DE60312890T2

DE60312890T2 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE60312890T2
Application number: DE60312890T
Authority: DE
Inventors: K. Philips Intell. Prop. & Stand. Gm SCHÖLLER
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2023-12-06
Also published as: ATE358328T1; ES2285272T3; EP1576645A2; AU2003302952A1; CN1726579A; EP1576645B1; KR20050088385A; WO2004055861A3; CN100426448C; WO2004055861A2; US20070052363A1; DE60312890D1; JP2006510180A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe, mit zumindest einem Brenner, der eine Entladungskammer aufweist und mit zwei sich in die Entladungskammer erstreckenden Elektroden, mit einer Gasfüllung in der Entladungskammer, die zumindest ein Edelgas und eine geeignete Metallhalogenid-Mischung enthält, und mit einem Außenkolben, der am Brenner befestigt ist und dessen Basis-Material mit absorbierenden Material dotiert ist.
Diese Hochdruckentladungslampe mit Außenkolben ist für allgemeine Beleuchtungszwecke geeignet. Diese Hochdruckentladungslampe ist insbesondere zur Verwendung als Scheinwerferlampe bei einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Auto, geeignet.
Eine Entladungslampe dieser Art mit einem Innen- und einem Außenkolben ist aus der EP 0 964 431 B1 bekannt. Die darin beschriebene Entladungslampe umfasst eine Lichtbogen-Röhre, die einen lichtemittierenden Bereich aufweist, der mit einem Paar Elektroden versehen ist, und eine äußere Röhre, die den lichtemittierenden Bereich umgibt und zumindest teilweise mit der Lichtbogen-Röhre verschmolzen ist, wobei die äußere Röhre Siliciumdioxid (SiO2) als Hauptbestandteil enthält und außerdem Bor aufweist.
US 5.248.638 offenbart ein Hochtemperaturglas für den Einsatz in Autoleuchten, die für das menschliche Auge sichtbares gelberes Licht abstrahlen. Dieses Hochtemperaturglas enthält Chrom bzw. Oxide des Chroms, insbesondere Cr₂O₃, sowie zur Stabilisierung des Chroms im Hochtemperaturglas Zinkoxid.
Die Verwendung von Oxiden des Chroms hat aber den Nachteil, dass die Lichtausbeute des von solchen Entladungslampen emittierten Lichts mit steigender Menge an dotiertem Chrom signifikant verringert wird.
Aus der WO 01/24224 A1 ist eine Halogenlampe mit lichtabsorbierenden Eigenschaften bekannt. Diese Lampe weist in diesem Zusammenhang ein lichtabsorbierendes Mittel und ein Interferenzfilter auf, wobei das Interferenzfilter auf der äußeren Oberfläche des Lampenkolbens angeordnet ist und sich die absorbierende Schicht funktionsbedingt zwischen dem Lampenkolben und dem Interferenzfilter befinden muss. Das abgestrahlte sichtbare Licht weist aufgrund der beschriebenen Kombination aus einem lichtabsorbierenden Mittel und einem Interferenzfilter, die beide insbesondere im Wellenlängenbereich von 570 bis 620 nm wirken, einen überproportionalen Anteil amberfarbigen Lichts auf.
Eine Übertragung dieser vorgenannten Lösung auf das Entladungsgefäß einer Hochdruckentladungslampe ist, insbesondere im Hinblick auf die höhere Betriebstemperatur dieser Lampe, nicht möglich.
Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Entladungslampen ist, dass der Farbort des emittierten Lichts gemäß dem CIE-1931-Diagramm nicht im sogenannten „front fog"- Bereich gemäß ECE R99 liegt. Außerdem weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Entladungslampen häufig eine schlechte Lichtausbeute (lm/Watt) und unzureichende Lebensdauer auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe zur Verfügung zu stellen, die eine Farbtemperatur des emittierten Lichts von kleiner 3000 K aufweist, wobei der Farbort des emittierten Lichts innerhalb des „front fog"- Bereiches gemäß ECE R99 liegt, und die mindestens eine Lichtausbeute von 60 lm/Watt und verbesserte Lebensdauereigenschaften aufweist.
Beim erfindungsgemäßen gelben Licht müssen die Farbmerkmale innerhalb des Bereiches liegen, der durch die nachstehenden Grenzwerte festgelegt ist:

