DE3832717A1

DE3832717A1 - Elektrodenlose entladungslampe hoher ausbeute und hoher intensitaet

Info

Publication number: DE3832717A1
Application number: DE3832717A
Authority: DE
Inventors: Peter Dexter Johnson; James Thomas Dakin; John Melvin Anderson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-10-01
Filing date: 1988-09-27
Publication date: 1989-04-20
Anticipated expiration: 2008-09-28
Also published as: GB2210498B; DE3832717C2; CA1298344C; GB8822929D0; GB2210498A; JPH01132039A; KR910010109B1; NL8801855A; BE1003235A3; KR890007358A; US4810938A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Entladungslampen hoher Intensität, wobei die Bogenentladung durch ein quellenfreies elektrisches Feld erzeugt wird, und sie bezieht sich mehr im besonderen auf den Einsatz einer neuen Kombination von Füllungsmaterialien im Bogenrohr einer solchen Lampe, um eine Lampenemission weißer Farbe mit verbesserter Ausbeute und verbessertem Farbwiedergabe index zu erzeugen.

Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Lampen gehören zu der Klasse, die als Entladungslampen hoher Intensität (HID) be schrieben wird, weil bei ihrem Betrieb ein Medium von Hochdruck gas auf Anregung, wie üblicherweise durch den Durchgang von Strom durch ein ionisierbares Gas, wie Quellsilber- oder Natrium dampf, zur Emission einer Strahlung sichtbarer Wellenlänge ver anlaßt wird. Bei der ursprünglichen Klasse solcher HID-Lampen ließ man den Entladungstrom zwischen einem Paar von Elektroden fließen. Da die Elektroden in solchen HID-Lampen mit Elektroden einem starken Angriff durch die Füllungsmaterialien des Bogen rohres ausgesetzt waren, was zu einem frühen Lampenversagen führ te, sind die kürzlich entwickelten Lampen dieser Art mit quel lenfreiem elektrischem Feld durch Beseitigen der Elektroden in der Lage, die Auswahl der Füllmaterialien des Entladungsrohres zu erweitern. Solche Lampen mit quellenfreiem elektrischem Feld sind in den US-PS 40 17 764; 41 80 763 und 45 91 759 beschrie ben. In diesen Lampen wird während des Betriebes im Bogenrohr ein Plasmabogen in an sich bekannter Weise erzeugt.

Solche elektrodenlosen HID-Lampen leiden jedoch an einer Anzahl von Problemen, die sie weniger wirksam arbeiten lassen als ande re Lampenarten. Der in der vorliegenden Anmeldung benutzte Be griff der Lampenwirksamkeit oder "Ausbeute" bedeutet Lichtaus beute in Lumen pro Watt. Ein anderes Problem bei solchen elek trodenlosen Lampen besteht darin, daß sie eine schlechtere Farb widergabe haben als für allgemeine Beleuchtungszwecke erfor derlich. Im besonderen erfordert die allgemeine Beleuchtung, daß Gegenstände, die von einer bestimmten Lichtquelle beleuch tet werden, im wesentlichen die gleiche Farbe zeigen wie bei Beleuchtung mit natürlichem Sonnenlicht. Diese Anforderung wird nach den üblichen Standards gemessen, wie den Farbwieder gabe-Indexwerten (CRI-Werten) und CRI-Werte von 50 oder mehr werden für erforderlich gehalten, um Lampen für die allgemein sten Beleuchtungsanwendungen als kommerziell akzeptabel anzu sehen. Eine weitere Anforderung für kommerziell annehmbare allgemeine Beleuchtungszwecke besteht darin, daß die weiße Farb temperatur einer solchen Lampe, die für die warmweiße Lampe bei etwa 3000°K festgelegt ist, für die standardweiße Lampe etwa 3500°K und für die kaltweiße Lampe etwa 4200°K, gemessen anhand der C. I. E.-Farbwerte x und y, beträgt. Es ist ein weiter allgemein anerkanntes Prinzip, daß eine erhöhte Ausbeute bei einer solchen Entladungslampe die Farbwiedergabe der Lampe be einträchtigt. Während daher die elektrodenlosen Lampen nach dem Stande der Technik teilweise die vorgenannten Kriterien als Ergebnis der Verwendung einiger der Füllmaterialien für das Bogenrohr, die auch in der vorliegenden Erfindung benutzt wer den, erfüllen, wurde nicht erkannt, daß eine besondere Kombina tion all solcher Füllmaterialien für das Entladungsrohr erfor derlich ist, um eine Farbverbesserung zu erzielen, ohne die Ausbeute bei solchen Lampen zu beeinträchtigen.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, Lam pen mit quellenfreiem elektrischen Feld zu schaffen, die eine Verbesserung sowohl der Ausbeute als auch der Farbwiedergabe bei den Farbtemperaturen der weißen Farbe ergeben.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf fung einer besonderen Ausführungsform für Lampen mit quellen freiem elektrischem Feld, die die leistungsfähigkeit mit den Füllmaterialien des Entladungsrohres nach der vorliegenden Erfindung optimiert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die be triebsmäßige Verbindung der Entladungsrohr-Füllmaterialien für eine Lampe mit quellenfreiem elektrischem Feld mit der struk turellen Konfiguration der Lampe, um die Leistungsfähigkeit der Lampe zu optimieren.

