Metallhalogenid-Entladungslampe für Projektionszwecke

Abstract

 Eine Metallhalogenid-Entladungslampe (1) für Projektionszwecke mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (2) in dem sich zwei Elektroden (3) gegenüberstehen, enthält eine ionisierbare Füllung, bestehend aus Quecksilber, Edelgas, Halogen, einem Seltenerdmetall, bevorzugt Dysprosium sowie Niob. Durch das Niob ist auch bei spezifischen Bogenleistungen von bis zu 200 W pro mm Bogenlänge die Bogenunruhe noch gering. Bei einer Farbtemperatur von 5000 K werden Leuchtdichten von mehr als 45 kcd/cm² erzielt. Optional ist für höchste spezifischen Bogenleistungen zusätzlich Cäsium zugesetzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

[0002] Metallhalogenid-Entladungslampen dieser Art werden vorwiegend in optische Reflektoren oder sonstige optisch abbildende Systeme eingebaut. Ihr Einsatzgebiet ist beispielsweise die Projektions- oder Lichtleitertechnik u.a. für die Overhead-, Dia- und Kinoprojektion sowie besonders für die Videoprojektion bzw. für die Endoskopie und Boroskopie. Für gute Abbildungsergebnisse sind dementsprechend sehr kurze Lichtbögen (typische Bogenlängen von allenfalls wenigen mm) und höchste Leuchtdichten (im Mittel mehr als ca. 30 kcd/cm²) bei Farbtemperaturen von mehr als 4500 K und guter Farbwiedergabe erforderlich. Typische Leistungswerte liegen im Bereich zwischen ca. 100 W und 600 W. Außerdem kommt der zeitlichen Konstanz des Ortes des Entladungsbogens innerhalb des Lampengefäßes eine besondere Bedeutung zu. Bei Bogenunruhe wandert der Entladungsbogen nämlich stochastisch aus dem Fokus des Lampenreflektors und beeinträchtigt so die Qualität der optischen Abbildung.

[0003] In der WO 94/23441 ist eine derartige Lampe für spezifische Bogenleistungen zwischen 60 und 140 W pro mm Bogenlänge mit einer Füllung offenbart, die neben Quecksilber (Hg) und einem Inertgas noch zusätzlich Halogenverbindungen der Elemente Cäsium (Cs), Dysprosium (Dy) und Tantal (Ta) enthält. Nachteilig ist, daß bei höheren als den angegebenen Bogenleistungen zunehmend Bogenunruhen auftreten.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteil zu beseitigen und eine Metallhalogenid-Entladungslampe zu schaffen, die eine Farbtemperatur von mehr als 4500 K - bei guter Farbwiedergabe - sowie eine auch bei sehr hohen spezifischen Bogenleistungen geringe Bogenunruhe aufweist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den darauf gerichteten Unteransprüchen erläutert.

[0006] Eine weitere erfindungsgemäß Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 6 gekennzeichnet. Weitere vorteilhafte Merkmale dieser Lösung sind in den darauf gerichteten Unteransprüchen erläutert.

[0007] Wie Messungen gezeigt haben, läßt sich die eingangs formulierte Aufgabe auch mit einer Füllung lösen, die - im Unterschied zum zitierten Stand der Technik - auf Cs als Füllungskomponente verzichtet. Als überraschendes Ergebnis der Messungen ist durch den Zusatz von Niob (Nb) anstelle von Ta die Bogenunruhe - auch ohne Cs - selbst bei spezifischen Bogenleistungen von bis zu 200 W pro mm Bogenlänge noch gering. Durch den Verzicht auf Cs wird eine höhere Lichtausbeute erzielt.

[0008] Nach gegenwärtigem Stand der Erkenntnis wirkt das Nb unmittelbar im Elektrodenbereich auf den Bogenansatz. Ohne eine Festlegung auf irgendeine theoretische Erklärung zu beabsichtigen wird davon ausgegangen, daß das Nb mit dem Elektrodenmaterial eine Mischphase bildet, welche zur Bogenstabilität beiträgt.

