專利名稱：用于攝影照明的金屬鹵化物放電燈的制作方法
按照權利要求1的總構思，本發明涉及的是一種金屬鹵化物放電燈。
這種燈可以用于例如視頻投影、內窺鏡檢查或者也可用于醫療技術(手術室—照明)。特別是它們適用于液晶顯示技術(LCD)中的視頻投影，特別是也用于長寬比為16∶9的大圖像電視屏幕。典型的功率等級為100至500w。
較長時期以來大家已知在燈的放電容器中使用鋁，然而這種應用是存在問題的，因為在往容器填入過程中鋁化物有吸濕特性并在使用過程中對電極有嚴重浸蝕，因此大大地限制了其使用壽命。從而時至今日含鋁填充劑的使用尚限制在無電極燈(例如專利US-PS 4 672 267或4 591 759)或者電極有特殊涂層的電燈范圍內，以便使鋁在其中實現某種適宜的化學反應(例如DE-OS24 22 576)。
最后，由專利DE-PS 1 539 516已知一種金屬鹵化物燈具有大于40w/cm2的燈壁負荷，在這種燈的放電容器中有活化過的電極，填充有氯化鋁或溴化鋁。然而，這種填充劑有很短的壽命，為100小時的量級。該類燈可以產生與日光相近的光譜，但缺點是具有高負荷。
此外，由專利EP-A 459 786已知一種用于攝影照明(特別是用于視頻投影)和具有較長使用壽命的燈，這種燈除含汞和氬氣外，在填充劑的組成中還含有稀土鏑和釹以及銫的碘化物。到目前為止稀土填充劑一般專用于這類燈，因為它們的發光效率高而且能保證良好的彩色保真。本發明的內容主要涉及此專利文獻。
雖然稀土填充劑很適用于常規照明，但它們在涉及攝影照明的苛刻條件方面卻是受限制的。其原因是，大多數稀土金屬對一般由石英玻璃制成的放電容器有浸蝕性，在高的工作溫度下逐漸失去透明度，最后還會增加爆烈的危險。透明度的消失使這種燈的光學性能大大變壞(電弧的漫射投影)，使其不能再用于對光學系統產生清晰的電弧投影有要求的攝影照明，最后這種燈的持續性能(maintenance)也不令人滿意。此外，在稀土金屬燈中，光的產生主要是由于分子電子躍遷，即這種躍遷在電弧的邊緣出現，從而導致例如用于投影系統時，在投影屏上可能出現彩色邊緣(彩色均勻性不佳)。
本發明的任務是，提出一種用于攝影照明的燈，其突出的特點是壽命長、持續性能良好和彩色分布均勻，而且顯示出良好的彩色保真。
此項任務通過權利要求1的特征得以解決。在從屬的權利要求中給出了極好的實施結構。
用于攝影照明的金屬鹵化物燈一般具有最大達到15mm的電極間距。為了盡可能獲得點狀光源，電極間距最好介于2和8mm之間，色溫高于5000k，特別是6000-10000k。
本發明的燈的特征在于，所使用的填充劑主要的或者唯一的成分為金屬鹵化物AlJ3，含量為0.1至4.5mg/cm3。以這種形式加入鋁有兩個優點。其一是可以精確地摻入少量鋁，因為化合物中的碘元素有很大的原子量。另一點是，在本發明中恰好碘特別有利于鹵素循環并比氯和溴對電極的浸蝕都弱。另一個優點是這種填充劑體系很不敏感，即同一種填充劑可應用于各種功率級別的燈，而且色溫不改變。最后就是碘對于燈的光譜的影響(對藍光的吸收)正是人們所希望的。
此外，根據電極具體的配置情況，加入高達2.0mg/cm3的AlBr3也是有益的。
到目前為止，AlJ3被認為是不大適用的，因為用它所獲得的發光效率比常規稀土填充劑(約100lm/w)較低(約70lm/w)。然而，在此忽略了一點，即結合整個光學系統，就是說在相應的反射器中和在盡可能良好的光束平行度(發散角＜5°)情況下所測得的發光效率要高很多。與常規系統相比，總的系統效率是相近的。這是由于光的產生是借助于主要是在電弧核心進行的原子躍遷，使彩色分離明顯減少。
