DD253116A5 - Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Abstract

Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit sehr guter Farbwiedergabe und mit der Farbtemperatur von 2 300 bis 3 300 K. Die Lampe ist mit einer Leuchtstoffschicht versehen, die folgendes enthaelt: a ein mit sb3 und Mn2 aktiviertes leuchtendes Erdalkalimetallhalophosphat mit einer Farbtemperatur von 2 900 bis 5 000 K; b einen mit Eu2 aktivierten Leuchtstoff mit dem Emissionsmaximum von 470 bis 500 nm; c ein mit Ce3 und Mn2 aktiviertes leuchtendes Seltenerdmetallmetaborat mit roter Mn2-Emission, und d ein leuchtendes mit Ce3 aktiviertes Aluminat mit Granatkristallstruktur, das blaue Strahlung unter 480 nm absorbiert. Die Leuchtstoffschicht enthaelt weiter: e einen gruenleuchtenden, mit Mn2 aktivierten Stoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 510 bis 535 nm. Durch den Zusatz des Stoffes e kann die Menge des Stoffes d beschraenkt werden, wodurch Farbpunktunterschiede zwischen den Lampen untereinander vermieden werden. Figur

Description

0,01 =S x=S 0,15 0 s= ρ s= 3 0 ss q s= 1.

5. Lampe nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff e zumindest ein Stoff aus der Gruppe der mit zweiwertigem Mangan aktivierten Zinkorthosilikate, der mit zweiwertigem Europium und mit zweiwertigem Mangan aktivierten Bariumaluminate mit hexagonaler Kristallstruktur und der mit zweiwertigem Europium und mit zweiwertigem Mangan aktivierten Bariummagnesiumaluminate mit hexagonaler Kristallstruktur ist.

6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoffschicht den Stoff e in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% enthält.

7. Lampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht aus einer homogenen Mischung der Leuchtstoffe besteht.

8. Lampe nach Anspruch I₁ bei der die Leuchtstoffschicht auf der Innenwand der Kolbens liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leuchtstoffschicht und dem Kolben eine zweite Leuchtstoffschicht liegt, die eine Mischung eines leuchtenden, mit dreiwertigem Antimon und mit zweiwertigem Mangan aktivierten Erdalkalimetallhalophosphats mit der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung von 2900 bis 5000K und eines leuchtenden, mit dreiwertigem Cer aktivierten Aluminats mit Granatkristallstruktur enthält.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit sehr guter Farbwiedergabe, mit einer Farbtemperatur des ausgestrahlten weißen Lichts im Bereich von 2300 bis 3300 K und mit dem Farbpunkt auf oder nahe bei der Planck-Kurve, wobei diese Lampe mit einem gasdichten, Strahlung durchlassenden Kolben, der Quecksilber und Edelgas enthält, und mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist, die folgendes enthält:

a zumindest ein mit dreiwertigem Antimon und mit zweiwertigem Mangan aktiviertes leuchtendes Erdalkalimetallhalophosphat mit der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung von 2900 bis 5000K;

b zumindest einen mit zweiwertigem Europium aktivierten Leuchtstoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 470 bis 500nm und mit einer Halbwertbreite des Emissionsbandes von höchstens 90nm; c ein mit dreiwertigem Cer und mit zweiwertigem Mangan aktiviertes leuchtendes Seltenerdmetallmetaborat mit monokliner Kristallstruktur, dessen Grundgitter der Formel Ln(Mg,Zn,Cd)B₅Oi₀ entspricht, worin Ln zumindest eines der Elemente Yttrium, Lanthan und Gadolinium darstellt und worin bis20Mol-%von B durch Al und/oder Ga ersetzt sein kann und welches Metaborat eine rote Mn²⁺-Emission aufweist, und