gegen Rot y > 0,138 + 0,580 x

gegen Grün y < 1,29 x – 0,100

gegen weiß y > –x + 0,940 und y > 0,440

gegen den Spektralfarbenzug y < –x + 0,992.
Wenn der Ausdruck „front fog" im Sinne der Erfindung verwendet wird, ist damit die gelbe Farbe gemäß dem CIE 1931 des gelben Bereiches des entsprechenden Diagramms gemeint.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Hochdruckentladungslampe gelöst, die zumindest ein Interferenzfilter umfasst, das vorwiegend im Wellenlängenbereich von 400 bis 550 nm reflektiert und das zumindest auf einem Teil der äußeren Oberfläche des Außenkolbens direkt angeordnet ist, welcher Außenkolben mit einem für Wellenlängen < 550 nm absorbierenden Material dotiert ist.
Eine ionisierende Gasfüllung gemäß der Erfindung umfasst zumindest ein Edelgas sowie 0 mg bis 10 mg Quecksilber.
Eine niedrigere Farbtemperatur im „front fog"-Bereich ermöglicht dem Fahrzeugführer, insbesondere bei schlechten Wetterbedingungen, beispielsweise bei Nebel, ein besseres Sehen. Das mittels der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe emittierte sichtbare gelbe Licht ist besser an die natürliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst, so dass eine diesbezügliche Überbeanspruchung und damit einhergehende Ermüdung vermieden wird. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine höhere Verkehrssicherheit.
Mit der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe lässt sich außerdem eine gute Lichtausbeute (lm/Watt) erreichen. So beträgt die Lichtausbeute des von einer solchen Hochdruckentladungslampe emittierten Lichts mindestens 60 lm/Watt, vorzugsweise ≥ 70 lm/Watt. Darüber hinaus lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen auch Lichtausbeuten von ≥ 80 lm/Watt und mehr erzielen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.
Vorzugsweise besteht das Basis-Material des Außenkolbens überwiegend aus SiO₂ und enthält Cr, Zn, Fe, Sb, Ti bzw. Cr-Oxid, bevorzugt bis zu 0,7%, Zn-Oxid, bevorzugt bis zu 1,0%, Al-Oxid, bevorzugt Al₂O₃, Fe-Oxid, Sb-Oxid, Ti-Oxid und/oder deren Gemische. Der Zusatz von Chrom bzw. Chromoxid ist auch als UV-Schutz vorteilhaft.
Alternativ bevorzugt ist, dass das Basis-Material des Außenkolbens zumindest 0,024 bis 0,5% Cr₂O₃ sowie 0,034 bis 1,0% ZnO und Al₂O₃, im Hinblick auf die Stabilisierung des Glases im Bereich 0,03 bis 1,0 %, umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind auf einem rohrförmigen Außenkolben, der zwei Enden aufweist und zumindest mit einem dieser Enden am Brenner befestigt ist, zumindest an den Oberflächen der Bereiche, die zur Befestigung des Brenners am Außenkolben dienen, keine lichtabsorbierenden Mittel und/oder Interferenzfilter angeordnet. Daher kann die Hochdruckentladungslampe im Rahmen einer industriellen Massenproduktion effektiver hergestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform ist bevorzugt, dass bezüglich des Wellenlängenbereiches von 600 bis 800 nm der Grad der Lichtdurchlässigkeit der Materialien des Außenkolbens > 60% und der Grad der Licht durchlässigkeit des Interferenzfilters > 90% beträgt. Dadurch wird erreicht, dass das gewünschte gelbe Licht mit einer ausreichenden Lichtstärke zur Verfügung gestellt wird.
Bezüglich einer effektiven Herstellung und Funktionalität des Interferenzfilters ist bevorzugt, dass die Dicke des gesamten Filters einen Wert zwischen 800 und 2800 nm hat.
