder Mikrostreifenleitung). Impedanzanpassung koppelt das elektromagnetische Feld effizient an die chemische Füllung zur Zündung, Entwicklung und Aufrechterhaltung der Entladung zwecks effizienter Erzeugung von Licht. Die lichtaussendende Plasmaentladung, die Lampenfüllung, der Brenner und der Feldkoppler bilden die wirksam impedanzangepaßte Ladung (feldgekoppelte Lampenladung), für welche die leistungszuführende Mikrowellenübertragungsleitung sorgt.

Die US-A-4 427 921 beschreibt eine solche Aufbringung von Hochfrequenzleistung auf eine Metalljodide oder Jod enthaltende elektrodenlose Lampe. Die optische Emission wird als von erregten Jodatomen dominiert beschrieben, welche ultraviolettes Licht bei 206,2 um aussendet. Es werden zusätzliche Emissionen als in den sichtbaren und ultravioletten Bereichen des Spektrums von Strahlungsübergängen in I, I&sub2;,HgI&sub2;, HgI, Cd, CdI&sub2;, CdI, etc. erzeugt beschrieben, die von der Zusammensetzung des Füllmaterials abhängen.

Die US-A- 4 206 387 beschreibt Scandiumjodid und Natriumjodid aufweisende chemische Füllungen für eine elektrodenlose Lampe zur Gewährleistung hoher Effizienz (etwa 100 LPW), jedoch nur mäßiger Farbwiedergabe (CRI = 65). Wie dargelegt, führt die Verwendung von Seltene-Erde-Füllungen bei elektrodenlosen Lampen zu "sehr hohen Wandladungen..., was zu einem rapiden Abfall der Farbtemperatur führt... und zu einer sehr kurzen effektiven Lebensdauer von etwa 200 Stunden". Die verbesserte elektrodenlose Lampe wird in Spalte 6, Zeilen 50 bis 55, dahingehend beschrieben, daß "für eine Hochdruckentladung Quecksilber benötigt wird, Argon zur Zündung der Entladung verwendet wird, und ein Seltene-Erde-Halogenid verwendet wird, um eine atomare plus molekulare Emission zu erhalten". Die Resultate werden als verbessert beschrieben bei Zufügung von Zäsiumhalogenid, jedoch werden lediglich Quecksilber, Argon und ein Seltene-Erde-Halogenid als notwendig beschrieben. Die verbesserte Füllung umfaßt eine Seltene-Erde-Verbindung, d. h. Dysprosiumjodid, Holmiumjodid.

Aufgrund ihrer überlegenen Effizienz und Betriebslebensdauer sind herkömmliche, eine chemische Füllung aus Alkali- und Scandiumjodiden enthaltende Elektrodenlampen sehr zu wünschen. Die Metalarc M100/U Lampe der Firma GTE mit einer NaIScI&sub3;CsI-Chemie besitzt einen Farbwiedergabeindex (CRI) von 65, eine anfängliche Lumenzahl pro Watt (LPW) von 85 und eine Lebensdauer von 10000 Stunden. Die obige Chemie kann durch den Ersatz des Elements Zäsium durch Lithium zur Bildung einer Chemie von NaIScI&sub3;LiI modifiziert werden. Die sich daraus ergebende Lampe besitzt einen verbesserten CRI von 73, während sie nach wie vor die 10000 Stunden Lebensdauer und die 85 LPW-Effizienz behält. Ein CRI von 73 muß jedoch für diejenige hervorragende Farbwiedergabe weiter verbessert werden, wie sie für die Beleuchtung von Bühnenräumen, Auslagen in Geschäften und dekorative Illumination für die Verwendung sowohl im Innen- als auch im Außenbereich benötigt wird. Ohne eine solche zusätzliche Verbesserung begrenzen ihre Farbwiedergabeeigenschaften bei bestimmten farbkritischen Anwendungen ihre kommerzielle Verwendung.

