DE69913046T2

DE69913046T2 - Quecksilberhochdrucklampe und Emissionsvorrichtung für eine Quecksilberhochdrucklampe

Info

Publication number: DE69913046T2
Application number: DE69913046T
Authority: DE
Inventors: Masachika Himeji-shi Ooyama; Tomoyoshi Tatsuno-shi Arimoto; Kazuhiro Himeji-shi Goto
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: US6274983B1; TW468197B; EP0973187B1; EP0973187A1; DE69913046D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Quecksilberhochdrucklampe und eine Emissionsvorrichtung für eine Quecksilberhochdrucklampe. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Quecksilberhöchstdrucklampe, bei welcher ein Entladungsgefäß mit Quecksilber in einer Menge von zumindest 0,15 mg/mm³ gefüllt ist, in welcher ferner der Quecksilberdampfdruck beim Betrieb bei zumindest einhundert und einigen Dutzend atm liegt und welche als Hintergrundlicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp oder dergleichen verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp besteht ein Bedarf an einer Betrieb ihrer Lichtquelle in einer horizontalen Betriebsstellung, um die Höhe der Vorrichtung niedrig zu halten. Ferner besteht ein Bedarf an einer Beleuchtung der Bilder auf eine rechteckige Bildfläche auf gleichmäßige Weise und mit einer geeigneten Farbwiedergabe. Als Lichtquelle wird deshalb eine Metallhalogenidlampe vom Horizontalbetriebstyp verwendet, welche mit Quecksilber und einem Metallhalogenid gefüllt ist. Ferner werden in letzter Zeit immer kleinere Metallhalogenidlampen und immer häufiger Punktlichtquellen hergestellt und in der Praxis Lampen mit äußerst kleinen Abständen zwischen den Elektroden eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund werden in letzter Zeit statt Metallhalogenidlampen Lampen mit einem äußerst hohen Quecksilberdampfdruck vorgeschlagen, beispielsweise mit einem Druck von zumindest 200 × 10⁵ Pa (200 bar, ca. 197 atm). Hierbei unterdrückt der erhöhte Quecksilberdampfdruck die Verbreiterung des Lichtbogens (der Lichtbogen wird zusammengezogen), und es wird eine beachtliche Erhöhung der Lichtintensität angestrebt; dies ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 2-148561 (U.S.-Patent 5,109,181) sowie in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 6-52830 (U.S.-Patent 5,4.97,049) offenbart.
In der japanischen Offenlegungsschrift HEI 2-148561 (U.S.-Patent 5,109,181) ist eine Quecksilberhochdrucklampe offenbart, bei welcher ein Entladungsgefäß, welches ein Paar Elektrode aus Wolfram aufweist, mit einem Edelgas, zumindest 0,2 mg/mm³ Quecksilber und mit einem Halogen im Bereich von 1 × 10^–6 bis 1 × 10^–4 μmol/mm³ gefüllt ist, und welche mit einer Röhrenwandbelastung von zumindest 1 W/mm² betrieben wird.
Dieser Veröffentlichung kann folgendes entnommen werden:
Der Grund für die hinzugefügte Menge des Quecksilbers von zumindest 0,2 mg/mm³ liegt darin, den Quecksilberdruck zu erhöhen, die Anzahl der kontinuierlichen Spektren im Bereich der sichtbaren Strahlung, insbesondere im roten Bereich, zu vermehren und die Farbwiedergabe zu verbessern. Der Grund für die Röhrenwandbelastung von größer als oder gleich 1 W/mm² liegt darin, die Temperatur im kühlsten Teil zu erhöhen, um den Quecksilberdruck zu erhöhen. Der Grund für das Hinzufügen eines Halogens liegt darin, die Schwärzung der Röhrenwand zu verhindern.
Andererseits offenbart die japanische Offenlegungsschrift HEI 6-52830 (U.S.-Patent 5,497,049), dass, zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Quecksilbermenge, dem Wert der Röhrenwandbelastung und der Halogenmenge, die Form des Entladungsgefäßes und der Abstand zwischen den Elektroden festgelegt wird und ferner Brom als das Halogen benutzt wird.
Hierbei wird folgendes gezeigt:
Der Grund für das Hinzufügen des Broms liegt darin, die Schwärzung der Röhrenwand zu verhindern. Wenn zumindest 10^–6 μmol/mm³ Broms hinzugefügt wird, wird eine ausreichende Wirkung erzielt. Bei Mengen von größer als 10^–4 μmol/mm³ tritt eine Ätzung der Elektroden auf.
Andererseits wird eine derartige Quecksilberhöchstdrucklampe horizontal betrieben, das heißt, sie wird in der Weise betrieben, dass die sich zwischen den Elektroden ergebende virtuelle Linie parallel zur Horizontalen ist. In diesem Fall ist die Wärmebelastung infolge des Aufschwimmens des zwischen den Elektroden entstehenden Lichtbogens im oberen Bereich des Entladungsgefäßes äußerst hoch, während im unteren Bereich des Entladungsgefäßes die Wärmebelastung niedrig wird. Um einen hohen Betriebsdruck des Quecksilbers zu erhalten, ist es erforderlich, das Entladungsgefäß zu verkleinern, das heißt, den Innendurchmesser des Emissionsraums zu verkleinern. Wenn dieser jedoch zu klein wird, kristallisiert das das Entladungsgefäß umfassende Quarzglas. Der Bereich der Verkleinerung des Entladungsgefäßes ist deshalb beschränkt.