最后一個特別重要的優點是，用AlJ3所實現的彩色保真與所要求的彩色分布符合很好。確定彩色保真的主要參數特別是對于視頻投影而言即是所謂的R/G/B—分布。對此，人們理解為三種選定波長范圍的相對光強分布，即紅(R)、綠(G)和藍(B)。這些波長范圍是如下定義的R＝600nm到650nmG＝500nm到540nmB＝400nm到500nm。
常規填充劑具有過強的綠光(和不甚突出的藍光)以減少紅光強度為代價，例如R/G/B＝18∶67∶15。
以碘化鋁為基本成分可以在光譜的均勻性方面得到顯然紅光成分強很多的R/G/B—數值R＝25％至35％G＝50％至65％B＝8％至18％。
為了細調顏色成分需要加入另外一些附加填充劑，特別是InJ(或銦的其它鹵化物)以及或許汞的鹵化物(例如HgJ2、HgBr2)，其總量最高達2.0mg/cm3，優先采用高達1.0mg/cm3。借助銦的鹵化物可細調例如藍色成分。鉈和/或銫的鹵化物作為另一些附加填充劑(達1.0mg/cm3)適用于細調綠色成分和用于穩定電弧。最后也可以附加少量稀土金屬、優先以金屬形式，用于填補光譜特別是介于約500和600nm之間的光譜，加入的量可達0.5mg/cm3。優先使用銩和鏑、特別是用量可達0.1mg/cm3。這樣的量是很少的，所引起的對透明度的不利影響可以忽略不計。
一般優選使用碘和/或溴的鹵化物，其中與燈的幾何形狀和體積相匹配的某種混合物可減緩電極的燒損。
一種特殊的優點是用本發明的填充劑對電極不必進行特殊處理，就是說例如不必在電極上加涂層(例如以前已知用鈧或釷的氧化物)。特別適合于使用的電極是在一個園桿中裝入一個螺旋燈絲，其中園桿的材料采用鎢并摻入了低電子逸出功的材料(例如ThO2)，而螺旋燈絲優先采用未經摻雜的鎢制成。
石英玻璃適于制造燈管，特別是制成兩側壓細的燈管，這種燈管在一端或兩端覆有熱涂層(例如ZrO2)，如眾所周知在某些情況下光的分布和顏色分布，可以通過玻璃表面變毛而得到改善。
原則上陶瓷材料(Al2O3)也適于制造燈管，如已知用于其它類型的燈。如專利EP-A 459 786所述，把燈與反光鏡組成一個結構單元是很有利的。在這種結構單元中燈以接近沿著反光鏡的軸向安裝。反光鏡涂覆了例如二向色層。
這種燈特別適用于以液晶為基礎的投影技術，這種技術也適于作為高清晰度電視(HDTV)的基礎。這種技術要求一種具有特殊性能的放電燈作為照明裝置，這些特殊性能主要是指最佳彩色協調R/G/B分布、可用的屏幕光通量和光密度。另一些特征是使用壽命大于2000小時，在色度座標和強度方面具有高的持續性能(盡可能大于50％)以及輸出盡可能平行的光。高的光密度和色度座標與光強度的高持續性能是必要的，因為光系統的效率最終只有1-2％。由于液晶(LCD)的受光角最大只有5°，所以要求極好的平行光，這種要求與要求盡可能好的點光源是一致的。然而一般來說上述要求對燈的壽命有不利影響。其它一些重要的要求是色溫和在投影屏幕上照明強度分布的均勻性。
具有高達4.5mg/cm3的A1J3和高達2.0mg/cm3的InJ的填充劑系統是特別實用的。這兩種組分是經原子躍遷產生光，所以這里也可以避免彩色邊緣。此種填充劑的一般優點是，在整個壽命期間彩色成分及其比例僅有很少的變化。
本發明燈的一種特別優良的實施結構是由一個用兩端拉細的石英玻璃放電容器組成，沿其軸向裝有鎢電極。此燈裝在一個有二向色涂層的拋物面反射鏡中，其中反射鏡的直徑與液晶陣列的對角線相匹配。反射鏡的涂層相當于光的帶通濾波器，該濾波器反射可見光譜而讓IR—和UV—光譜成分通過。借助于使放電容器適當地去光澤可以在LCD—平面提高彩色和光強分布的均勻性。常常在放電容器一端或兩端圍繞電極加上隔熱層。此種燈使用大家熟知的電子預啟動裝置，這種裝置也保證了熱重新點燃。
