DE2134509A1

DE2134509A1 - Wall-stabilized high pressure mercury vapor discharge lamp

Info

Publication number: DE2134509A1
Application number: DE19712134509
Authority: DE
Inventors: Louis Benjamin; Driessen Antonius Jozephus Gerardus Cornells; Jacobs Cornells Adrianus Joannes; Eindhoven Beijer (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1971-07-10
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3753018A; BE770698A; DE2134509B2; GB1333272A; FR2103731A5; NL7011321A; CA943614A

Description

Dipl.-Ing. HORST AUERDipl.-Ing. HORST AUER

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Anmelder: K. V. i IiLlPS¹ üLOElLAMPENFABRiEKE« * ' ° *♦ ° ^u ^Ό Applicant: KV i IiLlPS ¹ üLOElLAMPENFABRiEKE «* '° * ♦ ° ^u ^Ό

Akte: PHN- 4776File: PHN-4776

Anmeldung vomt Q. Juli 1971Registration dated Q. July 1971

N.V.PHILIPS'GLOEILAMPENPABEIEKEN, EINDHOVEN/HOLLANDN.V. PHILIPS'GLOEILAMPENPABEIEKEN, EINDHOVEN / HOLLAND

"Wandstabilisierte Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe" "Wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp"

Die Erfindung betrifft wandstabilisierte Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen mit einer Zündspannung niedriger als 500 Volt, welche Lampen ein Quarzglas-Entladungsgefäß und einen dieses Gefäß umgebenden Außenkolben aufweisen, wobei sich im Entladungsgefäß neben Quecksilber ein Gemisch aus Neon und Argon befindet sowie· Jodid von wenigstens einem der Elemente Natrium, Lithium, Kadmium, Thallium, Indium, Zinn, Dysprosium, Gallium, Blei und Skandium.The invention relates to wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamps with an ignition voltage lower than 500 volts, which lamps use a quartz glass discharge vessel and have an outer bulb surrounding this vessel, a mixture being formed in the discharge vessel in addition to mercury Neon and argon and iodide of at least one of the elements sodium, lithium, cadmium, thallium, indium, tin, Dysprosium, gallium, lead and scandium.

Vor einigen Jahren hat man die seit langem bekannten wandstabilisierten Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen betreffs Wirkungsgrad und Lichtsusammensetzung beträchtlich J verbessert, indem Jodide anderer Metalle in den Entladungsraum gebracht werden und die Lampe derart konstruiert und betrieben wird, daß im Spektrum des ausgestrahlten Lichts intensive Linien der Metalle der zugeordneten Jodide auftreten. Bei geeigneter Wahl der Jodide kann man auf diese Weise beispielsweise Lampen anfertigen, die nahezu weißes Licht ausstrahlen und eine sehr gute Farbwiedergabe ermöglichen. Zugleich ist durch diese Maßnahmen der Wirkungsgrad auf sehr hohe Werte von 90 bis 110 Lumen/Watt gebracht. Zum Erreichen dieser Ergebnisse wird vorzugsweise Natrium, Lithium, Kadmium, Thallium, Indium, Zinn, Dysprosium und Skandium verwendet, A few years ago, the long-known wall-stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamps were considerably improved in terms of efficiency and light composition by introducing iodides of other metals into the discharge space and constructing and operating the lamp in such a way that intense lines of the metals in the spectrum of the emitted light associated iodides occur. With a suitable choice of iodides, it is possible in this way, for example, to manufacture lamps that emit almost white light and enable very good color rendering. At the same time, these measures have brought the efficiency to very high values of 90 to 110 lumens / watt. Sodium, lithium, cadmium, thallium, indium, tin, dysprosium and scandium are preferably used to achieve these results.

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wobei in vielen Fällen mehr als eines dieser Elemente als Jodid im Entladungsraum vorhanden ist. Wird anstelle oder neben diesen Elementen Blei und/oder Gallium in das Entladungsgefäß gebracht, so erhält man eine Erhöhung der ultraviolet tstrahlung.in many cases more than one of these elements is present as iodide in the discharge space. Used instead of or If lead and / or gallium are brought into the discharge vessel in addition to these elements, an increase in the ultraviolet is obtained tradiation.