Andererseits findet in letzter Zeit ein Flüssigkristall-Projektions-Fernseher Beachtung, bei welchem im Hauptteil des Fernsehers eine Entladungslampe als Lichtquelle zum Zwecke der Beleuchtung des Fernsehers von hinten angeordnet ist, das heißt, ein so genannter Fernseher vom Rückprojektionstyp. Bei diesem Fernseher muss die Entladungslampe im Hinblick auf die optische Konstruktion nicht zwangsläufig horizontal betrieben werden, sondern sie kann auch senkrecht betrieben werden.
Bei einem senkrechten Betrieb der vorstehend beschriebenen Quecksilberhöchstdrucklampe ist der Einfluss der Wärmebelastung innerhalb des Entladungsgefäßes völlig anders als im Falle eines horizontalen Betriebs. Besonders entstehen Bereiche mit hoher und niedriger Wärmebelastung nicht auf der Röhrenwand in der Nähe des Lichtbogens, sondern an den Fußpunkten der Elektroden. Ebenso verändert sich der Einfluss der Gaskonvektion im Entladungsgefäß in großem Maße. Die vorstehend beschriebenen Veröffentlichungen des Standes der Technik beschreiben nicht, ob das Entladungsgefäß horizontal oder senkrecht betrieben wird. In dieser Hinsicht wird hierbei deshalb der Einfluss der Wärmebelastung sowie der Gaskonvektion innerhalb des Entladungsgefäßes nicht berücksichtigt.
Bei einem Fernseher vom Rückprojektionstyp besteht ein Bedarf an einer hohen Bildqualität. Insbesondere im Falle einer Verwendung der vorstehend beschriebenen Quecksilberhöchstdrucklampe als Lichtquelle wird es als nachteilig angesehen, dass die Beleuchtungsintensität des Bildes dadurch schwankt, dass der Leuchtfleck der Kathode aufgrund der Gaskonvektion oder dergleichen auf den Stirnflächen der Elektroden mit einer hohen Strahlungsdichte flimmert.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher eine erste Aufgabe zugrunde, eine Quecksilberhochdrucklampe anzugeben, welche mit einem Innendruck von zumindest einhundert und einigen Dutzend atm (1 atm = 1,015 × 10⁵ Pa) betrieben wird, bei welcher die Wärmebelastung und Gaskonvektion berücksichtigt werden und bei welcher der Kathoden-Leuchtfleck stabil ist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Quecksilberhochdrucklampe anzugeben, welche senkrecht ausgerichtet ist und bei welcher die vorstehend beschriebenen Mängel beim Stand der Technik beseitigt werden.
Bei einer Quecksilberhochdrucklampe, bei welcher ein Entladungsgefäß aus Quarzglas ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden enthält, welches mit Quecksilber in einer Menge von zumindest 0,15 mg/mm³ und Edelgas gefüllt ist, werden die Aufgaben der Erfindung dadurch erreicht, dass die Länge L1 (mm) mit der eine der Elektroden in das Entladungsgefäß hineinragt, größer ist als eine Länge L2 (mm), mit der die andere Elektrode in das Entladungsgefäß hineinragt, und dass für eine Lampenleistung W (Watt) und den maximalen Wert des Innendurchmessers D in der Richtung senkrecht zu der Achse, welche das Elektrodenpaar innerhalb des Entladungsgefäßes verbindet, die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0,35 × (W)1/2 ≤ L1 ≤ 0,69 × (W)1/2 L2 ≤ 0,76 × (W)1/2,64 und gleichzeitig (2,50)e0,0022W ≤ D ≤ (5,0)e0,0034W.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode, welche mit der größeren Länge L1 in das Entladungsgefäß hineinragt, die Anode, während die Kathode mit der kürzeren Länge L2 in das Entladungsgefäß hineinragt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragt die Kathode mit der Länge L1, welche größer als die Länge L2 ist, mit welcher die Anode in das Entladungsgefäß hineinragt, in das Entladungsgefäß hinein. Bei einer derartigen Lampe kann zumindest 0,155 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt sein, und der Durchmesser D erfüllt die Formel: (3,86) e0,0022W ≤ D ≤ (3,91) e0,0034W wobei W wiederum die Lampenleistung in Watt ist. L1 und L2 genügen weiterhin den vorgenannten Beziehungen.
Die erfindungsgemäße Lampe kann so betrieben werden, dass eine Achse, welche die zwei Elektroden verbindet, im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist. Die Erfindung betrifft deshalb auch eine Emissionsvorrichtung, bei welcher die Lampe mit einer Haltevorrichtung derart angebracht ist, dass eine der Elektroden über der anderen angeordnet ist. Die oben angeordnete Elektrode ist folglich jene welche mit einer größeren Länge (L1/mm) in den Entladungsraum ragt.