Die vorgenannten und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung zusammen mit den Merkmalen und deren Vorteilen ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine bestimmte Kombina tion von Füllmaterialien für das Entladungsrohr einer elektro denlosen Metallhalogenid-Entladungslampe eine Lampenemission weißer Farbe mit verbesserter Ausbeute und Farbwiedergabe er gibt. Mehr im besonderen umfaßt diese verbesserte Lampenkon struktion ein lichtdurchlässiges Entadungsrohr, das eine quecksilberfreie Füllung enthält, die eine Kombination aus Natriumhalogenid und Cerhalogenid zusammen mit Xenongas in den richtigen Gewichtsanteilen umfaßt, um eine Lampenemission weißer Farbe bei einer Ausbeute von 200 Lumen pro Watt (LPW) oder mehr bei Farbwiedergabe-Indizes (CRI) von mindestens 50 zu erzeugen. Die Farbtemperatur der weißen Farbe für die erfindungsgemäßen Lampen erstreckt sich von etwa 3000°K bis zu etwa 5000°K, so daß solche Lampen für allgemeine Beleuchtungszwecke geeignet sind. Brauchbare Natrium- und Cerhalogenide für die erfindungs gemäße Lampenfüllung können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Bromiden, Chloriden und Jodiden einschließlich deren Mischungen, wie Natriumjodid (NaJ) und Cerchlorid (CeCl₃). Der Gewichtsanteil von Cerhalogenid wird nicht größer als der Gewichtsanteil an Natriumhalogenid in der Füllung gemacht, um die vorgenannten Eigenschaften zu erhalten, wobei ein Reservoir an diesen Füllmaterialien im Entladungsrohr erwünscht ist, um irgendwelchen Verlust an den einzelnen Bestandteilen während des Lampenbetriebes zu kompensieren. Hinsichtlich der rela tiven Gewichtsanteile der vorgenannten Natrium- und Cerhaloge nide wurde festgestellt, daß zu viel Natriumhalogenid die CRI-Werte verringert, während zu viel Cerhalogenid die Lampen ausbeute vermindert. Die mit den vorgenannten Füllmaterialien erhaltene Gesamtemission der Lampe mit weißer Farbe besteht hauptsächlich aus der ansonsten üblichen Natrium-Entladungs emission bei hohem Druck, der sichtbare Strahlung vom Cerhalo genid hinzugefügt wurde, die sich in einer kontinuierlichen Weise über den sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm erstreckt.

