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Dokumentenidentifikation DE69625143T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0762477
Titel Metallhalogenidlampe
Anmelder Ushiodenki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ooyama, Masachika, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP;
Narita, Mitsuo, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP;
Okazaki, Yoshio, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP
Vertreter Patentanwälte Friedrich Lang und Dr. Isabel Tomerius, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69625143
Vertragsstaaten DE, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.08.1996
EP-Aktenzeichen 961137858
EP-Offenlegungsdatum 12.03.1997
EP date of grant 04.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse H01J 61/12
IPC-Nebenklasse H01J 61/86   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenidlampe, insbesondere eine Metallhalogenidlampe, welche für einen Flüssigkeitskristallprojektor verwendet wird.

In einer Metallhalogenidlampe sind in einer Leuchtröhre zu Emissionszwecken mit Farbreproduktion Quecksilber, Edelgas und Metallhalogenid eingeschlossen. Scandium, Natrium, Dysprosium, Neodym, Zinn, Thulium, Cer oder Ähnliche werden als Verbindung von 10d oder Brom als dieses Metallhalogenid verwendet. Diese Metallhalogenide sind als eine Flüssigkeit in der Umgebung der Wand der Leuchtröhre während des Leuchtbetriebs der Lampe gegenwärtig. Ein Teil der Flüssigkeit verdampft jedoch auch. Dieses verdampfte Metallhalogenid dissoziiert in Metallatome und Halogenatome im Zentrumsbereich der Leuchtröhre. Die Metallatome emittieren ein Spektrum, welches für das Metall charakteristisch ist. Außerdem werden die Metallhalogenidmoleküle in der Peripherie der Leuchtröhre angeregt und emittieren ein Spektrum, welches für Metallhalogenide charakteristisch ist. Dies bedeutet, dass das im Zentrumsbereich der Leuchtröhre emittierte Spektrum sich von dem in der Peripherie der Leuchtröhre emittierten Spektrum unterscheidet.

US-A-3,842,307 betrifft eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe, in der die Lampenfüllung Quecksilber, Quecksilberiodid, Cäsiumiodid und eine Mischung von Metallen der seltenen Erden wie zum Beispiel Dysprosium, Holmium oder Thulium umfasst, die in der Form von Metallen hinzugefügt sind. Holmium und/oder Thulium können durch Europium oder Lutetium ersetzt werden, ohne dass spezifische Mengen angegeben sind.

US-A-3,771,009 offenbart Quecksilber-Entladungslampen, in denen die Lampenfüllung Gruppe IIIA-Metalle und Metalle der seltenen Erden umfasst. In einem Beispiel sind Dysprosium und Lutetium in Form ihrer Metalle hinzugefügt.

Im Fall der Verwendung einer Metallhalogenidlampe für einen Flüssigkeitskristallprojektor oder Ähnliches wird die Lampe im Allgemeinen mit einem Fokussierspiegel kombiniert und so angeordnet, dass seine Leuchtbogenachse mit der Spiegelachse übereinstimmt, um die Fokussiereffizienz des Fokussierspiegels zu erhöhen. Hauptsächlich wird die Emission des Leuchtbogenzentrumsbereichs auf den Zentrumsbereich einer lichtempfangenden Oberfläche projiziert, wie zum Beispiel einen Bildschirm oder Ähnliches, während das Licht der Leuchtbogenperipherie hauptsächlich auf den Außenbereich der lichtempfangenden Oberfläche projiziert wird. Dies bedeutet, dass ein sogenanntes Farbschatten- Phänomen auf der lichtempfangenden Oberfläche auftritt, da sich das Emissionsspektrum im Zentrumsbereich des Leuchtbogens von dem Emissionsspektrum der Leuchtbogenperipherie unterscheidet, wie oben beschrieben wurde.

Auf der einen Seite gibt es eine wachsende Nachfrage, die Größe von Flüssigkeitskristallprojektoren zu reduzieren. Folglich gibt es eine immer häufigere Nachfrage nach der Reduzierung der Größe nicht nur der verwendeten Metallhalogenidlampe, sondern auch des Fokussierspiegels, welcher sie umgibt, und der Stromquelle. Auf der anderen Seite ist es natürlich nötig, eine Projektion auf dem Schirm mit einer hohen Beleuchtungsintensität zu erreichen. Das bedeutet, dass eine Lichtquelle erforderlich ist, bei welcher die Größe der Lampe und anderer Vorrichtungen reduziert ist und welche gleichzeitig ausreichend Helligkeit aufweist.

