(57)【要約】  放電容器に封入された発光物質を含む放電ガスを有するガス放電灯において、前記発光物質を、化合物ＧｅＳｅを除く周期的な系の群ＩＶ−Ａ（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ）からの少なくとも一つの元素及び群ＶＩ−Ａ（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）からの少なくとも一つの元素の化合物によって構成したことを特徴とするガス放電灯を開示する。驚くべきことには、既に比較的低い蒸気圧でＧｅＴｅのような物質によって放出最大が光の可視スペクトル範囲のほぼ中央に存在し、かつ、非常に高い放射効率が得られることがわかった。さらに、他の複数のガス放電灯とは異なり、放出された光は、添加物を有することなく自然光にほぼ対応する色温度を有し、したがって、一般的な照明用のランプを用いることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器に封入された発光物質を含む放電ガスを有するガス放電灯において、前記発光物質を、化合物ＧｅＳｅを除く周期的な系の群ＩＶ−Ａ（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ）からの少なくとも一つの元素及び群ＶＩ−Ａ（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）からの少なくとも一つの元素の化合物によって構成したことを特徴とするガス放電灯。
【請求項２】
前記発光物質をテルル化ゲルマニウム（ＧｅＴｅ）によって構成したことを特徴とする請求項１記載のガス放電灯。
【請求項３】
前記テルル化ゲルマニウムを、前記ガス放電灯の点灯状態において、各々が少なくとも約０．１μｍｏｌ／ｃｍ３の量で前記放電容器に導入されたゲルマニウム及びテルルから構成したことを特徴とする請求項２記載のガス放電灯。
【請求項４】
テルルに対するゲルマニウムのモル比を約０．２５より上にしたことを特徴とする請求項２記載のガス放電灯。
【請求項５】
前記放電ガスを、始動ガスとしてのアルゴンのような希ガスとしたことを特徴とする請求項１記載のガス放電灯。
【請求項６】
前記放電容器が、約１００ｍｂａｒのコールド圧又は約４．０μｍｏｌ／ｃｍ３の量の前記始動ガスを有することを特徴とする請求項５記載のガス放電灯。
【請求項７】
前記放電容器を、ほぼ球形の石英容器としたことを特徴とする請求項１記載のガス放電灯。
【請求項８】
前記放電ガスがハロゲンを含み、前記群ＩＶ−Ａからの元素、前記群ＶＩ−Ａからの元素及びハロゲンのモル比を約１：１：２としたことを特徴とする請求項１記載のガス放電灯。
【請求項９】
ＨＦ又はマイクロ波放射を結合する金属電極又は装置によって、前記放電ガスを横切る高周波又はマイクロ波範囲の交流磁界を発生し、又は前記金属電極又は装置を、電力の供給のために設けることを特徴とする請求項１記載のガス放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電容器に封入された発光物質を含む放電ガスを有するガス放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなガス放電灯は、ドイツ国特許番号２２２５３０８号から既知である。このランプ内で放電が生じる発光物質は、セレン化ゲルマニウムであり、この物質は、元素ゲルマニウム及びセレンの形態で放電容器に導入され、ランプの点灯状態では蒸気として存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このランプには、発生した放射が非常に高い色温度を有するという不都合があり、その結果、通常、このランプは一般的な照明の用途に適さない。この用途のために、可視光の長い波長の範囲で十分な放出を行う他の物質を放電容器に導入すべきである。かかる物質を、錫及び少なくとも一つのハロゲンとすることができるが、色温度のシフトに対して十分な放射部を発生し及び安定なランプ動作を妨害しないようにするために、所定の混合比を見つける必要がある。さらに、これら物質は、ゲルマニウム及びセレンの必要な量又は混合比に影響を及ぼし、その結果、そのようなランプの製造は、これら複数のパラメータのために非常に複雑になるおそれがある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、特に、（低い）色温度に関して一般的な照明の用途に適した光放射を簡単に発生することができる冒頭で説明した種類のガス放電灯を提供することである。