Die Aufgaben der Erfindung werden gleichzeitig vorteilhaft dadurch gelöst, dass das Entladungsgefäß zumindest ein Halogen enthält, welches aus Chlor, Brom oder Iod ausgewählt ist, und zumindest ein Emissionsmetall neben Quecksilber enthält.
Die Aufgaben werden darüber hinaus durch eine Emissionsvorrichtung für eine Quecksilberhochdrucklampe gelöst, welche die oben beschriebene Quecksilberhochdrucklampe und eine Vorrichtung zum Einspeisen umfasst, welche die Quecksilberhochdrucklampe mit einem festgelegten Strom versorgt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Verwendung mehrerer Ausführungsformen, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Längsschnittansicht einer Quecksilberhochdrucklampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Diagramm, welches die spektrale Verteilung in der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe zeigt;
3 ist eine Tabelle mit Versuchswerten, welche die Wirkung der Erfindung zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Emissionsvorrichtung für eine Quecksilberhochdrucklampe;
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe; und
6 ist eine Tabelle mit Zahlenwerten der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Quecksilberhochdrucklampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Entladungslampe 1 aus Quarzglas, ein Entladungsgefäß 2 in der Mitte und schmale, hermetisch abgedichtete Bereiche 3 hat, welche an gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes 2 angeschlossen sind. In dem Entladungsgefäß 2 (nachfolgend auch der "Emissionsraum" genannt) sind eine Kathode 4 und eine Anode 5 mit einem gegenseitigen Abstand von 1,0 bis 2,0 mm angeordnet. Die Kathode 4 ist oben angeordnet, und ihr rückwärtiges Ende erstreckt sich in den hermetisch abgedichteten Bereich 3 hinein und ist mit einer Metallfolie 6 verbunden. Die Anode 5 ist unten angeordnet, und ihr rückwärtiges Ende erstreckt sich gleichermaßen in den hermetisch abgedichteten Bereich 3 hinein und ist mit einer Metallfolie 6 verbunden. Ein Außenanschluss 7 ist mit dem anderen Ende der jeweiligen Metallfolie 6 verbunden.
Der Emissionsraum ist mit Quecksilber als das Emissionsmaterial und einem Edelgas wie Argor, Xenon oder dergleichen als das Startgas für den Betrieb gefüllt. Es wird beispielsweise Edelgas mit einem Druck von 5,3 × 10⁴ Pa eingefüllt. Hierbei beträgt die hinzugefügte Menge des Quecksilbers zumindest 0,155 mg/mm³, wodurch der Dampfdruck bei einem stabilen Betrieb bei zumindest einhundert und einigen Dutzend atm liegt.
Nachfolgend wird eine derartige Quecksilberhochdrucklampe beispielhaft beschrieben:
maximaler Außendurchmesser des Entladungsgefäßes: 12,2 mm
maximaler Innendurchmesser des Entladungsgefäßes: 6,8 mm
Länge des Emissionsraumes (Länge in Achsrichtung der Lampe): 12,7 mm
Menge des hinzugefügten Quecksilbers: 43,9 mg
Innenvolumen des Emissionsraums: 251 mm³
Innenoberfläche des Emissionsraums: 200 mm²
Röhrenwandbelastung: 1 W/mm²
Nennleistung: 200 W
Hierbei ist die Länge L1 der oben positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Kathode 4 größer als die Länge L2 der unten positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Anode 5. Die länge L1 der oben positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Kathode 4 beträgt beispielsweise 6,8 mm. Die Länge L2 der unten positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Anode 5 beträgt 4,2 mm. In dem unteren Bereich, in welchem die Wärmebelastung niedrig ist, ist die Anode in der Nähe des unteren Endes des Entladungsgefäßes angeordnet. Dieser Bereich kann nicht nur durch den thermischen Einfluss der Lichtbogenentladung, sondern auch durch die Strahlungswärme von der Anode erwärmt werden. Dadurch wird ein vollständiges Verdampfen des hinzugefügten Quecksilbers ermöglicht, und es kann ein hoher Innendruck von zumindest einhundert und einigen Dutzend atm erzielt werden.
Bei einem derartigen senkrechten Betrieb unterliegt der obere Bereich des Entladungsraums durch heftige Gaskonvektion einem äußerst großen thermischen Einfluss. Wenn die Kathode 4, wie bei der Erfindung, weit in das Entladungsgefäß 2 hineinragt, wird die Entglasung des Entladungsgefäßes durch den thermischen Einfluss vorteilhaft verhindert.
Ferner konnte durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die Bedingungen 0,35 × (W)1/2 ≤ L1 ≤ 0,69 × (W)1/2 und L2 ≤ 0,76 × (W)1/2,64 erfüllt sind, wenn W die Eingangsleistung der Lampe (W) ist, L1 die Länge der oben angeordneten, hineinragenden Kathode 4 und L2 die Länge der unten angeordneten, hineinragenden Anode 5 ist, ein ausreichend hoher Betriebsdruck erreicht und zugleich eine Quecksilberhochdrucklampe erhalten werden, bei welcher keine Entglasung oder dergleichen auftritt. Die Erfinder haben hierfür energische Untersuchungen aufgrund der Vermutung durchgeführt, dass die Lampenleistung einen großen Einfluss auf die im Entladungsgefäß entstehende Wärme ausübt, und dass ferner die Länge der oben positionierten, hineinragenden Kathode die Gaskonvektion und die Entglasung der Röhrenwand im oberen Bereich des Entladungsgefäßes beeinflussen würde.