[0009] Die Füllung des Entladungsgefäßes der erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Entladungslampe besteht gemäß der ersten Lösung aus folgenden Füllungskomponenten: Nb, einem Seltenen Erdmetall (SE), bevorzugt Dy, Hg, einem Inertgas und einem oder mehreren Halogenen, vorzugsweise Jod (I) und/oder Brom (Br) zur Bildung von Metallhalogeniden.

[0010] Selbstverständlich kann Dy auch ganz oder teilweise durch ein anderes Element der Seltenen Erden mit vergleichbaren Eigenschaften in der Gasentladung ersetzt werden, z.B. durch Holmium (Ho).

[0011] Die typische Füllmenge pro cm³ Volumen des Entladungsgefäßes liegt für das Seltene Erdmetall (SE), insbesondere auch für Dy, im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol sowie für Nb im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol, bevorzugt im Bereich zwischen 1 µmol und 1,5 µmol. Der Fülldruck des als Zündgas dienenden Inertgases, beispielsweise Argon (Ar) oder Xenon (Xe), liegt typisch im Bereich zwischen ca. 20 kPa und 60 kPa. Die Füllmenge des Quecksilbers dient zur Einstellung der gewünschten Brennspannung der Lampe. Sie liegt typisch im Bereich zwischen ca. 5 mg und 15 mg pro mm Bogenlänge für Brennspannungen zwischen 30 V und 50 V.

[0012] In einer zweiten Lösung enthält das Entladungsgefäß zusätzlich bis zu ca. 3 µmol Cs pro cm³ Gefäßvolumen. Bevorzugt liegt die Füllmenge des Cs im Bereich zwischen 0,5 µmol und 2,5 µmol pro cm³ Gefäßvolumen.

[0013] Dieses Füllungssystem eignet sich insbesondere für höchste Anforderungen an die Bogenruhe und Lebensdauer der Lampe sowie insbesondere auch bei spezifischen Leistungsdichten von ca. 200 W und mehr pro mm Bogenlänge. Durch den Cs Zusatz gewinnt man nämlich einen weiteren Freiheitsgrad für das Lampendesign. Dieser Freiheitsgrad läßt sich beispielsweise für eine Optimierung der Elektrodengeometrie in Hinblick auf eine höhere Lebensdauer nutzen. Der Nachteil ist allerdings, daß mit zunehmendem Cs Anteil die Lichtausbeute abnimmt. Im Einzelfall wird man für den konkreten Wert des Cs Anteils also einen geeigneten Kompromiß eingehen.

[0014] Vorteilhaft wird die Lampe mit einem Reflektor zu einer Baueinheit zusammengefügt, wie in der DE-PS 28 40 031 beschrieben. Dabei ist die Lampe näherungsweise axial im Reflektor montiert. Der Reflektor ist z.B. dichroitisch beschichtet.

[0015] Als Material für den Lampenkolben eignet sich Quarzglas oder auch ein transparentes Keramikmaterial, beispielsweise Al₂O₃. Für die Lampe eignet sich insbesondere ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß.

[0016] Innerhalb des Entladungsgefäßes stehen sich zwei Elektroden gegenüber. Die Elektroden sind jeweils mit einer Stromzuführung verbunden, die gasdicht nach außen geführt sind.

[0017] Typische Werte für die spezifische Bogenleistung liegen im Bereich zwischen ca. 100 W und 200 W oder mehr pro mm Bogenlänge, insbesondere im Bereich zwischen ca. 150 W und 200 W pro mm Bogenlänge. Dabei werden mittlere Leuchtdichten von typisch mehr als 45 kcd/cm² erzielt.

[0018] Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Füllungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt die

Figur eine schematische geschnittene Darstellung der Lampe mit Reflektor.

[0019] In der Figur ist der Längsschnitt einer mit einem Reflektor fest verbundenen Metallhalogenid-Entladungslampe 1 mit einer Leistung von 270 W schematisch dargestellt. Das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas besitzt eine im wesentlichen kugelförmige Gestalt und weist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen je einen Hals auf, in den stiftförmige Wolfram-Elektroden 3 mittels Dichtungsfolien 4 aus Molybdän eingeschmolzen sind. Die dem Entladungsraum abgewandten Enden der Dichtungsfolien 4 sind mit Stromzuführungen 5 verschweißt, die ihrerseits mit elektrischen Anschlüssen 6,7 des Reflektor-Sockelsystems verbunden sind. Das Reflektor-Sockelsystems besteht - außer aus den elektrischen Anschlüssen 6, 7 - im wesentlichen aus dem Reflektor 8 und einem zweiteiligen Keramiksockel 9, 10. Für eine detailliertere Erläuterung des Reflektor-Sockelsystem sei auf die DE-PS 28 40 031 verwiesen.

