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Dokumentenidentifikation DE69814288T2 08.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000908926
Titel Metallhalogenidlampe
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Takahashi, Kiyoshi, Kyotanabe-shi, Kyoto 610-0354, JP;
Takeda, Mamoru, Soraku-gun, Kyoto 619-0237, JP;
Horiuchi, Makoto, Sakurai-shi, Nara 633-0062, JP
Vertreter Tetzner, V., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Dr.jur., Pat.- u. Rechtsanw., 81479 München
DE-Aktenzeichen 69814288
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.10.1998
EP-Aktenzeichen 983082736
EP-Offenlegungsdatum 14.04.1999
EP date of grant 07.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.04.2004
IPC-Hauptklasse H01J 61/12
IPC-Nebenklasse H01J 61/82   H01J 61/86   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Metallhalogenidlampe, und zwar insbesondere eine Metallhalogenidlampe, die für eine Projektionsanzeige, wie etwa eine Flüssigkristall-Projektionsanzeige, und für eine Leuchte verwendet wird, die vorwiegend in einem Reflektor und dergleichen eingebaut ist.

Flüssigkristall-Projektionssysteme haben Popularität als ein Anzeigemittel zum Vergrößern und Projizieren von Schriftzeichen oder Graphiken auf den Schirm erlangt.

Dieser Typ von Geräten weist typischerweise einen solchen Aufbau auf, dass ein Licht von einer Lichtquellenlampe über einen Reflektor in ein Flüssigkristallfeld hinein projiziert wird und anschließend das Licht über ein bündelndes optisches System, das ein projizierendes optisches System ist, auf einen Schirm projiziert wird. Solch einen Aufbau aufweisend, kann dieser Typ von Geräten nur das Licht verwenden, das von einem beschränkten Bereich emittiert wird, der an den Brennpunkt des Reflektors angrenzt. Es ist daher wünschenswert, dass in einer Lampe für die Lichtquelle die Lichtemission durch einen Lichtbogen in einer Fläche konzentriert wird, die so klein wie möglich ist. Der Grund ist der, dass die Effizienz der Lichtverwertung zunimmt, sowie die Licht emittierende Fläche kleiner wird, und demgemäß eine große Beleuchtungsstärke auf dem Schirm erreicht wird. Diese Tendenz wird um so offensichtlicher, sowie die Verkleinerung der physikalischen Größen des Reflektors und dergleichen im Bemühen, die Abmessungen, das Gewicht und die Kosten der Projektionsvorrichtungen zu verringern, fortschreitet.

Es ist auch wünschenswert, dass die Lampe, die für die Lichtquelle von Projektionssystemen verwendet wird, eine gut ausgewogene Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums hinweg aufweist. Mit anderen Worten, wenn die Lampe in jedem, dem roten, dem grünen und blauen Bereich des Spektrums gut ausgewogene Lichtemission zeigt, wird das Projektionssystem, das die Lampe einsetzt, dadurch in der Lage sein, beispielsweise ein Bild einer gesunden menschlichen Gesichtsfarbe wiederzugeben, wie sie sein sollte. Wenn jedoch die Lichtemission im roten Bereich nicht ausreichend ist, fällt das angezeigte Bild der gesunden menschlichen Gesichtsfarbe bläulich, demgemäß bleich und ungesund aus.

In Anbetracht des oben gesagten sind Metallhalogenidlampen, Ultrahochdruck-Quecksilberlampen oder dergleichen für herkömmliche Flüssigkristall-Projektionssysteme und dergleichen verwendet worden.

