DE2456757A1

DE2456757A1 - Metallhalogenid-hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2456757A1
Application number: DE19742456757
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Fischer; Roland Dipl Chem Dr Lorenz; Ludwig Dipl Phys Dr Rehder
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1976-08-12
Also published as: US4015164A; ES443058A1; IT1049892B; AR208575A1; AU8706875A; BR7507885A; BE836126A; GB1522330A; FR2293056A1; CH594983A5; FR2293056B1; DE2456757C2; NL7513774A; JPS5178084A; CA1046130A; SE7513380L

Description

PHILIPS PATENTVERWALIüNG· GMBH, 2000 Hamburg 1, Steindamm

Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslainpe

Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe mit einem hermetisch, verschlossenen, strahlungsdurchlässigen Entladungsgefäß, zwei darin angeordnete Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet, und einer Füllung, die mindestens ein Metallhalogenid und eine Puffersubstanz umfaßt.

PHD 74-231

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Eine bereits seit langer Zeit bekannte und im großen Umfang angewendete Lampe 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.

Der Zusatz von Metallhalogeniden, insbesondere Metalljodiden, zur Füllung von Hochdruckgasentladungslampen, insbesondere Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen, ergibt in vielen Fällen eine beträchtliche Verbesserung der Farbwiedergabe und auch des Strahlungswirkungsgrades der Lampe (siehe US-PS 3 234 421). Diese Patentschrift beschreibt beispielsweise eine Lampe, die außer einem Edelgas und Quecksilber die Jodide von Natrium, Thallium und Indium enthält. Diese Metalle senden im Betrieb der Lampe ihre charakteristische Strahlung aus, wobei das QuecksilberSpektrum unterdrückt wird, so daß eine Lampe mit einer viel besseren Farbwiedergabe entsteht, als es bei den nur Quecksilber enthaltenden Lampen möglich ist. Das Spektrum der ausgesandten Strahlung dieser jodidhaltigen Lampen ist jedoch hauptsächlich aus Spektrallinien aufgebaut und weicht daher von dem kontinuierlichen Spektrum eines schwarzen Strahlers oder von natürlichem Tageslicht beträchtlich ab. Wenn an die Farbwiedergabe jedoch sehr hohe Anforderungen gestellt werden, ist ein kontinuierliches Spektrum der von der Lampe ausgesandten Strahlung notwendig.

Aus der niederländischen Patentanmeldung 6610396 ist eine Hochdruckgasentladungslampe bekannt, die Zinnbromid und/oder Zinnjodid enthält. Diese Lampe emittiert die von Zinnhalogenidmolekülen herrührende Strahlung. Diese Molekülstrahlung besitzt eine kontinuierliche spektrale Verteilung einer derartigen Form, daß eine ausgezeichnete Farbwiedergabe erzielt werden kann.

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Eine Moleku.lstraJh.lung mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendende Hochdruckgasentladungslampe ist ferner aus der DT-OS 2 023 770 "bekannt. Diese Lampe enthält Zinnchlorid und ferner Zinn, entweder als Metall oder als Zinnjodid. Es wird festgestellt, daß die Anwendung von Zinnchlorid im allgemeinen höhere Strahlungswirkungsgrade ergibt als die Anwendung von Zinnbromid und Zinnjodid.

Nachteilig bei diesen bekannten halogenidhaltigen lampen ist, daß die Anwesenheit der Halogene zu einem bedenklichen chemischen Angriff auf die. Elektroden führen kann. In dieser Hinsicht sind insbesondere die Halogene Brom und in noch höherem Maße Chlor als aggressiv zu bezeichnen. Der erwähnte chemische Angriff auf die Elektroden bringt einen Transport des Elektrodenmaterials, teils an der Elektrode selbst, teils von der Elektrode zur Wand des Entladungsgefäßes, mit sich. Eine weitere Korrosion der Elektroden wird hervorgerufen durch die Belastung der Elektroden während der Zündphase der lampe (Yersputterung) und durch Verdampfen des Elektrodenmaterials infolge der hohen Temperatur des Brennflecks während des Be-triebs der Lampe.- Die erwähnten Korrosionsprozesse können zu einer völligen Zerstörung der Elektroden und zu einer unzulässigen Schwärzung der Wand des Entladungsgefäßes führen.