下面借助附圖對一些實施例做進一步說明。
圖1是燈與反光鏡的示意圖。
圖2是一種燈的光譜，圖3-8是幾種填充劑的光通量、色溫以及色度座標的測量結果。
圖1示出一種功率為170w、由兩端壓成細頸3的石英玻璃放電容器2組成的金屬鹵化物燈1。其放電體積為0.7cm3。軸向相對的兩個電極4相距5mm。這些電極是由摻釷的鎢制成的電極桿5組成，在桿上插入由鎢制成的螺旋燈絲6。在細頸3的區域內電極桿5經薄片7與外部電流引線8連接。
燈1在拋物面反光鏡9中沿著接近軸的方向安裝，其中，在兩電極4之間在工作時形成的電弧位于拋物面的焦點。第一細頸3a的一部分直接位于反光鏡的中心開孔處并且在那里借助密封劑固定在插座10內，其中第一電極引線8a與螺旋插座接點10a連接。
第二個細頸3b朝向著反射鏡開口11。第二個電流引線8b在開口11范圍內與電纜12連接，電纜12經絕緣而通過反射鏡壁與一個分立的接點10b連接。放電容器末端13的外表面為了隔熱而涂有ZrO2。將放電容器的中心部分14變毛以改善其均勻性。
放電體積的填充劑除含有200毫巴氬氣和汞外，在第一種實施例中還含有1.15mg AlJ30.1mg InJ0.36mg HgBr2這種燈的光譜如圖2所示。從而，實現了R/G/B—比例為26∶58∶16。容器壁負荷約35w/cm2。在填充AlJ3時須特別注意高純度，特別應注意隔絕氧氣。
在第2和第3個實施例中使用了1.15mg AlJ3或1.15mg AlI3和0.05mg Tm。在此R/G/B—比例分別為29∶55∶16或28∶57.5∶14.5。
第4個實施例是在第1個實施例中加入了0.05mg Tm。從而實現R/G/B—比例為26.5∶57.5∶16。相應的光譜如圖8所示。在圖中比較了圖2中不合Tm的光譜(曲線a)與含Tm填充劑的光譜(曲線b)。銩的作用主要是填充510和630nm之間的光譜。
用這些填充劑在投影中可以得到很好的彩色均勻性以及在2000小時的壽命期間有極好的色溫Tn穩定性；持續性能達70％。色度座標部位是x＝0.295和y＝0.317。
色溫Tn可以經改變AlJ3含量來調整，Tn的初始值介于6000和10000K之間。
用以下的填充劑可以在壽命和持續性能方面獲得特別好的結果0.45—3.3mg/cm3AlJ3
0—0.3mg/cm3In—鹵化物，特別是InJ0—0.7mg/cm3Hg—鹵化物，特別是HgBr20—0.7mg/cm3Cs和/或Tl的鹵化物。
圖3和圖4示出了一個170w電燈(體積0.7cm3)，當填充幾種不同填充劑時各在點燃時間大于2000小時內，在5°角內以相對單位表示光通量的持續性能(所謂的“表盤”—流明”)或色溫的變化。這里的放電容器含有ZrO2涂層，但是并沒有變毛。所使用的幾種填充劑如下A)2.3mg AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg HgBr2B)1.15mg AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg HgBr2C)0.6mg AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg HgBr2D)0.3mg AlJ3，0.1mgInJ，0.36mg HgBr2根據圖3所示，2000小時后的持續性能保持在60-75％量級。在3000小時后它仍然還有50-65％，從而總的可以滿足對其最低要求。當Al—劑量D)較小時光通量的絕對值最大，并且隨著Al—劑量的不斷增加而逐漸減小。隨著點燃時間的延長，光通量的下降基本上與鋁—的含量無關。
