DE2225308C3 - Hochdruckgasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung, in der die Entladung stattfindet und die Selen enthält.

Eine bereits seit langer Zeit bekannte und im großen Umfang angewendete Lampe dieser Art ist die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe. Nachteilig bei dieser Lampe ist, daß sie weniger gute Farbwiedergabeeigenschaften aufweist und sich deshalb zur Allzweckbeleuchtung, wofür eine befriedigende Farbwiedergabe erforderlich ist, weniger eignet.

Aus der DE-PS 6 76 726 ist eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer Gasfüllung bekannt, die u. a. Selen enthalten kann.

Eine Molekülstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendende Hochdruckgasentladungslampe ist ferner aus der DE-OS 20 23 770 bekannt Diese Lampe enthält Zinnchlorid und ferner Zinn, entweder als Metall oder aber als Zinnjodid. Es wurde festgestellt, daß Zinnchlorid im allgemeinen höhere Strahllunjgswirkungsgrade ergibt als Zinnbromid und Zinnjodid. Nachteilig bei dieser bekannten Lampe ist jedodh, daß das aggressive Chlor zu einem chemischen Angriff auf die Elektroden führen kann.

Die Erfindung bezweckt, eine Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, die neue Molekülstrahler enthält, welche in einem großen Fsrbtemperaturbereich ausgezeichnete Farbwiedergabeeigenschaften besitzen. Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Füllung weiterhin zumindest 10~⁷ Grammatome Germanium pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes enthält, wobei das

ίο Verhältnis zwischen der Anzahl von Selenatomen und von Germaniumatomen zwischen 0,5 und 4 liegt

Die erfindungsgemäße Lampe enthält Germaniumselenid, das als solches oder in Form der Einzelelemente in die Lampe eingegeben wird. Aus Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, geht hervor, daß Germaniumselenid ein wirksamer Molekülstrahler ist, dessen ausgesandte Strahlung eine kontinuierliche spektrale Verteilung mit einem zwischen 360 und 380 nm liegenden Maximum besitzt Beträgt die Germaniummenge weniger als 10~⁷ Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes, so erreicht man einen unzureichenden Effekt und es werden für die Praxis zu niedrige Lichtausbeuten erhalten. Für praktische Anwendungen wählt man die Germaniummenge nicht größer als 10—' Grammatome pro cm³, weil mehr Germanium keine zusätzlichen Vorteile ergibt und im Betrieb der Lampe nur zu einer unverdampften Germanium- und/oder Germaniumselenidmenge führt Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen kann vom stöchiometrischen Wert 1 abweichen, der für die Verbindung GeSe gilt Dieses Verhältnis muß jedoch zwichen den Werten 0,5 und 4 gewählt werden, weil bei größeren Werten als 4 eine zu große Menge freien Selens in der Lampe zugegen ist, was zur Erzeugung einer für viele Anwendungen unerwünschten Ultraviolettstrahlung führen kann, und weil sich bei kleineren Werten als 0,5 freies Germanium an der Wand des Entladungsgefäßes ablagern kann, was die Lichtausbeute der Lampe nachteilig beeinflussen kann.

Ein besonderer Vorteil einer erfindungsgemäßen Lampe ist der, daß die Entladung auch bei hohen Werten der Konzentration des im Betrieb der Lampe in Dampfform vorhandenen Germaniumselenids stabil ist.

In den bekannten Zinnhalogenid enthaltenden Lampen treten außerhalb bestimmter Zinnhalogenidkonzentrationen störende Instabilitäten der Entladung auf. In einer Lampe nach der Erfindung ist es möglich, einen Überschuß von Germaniumselenid zu verwenden, so

so daß der Dampfdruck des Germaniumselenids nur durch die Temperatur der kältesten Stelle in der Lampe begrenzt wird.

Eine nur Germaniumselenid enthaltende Lampe entsprechend der Erfindung kann vorteilhaft beispielsweise für photochemische Vorgänge verwendet werden. Für Allzweckbeleuchtung eignet sich diese Lampe jedoch weniger, weil die ausgesandte Strahlung zu blau ist und eine sehr hohe Farbtemperatur (> 12 000 K) besitzt

to Die Farbtemperatur einer erfindungsgemäßen Lampe kann jedoch Werte annehmen, die für Allzweckbeleuchtung besonders erwünscht sind, wenn der Füllung der Lampe außer Germanium und Selen auch andere Strahler beigegeben werden, die eine wesentliche Emission im roten Teil des sichtbaren Spektrums aufweisen. Dabei kann mit einer derartigen Lampe eine ausgezeichnete Farbwiedergabe erzielt werden.
Zu diesem Zweck setzt man der Füllung einer