Die Erfindung bezweckt eine. Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, in der das Auftreten von Elektrodenkorrosion und von Schwärzung der Wand verhindert bzw. reduziert ist.

Dies wird bei einer MetallhalOgenid-Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß während des Betriebs der Lampe die HPüllung elementares Arsen enthält.

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Eine erfindungsgemäße Lampe besitzt ein Entladungsgefäß aus beispielsweise Quarzglas, dichtgesintertem Aluminiumoxid oder kristallinem Aluminiumoxid (Saphir). In dem Entladungsgefäß sind mindestens zwei Elektroden angeordnet, die eine Entladungsstrecke bilden und aus einem hochschmelzenden Metall, vorzugsweise aus Wolfram, bestehen. Die Füllung der Lampe enthält, ebenso wie in den bekannten Lampen, mindestens ein Metallhalogenid und eine Puffersubstanz. Das Metallhalogenid und die Puffersubstanz nehmen beide an der Entladung teil. Die Puffersubstanz verdampft während des Lampenbetriebs und das dann gebildete Puffergas bestimmt vorwiegend die elektrischen Eigenschaften der Entladung, wobei es nicht oder nur sehr wenig zu der von der Lampe ausgesandten Strahlung beiträgt. Die Verwendung eines Puffergases führt zu einer Erhöhung der Brennspannung der Lampe und ermöglicht somit eine Erhöhung der Leistungsaufnahme und der Lichtausbeute der Lampe. Bekannte Puffersubstanzen in Hochdruckgasentladungslampen sind beispielsweise Xenon, Kadmium und insbesondere Quecksilber. Das verwendete Metallhalogenid bestimmt vorwiegend die spektralen Eigenschaften der Entladung.

Nach der Erfindung wird der Mllung einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe Arsen beigefügt, das während des Lampenbetriebs verdampft. Es hat sich gezeigt, daß die Elektrodenkorrosion und die Bildung von Wandbeschlägen in Lampen nach der Erfindung durch diese Maßnahme weitgehend vermieden werden. Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben bewiesen, daß das gasförmige Arsen mit dem in der Lampe als Verunreinigung anwesenden Sauerstoff Arsenoxide bildet. Das Arsen ist daher im Stande, den Sauerstoffgehalt in der Lampe sehr niedrig zu halten. Der Sauerstoffpartialdruck in der Lampe spielt bekanntlich bezüglich der Elektrodenkorrosion, d.h. der Transportreaktion zwischen dem Elektrodenmaterial

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und den Halogenen durch Bildung von z.B. Wolframoxidhalogeniden, eine ausschlaggebende Rolle. Bezüglich seiner chemischen Wirkungsweise kann man das Arsen in einer erfindungs-"gemäßen lampe als flüchtigen Getter für Sauerstoff bezeichnen. Die Verwendung eines derartigen gasförmigen Getters hat den Torteil, daß die Getterwirkung viel effektiver als bei der Verwendung eines Feststoffgetters sein kann.

Da das Arsen in einer erfindungsgemäßen Lampe keinen nennenswerten Einfluß auf die spektralen Eigenschaften der lampe hat und sich auf elektrischen Daten in ähnlicher Weise wie beispielsweise Quecksilber auswirkt, kann das Arsen auch als Puffersubstanz bezeichnet werden. Es ist daher durchaus möglich, daß die Punktion der Puffersubstanz in der Lampe völlig vom Arsen übernommen wird.

Die Verwendung von Arsen in einer Lampe nach der Erfindung ergibt noch den zusätzlichen Vorteil, daß während des Lampenbetriebs die Menge der freien Halogene durch die Bildung von Arsenhalogenide stark herabgesetzt wird. Infolgedessen wird die Bildung von Oxidhalogeniden des Elektrodenmaterials und somit die Elektrodenkorrosion weiterhin unterdrückt.

Es wird angenommen, daß die Reduzierung der Eorrosionsprozesse in einer erfindungsgemäßen Lampe auch dadurch gefördert wird, daß es während des Lampenbetriebs zur Bildung einer Schicht von Arseniden, z.B. Wolframarseniden, auf den gefährdeten Bereichen der Elektrode kommen kann. Eine derartige Schicht wirkt hemmend auf die Kinetik des Elektrodenangriffs.