d ein leuchtendes, mit dreiwertigem Cer aktiviertes Aluminat mit Granatkristallstruktur, das blaue Strahlung mit Wellenlängen unter 480 nm wenigstens teilweise absorbiert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Derartige Lampen sind aus der niederländischen Patentanmeldung 8301445 (PHN 10662) bekannt. Mit diesen Lampen wird eine sehr gute Farbwiedergabe, d. h. der mittlere Farbwiedergabeindex R (a, 8) hat einen Wert von mindestens 85, bei einer niedrigen Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung erhalten. In der Praxis können sogar Werte von R (a, 8) von 95 und darüber erreicht werden. Dazu muß in diesen Lampen die Emission von einer Anzahl von Leuchtstoffen kombiniert werden. An erster Stelle enthalten die Lampen ein leuchtendes Metaborat mit roter Mn²⁺-Emission (dem Stoffe) zusammen mit einem mit zweiwertigem Europium aktivierten Stoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 470-500 nm und mit einer Halbwertbreite von höchstens 90nm (dem Stoff b) und ein leuchtendes Halophosphat (dem Stoff a). Mit einer derartigen Kombination von Leuchtstoffen können Lampen für Farbtemperaturen von etwa 3200K und darüber hergestellt werden. Zum Erhalten niedriger Farbtemperaturen werden die Lampen an zweiter Stelle mit einem leuchtenden, mit dreiwertigem Cer aktivierten Aluminat mit Granatstruktur versehen (dem Stoff d), das als Mittel zum Absorbieren blauer Strahlung und zum Umsetzen dieser Strahlung in Nutzstrahlung mit größeren Wellenlängen dient.

Ein großer Vorteil dieser bekannten Lampen besteht darin, daß sie einen hohen Lichtstrom und eine nur geringe Abnahme des Lichtstroms während der Lebensdauer aufweisen. Dies ist auch der Fall bei relativ hoher Strahlungsbelastung in Lampen mit geringem Durchmesser, beispielsweise bei einem Innendurchmesser von 24 nm. Ein weiterer Vorteil ist, daß niedrige bissehr niedrige Farbtemperaturen (bis etwa 2300K) erhalten werden können. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Leuchtstoffschicht einen weiteren mit Tb³⁺ aktivierten Stoff zugesetzt wird. Die erwähnten Leuchtstoffe können als homogene Mischung in die Leuchtstoffschicht angebracht werden. Weiter ist es möglich, die Leuchtstoffschicht aus Teilschichten aufzubauen, wobei einer oder mehrere der Leuchtstoffe in einer Schicht angebracht werden und diese Schicht durch eine zweite Schicht abgedeckt wird, die die übrigen Stoffe enthält. Beispielsweise kann man den blau absorbierenden leuchtenden Granat auf der Innenwand des Lampenkolbens in Form einer dünnen Schicht anbringen und darauf eine Schicht, die aus einer homogenen Mischung der übrigen Leuchtstoffe besteht.

Ein Nachteil der bekannten Lampen ist, daß sie gegenseitig Unterschiede im Farbpunkt der ausgesandten Strahlung aufweisen können. Dies ist eine Folge des Vorhandenseins des leuchtenden Granats. Denn es hat sich gezeigt, daß die während der Produktion der Lampen auftretende sehr geringe Streuung in der Dicke der Leuchtstoffschicht die erwähnten Farbpunktunterschiede ergibt, und zwar in stärkerem Maße je nachdem die Schicht mehr des Granats enthält.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Unterschiede im Farbpunkt der ausgesandten Strahlung zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen mit einer sehr guten Farbwiedergabe bei einer niedrigen Farbtemperatur zu schaffen, bei denen der erwähnte Nachteil der Farbpunktstreuung nahezu beseitigt oder zu einem Mindestmaß reduziert wird.

Dazu ist eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht weiter enthält:

e einen grünleuchtenden, mit zweiwertigem Mangan aktivierten Stoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 510 bis

Es wurden gefunden, daß bei einem bestimmten Farbpunkt der von der Lampe ausgesandten Strahlung ein Zusatz grüner Mn²⁺-Emission mittels des Stoffes e eine Reduzierung der Menge des leuchtenden Granats zur Folge hat. Dabei bleibt der hohe Wert von R (a, 8) erhalten, was sich gar nicht erwarten ließ. Dann aus der bereits genannten niederländischen Patentmeldung 8301445 stellt sich heraus, daß eine Erhöhung des vorzugsweise vorhandenen Beitrags grüner Tb³⁺-Emission zwar in einer Reduzierung der Menge des leuchtenden Granats führt, aber daß dabei eine unzulässige Verringerung des R (a, 8)-Werts unvermeidliach ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe ist, daß durch die verringerte Menge des leuchtenden Granats die Dicke der Leuchtstoffschicht den Farbpunkt der ausgesandten Strahlung weniger beeinflußt, wodurch Farbpunktunterschiede zwischen den Lampen untereinander zu einem Mindestmaß beschränkt werden.