Dadurch haben sie den Zahlenbereich herausgefunden, welcher für diesen Zweck die optimale Bedingung ist.
Hierbei ergibt sich für den Fall, bei welchem die Länge L1 der oben positionierten, hineinragenden Anode unterhalb des vorstehend beschriebenen Wertes der unteren Grenze, das heißt, unterhalb von 0,35 × (W)^1/2 liegt, dass der obere Raum im Entladungsgefäß klein ist. Hierbei entsteht durch die heftige Gaskonvektion und den thermischen Einfluss im Entladungsgefäß eine Entglasung im Quarzglas.
Andererseits bedeutet ein Fall, bei welchem die Länge L1 der oben positionierten, hineinragenden Kathode oberhalb des vorstehend beschriebenen Wertes der oberen Grenze, das heißt, oberhalb des Wertes von 0,69 × (W)^1/2 liegt, dass der obere Raum im Entladungsgefäß zu groß ist. Hierbei kann das Quecksilber nicht in ausreichendem Maß verdampfen, und als Folge davon kann kein hoher Betriebsdruck erhalten werden. Ebenfalls in dem Fall, dass die Länge L2 der unten positionierten, hineinragenden Anode oberhalb von 0,76 × (W)^1/2,64 liegt, ist der untere Raum in dem Entladungsgefäß zu groß, und die Temperatur fällt ab. Hierbei kann das Quecksilber nicht in ausreichendem Maß verdampfen, und als Folge davon kann kein hoher Betriebsdruck erhalten werden.
Erfindungsgemäß erhält man durch die Maßnahme, dass die Bedingung (3,86)e^0,0022W ≤ D ≤ 3,91^0,0034W in diesem Fall erfüllt wird, wenn die Lampenleistung mit W (W) und der maximale Wert des Innendurchmessers in einer zu der die beiden Elektroden verbindenden Achse senkrechten Richtung, innerhalb des Entladungsgefäßes mit D (mm) bezeichnet werden, eine Quecksilberhochdrucklampe, bei welcher ebenfalls ein ausreichend hoher Betriebsdruck erhalten werden kann und bei welcher Entglasung oder dergleichen verhindert werden kann. Die Erfinder haben auch hierfür, wie in dem vorstehend beschriebenen Fall, energische Untersuchungen aufgrund der Vermutung durchgeführt, dass die Lampenleistung einen großen Einfluss auf die im Entladungsgefäß entstehende Wärme ausübt, und dass ferner der vorstehend beschriebene Innendurchmesser im Entladungsgefäß die Gaskonvektion und die Entglasung der Röhrenwand des Entladungsgefäßes beeinflussen würde. Dadurch haben sie den Zahlenbereich herausgefunden, welcher für diesen Zweck die optimale Bedingung bildet.
Hierbei ergibt sich für den Fall, bei welchem der vorstehend beschriebene Innendurchmesser D des Entladungsgefäßes unterhalb des vorstehend beschriebenen Wertes der unteren Grenze, das heißt, unterhalb von (3,86)e^0,0022W liegt, dass der Lichtbogen in der Nähe der Röhrenwand des Entladungsgefäßes positioniert ist. Als Folge davon besteht die Gefahr der Entglasung in der Leuchtröhre.
Andererseits ergibt sich für einen Fall, bei welchem der Innendurchmesser D des Entladungsgefäßes oberhalb des vorstehend beschriebenen Wertes der oberen Grenze, das heißt, oberhalb von (3,91)e^0,0034W liegt, dass das Entladungsgefäß zu groß ist. In diesem Fall kann kein ausreichender Betriebsdruck erhalten werden.
Auch in dem Fall, bei welchem die Werte für D zwischen (2,50)e^0,0022W ≤ D ≤ 5,0^0,0034W liegen, können grundsätzlich noch brauchbare Lampen erhalten werden. Falls jedoch die Elektrode, welche mit einer größeren Länge L1 in den Entladungsraum hineinragt, die Kathode ist, liegen die bevorzugten Werte in dem Bereich von (3,86)e^0,0022W ≤ D ≤ 3,9e^0,0034W.
2 zeigt ein Spektrum der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe. Wie aus de Graphik ersichtlich, wird im Bereich der sichtbaren Strahlung mit Wellenlängen von ca. 380 bis 760 nm eine effektive Strahlung erhalten. Insbesondere im roten Bereich mit Wellenlängen von 600 bis 760 nm erfolgt eine kontinuierliche Strahlung in großem Ausmaß. Dies zeigt, dass im Vergleich zu einer üblichen Quecksilberhochdrucklampe, welche weniger als 0,155 mg/mm³ an hinzugefügten Quecksilber enthält, eine umfangreiche Vervielfachung erfolgt ist.
