Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik, das häufig in einem Außenkolben untergebracht ist.
Aus der DE-A 43 27 534 ist bereits eine Metallhalogenidlampe bekannt, die als Füllung für fotooptische Zwecke AlJ3 und/oder AlBr3 zusammen mit Metallhalogeniden von Thallium, Cäsium und/oder Seltenerdmetallen für hohe Farbtemperaturen über 5000 K verwendet.
Bei Metallhalogenidlampen, die als UV-Strahler eingesetzt werden, wird häufig Eisen als wichtigste UV-Strahlungsquelle verwendet. Hier ist es beispielsweise aus der EP-B 543 169 bekannt, zur Vermeidung der bei Eisen auftretenden Schwärzung andere UV-Strahler wie Mangan, Wismut, Thallium oder Zinn hinzuzugeben.
Zur Erzielung warmweißer und neutralweißer Lichtfarben mit Farbtemperaturen unter 5000 K enthalten Metallhalogenidentladungslampen häufig Natrium. Zum Beispiel beschreibt US-A 3 575 630 eine Füllung mit Halogeniden der Metalle Na, Tl und Zr. Metallhalogenidentladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Glas und einer natriumhaltigen Füllung haben den Nachteil der Natriumdiffusion durch das Entladungsgefäß, wodurch die Lampenlebensdauer reduziert wird. Die Natriumdiffusion muß mit zusätzlichen Maßnahmen, zum Beispiel der Abschirmung der Stromzuführung in der Nähe des Entladungsgefäßes, reduziert werden. Dies erhöht die Herstellkosten der Lampe. Ein weiterer Nachteil natriumhaltiger Metallhalogenidentladungslampen ist ihre relativ schlechte Farbwiedergabe. Typische Werte sind für den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra=70 und für den speziellen roten Farbwiedergabeindex R9=0.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die kein oder nur sehr wenig Natrium enthält und insbesondere trotzdem eine Farbtemperatur unter 5000 K (entsprechend einer warmweißen oder neutralweißen Lichtfarbe) realisiert.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß enthält die Metallhalogenidfüllung als wesentlichen oder einzigen Bestandteil Mangan in Form von Mn-Halogenid. Anstatt der bekannten Ausnutzung der intensiven Spektrallinien im UV werden erstmals die Spektrallinien von Mangan im sichtbaren Spektralbereich zur Verbesserung des allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra ausgenutzt. Durch den (evt. weitgehenden) Verzicht auf Natrium können dadurch die zusätzlichen Maßnahmen zur Reduzierung der Natriumdiffusion entfallen. Die verbesserte Rotwiedergabe (R9) ist vor allem darauf zurückzuführen, daß eine Reihe von Mn-Linien im Wellenlängenbereich größer 603 nm liegt.
Ein besonderer Vorteil ist, daß zusätzlich die UV-Strahlung des Mangans verwendet werden kann, um die Temperatur des Entladungsgefäßes zu erhöhen. Dies geschieht dadurch, daß eine Umhüllung (oft ist es ein zusätzlicher Außenkolben, und/oder das Entladungsgefäß selbst) aus UV-undurchlässigem Material gefertigt ist, beispielsweise aus Hartglas oder dotiertem Quarzglas. Die UV-Strahlung wird somit in der Umhüllung absorbiert und zu einem großen Teil wieder in das Entladungsgefäß zurückgeführt. Damit wird die Temperatur des cold spot angehoben, was der Lichtausbeute zugute kommt. Typisch läßt sich mit Mangan als einzigem Metallhalogenid eine sehr hohe Farbtemperatur von mehr als 8000 K bei einem hohen Ra von mehr als 90 erzielen. Insgesamt ist ein Ra>95 und ein R9>90 erreichbar.
Vorteilhaft wird Mangan mit weiteren Halogeniden der Elemente Cs, Dy, Tl, Ho, Tm sowie evtl. kleinen Mengen an Natrium kombiniert. Dabei sollte das molare Verhältnis Mn/Na > 1, bevorzugt >2, sein. Hier dient Mn zur vollständigen oder teilweisen Substitution von Na, weil wesentliche Spektrallinien des Mn im sichtbaren Spektralbereich ganz in der Nähe der Natrium-D-Linien liegen. Diese Füllungen mit mehreren Komponenten eignen sich hervorragend in der Allgemeinbeleuchtung zur Erzeugung warmweißer oder neutralweißer Lichtfarben mit einer Farbtemperatur zwischen etwa 3000 und 4500 K. Mn bildet dabei eine wesentliche Komponente der Metallhalogenid-Füllung, insbesondere beträgt sein Anteil mindestens 20 Gew.-% der gesamten Metallhalogenid-Füllung.
Bevorzugt beträgt die Füllmenge an Mn 0,01 bis 50 µmol pro cm3 des Volumens des Entladungsgefäßes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Füllung bis zu 30 µmol pro cm3. Cs beigefügt. Alternativ oder ergänzend sind der Füllung ein oder mehrere der folgenden Komponenten (meist als Halogenid) beigefügt: bis zu 35 µmol pro cm3 Dy, bzw. bis zu 15 µmol pro cm3 Tl, bzw. bis zu 18 µmol pro cm3 Ho, bzw. bis zu 18 µmol pro cm3 Tm. Damit läßt sich eine Feinabstimmung des gewünschten Ra und R9 erzielen.
