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Dokumentenidentifikation DE69618313T2 06.06.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0769801
Titel Verfahren zum Betreiben einer Metallhalogenidlampe
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Horiuchi, Makoto, Sakurai-shi, Nara 633, JP;
Takahashi, Kiyoshi, Neyagawa-shi, Osaka 572, JP;
Takeda, Mamoru, Soraku-gun, Kyoto 619-02, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69618313
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.10.1996
EP-Aktenzeichen 961167632
EP-Offenlegungsdatum 23.04.1997
EP date of grant 02.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2002
IPC-Hauptklasse H01J 61/12

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Metallhalogenidlampe, die als Lichtquelle eines Flüssigkristallprojektors oder Ähnlichem verwendet wird.

In letzter Zeit sind Flüssigkristallprojektoren oder Ähnliches als Mittel zum Vergrößern und Projizieren eines Bildes, von Buchstaben oder Figuren etc. bekannt. Da eine gewisse optische Ausgabeleistung für einen solchen Bildprojektor benötigt wird, wird eine Metallhalogenidlampe, die eine hohe Leuchteffizienz hat, umfangreich als Lichtquelle für den Bildprojektor im Allgemeinen verwendet. Bei dieser Art von Metallhalogenidlampen, wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 3-219546 z. B. offenbart, wird üblicherweise ein Iodid des Nd, Dy und Cs als Halogenid verwendet, um in eine Bogenröhre gefüllt zu werden.

Die Lampe, in die das Iodid aus Nd, Dy und Cs, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 3-219546 offenbart, gefüllt ist (im Folgenden als Dy-Nd-Cs-I Serien-Lampe bezeichnet) hat eine ausgezeichnete Leuchteffizienz. Sie hat jedoch den Nachteil, dass in einer frühen Stufe ihrer Lebensdauer eine Entglasung auftritt, insbesondere wegen einer hohen Reaktivität zwischen Neodymiodid (NdI&sub3;) und dem Quarzglas der Bogenröhre. Der Mangel an Transparenz erniedrigt die Intensität des Lichtstrahls, reduziert die Leuchtkraft und streut den Lichtstrahl, was zu einer ungleichmäßigen Beleuchtungsintensität führt und die Helligkeit auf dem Schirm des Flüssigkristallprojektors reduziert. Der Nachteil der Dy-Nd-Cs-I Lampe zur Verwendung als Lichtquelle in einem Flüssigkristallprojektor ist insbesondere, dass die Lebensdauer des Flüssigkristallprojektors kurz ist.

In letzter Zeit gibt es unter dem Gesichtspunkt des Energiesparens einen Bedarf für Lichtquellen, die eine höhere Leuchteffizienz als die der Dy-Nd-Cs Lampe hat. "Luminous characteristics of metal halide lamp containing rare earth halid" (Journal of Lighting Society, Vol. 65, Nr. 10, 1981, Seite 17) offenbart, dass eine Lichtquelle, die eine fiohe Leuchteffizienz hat, durch Kömbination von Seltenerd-Halogeniden mit Halogeniden des TI oder In erhalten werden kann. Die niedrige Farbtemperatur der Lichtquelle jedoch, die hier offenbart ist, ist als Lichtquelle für solche Dinge, wie einen Flüssigkristallprojektor, ungeeignet. Ein Beispiel für eine Lichtquelle, die hier offenbart ist, ist eine Metallhalogenidlampe, in die InI und TmI&sub3; gefüllt sind. Eine korrelierte Farbtemperatur, die aus dem relativen spektralen Verteilungsdiagramm, das hierin offenbart ist, geschätzt ist, ist ungefähr 4500 K. Andererseits ist eine weiße Farbreferenz für einen Bildprojektor, wie einen Flüssigkristallprojektor, etwa 9000 K.

EP 0 605 248 A2 offenbart eine Metallhalogenidlampe, die eine Bogenröhre hat und eine Füllung, die Argongas und Halogenide des Dysprosiums und Indiums umfasst. Die Menge an Indiumhalogenid ist einer Ausführungsform 0,44 mg/cc. Um die Lebensdauer der Metallhalogenidlampe zu erhöhen, wird der Katephoreseeffekt durch DC-Leuchten benutzt. Die Wandlast, die sich in der Bogenröhre entwickelt, ist wesentlich größer als 40 W/cm².

EP 0 386 601 A2 offenbart eine Metallhalogenidlampe, die eine Bogenröhre und eine Füllung hat, die ein Edelgas und Halogenide des Indiums und eines Seltenerd-Metalls umfasst. In einer speziellen Ausführungsform ist die Menge des Indiumhalogenids auf einen Bereich zwischen ungefähr 0,01 mg/cc bis 1,5 mg/cc gesetzt. Die Lampe wird bei 100 Watt betrieben, und emittiert ein Emissionsspektrum, das ein intensives Linienspektrum hat.