Die durch die vorliegende Erfindung erzielbare Verbesserung ist weiter der Tatsache zuzuschreiben, daß man gesteuerte Anteile von Xenongas in der Lampenfüllung aufrechterhält. Im besonderen dient der Ersatz von Quecksilber durch Xenon bei hohen Drucken als Sperre oder Puffer gegen unerwünschten transport thermi scher Energie, von der Bogenentladung zu den Wandungen des Ent ladungsrohres, was die Strahlungsausbeute der erfindungsgemäßen Lampe weiter verbessert. Als erstes verbreitert der Einsatz von Quecksilberdampf unter hohem Druck asymmetrisch die Natrium- D-Linie in den roten Spektralbereich hinein, was unerwünscht ist, während Xenon diese Natrium D-Linien-Emission symmetri scher verbreitert und zu einer größeren erwünschten Emission im gelben und grünen Spektralbereich beiträgt. Zweitens schließt die relativ hohe Anregungsenergie des Xenons, vergli chen mit der des Quecksilbers, Xenonstralung in der erfin dungsgemäßen Lampe aus zum Unterschied vom Energieverlust, der in unerwünschten Spektralbereichen auftritt, wenn eine strahlen de Quecksilberentladung benutzt wird. Weiter sind die Bogen spannungen mit Xenon in der erfindungsgemäßen Lampe geringer als mit Quecksilber, was dazu führt, daß die erfindungsgemäße Lampe leichter zu zünden und zu betreiben ist. Ein weiterer Leistungsvorteil der erfindungsgemäßen Lampen aufgrund des Ersatzes von Quecksilber durch Xenon in der Entladungsrohr füllung ist der relativ geringeren thermischen Leitfähigkeit des Xenon zuzuschreiben. Eine solche geringere thermische Leitfähigkeit verhindert wirksamer die unerwünschte Dissozia tion der Halogenidmaterialien in der Bogenentladung mit nach folgender Rekombination der Halogenidmaterialien an oder nahe den Entladungsrohrwandungen. Eine höhere beobachtete Ausbeute in elektrodenlosen Metallhalogenidlampen mit der oben angege benen Entladungsrohrfüllung mit Natrium- und Cerhalogenid, wenn Xenon das übliche Quecksilber ersetzt, ist vermutlich auch der Tatsache zuzuschreiben, daß ein Binden der Halogenide durch das Quecksilber vermieden wird.

Die Menge an Xenon, die in der Füllung des erfindungsgemäßen Entladungsrohres benutzt wird, um die oben genannten Verbesse rungen hinsichtlich der Lampenleistung zu erzielen, ist eine ausreichende Menge, die vom Innenvolumen des Entladungsrohres abhängt, um den Transport thermischer Energie durch Leitung von der Bogenentladung zu den Wandungen des Entladungsrohres zu begrenzen. Wie oben angegeben, nimmt das Xenon-Puffergas aktiv an der Erzielung der Leistungsgewinne hauptsächlich durch Beseitigen der Nachteile teil, die der übliche Einsatz von Quecksilber-Puffergas von hohem Druck in solchen Lampen verursacht hat. Im einzelnen kann Xenon in einer ausreichenden Menge vorhanden sein, um einen Partialdruck im Bereich von etwa 8000 Pa und mehr bei Raumtemperatur oder von etwa 80 000 Pa und mehr bei der Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Lampe zu ergeben, um diese Leistungsgewinne zu erzielen. Erhöht man den Xenon-Partialdruck bei Raumtemperatur auf etwa 66 500 Pa, dann kann man die Leistung der Lampe weiter verbessern. Eine untersuchte Lampe mit einer strukturellen Konfiguration von der Art des "Hohlleiters", die im folgenden noch näher erläu tert wird, bei der das Entladungsrohr einen Außendurchmesser von 20 mm und eine Höhe von 17 mm aufwies, wurde mit 5 mg NaJ und 2,3 mg CeCl₃ sowie Xenon bei einem Partialdruck von 66 500 Pa bei Raumtemperatur gefüllt und hatte eine Ausbeute von 203 LPW sowie einen CRI-Wert von 54 bei einer Farbtemperatur von 3699°K. In ähnlicher Weise wurde ein Entladungsrohr großer Abmessungen mit der gleichen strukturellen Konfiguration mit 101 mg NaJ, 9,8 mg CeCl₃, 5 mg TlJ und Xenon bei einem Partial druck von 26 600 Pa bei Raumtemperatur gefüllt und hatte eine Ausbeute von 193 LPW und einen CRI-Wert von 50,1 bei einer Farbtemperatur von 3610°K.