Deshalb ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe anzugeben, bei welcher keine Farbschattierung auf der lichtempfangenden Oberfläche auftritt und welche gleichzeitig Licht mit genügend Helligkeit emittiert.

Diese Aufgabe wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreicht, indem Lutetiumhalogenid und ein oder mehrere der in Gruppen A, B und C unten beschriebenen Metallhalogenide in einer Leuchtröhre einer Metallhalgonidlampe zusammen mit einem Quecksilberhalogenid eingeschlossen sind:

Gruppe A: Dysprosiumhalogenid, Holmiumhalogenid, Erbiumhalogenid, Thuliumhalogenid

Gruppe B: Cerhalogenid, Praseodymhalogenid, Neodymhalogenid

Gruppe C: Cäsiumhalogenid

Diese Metallhalogenide sind so in der Leuchtröhre eingeschlossen, dass das molare Verhältnis der Gesamtmenge des Halogens der in Gruppen A, B und C oben beschriebenen Metallhalogenide bezogen auf die Gesamtmenge allen eingeschlossenen Halogens im Bereich von 0.4 bis 0.8 liegt.

Zusätzlich wird die Aufgabe der Erfindung vorteilhaft dadurch erreicht, dass ein oder mehrere der Metallhalogenide aus jeder der oben beschriebenen Gruppen A, B und C ausgewählt und eingeschlossen werden.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass, um eine Farbschattierung auszuschließen, das Einschließen von Lutetium und Metallen der seltenen Erdmetallen neben Lutetium in die Leuchtröhre wirkungsvoll ist. Der vorstellbare Grund für diese Tatsache ist, dass die Lutetiumemission sowohl im Zentrumsbereich des Leuchtbogens als auch in dessen Peripherie im Wesentlichen gleich ist.

Auf der anderen Seite sind, um eine Emission mit Farbreproduktion zu erreichen, für eine Rot- Emission Dysprosium, Holmium und Ähnliches und für eine Grün-Emission Cer, Praseodym und Neodym eingeschlossen. Außerdem ist Cäsium eingeschlossen, um eine Entglasung der Leuchtröhre zu verhindern. Zusätzlich ist, um die Helligkeit zu erhöhen, neben dem Halogen, welches den oben beschriebenen Metallen der seltenen Erden angehört, ebenfalls anderes Halogen eingeschlossen.

Zusätzlich kann durch Bestimmen der Einschließungsmenge der Halogensubstanz unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Zusammenhänge eine vorteilhaftere Metallhalogenidlampe geschaffen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung weiter beschrieben unter Verwendung der in der Zeichnung gezeigten einzigen Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung und

Fig. 2 stellt schematisch eine Lichtquellenvorrichtung dar, bei welcher die Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung verwendet ist.

In Fig. 1 ist eine Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung gezeigt, welche eine aus Quarzglas hergestellte Leuchtröhre 10 umfasst, in welcher Quecksilber und Edelgas eingeschlossen sind und in welcher gleichzeitig Lutetium, andere Metalle der seltenen Erden und, Quecksilberhalogenid eingeschlossen sind, wie unten beschrieben wird. Im Zentrum der Leuchtröhre 10 liegt ein Emissionsteil 11, innerhalb dessen sich ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden 21, 22 befindet. Während des Beleuchtungsbetriebs der Lampe bildet sich eine Bogenentladung zwischen diesem Paar Elektroden 21 und 22. Sockel 31 und 32 sind jeweils mit den äußeren Enden der Elektroden 21 und 22 verbunden.

Das Quecksilber und das Edelgas sind notwendig, um die Bogenentladung aufrecht zu erhalten. Ihre Mengen sind in geeigneter Weise ausgewählt. Zum Beispiel wird Xenon oder Argon als das Edelgas verwendet. Diese Lampe wird zum Beispiel mit 80 V und 150 W betrieben. Die Leuchtröhre 10 hat ein Innenvolumen von 0.4 cm³ und eine Leuchtbogenlänge von 5.0 mm. Eine Gesamtmenge von 13.3 kPA (100 Torr) Argon und 10 mg Quecksilber sind in der Leuchtröhre 10 eingeschlossen.