Es gibt jedoch den Bedarf und die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb einer Metallhalogenidlampe zur Verfügung zu stellen, das ein Emissionsspektrum hat, das über den gesamten sichtbaren Untersuchungsbereich eine hohe Leuchteffizienz, eine angemessene Farbtemperatur und eine fange Lebensdauer hat.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert, gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Metallhalogenidlampe zur Verwendung in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge an Iodid, das in die Lampe gefüllt ist, und der korrelierten Farbtemperatur in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines optischen Systems zeigt, das zur Bestimmung der Lebensdauer einer Metallhalogenidlampe, die in der Erfindung verwendet wird, verwendet wird;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Leuchtdauer und dem Beleuchtungsstärkeerhaltungsfaktor der Metallhalogenidlampe zeigt, die in der Ausführungsform 1 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in der Ausführungsform 2 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Leuchtzeit und Beleuchtungsstärkeerhaltungsfaktor der Metallhalogenidlampe zeigt, die in der Ausführungsform 2 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Menge an in die Lampe gefülltem Iodid und der korrelierten Farbtemperatur in der Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer Ausführungsform 3 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer Ausführungsform 4 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer Ausführungsform 5 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer Ausführungsform 6 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Emissionsverteilung einer Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer Ausführungsform 7 der Erfindung verwendet wird;

Fig. 14 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Röhrenwandlast und der korrelierten Farbtemperatur in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.

1 Bogenröhre

2a Elektrode

2b Elektrode

10 Lichtquelle

11 Lichtstrahlkollektivspiegel

12 Projektionslinsensystem

13 Schirm

Bevorzugte Ausführungsformen

Unter Bezug auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Folgenden im Detail beschrieben.

Ein erstes Problem der Dy-Nd-Cs-I-Serien-Lampe gemäß dem Stand der Technik ist, dass bei einer frühen Stufe der Lebensdauer eine Entglasung der Bogenröhre auftritt, da die Reaktivität des NdI&sub3; und des Quarzglases der Bogenröhre sehr stark ist. Das Problem kann gelöst werden, falls ein Material, das ein niedrigeres Entglasungsniveau (schwächere Reaktivität mit Quarzglas) hat als das von NdI&sub3;, als Füllstoff für die Lampe verwendet wird.

Unter diesem Gesichtspunkt werden die Entglasungsniveaus von verschiedenen Metallhalogeniden zuerst mit dem folgenden Entglasungsauswertungstest ausgewertet. Bei dem Entglasungstest wird eine Ampulle, die aus einer Röhre aus Quarzglas hergestellt ist und ein Inhaltsvolumen von 5 cc hat und mit 10 g eines Metallhalogenids gefüllt ist, auf 1100ºC für 100 Stunden erhitzt und anschließend wird der Totallichtdurchlässigkeitsgrad der Ampulle gemessen und die Entglasungseigenschaften des Metallhalogenids ausgewertet. Die Quotienten (%) aus den Totallichtdurchlässigkeitsgraden der Ampullen nach dem Heizen (nach dem Test) und den Totallichtdurchlässigkeitsgraden davon, vor dem Heizen gemessen, sind in Tabelle 1 gezeigt. Eine höhere Prozentzahl bedeutet ein niedrigeres Entglasungsniveau. Leerstellen in der Tabelle deuten an, dass die Auswertung nicht durchgeführt wurde.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist der Totallichtdurchlässigkeitsgrad der Ampullen, die mit TbI&sub3;; DyI&sub3;, HoI&sub3;, ErI&sub3;, TmI&sub3;, InI, SnI&sub3;, DyBr&sub3;, TmBr&sub3;, InBr und SnBr&sub3; gefüllt sind jeweils größer, als der totale Lichtdurchlässigkeitsgrad einer Ampulle, die mit NdI&sub3; gefüllt ist und zeigen somit eine niedrige Entglasungsniveaueigenschaft an.

Entsprechend werden verschiedene Eigenschaften der Kombinationen dieser Materialien mit einer niedrigen Entglasungseigenschaft untersucht. Folglich, wie weiter unten beschrieben, werden ausgezeichnete Lebensdauer- und Leuchteffizienzeigenschaften durch Zugabe der Halogenide des Tb, Dy, Ho, Er oder Tm oder einer Mischung dieser zu einem Halogenid des In erhalten.

