DE2029303A1

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Info

Publication number: DE2029303A1
Application number: DE19702029303
Authority: DE
Priority date: 1969-06-20
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1970-12-23
Also published as: FR2046977B1; US3602758A; FR2046977A1; BE751930A; NL7008973A

Description

Düsseldorf, 12. Juni 1970

Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Elektrische Entladungsanordnung mit einer aus mehreren Leuchtstoffkomponenten unterschiedlichen Preises aufgebauten Leuchtschicht bestimmter spek traler Energieverteilung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungs- ' anordnungen mit Leuchtstoffen vorgegebener spektraler Energieverteilungen.

Die Verwendung mehrerer Leuchtstoffe mit bestimmten spektralen Energieverteilungen als Bestandteile eines Gemisches mit einer vorgegebenen resultierenden spektralen Energieverteilung ist allgemein bekannt. Dabei soll das Leuchtstoffgemisch naturgemäß möglichst weißes Licht bei maximaler Ausbeute abgeben. In den meisten Fällen wurden solche Gemische bisher einfach so hergestellt, daß die verschiedenen definierten Leuchtetoffkomponenten miteinander vermengt und dann als einzelne Schicht beispielsweise auf der Innenseite einer herkömmlichen Leuchtstofflampe oder der Innenwand einer Hochdruck-Quecksilberdampf-Anordnung aufgetragen wurden.

Die Anordnung gesonderter Schichten aus unterschiedlichen Leuchtstoffen auf der Vorder- und Rückseite einer flachen Leuchtstofflampe ist aus der US-Patentschrift 3 409 792 bekannt.

Es wurde festgestellt, daß der Hauptteil der in einer Leuchtstofflampe erzeugten UV-Strahlung durch einen verhältnismäßig kleinen Anteil der gesamten Leuchtetoffmenge absorbiert wird, und zwar

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Telegramm· Cuatopat

den Teil, der der Strahlungsquelle am nächsten ist. Dieser einen solchen unverhältnismäßig hohen Anteil an UV-Strahlung absorbierende Leuchtstoffanteil emittiert auch mit einer entsprechend höheren Leuchtintensität als die übrige Leuchtstoffmenge.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Entladungslampenanordnung mit einer vorbestimmten, durch ein Gemisch aus bestimmten Leuchtstoffkomponenten gelieferten spektralen Energieverteilung, bei der der erforderliche Anteil an teureren Komponenten unter Aufrechterhaltung der resultierenden gewünschten spektralen Energieverteilung verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leuchtstoffe in Form mehrerer gleichförmiger Schichten auf einem beispielsweise von dem Glaskolben gebildeten Träger angeordnet werden, wobei als erstes eine oder mehrere Grundschichten aus dem weniger teuren Material unmittelbar auf den Träger aufgetragen werden, während das teurere Material die Grundschicht oder Grundschichten als gesonderte Deckschicht überzieht und damit der Entladung sowie der davon ausgehenden UV-Strahlung am nächsten liegt.

Die das teurere Material enthaltend© Deckschicht absorbiert einen größeren Anteil der UV-Strahlung, bei entsprechender Zunahme der Leuchtintensität des von diesem teureren Material ausgesandten Lichtes. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mehrere gesonderte Leuchtstoffschichten an der Innenfläche einer herkömmlichen rohrförmig langgestreckten Niederdruck-Quecksilberentladungsanordnung angebracht.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung »it der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen %

Fig. 1 teilweis® im Schnitt ein© S®it®iaaiasictet einer erfindungsgemäß beschießtetoh Ni@d@rd«ick-Quecksi!bereut-

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Flg. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Standard-Hochdruck-Quecksilberdampfentladungsrohres, das von einem erfindungsgemäß beschichteten Kolben umgeben ist;

Fig. 3 ein Diagramm der spektralen Energieverteilung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem die relative Emissionsenergie in Abhängigkeit von der Wellenlänge in mn aufgetragen ist; und

Fig. 4 ein Diagramm der spektralen Energieverteilung für ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls die relative Emissionsenergie in Abhängigkeit von der Wellenlänge in nm aufgetragen ist.