Bevorzugt werden Lampen nach der Erfindung, bei denen die Leuchtstoffschicht weiter einen mit dreiwertigem Terbium aktivierten Leuchtstoff (der Stoff f) enthält, der grüne Tb³⁺-Emission aufweist. Wie bei den bekannten Lampen hat ein derartiger Stoff f den Vorteil, daß mit den Lampen ein höherer Lichtstrom erhalten wird, und daß niedrigere Farbtemperaturen erreichbar sind. In erfindungsgemäßen Lampen rührt jedoch ein Teil des Strahlungsbeitrags im grünen Teil des Spektrums aus dem mit Mn²⁺ aktivierten Stoff e her, wodurch ein hoher R (a, 8)-Werk gewährleistet ist.

Vorteilhaft werden erfindungsgemäße Lampen verwendet, bei denen das leuchtende Metaborat c weiter mit dreiwertigem Terbium aktiviert ist und gleichfalls der Stoff f ist und der Formel " (Y,La,Gd)₁._x._yCe_xTb_y(mg,Zn,Cd)₁.pMnpB₅Oio entspricht, worin

0,01 «x«1-y 0,01 s= y s= 0,75 0,01 si ρ s= 0,30 sind,

und worin bis zu 20 Mol-% von B durch Al und/oder Ga ersetzt sein kann. Diese Lampen bieten den Vorteil, daß sowohl die rote Mn²⁺-Emission als auch die grüne Tb³⁺-Emission von nur einem Leuchtstoff geliefert werden. Der gewünschte relative Beitrag dieser Emission kann durch Variieren der Konzentrationen an Mn und Tb im Metaborat eingestellt werden.

Bevorzugt werden erfindungsgemäße Lampen, bei denen der Stoff d folgender Formel entspricht:

Ln₃._xCe_xAI₅.p._qGapSc_q0i2, worin Ln zumindest eines der Elemente Yttrium, Gadolinium, Lanthan und Lutetium darstellt, und worin

0,0.1 «x s; 0,15 .

0ΐ ps= 3 OsJ q s: 1.

Derartige leuchtende Granate besitzen hervorragende Absorptionseigenschaften im blauen Teil des Spektrums Und liefern einen guten Beitrag zum Lichtstrom der Lampe insbesondere, wenn ρ = q = 0 gewählt wird.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff e zumindest ein Stoff aus der Gruppe der mit Mn²⁺ aktivierten Zinkorthosilikate, der mit Eu²⁺ und mit Mn²⁺ aktivierten Bariumaluminate mit hexagonaler Kristallstruktur und der mit Eu²⁺ und Mn²⁺ aktivierten Bariummagnesiumaluminate mit hexagonaler Kristallstruktur ist. Die genannten Silikate (Zn₂SiO₄; Mn²⁺ Willemit) und hexagonale Aluminate sind bekannte Leuchtstoffe die eine sehr wirksame, ziemlich schmalbandige Mn²⁺-Emission mit dem Maximum im Bereich von 510 bis 535nm aufweisen. Bevorzugt werden derartige Lampen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Leuchtstoffschicht den Stoff ein einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% enthält.