Das Interferenzfilter ist gewöhnlich mehrschichtig aufgebaut, wobei sich im Schichtaufbau eine Schicht mit einem höheren und eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex abwechseln. Zweckmäßig ist dabei, dass die Schicht mit dem niedrigeren Brechungsindex überwiegend aus SiO₂ und die zweite Schicht aus einem Material besteht, das einen höheren Brechungsindex als SiO₂ aufweist. Die zweite Schicht besteht vorzugsweise aus einem aus der Gruppe Titanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Hafniumoxid, Siliziumnitrid, besonders bevorzugt Zirkoniumoxid ZrO₂, gewählten Material oder einem Gemisch dieser Materialien.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst, indem ein Lichtsystem für Automobile, das zumindest eine Hochdruckentladungslampe gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 enthält, bereitgestellt wird.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe kann zu allgemeinen Beleuchtungszwecken verwendet werden. Insbesondere kann die genannte Hochdruckentladungslampe als Lichtquelle, beispielsweise bei Fortbewegungsmitteln wie Flugzeugen, Kraftfahrzeugen, Motorrädern oder dergleichen verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe für Scheinwerfer, insbesondere für Beleuchtungsscheinwerfer bei Kraftfahrzeugen, wie Autos.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm
2 eine übliche Hochdruckentladungslampe mit einem Brenner und einem Außenkolben.
In 1 ist der erfindungsgemäße Spektralbereich, der der Norm ECE R99 für „front fog"-Licht entspricht, als Fläche im Diagramm eingezeichnet angegeben. Die Farbtemperaturen, auch als „Correlated color temperature" bezeichnet, d.h. im vorlie genden Fall die beiden Linien gleicher Farbtemperatur von 3000 K bzw. 2500 K liegen teilweise innerhalb dieser Fläche. Wie aus dem Diagramm anschaulich hervorgeht, liegt der Farbort der erfindungsgemäßen Hochdrucklampe oberhalb der Linie der Schwarzkörperstrahlung.
2 zeigt eine Hochdruckentladungslampe mit einem Brenner 2 und einem Außenkolben 3. Der an sich übliche und überwiegend aus Quarzglas bestehende Brenner 2 weist eine Entladungskammer auf, die mit einer ionisierenden Gasmischung, welche zumindest ein Edelgas und eine Metallhalogenid-Mischung umfasst, die zumindest 40 bis 80 Gew.-% NaI, 0 bis 40 Gew.-% ScI und 0 bis 60 Gew.% TI enthält, gefüllt ist. In der Entladungskammer sind in üblicher Art und Weise zwei Elektroden mit entsprechenden elektrischen Kontaktierungen angeordnet. Der Außenkolben 3 ist mit einem für Wellenlängen < 550 nm absorbierenden Material, zumindest mit 0,024 bis 0,5 % Cr₂O₃, 0,034 bis 1,0 % Al₂O₃ und ZnO, dotiert. Der Brenner 2 ist am unteren Ende 4 des rohrförmigen Außenkolbens 3 befestigt, wobei zumindest an den Oberflächen der Bereiche, die zur Befestigung des Brenners 2 am Außenkolben 3 dienen, keine lichtabsorbierenden Mittel und/oder Interferenzfilter angeordnet sind. Direkt auf der äußeren Oberfläche des Außenkolbens 3 befindet sich ein mehrschichtiges Interferenzfilter 6, das im Wesentlichen im Wellenlängenbereich von 400 bis 550 nm reflektiert, wobei zumindest der überwiegende Teil der äußeren Oberfläche des Außenkolbens 3 vom Interferenzfilter 6 bedeckt wird. Das Interferenzfilter 6 ist mehrschichtig aufgebaut, wobei sich im Schichtaufbau eine Schicht mit einem höheren und eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex abwechseln. Die Schicht mit dem niedrigeren Brechungsindex besteht überwiegend aus SiO₂ und die zweite Schicht aus Zirkoniumoxid (ZrO₂), wobei diese Materialien im Bereich von 900°C temperaturstabil sind und Zirkoniumoxid einen höheren Brechungsindex als SiO₂ aufweist. Die einzelnen Schichten werden durch ein herkömmliches Dünnschichtverfahren, beispielsweise ein sogenanntes PVD-Verfahren, aufgebaut.
Die Lampe weist einen üblichen Sockel 5 auf, so dass die Lampe als austauschbare Lampe in einem Front-Scheinwerfer eines Automobils angeordnet sein kann.
Ein Lichtsystem für Automobile mit einer solchen erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe ermöglicht es, eine Lichtausbeute von ungefähr 86 lm/Watt zu erzielen. Der Farbort im CIE-1931-Diagramm ("Chromatizitätsdiagramm") kann mit Hilfe der Werte der beiden Koordinaten, nämlich X ca. 0,48 und Y ca. 0,48, hinreichend be schrieben werden. Die Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe beträgt mindestens 1500 Stunden.