Die erfindungsgemäße Quecksilberhochdrucklampe wird vorteilhafterweise mit einer Lampenleistung im Bereich von 70 W bis 250 W verwendet. 3 zeigt für eine Ausführungsform die Werte der Länge L1 der oben positionierten, hineinragenden Elektrode 4 und des maximalen Wertes (D) des Innendurchmessers in der Richtung senkrecht zu der Achse, welche in dem Entladungsgefäß in diesem Bereich zwischen dem Elektrodenpaar verläuft. Hierbei ist die oben angeordnete Elektrode die Kathode.
4 zeigt schematisch eine Emissionsvorrichtung für eine Quecksilberhochdrucklampe der Erfindung: In der Figur ist eine Hochdruck-Entladungslampe 41 in einem Reflektor 42 angeordnet. An die Lampe 41 ist eine Stromversorgungseinrichtung 43 elektrisch angeschlossen. Das Strahlungslicht der Lampe 41 fällt in den Reflektor 42 oder direkt in eine Integratorlinse 44 ein und bestrahlt über mehrere dichroitische Spiegel 45 und Reflektoren 46 eine Flüssigkristallzelle 47. Über eine Projektionslinse 48 wird ein Bild auf eine Bildfläche 49 projiziert. Die Lampe 41 wird von der Versorgungsvorrichtung 43 mit einer vorgegebenen Leistung (W) versorgt.
Bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe kann bei einer Lampe vom senkrechten Betriebstyp durch die Maßnahme, dass die Länge der oben positionierten, hineinragende Elektrode, die Länge der unten positionierten, hineinragenden Elektrode und der maximale Wert des Innendurchmessers in der zu der die das Elektrodenpaar verbindenden Achse senkrechten Richtung in dem Entladungsgefäß festgelegt sind, ein ausreichend hoher Betriebsdruck erhalten werden, und zugleich kann eine vorteilhafte Maßnahme gegen die heftige Gaskonvektion innerhalb des Entladungsgefäßes getroffen werden. Dadurch wurde ermöglicht, eine Quecksilberhochdrucklampe mit einer langen Lebensdauer anzugeben, welche nicht mit einem Halogen gefüllt ist. Es wurde insbesondere festgestellt, dass in der Praxis problemlos 5000 Betriebsstunden ohne Hinzufügen eines Halogens erreicht werden können.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Quecksilberhochdrucklampe kann auch für eine Lampe vom Wechselstrom-Typ verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe kann, wie vorstehend beschrieben wurde, ohne Hinzufügen eines Halogens eine ausreichend lange Lebensdauer erhalten werden. Dieses bedeutet jedoch nicht, dass das Hinzufügen eines Halogens auszuschließen ist, vielmehr kann auch ein Halogen hinzugefügt werden, welches aus Chlor, Brom und/oder Iod ausgewählt wurde, der Halogenzyklus kann verwendet werden und somit kann die Lebensdauer verlängert werden.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe durch Hinzufügen mindestens eines Emissionsmetalles neben Quecksilber die Emissionsfarbe dieses Metalls genutzt werden. Dadurch wird ermöglicht, die Farbwiedergabe noch mehr zu verbessern. Als das Emissionsmetall hierfür können beispielhaft Indium, Zink, Cadmium, Metalle der seltenen Erden oder dergleichen hinzugefügt werden.
Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der 5 beschrieben.
Hierbei wird eine senkrecht betriebene Quecksilberhochdrucklampe gezeigt. In diesem Fall ist die oben angeordnete Elektrode eine Anode, und die unten angeordnete Elektrode ist eine Kathode.
Der Emissionsraum ist mit Quecksilber als das Emissionsmaterial gefüllt, und ein Edelgas wie Argon, Xenon oder dergleichen ist als Startgas für den Betrieb vorgesehen. Es wird beispielsweise Edelgas mit einem Druck von 1,3 × 10⁴ Pa hinzugefügt. Hierbei ist die Menge des hinzugefügten Quecksilbers größer als oder gleich 0,15 mg/mm³, wodurch der Dampfdruck bei einem stabilen Betrieb bei zumindest einhundert und einigen Dutzend atm liegt.
Nachfolgend wird eine derartige Quecksilberhochdrucklampe beispielhaft beschrieben:
maximaler Außendurchmesser des Entladungsgefäßes: 11 mm
maximaler Innendurchmesser des Entladungsgefäßes: 5,8 mm
Länge des Emissionsraums (Länge in Achsrichtung der Lampe): 12,4 mm
Menge des hinzugefügten Quecksilbers: 33,3 mg
Innenvolumen des Emissionsraums: 190 mm³
Innenoberfläche des Emissionsraums: 150 mm²
Röhrenwandbelastung: 1,33 W/mm²
Nennleistung: 200 W
Hierbei ist die Länge L1 der oben positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Anode 5 größer als die Länge L2 der unten positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Kathode 4. Die länge L1 der oben positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Anode 5 bei der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe beträgt beispielweise 7,4 mm. Die Länge L2 der unten positionierten, in das Entladungsgefäß 2 hineinragenden Kathode 4 beträgt 3,5 mm. In dem unterer. Bereich, in welchem die Wärmebelastung niedrig wird, ist der Abstand von der Lichtbogenentladung; klein. Deshalb kann dieser Bereich durch den thermischen Einfluss von der Lichtbogenentladung und der Strahlung erwärmt werden. Dadurch wird ein vollständiges Verdampfen des hinzugefügter Quecksilbers ermöglicht, und es kann ein hoher Innendruck von zumindest einhundert und einigen Dutzend atm erzielt werden.