Metallhalogenidlampen sind Hochdruck-Entladungslampen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass verschiedene Typen von Metallhalogeniden in Hochdruck-Quecksilberdampf eingeschlossen sind. Ein Typ einer solchen Lampe wird auf den Seiten 18 bis 24 von Charakteristics and Theoretical Analysis of Metal Halide Lamps, T. Higashi, The Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Band 73, Nr. 9, 1989, offenbart. Die Lampe enthält die Iodide von SC (Scandium) und Na (Natrium} im Füllmaterial und zeigt eine hohe Lichtausbeute von 90 lm/W (es versteht sich von selbst, dass der Ausdruck „Lichtausbeute" hierin einen Lichtstrom pro Einheit der elektrischen Leistungsaufnahme einer Lampe bedeutet). Der Grund dafür wird darin gesehen, dass ein komplexes Iodid (möglicherweise Na2ScI5) aus Sc und Na darin gebildet wird, das einen größeren Dampfdruck als den von Sc und Na aufweist (siehe Seiten 209 bis 214 von Complex Halide Vapers in Metal Halide Type HID Lamps, C. Hirayama et al., The Journal of the Illuminating Engineering Society, Juli 1977). Die spektrale Verteilung dieser Lampe ist in 7 gezeigt. Wie aus 7 ersichtlich ist, wird eine große Anzahl von Helllinienspektren im sichtbaren Bereich beobachtet, was indiziert, dass die Lampe relativ gute Farbwiedergabeeigenschaften aufweist. Beim Prozess der Vervollständigung der Erfindung stellten die gegenwärtigen Erfinder auf experimentellem Weg eine Metallhalogenidlampe her, die einen Aufbau aufweist, wie er unten beschrieben und in 8 gezeigt ist. Die Lampe besitzt eine Lichtbogenröhre 101, die aus einem lichtdurchlässigen Quarzgefäß aufgebaut ist, das eine annäherungsweise kugelförmige Form aufweist, einen Innendurchmesser von 10.8 mm und eine innere Kapazität von 0.7 cc. Jede der sich gegenüber liegenden Enden der Lichtbogenröhre 101 ist an einem Verschlussabschnitt 106 verschlossen. Ein Paar von Wolframelektroden 102 ist innerhalb der Lichtbogenröhre 101 vorgesehen. Jede der Wolframelektroden 102 ist mit einem externen Anschluss 104 über eine Molybdänfolie 103 verbunden. Eine Wolframwendel 105 ist ebenfalls an jede der Wolframelektroden 102 durch Anschweißen angeschlossen. Die Lücke zwischen den Anschlussenden der Elektroden 102 (der Abstand zwischen den Elektroden) ist auf 2.2 nun festgelegt. Ein Füllmaterial 107 ist in der Lichtbogenröhre 101 eingeschlossen. Das Füllmaterial 107 besteht aus 0.6 mg InI (Indiumiodid), 1 mg TmI3 (Thuliumiodid), Argon mit 0.2 atm bei Raumtemperatur und 49 mg Quecksilber.

Die Lichtausbeute der Lampe gemäß dem oben beschriebenen Aufbau betrug etwa 80 Im/W, wenn die Lampe horizontal angeordnet war und bei einer Nennleistungsaufnahme betrieben wurde. Der Lichtstrom, der einen 101.6 cm (40 inch) großen Schirm erreicht, wurde unter der Bedingung gemessen, bei der das Licht, das von der Lampe emittiert wird, mit einem Aufnahmewinkel von 7 Grad über einen elliptischen Reflektor projiziert wird. Die Größe des Lichtstroms pro Einheit der Leistungsaufnahme betrug 4 lm/W. Die Größe des Lichtstroms pro Einheit der Aufnahmeleistung, die gemäß der oben beschriebenen Art und Weise gemessen wurde, wird im nachfolgenden als „Projektionseffizienz" bezeichnet. Es wird hier angemerkt, dass herkömmliche wohlbekannte Metallhalogenidlampen einen größeren Abstand zwischen den Elektroden aufweisen (beispielsweise ungefähr 3 mm) und deshalb sogar niedrigere Projektionseffizienz zeigen als die oben beschriebene Lampe. Gemäß der spektralen Verteilung zeigte die Lampe ergiebige Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich hinweg, wie es in 9 gezeigt ist. Im Einzelnen war die Lichtemission im roten Bereich des Spektrums ergiebiger als bei der vorher erwähnten Metallhalogenidlampe, die Iodide von Sc und Na enthält, was zu einer vorteilhafteren Farbwiedergabe führt, wenn die Lampe zum Projizieren von Bildern und dergleichen verwendet wird.

Eine Ultrahochdruck-Quecksilberlampe, beispielsweise wie die, die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-148561 beschrieben ist, weist im Allgemeinen einen solchen Aufbau auf, dass Quecksilber primär im Füllmaterial enthalten ist und der Dampfdruck des Quecksilbers während des Betriebs sehr groß wird. Halogenide von anderen Metallen sind darin nicht enthalten. Eine Ultrahochdruck-Quecksilberlampe von diesem Typ zeigte eine Lichtausbeute von etwa 60 lm/W und eine Projektionseffizienz von 11 lm/W, wenn sie bei Nennleistung betrieben wird. Die spektrale Verteilung dieser Lampe ist in 10 gezeigt. Da dieser Typ von Ultrahochdruck-Quecksilberlampen mit hohem Dampfdruck betrieben wird, ist die Lichtemission im roten Bereich des Spektrums, den Wellenlängenbereich von ungefähr 600 bis 650 nm, etwas besser gegenüber anderen Typen von Quecksilberlampen, die mit niedrigeren Dampfdrücken betrieben werden. Nichtsdestoweniger ist die Menge der Lichtemission im roten Bereich von ungefähr 600 bis 650 nm offensichtlich immer noch kleiner als die der oben erwähnten Metallhalogenidlampen.