erfindungsgemaßen Lampe außer Germanium und Selen vorzugsweise Zinn und wenigstens ein Halogen zu, wobei das Verhältnis «wischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen höchstens 4 beträgt, weil sonst zuviel freies Halogen in der Lampe zugegeben ist, was zu Instabilitäten der Entladung führt. In der Praxis wählt man dieses Verhältnis nicht kidner als OA weil unterhalb dieses Werts eine zu große Menge freien Zinns vorhanden ist, das nicht zur Lichtemission beiträgt Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen liegt zwischen 0,02 und 4. Bei Werten kleiner als 0,02 ist der Beitrag des Germaniumselenids zu der ausgesandten Strahlung zu gering, während bei größeren Werten als 4 die Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung für Allzweckbeleuchtung zu hoch ist Mit Selen-Halogen-Verhältnissen im obengenannten Bereich kann man Lampen herstellen, deren Farbtemperatur im sehr weiten Bereich von etwa 4000 bis etwa 12 000 K liegt

Vorzugsweise wird die Füllung einer erfindungsgemäßen Lampe ferner auf an sich bekannte Weise ein Zündgas und ein Puffergas beigegeben. Das Zündgas, das die Zündung der Lampe erleichtern soll, besteht meistens aus einem Edelgas oder einem Gemisch von Edelgasen mit einem beispielsweise zwischen 1,3 - 10² und 13 ■ 10⁴ Pa liegenden Druck (bei Zimmertemperatur). Das Puffergas dient dazu, den Gesamtdruck in der Entladungslampe und die Bogenspannung zu erhöhen, so daß eine größere Energiemenge in der Lampe dissipiert werden kann. Als Puffergas wird vorzugsweise Quecksilber in einer zwischen 2^3 · 10~⁶ und 2 - iO-"¹ Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes liegenden Menge angewendet

Es werden Lampen entsprechend der Erfindung bevorzugt, die außer Germanium und Selen auch Zinn und ein Halogen enthalten und bei denen das Halogen Jod und/oder Brom ist Zinnjodid und Zinnbromid emittieren nämlich Molekülstrahlung, deren Beitrag im roten Teil des Spektrums größer ist als der von Zinnchlorid, so daß bei der Anwendung von Zinnjodid und/oder Zinnbromid für Allzweckbeleuchtung die beste Ergänzung des Gennaniumselenid-Spektrums erhalten wird. Ferner haben Iod und Brom den Vorteil, daß sie weniger agressiv sind als Chlor, so daß der Elektrodenangriff auf ein Mindestmaß beschränkt bleibt

Die besten Resultate werden mit erfindungsmäßen Lampen erzielt bei denen das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen zwischen 1,5 und 2J5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen 0,8 und 1,2 liegt Hierbei wird nämlich die Bildung von freiem Zinn und freiem Germanium, das sich auf der Lampenwand und auf den Elektroden ablagert auf ein Mindestmaß beschränkt und es wird auch ein zu großer Überschuß von freiem Halogen und freiem Selen vermieden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Liimpe beträgt die Germaniummenge zwischen 5 ■ 10-⁷und2 · IQ-⁵Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes und liegt das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,05 und 2. Mit diesen Lampen wird nämlich eine ausgezeichnete Farbwiedergabe bei den für praktische Zwecke sehr erwünschten Farbtemperaturwerten über 5000 K erzielt Lampen mit einer derartig relativ hohen Farbtemperatur können vorteilhaft bei der Szenenbeleuchtung für Farbfernsehaufnahmen verwendet werden, insbesondere in den Fällen, in denen die Lampen gemeinsam mit Tageslicht benutzt werden.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert

Fig. 1 zeigt eine Ausfühmngsiorm einer erfmdungsgeiräßen Lampe;

Fig.2 und 3 zeigen in graphischer Darstellung die spektrale Verteilung der ausgesandten Strahlung zweier erfindungsgemäßer Lampen.