(Ausführungsform 1)

Fig. 1 ist eine Ansicht, die eine Metallhalogenidlampe zeigt, die in einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. In Fig. 1 bezeichnet Bezugsziffer 1 einen lichtdurchlässigen Behälter als Bogenröhre aus Glas, wobei an beiden Enden hiervon Dichtungsteile 6a, 6b ausgebildet sind. An den Dichtungsteilen 6a, 6b sind jeweils Metallfolienleiter 3a, 3b aus Molybden dicht angebracht. Mit diesen Metallfolienleitern 3a, 3b werden jeweils Elektroden 2a, 2b und äußere Leitungsdrähte 4a, 4b aus Molybden elektrisch verbunden.

Die Elektroden 2a, 2b sind jeweils aus Wolframstäben 7a, 7b und Wolframspulen 8a, 8b zusammengesetzt. Die Spulen 8a, 8b sind durch Schweißen elektrisch an den Spitzenteilen der Wolframstäbe 7a, 7b befestigt und dienen als Radiatoren der Elektroden 2a, 2b. Die Elektroden 2a, 2b sind in der Bogenröhre 1 so angeordnet, dass sie einander gegenüberstehen und einen Abstand von 3,5 ± 0,5 mm dazwischen aufrechterhalten.

Die Bogenröhre 1, in die 0,4 mg (0,57 mg/cc) Inl als Füllmaterial, 1 mg (1,43 mg/cc) HoI&sub3; als Seltenerd-Iodid, 35 mg Hg als Puffergas und 200 mbar Argon als Startedelgas gefüllt sind, ist nahezu sphärisch und hat einen inneren Durchmesser von ungefähr 10,8 mm, ein inneres Volumen von ungefähr 0,7 cc und eine innere Oberfläche von ungefähr 3,6 cm².

Der Metallhalogenidlampe, die den oben erwähnten Aufbau hat, wurde elektrische Energie über externe Leitungsdrähte 4a, 4b zugeführt und mit einer festgelegten Lampenleistung von 200 W (Röhrenwandlast: 55 W/cm²) gezündet und die Emissionseigenschaften wurden ausgewertet.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe zeigt, die in dieser Ausführungsform verwendet wird. Die korrelierte Farbtemperatur und die Leuchteffizienz bei diesem Fall waren jeweils ungefähr 5500 K und ungefähr 87 Im/W. Reichhaltige Emission wird quer über den gesamten sichtbaren Bereich gesehen. Die Emission im roten Farbbereich ist besonders reichhaltig.

Zum Zwecke des Vergleichs wurde eine Lampe ausgewertet, in die 1 mg DyI&sub3;, 1 mg NdI&sub3; und 1 mg CsI anstelle von InI und HoI&sub3; gefüllt sind, und die anderen konstruktiven Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1 (im Folgenden als Dy-Nd-Cs-I Lampe bezeichnet). Die Leuchteffizienz der Vergleichsmetallhalogenidlampe wurde zu 77 Im/W bestimmt, wenn sie gezündet war. Die Ergebnisse zeigen an, dass die Metallhalogenidlampe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, eine gute Leuchteffizienz hat.

Als nächstes wurden verschiedene Lampen hergestellt, bei denen sich die Füllmenge an InI und HoI&sub3; unterscheiden und die anderen konstruktiven Details dieselben waren wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1. Die Auswertung wurde in Bezug auf die Leuchteffizienz dieser Lampen in der Zeit durchgeführt, in der sie mit der bestimmten Leistung betrieben wurden und weiter in Bezug auf grundlegende Eigenschaften der Metallhalogenidlampe, in die InI und HoI&sub3; gefüllt sind. Die Ergebnisse werden unter Bezug auf Fig. 3, 4 und 5 beschrieben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Füllmenge (mg) an InI pro Einheitsvolumen (Abszissenachse) und der korrelierten Farbtemperatur (K) (Ordinatenachse) zeigt, wobei die Füllmengen an HoI&sub3; als Parameter genommen wurden. Die drei Markierungen , o , in den Figuren bezeichnen die Lampen, in denen die Füllmenge an HoI&sub3; jeweils 0,57, 1,43 und 2,86 mg/cc sind.

Wie in Fig. 3 zu sehen, wurde gefunden, dass die korrelierte Farbtemperatur hochgradig von der Füllmenge InI abhängt, wie in der Kurve 3A in der Figur gezeigt. Die Auswirkungen der Füllmenge HoI&sub3; auf die korrelierte Farbtemperatur ist jedoch relativ gering. Dies ist dadurch verursacht, dass das InI im Allgemeinen eine ungesättigte Handlung durchführt und das HoI&sub3; im Allgemeinen eine gesättigte Handlung.