Unter den eingeschlossenen Substanzen wird Lutetium hauptsächlich verwendet, um Farbschattierungen zu beseitigen, und es ist in der Form eines Halogenids eingeschlossen, das heißt als Lutetiumiodid (Lul&sub3;) und Lutetiumbromid (LuBr&sub3;). Außerdem ist/sind, wenn erforderlich, eine oder mehrere Substanzen, die aus Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er) und Thulium (Tm) ausgewählt sind, in Halogenidform eingeschlossen, d. h. in Iodid- oder Bromidform, um eine kontinuierliche Emission mit roter Farbe verhältnismäßig zu intensivieren.

Ferner ist/sind, wenn notwendig, eine oder mehrere der Verbindungen des Cers (Ce), Praseodyms (Pr) und Neodyms (Nd) auch in Halogenidform eingeschlossen, d. h. in Iodid- oder Bromidform, um eine kontinuierliche Emission mit grüner Farbe verhältnismäßig zu intensivieren. Außerdem ist Cäsium (Cs) ebenso in der Form eines Halogenids eingeschlossen, d. h. in Iodid- oder Bromidform, um eine Entglasung der Leuchtröhre 10 zu vermeiden.

Das bedeutet, dass es wirkungsvoll ist, um Farbschattierungen zu unterbinden, nicht nur Lutetium, sondern auch Metalle der seltenen Erden außer Lutetium einzuschließen. Neben Lutetium sind deshalb Dysprosium, Holmium, Cer und Ähnliche, welche eine Farbreproduktion entwickeln, als diese Metalle der seltenen Erden eingeschlossen. Diese Metalle der seltenen Erden sind im Allgemeinen nicht als Elemente eingeschlossen, sondern in der Form von Halogeniden. Dies geschieht, weil der Dampfdruck bei Metallelementen durch Halogeniderzeugung reduziert werden kann, weil auf diese Art und Weise eine leichtere Emission erreicht wird und weil außerdem eine einfachere Handhabung auch hinsichtlich der Lampenproduktion erreicht wird.

Im Folgenden sind Tests hinsichtlich der Farbschattierung und der Beleuchtungsintensität der erfindungsgemäßen Metallhalogenidlampe beschrieben.

In den Tests wurden Metallhalogenidlampen verwendet, in welchen Lutetiumiodid, Dysprosiumiodid, Neodymiodid, Cäsiumiodid und Quecksilberiodid eingeschlossen waren. Für Dysprosiumiodid, Neodymiodid, Lutetiumiodid und Cäsiumiodid wurde das Verhältnis der Gesamtmenge aller Halogenelemente, einschließlich Quecksilberiodid, zu der Gesamtmenge des Halogens, welches an Metall gebunden ist, geändert, so dass es von einer Lampe zur anderen verschieden war. Das bedeutet, dass hinsichtlich des Wertes C Farbschattierung und Beleuchtungsintensität gemessen wurden, wobei das Verhältnis mit C bezeichnet wurde, bei welchem die Gesamtmenge des Halogens, welches an Dysprosiumiodid, Neodymiodid, Lutetiumiodid und Cäsiumiodid gebunden ist, durch die Gesamtmenge allen Halogens, einschließlich Quecksilberiodid, geteilt wurde.

In den Tests wurden alle der oben beschriebenen Lampen mit 150 W betrieben. Die Beleuchtungsintensität im Zentrum des Schirms wurde mit einem Beleuchtungsmesser gemessen und als Zentrumsbeleuchtungsintensität (Ix) bezeichnet. Außerdem wurden die Farben im Randbereich und im Zentrumsbereich des Schirms unter Verwendung eines Spektrometers gemessen, und ihr Unterschied wird als Differenz DUV bezeichnet. In diesem Fall wird der Ausdruck DUV als die Abweichung von der Farbe der Schwarzkörperstrahlung, basierend auf dem Planck'schen Gesetz, definiert. Der in dem Test verwendete Schirm hatte die Maße 813 mm Breite · 610 mm Höhe. Die Messungen wurden in einem Zustand aufgenommen, bei welchem der Abstand von der Lampe 1.5 m war. Dies bedeutet, dass der Test in einem Zustand durchgeführt wurde, welcher im Wesentlichen identisch zu einer konventionellen Verwendung eines Flüssigkeitskristallprojektors ist.

Das Ergebnis ist im Folgenden beschrieben, bei welchem Lampe 1 eine Lampe bezeichnet, in welcher kein Lutetium eingeschlossen ist, und Lampe 2 eine Lampe bezeichnet, in welcher Lutetiumiodid, Dysprosiumiodid, Neodymiodid und Cäsiumiodid eingeschlossen sind, aber kein Quecksilberiodid eingeschlossen ist.