In F i g. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 das Quarzglasentladungsgefäß einer erfindungsgemaßen Hochdruckgasentladungslampe. An beiden Enden des Entladungsgefäßes 1 ist eine Quetschung 2 bzw. 3 gebildet in die Stromzuführungselemente 4 und 5 eingeschmolzen sind. Diese Stromzuführungselemente sind im Entladungsgefäß mit Wolframelektroden 6 und 7 verbunden, zwischen denen im Betrieb die Entladung auftritt Das Entladungsgefäß 1 ist an einem Außenkolben 8, beispielsweise aus Hartglas, angeordnet der an einem Ende eine Quetschung 9 aufweist durch die hindurch Stromzuführungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Die Stromzuführungsdrähte 10 und 11 sind mit den Stromzuführungselementen 4 und 5 verbunden und dienen zugleich als Stützpole für das Entladungsgefäß 1. Das Entladungsgefäß 1 hat einen Innendurchmesser von 15,5 mm und einen Inhalt von 7,5 cm³. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 41 mm. Die Lampe eignet sich für eine Leistung von 400 Watt

Beispiel I

Das Entladungsgefäß einer Lampe nach F i g. 1 wird mit 25 mg Quecksilber, 5,0 mg Germaniumselenid (GeSe) und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr gefüllt Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe ausgesandten Strahlung ist in Fig.2 dargestellt In dieser Figur ist auf der Abszisse die Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist die Energie E der ausgesandten Strahlung pro konstantem Wellenlängeintervall in beliebigen Einheiten aufgetragen. Die spektrale Verteilung dieser Lampe entsprechend der Erfindung, die außer Quecksilber und Argon nur Germanium und Selen enthält besteht erwiesenermaßen aus einem Kontinuum, das sich über den gesamten sichtbaren Teil des Spektrums bis zum Ultravioletteil des Spektrums erstreckt wobei bei etwa 360-380 nm ein Maximum liegt Abgesehen von diesem von den Germaniumselenid-Molekülen herrührenden Kontinuum sind in der spektralen Verteilung auch Quecksilberlinien und Germaniumlinien vorhanden.

BeispielelUIIundlV

Drei (mit den Buchstaben A, B bzw. C bezeichnete) Lampen mit einer in F i g. i dargestellten Konstruktion werden mit der folgenden Füllung versehen: 1,5 mg Zinn, 5,7 mg Quecksilberjodid (Hgh), 22 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr. Die Lampen enthalten ferner Germaniumselenid (GeSe) in den folgenden Mengen:

Lampe A:
Lampe B:
Lampe C:

1,0 mg
3,0 mg
5,0 mg.

Von diesen Lampen, die im Betrieb eine Leistungsaufnahme von 400 W haben, wurden die Farbtemperatur 7i und die Lichtausbeute LO gemessen. Die Messungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt

Tabelle

Lampe

Verhältnis Se/J T_k in K

LO in lm/W

0,26	6830	44
0,78	10250	40
1,30	>11000	32

Aus den Messungen geht hervor, daß mit zunehmenden Werten der Verhältnisse zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen (Se/J) höhere Farbtemperaturen erzielt werden.

Beispiel V

Das Entladungsgefäß einer Lampe nach F i g. 1 der Zeichnung wird mit 1,0 mg GeSe, 2,4 mg Zinn, 7,3 mg Quecksilberbromid (HgBr2), 21 mg Quecksilber und Argon bis zu einem Druck von 20 Torr versehen. Von dieser Lampe, deren Selen-Halogen-Verhältnis 0,16 beträ¹·** wurden bei einer Leistungsaufnahme von 400 W die folgenden Eigenschaften gemessen:

Farbtemperatur 8010 K.
Farbwiedergabeindex Ra =
Lichtausbeute 60 lm/W.

=96

Die spektrale Verteilung der von dieser Lampe ausgesandten Strahlung ist in einer graphischen Darstellung in Fig.3 wiedergegeben. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe eignet sich besonders für Allzweckbeleuchtung in den Fällen, in denen neben einer perfekten Farbwiedergabe eine hohe Farbtemperatur erforderlich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochdruckgasentladungslampe mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung, in der die Entladung stattfindet und die Selen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung weiterhin wenigstens 10~⁷ Grammatome Germanium pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäß^: enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen 0,5 und 4 liegt

2. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ferner Zinn und wenigstens ein Halogen enthält, wohei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinsatomen höchstens 4 beträgt und das Verhältnis zwischen der Anzanl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,02 und 4 liegt

3. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ferner zwischen 2,5 · 10-⁶ und 2 · 10~⁴ Grammatome Quecksilber pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes als Puffergas enthält

4. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod und/oder Brom ist

5. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch

2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und von Zinnatomen zwischen 1,5 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Germaniumatomen zwischen 0,8 und 1,2 liegt

6. Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniummenge zwischen 5 · 10~⁷ und 2 ■ 10~⁵ Grammatome pro cm³ Inhalt des Entladungsgefäßes beträgt und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Selen- und von Halogenatomen zwischen 0,05 und 2 liegt