DE2456757C2

DE2456757C2 - Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE2456757C2
Application number: DE2456757A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. 5190 Stolberg Fischer; Roland Dipl.-Chem. Dr. Lorenz; Ludwig Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen 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: 1983-06-01
Also published as: ES443058A1; GB1522330A; DE2456757A1; IT1049892B; BE836126A; FR2293056B1; SE7513380L; AU8706875A; AR208575A1; CA1046130A; US4015164A; CH594983A5; FR2293056A1; JPS5178084A; NL7513774A; BR7507885A

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe mit e'^em hermetisch verschlossenen, strahlungsdurchlässigen Entladungsgefäß, zwei darin angeordneten Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet, und einer Füllung, die während des Betriebes mindestens ein Metallhalogenid und Quecksilber umfaßt.

Der Zusatz von Metallhalogenide^ insbesondere Metalljodiden, zur Füllung von Hochdruckquecksllberdampfentiadungslampen ergibt in vielen Fällen :ine beträchtliche Verbesserung der Farbwiedergabe und auch des Strahlungswirkungsgrades der Lampe (siehe US-PS 32 34 421). 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 Quecksilberspeklrum unterdrückt wird, so daß eine Lampe mit einer viel besseren Farbwlederg2.be entsteht, als es bei den nur Quecksilber enthaltenden Lampen möglich ist.

Aus der niederländischen Patentanmeldung 66 10 396 lsi eine Hochdruckgasenlladungslampe bekannt, die Zinnbromid und/oder Zlnnjodid enthält. Diese Lampe emiitiert die von Zinnhalogenidmolekülen herrührende Strahlung. Diese Molekülstrahlung besitzt eine kontinuierliche spektrale Verteilung einer derartigen Form, daß eine ausgezeichnete Farbwiedergabe erzielt werden kann.

lilne Molekülstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendende Hochdruckgasentladungslampe ist ferner aus der DE-OS 20 23 770 bekannt. Diese Lampe enthält Zlnnchlorld und ferner Zinn, entweder als Metall oder als Zlnnjodid. Es wird festgestellt, daß die Anwendung von Zlnnchlorld Im allgemeinen höhere Strahlungs-AIrkungsgrade ergibt als die Anwendung von Zinnbromid und Zlnnjodid.

Aus der DE-AS 20 31 449 ist eine Hoehdruckgasentladungslampe bekannt, die wenigstens ein Metullhalogenid zur Lichterzeugung und ein Metallhalogenid als Puffersubstanz enthalt. Als Puffersubstanz ist beispielsweise Arsenjodid angegeben. Über die Stöchiometrie der Metallhalogenide hinausgehendes Arsen ist in dieser Lampe nicht vorhanden,

im Gegensatz zu den Ausführungen in der DE-PS 8 33 22i trägt Arsen in Hochdruckgasemladungslampen

ίο praktisch nichts zur Lichterzeugung bei, da es im sichtbaren Spektralbereich nur sehr wenig strahlt. Im übrigen gelten die obigen Ausführungen bezüglich des Arsenjodids auch für das in dieser Patentschrift erwähnte Arsensulfid.

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 Elektrodenrnaterials, 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 (Versputterung) und durch Verdampfen des Elektrodenmaterials infolge der hohen Temperatur des ürennflecks während des Betriebs der Lampe. Die erwähnten Korroslcnsprozesse können zu einer völligen Zerstörung der Elektroden und zu einer unzulässigen Schwärzung der Wand des Entladungsgefäßes führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, in der das Auftreten von Elektrodenkorrosion und von Schwärzung der Wand verhindert bzw. reduziert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Metallhalogenid-Hochdruckgasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch geiöst, ciiiß die Lampenfüllung über die Stöchiometrie der Metallhalogenide hinaus zusätzlich elementares Arsen enthält.

Das der Füllung der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe beigefügte Arsen, verdampft während des Lampenbetriebes. 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 anwesende Sauerstoff Arsenoxide bildet. Das Arsen Ist daher im Stande, den Sauerstoffgehalt In der Lampe sehr niedrig zu halten. Der Sauerstoffpartlaldruck in der Lampe spielt bekanntlich bezüglich der Elektrodenkorroslon, d. h. der Transportreaktion zwischen dem Elektrodenmaterial und den Halogenen durch Bildung von z. B. Wolframoxidhalogeniden, eine ausschlaggebende Rolle. Bezüglich seiner chemischen Wirkungsweise kann man das Arsen In einer erfindungsrnäßlgen Lampe als flüchtlgen Getter für Sauerstoff bezeichnen. Die Verwendung eines derartigen gasförmigen Getters hat den Vorteil, daß die Getierwirkung viel effektiver als bei der Verwendung eines Feststoffgetters sein kann.

Die Verwendung von Arsen In einer Lampe nach der Erfindung ergibt noch den zusätzlichen Vorteil, daß während des Lampenbetrlebs die Menge der freien Halogene durch die Bildung von Arsenhalogenide stark herabgesetzt wird. Infolgedessen wird die Bildung von Oxldhalo-

genlden des EJekrodenmaterials und somit die Eiekirodenkorrosion weiterhin unterdrückt. Pie Lampe enthB.lt jedoch immer elementares Arsen, dos sich nicht mit einem Halogen zu einem Halogenid verbindet, sondern zum Binden von Sauerstoff zur Verfügung steht.