[0020] Das innere Volumen des eine ionisierbare Füllung umschließenden Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 0,33 cm³. Die axial einander gegenüberstehenden Elektroden 3 haben einen Abstand von 1,6 mm.

[0021] In einem ersten Beispiel besteht die Füllung neben 12 mg Hg und 45 kPa Ar als Grundgas aus den in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten weiteren Füllungsbestandteilen in den dort angegebenen Mengen. Die daraus errechneten volumenbezogenen molaren Mengen einiger Füllungskomponenten sind in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgelistet. Die spezifische Bogenleistung und die Brennspannung betragen ca. 167 W pro mm Bogenlänge bzw. ca. 35 V. Tabelle 3 zeigt die mit dieser Füllung erzielten lichttechnischen Werte der Lampe.

[0022] In einem zweiten Beispiel besteht die Füllung neben 12 mg Hg und 45 kPa Ar als Grundgas aus den in der folgenden Tabelle 4 aufgeführten weiteren Füllungsbestandteilen in den dort angegebenen Mengen. Die daraus errechneten volumenbezogenen molaren Mengen einiger Füllungskomponenten sind in der nachfolgenden Tabelle 5 aufgelistet. Die spezifische Bogenleistung und die Brennspannung betragen ca. 167 W pro mm Bogenlänge bzw. ca. 35 V. Tabelle 6 zeigt die mit dieser Füllung erzielten lichttechnischen Werte der Lampe.

Ansprüche

1. Metallhalogenid-Entladungslampe für Projektionszwecke mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß in dem sich zwei Elektroden gegenüberstehen, die mit nach außen geführten Stromzuführungen verbunden sind, wobei das Entladungsgefäß eine ionisierbare Füllung enthält, bestehend aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas, mindestens einem Halogen, einem Seltenerdmetall (SE) sowie einem weiteren Metall zur Bildung von Metallhalogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung als weiteres Metall Niob (Nb) enthält.

2. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Nb im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol pro cm³ des Gefäßvolumens liegt.

3. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Nb vorzugsweise im Bereich zwischen 1,0 µmol und 1,5 µmol pro cm³ des Gefäßvolumens liegt.

4. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung als Seltenerdmetall Dysprosium (Dy) enthält, wobei die Füllmenge des Dy im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol pro cm³ des Gefäßvolumens liegt.

5. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß als Halogene für die Halogenidverbindungen Jod (I) und Brom (Br) in einem Molverhältnis Jod zu Brom im Bereich zwischen 0,2 und 2 enthält.

6. Metallhalogenid-Entladungslampe für Projektionszwecke mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß in dem sich zwei Elektroden gegenüberstehen, die mit nach außen geführten Stromzuführungen verbunden sind, wobei das Entladungsgefäß eine ionisierbare Füllung enthält, bestehend aus Quecksilber (Hg), mindestens einem Edelgas, mindestens einem Halogen, Cäsium (Cs) und einem Seltenerdmetall (SE) sowie einem weiteren Metall zur Bildung von Metallhalogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung als weiteres Metall Niob (Nb) enthält.

7. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Nb im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol pro cm³ des Gefäßvolumens liegt.

8. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Cs pro cm³ des Gefäßvolumens in folgendem Bereich liegt: 0 µmol < Cs ≤ 3 µmol.

9. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Cs pro cm³ des Gefäßvolumens vorzugsweise in folgendem Bereich liegt: 0,5 µmol ≤ Cs ≤ 2,5 µmol.

10. Metallhalogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung als Seltenerdmetall Dysprosium (Dy) enthält, wobei die Füllmenge des Dy im Bereich zwischen 0,3 µmol und 3 µmol pro cm³ des Gefäßvolumens liegt.

Zeichnung