Nun werden die Nachteile dieser Lampen nach dem Stand der Technik unten weiter detailliert beschrieben werden.

Obwohl die oben beschriebene experimentelle Metallhalogenidlampe eine relativ hohe Lichtausbeute aufweist, besitzt sie den Nachteil, dass die Lampe keine hohe Projektionseffizienz erreichen kann. Das ist auf die Schwierigkeiten zurückzuführen, die Licht emittierende Fläche kleiner zu machen. In Anbetracht dessen wurden als ein Index, um die Größe der Licht emittierenden Fläche anzugeben, die Lichtbogendurchmesser für diese Lampen gemessen. Aus den Ergebnissen wurde bestätigt, dass die experimentelle Metallhalogenidlampe, die In enthält, einen größeren Durchmesser von 1.1 mm aufwies, als die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe, deren Lichtbogendurchmesser 0.7 mm betrug. Die Metallhalogenidlampe, die auch Natrium enthält, besitzt den Nachteil eines größeren Lichtbogendurchmessers als bei der Ultrahochdruck-Quecksilberlampe. Daher können diese Lampen im Fall, dass die Lampen einen kleinen Reflektor oder einen kleinen Aufnahmewinkel für die Projektionslinse im projizierenden optischen System besitzen, keine ausreichende Helligkeit auf dem Schirm erreichen. Der Grund für einen großen Lichtbogendurchmesser in diesen Lampen ist der, dass Alkalimetalle wie etwa Na und dergleichen ein niedriges Ionisierungspotential aufweisen, beispielsweise beträgt das Ionisierungspotential von Na 5.14 eV, und deshalb sogar im peripheren Gebiet des Lichtbogens mit niedriger Temperatur in der Lampe leicht ionisieren. Diese Alkalimetalle erzeugen deshalb freie Elektronen, was einen weiten elektrischen Strompfad ergibt, d. h. einen großen Lichtbogendurchmesser ergibt. Dies wird auf S. 220 von Electric Discharge Lamps, John F. Waymouth, The MIT Press, ausführlich dargelegt.

Andererseits weist die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe wie oben erwähnt eine Projektionseffizienz von 11 lm/W auf, und das ist ungefähr dreimal soviel, wie die Projektionseffizienz der oben erwähnten Metallhalogenidlampe. Obwohl die Lichtemission im roten Bereich des Spektrums etwas besser ist als bei herkömmlichen Quecksilberlampen, kann die Ultrahochdruck-Quecksilberlampe jedoch keine günstige, gut ausgewogene Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich hinweg erzielen, wie sie durch Metallhalogenidlampen erzielt werden kann, da dessen Luminophor auf Quecksilber beschränkt ist.

In Hinsicht auf die oben erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe bereitzustellen, die einen kleinen Lichtbogendurchmesser, große Projektionseffizienz und gut ausgewogene Lichtemission hinsichtlich der spektralen Verteilung aufweist.

Erfindungsgemäß wird eine Metallhalogenidlampe bereitgestellt, die eine Lichtbogenröhre besitzt, worin ein Paar von Elektroden vorgesehen sind, von denen jede ein Anschlussende aufweist, und ein Füllmaterial eingeschlossen ist, wobei das Füllmaterial aus einem Edelgas, Quecksilber, einem Halogen und einem Metallelement, das nicht Quecksilber ist, besteht, wobei die Metallhalogenidlampe dadurch gekennzeichnet ist, dass das Metallelement, das nicht Quecksilber ist, ein erstes Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr aufweist; ferner das Füllmaterial kein Metallelement enthält, das ein erstes Ionisierungspotential weniger als 6 eV aufweist; ferner der Abstand zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden 2.5 mm oder weniger beträgt; und ferner der Mindestabstand von jedem Anschlussende des Paares von Elektroden zur Innenwand der Lichtbogenröhre auf nicht weniger als das 1,5-fache des Abstands zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden beschränkt ist.

Gemäß dem obigen Aufbau wird ein dünner Lichtbogen in der Lampe dadurch gebildet, dass nur die Metallelemente mit einem Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr in das Füllmaterial eingeschlossen werden. Die Lampe kann demgemäß eine hohe Leuchtdichte und eine hohe Projektionseffizienz erreichen und demgemäß wird auf dem Schirm dadurch eine hohe Beleuchtungsstärke erzielt. Zudem können die Lampen gemäß dem oben beschriebenen Aufbau, ungleich Quecksilberlampen, einen hohen Grad an Wiedergabeeigenschaften mit einer günstigen spektralen Verteilung über den ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums hinweg erlangen, da der Luminophor nicht auf Quecksilber beschränkt ist, wie in Quecksilberlampen.