Wie oben angegeben, kann die Füllung des erfindungsgemäßen Ent ladungsrohres weitere verdampfbare Metallatome, ausgenommen Quecksilber, enthalten, um in der Bogenentladung andere Strah lungsarten zu erzeugen. Die Farbe der Lampenemission kann ge ändert werden, ohne die Lampenleistung zu beeinträchtigen, indem man geringere Mengen an Indiumhalogenid und Lithiumhalo genid benutzt, um eine monochromatische blaue und rote Emission zu erzeugen, ebenso wie man ein Thalliumhalogenid benutzen kann, um der Lampenentladung eine stärkere Emission grüner Farbe zu verschaffen. Es können weitere die Farbtemperatur der Lampe modifizierende Atome in der Bogenentladung benutzt werden, ein schließlich anderer Alkalimetalle, wie Cäsium, sowie Erdalkali metalle, wie Barium und schließlich auch andere Seltene Erden, um eine kontinuierliche Strahlung über den sichtbaren Spektral bereich zu erhalten. Um eine brauchbare Quelle in der Lampen füllung für die letztgenannte Art von Farbtemperatur modifi zierenden Atomen zu haben, werden insbesondere Halogenide von Sysprosium, Holmium, Ytterbium und Thulium als chemisch mit der erfindungsgemäßen Lampenart verträglich in Betracht gezo gen. Es folgt daher, daß die Farbtemperatur der erfindungsge mäßen Lampe in erwünschter Weise modifiziert werden kann, ohne daß sich eine nachteilige Auswirkung auf die Ausbeute oder die Farbwiedergabe ergibt, wenn die Lampenfüllung Metallionen ent hält, die zusätzliche monochromatische Strahlung oder kontinu ierliche Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ergeben, wo bei die Lampenfüllung auch beide vorgenannten Arten von Metall ionen enthalten kann. Da alle strahlenden Atome in der Entla dungsrohrfüllung die Strahlungsabgabe in erster Linie auf den sichtbaren Spektralbereich begrenzen, ist ersichtlich, daß die Lampenausbeute vermindernde Energieverluste, wie Infrarot-Ver luste, minimal sind.

Eine bevorzugte strukturelle Konfiguration der Lampe, die die erfindungsgemäßen Bogenentladungsrohrmaterialien der vorliegen den Erfindung einschließt, um die Lampenleistung zu optimieren, umfaßt ein zylindrisch geformtes Bogenrohr einer Höhe, die ge ringer ist als der Außendurchmesser, wobei ein lichtdurchlässi ger Außenkolben um das Entladungsrohr herum angeordnet ist und einen Raum dazwischen definiert und eine Anregungseinrichtung zum Koppeln von Hochfrequenzenergie in die Füllung des Entla dungsrohres vorhanden ist. Diese erfindungsgemäßen Lampen kön nen als relativ isotherme Geräte betrieben werden, die nicht die verschiedenen thermischen Verluste aufweisen, die in Lam pen mit Elektroden auftreten, insbesondere an den Wandungen und Enden und die auch in den früheren elektrodenlosen Lampen mit einem relativ langen und engen Entladungsrohr auftraten.