Mit der elektrodenlosen Lampe bzw. mikrowellengespeisten Lampe sind im Vergleich mit der konventionellen Elektrodenlampe gewisse Vorteile verbunden. Die Abwesenheit von Stromleiterelektroden, d. h. die Eliminierung von Wolfram aus dem Inneren der Gasentladungsröhre reduziert signifikant die Begrenzungen, die den chemischen Hochtemperaturreaktionen der aktiven lichterzeugenden Lampenfüllung mit dem Behälter und den elektrischen Lampenmaterialien auferlegt ist. Die Elektrodendurchführungen (beipielsweise Quetschdichtungen), die zu Lampendefekten führen können, werden ebenfalls nicht benötigt. Außerdem wird die Lampeneffizienz im Vergleich mit äquivalenten Elektrodenlampen durch die Abwesenheit der elektrischen und thermischen Leitungsverluste verbessert, die in Lampen mit Leiterelektroden verursacht werden. Die Elektrolyse von Füllungsbestandteilen wie Natrium wird reduziert, um eine gute Farbstabilität zu ergeben. Die verbesserte Lampenfunktion kann ohne eine Erhöhung der Wandtemperaturen leichter erreicht werden.

Diese Vorteile für sich verbessern nicht den CRI elektrodenloser Lampen. Mit Seltene-Erde-Füllungen erlauben sie auch nicht ausreichend niedrige Temperaturen an der Wand der Gasentladungsröhre, um Langlebigkeit zu fördern. Weitere Verbesserungen der chemischen Füllungen für hochfrequente mikrowellengespeiste Lampen sind erwünscht, insbesondere Füllungen, die wünschenswerterweise zu verbesserter Farbwiedergabe, erhöhter Effizienz und einer längeren Betriebslebensdauer beitragen.

Bestimmte Fachausdrücke, wie sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, besitzen Bedeutungen, die in der Beleuchtungsindustrie allgemein akzeptiert sind. Diese Fachausdrücke werden in dem IES LIGHTING HANDBOOK, Referenzband, 1984, Illuminating Engineering Society of North America beschrieben. Der Farbwiedergabeindex einer Lichtquelle (CRI) ist ein Maß für den Grad der Farbverschiebung, welcher Gegenstände unterliegen, wenn sie von der Lichtquelle beleuchtet werden, und zwar im Vergleich mit der Farbe der gleichen Gegenstände, wenn sie von einer Referenzquelle von vergleichbarer Farbtemperatur beleuchtet werden. Die CRI-Wertung besteht aus einem Generalindex, Ra, der auf einem Set von acht Testfarbenproben basiert, die als adäquat festgestellt worden sind, den Farbtonumfang abzudecken. Die Farberscheinung einer Lampe wird durch ihre Farbwertkoordinaten beschrieben, die entsprechend den Standardmethoden aus der spektralen Leistungsverteilung berechnet werden können. Siehe CIE, Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources (2. Auflage), Publ. CIE No. 13.2 (TC-3,2), Bureau Central de 1a CIE, Paris, 1974. Das CIE-Farbart- und Sättigungsdiagramm umfaßt die Farbpunkte von Schwarzkörperstrahlern bei verschiedenen Temperaturen. Der Bereich der Schwarzkörper-Farbart und -Sättigung auf dem x, y-Diagramm ist als der Planck'sche Kurvenzug bekannt. Jedwede durch einen Punkt auf diesen Kurvenzug repräsentierte Emissionsquelle kann durch eine Farbtemperatur spezifiziert werden. Ein Punkt nahe aber nicht auf diesem Planck'schen Kurvenzug besitzt eine korrelierte Farbtemperatur (CCT), weil von solchen Punkten Linien gezogen werden können, um den Planck'schen Kurvenzug bei dieser Farbtemperatur zu schneiden, derart, daß alle Punkte dem durchschnittlichen menschlichen Auge als nahezu die gleiche Farbe aufweisend erscheinen. Die Lichtausbeute einer Lichtquelle ist der Quotient aus dem gesamten Lichtstrom, der von der gesamten Lampeneingangsleistung emittiert wird, ausgedrückt in Lumen pro Watt (LPW oder lm/W).

Aus der US-A-3 979 624 ist eine Elektrodenlampe mit einer Füllung bekannt, die Quecksilber, ein inertes Startgas, Natrium- und/oder Lithiumjodid, Scandiumjodid und eine kleine Konzentration einer Seltenen Erde aufweist. Dieses Dokument regt an, daß das molare Verhältnis von Alkalimetallhalogenid zu Scandiumhalogenid von 1,7 : 1 bis 5 : 1 sein sollte.