Vorzugsweise werden erfindungsgemäße Lampen verwendet, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Leuchtstoffschicht aus einer homogenen Mischung der Leuchtstoffe besteht. Eine Leuchtstoffschicht aus einer derartigen Mischung läßt sich in der Lampe leichter anbringen als eine Leuchtstoffschicht aus Teiischichten.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe, bei der die Leuchtstoffschicht aus einer homogenen Mischung besteht und auf der Innenwand des Kolbens liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leuchtstoffschicht und dem Kolben eine zweite Leuchtstoffschicht liegt, die eine Mischung eines leuchtenden, mit Sb⁺³ und mit Mn²⁺ aktivierten Erdalkalimetallhalophosphats mit der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung von 2900 bis 5000K und eines leuchtenden, mit Ce³⁺ aktivierten Aluminate mit Granatkristallstruktur enthält. Eine derartige Lampe bietet den Vorteil, daß die Dicke der ersten Leuchtstoffschicht kleiner sein kann, so daß je Lampe weniger der in dieser Schicht vorhandenen, verhältnismäßig kostbaren Leuchtstoffen vorhanden sind. Dabei wird vorzugsweise die in der zweiten Leuchtstoffschicht vorhandene Menge des leuchtenden Granats nahezu gleich groß wie die Menge dieses Granats in der ersten Leuchtstoffschicht gewählt und der Farbpunkt der von der zweiten Leuchtstoffschicht allein ausgesandten Strahlung wird möglichst nahe beim gewünschten Farbpunkt der Lampe gewählt.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lampen werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch und im Schnitt eine erfindungsgemäße Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe. In Fig. 1 bezeichnet 1 die Glaswand der Niederdruck-Quecksilberdampfladungslampe. An den Enden der Lampe befinden sich Elektroden 2 und 3, zwischen denen im Betrieb der Lampe die Entladung erfolgt. Die Lampe ist mit Edelgas, das als Zündgas dient, und weiter mit einer geringen Quecksilbermenge gefüllt. Die Lampe hat eine Länge von 120cm und einen Innendurchmesser von 24mm und ist zum Aufnehmen einer Leistung von 36W im Betrieb bestimmt. Die Wand 1 ist an der Innenseite mit einer Leuchtstoffschicht 4 bedeckt, die die Leuchtstoffe a, b, c, d und e enthält. Die Schicht 4 kann auf eine übliche Weise auf der Wand 1 angebracht werden, beispielsweise mittels einer Suspension, die die Leuchtstoffe enthält. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Lampen und in Lampen, die zum Vergleich hergestellt wurden, wurden Leuchtstoffe verwendet, die in der nachstehenden Tabelle angegeben werden. Die Tabelle erwähnt, außer der Formel für jeden Stoff, weiter den Farbpunkt (x, y) der von jedem dieser Stoffe ausgesandten Strahlung, wenn der Stoff als einziger Leuchtstoff in einer Lampe verwendet wird. Außer der in der Tabelle erwähnten Stoffe wurde ein leuchtender Granat (YAG) nachstehender Formel verwendet.

Y₂,₉Ce₀,iAl_sO₁₂

Tabelle

Leuchtstoff

Formel

CBTM CBT SAE

Halo 2900 Willemit

Ce₀,₂Gdo,₆Tbo,₂MgB₅0₁₀

Ca₉₁SsCdO₁I₂(PO₄)BF₁₁₇CI₀₁₄ Zn₂SiO₄; Mn²⁺

0,51.8	0,345
0,324	0,535
0,151	0,364
0,437	0,402
0,246	0,614

Beispiel 1

Lampen der anhand der Zeichnung dargestellten Art wurden mit einer Leuchtstoffschicht (etwa 4g pro Lampe) hergestellt, die aus einer homogenen Mischung besteht von

71,4Gew.-%CBTM 9Gew.-%SAE 15Gew.-% Halo 2900 4,6Gew.-% Willemit.

Die Mischung enthielt weiter 10g YAG pro 100g der genannten Stoffe.

An den Lampen wurden eine Farbtemperatur von etwa 2700K und ein R (a, 8)-Wertvon 93 gemessen. Die Mittelwerte der Farbkoordinaten des Farbpunkts betrugen χ = 0,461 undy = 0,414. Die Streuung in den Werten von χ und y zwischen den Lampen untereinander betrug weniger als 0,005, wodurch keine störenden Farbpunktunterschiede festgestellt wurden.

Beispiel 2

Lampen vom gleichen Typ wie in Beispiel 1 wurden mit einer Leuchtstoffschicht (ca. 4g pro Lampe) versehen, die aus einer homogenen Mischung besteht von 68Gew.-%CBTM 9Gew.-%SAE 18Gew.-% Halo 2900 5 Gew.-% Willemit. '

Die Mischung enthielt weiter 9g YAG pro 100 g der genannten Stoffe.

An den Lampen wurden eine Farbtemperatur von etwa 2700K und ein R (a, 8)-Wertvon 93 gemessen. Der Farbpunkt hatte die Koordinaten χ = 0,461 undy = 0,411, wobei wiederum die Streuung weniger als 0,005 betrug.

Vergleichsbeispiele

Zum Vergleich wurden einige Lampenreihen hergestellt, die keinen grünleuchtenden mit Mn²⁺ aktivierten Stoff enthielten (nicht erfindungsgemäß), aber die im übrigen völlig analog den Lampen nach den Beispielen 1 und 2 waren (Farbtemperatur mit den gleichen Wert von 2700K und mit nahezu gleichem Farbpunkt).

(a) Lampen wurden mit einer homogenen Mischung versehen aus

74Gew.-%CBTM 19Gew.-%SAE 7Gew.-% Halo 2900

in einer Leuchtstoffschicht (etwa 4g pro Lampe), die weiter 16g YAG pro 100 g dieser Leuchtstoffe enthielt. Diese verhältnismäßig geringe YAG-Menge war zum Erhalten des gewünschten Farbpunkts erforderlich. Die Lampen hatten einen R (a, 8)-Wert von etwa 95. Die Streuung sowohl in der x- als auch in der y-Koordinate des Farbpunkts der Lampen betrug jedoch etwa 0,008, wodurch störende Farbpunktunterschiede zwischen den Lampen untereinander festgestellt wurden.