Bei Metallhalogenidlampen nach dem Stand der Technik wird dem Füllmaterial Na oder dergleichen hinzugefügt, um den Lichtbogen zu stabilisieren. Man nimmt jedoch an, dass dies nicht nur in dem Fall notwendig ist, bei dem der Abstand zwischen den Elektroden relativ groß ist, z. B. ungefähr 10 mm. Als das Ergebnis verschiedener Experimente haben die Erfinder herausgefunden, dass die Bildung eines stabilen Lichtbogens dadurch verwirklicht wird, dass der Abstand zwischen den Elektroden auf 2.5 mm oder weniger, oder vorzugsweise 2.0 mm oder weniger, begrenzt wird, auch wenn dem Füllmaterial kein Na oder dergleichen hinzugefügt ist, und dass dadurch ungeachtet eines infolge der Abwesenheit von Na oder dergleichen niedrigen Dampfdrucks eine hohe Leuchtdichte erzielt werden kann.

Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 63-62066 offenbart eine Lampe, bei der keine Alkalimetalle eingeschlossen sind und bei der der Abstand zwischen den Anschlussenden der Elektroden gleich dem Abstand zwischen der Röhrenwand und den Anschlussenden der Elektroden gemacht wurde. Diese Technik soll die Stabilisierung eines Lichtbogens durch die Wirkung der Röhrenwand verwirklichen und ist effektiv für Lampen mit relativ niedriger Wattleistung, beispielsweise die Lampen mit einer Leistungsaufnahme von 50 bis 70 W. Für Lampen mit höherer Wattleistung mit einem relativ kleinen Abstand zwischen den Elektroden ist diese Technik jedoch nicht anwendbar, da sie zur Beschädigung der Röhrenwand führt. Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Röhrenwand von den Elektroden ferngehalten, so dass die Leistungsaufnahme der Lampe erhöht werden kann. Zudem wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen den Elektroden kurz gemacht und demgemäß kann die Erfindung die Stabilisierung des Lichtbogens und die Zunahme der Lichtemission zustande bringen.

Es ist in Fachkreisen erkannt worden, dass die Länge eines Lichtbogens dadurch klein gemacht werden kann, dass der Abstand zwischen den Elektroden klein gemacht wird. Es ist bisher jedoch nicht möglich gemacht worden, den Abstand zwischen den Elektroden extrem zu verkürzen, da solch ein kurzer Abstand zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer der Lampe führt.

Andererseits erfordert die erfindungsgemäße Metallhalogenidlampe einen geringeren elektrischen Strom als Metallhalogenidlampen nach dem Stand der Technik, wenn sie mit der gleichen elektrischen Leistung betrieben werden. Um genauer zu sein, beträgt beispielsweise beim Fall, dass das Füllmaterial ScI3 und NaI enthält, die Spannung zwischen den Elektroden etwa 40 V, vorausgesetzt dass der Abstand zwischen den Elektroden 2 mm beträgt, und deshalb beträgt der erforderliche elektrische Strom 5A, um eine Leistungsaufnahme von 200 W zu erzielen. Demgegenüber beträgt die Spannung zwischen den Elektroden im Fall, dass das Füllmaterial kein NaI enthält, etwa 60 V und deshalb wird der erforderliche elektrische Strom 3.3 A groß sein, was offensichtlich kleiner ist als beim obigen Fall, um die gleiche Leistungsaufnahme von 200 W zu erzielen. Folglich macht es die vorliegende Erfindung möglich, einen kurzen Abstand zwischen den Elektroden festzulegen, der dazu dient, einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen, ohne eine Beeinträchtigung der Lebensdauer der Lampe zu verursachen.

Vorzugsweise besitzt das oben erwähnte Metallelement, das nicht Quecksilber ist und das ein erstes Ionisierungspotential von 6 eV oder höher aufweist, die folgenden Eigenschaften:

  • 1) hoher Dampfdruck
  • 2) starke Lichtemission im sichtbaren Bereich und eine gut ausgewogene Lichtemission
  • 3) hohes Ionisierungspotential

Beispielsweise kann Scandium als solch ein Metallelement eingesetzt werden. Scandium sorgt für eine Lichtemission um die Wellenlänge von 630 nm herum und deshalb wird es durch Einsatz von Scandium möglich gemacht, eine spektrale Verteilungscharakterstik mit ergiebiger Lichtemission im Bereich der roten Farbe, dem Wellenlängenbereich von 600 bis 650 nm, zu erhalten. Vorzugsweise liegt das Scandium in Form eines Halogenids vor, wie etwa als Scandiumiodid (ScI3) und Scandiumbromid (ScBr3), so dass der Einschluss des Scandiums in die Lichtbogenröhre erleichtert werden kann.