Aus der EP-A-0 271 911 ist eine elektrodenlose Lampe mit einer Füllung bekannt, welche Quecksilber, ein inertes Gas, Kalziumhalogenid, ein Natriumhalogenid und ein Seltene-Erde-Halogenid enthält, bezüglich welcher Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Das Kalziumhalogenid ist vorhanden, um die Rot-Emission zu vergrößern und dabei die Farbtemperatur der Lampe zu verringern.

Aus der WO-A-93/18541 ist es bekannt, eine Elektrodenlampe mit einer chemischen Füllung in der Entladungsröhre zu schaffen, welche ein inertes Startgas, Quecksilber, Alkalimetalljodide, Scandiumjodid und zumindest ein Jodid einer Seltenen Erde umfaßt. Dieses Dokument besitzt ein Prioritätsdatum vom 3. März 1992 und ein Veröffentlichungsdatum vom 16. September 1993 und fällt demnach unter die Bestimmungen des Art. 54(3) EPÜ.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrodenlose Lampe mit einem Lampenkolben aus einer abgedichteten Hülle geschaffen, welche ein Füllmaterial für die Unterhaltung einer Gasentladung enthält, wobei das Füllmaterial ein inertes Startgas, Quecksilber, Alkalimetalljodide und zumindest ein Jodid einer Seltenen Erde umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetalljodide im wesentlichen aus Natriumjodid und Lithiumjodid bestehen, wobei die Füllung außerdem Scandiumjodid umfaßt, und daß das Molverhältnis des Jodids der Seltenen Erde zum Scandiumjodid zwischen 1 : 1 bis 30 : 1 beträgt.

Vorzugsweise besteht der Lampenkolben aus einer abgedichteten transparenten Hülle mit einer kontinuierlichen Wand, welche eine chemische Füllung enthält. Während des Betriebs des Kolbens durch Energiezufuhr zur chemischen Füllung mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes kann der Kolben mit einer gewünschten Wandtemperatur betrieben werden, die zu einer langen Lebensdauer führt, während er sichtbare Strahlung aussendet.

Das chemische Füllmaterial umfaßt ein inertes Startgas, Quecksilber, Alkalimetalljodide, Scandiumjodid und zumindest ein Jodid einer Seltenen Erde. Die Alkalimetalljodide bestehen im wesentlichen aus Natriumjodid und Lithiumjodid. Das Jodid einer Seltenen Erde und das Scandiumjodid sind vorzugsweise in Mengen anwesend, die zur Bildung eines Komplexes ausreichen, und zwar zwecks Vergrößerung der Dichte der Seltenen Erde in dem Entladungsgas während des Lampenbetriebs, um einen Farbwiedergabeindex zu bewirken, der größer ist als etwa 80, sowie eine Temperatur zwischen etwa 3000 bis etwa 5000 Kelvin. Infolge der vergrößerten Dichte der Seltenen Erde in dem Entladungsgas bei niedrigeren Betriebstemperaturen wird die Wandtemperatur der Gasentladungsröhre wünschenswerterweise auf einer Temperatur gehalten, welche die Lebensdauer des Kolbens verlängert.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen diskutiert. Es zeigt:

Fig. 1 die Darstellung eines Mikrowellenlampensystems mit einer schematischen Darstellung des Kolbens während des Betriebs;

Fig. 2A-2D ein Verfahren zur Herstellung von Kolben durch einen dreistufigen Aufbau. Die Fig. 2A zeigt Kolbenkomponenten; Fig. 2B und 2C Verfahrenschritte; Fig. 2D die vollständige Röhre.

Fig. 1 zeigt einen Mikrowellenlampenkolben in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Kolben 1 ist eine transparente Hülle, die ein chemisches Füllmaterial 4 innerhalb einer äußeren Wand 3 enthält. Die Füllung bildet während des Lampenbetriebs eine Gasentladung. Das Wandmaterial ist vorzugsweise ein geschmolzenes Siliziumoxid oder ein keramisches Aluminiumoxid (PCA). Yttriumoxid oder Saphirglas, das ein einzeln kristallines Aluminiumoxid bildet, kann verwendet werden. Da der Kolben 1 bei einer elektrodenlosen Lampe benutzt wird, besitzt die kontinuierliche Wand eine Innenfläche, die nicht von einem elektrischen Leitweg unterbrochen ist, der sich durch die Wand 3 erstreckt, wie dies bei konventionellen Elektrodenkolben festzustellen ist.