Bei diesen bekannten lampen wird ein Zündgas im Entladungsgefäß zum Herabsetzen der Zündspannung verwendet. Es wird angestrebt, die Zündspannung in jedem Fall unter 500 Volt zu bringen, da 500 Volt in vielen Ländern die untere Grenze des sogenannten Hochspannungsgebietes ist. Bei Verwendung von Spannungen über 500 Volt müssen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, die eine Installation verteuern. Ursprünglich wurde zu diesem Zweck nur Argon unter einem Druck von beispielsweise 10 bis 40 Torr bei 2O⁰C als Zündgas verwendet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Zündspannung bei ausschließlicher Verwendung von Argon als Zündgas zwar zu Anfang der Lebensdauer der Lampen weit unter der oben erwähnten Grenze von 500 Volt liegen kann, daß sie sich jedoch nach einigen hundert Brennstunden bis über diese Grenze hinaus erhöhen konnte. Dies ist nicht nur ein Nachteil hinsichtlich der obenerwähnten Sicherheitsanforderungen, sondern ist ferner noch nachteilig, weil man die Zündapparatur zum Erhalten der erforderlichen Zündspannung für diese Höchstspannung dimensionieren muß. Dadurch wird die Zündapparatur komplizierter und kostspieliger. Diese Erhöhung der Zündspannung tritt bei Lampen ohne Zusätze in viel geringerem Maße auf.In these known lamps, an ignition gas is used in the discharge vessel to reduce the ignition voltage. The aim is to bring the ignition voltage below 500 volts in any case, since 500 volts is the lower limit of the so-called high-voltage area in many countries. When using voltages above 500 volts, extensive safety measures must be taken that make installation more expensive. Originally, only argon is used for this purpose, for example, under a pressure of 10 to 40 Torr at 2O ⁰ C as ignition gas. It has been found, however, that when argon is used exclusively as the ignition gas, the ignition voltage can be well below the above-mentioned limit of 500 volts at the beginning of the lamp's service life, but that it could increase beyond this limit after a few hundred hours of burning . This is not only a disadvantage with regard to the safety requirements mentioned above, but is also disadvantageous because the ignition apparatus must be dimensioned in order to obtain the necessary ignition voltage for this maximum voltage. This makes the ignition equipment more complicated and expensive. This increase in ignition voltage occurs to a much lesser extent in lamps without additives.

Angesichts der bekannten Tatsache, daß die ursprüngliche Zündspannung bei Hochdruek-Queeksilberdampfentladungslampen ohne Zusatz anderer Elemente und Jod dadurch herabgesetzt werden kann, daß anstelle von nur Argon ein Gemisch aus Argon und Neon verwendet wird (wobei die Menge Neon viel In view of the known fact that the original ignition voltage in high-pressure queek silver vapor discharge lamps can be reduced without the addition of other elements and iodine by using a mixture of argon and neon instead of just argon ( the amount of neon being much

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größer ist als die Menge Argon), wurden mit solchen Lampen, die dipse Zusätze enthielten, Versuche angestellt, wobei gleichfalls ein Gemisch aus Neon und Argon als Zündgas verwendet wurde. Das Ergebnis war hinsichtlich der erwarteten Verringerung der ursprünglichen Zündspannung nahezu Null. Allerdings wurde die Erhöhung der Zündspannung während der Lebensdauer verringert, insbesondere bei Lampen mit Leistungen über 3CO V.is greater than the amount of argon), experiments were made with such lamps which contained dipse additives, with a mixture of neon and argon was also used as the ignition gas. The result was as expected Reduction of the original ignition voltage almost zero. However, the increase in the ignition voltage was reduced during the service life, especially in the case of lamps with power via 3CO V.