Zudem können Halogenide von Seltenerdelementen, wie etwa Thuliumiodid und dergleichen in die Lichtbogenröhre eingeschlossen werden, so dass die spektrale Verteilungscharakteristik weiter verbessert wird.

Darüber hinaus kann eine lichtdurchlässige Quarzröhre als Lichtbogenröhre eingesetzt werden. Die lichtdurchlässige Quarzröhre besitzt eine große Transparenz und eine geringe Lichtstreuung verglichen beispielsweise mit einer keramischen Röhre und deshalb wird der Vorteil einer kleinen Licht emittierenden Fläche, die durch einen dünnen Lichtbogen erzielt wird, eher ersichtlich.

Zu einem vollständigerem Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung genommen, bei der:

1 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau der Metallhalogenidlampe des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 1 zeigt;

2 eine erläuterndes Diagramm ist, das die Definition eines Lichtbogendurchmessers veranschaulicht;

3 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 1 veranschaulicht;

4 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 2 veranschaulicht;

5 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 3 veranschaulicht;

6 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik der Metallhalogenidlampe des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 4 veranschaulicht;

7 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharaktertstik einer Metallhalogenidlampe nach dem Stand der Technik veranschaulicht;

8 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau der Metallhalogenidlampe zeigt, die als ein Experimentalprodukt beim Prozess der Vervollständigung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

9 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharakteristik der Metallhalogenidlampe des oben erwähnten Experimentalprodukts veranschaulicht;

sUnd 10 ein Graph ist, der die spektrale Verteilungscharakteristik einer herkömmlichen Ultrahochdruck-Quecksilberlampe veranschaulicht.

Es folgt nun eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1

Erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 1. Die Metallhalogenidlampe des ersten Ausführungsbeispiels 1 besitzt eine annähernd kugelförmige Lichtbogenröhre 201 und ein Füllmaterial 207 ist in die Lichtbogenröhre 201 eingeschlossen. Die Lichtbogenröhre 201 ist aus einem Lichtdurchlässigen Gefäß aufgebaut, die aus Quarz gefertigt ist. Jedes der sich gegenüberliegenden Enden der Lichtbogenröhre 201 ist an einem Verschlussabschnitt 206 verschlossen. Ein Paar von Wolframelektroden 202 ist innerhalb der Lichtbogenröhre 201 vorgesehen. Jede der Wolframelektroden 202 ist an einen externen Anschluss 204 über eine Molybdänfolie 203 angeschlossen, die hermetisch im Verschlussabschnitt 206 eingeschlossen ist. Eine Wolframwendel 205 ist gleichfalls an jede der Wolframelektroden 202 durch Anschweißen angeschlossen. Die Hauptdimensionen bei dieser Metallhalogenidlampe sind wie folgt: Innendurchmesser der Lichtbogenröhre: 10.8 mm Innere Kapazität der Lichtbogenröhre: 0.7 cc Abstand zwischen den Elektroden: 2.5 mm Abstand zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre und den Anschlussenden der Elektroden: ungefähr 5.4 mm

Die Gehalte des Füllmaterials 207 sind wie folgt: ScI3 (Scandiumiodid): 1 mg Argon: 0.2 atm (bei Raumtemperatur) Quecksilber: 35 mg

Für eine Lampe, die gemäß der oben beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist, wurde ein Lichtbogendurchmesser der Lampe unter der Bedingung gemessen, bei der die Lampe horizontal angeordnet war, eine Spannung mit einer Rechteckwelle von 270 Hz angelegt wurde und die Spannung und der elektrische Strom so gesteuert wurden, dass die Leistung der Lampe auf 200 W bemessen wurde.