Der Zweck der chemischen Metallhalogenidfüllung 4 ist es, genügend optische Seltene-Erde-Emissionen ohne chemische Interaktion mit der Wand 3 zu erzeugen. Der Brenner kann verschiedene Gestalten aufweisen, jedoch ist ein zylindrischer Brenner mit halbkugeligen Endkammern am praktischten. Eine Footballform ist schwieriger herzustellen, wird jedoch eine zu wünschende erhöhte Endtemperatur aufweisen.

Innerhalb der transparenten Hülle ist eine chemische Füllung angeordnet, die ein eine elektrische Entladung unterhaltendes Gas für die Emission von Strahlung bildet. Die chemische Füllung enthält eine Grundchemie aus einem inerten Zündgas, Quecksilber, Alkalimetalljodiden und Scandiumjodid. Die gewünschte Grundchemie trägt zu den erwünschten Lampencharakteristiken hinsichtlich niedriger Wandtemperatur, hoher LPW, bescheidenem CRI und einer langen Betriebslebensdauer bei. Die der Grundchemie zu verdankende Lampenemission befindet sich näherungsweise auf dem Farbwertekurvenzug des Schwarzen Körpers.

Zusätzlich zu der geeigneten Grundchemie umfaßt die chemische Füllung zumindest ein Jodid einer Seltenen Erde, das während des Lampenbetriebs zumindest teilweise verdampft wird. Die Jodide der Seltenen Erde und Scandiumjodid sind in einem Molverhältnis vorhanden, das ausreicht, einen Komplex zur Erhöhung der Konzentration der Seltenen Erde in den Entladungsgasen während des Lampenbetriebs bei niedrigen Brennerwandtemperaturen zu bilden. Infolge der Bildung des Komplexes ist die Dampfphasenkonzentration der Seltenen Erde erhöht, und zwar bei einer Brennerwandtemperatur jenseits dessen, was unter Verwendung von nur Seltene-Erde-Jodiden erhältlich ist. Die Wandtemperatur des Brenners in der Lampe nach der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise zwischen 690 und 960 Grad Celsius gehalten, besonders bevorzugt zwischen 690 und 730 Grad Celsius.

In Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegenden Erfindung kann die verbesserte chemische Füllung, welche die Grundchemie und zumindest ein Jodid einer Seltenen Erde enthält, den Farbwiedergabeindex der Lampe verbessern. Aufgrund des Vorhandenseins der Atome der Seltenen Erde in dem Entladungsgas besitzt die Lampe einen Farbwiedergabeindex, der größer als 80 ist. Vorzugsweise ist der Farbwiedergabeindex größer als 85 und besonders bevorzugt größer als 90.

Hohe Farbwiedergabeindizes in der Größenordnung von etwa 90 sind leichter zu verwirklichen als hohe korrelierte Farbtemperaturen (CCT). Bei einer bevorzugten Ausführungsform erreicht die vorliegende Erfindung einen hohen Ra bei verhältnismäßig niedriger CCT zwischen 3000 und 4000 Kelvin.

Während des Lampenbetriebs ist die Menge an Seltener Erde in der Gasentladung ausreichend, um einen verstärkten Farbwiedergabeindex zu erzeugen, während sie eine verhältnismäßig niedrige Brennerwandtemperatur aufrechterhält, die zu einer langen Lampeniebensdauer führt. Die Bildung von Molekülkomplexen der Seltenen Erde mit Scandiumjodid resultiert in einer erhöhten Dichte von Atomen der Seltenen Erde in der Gasentladung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist Seltene Erde in einer Menge vorhanden, die ausreicht, mit Scandiumjodid einen Komplex zu bilden, um die Dichte der Atome der Seltenen Erde in dem Dampf während des Lampenbetriebs auf dem gewünschten Pegel zu halten. Das Molverhältnis des Jodids der Seltenen Erde zu Scandiumjodid in der Füllung beträgt zwischen 1 : 1 bis 30 : 1 und besonders bevorzugt zwischen 5 : 1 und 20 : 1.