Ein an sich bekannter Nachteil der Verwendung von Neon im Quari:_f las-Entladungsgefäß ist der, daß dieses mit einem Außenkolben umgeben werden muß, der gleichfalls eine gewisse Menge Neon enthält. Geschieht dies nicht, so verschwindet das N^on durch die Wand des Entladungsgefäßes hindurch, wodurch sich die Zündspannung wieder erhöht. An sich ist die Notwendigkeit eines Außenkolbens kein Nachteil, da die Entladungsgefäße, von denen hier die Rede ist, sowieso mit einem Außenkolben umgeben werden müssen, der entweder evakuiert oder mit Stickstoff gefüllt sein muß, um die Wärmestrahlung des Entladungsgefäßes zu verringern, um einen hinreichenden Dampfdruck der darin befindlichen Jodide zu erhalten und auf τ ech tztierhalten.A known disadvantage of using neon in the Quari: _f las discharge vessel is that it must be surrounded by an outer bulb which also contains a certain amount of neon. If this does not happen, the N ^ on disappears through the wall of the discharge vessel, whereby the ignition voltage increases again. In and of itself, the need for an outer bulb is not a disadvantage, since the discharge vessels we are talking about here have to be surrounded by an outer bulb anyway, which must either be evacuated or filled with nitrogen in order to reduce the thermal radiation of the discharge vessel in order to achieve a sufficient To maintain the vapor pressure of the iodides contained therein and to keep them at τ real.

Lampen mit einem evakuierten AußenkolVen enthalten meistens ein Getter, beispielsweise Barium, um das Vakuum zu unterhalten. Lampen, bei denen im Außenkolben aus dem obenerwähnten Grund Neon vorhanden sein muß, müssen im Außenkolben zudem Stickstoff enthalten, da sonst leicht ein Überschlag zwischen den Stromzuleitungsdrähten auftritt. Bei dieser Lampenart tritt nun ein großer Nachteil auf. Zwar zünden die Lampen auch nach vielen hundert Brennstunden bei einer hinreichend niedrigen Spannung, sofort nach dem Zünden erlöschen sie jedoch wieder. Eine derartige Erscheinung wurde bei den übrigens identischen Lampen, die keine Zusätze anderer Elemente und Jod im Entladungsgefäß hatten, niemals bemerkt.Lamps with an evacuated outer bulb usually contain a getter, for example barium, to maintain the vacuum. Lamps in which the outer bulb from the above Because neon must be present, the outer bulb must also contain nitrogen, otherwise a flashover between occurs to the power supply wires. With this type of lamp, there is now a major disadvantage. It is true that the lamps ignite even after many hundreds of hours of burning at a sufficiently low voltage, however, they go out immediately after ignition again. Incidentally, there was such a phenomenon identical lamps that had no additions of other elements or iodine in the discharge vessel, never noticed.

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Eine Analyse dieser Erscheinung anhand vieler Versuche brachte die Erkenntnis, daß das Erlöschen eine Folge des Vorhandenseins von Wasserstoff im Außenkolben sein mußte. Dieser Wasserstoff rührt vom Entladungsgefäß und den darin vorhandenen Jodiden her und diffundiert durch die Wand des Entladungsgefäßes, die meistens aus Quarzglas besteht.An analysis of this phenomenon on the basis of many experiments led to the knowledge that the extinction is a consequence of the presence of hydrogen had to be in the outer bulb. This hydrogen comes from the discharge vessel and the ones contained in it Iodides and diffuses through the wall of the discharge vessel, which mostly consists of quartz glass.

Eine erfindungsgemäße wandstabilisierte Hochdruck-Quecksilberdampf entladungslampe eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben ein Gemisch aus Stickstoff und Neon enthält und saß sich in diesem Raum ein selektives Wasserstoffgetter befindet.A wall-stabilized high pressure mercury vapor according to the invention Discharge lamp of the type mentioned at the outset is characterized in that the space between the discharge vessel and the outer bulb contains a mixture of nitrogen and neon and there was a selective hydrogen getter in this room is located.