Da die Ausbeute von Entladungslampen hoher Intensität durch solche thermischen Verluste beschränkt ist, ist es erwünscht, diese Beeinträchtigung zu einem größeren Ausmaß zu vermeiden, als dies bei früheren Entladungslampen hoher Intensität, die allgemein mit einer Wandtemperatur am kalten Fleck unterhalb von 750°C arbeiteten, für möglich gehalten wurde. Indem man die oben genannte bevorzugte Ausführungsform der Lampe mit den erfindungsgemäßen Materialien für das Entladungsrohr kombi niert, ist es nun möglich, einen nahezu isothermen Lampenbe trieb zu erreichen, wobei die Temperaturen des kalten Fleckes um 900°C herum liegen, wobei ein Ausbeutegewinn erzielt wird, der dem erhöhten Dampfdruck der Lampenfüllung zugeschrieben werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Lampe kann das Entladungsrohr aus einem Hochtemperaturglas, wie geschmol zenem Quarz oder einer optisch transparenten Keramik gebildet werden, wie polykristallinem Alumiumoxid. Das mit der Fül lung versehene Entladungsrohr erzeugt einen Plasmabogen während des Lampenbetriebes duch Anregung von einem quellenfreien elektrischen Feld in der Lampe in an sich bekannter Weise. Die Anregung wird durch ein magnetisches Feld erzeugt, das sich mit der Zeit ändert, um innerhalb des Rohres ein elektrisches Feld einzurichten, das vollständig auf sich selbst geschlossen ist und zu einer lichterzeugenden hochintensiven Entladung führt. Die Anregungsquelle bei der bevorzugten Ausführungsform der Lampe umfaßt eine Anregungsspule, die außerhalb des äuße ren Lampenkolbens angeordnet und durch ein Impedanz-Anpassungs netzwerk mit einer Leistungsquelle verbunden ist. Der Abstand zwischen dem Entladungsrohr und dem Außenkolben bei der bevor zugten Lampenausführung kann durch thermische Energie sperrende Einrichtungen ausgefüllt sein, wie Ablenkbleche oder Quarzwolle oder ein Vakuum. Eine solche thermische Sperreinrichtung ver mindert den Wärmeverlust von der Lampe, der ansonsten beträcht lich wäre aufgrund der höheren Lampenbetriebstemperaturen und der isothermen Betriebsweise der Lampe.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine elektrodenlose Lampenkonfiguration nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt, in der die Füllmaterialien des Entla dungsrohres gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden und

Fig. 2 ein spektrales Emissionsdiagramm für eine typische Lampenkonstruktion mit dem Füllmaterial des Entla dungsrohres nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine elektrodenlose Bogenentladungslampe mit einem Entladungsrohr 10 zur Aufnahme einer Füllung 11. Das Entladungs rohr 10 umfaßt ein lichtdurchlässiges Material, wie geschmolze nen Quarz oder ein hochschmelzendes keramisches Material, wie gesintertes polykristallines Aluminiumoxid. Eine optimale Ge stalt für das Entladungsrohr 10, wie abgebildet, ist eine abge flachte sphärische Gestalt oder eine kurze zylindrische Gestalt (wie ein Hockey-Puck oder eine Pillenschachtel) mit abgerunde ten Ecken. Der Hauptdurchmesser des Entladungsrohres 10 ist größer als die Höhenabmessung. Um das Entladungsrohr 10 herum ist ein Außenkolben 12 angeordnet. Dieser Außenkolben 12 ist lichtdurchlässig und kann ebenfalls aus Quarz oder einer hoch schmelzenden Keramik zusammengesetzt sein. Die konvektive Kühlung des Entladungsrohres 10 wird durch den Außenkolben 12 begrenzt. Es kann auch eine Füllung 15 aus Quarzwolle im Raum zwischen dem Entladungsrohr 10 und dem Außenkolben 12 angeord net sein, um das Kühlen zu beschränken. Eine primäre Spule 13 und eine Leistungsquelle 14 für Hochfrequenz werden benutzt, um in der Füllung 11 eine Plasmabogenentladung anzuregen. Eine solche Lampe mit Primärspule 13 und Energiequelle 14 für Hoch frequenz wird üblicherweise als Entladungslampe hoher Inten sität mit quellenfreiem elektrischem Feld (HID-SEF) bezeichnet. Die SEF (quellenfreies elektrisches Feld)-Konfiguration ist im wesentlichen ein Transformator, der Hochfrequenzenergie in ein Plasma kuppelt, wobei das Plasma als einzelne Sekundärwick lung für den Transformator wirkt. Ein magnetisches Wechselfeld, das sich aus dem Hochfrequenzstrom in der Primärspule 13 er gibt, erzeugt im Entladungsrohr 10 ein elektrisches Feld, das in sich selbst vollständig geschlossen ist. Als Ergebnis des elektrischen Feldes strömt ein Strom, und es ergibt sich eine Bogenentladung im Entladungsrohr 10. Da sich eine detailliertere Beschreibung für solche HID-SEF-Lampen in den US-PS 40 17 764 und 41 80 763 befindet, wird auf diese ausdrücklich Bezug ge nommen. Eine beispielhafte Betriebsfrequenz für die Leistungs quelle 14 beträgt 13,56 Megahertz. Die typische Leistungszu fuhr zur Lampe kann im Bereich von 100 bis 2000 Watt liegen.