Nun wird unter Bezugnahme auf 2(a) und 2(b) die Definition des hierin verwendeten Ausdrucks „Lichtbogendurchmesser" gegeben. Zuerst wird ein Linienabschnitt von einer Elektrode 202 zu der anderen Elektrode 202 als eine X-Achse definiert (eine Elektrodenachse) und ein Linienabschnitt, der orthogonal zur X-Achse ist und den Mittelpunkt zwischen den zwei Elektroden kreuzt, als Y-Achse definiert. Die Verteilung der Leuchtdichte entlang der Y-Achse wird gemessen und zwei Punkte, jeder mit einer Leuchtdichte von 50 % der maximalen Leuchtdichte, werden bestimmt. Der Abstand zwischen den zwei Punkten, jeder mit einer Leuchtdichte von 50 % der maximalen Leuchtdichte, wird als der hierin verwendete „Lichtbogendurchmesser" definiert.

Die Metallhalogenidlampe des Ausführungsbeispiels 1 zeigte einen Lichtbogendurchmesser von 0.7 mm, wenn er gemäß der oben beschriebenen Art und Weise gemessen wurde. Der Wert war offensichtlich kleiner als der der experimentellen Metallhalogenidlampe, wie sie vorher hierin beschrieben wurde, welcher 1.1 mm betrug, und war ungefähr gleich dem der vorher erwähnten Ultrahochdruck-Quecksilberlampe.

Die Lichtausbeute (ein Lichtstrom pro Einheit der elektrischen Leistungsaufnahme einer Lampe) der Metallhalogenidlampe des Ausführungsbeispiels 1 betrug 93 lm/W. Die vorhin erwähnte experimentelle Metallhalogenidlampe wies eine Lichtausbeute von 80 lm/W auf. Obwohl die Verbesserung der Lichtausbeute als relativ klein gegenüber der experimentellen Metallhalogenidlampe erscheinen mag, wies die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 eine ungefähr dreimal so hohe maximale Leuchtkraft wie die experimentelle Metallhalogenidlampe auf. Darüber hinaus erzielte die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 eine Projektionseffizienz, die ungefähr dreimal so hoch ist, wie die der experimentellen Metallhalogenidlampe. Das heißt, die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 erzielt auf dem Schirm eine Beleuchtungsstärke, die ungefähr dreimal so hoch ist, wie die der experimentellen Metallhalogenidlampe, vorausgesetzt, dass auf die beiden Metallhalogenidlampen die gleiche Leistungsaufnahme angewendet wurde. Das ist ungefähr die gleiche Projektionseffizienz wie die der vorhin erwähnten Ultrahochdruck-Quecksilberlampe.

Es wird angemerkt, dass die „Projektionseffizienz" hierin den Lichtstrom pro Einheit der Eingangsspannung an der Lampe meint, der den Schirm erreicht, wenn ein Licht mit einem Aufnahmewinkel von 7 Grad auf einen 40 inch großen Schirm über einen elliptischen Reflektor projiziert wird.

Als Grund für das Erzielen solch hoher Leuchtkraft und hoher Projektionseffizienz wird folgendes angenommen. Die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 enthält die metallischen Elemente, die ein relativ niedriges Ionisierungspotential aufweisen, nicht als einfacher Körper, wie etwa Na (das Ionisierungspotential von Na beträgt 5.14 eV) und In (das Ionisierungspotential von In beträgt 5.79 eV), und anstelle dessen enthält sie nur die metallischen Elemente mit einem Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr, wie etwa Sc (das Ionisierungspotential von Sc beträgt 6.7 eV) und Quecksilber (das Ionisierungspotential von Hg beträgt 10.44 eV). Zudem wird der Abstand zwischen den zwei Elektroden auf einen kurzen Abstand von 2.5 mm festgelegt. Deshalb ist die Lampe in der Lage einen stabilen Lichtbogen mit einem kleinen Durchmesser zu erzeugen. Als ein Ergebnis behält der erzeugte Lichtbogen eine hohe Energiedichte und eine hohe Temperatur und deshalb wird die Menge der Lichtemission pro Einheit der Sc-Atome vergrößert, sogar wenn keine große Zunahme des Dampfdrucks vorliegt, wie es bei dem Fall beobachtet wird, bei dem komplexe Iodide gebildet werden. Folglich wird die Lichtemission pro Flächeneinheit vergrößert, was eine solch hohe Leuchtdichte und eine solch hohe Projektionseffizienz ergibt, wie bei der obigen Beschreibung.

Darüber hinaus ist der Abstand zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre 201 und den Elektroden 202 bei der Lampe von Ausführungsbeispiel 1 auf ungefähr das Doppelte des Abstands zwischen den Elektroden 202 festgelegt und dadurch kann die Beschädigung der Lichtbogenröhre 201 vermieden werden.