【０００５】
さらに、視感度効率又は演色評価数のような他のランプパラメータを簡単に所望の値に調整できるガス放電灯を提供すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的は、前記発光物質を、化合物ＧｅＳｅを除く周期的な系の群ＩＶ−Ａ（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ）からの少なくとも一つの元素及び群ＶＩ−Ａ（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）からの少なくとも一つの元素の化合物によって構成したことを特徴とするガス放電灯によって達成される。
【発明の効果】
【０００７】
この解決の主な利点は、元素の選択に応じて、他の添加物を付加することなく複数のランプパラメータを最適化できるからである。
【０００８】
従属項は、本発明の他の好適例に関する。
【０００９】
請求項２〜４で規定したような例によれば、自然光にほぼ相当する色温度の光を発生することができ、その結果、そのようなランプは、一般的な照明用途にも特に適切である。
【００１０】
さらに、これによって非常に高い放射効率が達成され、テルル化ゲルマニウムの低い飽和蒸気圧によって、（再）点孤動作、放電の安定性及びランプ寿命を著しく向上する。
【００１１】
特にこの例においては、（特にＧｅＴｅにおいて）低い反応性を有するために、高周波又はマイクロ波範囲の交流電磁界による無電極においてでだけでなく、通常の金属、特に、タングステン電極によって電力を発生することができる。
【００１２】
請求項３，４は、信頼性のあるランプ動作に対する発光物質を構成する元素の好適な量及び混合比を表し、請求項５．６は、好適な始動ガス及びその量を記載する。
【００１３】
請求項７による寸法化は、特に良好なランプのパフォーマンス特性を達成する。
【００１４】
ランプの演色特性は、特に、請求項８に記載したような例において良好な影響が及ぼされる。
【００１５】
放電ガスに加えて複数の材料の微粒子を放電容器に導入した水銀蒸着ランプが、ＪＰ−Ａ−３２００７２４７から既知である。この材料は、放電によって加熱され、ガス流によって容器に分布され、その後、放出された光の全体に亘るスペクトルに良好な影響を及ぼす選択的な放射を行う。追加された材料は、群Ｉ，II，III，IVからの元素の酸化物及び群Ｖ，VIからの元素によって構成され、この材料は、他の選択的な放射の所望のスペクトルに応じて選択される。既に説明した従来技術と同様にスペクトルのシフトがこのランプの添加物によって達成されるのとは別に、このランプは、本発明に関連しない。その理由は、発光物質が互いに全く相違する化学群に属するからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、放電ガスによって点灯される本発明による高圧放電灯のあり得る実施の形態を線図的に示す。このランプは、放電ガスが存在する石英ガラス放電容器１を具える。放電を行うためにタングステン電極６，７を設ける。放電容器１の互いに対向する両端部を通るとともにタングステン電極６，７に接続された電流供給素子４，５から、電流が発生する。これら全ての素子は、気密な電流供給ワイヤ１０，１１が延在する端部につまみ９を有する外側容器８によって包囲される。これらワイヤ１０，１１は、外側容器８の通常の口金１２を電流供給素子４，５に接続する。
【００１７】
ランプの他の例において、結合ＨＦ又はマイクロ波照射用の装置（例えば、マイクロ波共振器）により無電極で電力を発生することができ、これによって、放電ガスを横切るように高周波又はマイクロ波範囲の交流電磁界を発生する。
【００１８】
放電容器１は放電ガスを含み、放電ガスは、始動ガスとして作用するアルゴンのような希ガスの他に、可能な場合には緩衝ガスを含み、緩衝ガスを、例えば、水銀、発光物質としての周期的な系の群ＩＶ−Ａ（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ）から選択した少なくとも一つの元素及び群ＶＩ−Ａ（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）から選択した少なくとも一つの元素の化合物とし、かかる化合物は、その構成要素の形態で放電容器内に導入される。