Bei einem derartigen senkrechten Betrieb unterliegt der obere Bereich des Entladungsraums durch eine heftige Gaskonvektion einem äußerst großen thermischen Einfluss. Wenn die Anode 5, wie bei der Erfindung, weit in das Entladungsgefäß 2 hineinragt, ist der Abstand zwischen der Lichtbogenentladung und dem oberen Bereich des Entladungsgefäßes groß, und die Strahlung des Lichtbogens ist durch die große Anode abgeschirmt. Auf diese Weise wird der thermische Einfluss der Lichtbogenentladung auf den oberen Bereich des Entladungsgefäßes reduziert. Ferner wird die Konvektion, welche sich parallel zur Lichtbogenachse nach oben bewegt, durch die Anode der Wärme beraubt, wodurch die Temperatur des Luftstroms abfällt. Auch dadurch wird die Wärmebelastung auf den oberen Bereich des Entladungsgefäßes 2 verringert, und die Entglasung des Entladungsgefäßes kann vorteilhaft verhindert werden.
Ferner wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die Bedingungen 0,35 × (W)^1/2 ≤ L1 ≤ 0,69 ≤ (W)^1/2 und L2 ≤ 0,76 × (W)^1/2,64 erfüllt sind, wenn W die Eingangsleistung der Lampe ist (W), L1 die Länge der oben angeordneten, hineinragenden Anode 5 und L2 die Länge der unten angeordneten, hineinragenden Kathode 4 ist, ein ausreichend hoher Betriebsdruck erhalten, und zugleich resultiert eine Quecksilberhochdrucklampe, bei welcher keine Entglasung oder dergleichen auftritt. Die Erfinder haben zu diesem Zweck herausgefunden, dass die Lampenleistung einen großen Einfluss auf die im Entladungsgefäß entstehende Wärme ausübt, und dass ferner die Länge der oben positionierten, hineinragenden Anode einen Einfluss auf die Gaskonvektion und die Entglasung der Röhrenwand im oberen Bereich des Entladungsgefäßes hat. Als Folge der energischen Untersuchungen haben sie den Zahlenbereich herausgefunden, welcher die optimale Bedingung für diesen Zweck bietet.
Der Grund für die Festlegung des Wertes der unteren Grenze und des Wertes der oberer Grenze der Länge L1 der hineinragenden Anode, welche oben angeordnet ist, ist der gleiche wie der ir der oben beschriebenen Anordnung, bei welcher die Kathode oben positioniert ist. Der Grund für die Festlegung des Wertes der oberen Grenze der Länge L2 der hineinragenden Kathode, welche unten positioniert ist, ist ebenfalls der gleiche wie bei der Anordnung, bei welcher die Anode unten positioniert ist.
Bei der Erfindung wird die Bedingung (2,50) e^0,0034W ≤ D ≤ (5,0) e^0,0034W erfüllt, wobei W die Lampenleistung (W) und der maximale Wert des Innendurchmessers in der Richtung senkrecht zu der Achse, welche sich zwischen den zwei Elektroden innerhalb des Entladungsgefäßes ergibt, D (mm) ist. Der Grund hierfür ist ebenso der gleiche wie bei der oben beschriebenen Anordnung, bei welcher die Kathode oben angeordnet ist.
In einer Quecksilberhochdrucklampe wird die Luftströmung in der Nähe der oben angeordneten Elektrode aufgrund des Aufpralls der heftigen Luftströmung, wenn diese entlang der Lichtbogenachse aufsteigt, turbulent und verursacht, dass der Elektrodenleuchtfleck instabil wird. Jedoch haben die Erfinder im Hinblick auf die Erfindung herausgefunden, dass die Konvektion in der Nähe der unten positionierten Elektrode gering ist und deshalb der Elektrodenleuchtfleck äußerst stabilisiert ist.
Für den Fall, dass eine große Anode oben angeordnet ist, ist der Einfluss der Wärmebelastung auf den oberen Bereich des Entladungsgefäßes durch die Konvektion anders als bei dem vorstehen beschriebenen anderen Betriebsverfahren (besonders bei Wechselstrom-Betrieb und bei Gleichstrom-Betrieb mit einer unten angeordneten Anode und einer oben angeordneten Kathode). Unter Berücksichtigung dieses Punktes, ist deshalb, für den Fall bei dem die Kathode oben angeordnet ist, ein besonders bevorzugter Bereich dieses Innendurchmessers im dem Entladungsgefäß durch die Erfindung festgelegt.
Wenn die Anode oben angeordnet ist, kann die Lampe der Erfindung gleichzeitig mit Gleichstrom betrieben werden, während in dem Fall mit einer oben angeordneten Kathode vorteilhafterweise entweder Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet werden kann.
Das in 2 gezeigte Spektrum wird bei der Quecksilberhochdrucklampe der in 5 gezeigten Ausführungsform erreicht.