Die korrelierte Farbtemperatur, die für eine Benutzung als Lichtquelle benötigt wird, hängt von dem jeweiligen Nutzungszweck ab. Wenn sie als Lichtquelle für einen Flüssigkristallprojektor oder eine ähnliche Vorrichtung benutzt wird, ist zu bevorzugen, dass die korrelierte Farbtemperatur der Lichtquelle ungefähr 4500 K oder mehr ist. Falls die Temperatur weniger als 4500 K ist, tritt eine so schlechte Bedingung auf, dass die weiße Farbtemperatur auf dem Schirm eine leicht gelbe Farbtemperatur wird. Es ist zu bevorzugen, dass die korrelierte Farbtemperaturen der Lichtquelle ungefähr 9000 K ist, die als weiße Referenzfarbquelle in vielen Flüssigkristallprojektoren oder ähnlichen Vorrichtungen benutzt wird. Die in Fig. 3 zur Verfügung gestellten Ergebnisse zeigen, dass eine bevorzugte Füllmenge an InI entsprechend zu der Anforderung an solche verschiedenen relativ hohen korrelierten Farbtemperaturen 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc in der, in dieser Ausführungsform verwendeten, Metallhalogenidlampe ist.

Weiterhin wird es aus der folgenden Beschreibung klar, dass der Bereich an bevorzugter Füllmenge an InI entsprechend zu der Anforderung an eine solche verschiedene relativ hohe korrelierte Farbtemperatur auf andere Lampen, die eine unterschiedliche Röhrenwandlast als die der Lampe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, haben, zutreffen kann.

Lampen, bei denen die jeweilige Menge an InI verschieden ist und die anderen konstruktiven Details dieselben sind wie in der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1, werden bei verschiedenen Leistungen betrieben und die korrelierte Farbtemperatur der Lampe wird detektiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt. In Fig. 14 zeigen die Kurven 14A, 14B und 14C jeweils die Beziehung zwischen der korrelierten Farbtemperatur und der Füllmenge an InI bei 175 W (Röhrenwandlast: ungefähr 48 W/cm²), 200 W (Röhrenwandlast: ungefähr 55 W/cm²), und 225 W (Röhrenwandlast: ungefähr 62 W7 cm²). Als Ergebnis ist klar, dass die bevorzugte korrelierte Farbtemperatur von 4500 K-9000 K für solche Füllmengen an InI von 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc sogar für verschiedene Röhrenwandlasten erhalten werden kann. Je höher jedoch die Röhrenwandlast ist, desto niedriger wird die korrelierte Farbtemperatur. Während die korrelierte Farbtemperatur bei einer Wandlast von 55 W/cm² ungefähr 6800 K ist, wenn die Füllmenge an InI 0,57 mg/cc ist, ist die korrelierte Farbtemperatur bei einer Wandlast von 62 W/cm² ungefähr 5800 K. Aber je höher die Füllmenge InI ist, desto niedriger wird eine solche Erniedrigung der korrelierten Farbtemperatur. Wenn die Füllmenge an InI ungefähr 1,5 mg/cc ist, ist der Variationsquotient der korrelierten Farbtemperatur gegenüber solch einer Änderung der Röhrenwandlast von 55 W/cm² auf 62 W/cm² weniger als 5% und kann vernachlässigbar sein. Die Ergebnisse zeigen, dass die korrelierte Farbtemperatur von ungefähr 4500 K oder mehr dadurch erhalten werden kann, dass die Füllmenge an InI 1,5 mg/cc oder weniger gemacht wird, unabhängig von der Stärke der Röhrenwandlast.

Als nächstes wurde die Metallhalogenidlampe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, als Lichtquelle für ein, wie in Fig. 4 gezeigtes, optisches System verwendet, um den Erhaltungsfaktor der Schirm(13)-Beleuchtung als Funktion der Leuchtdauer zu bestimmen. In Fig. 4 bezeichnet Bezugsziffer 10 eine Lichtquelle, Bezugsziffer 11 einen Sammelspiegel, der von der Lichtquelle 10 ausgesandtes Licht reflektiert und sammelt, und Bezugsziffer 12 bezeichnet ein Projektionslinsensysfem, das das von dem Sammelspiegel 10 gesammelte Licht auf den Schirm 13 projiziert. Die Auswertungsergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt (Kurve 5A). In Fig. 5 kennzeichnet die Abszissenachse die Leuchtdauer und die Ordinatenachse kennzeichnet den Erhaltungsfaktor der durchschnittlichen Beleuchtung an 13 Punkten auf dem Schirm 13. Zum Zweck des Vergleichs sind die Ergebnisse der Dy-Nd-Cs-I-Lampe ebenfalls dargestellt. Mit diesen Ergebnissen wird aufs Neue gezeigt, dass die Metallhalogenidlampe, die InI und Hob umfasst, eine längere Lebensdauer hat, als die Lampe gemäß dem Stand der Technik, in die NdI&sub3; gefüllt ist. Diese Ergebnisse sind in obiger Tabelle 1 gezeigt, die die Ergebnisse des Entglasungsauswertungstests unterstützen.