Weiter, einen Lichtbogen mit einem kleinen Durchmesser aufweisend, besitzt die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 einen knappen Strompfad und weist dadurch eine hohe Spannung zwischen den Elektroden auf. Folglich kann der elektrische Strom, der für die gleiche Leistungsaufnahme wie Metallhalogenidlampen nach dem Stand der Technik erforderlich ist, bei der Lampe von Ausführungsbeispiel 1 vermindert werden. Folglich wird die Lebensdauer der Lampe nicht beeinträchtigt, sogar wenn der Abstand zwischen den Elektroden klein gemacht wurde.

Nun auf 3 Bezug nehmend, wird die spektrale Verteilungscharakteristik der Lampe von Ausführungsbeispiel 1 gezeigt. Wie aus 3 ersichtlich ist, wies die Lampe Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums hinweg auf. Im Einzelnen wurde eine ergiebigere Lichtemission im Bereich der roten Farbe des Spektrums, dem Wellenlängenbereich von 600 bis 650 nm, beobachtet, verglichen mit der vorhin erwähnten Ultrahochdruck-Quecksilberlampe (die spektrale Verteilung ist in 10 gezeigt). Dies liegt an der Lichtemission um 630 nm herum, was sich aus dem Effekt von Sc ergibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der oben beschriebene Effekt der Lichtemission durch Sc relativ größer als bei dem Fall, wo Na im Füllmaterial enthalten war. Folglich zeigt die Lampe des Ausführungsbeispiels 1 günstigere Farbwiedergabeeigenschaften als die vorhin erwähnte Ultrahochdruck-Quecksilberlampe und die Metallhalogenidlampe, bei der Na im Füllmaterial enthalten ist.

Es ist zu beachten, dass der Abstand zwischen den Elektroden 202 nicht auf 2.5 mm beschränkt ist. Sowie der Abstand kleiner gemacht wird (z. B. 2 mm oder kleiner), wird die sich ergebende Leuchtdichte und dergleichen größer werden.

Es ist auch zu beachten, dass es wichtig ist, den Abstand zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre 201 und den Elektroden 202 auf nicht weniger als auf ungefähr das 1,5-fache des Abstands zwischen den Elektroden 202 festzulegen, um die Beschädigung der Lichtbogenröhre 201 zu vermeiden und um im Fall einer großen Leistungsaufnahme einen stabilen Lichtbogen zu erhalten.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2

Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 2 weist den gleichen Aufbau auf, mit der Ausnahme, dass dem Füllmaterial TmI3 hinzugefügt ist und dass der Abstand zwischen den Elektroden auf 2.2 mm festgelegt ist.

Die Messung wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt. Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 2 wies einen Lichtbogendurchmesser von 0.7 mm und eine Lichtausbeute von 93 lm/W auf, welches die gleichen Werte wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 waren. Die maximale Leuchtdichte betrug ungefähr das 2,7-fache der der experimentellen Metallhalogenidlampe. Es versteht sich aus diesen Ergebnissen von selbst, dass die Zugabe von TmI3 keinen großen Lichtbogendurchmesser mit sich bringt und dass deshalb eine große Leuchtdichte und eine hohe Projektionseffizienz erreicht werden kann.

Was die spektrale Verteilung betrifft, kann die Lampe von Ausführungsbeispiel 2 sogar ergiebigere Lichtemission über den ganze sichtbaren Bereich erzielen, insbesondere in der Region der roten Farbe, dem Wellenlängenbereich von 600 bis 650 nm. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Tm (Thulium) zu einer Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich hinweg führt. Deshalb kann die Lampe von Ausführungsbeispiel 2 weitgehendere günstige Farbwiedergabeeigenschaften erzielen, als die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 1.

Es wird angenommen, dass andere Seltenerdelemente als Tm ebenfalls den gleichen Effekt auf den Lichtbogendurchmesser haben wie Tm. In Anbetracht dessen wird es auch möglich gemacht, die Metallhalogenidlampe mit hoher Leuchtdichte und günstigen Farbwiedergabeeigenschaften durch Hinzufügen von Halogeniden von Seltenerdelementen wie etwa Holmium und Erbium (HoI3, ErI3 und dergleichen) zum Füllmaterial bereitzustellen, da diese Halogenide die Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich zeigen, wie es bei Tm beobachtet wird.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3

Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 3 besitzt den gleichen Aufbau wie die Lampe des Ausführungsbeispiels 1, mit der Ausnahme, dass die Lampe die Dimensionen aufweist, wie sie unten angegeben sind. Innendurchmesser der Lichtbogenröhre: 12.0 mm Innere Kapazität der Lichtbogenröhre: 1.0 cc Abstand zwischen den Elektroden: 1.3 mm Abstand zwischen der Innenwand der Lichtbogenröhre und den Anschlussenden der Elektroden: ungefähr 6.0 mm

Das Füllmaterial besteht aus dem gleichen Material wie beim Ausführungsbeispiel 1.