Mit Fig. 1 ist eine Leuchtstofflampe mit einem herkömmlichen, rohrförmig langgestreckten Glaskolben 10 gezeigt, an dessen gegen-UberliegendenEnden Elektroden 12 zur Aufrechterhaltung der Entladung angebracht sind. Im Inneren des Kolbens befindet sich in bekannter Weise eine Füllung aus Quecksilber und einem inerten Gas. An der Innenfläche des Kolbens 10 ist eine erste Leuchtstoffschicht 14 aufgetragen. Auf der ersten Schicht 14 ist eine gesonderte zweite Schicht 16 aus einem anderen Leuchtstoff angeordnet.

Wie bekannt, erzeugt eine Niederdruck-Quecksilberentladung eine Quecksilberresonanzstrahlung mit einer starken UV-Komponente. Diese UV-Komponente, deren Wellenlänge vornehmlich bei 254 nm liegt, regt die Leuchtstoffe an, so daß diese durch Fluoreszenz eine sichtbare Strahlung abgeben.

Die gesonderten Leuchtstoffschichten nach der Erfindung lassen die teure Leuchtstoffschicht, die der UV-Quelle am nächsten ist, einen größeren Anteil der UV-Strahlung absorbieren als dies für die gleiche Menge eines solchen Leuchtstoffes in einem Stoffgemisch möglich wäre, wie das normalerweise der Fall ist, wobei bei Verwendung eines zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Energieverteilung geeigneten Leuchtstoffgemisches eine" der Leuchtstoff komponenten besonders teuer sein kann. Es wurde jedoch gefun-

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den, daß durch Anordnung dieser sehr teuren Gemischkomponente als gesonderte Schicht, auf die die UV-Strahlung zuerst auftrifft, der zur Erzeugung der vorgegebenen spektralen Energieverteilung erforderliche Anteil dieser Komponente an dem gesamten Stoffgemisch erheblich herabgesetzt werden kann.

InVerbindung mit einem besonderen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung mit einer vorgegebenen spektralen Energieverteilung entsprechend sog. "Living White"-Licht, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, mit Farbtonkoordinaten χ - 0,366, y » 0,376 und ζ - 0,258 und einer Farbtemperatur von annähernd 4400° K wurde ein Gemisch der nachstehenden bekannten Standard-Leuchtstoffkomponenten verwendet:

ο Für eine 40 W-T12->Lampe etwa 1,78 mg/cm mit Zinn aktiviertes

Strontiummagnesiumphosphat; etwa 2,3 mg/cm mit Antimon aktivier-

2 tes Strontium-Blau-Halophosphat; etwa 0,09 mg/cm mit Mangan akti-

2 viertes Zinksilicat; und etwa 0,46 mg/cm Yttrium-Europiumoxid. Die Yttrium-Europiumoxidkomponente dieses Gemisches, stellt den roten Anteil der gesamten spektralen Energieverteilung. Diese Komponente ist für die ausgewogene Lichtabgabe und die sehr hohe Farbwiedergabetreue verantwortlich. Die Seltenerdmetalle Yttrium und Europium sind teuer, so daß größere Mengen dieses Materials das Gemisch teuer machen.

Es wurde gefunden, daß bei Mischung des Strontiummagnesiumphosphats, des Strontium-Blau-Halophosphats und des Zinksilicats, Auftrag dieses Gemisches als erste Schicht und anschließende Beschichtung dieser Schicht mit einer weiteren gesonderten Schicht aus Yttrium-Europiumoxid für.die Gesamtanordnung dieselbe spektrale Energieverteilung mit etwa einem Fünftel der Yttrium-Europium-' oxidmenge erzeugt werden kann, die bei Verwendung einer einzelnen. Schicht aus einem Gemisch dieser Leuchtstoffe benötigt würde. Die erste Schicht wird nach Mischung der Stoffgemische zu einem Lack mit Nitrocellulose als Bindemittel mit einer Schichtstärke von

2 4,49 mg/cm aufgebracht. In dem Gemisch sind etwa 41 Gew% des trockenen Leuchtstoffes Strontiummagnesiumphosphat, 55 Gew% Strontium-Blau-Halophosphat und etwa 2 Gew% Zinksilicat. Nach Trocknung dieser ersten Schicht wird eine weitere, im wesentlichen