Infolge ihrer vielen Emissionslinien können alle Seltenen Erden die Entlädungs- bzw. Bogeneigenschaften einer Lampe verbessern, zumindest in einem gewissen Ausmaß und in mancher Hinsicht. Die Seltenen Erden werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu und Mischungen aus denselben besteht. Die Wahl der Seltenen Erde hängt von den gewünschten Strahlungscharakteristiken ab. Die bevorzugten Seltenen Erden für einen verstärkten CRI sind die Jodide von Zärium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm) und Lutetium (Lu). Entsprechend einer Ausführungsform ist das Seltene-Erde-Jodid als ein einzelnes Seltene-Erde- Jodid vorhanden, das aus der obigen bevorzugten Gruppe ausgewählt ist. Besonders bevorzugt sind die Seltene-Erde-Jodide von Zärium, Praseodymium, Dysprosium, Holmium und Thulium.

Eine Quecksilbercharge ist in ausreichender Menge vorhanden, um die elektrischen Eigenschaften der Lampe zu etablieren, und zwar durch die wünschenswerte Erhöhung der elektrischen Feldstärke zwecks Stützung einer gewünschten Leistungsladung. Solch eine Menge sollte für einen Quecksilberbetriebsdruck zwischen 10 kPa (eine Atmosphäre) bis etwa 1 MPa (100 Atmosphären) sorgen, vorzugsweise zwischen etwa 10 kPa (1 Atmosphäre) bis etwa 200 kPa (20 Atmosphären).

Zusätzlich zu Quecksilber ist in der transparenten Hülle eine kleine Charge eines inerten ionisierbaren Startgases wie Argon enthalten. Es wird vorausgesehen, daß anderweitige Edelgase für Argon substituiert werden können, vorausgesetzt, daß ein geeigneter Druck aufrechterhalten wird, der zu einem Zünden der Lampe führt.

Um die oben diskutierten erwünschten Lampeneigenschaften zu erreichen, sind in der Füllung und in dem Entladungsgas während des Lampenbetriebs das Scandiumjodid und die Alkalimetalljodide vorhanden. Diese Bestandteile bilden eine Grundchemie, die zu der niedrigen Wandtemperatur und einer langen Lampenlebensdauer führen. Diese Bestandteile verbessern auch die Farbqualität durch die Hinzufügung einer Vielzahl von Linien zum Emissionsspektrum und sind vorzugsweise in Mengen zur Erzeugung einer Emission vorhanden, die ihre Farbe im wesentlichen auf dem Farbwertekurvenzug des Schwarzkörperstrahlers hat. Das Molverhältnis von Natriumjodid zu Scandiumjodid beträgt vorzugsweise zwischen 5 : 1 bis 25 : 1. Das Verhältnis von Natriumjodid zu Lithiumjodid beträgt vorzugsweise zwischen 1 : 1 bis 5 : 1.

Die Alkalimetalljodide adjustieren die Strom-Spannungs-Charakteristiken, verbessern die Farbqualität und tragen durch starke Emissionen zur Lichtausbeute der Lampe bei. Die Scandiumjodide verbessern die "Effizienz" in Lumen pro Watt (LPW) und den CRI signifikant. Die Hinzufügung von Seltene-Erde-Jodiden verbessert den LPW weiter auf größer als 90 und vorzugsweise größer als 100 und verbessert außerdem den CRI auf größer als 80 während die CCT zwischen 3000 und 5000 Kelvin gehalten wird.

Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führt die Auswahl von Füllungsbestandteilen zu einer wünschenswerten Farbtemperatur zwischen 3000 K und 5000 K, besonders bevorzugt zwischen etwa 3000 bis etwa 4000 K. Die Molverhältnisse der Bestandteile werden ebenfalls gewählt, derart, daß die resultierende Farbe der Emission nahe dem hocherwünschten Farbwertekurvenzug des Schwarzen Körpers (BB) bei dieser gewünschten Farbtemperatur ist.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Füllungsbestandteilen können Scandium, Thorium, Kadmium oder Zink als Metalle oder Legierungen der Füllung hinzugefügt werden, um das Metall/Jod-Verhältnis der Lampe einzustellen und Sauerstoffunreinheiten zu gettern. Das bevorzugte Additiv ist Scandium. Für eine Niederleistungs-Metalljodid-Entladungslampe mit einer Lampenleistung von weniger als 175 Watt, beispielsweise zwischen 40 bis 150 Watt, beträgt die Scandiummetallgewichtsdosierung vorzugsweise etwa 100 Mikrogramm pro Kubikzentimeter an Brennervolumen bei allen Leistungen. Das gesamte Füllungsgewicht variiert mit der Lampenbetriebsleistung zwischen etwa 4 und etwa 20 mg. Beispielsweise beträgt die Füllung der 100-Watt-Lampe vorzugsweise zwischen etwa 4 mg und etwa 8 mg, besonders bevorzugt zwischen etwa 5,5 und etwa 6,5 mg.

Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, kann eine Mikrowellenleistungsquelle 7 eine Festkörper-, Magnetron- oder anderweitige Röhre sein, die über eine Übertragungsleitung 9 in Form eines Wellenleiters, einer Koaxialleitung oder einer Mikrostreifenleitung gekoppelt ist. Das Netzwerk 11 zur Impedanzanpassung und ein elektromagnetischer Feldkoppler 13 liefern Leistung an den Kolben 1. A-A ist die Bezugsebene der Impedanz. Die lichtaussendende Plasmaentladung, die Lampenfüllung 4, der Kolben 1 und der Feldkoppler 13 bilden die effektive impedanzangepaßte Ladung (feldgekoppelte Lampenladung), für die die leistungszuführende Mikrowellenübertragungleitung sorgt.

Die Lampe wird durch hochfrequente (Mikrowellen-) Erregung der Entladung gespeist, welche die angepaßte Ladung einer Mikrowellenschaltung (für maximale Leistungsübertragung) darstellt, die im Frequenzbereich von 100 MHz bis 300 GHz arbeitet. Die Lampe ist an die Impedanz der Übertragungsleitung 9 von der treibenden Quelle für solche Ladungsschaltbedingungen impedanzangepaßt, die die Lampe repräsentiert, wenn sie bei Eingangsleistung gemäß Lampenauslegung im Gleichgewicht arbeitet. Der Bereich der Nenneingangsleistung für die Mikrowellenlampen beträgt typischerweise von 10 W bis 1 kW.

Sobald die Lampe voll aufgeheizt ist und mit der Nennleistung im Gleichgewicht arbeitet, befindet sich die Brennerwandtemperatur im Zentrum vorzugsweise im Bereich von 690 bis 730 Grad Celsius. Dies hängt natürlich von den Parametern der Lampenauslegung ab, wie vom Quecksilberdruck, der Brennerwanddicke und der Wandladung (W/cm²) des Brenners.

Vorzugsweise besteht der Kolben 1 aus geschmolzenem Siliziumoxid hoher Reinheit mit einem Nullgehalt an Hydroxylionen, wie aus GTE-Sylvania wasserfrei geschmolzenem Siliziumoxid oder aus General Electric GE 214A hydroxylfrei geschmolzenem Siliziumoxid. Der Kolben 1 wird aus Rohrmaterial hergestellt, das eine Größe (Innendurchmesser und Außendurchmesser) aufweist, die entsprechend der gewünschten und zulässigen Wandladung'für die spezielle Entladungslampe bestimmt wird.

Wie in Fig. 2A gezeigt, wird die Quarzröhre 43 als erstes an einem Quarzstab oder Stützelement 45 befestigt. Wie in Fig. 2B gezeigt, wird in die entstehende Anordnung ein Trichter 47 eingesetzt. Durch den Trichter 47 wird die Ladung an chemischer Füllung eingeführt. Fig. 2C zeigt die Quarzröhre 43 halsverjüngt an einer Einengung 49 zwecks Evakuierung und Abdichtung. Fig. 2D zeigt den fertigen Kolben 1, der das Stützelement 45 aufweist, das dafür verwendet werden kann, den Kolben 1 in dem elektromagnetischen Feldkopplungsaufbau zu halten und zu positionieren.

Da die chemische Füllung hochgradig hygroskopisch ist, werden die in Fig. 2B gezeigten Kolbenrohlinge dadurch für das Füllen präpariert, daß man sie in einem Ofen bei Temperaturen von 1000ºC bäckt und sie durch Verbindung mit einem Vakuumsystem ultrahoch evakuiert. Dies wird mittels eines NUPROR B Serienventils (SS 8BG TSW), das mit einer Schnellverbindung ausgerüstet ist (CAJON, Ultra-Torr), zwecks Befestigung des Füllrohrs des Kolbenrohlings am Ventil gemacht. Der gebackene Kolben, noch unter Vakuum, wird in eine argongefüllte Trockenbox verbracht und dem Argon geöffnet. Der Kolben wird sodann mit den flüssigen und festen Komponenten der Füllung gefüllt, das Ventil wird wieder geschlossen und der Kolben wird sodann von der Trockenbox transferiert und an das Gasfüllungssystem angeschlossen. Nachdem das Argon ausgepumpt worden ist, wird der Kolben mit einem Edelgas wie Argon, Xenon oder einer Penningmischung auf den gewünschten Druck gefüllt und dann abgeschmolzen (tipped off). Das rückgefüllte Gas dient als Startgas in der Lampe. Die folgende Füllung ist für einen Kolben mit einem Volumen von 1,25 cm³ bestimmt, das Füllungsgesamtgewicht beträgt 19 mg. Typische Füllungsgewichte betragen von etwa 4 bis etwa 50 mg/cm³.