Bei der Quecksilberhochdrucklampe gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung liegt bei einer Lampenleistung von 130 W L1 in einem Bereich von 3,98 bis 7,87 mm, L2 ist kleiner als oder gleich 4,80 mm und D liegt in einem Bereich von 3,33 mm bis 7,78 mm. Ferner liegt L1 bei einer Lampenleistung von 200 W in einem Bereich von 4,95 mm bis 9,76 mm, L2 ist kleiner als oder gleich 5,65 mm und D liegt in einem Bereich von 3,88 mm bis 9,87 mm.
6 zeigt eine Tabelle mit Zahlenwerten für Beispiele der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe. Bei diesen Beispielen wurden bei der jeweiligen Lampenleistung von 130 W und 200 W die hinzugefügte Menge des Quecksilbers, die Länge L1 der in das Entladungsgefäß hineinragenden Anode, die Länge L2 der in das Entladungsgefäß hineinragenden Kathode und der maximale Wert D des Innendurchmessers des Entladungsgefäßes 2 und die Lichtbogenlänge AL. verändert. Die Bedingungen, dass die Länge L1 der in das Entladungsgefäß hineinragenden Anode größer als die Länge L2 der in das Entladungsgefäß hineinragenden Kathode ist (Bedingung 1), dass 0,35 × (W)^1/2 ≤ L1 ≤ 0,69 × (W)^1/2 für die Lampenleistung W (W) und die Länge L1 der hineinragenden Anode erfüllt wird (Bedingung 2), dass L2 ≤ 0,76 × (W)^1/2,64 erfüllt wird (Bedingung 3), wobei die Länge der hineinragenden Kathode L2 ist, und dass (2,50)e^0,0022W ≤ D ≤ (5,0)e^0,0034W. erfüllt wird, wobei die Lampenleistung W (W) ist und D (mm) der maximale Wert des Innendurchmessers in der zu der die zwei Elektroden verbindenden Achse senkrechten Richtung innerhalb des Entladungsgefäßes ist (Bedingung 4).
Aus 6 wird ersichtlich, dass von den Lampen mit einer Lampenleistung von 130 W bei den Lampen Nr. 1 bis 5 keine der Bedingungen 1 bis 4 erfüllt wurde, und es ergab sich der Nachteil, dass kein ausreichender Betriebsdruck erhalten wurde oder im oberen Bereich des Entladungsgefäßes 2 eine Entglasung auftrat. Andererseits behielt Lampe Nr. 6, welche alle Bedingungen 1 bis 4 erfüllte, auch bei einem Betrieb von ca. 5000 Stunden 60% ihres ursprünglichen Lichtflusses bei, und sie zeigte nicht die vorstehend beschriebenen Nachteile.
Auch von den Lampen mit einer Lampenleistung von 200 W erfüllten die Lampen Nr. 7 bis 11 keine der Bedingungen 1 bis 4, und es ergab sich der Nachteil, dass kein ausreichender Betriebsdruck erhalten wurde oder im oberen Bereich des Entladungsgefäßes 2 eine Entglasung auftrat. Andererseits behielt Lampe Nr. 12, welche alle Bedingungen 1 bis 4 erfüllte, auch bei einem Betrieb von ca. 5000 Stunden 53% ihres ursprünglichen Lichtflusses bei, und sie zeigte nicht die vorstehend beschriebenen Nachteile.
Die Emissionsvorrichtung für die Quecksilberhochdrucklampe dieser Ausführungsform ist die gleiche wie in 4. Sie unterscheidet sich lediglich darin, dass die Anode oben und die Kathode unten angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe kann bei einer Lampe von senkrechten Betriebstyp durch die Maßnahme, dass die Länge der oben positionierten, hineinragenden Anode, die Länge der unten positionierten, hineinragenden Kathode und der maximale Wert des Innendurchmessers in einer zu der das Paar der Elektroden verbindenden Achse senkrechten Richtun, in dem Entladungsgefäß festgelegt werden, ein ausreichend hoher Betriebsdruck erhalten werden, und zugleich kann eine vorteilhafte Maßnahme gegen die heftige Gaskonvektion innerhalb des Entladungsgefäßes 2 getroffen werden. Dadurch wurde eine Quecksilberhochdrucklampe mit einer langen Lebensdauer ermöglicht, welche nicht mit einem Halogen gefüllt ist. Insbesondere wurde bestätigt, dass man in der Praxis 5000 Stunden Betrieb ohne Halogenfüllung problemlos aufrechterhalten kann.
Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe durch die Maßnahme, dass die Kathode unten angeordnet ist, der Kathoden-Leuchtfleck bei einer hohen Strahldichte äußerst stabilisiert werden. Im Falle einer Verwendung eines Projektionsfernsehers als die Lichtquelle wird ein gutes Bild bei äußerst geringer Schwankung der Beleuchtungsintensität ermöglicht.