(Ausführungsform 2)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, in die 1 mg (1,43 mg/cc) an TmI&sub3; anstelle von HoI&sub3; gefüllt ist und die anderen konstruktiven Details dieselben sind wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Spektralverteilung einer Metallhalogenidlampe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, zeigt. Die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in dem Fall jeweils ungefähr 6400 K und ungefähr 94 Im/W.

Die Lampe, bei der TmI&sub3; HoI&sub3; ersetzt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine höhere Leuchteffizienz hat, als die in der Ausführungsform benutzte. Auf der anderen Seite ist die Emission im roten Farbbereich weniger zufriedenstellend.

In Bezug auf die korrelierte Farbtemperatur ist die Lampe äquivalent zu der Lampe, in die HoI&sub3; gefüllt ist. Die in Fig. 3 aufgetragenen korrelierten Farbtemperaturen der Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, passen zu Kurve 3A, die die Füllmenge an InI mit der korrelierte Farbtemperatur in Beziehung setzt. Dementsprechend ist eine bevorzugte Füllmenge an InI in der Lampe, in der TmI&sub3; anstelle von HoI&sub3; verwendet wird, in der vorliegenden Ausführungsform (in der eine vergleichsweise hohe korrelierte Farbtemperatur erreicht wird, die nicht mit den In-Tm-I-Serien-Lampen gemäß dem Stand der Technik erreicht werden kann) 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc, also dieselbe wie in Ausführungsform 1.

Die Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist auch durch eine lange Lebensdauer gekennzeichnet. Ebenso wie Fig. 5 ist Fig. 7 ein Diagramm (Kurve 7A), das die Änderungen des Erhaltungsfaktors der durchschnittlichen Beleuchtung von 13 Punkten auf den Schirm 13 in Abhängigkeit der Leuchtdauer zeigt, wenn die Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, als Lichtquelle für ein, wie in Fig. 4 gezeigtes, optisches System verwendet wird. Zusätzlich sind die Ergebnisse einer Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, gezeigt, in die 2 mg TmI&sub3; gefüllt sind und die Dy-Nd-Cs-I Lampe gemäß dem Stand der Technik ist ebenso gezeigt (jeweils Kurve 7B und 7C). Die durchschnittliche Beleuchtung auf dem Schirm mit den Dy-Nd-Cs-1-Lampen gemäß dem Stand der Technik nach ungefähr 1400 Stunden des Leuchtens verringert sich auf 50% von der einer frühen Stufe der Benutzung, während die durchschnittliche Beleuchtung der Lampe der vorliegenden Ausführungsform sogar nach 2000 Stunden Leuchtens 60% von der bei einer frühen Stufe der Benutzung beibehält. Wie jedoch in Fig. 7B gezeigt, wurde kürzlich gefunden, dass die Lebensdauer mit einer Erhöhung der Füllmenge an TmI&sub3; verkürzt wird. Diese Tendenz wurde ebenfalls in der HoI&sub3; gefüllten Lampe gefunden, die in der Ausführungsform 1 beschrieben wird. Dementsprechend ist eine so klein wie mögliche Füllmenge an TmI&sub3; für die Lebensdauer vorteilhaft. Die minimale Menge an TmI&sub3; ist eine solche Menge, die zu verdampfen möglich ist (da der Dampfdruck von TmI&sub3; und HoI&sub3; niedrig sind, verdampft nicht die gesamte Füllmenge). Unterdessen wird eine verdampfbare Menge des Halogenids durch die Temperatur des Halogenids bestimmt. Die kälteste Temperatur der Lampe, die in dieser Ausführungsform benutzt wird, ist ebenso wie bei anderen allgemeinen Metallhalogenidlampen ungefähr 1000 K, und der Sättigungsdampfdruck von TmI&sub3; bei dieser Temperatur ist ungefähr 4 · 10&supmin;&sup5; atm und daher ist die Menge an verdampftem TmI&sub3; in der Lampe mit 0,7 cc gemäß der Gaszustandsgleichung ungefähr 0,0001 mg. Da so eine ultrakleine Menge jedoch nicht gewogen werden kann, ist eine Menge von 0,01 mg ein praktischer Wert. Die maximale Begrenzungsmenge ist 2 mg (= 3 mg/cc) aus Fig. 7. Dieser bevorzugte Bereich der Füllmenge an TmI&sub3; kann aus demselben Grund auch für die HoI&sub3; gefüllte Lampe angewendet werden, die in der vorangehenden Ausführungsform 1 beschrieben wird.