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gleichförmige Schicht aus Yttrium-Europiumoxid als Lack mit Äthylcellulose als Bindemittel mit einer Schichtstärke von 0,9 mg/cm aufgebracht. Der gesamte Aufbau wird in Luft erhitzt, um die flüchtigen Bindemittel auszutreiben, wobei die gesonderte Deckschicht aus Yttrium-Europiumoxid-Leuchtstoff zurückbehalten wird. Die spektrale Energieverteilung für diese verbesserte Lampe ist im wesentlichen die gleiche wie bei einer mit einer einzelnen Gemischschicht versehenen Lampe. Während jedoch im letztgenannten Fall der Anteil an Yttrium-Europiumoxid etwa 10 Gew% des Leuchtstoffes ausmacht, beträgt er in der doppelschichtigen Ausführung nach der Erfindung nur etwa 2 Gew% des Leuchtstoffmaterials.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die spektrale, mit Fig. 4 gezeigte Energieverteilung einer 40 W-Leuchtstofflampe nach der Erfindung als sog. "Weißglutfarbe" bezeichnet werden. Die Farbtemperatur beträgt etwa 2800° K, wobei die CIE-Farbtonkoordinaten χ - 0,456, y - 0,415 und ζ = 0,129 sind.

Zur Erzielung dieser "Weißglutfarbe" bzw. dem Licht einer Glühlampe entsprechenden spektralen Energieverteilung nach der vorliegenden Erfindung wird eine erste Leuchtstoffschicht aus einem Gemisch der bekannten Mangan-aktivierten Zinkorthosilicat- und Calciumwolframat-Leuchtstoffe aufgebracht. Für einen rohrförmigen 40 W-T12-Kolben wird unter Verwendung eines Lacks mit Nitrocellulose als Bindemittel, wie es allgemein bekannt ist, die erste

Schicht mit etwa 1,77 mg/cm des Mangan-aktivierten Zinkorthosili-

2 cats und etwa 0,92 mg/cm des Calciumwolframats aufgebracht. Nach

Trocknung dieser ersten Schicht wird eine gesonderte Deckschicht

2 mit etwa 0,77 mg/cm Yttrium-Europiumoxid unter Verwendung eines Lacks mit Äthylcellulose als Bindemittel aufgetragen. Die Bindemittel werden durch Behandlung des beschichteten Kolbens in bekannter Weise verdampft, womit die Lampenherstellung dann soweit abgeschlossen ist. Eine solche Lampe weist im Betrieb dann eine spektrale Energieverteilung auf, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

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Um die gewünschte spektrale Energieverteilung bei Verwendung einer

einzigen Schicht aus einem Gemisch der gleichen Stoffe zu erzielen,

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sind etwa 2,3 mg/cm Yttrium-Europiumoxid, etwa 0,85 mg/cm ZnSiO₄

:Mn, und etwa 0,46 mg/cm Calciumwolframat erforderlich. Somit wird der notwendige Anteil an teurem Yttrium-Europiumoxid durch die vorliegende Erfindung auf etwa ein Drittel verringert.

In Verbindung mit der Erfindung kann jede Zahl von Gemischzusammenstellungen verwendet werden. Eine maximale Ausbeute an sichtbarem Licht und eine maximale Farbwiedergabe lassen sich erzielen, indem im Gebiet von drei speziellen Bereichen des sichtbaren Spektrums für eine schmale Emission halber Breite gesorgt wird. Der Bestimmung von zu einer solchen schmalen Emission mit halber Breite in den gewünschten Bereichen geeigneten Stoffen ist auf dem Gebiet der Leuchtstoffe ein großes Maß an Forschungsarbeit gewidmet worden. Wie allgemein bekannt, neigen die Seltenerdmetalle dazu, linienförmig oder mit schmaler Bandbreite zu emittieren, so daß viele der in Verbindung mit Gemischen eingesetzten neuen Leuchtstoffe Seitenerdmetal!verbindungen enthalten. Diese Leuchtstoffe sind im allgemeinen sehr teuer und daher bei herkömmlichem Einsatz in homogenen Gemischen nur von beschränkter kommerzieller praktischer Bedeutung. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine erhebliche Verringerung des erforderlichen Anteils eines bestimmten teuren Leuchtstoffes einer speziellen spektralen Energieverteilung für die Komplettierung einer mit sehr gutem Wirkungsgrad arbeitenden Leuchtstoffgemischanordnung.

In Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen wurden spezielle Bindemittel für das Aufbringen der einzelnen Leuchtstoff schichten beschrieben. Dabei sei jedoch klargestellt, daß es zur Bildung der einzelnen gesonderten Leuchtstoffschichten grundsätzlich nur darauf ankommt, einen Lack mit einem Bindemittel zu verwenden, das nach Trocknung genügend stabil ist, um zu verhindern, daß beim Aufbringen weiterer Leuchtstoffschichten in pastenförmigem Zustand eine bereits getrocknet© Sshicht oder bereits getrocknete Schichten ange§priffen werden. Das Aufbringen der Schichten selbst erfolgt in herkömmlicher Weis®.

