用于摄影照明的金属卤化物放电灯

按照权利要求1的总构思，本发明涉及的是一种金属卤化物 放电灯。

这种灯可以用于例如视频投影、内窥镜检查或者也可用于医 疗技术(手术室—照明)。特别是它们适用于液晶显示技术(LCD) 中的视频投影，特别是也用于长宽比为16∶9的大图像电视屏幕。 典型的功率等级为100至500w。

较长时期以来大家已知在灯的放电容器中使用铝，然而这种 应用是存在问题的，因为在往容器填入过程中铝化物有吸湿特性 并在使用过程中对电极有严重浸蚀，因此大大地限制了其使用寿 命。从而时至今日含铝填充剂的使用尚限制在无电极灯(例如专 利US-PS 4 672 267或4 591 759)或者电极有特殊涂层的电灯 范围内，以便使铝在其中实现某种适宜的化学反应(例如DE-OS 24 22 576)。

最后，由专利DE-PS 1 539 516已知一种金属卤化物灯具有 大于40w/cm2的灯壁负荷，在这种灯的放电容器中有活化过的电 极，填充有氯化铝或溴化铝。然而，这种填充剂有很短的寿命，为 100小时的量级。该类灯可以产生与日光相近的光谱，但缺点是具 有高负荷。

此外，由专利EP-A 459 786已知一种用于摄影照明(特别 是用于视频投影)和具有较长使用寿命的灯，这种灯除含汞和氩 气外，在填充剂的组成中还含有稀土镝和钕以及铯的碘化物。到 目前为止稀土填充剂一般专用于这类灯，因为它们的发光效率高 而且能保证良好的彩保真。本发明的内容主要涉及此专利文 献。

虽然稀土填充剂很适用于常规照明，但它们在涉及摄影照明 的苛刻条件方面却是受限制的。其原因是，大多数稀土金属对一 般由石英玻璃制成的放电容器有浸蚀性，在高的工作温度下逐渐 失去透明度，最后还会增加爆烈地危险。透明度的消失使这种灯 的光学性能大大变坏(电弧的漫射投影)，使其不能再用于对光学 系统产生清晰的电弧投影有要求的摄影照明，最后这种灯的持续 性能(maintenance)也不令人满意。此外，在稀土金属灯中，光的 产生主要是由于分子电子跃迁，即这种跃迁在电弧的边缘出现， 从而导致例如用于投影系统时，在投影屏上可能出现彩边缘 (彩均匀性不佳)。

本发明的任务是，提出一种用于摄影照明的灯，其突出的特 点是寿命长、持续性能良好和彩分布均匀，而且显示出良好的 彩保真。

此项任务通过权利要求1的特征得以解决。在从属的权利要 求中给出了极好的实施结构。

用于摄影照明的金属卤化物灯一般具有最大达到15mm的 电极间距。为了尽可能获得点状光源，电极间距最好介于2和 8mm之间，温高于5000k，特别是6000-10000k。

本发明的灯的特征在于，所使用的填充剂主要的或者唯一的 成分为金属卤化物AlJ3，含量为0.1至4.5mg/cm3。以这种形式加 入铝有两个优点。其一是可以精确地掺入少量铝，因为化合物中 的碘元素有很大的原子量。另一点是，在本发明中恰好碘特别有 利于卤素循环并比氯和溴对电极的浸蚀都弱。另一个优点是这种 填充剂体系很不敏感，即同一种填充剂可应用于各种功率级别的 灯，而且温不改变。最后就是碘对于灯的光谱的影响(对蓝光的 吸收)正是人们所希望的。

此外，根据电极具体的配置情况，加入高达2.0mg/cm3的 AlBr3也是有益的。

到目前为止，AlJ3被认为是不大适用的，因为用它所获得的发 光效率比常规稀土填充剂(约100lm/w)较低(约70lm/w)。然而， 在此忽略了一点，即结合整个光学系统，就是说在相应的反射器 中和在尽可能良好的光束平行度(发散角＜5°)情况下所测得的 发光效率要高很多。与常规系统相比，总的系统效率是相近的。这 是由于光的产生是借助于主要是在电弧核心进行的原子跃迁，使 彩分离明显减少。

最后一个特别重要的优点是，用AlJ3所实现的彩保真与所 要求的彩分布符合很好。确定彩保真的主要参数特别是对于 视频投影而言即是所谓的R/G/B—分布。对此，人们理解为三种 选定波长范围的相对光强分布，即红(R)、绿(G)和蓝(B)。这些波 长范围是如下定义的：