Durch das Anbringen eines selektiven Wasserstoffgetters im Außenkolben, das für Stickstoff und Neon inaktiv ist,- V'asserstoff jedoch bindet, entsteht eine nahezu ideale Lampe, die keinen der Nachteile der bekannten Lampen aufweist. Man kann als Getter kein Barium verwenden, obwohl dieses Wasserstoff gut absorbiert, weil im Außenkolben ebenfalls Stickstoff vorhanden ist. In einer derartigen Atmosphäre wirkt das Barium sehr schlecht als Wasserstoffgetter.By attaching a selective hydrogen getter in the outer bulb, which is inactive for nitrogen and neon - hydrogen but binds, an almost ideal lamp is created which does not have any of the disadvantages of the known lamps. One can Do not use barium as a getter, although this absorbs hydrogen well because nitrogen is also present in the outer bulb is. In such an atmosphere the barium acts very poorly as a hydrogen getter.

Vorzugsweise ist das Neon-Argongemisch im Entladungsgefäß aus 0,1 bis 5,0 Volumenprozent Argon und 99,9 bis 95,0 Volumenprozent Neon zusammengesetzt. Der Druck dieses Gemisches beträgt bei 20⁰C 10 bis 100 Torr. Bei diesen Werten werden die höchsten Wirkungsgrade erzielt. Im Außenkolben befindet sich vorzugsweise soviel Stickstoff, daß der Druck bei 2O⁰C zwischen 100 und 400 Torr liegt. Der Neondruck im Außenkolben beträgt bei 20⁰C vorzugsweise 50 bis 300 Torr. Bei diesen Drücken wird das Verschwinden von Neon aus dem Entladungsgefäß mit Sicherheit verhindert und erfolgt kein Überschlag zwischen den Stromzuleitungsdrähten.The neon-argon mixture in the discharge vessel is preferably composed of 0.1 to 5.0 percent by volume argon and 99.9 to 95.0 percent by volume neon. The pressure of this mixture is 10 to 100 torr ^{at 20 ° C.} The highest levels of efficiency are achieved with these values. In the outer bulb is preferably as much nitrogen in that the pressure at 2O ⁰ C between 100 and 400 torr. The neon pressure in the outer bulb is preferably 50 to 300 Torr at 20 ⁰ C. At these pressures, the disappearance of neon from the discharge vessel is reliably prevented and there is no flashover between the power supply wires.

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Als selektives Wasserstoffgetter kommt insbesondere Zirkonmetall oder eine Legierung dieses Metalls in Präge.In particular, zirconium metal or an alloy of this metal is embossed as a selective hydrogen getter.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und einer Eeihe von Messungen näher erläutert.The invention will now be illustrated with reference to one in the drawing Embodiment and a series of measurements explained in more detail.