Zusätzlich, selbst wenn eine unterschiedliche Menge an TmI&sub3; oder HoI&sub3; abgefüllt ist, führen TmI&sub3; und HoI&sub3; eine Sättigungshandlung aus, so dass die Leuchteffizienz nicht nachteilig beeinflusst wird. Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Füllmenge an HoI&sub3; und der Leuchteffizienz einer Lampe zeigt, bei der HoI&sub3; TmI&sub3; in der vorliegenden Ausführungsform ersetzte.

(Ausführungsform 3)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, in die 1 mg (1,43 mg/cc) an TbI&sub3; anstelle von HoI&sub3; gefüllt ist und andere konstruktive Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe, die in der folgenden Ausführungsform verwendet wird, zeigt. Die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in diesem Fall jeweils ungefähr 7000 K und ungefähr 82 Im/W. Die Lampe, bei der TbI&sub3; HoI&sub3; ersetzt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine höhere korrelierte Farbtemperatur hat, wie durch die vorliegenden Ausführungsform gezeigt. Die Emission bei ungefähr 500 nm Wellenlänge, die reichhaltiger als im roten Farbbereich ist, trägt zu der höheren korrelierten Farbtemperatur bei.

Darüber hinaus ist die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz einer anderen Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird und in die 0,6 mg (0,86 mg/cc) an InI und 2 mg (2,86 mg/cc) an TbI&sub3; gefüllt sind, jeweils ungefähr 6300 K und ungefähr 80 Im/W.

Bei der Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist eine bevorzugte Füllmenge an InI in der Lampe 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc, also dieselbe wie in der Lampe, die in der Ausführungsform 1 verwendet wird.

Aus den Ergebnissen des Entglasungstests, die in Tabelle 1 gezeigt sind, und den Er-. gebnissen der Ausführungsformen 1 und 2 ist es klar, dass die TbI&sub3; gefüllte Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ebenfalls eine lange Lebensdauer hat.

(Ausführungsform 4)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, in die 0,6 mg (0,86 mg/cc) an InI und 2 mg (2,86 mg/cc) an ErI&sub3; anstelle von Hol&sub3; gefüllt sind, und andere konstruktive Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe zeigt, die in der Ausführungsform verwendet wird. Die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in diesem Fall jeweils ungefähr 5000 K und ungefähr 86 Im/W.

Die Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird und in die ErI&sub3; gefüllt ist, zeigt dieselbe Emissionsverteilung wie die mit HoI&sub3;. Mit dieser Eigenschaft kann ErI&sub3; HoI&sub3; komplett ersetzen.

Bei der Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist eine bevorzugte Füllmenge an InI 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc, also dieselbe wie in der Lampe, die in der Ausführungsform 1 verwendet wird.

Eine vergleichbare Emissionseigenschaft kann auch in einer Lampe, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, erhalten werden, bei der DyI&sub3; ErI&sub3; ersetzt. Wie jedoch aus Tabelle 1 der Entglasungstestergebnisse klar wird, ist die Entglasungseigenschaft relativ stark, so dass ein Ersetzen mit DyI&sub3; einen hervorragenden Effekt bezüglich der Lebensdauer leicht verringert.

(Ausführungsform 5)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, in die 0,6 mg (0,86 mg/cc) an InI und 1 mg (1,43 mg/cc) an HoI&sub3; gefüllt ist, und 1 mg (1,43 mg/cc) an TbI&sub3; zugegeben ist, und andere konstruktive Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe zeigt, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in diesem Fall jeweils ungefähr 6100 K und ungefähr 83 Im/W.

Die Lampe, in die TbI&sub3; zum HoI&sub3; hinzugegeben ist, ist durch eine Emissionsverteilung gekennzeichnet, der sowohl Eigenschaften von TbI&sub3; als auch HoI&sub3; hinzugefügt sind. Die Emission bei ungefähr 500 nm Wellenlänge, die reichhaltiger ist, als die der Lampe, in die nur TbI&sub3; gefüllt ist, ist ein Effekt, der durch das TbI&sub3; hervorgerufen wird und die Emission um den roten Farbbereich, die reichhaltiger ist als die der Lampe, in die nur TbI&sub3; gefüllt ist, ist ein Effekt, der durch das HoI&sub3; hervorgerufen wird.

Der Effekt eines solchen Hinzugebens kann auch durch andere Kombinationen als die Kombination aus HoI&sub3; und TbI&sub3; erhalten werden. Durch entsprechende Kombination von TbI&sub3;, DyI&sub3;, HoI&sub3;, ErI&sub3; und TmI&sub3; kann eine Lampe mit einzigartigen Eigenschaften erlangt werden. Zum Beispiel im Fall einer Kombination von Hob und TmI&sub3; ist die Emission von TmI&sub3; im roten Farbbereich, die etwas weniger zufriedenstellend ist, durch HoI&sub3; verbessert und eine höhere Leuchteffizienz als die der Lampe, in die nur HoI&sub3; gefüllt ist, wird durch das TmI&sub3; hervorgerufen.