Die Messung für die Lampe, die gemäß der oben beschriebenen Art und Weise aufgebaut wurde, wurde mit einer Leistungsaufnahme von 200 W unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie beim Ausführungsbeispiel 1. Diese Lampe des Ausführungsbeispiels 3 zeigte ebenfalls hohe Leuchtdichte und hohe Projektionseffizienz.

Die spektrale Verteilung dieser Lampe ist in 5 gezeigt. 5 veranschaulicht, dass die Lampe von Ausführungsbeispiel 3 ebenfalls günstige Farbwiedergabeeigenschaften zeigt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4

Die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 4 weist den gleichen Aufbau auf, wie bei Ausführungsbeispiel 3, mit der Ausnahme, dass ScBr3 (Scandiumbromid) anstelle von ScI3 (Scandiumiodid) eingesetzt wird und dass der Abstand zwischen den Elektroden auf 1.9 mm festgelegt ist.

Die Messungen wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie bei dem Ausführungsbeispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Leistungsaufnahme 250 W betrug. Die Lampe von Ausführungsbeispiel 4 zeigte ebenfalls hohe Leuchtdichte und hohe Projektionseffizienz.

Die spektrale Verteilung dieser Lampe ist in 6 gezeigt. 6 veranschaulicht, dass die Lampe von Ausführungsbeispiel 4 ebenfalls weitergehende gut ausgewogene Lichtemission über den ganzen sichtbaren Bereich hinweg zeigt, als die Metallhalogenidlampe von Ausführungsbeispiel 3.

Es versteht sich von selbst, dass der gleiche Grad an Leuchtdichten und spektralen Verteilungen wie bei den obigen Ausführungsbeispielen durch Anlegen einer Spannung mit einer Gleichspannungskomponente erzielt werden kann, obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen eine alternierende Spannung mit Rechteckwellen verwendet wurde.

Obwohl die vorliegende Erfindung und seine Vorteile detailliert beschrieben worden sind, sollte es sich von selbst verstehen, dass verschiedene Veränderungen, Substitutionen und Abwandlungen hierin gemacht werden können, ohne von Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angefügten Ansprüche abgegrenzt wird.


Anspruch[de]
  1. Metallhalogenidlampe, enthaltend eine Lichtbogenröhre (201), wobei ein Paar von Elektroden (202, 202), die jeweils ein Anschlussende aufweisen, vorgesehen und ein Füllmaterial (207) eingeschlossen ist, wobei das Füllmaterial ein Edelgas, Quecksilber, ein Halogen und ein Metallelement, das nicht Quecksilber ist, umfasst, wobei die Metallhalogenidlampe dadurch gekennzeichnet ist, dass

    – das Metallelement, das nicht Quecksilber ist, ein erstes Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr aufweist;

    – das Füllmaterial kein Metallelement enthält, das ein erstes Ionisierungspotential von weniger als 6 eV aufweist;

    – der Abstand zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden (202, 202) 2,5 mm oder weniger beträgt; und dass

    – der Mindestabstand von jedem Anschlussende des Paares von Elektroden zur Innenwand der Lichtbogenröhre (201) auf nicht weniger als den 1,5-fachen Abstand zwischen den Abschlussenden des Paares von Elektroden beschränkt ist.
  2. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, wobei das Metallelement, das nicht Quecksilber ist, Scandium ist.
  3. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 2, wobei das enthaltene Metallelement, das nicht Quecksilber ist, Scandium ist, das in Scandiumhalogenid enthalten ist.
  4. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, wobei das Scandiumhalogenid Scandiumjodid (ScI3) ist.
  5. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 3, wobei das Scandiumhalogenid Scandiumbromid (ScBr3) ist.
  6. Metallhalogenidlampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Anschlussenden des Paares von Elektroden 2 mm oder weniger beträgt.
  7. Metallhalogenidlampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Füllmaterial weiterhin ein Halogenid eines Seltenenerdmetalls ist, wobei das Halogenid ein erstes Ionisierungspotential von 6 eV oder mehr aufweist.
  8. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 7, wobei das Halogenid eines Seltenenerdmetalls Thuliumhalogenid ist.
  9. Metallhalogeiüdlampe nach Anspruch 8, wobei das Halogenid eines Seltenenerdmetalls Thuliumjodid (TmI3) ist.
  10. Metallhalogenidlampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtbogenröhre eine lichtdurchlässige Quarzröhre ist.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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