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Bei der praktischen Anwendung der Erfindung in verschiedenen, auf der Hand liegenden Abwandlungsformen, beispielsweise zusammen mit anderen Leuchtstoffanordnungen, werden die Schichtdichten jeweils so eingestellt, daß insgesamt die gewünschte spektrale Energieverteilung erhalten wird.

Allgemein ist einem Zwetehichtaufbau gegenüber einem Aufbau aus drei oder mehr gesonderten Schichten der Vorzug zu geben, weil dabei der Herstellungsaufwand geringer gehalten werden kann.

Bei Einsatz der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Hochdruck-Quecksilberdampf-Anordnung entsprechend der mit Fig. 2 gezeigten Lampe werden naturgemäß vorzugsweise Leuchtstoffe mit sehr gutem Temperaturabhängigkeitsverhalten verwendet. Die einzelnen Leuchtstoffschichten sind dabei auf der Innenfläche des äußeren Glaskolbens 22 angeordnet, der das Entladungsrohr 24 hermetisch abgedichtet umgibt.

Für die praktische Anwendung der Erfindung bieten sich zahlreiche Zusammenstellungen von Leuchtstoffen an. Noch zu erwähnende teure Leuchtstoffe, die sich aufgrund ihrer spektralen Energieverteilung als Deckschicht in einer Zusammenstellung mehrerer Leuchtstoffschichten eignen, sind Magnesiumfluorogermanat, Mangan-akt!viertes Calciumdigallat und Europium-akt!viertes Indiumborat. Die aufgeführten Leuchtstoff gemische stellen lediglich spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, auf die die Erfindung nicht beschränkt ist. ,.■-■'

Wenn entsprechend einem weiteren AusfUhrungsbeispiel drei Leuchtstoffe erforderlich sind, um eine bestimmte spektrale Energieverteilung zu erhalten, und dabei der eine Leuchtstoff sehr teuer, ein weiterer etwas billiger und der dritte noch billiger ist, so werden diese drei Leuchtstoffe vorzugsweise als drei gesonderte Schichten in einer Reihenfolge aufgebracht, so daß der billigste Leuchtstoff die erste Schicht, der teurere Leuchtstoff die zweite Schicht und der teuerste Leuchtstoff die dritte und oberste Schicht bildet.

Patentansprüche:

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Claims

- 8 -Patentansprüche

ι l.¹ Elektrische Entladungsanordnung mit einem lichtdurchlässigen Kolben und einer im Inneren des Kolbens angeordneten, UV-Strahlung abgebenden Quelle sowie an der Innenfläche des Kolbens aufgetragenen vorgegebenen Mengen bestItemter Leuchtstoffe mit unterschiedlich hohem Preis, die auf die UV-Strahlung ansprechen und eine vorgegebene resultierende spektrale Energieverteilung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Leuchtstoffe unterschiedlichen Preises in bestimmten Schichten (14, 16) übereinander angeordnet sind, von denen die Schicht mit dem teuersten Leuchtstoff die oberste, von derUV-Strahlung zuerst beaufschlagte Schicht bildet, so daß der Anteil der von der Schicht aus dem teuersten Leuchtstoff absorbierten Strahlung zunimmt und die zur Emission einer bestimmten Leuchtintensität notwendige Menge an teuerstem Leuchtstoff abnimmt.
2. Elektrische Entladungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Schichten von der teuersten Schicht aus zum Kolben hin in einer Reihenfolge abnehmenden Preises für die Leuchtstoffe der einzelnen Schichten aufeinander· folgen.
3. Elektrische Entladungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Schicht (14) im wesentlichen aus einem Gemisch von vorgegebenen Mengen an Zinn-aktiviertem Strontiummagnesiumphosphat und Mangan-aktiviertem Zinksilicat und die oberste Schicht (16) im wesentlichen aus Yttrium-Europiumoxid besteht.
4. Elektrische Entladungsanordnungnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Schicht (14) im wesentlichen aus einem Gemisch vorgegebener Mengen an Mangan-aktiviertem Zinkorthosilicat und Calcluawolframat und die oberste Schicht (16) im wesentlichen aus Yttrium-Europiumoxid besteht.

KN/sch 3

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