Die Zeichnung stellt eine erfindungsgemäße Lampe dar, die für eine Belastung von 400 W bestimmt ist. Die Lampe hat ein Quarzglas-Entladungsgefäß 1, das an beiden Enden mit den Quetschungen 2 und 3 versehen ist, in denen sich Einschmelzungen 4 und 5 befinden. Diese Einschmelzungen sind im Entla- I dungsgefäß 1 mit Elektroden 6 und 7 verbunden. Die Stromzufuhr zu den Elektroden 6 und 7 erfolgt über die Einschmelzungen 4 und 5 und Drähte 12 und 13· Die Drähte 12 und 13 bilden einen Bügel, in den das Entladungsgefäß 1 mittels der Quetschungen 2 und 3 aufgehängt ist. Das Gebilde aus Entladungsgefäß und Bügel befindet sich in einem Außenkolben 8 aus Hartglas, der an einem Ende eine Quetschung 9 aufweist, durch die hindurch Stromzuleitungsdrähte 10 und 11 vakuumdicht geführt sind. Der Bügel 12, 13 ist mit federnden Streifen 14 und 15 versehen, mit denen der Bügel im Außenkolben 8 abgestützt wird. Am Draht 13 ist ein Getter 16 befestigt, das Zirkonmetall enthält. Das Entladungsgefäß 1 hat einen In- J nendurchmesser von 15,5 mm und einen Inhalt von 7,5 cm . Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 41 mm. Das Entladungsgefäß 1 enthält ein Gemisch aus Neon und 1 VoI ?£ Argon unter einem Druck von 40 Torr. Neben Quecksilber befinden sich im Entladungsgefäß ferner die Elemente Natrium, Thallium, und Indium in Form von Jodiden. Der Außenkolben ist mit Stickstoff bis zu einem Druck von 200 Torr und Neon bis zu einem Druck von 80 Torr gefüllt.The drawing shows a lamp according to the invention, which is intended for a load of 400 W. The lamp has a Quartz glass discharge vessel 1, which is connected to the Pinches 2 and 3 is provided, in which seals 4 and 5 are located. These meltdowns are in discharge training vessel 1 with electrodes 6 and 7 connected. The power supply to the electrodes 6 and 7 takes place via the seals 4 and 5 and wires 12 and 13 · The wires 12 and 13 form a bracket into which the discharge vessel 1 is inserted by means of the Bruises 2 and 3 is suspended. The structure of the discharge vessel and bracket is located in an outer bulb 8 Hard glass, which has a pinch 9 at one end, through which power supply wires 10 and 11 are vacuum-tight are led. The bracket 12, 13 is provided with resilient strips 14 and 15 with which the bracket is supported in the outer bulb 8 will. A getter 16, which contains zirconium metal, is attached to the wire 13. The discharge vessel 1 has an In- J diameter of 15.5 mm and a content of 7.5 cm. The distance between the electrodes is 41 mm. The discharge vessel 1 contains a mixture of neon and 1 volume of argon under a pressure of 40 torr. In addition to mercury, the discharge vessel also contains the elements sodium, thallium, and indium in the form of iodides. The outer bulb is pressurized with nitrogen up to 200 torr and neon up to a pressure of 80 torr.

Die Zündspannung einer Anzahl von erfindungsgemäßen Lampen mit einem Aufbau und einer Füllung, wie vorstehend beschrie-The ignition voltage of a number of lamps according to the invention with a structure and a filling as described above

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ben, wurde in verschiedenen Zeitpunkten während der Betriebsdauer gemessen. Die Messungen sind in nachfolgender Tabelle in Spalte A zusammengefaßt. Zum Vergleich wurden dieselben Messungen an zwei Serien von Lampen B und C durchgeführt, die nicht erfindungsgemäß sind. Die Lampen B entsprechen den erfindungsgemäßen Lampen (A) mit dem Unterschied, daß das Zirkon-Getter im Außenkolben fehlt. Die Lampen C weisen ein Entladungsgefäß auf, das mit Argon bis zu einem Druck von 20 Torr gefüllt ist, und einen evakuierten Außenkolben. Im Außenkolben der Lampen C ist ferner ein Bariumgetter vorgesehen. Aufbau und Füllung der Lampen C sind übrigens gleich denjenigen der Lampen A.ben, was measured at various points in time during the operating period. The measurements are in the table below summarized in column A. For comparison, the same measurements were carried out on two series of lamps B and C, which are not according to the invention. The lamps B correspond to the lamps (A) according to the invention with the difference that the zirconium getter in the outer bulb is missing. The lamps C show a discharge vessel which is filled with argon up to a pressure of 20 Torr, and an evacuated outer bulb. A barium getter is also provided in the outer bulb of the lamp C. Incidentally, the structure and filling of lamps C are the same as those of lamps A.

Aus der Tabelle geht deutlich hervor, daß das Ersetzen von Argon im Entladungsgefäß durch ein Gemisch aus Neon und Argon nur einen geringen Einfluß auf die Anfangs-Zündspannung hat (vgl. die Spalten A und B mit C). Die Erhöhung der Zündspannung während der Lebensdauer wird jedoch durch diese Maßnahme größtenteils verhindert. Aus den Messungen an den Lampen B (ohne Wasserstoffgetter) geht hervor, daß diese Lampen, obwohl die Zündspannung während der Lebensdauer niedrig genug bleibt, sofort nach dem Zünden wieder erlöschen.The table clearly shows that replacing argon in the discharge vessel with a mixture of neon and argon has only a slight influence on the initial ignition voltage (cf. columns A and B with C). The increase in the ignition voltage during the service life, however, is largely prevented by this measure. From the measurements on lamps B (without hydrogen getter) it appears that these lamps, though the ignition voltage remains low enough during the service life, go out again immediately after ignition.