Lampen mit der oben beschriebenen strukturellen Konfiguration wurden gebaut und hatten die spektrale Emissionskurve, die in Fig. 2 wiedergegeben ist. Mehr im besonderen repräsentiert die abgebildete Emissionskurve die Emission solcher HID-SEF- Lampen, wobei die Lampe weiter eine Farbtemperatur um 3985°K, eine Ausbeute von 182 LPW und einen CRI-Wert von 54,8 aufwies. Die dargestellte Emission ist eine Verbundemission des Linien spektrums einer Hochdruck-Natriumentladung, die weiter ein kontinuierliches sichtbares Spektrum einschließt und die Cer emission bei der Lampenentladung ebenfalls vorhanden ist. Die Entladungsrohrfüllung dieser besonderen Lampe bestand aus etwa 100 mg NaJ, etwa 5,1 mg TlJ, etwa 19,8 mg CeCl₃ und Xenongas bei einem Partialdruck von etwa 26 600 Pa bei Zimmer temperatur.

Die folgenden Beispiele sollen weitere erfolgreich getestete Entladungsrohrfüllungen für die erfindungsgemäße Metallhalo genid-Entladungslampe zeigen.

Beispiel I

Ein Entladungsrohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Höhe von 17 mm wurde mit etwa 6 mg NaJ, 2,3 mg CeCl₃ und etwa 66 500 Pa Xenon-Partialdruck bei Raumtemperatur gefüllt. Die Lampe wurde mit einer Eingangsleistung von etwa 265 Watt betrieben und ergab eine Ausbeute von 203 LPW sowe CRI-Werte von 54 bei einer Farbtemperatur von etwa 3699°K, was dem kalt weißen Oval angenähert ist.

Beispiel II

Die gleiche Größe eines Entladungsrohres wie in Beispiel I wurde mit etwa 6,1 mg NaJ, 3 mg CeJ₃ und 66 500 Pa Xenon-Par tialdruck als Puffergas bei Raumtemperatur gefüllt. Der nach folgende Betrieb der Lampe bei einer Eingangsleistung von etwa 206 Watt ergab eine Ausbeute von 195 LPW, einen CRI-Wert von 49 und eine Farbtemperatur der Lampe von etwa 3290°K, was dem warmweißen Farboval angenähert ist.

Beispiel III

Es wurde ein Entladungsrohr mit einem äußeren Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von 13 mm benutzt. Dieses Rohr enthielt eine Füllung, die aus etwa 1 mg NaJ und 1 mg CeCl₃ zusammen mit Xenongas bei einem Partialdruck von etwa 66 500 Pa bei Raumtemperatur bestand. Bei einer Eingangsleistung von 202 Watt ergab die Lampe eine Ausbeute von 185 LPW und einen CRI- Wert von 57 bei einer Farbtemperatur von etwa 4856°K, was an deren anerkannten weißen Farbovalen angenähert ist.

Beispiel IV

Ein Entladungsrohr mit den Abmessungen wie im Beispiel I wurde mit 6,1 mg NaJ, 1,4 mg CeCl₃, 0,5 mg TlJ und Xenon mit einem Partialdruck von 66 500 Pa bei Zimmertemperatur gefüllt. Bei einer Eingangsleistung von 204 Watt ergab die Lampe eine us beute von 204 LPW und einen CRI-Wert von 49 bei einer Farbtem peratur von 3381°K, was dem standardweißen Farboval angenähert ist.

Beispiel V

Ein Entladungsrohr mit einem Außendurchmesser von 54 mm und einer Höhe von 25 mm wurde mit etwa 100 mg NaJ, 5,1 mg TlJ, 19,8 mg CeCl₃ und Xenon mit einem Partialdruck von 26 600 Pa bei Raumtemperatur gefüllt. Bei einer Eingangsleistung von 1087 Watt hatte die Lampe eine Ausbeute von 182 LPW, einen CRI-Wert von 54,8 und eine Farbtemperatur von 3985°K, was wieder dem kaltweißen Oval angenähert ist.