R＝600nm到650nm

G＝500nm到540nm

B＝400nm到500nm。

常规填充剂具有过强的绿光(和不甚突出的蓝光)以减少红 光强度为代价，例如R/G/B＝18∶67∶15。

以碘化铝为基本成分可以在光谱的均匀性方面得到显然红 光成分强很多的R/G/B—数值：

R＝25％至35％

G＝50％至65％

B＝8％至18％。

为了细调颜成分需要加入另外一些附加填充剂，特别是 InJ(或铟的其它卤化物)以及或许汞的卤化物(例如HgJ2、 HgBr2)，其总量最高达2.0mg/cm3，优先采用高达1.0mg/cm3。借 助铟的卤化物可细调例如蓝成分。铊和/或铯的卤化物作为另 一些附加填充剂(达1.0mg/cm3)适用于细调绿成分和用于稳 定电弧。最后也可以附加少量稀土金属、优先以金属形式，用于填 补光谱特别是介于约500和600nm之间的光谱，加入的量可达 0.5mg/cm3。优先使用铥和镝、特别是用量可达0.1mg/cm3。这样 的量是很少的，所引起的对透明度的不利影响可以忽略不计。

一般优选使用碘和/或溴的卤化物，其中与灯的几何形状和 体积相匹配的某种混合物可减缓电极的烧损。

一种特殊的优点是用本发明的填充剂对电极不必进行特殊 处理，就是说例如不必在电极上加涂层(例如以前已知用钪或钍 的氧化物)。特别适合于使用的电极是在一个园杆中装入一个螺 旋灯丝，其中园杆的材料采用钨并掺入了低电子逸出功的材料 (例如ThO2)，而螺旋灯丝优先采用未经掺杂的钨制成。

石英玻璃适于制造灯管，特别是制成两侧压细的灯管，这种 灯管在一端或两端覆有热涂层(例如ZrO2)，如众所周知在某些情 况下光的分布和颜分布，可以通过玻璃表面变毛而得到改善。

原则上陶瓷材料(Al2O3)也适于制造灯管，如已知用于其它 类型的灯。如专利EP-A 459 786所述，把灯与反光镜组成一个 结构单元是很有利的。在这种结构单元中灯以接近沿着反光镜的 轴向安装。反光镜涂覆了例如二向层。

这种灯特别适用于以液晶为基础的投影技术，这种技术也适 于作为高清晰度电视(HDTV)的基础。这种技术要求一种具有特 殊性能的放电灯作为照明装置，这些特殊性能主要是指最佳彩 协调R/G/B分布、可用的屏幕光通量和光密度。另一些特征是使 用寿命大于2000小时，在度座标和强度方面具有高的持续性 能(尽可能大于50％)以及输出尽可能平行的光。高的光密度和 度座标与光强度的高持续性能是必要的，因为光系统的效率最终 只有1-2％。由于液晶(LCD)的受光角最大只有5°，所以要求极 好的平行光，这种要求与要求尽可能好的点光源是一致的。然而 一般来说上述要求对灯的寿命有不利影响。其它一些重要的要求 是温和在投影屏幕上照明强度分布的均匀性。

具有高达4.5mg/cm3的A1J3和高达2.0mg/cm3的InJ的填充 剂系统是特别实用的。这两种组分是经原子跃迁产生光，所以这 里也可以避免彩边缘。此种填充剂的一般优点是，在整个寿命 期间彩成分及其比例仅有很少的变化。

本发明灯的一种特别优良的实施结构是由一个用两端拉细 的石英玻璃放电容器组成，沿其轴向装有钨电极。此灯装在一个 有二向涂层的抛物面反射镜中，其中反射镜的直径与液晶阵列 的对角线相匹配。反射镜的涂层相当于光的带通滤波器，该滤波 器反射可见光谱而让IR—和UV—光谱成分通过。借助于使放电 容器适当地去光泽可以在LCD—平面提高彩和光强分布的均 匀性。常常在放电容器一端或两端围绕电极加上隔热层。此种灯 使用大家熟知的电子预启动装置，这种装置也保证了热重新点 燃。

下面借助附图对一些实施例做进一步说明。

图1是灯与反光镜的示意图。

图2是一种灯的光谱，

图3-8是几种填充剂的光通量、温以及度座标的测量 结果。

图1示出一种功率为170w、由两端压成细颈3的石英玻璃 放电容器2组成的金属卤化物灯1。其放电体积为0.7cm3。轴向相 对的两个电极4相距5mm。这些电极是由掺钍的钨制成的电极杆 5组成，在杆上插入由钨制成的螺旋灯丝6。在细颈3的区域内电 极杆5经薄片7与外部电流引线8连接。

灯1在抛物面反光镜9中沿着接近轴的方向安装，其中，在 两电极4之间在工作时形成的电弧位于抛物面的焦点。第一细颈 3a的一部分直接位于反光镜的中心开孔处并且在那里借助密封 剂固定在插座10内，其中第一电极引线8a与螺旋插座接点10a 连接。