按照圖4色溫Tn與Al—劑量成反比。在整個點燃期間此溫度是極恒定的。一般講，用于視頻投影優先選用8000k左右的色溫，相當于0.6-1.15mg的劑量，相當于0.85-1.65mg/cm3的與體積無關的劑量。
將兩個圖形結合在一起看，這些填充劑有一個很大的優點，即容易滿足某些要求，例如在色溫方面，除改變AlJ3—劑量外填充劑沒多大變化，對燈來說也沒有其它技術特性的變化。
圖5示出填充劑B)的色度座標(x-及y-值)與使用時間(一小時后的初始值、1000小時和2700小時以后的值)和測量位置(9個測量點E1-E9，這些點以3×3矩陣的方式均勻分布在投影屏幕的平面上)的函數關系。x值在x＝0.28和x＝0.29之間有小的起伏；y值在y＝0.295和y＝0.31之間有小的起伏。
最后在圖6和圖7中示出了一個200w電燈的特性，這種燈在其它方面與170w電燈結構相似。這里所使用的填充劑的一種與填充劑C)完全相同，另一種使用下面的填充劑E)E)0.9mg AlJ3，0.1mg InJ，0.36mg HgBr2。
圖6示出以勒克司為單位在投影屏幕上的光照強度與點燃時間的關系，此光照強度是在圖5描述的屏幕上的9個測量點測得的強度的平均值。而圖7示出色溫與點燃時間的函數關系。
這里再一次證實以AlJ3為基礎的填充劑系統對特別要求的特殊匹配是不敏感的。
通常加入少量的稀土金屬后按本發明制成的電燈壽命要縮短一些。然而與此相反，發光效率卻提高(提高達10％)并且色溫下降(達500k)。
權利要求
1.一種含有透明放電容器(2)、用于攝影照明的金屬鹵化物放電燈，內裝有含鋁的填充劑，燈中的兩個電極(4)彼此相對安置并與通向外部的電流引線(8)連接，其特征在于—其填充劑含有下列成分0.1—4.5mg/cm3AlJ30—2.0mg/cm3銦的鹵(Ha)化物(InHa)，和/或汞的鹵化物(HgHa2)，—電極間距最大約15mm，—色溫最低為5000K。
2.根據權利要求1所述的燈，其特征在于，填充劑中含有附加的高達1.0mg/cm3的鉈的鹵化物(TlHa)和/或銫的鹵化物(CsHa2)。
3.根據權利要求1或2所述的燈，其特征在于，填充劑含有附加的高達0.5mg/cm3稀土金屬。
4.根據上述權利要求之一所述的燈，其特征在于，填充劑含有附加的高達2.0mg/cm3的AlBr3。
5.根據權利要求1所述的燈，其特征在于，此電燈與一反光鏡9構成一個結構單元。
6.根據權利要求1所述的燈，其特征在于，電極(4)是用鎢制造的，其中此電極或其中一部分可以是用摻有低電子逸出功的材料制造的。
7.根據權利要求6所述的燈，其特征在于，電極(4)是未加涂層的。
8.根據上述權利要求之一所述的燈，其特征在于，三個所選出的波長范圍R/G/B為R＝600nm—650nmG＝500nm—540nmB＝400nm—500nm其相對強度分布為R＝25％—35％G＝50％—65％B＝8％—18％。
9.根據權利要求1所述的燈，其特征在于，電極的間距介于2和8毫米之間。
10.根據權利要求1所述的燈，其特征在于，放電容器(2)是一種兩端壓細的石英玻璃管，在有的情況下其全部或者局部有涂層。
全文摘要
一種用于攝影照明的金屬鹵化物放電燈，含有數量介于0.1和0.45mg/cm
文檔編號H01J61/12GK1129491SQ9419312
公開日1996年8月21日 申請日期1994年6月30日 優先權日1993年8月16日
發明者A-M·弗雷, J·邁耶, M·皮薩克, R·西多夫, C·巴特米斯, T·迪特里希 申請人:電燈專利信托有限公司