(Ausführungsform 6)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, die 0,4 mg (0,57 mg/cc) an InBr anstelle von InI gefüllt sind, und andere konstruktive Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe zeigt, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die korrelierte Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in dem Fall jeweils etwa 5300 K und ungefähr 80 Im/W.

Wie durch die vorliegende Ausführungsform gezeigt, wurde eine Änderung der Emissionsverteilung aufgrund der Ersetzung durch InBr nicht beobachtet. In Hinblick auf diesen Punkt ist eine Ersetzung von InI durch InBr möglich. Weiterhin ist aus den Entglasungstestergebnissen in Tabelle 1 klar, dass kein nachteiliger Effekt auf die Lebensdauer gefunden wurde. Die Leuchteffizienz ist jedoch leicht verringert.

Die Ersetzung von InI durch InBr ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform angezeigt, nicht auf den Fall der Kombination mit HoI&sub3; beschränkt. Sie ist in Kombinationen mit TbI&sub3;, DyI&sub3;, ErI&sub3;, TmI&sub3;, als auch Mischungen dieser Iodide möglich. Zusätzlich können Bromide anstelle von Iodiden benutzt werden und Iodide können mit Bromiden kombiniert werden.

(Ausführungsform 7)

Als nächstes wird im Folgenden eine Lampe beschrieben, in die 1 mg (1,43 mg/cc) an HoBr&sub3; anstelle von HoI&sub3; gefüllt ist, und andere konstruktive Details dieselben sind, wie die der Metallhalogenidlampe aus Fig. 1.

Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Spektralverteilung der Metallhalogenidlampe, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, zeigt. Die korrelierende Farbtemperatur und Leuchteffizienz sind in diesem Fall Jeweils ungefähr 7200 K und ungefähr 74 Im/W.

Eine Lampe, bei der HoBr&sub3; HoI&sub3; ersetzt, ist durch eine höhere korrelierte Farbtemperatur als die der vorliegenden Ausführungsform gekennzeichnet. Die Emission um 440 nm Wellenlänge ist stark erhöht. Die Leuchteffizienz verringerte sich um 10% auf ein Niveau, das gleichwertig zu der konventionellen Dy-Nd-Cs-I Lampe ist.

In Bezug auf die TmI&sub3; gefüllte Lampe, die in der Ausführungsform 2 beschrieben ist, hat eine andere Lampe, in die 1 mg (1,43 mg/cc) TmBr&sub3; anstelle von TmI&sub3; gefüllt ist, eine korrelierte Farbtemperatur von ungefähr 8600 K und eine Leuchteffizienz von ungefähr 81 Im/W. Die Spektralverteilung der Lampe ist in Fig. 14 gezeigt.

Wie oben erwähnt, verursacht die Umänderung der Iodide des Ho und des Tm zu den Bromiden davon eine erhöhte korrelierte Farbtemperatur und eine Verringerung von ungefähr 10% der Leuchteffizienz als Ergebnis. Trotz der Erniedrigung der Leuchteffizienz wird eine längere Lebensdauer als im Fall der Iodide erhalten. Es ist in den Entglasungsauswertungstestergebnissen in Tabelle 1 gezeigt, dass Tm eine niedrigere Entglasungseigenschaft in seinem Bromid als in seinem Iodid hat.

Zusätzlich ist es klar, dass sogar bei Dy und Nd, dessen Iodide hohe Entglasung anzeigten, die Bromide davon niedrige Entglasung anzeigen, die vergleichbar zu TmBr&sub3; sind und dass die Bromide des Ho, Tb und Er ebenfalls eine vergleichbar lange Lebensdauer ergeben.

Es ist bei diesen Bromiden weiterhin der Fall, dass eine Änderung von InI zu InBr keine nachteiligen Effekte verursacht.

Wie bereits oben erwähnt, kann durch Kombination von Halogeniden von 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc des In mit einem Halogenid einer seltenen Erde von Tb, Dy, Ho, Er, Tm oder einer Mischung von ausgewählten Elementen dieser Seltenerd-Elementen eine hochgradig effiziente Metallhalogenidlampe realisiert werden, die die Anforderung an verschiedene relativ hohe korrelierende Farbtemperaturen zufrieden stellt. Darüber hinaus, wenn die Füllmenge an dem Halogenid, der seltenen Erde in einem solchen Bereich ist, dass eine verdampfbare Menge des Halogenids, das von der Temperatur des Halogenids abhängt, die Minimumfüllmenge ist und 3,0 mg/cc des Halogenids, das Maximum hiervon ist, kann eine Metallhalogenidlampe realisiert werden, die eine weitere vergrößerte Lebensdauer hat.