Die obigen Lampenausführungen zeigen eine optimale Leistungs fähigkeit für eine HID-SEF-Lampe, die die erfindungsgemäße Kombination von Füllmaterialien für das Entladungsrohr ent hält, und Natriumhalogenid, Cerhalogenid und Xenongas ein schließt. Wie gezeigt, wird eine Ausbeute von mehr als 200 LPW erhalten, begleitet von CRI-Werten von 50 oder mehr und Farb temperaturen im Spektralbereich der weißen Farbe, die durch Zugabe anderer verdampfbarer Metallatome variiert wird. Wie sich aus den obigen Beispielen ergibt, werden diese zusätzli chen strahlenden Atome bei Entladungsrohrfüllung als Haloge nide hinzugegeben, um bei den Betriebstemperaturen der Lampe verdampfbar zu sein, ohne eine intermediäre Umwandlung zu er fordern.

Es wurde eine breit anwendbare verbesserte elektrodenlose HID-Lampe mit einer hervorragenden Leistungsfähigkeit beschrie ben. Es können verschiedene Modifikationen in den spezifischen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vor liegenden Erfindung zu verlassen. So können z. B. andere farb gebende Metallatome als die spezifisch veranschaulichten in geringen Mengen in der Füllung vorhanden sein, um spezifische Anforderungen an die Lampe zu erfüllen, solange diese zusätz lichen Strahler während des Lampenbetriebes verträglich sind. Darüber hinaus sind andere physikalische Konfigurationen der Lampe möglich, um einen noch besseren Gebrauch von der Lampen füllung zu machen.

In der US-PS 40 40 893 ist eine Lampe mit Elektroden offen bart, die Natriumjodid und Xenon-Puffergas als Füllmateria lien des Entladungsrohres benutzt. In dieser PS ist erkannt worden, daß Xenon-Puffergas einen günstigen Einfluß auf das Natrium-D-Linienspektrum ausübt sowie das Binden des Haloge nids verhindert, das in Lampen nach dem Stand der Technik stattfindet, wenn ein Quecksilber-Puffergas benutzt wird.

In der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung 62 43 085 ist eine elektrodenlose Natriumjodid-Entladungslampe offen bart, bei der die Füllung des Entladungsrohres Natriumjodid, Quecksilberjodid und Xenon in einer ausreichenden Menge um faßt, um den chemischen Transport von Energie von der Plasma entadung zu den Wandungen des Entladungsrohres zu begrenzen. In der Füllung des Entladungsrohres ist Quecksilberjodid in einer Menge vorhanden, die geringer ist als die Menge des Na triumjodids aber ausreichend, um eine Menge an freiem Jod nahe den Wandungen des Entladungsrohres zu schaffen, wenn sich die Lampe im Betrieb befindet. Das Natriumjodid in der Füllung des Entladungsrohres kann auch in einer ausreichenden Menge vor handen sein, um während des Lampenbetriebes ein Kondensatre servoir zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Verbesserung hinsichtlich der elektrodenlosen Form der vorgenannten Hoch druck-Metallhalogenid-Entladungslampe dar und benutzt einige der Entladungsrohr-Materialien.

Claims

1. Quecksilberfreie, elektrodenlose Metallhalogenid- Bogenlampe mit

a) einem lichtdurchlässigen Entladungsrohr zur Aufnahe me einer Bogenentladung;
b) einer in dem Entladungsrohr angeordneten Füllung zur Erzeugung der Bogenentladung, wobei die Füllung Natriumhalogenid und Cerhalogenid einschließt, die Halgenide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Bromiden, Chloriden und Jodiden einschließlich deren Mischungen und Natriumhalogenid und Cerhalo genid in Gewichtsanteilen kombiniert sind, um eine Lampenemission weißer Farbe mit verbesserter Aus beute und Farbwiedergabe zu erzeugen;
c) Xenon in der Füllung in einer ausreichenden Menge, um den Transport thermischer Energie von der Bogen entladung zu den Wänden des Entladungsrohres zu be grenzen und
d) eine Anregungseinrichtung zum Kuppeln von Hochfre quenzenergie in die Füllung.

2. Lampe nach Anspruch 1, worin der Gewichtsanteil von Cerhalogenid nicht größer ist als der Gewichtsanteil von Natriumhalogenid.