Hg 67,30 umol

Li 4,03 umol (als Jodid)

Na 10,20 umol (als Jodid)

Sc 0,42 umol (als Jodid) ·

Tm 6,82 umol (als Jodid)

I 35,95 umol (als Metalljodid)

Sc 2,89 umol (als Metall)

Ar 0,5 bis 50 Torr (als Gas)

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Lampenkolben mit verbessertem Farbwiedergabeindex für eine elektrodenlose HID-Lampe schaffen, unter Benutzung der NaIScI&sub3;LiI-Chemie, und zwar unter Aufrechterhaltung der Effizienz und der Langlebigkeitscharakteristiken solcher Lampen; kann die Farbwiedergabeeigenschaften des emittierten Lichts verbessern und gleichzeitig ein langes Kolbenleben erhalten; kann die Dichte der jeweiligen Seltenen Erde oberhalb derjenigen Dichte vergrößern, die mit einem Seltene-Erde-Jodid allein erzielbar ist; kann die Dichte der Seltene- Erde-Atome in der Gasentladung durch Bildung eines Molekülkomplexes erhöhen, der das Seltene-Erde-Element enthält; und kann eine niedrige Wandtemperatur der Gasentladungshülle besitzen, die zu einer langen Lampenlebensdauer führt.


Anspruch[de]

1. Elektrodenlose Lampe mit einem Lampenkolben aus einer abgedichteten Hülle (3), welche ein Füllmaterial (4) für die Stützung einer Gasentladung enthält, wobei das Füllmaterial ein inertes Startgas, Quecksilber, Alkalimetaljodide und zumindest ein Jodid einer seltenen Erde umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetalljodide im wesentlichen aus Natriumjodid und Lithiumjodid bestehen, wobei die Füllung außerdem Scandiumjodid umfaßt, und daß das Molverhältnis des Jodids der seltenen Erde zum Scandiumjodid zwischen 1 : 1 bis 30 : 1 beträgt.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis des Jodids der seltenen Erde zum Scandiumjodid zwischen 5 : 1 bis 20 : 1 beträgt.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Jodid der seltenen Erde und das Scandiumjodid in Beträgen vorhanden sind, die ausreichen, um ein Komplexmolekül zu bilden.

4. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis des Natriumjodids zum Scandiumjodid zwischen 5 : 1 bis 25 : 1 beträgt.

5. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis des Natriumjodids zum Lithiumjodid zwischen 1 : 1 bis 5 : 1 beträgt.

6. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission seitens des Kolbens eine Farbtemperatur zwischen 3000 bis 5000 Kelvin besitzt.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission des Kolbens eine Farbtemperatur von zwischen 3000 bis 4000 Kelvin besitzt.

8. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe einen Farbwiedergabeindex besitzt, der größer als 80 ist.

9. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Jodid der seltenen Erde aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den Jodiden von Zerium, Praseodym, Neodym, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und.

Mischungen derselben besteht.

10. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Scandiumjodid und die Alkalimetalljodide in Beträgen zur Erzeugung einer Emission vorliegen, deren Farbe im wesentlichen auf dem Farbart- und Farbsättigungskurvenzug des Schwarzkörperstrahlers liegt.

11. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die Wandtemperatur im Bereich von 690ºC bis 960ºC liegt und daß die Hülle (3) eine Wandladung im Bereich von etwa 12 bis 17 Watt/cm² besitzt.

12. Lampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die Wandtemperatur von 690ºC bis 730ºC beträgt.

13. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3) eine Gesamtfüllungskonzentration von zwischen etwa 4 bis etwa 50 mg/cm³ besitzt.







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