(b) Lampen wurden mit einer homogenen Mischung versehen aus

69,1 Gew.-% CBTM 10Gew.-%SAE 18Gew.-% Halo 2900 2,9Gew.-%CBT.

Durch den zusätzlichen Beitrag im grünen Teil des Spektrums durch Zusatz von CBT war in diesen Lampen im Vergleich zur Serie (a) eine geringere YAG-Menge erforderlich (und zwar 13g pro 100g der genannten Leuchtstoffe), um den gewünschten Farbpunkt zu erreichen. Die YAG-Menge war jedoch immer noch so groß/daß eine störende Farbpunktstreuung auftrat. Weiter war der R (a, 8)-Wert auf 92 gesunken.

(c) Lampen wurden mit einer homogenen Mischung versehen aus

68,3Gew.-% CBTM 9Gew.-%SAE 18Gew.-% Halo 2900 4,7Gew.-%CBT.

Durch den verhältnismäßig hohen zusätzlichen Beitrag im grünen Teil des Spektrums durch CBT war in diesen Lampen nur 9g YAG pro 100g der übrigen Leuchtstoffe zum Erreichen des gewünschten Farbpunkts erforderlich. Der R (a,8)-Wert dieser Lampen war jedoch aufwerte von etwa 88 abgesunken, was für praktische Anwendungen, bei denen sehr hohe Anforderungen an die Farbwiederga'be gestellt werden, unzulässig niedrig ist.

Claims (4)

1. -1- Z53 Π6 Patentansprüche:

   1L Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit sehr guter Farbwiedergabe, mit einer Farbtemperatur des ausgestrahlten weißen Lichts im Bereich von 2300 bis 3300K und mit dem Farbpunkt auf oder nahe bei der Planck-Kurve, wobei diese Lampe mit einem gasdichten, Strahlung durchlassenden Kolben, der Quecksilber und Edelgas enthält, und mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist, die folgendes enthält:

   a zumindest ein mit dreiwertigen Antimon und mit zweiwertigem Mangan aktiviertes leuchtendes Erdalkalimetallhalophosphat mit der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlen von 2900 bis 5000K;

   b zumindest einen mit zweiwertigem Europium aktivierten Leuchtstoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 470 bis 500 nm und mit einer Halbwertbreite des Emissionsbandes von höchstens 90nm;

   c ein mit dreiwertigem Cer und mit zweiwertigem Mangan aktiviertes leuchtendes Seltenerdmetallmetaborat mit monokliner Kristallstruktur, dessen.Grundgitter der Formel Ln(Mg,Zn,Cd)B₅Oi₀ entspricht, worin L_n zumindest eines der Elemente Yttrium, Lanthan und Gadolinium darstellt und worin bis zu 20Mol.-% von B durch Al und/oder Ga ersetzt sein kann und welches Metaborat eine rote Mn²⁺-Emission aufweist, und

   d ein leuchtendes, mit dreiwertigem Cer aktiviertes Aluminat mit Granatkristallstruktur, das blaue Strahlung mit Wellenlängen unter 480 nm wenigstens teilweise absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht weiter enthält:
   e einen grünleuchtenden, mit zweiwertigem Mangan aktivierten Stoff mit dem Emissionsmaximum im Bereich von 510 bis 535nm.
2. 2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht weiter einen mit dreiwertigem Terbium aktivierten Leuchtstoff (den Stoff f) enthält, der grüne Tb³⁺-Emission aufweist.
3. 3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leuchtende Metaborat c weiter mit dreiwertigem Terbium aktiviert ist und gleichfalls der Stoff f ist und der Formel

   ₅O₁₀ entspricht, worin

   0,01 =£x=S 1-y
   0,01 s= y s= 0,75
   0,01 «Ξ ρ s= 0,30 sind,

   und worin bis zu 20 Mol.-% und B durch Al und/oder Ga ersetzt sein kann.
4. 4. Lampe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff d der Formel Ln3._xCe_xAI₅._p._qGa_pSc_q0i2 entspricht, worin Ln zumindest eines der Elemente Yttrium, Gadolinium, Lanthan und Lutetium darstellt, und worin