3. Lampe nach Anspruch 1, worin eine Menge von Natriumha logenid ausgewählt wird, die während des Lampenbetrie bes ein Reservoir an Natriumhalogenid-Kondensat vor handen sein läßt.

4. Lampe nach Anspruch 1, worin eine Menge von Cerhaloge nid ausgewählt ist, so daß während des Lampenbetriebes ein Reservoir an Cerhalogenid-Kondensat vorhanden ist.

5. Lampe nach Anspruch 1, worin die ausgewählten Mengen von sowohl Natriumhalogenid als auch Cerhalogenid wäh rend des Lampenbetriebes ein Reservoir der gemischten Kondensate schaffen.

6. Lampe nach Anspruch 1, worin die Menge an Xenon aus reicht, einen Partialdruck im Bereich von etwa 8000 Pa oder mehr bei Zimmertemperatur zu schaffen.

7. Lampe nach Anspruch 1, worin die Menge an Xenon aus reicht, um einen Partialdruck im Bereich von etwa 80 000 Pa und mehr bei der Betriebstemperatur der Lampe zu schaffen.

8. Lampe nach Anspruch 1, worin das ausgewählte Natrium halogenid Natriumjodid ist.

9. Lampe nach Anspruch 1, worin das ausgewählte Cerhalo genid Cerchlorid ist.

10. Lampe nach Anspruch 1, worin das ausgewählte Natrium halogenid Natriumjodid ist und das ausgewählte Cer halogenid Cerchlorid ist.

11. Lampe nach Anspruch 1, worin die Füllung weiter Metall atome zum Modifizieren der Farbtemperatur der Lampe enthält.

12. Lampe nach Anspruch 11, worin eine Kombination von Me tallatomen dem Emissionsspektrum der Lampe eine blaue, grüne und rote Emission verleiht.

13. Lampe nach Anspruch 11, worin das ausgewählte Metall atom Thallium ist.

14. Lampe nach Anspruch 11, worin die Metallatome in der Füllung als Metallhalogenid-Verbindungen vorhanden sind.

15. Lampe nach Anspruch 11, worin die Füllung Halogenide Seltener Erden enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Dysprosium, Holmium, Ytterbium und Thulium, um eine zusätzliche kontinuierliche Strah lung im sichtbaren Spektrum zu schaffen.

16. Lampe nach Anspruch 11, worin die Füllung Metallatome enthält, um eine zusätzliche monochromatische Strah lung im sichtbaren Spektrum zu schaffen.

17. Quecksilberfreie, elektrodenlose Metallhalogenid-Bogen lampe mit

a) einem lichtdurchlässigen Entladungsrohr zur Aufnah me einer Bogenentladung, wobei das Entladungsrohr zylindrisch geformt ist und eine Höhe aufweist, die geringer ist als der Außendurchmesser;
b) einem lichtdurchlässigen Außenkolben, der um das Bogenrohr herum angeordnet ist und einen Raum da zwischen bildet;
c) einer Füllung im Bogenrohr, um die Bogenentladung zu erzeugen, wobei die Füllung Natriumhalogenid und Cerhalogenid einschließt, die Halogenide aus gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Bromiden, Chloriden und Jodiden einschließlich deren Mi schungen und Natriumhalogenid und Cerhalogenid in Gewichtsanteilen kombiniert sind, um eine Lam penemission weißer Farbe bei verbesserter Ausbeute und Farbwiedergabe zu erzeugen;
d) Xenon in ausreichender Menge in der Füllung, um den Transport von thermischer Energie von der Bo genentladung zu den Wandungen des Entladungsrohres zu begrenzen und um die Lampenausbeute zu erhöhen und
e) einer Anregungseinrichtung zum Koppeln von Hochfre quenzenergie in die Füllung.

18. Lampe nach Anspruch 17, worin der Raum zwischen dem lichtdurchlässigen Außenkolben und dem Entladungsrohr evakuiert ist.

19. Lampe nach Anspruch 17, worin der Raum zwischen dem lichtdurchlässigen Außenkolben und dem Entladungsrohr mit einer thermische Energie sperrenden Einrichtung besetzt ist.