【００１９】
発光物質をテルル化ゲルマニウム（ＧｅＴｅ）によって構成したときに非常に有利な特性を達成することができる。このために、ゲルマニウム及びテルルは、各々を少なくとも約０．１μｍｏｌ／ｃｍ３の量で放電容器に導入される。Ｔｅ２が過剰に形成されるのを回避するために、ゲルマニウムとテルルとの間のモル比を、約０．２５より大きく選択する。比が１を超える場合、ゲルマニウムの固体量は、ガスの組成が再び約１のモル比と仮定されるまで底部に存在したままである。放電容器の材料を、石英（ＳｉＯ２）、密に焼成された(densely sintered)酸化アルミニウム（ＳｉＯ２）又は他の酸化セラミック材料とする。
【００２０】
関連の実験を、そのような（第１の）実施の形態によって実施し、この場合、約１２．６ｍｇのゲルマニウム（＝１７３μｍｏｌ）及び約２２．１ｍｇのテルル（１６６μｍｏｌ）を、約１００ｍｂａｒの冷却圧(cold pressure)の始動ガスのアルゴンとともに、約３２〜３３ｍｍの内径を有する周辺が石英の放電容器に導入する。約２．４５ＧＨｚのマイクロ波共振器によってガス放電を行う。約８００Ｗのランプ及び共振器の全システムの電力消失で、放電容器の最もコールドなスポットで約１２００Ｋの温度となり、これは、テルル化ゲルマニウム（ＧｅＴｅ）の約０．２ｂａｒの飽和蒸気圧に相当する。
【００２１】
第１のガス充填によって生じた光のスペクトルを図２及び３に示し、放出の最大を示す曲線Ｉは、光の可視スペクトル範囲のほぼ中央に存在する。
【００２２】
壁部の電流に起因してマイクロ波共振器に約１０％の電力消失が生じると仮定すると、７２０Ｗのプラズマパワーすなわち１１３ｌｍ／Ｗのプラズマ効率に対して８１．５ｋｌｍの光束となる。発生した光は、約５３３０Ｋの色温度となり、カラートライアングルの座標は、ｘ＝０．３３８３及びｙ＝０．３９５４であり、演色評価数Ｒａ８は８４．９である。
【００２３】
したがって、第１の実施の形態は、特別に高い光放出の効率と、自然光にほぼ一致する著しく低い色温度とによって、それ自体を区別する。気相におけるゲルマニウム及びカルコゲニド(chalcogenide)の濃度は、ＧｅＴｅの飽和蒸気圧が約０．２ｂａｒと低いために著しく低い。
【００２４】
これによって、そのようなランプの点灯特性は、（再）点孤動作、放電の安定及びランプの寿命の観点から非常に良い影響を受ける。特に、ゲルマニウム及びカルコゲニドの低い部分圧によって非常に長くなるのは、タングステン電極を有するランプの寿命である。タングステンを有するカルコゲニドの反応性は、実際には、硫黄、セレン、テルルと進むにつれて下降する傾向にあり、その結果、ＧｅＴｅ充填物を有するランプも、タングステン電極のような通常の金属電極によって容易に点灯することができる。
【００２５】
特に、この第１の実施の形態におけるテスト結果も驚くべきものである。その理由は、例えば、光放出物質としてＧｅＯを用いることによって、放出の最大が約２８０ｎｍにあり、光源として実用的なＧｅＯランプの使用の際にスペクトルが可視範囲から十分遠く延在しないからである。更に重いＧｅ−カルコゲニドへの遷移、すなわち、分子量の増大によって放出最大の明白なシフトが生じることが、実験によって実際に示される。さらに、十分に高い濃度のＧｅ−カルコゲニドが付与されると、バンドシステム(band system)の短波放射の自己吸収が生じ、その結果、放射最大が、バンドヘッドの上に存在し、Ｇｅ−カルコゲニド圧の上昇に伴って更に大きな波長の方向にシフトする。
【００２６】
しかしながら、他方では、軽いＧｅ−カルコゲニドから重いＧｅ−カルコゲニドへの遷移により、ＧｅＯを除いて蒸気圧が著しく増大するという課題が生じる。石英ガラス放電容器の石英ガラスの最大温度が、約１４００Ｋの軟化すなわち結晶化点より下のままである必要があるので、容器の最冷スポットが、特定の用途において約１２００Ｋに比べて十分熱くならない必要がある。しかしながら、この温度において、蒸気圧が非常に低く、特に、ＧｅＴｅにおいて０．２ｂａｒ（ＧｅＯ：３０ｍｂａｒ，ＧｅＳ：２０ｂａｒ，ＧｅＳｅ：２ｂａｒ）となり、その結果、放射最大が既に光の可視範囲のほぼ中央に存在するとともにそのように高い放射効率（１１３ｌｍ／Ｗ）を有することは、低蒸気圧の放電では予測されなかった。