TABEL

Brenn
stundenBrenn
hours Zündspannung in VoltIgnition voltage in volts BB. CC. 0
100
1000
20000
100
1000
2000 AA. 240-260
240-260
280-300*)240-260
240-260
280-300 *) 260-300
260-350
350-400
400-550260-300
260-350
350-400
400-550 240-260
240-260
260-280
260-280240-260
240-260
260-280
260-280

*) Lampen erlöschen sofort nach dem Zünden.*) Lamps go out immediately after ignition.

Zum Verringern der Zündspannung kann bei den erfindungsgemäßenIn order to reduce the ignition voltage, the inventive

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Lampen an einem der Stromzuführungsdrähte im Außenkolben ein Bimetallstreifen befestigt werden, der als äußere Zündelektrode dient und der im kalten Zustand an demjenigen Ende des Entladungsgefäßes anliegt, wo sich die Elektrode befindet, die mit dem erwähnten Stromzuleitungsdraht nicht verbunden ist. Beim Erwärmen des Entladungsgefäßes bewegt sich der Metallstreifen derart, daß der Kontakt mit der Wand des Entladungsgefäßes unterbrochen wird. Dies ist deshalb erforderlich, weil sich herausgestellt hat, daß die im Entladungsgefäß vorhandenen zugeordneten Elemente auf elektrolytischem Wege durch die Quarzglaswand hindurch verschwinden konnten, wenn im warmen Zustand ein Metallstreifen an der Wand ruhen blieb. Dieser Metallstreifen hat nämlich gegenüber der nächstliegenden Elektrode eine Spannung, die gleich der Brennspannung der Lampe ist. Es ist erwiesenermaßen möglich, erfindungsgemäße Lampen für eine Belastung von 400 W und mit der oben beschriebenen Zündelektrode versehen ohne Verwendung eines Zündapparates bei Netzspannung von 220 V zu zünden.Lamps a bimetallic strip is attached to one of the power supply wires in the outer bulb, which acts as the outer ignition electrode serves and which, when cold, is in contact with the end of the discharge vessel where the electrode is located, which is not connected to the mentioned power supply wire. The metal strip moves when the discharge vessel is heated such that the contact with the wall of the discharge vessel is interrupted. This is necessary because it has been found that those present in the discharge vessel associated elements could disappear electrolytically through the quartz glass wall, if a metal strip remained on the wall when it was warm. This metal strip has a voltage opposite the closest electrode that is equal to the burning voltage of the Lamp is. It has been proven possible to use lamps according to the invention for a load of 400 W and with the one described above Provide ignition electrode to ignite at mains voltage of 220 V without using an ignition device.

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:

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Claims

PATENT CLAIMS »

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M .J Wall- stabilized high-pressure mercury vapor discharge lamp with an ignition voltage lower than 500 volts, which lamp has a quartz glass discharge vessel and an outer bulb surrounding this vessel, with a mixture of neon and argon and iodide of at least one of the Elements sodium, lithium, cadmium, thallium, indium, tin, dysprosium, gallium, lead and scandium, characterized in that the paum. ", From the discharge vessel and the outer bulb contains a mixture of nitrogen and neon and that in a selective hydrogen getter is located in this space.

". High-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the noble gas mixture in

of 0.1-5.0 percent by volume argon and 99.9-95.0 neon under a pressure of 10-100 torr

*. High-pressure mercury vapor discharge lamp according to claim 1 or ?. Characterized in that the gas mixture between discharge vessel and outer bulb of nitrogen and nominal, wherein the pressure of the neon at 2O ⁰ C 50 - 300 Torr, the pressure of nitrogen is 100 - 400 Torr.

A, high-pressure mercury vapor discharge lamp according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the hydrogen contains getter zirconium metal.

1Q9886/1220; jh1Q9886 / 1220; century

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