Darüber hinaus kann man, wie vorstehend beschrieben wurde, bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe ohne Hinzufügen eines Halogens eine ausreichend lange Lebensdauer erhalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Hinzufügen eines Halogens auszuschließen ist, und es kann ein Halogen auch zusätzlich vorgesehen sein, wobei das Halogen aus Chlor, Brom und/oder Iod ausgewählt ist, und auf diese Weise kann der Halogenzyklus ausgenutzt und somit die Lebensdauer verlängert werden.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe durch Hinzufügen zumindest eines Emissionsmetalles neben Quecksilber die Emissionsfarbe dieses Metalls genutzt werden. Dadurch wird ermöglicht, die Farbwiedergabe noch mehr zu verbessern. Als Emissionsmetall hierfür können beispielsweise Indium, Zink, Cadmium, Metalle der seltenen Erden oder dergleichen hinzugefügt werden.
Wirkung der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann bei der erfindungsgemäßen Quecksilberhochdrucklampe durch die Maßnahme, dass das Entladungsgefäß 2 zumindest 0,15 mg/mm³ Quecksilber oder dergleichen enthält und dass die Längen der hineinragenden Elektroden, der maximale Innendurchmesser des Entladungsgefäßes, die Lampenleistung und dergleichen wie beschrieben festgelegt werden, ein hoher Innendruck von einhundert und einigen Dutzend atm erhalten werden, und dadurch können kontinuierliche Spektren im Bereich der sichtbaren Strahlung, insbesondere im roten Bereich, signifikant vermehrt werden.
Auch unter derartigen Bedingungen eines sehr hohen Druckes kann eine Lampe angeben werden, bei welcher die Probleme der Wärmebelastung, der Gaskonvektion und der Stabilität des Kathoden-Leuchtflecks im Lichtbogen vorteilhaft berücksichtigt werden. Somit war es möglich, eine äußerst lange Betriebslebensdauer von größer als oder gleich 5000 Stunden zu erzielen.

Claims

Quecksilberhochdrucklampe, umfassend ein Entladungsgefäß aus Quarzglas, welches ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden und Quecksilber in einer Menge von zumindest 0,15 mg/mm³ und Edelgas enthält, in welcher eine Länge L1 (mm), mit der eine der Elektroden in das Entladungsgefäß hineinragt, größer ist als eine Länge L2 (mm), mit der die andere Elektrode in das Entladungsgefäß hineinragt, und in welcher die folgenden Bedingungen für eine Lampenleistung; W (Watt) und einen maximalen Wert eines Innendurchmessers D (mm) des Entladungsgefäßes irr einer Richtung senkrecht zu einer Achse, welche das Elektrodenpaar verbindet, erfüllt sind: 0,35 × (W)1/2 ≤ L1 ≤ 0,69 × (W)1/2 L2 ≤ 0,76 × (W)1/2,64 und gleichzeitig (2,50)e0,0022W ≤ D ≤ (5,0)e0,0034W.
Quecksilberhochdrucklampe nach Anspruch 1, in welcher die Elektrode, welche mit der größeren Länge L1 in das Entladungsgefäß hineinragt, eine Kathode ist und die Elektrode, welche mit der kürzeren Länge L2 in das Entladungsgefäß hineinragt, die Anode ist, und in welcher die hinzugefügte Menge an Quecksilber zumindest 0,155 mg/mm³ beträgt und der maximale Wen des Innendurchmessers D der folgenden Bedingung genügt: (3,86)e0,0022W ≤ D ≤ (3,91)e0,0034W.
Quecksilberhochdrucklampe nach Anspruch 1, in welcher die Elektrode, welche mit einer größeren Länge L1 in das Entladungsgefäß hineinragt, die Anode ist und die Elektrode, welche mit der kürzeren Länge L2 in das Entladungsgefäß hineinragt, die Kathode ist.
Quecksilberhochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher das Entladungsgefäß ferner mindestens ein Halogen enthält, welches aus der Gruppe, bestehend aus Chlor, Brom oder Iod, ausgewählt wird.
Quecksilberhochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher das Entladungsgefäß mindestens ein Emissionsmetall zusätzlich zum Quecksilber enthält.
Emissionsvorrichtung, welche eine Quecksilberhochdrucklampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Haltevorrichtung umfasst, in welcher die Quecksilberhochdrucklampe so angeordnet ist, dass eine Achse, welche die Elektroden verbindet, im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist und die Elektrode, welche mit der größeren Länge L1 in den Entladungsraum hineinragt, oberhalb der Elektrode angeordnet ist, welche mit der kürzeren Länge L2 in den Entladungsraum hineinragt.
Emissionsvorrichtung nach Anspruch 6, welche weiterhin einen nach oben gerichteten konkaven Reflektor, welcher die Quecksilberhochrucklampe umgibt und welcher eine optische Achse aufweist, die nach der Achse ausgerichtet ist, welche die Elektroden der Quecksilberhochdrucklampe verbindet, sowie eine Stromversorgungseinrichtung zur Speisung der Quecksilberhochdrucklampe mit einem vorgegebenen Strom umfasst.
Emissionsvorrichtung nach Anspruch 7, in welcher die Quecksilberhochdrucklampe mit der Anode an der Oberseite und der Kathode an der Unterseite angeordnet ist und in welcher die Stromversorgungseinrichtung eine Gleichstromquelle ist.