【００２７】
放電容器に導入される金属（群ＩＶ−Ａ）に対するカルコゲニド（群ＶＩ−Ａ）のモル比が２より下、好適には１：１の比であるときに、他のＧｅ−カルコゲニドによっても良好な値のプラズマ効率及び色温度が示され、その結果、十分な量のカルコゲニドが気相に入る。
【００２８】
第２の実施の形態において、約３２−３３ｍｍの内径の球形放電容器に、約３２．７ｍｇのゲルマニウム（＝４５０μｍｏｌ）及び約１３．５ｍｇの硫黄（＝４３３μｍｏｌ）を、約１００ｍｂａｒの冷圧(cold pressure)で始動ガスのアルゴン（＝４．０μｍｏｌ／ｃｍ３）とともに充填する。約２．４５ＧＨｚのマイクロ波共振器によってガス放電を行う。全量のＧｅＳは、約８００Ｗのランプ及び共振器の全システムの電力消失に対して蒸気状態となり、約５．６ｂａｒの圧力が放電容器に生じる。
【００２９】
この第２のガス充填によって発生した光のスペクトルを、図３の曲線IIで示し、この場合、放出の最大がＧｅＴｅに比べて短い波長の方向にシフトしていることがわかる。
【００３０】
壁部に流れる電流に起因してマイクロ波共振器に約１０％の電力消失が生じると仮定すると、７２０Ｗのプラズマパワーによって、６６．９ｋｌｍの光束すなわち９３ｌｍ／Ｗのプラズマ効率となる。発生した光が約１０，８７０Ｋの色温度を有し、カラートライアングルの座標は、ｘ＝０．２７９０及びｙ＝０．２７８４となり、演色評価数Ｒａ８は９３．７となる。
【００３１】
第３の実施の形態において、約３２〜３３ｍｍの内径を有する球形放電容器に、約３２．７ｍｇのゲルマニウム（＝４５０μｍｏｌ）及び約３４．２ｍｇのセレン（＝４３３μｍｏｌ）を、約１００ｍｂａｒの冷圧(cold pressure)で始動ガスのアルゴン（＝４．０μｍｏｌ／ｃｍ３）とともに充填する。約２．４５ＧＨｚのマイクロ波共振器によってガス放電を行う。約８００Ｗのランプ及び共振器の全システムの電力消失によって、放電容器の最もコールドなスポットで約１２００Ｋの温度となり、その結果、約２ｂａｒのＧｅＳｅの飽和蒸気圧となる。
【００３２】
この第３のガス充填によって発生した光のスペクトルを、図３の曲線IIIに示す。放出の最大は、ＧｅＴｅの放出の最大とＧｅＳの放出の最大との間にある。
【００３３】
壁部の電流に起因してマイクロ波共振器に約１０％の電力消失が生じると仮定すると、７２０Ｗのプラズマパワーによって、６９．７ｋｌｍの光束及び９７ｌｍ／Ｗのプラズマ効率となる。発生した光は、約９６６０Ｋの色温度となり、カラートライアングルの座標は、ｘ＝０．２７８３及びｙ＝０．２９９２であり、演色評価数Ｒａ８は９７．０である。
【００３４】
さらに、これら実施の形態に対する放射最大が、パワーの増大、したがって放電容器の温度の増大とともに波長が長くなる方向にシフトし、このことは、低い色温度を達成するのに望ましい。このようなシフトを促進するとともに、放射された光の効率を増大するために、三つの目安、すなわち、放電容器内の気圧の増加、容器内径の増大及び容器壁から放電空間に戻る放射の反射が有効であることがわかった。
【００３５】
全体に亘り、発光物質としてテルル化ゲルマニウムを含むランプ（第１の実施の形態）によって特に有効な特性を達成できることが上記データ及び図３から明らかである。
【００３６】
特に錫及び鉛カルコゲニドを用いるときにハロゲンを付加する、すなわち、化合物ＭＣＸ２に対応する１：１：１の金属（Ｍ）、カルコゲン（Ｃ）及びハロゲン（Ｘ）のモル比を用いるのが好適である。これによって、放電容器の全蒸気圧が上昇する。
【００３７】
上記の全ての発光物質を、通常の金属例えばタングステンで構成された電極と組み合わせることができ、その結果、高周波又はマイクロ波放射による起動を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるガス放電灯を線図的に示す。
【図２】このランプによって生じた光の波長スペクトルを示す。
【図３】互いに相違するガス充填によるガス放電灯の波長スペクトルを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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