Es werden Lampen nach der Erfindung bevorzugt, die als Metallhalogenid Chloride und/oder Bromide enthalten, da diese Halogenide besonders aggressiv sind. Die Verwendung von Arsen in Chlorid und/oder Bromid enthaltenden Lampen ergibt eine Reduzie-

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rung der Wolframtransportrate im Vergleich zu gleichen lampen ohne Arsen um einen Paktor von beispielsweise 100.

Obwohl es möglich ist, daß die Punktion der Puffersubstanz in der Lampe völlig vom Arsen übernommen wird, werden Lampen nach der Erfindung bevorzugt, die Quecksilber als Puffersubstanz enthalten. Mit diesen Lampen, die das Arsen zusätzlich zu dem Quecksilber oder nur als teilweisen Ersatz des Quecksilbers enthalten, v/erden nämlich höhere Lichtausbeuten erzielt.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe enthält ein Edelgas als Zündgas, Metallchlorid und gegebenenfalls Metalljodid und/oder -Bromid und gegebenenfalls ein Übermaß an Metall und weiter pro cm Inhalt des Entladungsgefäßes 0-25 mg Quecksilber und 0,1 - 10 mg Arsen. Es sind 1 - 30/uMol Halogenid vorhanden; das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und Metallatomen wird zwischen 0,1 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Jod- und Brom- zu Chloratomen zwischen 0 und 4 gewählt. Mit diesen Lampen kann eine besonders vorteilhafte Kombination von hoher Strahlungsausbeute und sehr guter Parbwiedergäbe erzielt werden, wobei infolge der Reduzierung der Elektrodenkorrosion die Brenndauer der Lampen im Vergleich zu gleichen Lampen ohne Arsen beträchtlich erhöht wird.

Die besten Ergebnisse mit einer Lampe nach dieser bevorzugten Ausführungsform werden erzielt, indem die Lampe pro cm Inhalt des Entladungsgefäßes 1 - 5 mg Quecksilber, 0,2 -3 mg Arsen und 2 - 10/uMol Halogenid enthält und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Jod- und Brom- zu Chloratomen zwischen 0 und 1 gewählt ist.

Es werden Lampen nach der Erfindung bevorzugt, die Zinnhalogenid als Metallhalogenid enthalten. Die kontinuierliche Spektralver-

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teilung der Zinnhalogenidmoleküle ist nämlich sehr erwünscht und ermöglicht eine sehr gute Parbwiedergäbe.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung und einer Anzahl Beispiele und Messungen näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe.

In der Zeichnung ist 1 das röhrenförmige Quarzglasentladungsgefäß einer erfindungsgemäßen Lampe. An den Enden des Gefäßes 1 befinden sich Wolframelektroden 2 und 3. Die Elektroden werden von Stromzuführungsdrähten 4 und 5 getragen, die mit Hilfe von Molybdänfolien 6 und 7 vakuumdicht durch Quetschungen 8 und 9 des Gefäßes 1 hindurchgeführt worden sind. Das Gefäß 1 ist in einem Glasaußenkolben 10 mit Hilfe von Metallbändern 11 und 12 aufgehängt, die um die Quetschungen 8 und 9 herumgelegt und an Iragepolen 13 und 14 befestigt sind, die gleichfalls als Stromzuführungselemente für die Elektroden 2 und 3 dienen. Die Stromzuführungselemente 13 und 14 sind vakuumdicht durch den Außenkolben 10 herausgeführt und mit Eontakten eines Lampensockels 15 verbunden.. Der Innendurchmesser des Gefäßes 1 beträgt ungefähr 15 mm und sein Inhalt ungefähr 11,5 cm , Der Abstand zwischen den Elektroden 2 und 3 beträgt ungefähr 40 mm. Die Lampe ist für eine Belastung von 400 W bestimmt. Die Lampe enthält Quecksilber, Arsen und wenigstens ein Metallhalogenide

In den nachstehend angegebenen Ausführungsbeispielen sind die Lampendosierung und die Ergebnisse von Messungen an diesen Lampen (bei 400 WLeistung) aufgeführt.