Claims

Hochdruckentladungslampe (1), mit zumindest – einem Brenner (2), der eine Entladungskammer aufweist, – zwei sich in die Entladungskammer erstreckenden Elektroden, einer Gasfüllung in der Entladungskammer, die zumindest ein Edelgas und eine geeignete Metallhalogenid-Mischung enthält, und – einem Außenkolben (3), der am Brenner (2) befestigt ist und dessen Basis-Material mit absorbierenden Material dotiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe (1) zumindest ein Interferenzfilter (6) umfasst, das vorwiegend im Wellenlängenbereich von 400 bis 550 nm reflektiert und das zumindest auf einem Teil der äußeren Oberfläche des Außenkolbens (3) direkt angeordnet ist, welcher Außenkolben (3) mit einem für Wellenlängen < 550 nm absorbierenden Material dotiert ist.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis-Material des Außenkolbens (3) überwiegend aus SiO₂ besteht und Cr, Zn, Fe, Sb, Ti bzw. Cr-Oxid, wobei das Chrom sich im dreiwertigen Zustand, als CrIII, bzw. vorwiegend im sechswertigen Zustand, als CrVI, befindet und bevorzugt in einer Menge bis zu 0,7 %, Zn-Oxid, bevorzugt 1,0%, Al-Oxid, bevorzugt Al₂O₃, Fe-Oxid, Sb-Oxid, Ti-Oxid und/oder deren Gemische enthält.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis-Material des Außenkolbens (3) zumindest 0,024 bis 0,5% Cr₂O₃, 0,034 bis 1,0% ZnO und Al₂O₃ umfasst.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein rohrförmiger Außenkolben (3) zumindest mit einem Ende am Brenner (2) befestigt ist, wobei zumindest an den Oberflächen der Bereiche, die zur Befestigung des Brenners (2) am Außenkolben (3) dienen, keine lichtabsorbierenden Mittel und/oder Interferenzfilter (6) angeordnet sind.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Wellenlängenbereiches von 600 bis 800 nm der Grad der Lichtdurchlässigkeit der Materialien des Außenkolbens (3) > 60% und der Grad der Lichtdurchlässigkeit des Interferenzfilters (6) > 90% beträgt.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Schichtdicke des Interferenzfilters (6) einen Wert zwischen 800 und 2800 nm hat.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilter (6) aus mehreren Schichten besteht, wobei der Schichtaufbau derart ist, dass sich eine Schicht mit einem höheren und eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex abwechseln, wobei die Schicht mit dem niedrigeren Brechungsindex vorzugsweise überwiegend aus SiO₂ und die zweite Schicht aus einem Material besteht, das einen höheren Brechungsindex als SiO₂ aufweist, wobei diese Schicht vorzugsweise aus ZrO₂ besteht.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aus einem aus der Gruppe Titanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Hafniumoxid, Siliziumnitrid, besonders bevorzugt Zirkoniumoxid ZrO₂, gewählten Material oder einem Gemisch dieser Materialien besteht.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhalogenid-Mischung aus 40 bis 80 Gew.-% NaI, 0 bis 40 Gew.-% ScI und 0 bis 60 Gew.-% TI besteht.
Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtausbeute des von der Hochdruckentladungslampe (1) emittierten Lichts mindestens 60 lm/W, vorzugsweise mindestens 70 lm/W und besonders bevorzugt mindestens 80 lm/W beträgt.
Lichtsystem für Automobile, mit zumindest einer Hochdruckentladungslampe (1) nach den Ansprüchen 1 bis 10.