Als Halogene zur Bildung von Halogeniden werden bevorzugt Jod und/oder Brom verwendet.
Vorteilhaft ist das Volumen zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben evakuiert. Damit läßt sich ein besonders hoher Farbwiedergabeindex Ra erzielen. Alternativ kann das Volumen zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben eine Gasfüllung, insbesondere inertgas, enthalten, wodurch die Lebensdauer erhöht werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Gasfüllung aus 10 bis 90 kPa N2 (kalt) oder aus 5 bis 70 kPa CO2 (kalt).
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe 1 mit einer Leistung von 250 W ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Es handelt sich um ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß 2, das von einem zylindrischen evakuierten Außenkolben 3 aus Hartglas (UV-undurchlässig) umschlossen ist, der einseitig gesockelt ist. Das eine Ende des Außenkolbens 3 besitzt eine abgerundete Kuppe: 4; wohingegen das andere Ende einen Schraubsockel 5 aufweist. Ein Haltegestell 6 fixiert das Entladungsgefäß 2 axial im Innern des Außenkolbens 3. Das Haltegestell 6 besteht im wesentlichen aus zwei Zuleitungsdrähten 7, 8, von denen der kürzere (7) mit der sockelnahen Stromzuführung 9 des Entladungsgefäßes 2 verbunden ist. Der lange Zuleitungsdraht 8 ist im wesentlichen ein massiver Metallstützdraht, der sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckt und zur sockelfernen Stromzuführung 10 führt. Die Enden 15 des Entladungsgefäßes 2 sind mit einem wärmereflektierenden Belag 16 versehen. Am Haltegestell 6 sind zusätzlich mehrere Getter 14 angeschweißt.
Das Volumen des Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 5,2 cm3. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 11, 12 beträgt 27,5 mm. Als Grundgas befinden sich im Entladungsgefäß 56 mbar Argon.
Der Außenkolben ist evakuiert und damit thermisch gut isoliert, wodurch eine besonders gute Farbwiedergabe erzielt wird. Zur Erhöhung der Lebensdauer kann der Außenkolben eine Gasfüllung enthalten. Vor allem eignet sich Inertgas (N2 oder CO2), beispielsweise mit einem Kaltfülldruck von 70 kPa N2 oder 50 kPa CO2. Dafür muß eine etwas schlechtere Farbwiedergabe in Kauf genommen werden.
Fig. 2 zeigt das Spektrum einer Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Entladungsvolumen 16 mg Hg und 3,4 mg MnJ2 enthält. Ausgewählte Spektrallinien von Mn und Hg sind markiert. Nach Fig. 2 besitzt Mn u.a. eine intensive Gruppe von Spektrallinien im Bereich von 601 bis 603 nm, womit Lampen mit warmweißer bis neutralweißer Lichtfarbe (ähnlich wie bei einer Na-haltigen Füllung) realisierbar sind, denn Na hat die intensivsten Spektrallinien bei einer Wellenlänge von etwa 589 nm. Außerdem zeigt das Spektrum der Fig. 2, daß Mn im sichtbaren Spektralbereich bei Wellenlängen größer 603 nm zahlreiche Liniengruppen besitzt, die dazu geeignet sind, die Rotwiedergabe zu verbessern. Weitere nutzbare Liniengruppen liegen im kurzwelligen Bereich zwischen etwa 450 und 550 nm.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Farbtemperatur von mindestens 8000 K und ein allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra = 91 erreicht. Allerdings ist die Lichtausbeute mit rund 34 lm/W relativ gering.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wurde als Füllung 14 mg Hg und insgesamt 10.4 mg Metallhalogenide für das gleiche Entladungsvolumen gewählt. Im einzelnen sind darin enthalten: 18 Gew.-% CsJ, 36,8 Gew.-% DyJ3, 12,5 Gew.-%TIJ sowie 32,7 Gew.-% MnJ2. Das Spektrum dieser Lampe ist in Fig. 3 gezeigt.
Diese Lampe erzielt eine Farbtemperatur von 4400 K. Sie besitzt einen allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra = 96, einen speziellen roten Farbwiedergabeindex R9= 92 und eine Lichtausbeute von rund 60 lm/W. Damit hat diese Lampe eine deutlich bessere Farbwiedergabe als natriumhaltige Metallhalogenidfüllungen.
Eine niedrigere Farbtemperatur von typisch 4200 K bis hinab zu ca. 3900 K läßt sich mit einer Metallhalogenid-Füllung, bestehend aus CsJ (14,7 Gew.-%), DyJ3 (30,0 Gew.-%), TIJ (10,2 %), HoJ3 (9,2 %), TmJ3 (9,2 %) und MnJ2 (26,7 %) erzielen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Metallhalogenid-Füllung aus CsJ (11,5 Gew.-%), DyJ3 (31,2 Gew.-%), TlJ (10,6 %), HoJ3 (9,5 %), TmJ3 (9,5 %) und MnJ2 (27,7 %).