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Beispiel 1:

Dosierung: 7 mg SnCl₂

29 mg Hg
20 mg As
25 Torr Ar

Messungen: Lichtausbeute 50' lm/W

Farbtemperatur 6800 K Brennspannung 174 T . Stromstärke 3,2 A

Die Wolframtransportrate im Vergleich zur gleichen Lampe, die aber kein Arsen enthielt, erwies sich um einen Faktor reduziert. Dies wurde durch eine chemische Analyse bestimmt.

Beispiel 2:	¹	55	lm/W
Dosierung:	10,5 mg SnCl₂	6300	K
	29 mg Hg	178	Y
	20 mg As	3,	05 A
	25 Torr Ar
Messungen:	Lichtausbeute
	Färbtemperatur
	Brennspannung
	Stromstärke

Die Elektrodenkorrosion und die Wandabschwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen erwies sich um den Faktor 150 reduziert. Dies wurde durch Messung des Lichtabfalls während der Lebensdauer der Lampe bestimmt, in dem man die Brenndauern der Lampen in Beziehung setzte, die zu einem Lichtabfall von 20 % führten.

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Beispiel 3:	7 mg SnCl₂	59	lm/W
Dosierung:	7 mg SnJ₂	6300	K
	29 mg Hg	155	V
	7 mg As	3	,6 A
	25 Torr Ar
	Lichtausbeute
Messungen:	Parbtemperatur
	Brennspannung
■	Stromstärke

Reduzierung der Elektrodenkorrosion und der Wand ab schwär zuiig im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den Paktor 100. (Bestimmung durch Messung des Lichtabfalls.)

Beispiel 4:	8,4 mg SnBr₂	50	lm/W
Dosierung:	25 mg Hg	5500	E
	20 mg As	152	V
	25 Torr Ar	3,	5 A
	Lichtausbeute
Messungen:	Parbtemperatur
	Brennspannung
	Stromstärke

Reduzierung der Elektrodenkorrosion und der Wandabschwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den Paktor 50. (Bestimmung durch Messung des Lichtabfalls.)

- 10 -

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Beispiel 5'·	4 mg Sb	47	Im/W
Dosierung:	22,8 mg Hg₂Cl₂	7000	K
	5,6 mg Hg	160	V
	20 mg As	3	,6 A
	25 Torr Ar
	Iiichtaus"beute
Messungen:	Farbtemperatur
	Brennspannung
	Stromstärke

Reduzierung der Elektrodenkorrosion und der WandabSchwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den Faktor 90. (Bestimmung durch Messung des liehtabfalls.)

Beispiel 6:

Dosierung: 6,8 mg Bi

22,8 mg Hg₂Cl₂

5,6 mg Hg
20 mg As
25 Torr Ar

Messungen: Lichtausbeute 45 lm/W

Farbtemperatur' 6300 K

Brennspannung 160 T

Stromstärke 3,5 A

Reduzierung der Elektrodenkorrosion und der WandabSchwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den Faktor 80. (Bestimmung durch Messung des lichtabfalls.)

Patentansprüche: - 11 -

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Claims

Patentansprüche:

1. J Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe mit einem hermetisch, verschlossenen, strahlungsdurchlässigen Entladungsgefäß, zwei darin angeordnete Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet, und einer !füllung, die mindestens ein Metallhalogenid und eine Puffersubstanz umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs der Lampe die ITüllung elementares Arsen enthält.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhalogenid Chlorid und/oder Bromid umfaßt.

3« Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffersubstanz Quecksilber enthält.

4. Lampe nach den Ansprüchen 1 bis 3» die ein Edelgas als Zündgas, MetallChlorid, gegebenenfalls Metallbromid und/ oder -jjodid, und gegebenenfalls ein Übermaß an Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß pro cm Inhalt des Entladungsgefäßes 0 - 25 mg Quecksilber, 0,1 - 10 mg Arsen und 1 - 30/uMol Halogenid vorhanden sind und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und Metallatomen zwischen 0,1 und 2,5 und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Brom- und Jodatomen zu Chloratomen zwischen 0 und 4 liegt.

5. Lampe nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß pro cm Inhalt 1 -5 mg Quecksilber, 0,2 - 3 mg Arsen und 2 - 10/uMol Halogenid enthält und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Brom- und Jodatomen zu Chloratomen zwischen 0 und 1 liegt.

6. Lampe nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhalogenid Zinnhalogenid ist.

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