Die Lampen 3, 4 und 5 bezeichnen Lampen, in welchen Quecksilberiodid eingeschlossen ist.

Aus den obigen Ergebnissen wurde bestimmt, dass es notwendig ist, dass der Wert "C" kleiner oder gleich 0,77 ist, um einen numerischen Wert größer oder gleich dem numerischen Wert (13000 Lux) zu erhalten, bei welchem die Zentrumsbeleuchtungsintensität als "ausreichend hell" angesehen werden kann. Auf der anderen Seite ist es notwendig, um das Auftreten von Farbschattierungen zu vermeiden, dass der Wert C größer oder gleich 0,40 und kleiner oder gleich 1,00 ist. In diesen Fällen sind die DUV-Differenzen in der obigen Tabelle klein.

Dies zeigt, dass es vorteilhaft ist, dass der Wert "C" größer oder gleich 0,40 und kleiner oder gleich 0,77 ist, um die "Beleuchtungsintensität" adäquat aufrecht zu erhalten und gleichzeitig Farbschattierungen zu unterdrücken.

Wie oben beschrieben, ist es offensichtlich, dass es vorteilhaft ist, dass das Lutetiumhalogenid, die Halogenide der anderen Metalle der seltenen Erden und das Quecksilberhalogenid so festgelegt werden, dass der oben beschriebenen Bedingung von "C" genügt wird. Genauer können die Metalle mit der unten beschriebenen Zusammensetzung eingeschlossen sein:

0,6 ≤ Dy/Nd ≤ 3,2

0,4 ≤ Lu/Nd ≤ 2,4

0,4 ≤ (Dy + Nd + Lu)/Cs ≤ 2,5

Unten wird eine Lichtquellenvorrichtung für einen Flüssigkeitskristallprojektor beschrieben, bei welchem die Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung verwendet wird.

In Fig. 2 ist eine Lampe 41 innerhalb eines Fokussierspiegels 42 so angeordnet, dass die Leuchtbogenachse mit der Spiegelachse übereinstimmt. Das von Lampe 41 ausgestrahlte Licht wird direkt oder durch Reflektion mittels des Fokussierspiegels 42 nach Durchgang durch eine Kondensorlinse 43, eine Flüssigkeitskristalloberfläche 44 und eine Projektorlinse 45 auf eine lichtempfangende Oberfläche 46 projiziert.

Hier kann jedes Metall der seltenen Erden von den Metallen der seltenen Erden, welche oben in den Gruppen A, B und C beschrieben wurden, zusammen mit dem Lutetium eingeschlossen sein. Im Fall der Einschließung von mehreren Metallen der seltenen Erden können außerdem mehrere Metalle der seltenen Erden entweder aus der gleichen Gruppe eingeschlossen werden, zum Beispiel Dysprosiumhalogenid und Holmiumhalogenid, oder aus verschiedenen Gruppen, zum Beispiel Dysprosiumhalogenid und Cerhalogenid.

Es ist darauf hinzuweisen, dass, obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, dem Fachmann verschiedene andere Ausführungsformen und Abwandlungen einfallen werden.


Anspruch[de]

1. Metallhalogenidlampe, umfassend:

Lutetiumhalogenid und mindestens ein Metallhalogenid, ausgewählt aus mindestens einer der Gruppen A, B und C, die in einer Leuchtröhre zusammen mit einem Quecksilberhalogenid eingeschlossen sind, wobei

Gruppe A aus Dysprosiumhalogenid, Holmiumhalogenid, Erbiumhalogenid und Thuliumhalogenid besteht,

Gruppe B aus Cerhalogenid, Praseodymhalogenid und Neodymhalogenid besteht und

Gruppe C aus Cäsiumhalogenid besteht,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Metallhalogenide aus den Gruppen A, B und C so in der Leuchtröhre eingeschlossen sind, dass das molare Verhältnis der Gesamtmenge ihres eingeschlossenen Halogens zur Gesamtmenge allen eingeschlossenen Halogens im Bereich von 0,4 bis 0,8 liegt.

2. Metallhalogenidlampe gemäß Anspruch 1,

in der mindestens ein Metallhalogenid aus jeder der Gruppen A, B und C in der Leuchtröhre eingeschlossen ist.







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