In den Ausführungsformen ist die Bogenlänge 3,5 ± 0,5 mm, falls aber die Bogenlänge 5 mm oder weniger ist, werden dieselben Vorteile erhalten. Wenn die Bogenlänge mehr als 5 mm ist, erhöht sich die Effizienz, aber die korrelierende Farbtemperatur sinkt.

In dem Fall, bei dem In durch Ga ersetzt wurde, was auch zu 3B gehört, war die Leuchteffizienz weniger als 70 Im/W. In dem Fall, in dem ein Halogenid von Sn, was eine niedrige Entglasung in den Entglasungstestergebnissen zeigt, und ein Iodid des In kombiniert wurde, konnte eine Leuchteffizienz von 70 Im/W oder mehr erhalten werden, aber wegen der niedrigen Leuchtkraft war die Lampe als Lichtquelle für einen Flüssigkristallprojektor oder Ähnliches ungeeignet.

Auch wenn in den vorangegangen Ausführungsformen Beispiele für Metallhalogenidlampen, die Elektroden haben, beschrieben wurden, kann ein ähnlicher Effekt sogar in sog. "keine Elektroden"-Metallhalogenidlampen erhalten werden, in denen keine Elektroden zur Verfügung gestellt sind und die Füllung in der Bogenlampe angeregt wird und Licht emittiert.

Obwohl im Obigen bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obenerwähnte Beschreibung beschränkt und es sollte verstanden werden, dass Modifikationen, die dem Fachmann offensichtlich sind, nicht von dem Geist der Erfindung abweichen. Ein ähnlicher Effekt kann sogar in einer Lampe erhalten werden, die eine unterschiedliche Wattzahl und eine unterschiedliche Größe hat, und auch in dem Fall, bei dem ein Material das Na, Cs oder Ähnliches enthält, dem Füller zugesetzt ist, kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden.

Auf Grundlage der Ausführungsformen ist es gemäß der Erfindung möglich, eine ökonomische Lichtquelle zu erhalten, die eine gute Leuchteffizienz und ein Emissionsspektrum hat, das den sichtbaren Bereich abdeckt und das die Anforderung für verschiedene relativ hohe korrelierende Farbtemperaturen zufrieden stellt. Dies ist dadurch möglich gemacht, dass zusätzlich zu einem Startedelgas wenigstens ein Halogenid des In und ein Halogenid der Seltenerd-Elemente Tb, Dy, Ho, Er und Tm oder ein Halogenid einer Mischung der, aus diesen Elementen ausgewählten, kombiniert werden.

Darüber hinaus, da das Fortschreiten der Reaktion zwischen einem transparenten Behältermaterial und einem Zusatzmetall verlangsamt wird, wird als Konsequenz die Entglasung eingeschränkt und dadurch kann eine Lichtquelle erlangt werden, die eine lange Lebensdauer hat und als Lichtquelle für z. B. einen Flüssigkristallprojektor geeignet ist.

Unterdessen haben die Ströme, die an die Lampen in den oben beschriebenen Ausführungsformen angelegen werden, eine rechteckige Wellenform mit 270 Hz. AC-Ströme werden an die Lampen in der vorliegenden Erfindung angelegt.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Betrieb einer Metallhalogenidlampe, die einen lichtdurchlässigen Behälter (1) mit einer Füllung umfasst, wobei die Füllung zusätzlich zu einem Startedelgas wenigstens ein Halogenid des In und ein Halogenid des Tb, Dy, Ho, Er, Tm oder einer Mischung des Tb, Dy, Ho, Er, Tm einschließt;

wobei 0,1 mg/cc bis 1,5 mg/cc des Halogenids des In abgefüllt ist, und das Verfahren den Schritt umfasst:

Betrieb der Lampe mit einem AC-Strom, wobei Leuchten mit einer Lampenleistungen durchgeführt wird, bei der die Röhrenwandlast 48 W/cm² bis 62 W/cm² ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halogenide des Tb, Dy, Ho, Er, Tm oder der Mischung des Tb, Dy, Ho, Er, Tm in einem solchen Maß abgefüllt sind, dass die minimale Füllmenge die Menge des Halogenids ist, die vollständig, abhängig von der Temperatur des Halogenids, verdampfbar ist, und 3,0 mg/cc des Halogenid die Maximale hiervon ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Material, das in den lichtdurchlässigen Behälter (1) eingefüllt ist, durch von außen zugeführte elektromagnetische Wellen angeregt wird und anfängt zu emittieren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Halogen des Halogenids des In Jod oder Brom ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halogen des Halogenids eines selten Erdelements Jod oder Brom ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lampe ein elektrisch an eine externe Energieversorgung angeschlosses Elektrodenpaar (2a, 2b) umfasst, so dass der Abstand zwischen dem Elektrodenpaar 5 mm oder weniger ist.







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