第二个细颈3b朝向着反射镜开口11。第二个电流引线8b在 开口11范围内与电缆12连接，电缆12经绝缘而通过反射镜壁 与一个分立的接点10b连接。放电容器末端13的外表面为了隔热 而涂有ZrO2。将放电容器的中心部分14变毛以改善其均匀性。

放电体积的填充剂除含有200毫巴氩气和汞外，在第一种实 施例中还含有：

1.15mg AlJ3

0.1mg InJ

0.36mg HgBr2

这种灯的光谱如图2所示。从而，实现了R/G/B—比例为 26∶58∶16。容器壁负荷约35w/cm2。在填充AlJ3时须特别注意高纯 度，特别应注意隔绝氧气。

在第2和第3个实施例中使用了：

1.15mg AlJ3或1.15mg AlI3和0.05mg Tm。在此R/G/B—比 例分别为29∶55∶16或28∶57.5∶14.5。

第4个实施例是在第1个实施例中加入了0.05mg Tm。从而 实现R/G/B—比例为26.5∶57.5∶16。相应的光谱如图8所示。在 图中比较了图2中不合Tm的光谱(曲线a)与含Tm填充剂的光 谱(曲线b)。铥的作用主要是填充510和630nm之间的光谱。

用这些填充剂在投影中可以得到很好的彩均匀性以及在 2000小时的寿命期间有极好的温Tn稳定性；持续性能达 70％。度座标部位是x＝0.295和y＝0.317。

温Tn可以经改变AlJ3含量来调整，Tn的初始值介于6000 和10000K之间。

用以下的填充剂可以在寿命和持续性能方面获得特别好的 结果：

0.45—3.3mg/cm3AlJ3

0—0.3mg/cm3In—卤化物，特别是InJ

0—0.7mg/cm3Hg—卤化物，特别是HgBr2

0—0.7mg/cm3Cs和/或Tl的卤化物。

图3和图4示出了一个170w电灯(体积0.7cm3)，当填充几 种不同填充剂时各在点燃时间大于2000小时内，在5°角内以相 对单位表示光通量的持续性能(所谓的“表盘”—流明”)或温的 变化。这里的放电容器含有ZrO2涂层，但是并没有变毛。所使用的 几种填充剂如下：

A)2.3mg  AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg  HgBr2

B)1.15mg AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg  HgBr2

C)0.6mg  AlJ3，0.1mgInJ，0.6mg  HgBr2

D)0.3mg  AlJ3，0.1mgInJ，0.36mg HgBr2

根据图3所示，2000小时后的持续性能保持在60-75％量 级。在3000小时后它仍然还有50-65％，从而总的可以满足对其 最低要求。当Al—剂量D)较小时光通量的绝对值最大，并且随着 Al—剂量的不断增加而逐渐减小。随着点燃时间的延长，光通量 的下降基本上与铝—的含量无关。

按照图4温Tn与Al—剂量成反比。在整个点燃期间此温 度是极恒定的。一般讲，用于视频投影优先选用8000k左右的 温，相当于0.6-1.15mg的剂量，相当于0.85-1.65mg/cm3的与 体积无关的剂量。

将两个图形结合在一起看，这些填充剂有一个很大的优点， 即容易满足某些要求，例如在温方面，除改变AlJ3—剂量外填 充剂没多大变化，对灯来说也没有其它技术特性的变化。

图5示出填充剂B)的度座标(x-及y-值)与使用时间 (一小时后的初始值、1000小时和2700小时以后的值)和测量位 置(9个测量点E1-E9，这些点以3×3矩阵的方式均匀分布在投 影屏幕的平面上)的函数关系。x值在x＝0.28和x＝0.29之间有 小的起伏；y值在y＝0.295和y＝0.31之间有小的起伏。

最后在图6和图7中示出了一个200w电灯的特性，这种灯 在其它方面与170w电灯结构相似。这里所使用的填充剂的一种 与填充剂C)完全相同，另一种使用下面的填充剂E)：

E)0.9mg AlJ3，0.1mg InJ，0.36mg HgBr2。

图6示出以勒克司为单位在投影屏幕上的光照强度与点燃 时间的关系，此光照强度是在图5描述的屏幕上的9个测量点测 得的强度的平均值。而图7示出温与点燃时间的函数关系。

这里再一次证实以AlJ3为基础的填充剂系统对特别要求的 特殊匹配是不敏感的。

通常加入少量的稀土金属后按本发明制成的电灯寿命要缩 短一些。然而与此相反，发光效率却提高(提高达10％)并且温 下降(达500k)。