Die Lampen nach der Erfindung können als Metallhalogenid Jodide und/oder Chlodde und/oder Bromide enthalten.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe enthalt Edelgas als Zündgas, Metallciilorid und gegebenenfalls Metalljodid und/oder -Bromid und gegebenenfalls einen Überschuß an Metall und weiter pro cm¹ Inhalt des Entladungsgefäßes 1 bis 25 mg Quecksilber und 0,1 bis 10 mg Arsen. Es sind I bis 39 μΜοΙ 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- 7U Chloratomen zwischen 0 und 4 gewählt. Mit diesen Lampen kann eine besonders vorteilhafte Kombination von hoher Strahlungsausbeute und sehr guter Farbwiedergabe erzielt werden, wobei infolge der Reduzierung der Eiektrodenkorrosion 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 cm¹ Inhalt des Entladungsgefäßes 1 bis 5 mg Quecksilber, 0,2 bis 3 mg Arsen und 2 bis ΙΟμΜοΙ Halogenid enthält und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Jod- und Brom- zu Chloratomen zwischen 0 und I gewählt ist.

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 4 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 Tragepolen 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 Kontakten 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 Metallha'ogenld.

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

Dosierung:

Beispiel 1

7 mg SnCI₂
29 mg Hg
20 mg As
33 mbar Ai

Messungen;

Lichtausbeute
Farbiemperatur
Brennspannung
Stromstärke

50 Im/W 6800K 174 V 3,2 A

Die Wolframtransporlrate im Vergleich zur gleichen Lampe, die aber kein Arsen enthielt, erwies sich um einen Faktor 100 reduziert. Dies wurde durch eine chemische Analyse bestimmt.

Dosierung:

Messungen:

Beispiel 2

10,5 mg SnCl₂
29 mg Hg
20 mg As
33 mbar Ar

Lichtausbeute
Farbtemperatur
Brennspannung
Stromstärke

55 Im/W 6300 K 178 V 3,05 A

Die Elektrodenkorrosion und die Wanwabschwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen erwies sich um den Faktor !50 reduziert. Dies wurde durch Messung des Lichtabfalls während der Lebensdauer Jer Lampe bestimmt, in dem man die Brenndauern der Lampen in Beziehung setzte, die zu einem Lichtabfall von 20 % führten.

Beispiel 3

Dosierung: 7 mg SnCIi

7 mg SnJj
29 mg Hg"
7 mg As
^J> 33 mbar Ar

Messungen: Lichtausbeute 59 Im/W

Farbtemperatur 6300 K

Brennspannung 155 V

«> Stromstärke 3,6 A

Reduzierung der Elektrodenkorrosion und der Wandabschwärzung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den Faktor 100. (Bestimmung durch Messung des Lichtabralls.)

Beispiel 4

Dosierung: 8.4 mg SnBn

25 mg Hg

20 mg As

33 mbar Ar

Messungen: Lichtausbfiute 50 Im/W

Farbtemperatur 5500 K

Brennspannung 152 V

Stromstärke 3,5 A

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

Dosierung:

Beispiel 5

4 mg Sb
22.8 mg Hg₂CI₂

5,6 mg Hg
20 mg As
33 mbar Ar

Messungen: Lichlausbeute 47 Im/W

l'arbtemperatur 71)0(1 K

Hrennspannung 160 V

Stromstärke 3.C) A

Reduzierung der lilekirodenkorrosion und der W'andabschwär/ung im Vergleich zur gleichen Lumpe ohne Arsen um den f'aktor ^l)0. ( Bestimmung durch Messung des Lichtablalls.)

H e i s ρ i e I 6

Dosierung: 6.8 mg lii

22.8 mg llg:CI;

5.6 mg IIg
20 mg As
33 mhar Ar

Messungen: Liehtausheute 45 ImAV

l'arhtemperutur 6300 K

Hrennspannung itiO \'

Stromstärke 3.5 A

Reduzierung der Eileklrodenkormsion und der Wandabsclnvär/ung im Vergleich zur gleichen Lampe ohne Arsen um den f-'aktor 80. (Bestimmung durch Messung des Lichtahlalls.)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meiallhalogenid-Huchdruckgasentladiingslampe mit einem hermetisch verschlossenen, strahlungsdurchiasslgen Entladungsgefäß, zwei darin angeordneten Elektroden, zwischen denen die Entladung stattfindet, und einer Füllung, die während des Betriebs mindestens ein Metallhalogenid und Quecksilber umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenfüllung über die Stöchiometrie der Metallhalogenide hinaus zusätzlich elementares Arsen enthält.

2. Lampe nach Anspruch I, die ein Edelgas als Zündgas, Metallchlorid, gegebenenfalls Metallbromid und/oder -jodid, und gegebenenfalls einen Überschuß an Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß pro cm¹ Inhalt des Entladungsgefäßes I bis 25 mg Quecksilber, 0,1 bis 10 mg Arsen und I bis 30 μΜοΙ Halogenid vorhanden sind und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Halogen- und Metallatomen zwischen 0,1 und >,-■· und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Brom- und jodaiomen zu Chloratomen zwischen 0 und 4 liegt.

3. Lampe nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß pro cm' Inhalt 1 bis 5 mg Quecksilber, 0,2 bis 3 mg Arsen und 2 bis 10 μΜοΙ Halogenid enthält und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Brom- und Jodatomen zu Chloratomen zwischen 0 und I Hegt.