DE2517962C3 - Elektrische Gasentladungslampe mit einer Schicht aus einem kernförmigen Leuchtstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Gasentladungslampe mit einer an der Entladungsscitc eines Trägers angeordneten Schicht aus kornförmigem

Leuchtstoff.

In derartigen Lampen wird die durch die Gasentladung ausgestrahlte Strahlungsenergie von dem kornförmigen Leuchtstoff durch Absorption in langwellige ·. Strahlung umgewandelt. Die Entladung wird entweder in einer Niederdruck- oder in einer Hochdruck quecksilberdampfatmosphäre erzeugt. Bei Lampen mit der erstgenannten Atmosphäre befindet sich der Leuchtstoff meistens an der Innenseite der Wand des

ι« eigentlichen Entladungsrauines; bei Lampen mit der zweiten Atmosphäre befindet er sich meistens auf einem Kolben, der die eigentliche Entladungsröhre umgibt.

Aus der DE-AS 1001415 ist eine Entladungslampe

ι' mit einem Reflektor bekannt, bei der ein Teil der Innenfläche des äußeren Kolbens, nämlich der der Seite des freien Lichtaustritts gegenüberliegende Teil, mit drei aufeinanderfolgenden Schichten aus Spiegelsilber, Kieselsäure und Leuchtstoff überzogen ist. Die

in Kieselsäureschicht wird verwendet, weil das Silber den Leuchtstoff vergiftet, während gleichzeitig der Leuchtstoff die reflektierenden Eigenschaften der Silberschicht teilweise zerstört. Die Kieselsäureschicht zeigt zwar gewisse Diffusionseffekte für ultraviolette

r. Strahlung, denen zufolge das ultraviolette Licht beim Lumineszenzvorgang besser verwertet wird. Die Diffusionseffekte bewirken aber auch, daß das ultraviolette Licht auch in anderen Richtungen als in der gewünschten Richtung zerstreut wird. Bei der bekannten

«ι Lampe gleicht die Silberschicht dies aus; fehlt ein solcher Reflektor, so wirken sich die Diffusionseffekte nachteilig aus.

Nach der US-PS 2 290186 wird zwischen der Glaswand und der Leuchtstoffschicht einer Entladungs-

r> lampe eine FilterschichT angeordnet. Die Filterschicht dient dazu. Licht in Farbtönen zu erzeugen, für die es keine käuflich erhältlichen Leuchtstoffe gibt. Bei den Stoffen, die diese Filterung bewirken, handelt es sich um farbige Stoffe, z. B. um Cadmiumsulfid. Da-

m neben kann die Filterschicht auch noch Bariumsulfat enthalten, das als guter Reflektor für ultraviolettes Licht dieses Licht in die Leuchtstuffschicht zurück reflektiert, in der dann sichtbares Licht erzeugt wird. Eine Möglichkeit, dabei die Leuchtstoffmenge zu re-

i, duzieren. wird in der besagten Patentschrift nicht erwähnt.

Unter einem Material, das ultraviolette Strahlung gut reflektiert, ist ein Material zu verstehen, das im Vergleich zu einem Leuchtstoff ultraviolette Strah-

Vi lung nur wenig ansorbiert

Bei Lampen der eingangs erwähnten Art wird eine hohe Ausbeute angestrebt, d. h ein möglichst großer Teil der der Lampe /ugeführten elektrischen Energie soll in die gewünschte Strahlung umgewandelt wer-

-,, den. Diese Ausbeute ist von vielen Faktoren abhangig, u a von der Zusammensetzung und von der Menge des Leuchtstoffes. F)a der Leuchtstoff, insbesondere wenn dafür teure Stoffe verwendet werden, weil sie 7. H teure F-Iemente wie Seltene F-.rden enthalten, et-

Mi nen ziemlich großen Teil der Kosten der !.arnpe verursacht, wird außerdem angestrebt, die Vknge an erförderlichem Leuchtstoff möglichst klein zu halten. Diese zwei Bedingungen lassen sich in den meisten Fallen nicht ohne weiteres miteinander in Einklang

_hr, bringen. Deswegen hat man spezielle Maßnahmen getroffen, die Leuchtstoffmenge ohne Reduzierung der Ausbeute herabzusetzen.
So ist in der GB-PS 603326 die Möglichkeit einer

Verringerung der Leuchtstoff menge durch Anbringen einer Ultraviolettstrahlung gut reflektierenden Schicht zwischen der Leuchtstoffschicht und ihrem Träger beschrieben. Die reflektierende Schicht sendet Ultraviolettstrahlung, die nicht direkt durch die Leuchtstoffschicht umgewandelt worden ist, nach dieser Schicht zurück, an welcher Stelle die Ultraviolettstrahlung nachträglich in Strahlung umgewandelt wird. Dadurch kann die Leuchtstoffmenge in der Leuchtstoffschicht herabgesetzt werden, d. h. die Dicke dieser Schicht kann kleiner als bei Abwesenheit der reflektierenden Schicht gewählt werden. Zwar benötigt man jetzt ein zusätzliches Material, nämlich das ultraviolettreQekUerende Material, und es muß zweimal eine Schicht aufgetragen werden, aber trotzdem kann man eine Ersparnis erreichen, da eine derartige Ultraviolettstrahlung reflektierende Schicht aus einem billigen Material bestehen kann, z. B. aus Magnesiumoxid.

In der US-PS 2892956 ist eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe beschrieben, deren Schichtaüfbsu weitgehend detn der Lampe gemäß der GB-PS 603 326 entspricht. Darüber hinaus - ird in der US-Patentschrift die Möglichkeit erwähnt, auf der Innenseite einer Lampe ehe einzige Schicht anzubringen, die aus einer Mischung von reflektierendem Material mit Leuchtstoff besteht. Es wird jedoch in dieser Patentschrift betont, daß dadurch die an sich gewünschte Erhöhung der Lichtausbeute nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten von Lampen noch weiter zu reduzieren, indem die Menge der erforderlichen Leuchtstoffe herabgesetzt wird, ohne daß dadurch eine Verringerung der Lichtausbeute eintritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen Gasentladungslampe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schicht aus kornförmigem Leuchtstoff aus mindestens zwei übereinanderliegenden Teilschichten besteht, wobei die direkt an d.r Entladung liegende Teilschicht nur aus Leuchtstoff besteht und die nicht direkt an der Entladungsseite liegende(n) Teilschicht(en) aus einer Mischung des Leuchtstoffes mit einem weißen Material besteht (bestehen), das nichtleuchtend ist und eine Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge über 240 nm hat. die kleiner ist als 20% der Absorption dieser Strahlung durch diejenige Komponente des I .euchtstoffes, die die geringste Absorptionsfähigkeit für diese Strahlung hat. und wobei das Verhältnis der Menge an weißem Material zur Menge des I .euchtstoffes in einer Teilschicht um so großer ist, je weiter diese Teilschicht von der Entladung entfernt ist.

Der Unterschied zwischen dei erfindungsgemäßen Gasentladungslampe und den bekannten Gasentladungslampen besteht demnach darin, daß zwischen der !,euchtstoffschicht an der Hntladungsseite und dem Träger mindestens eine Schicht vorhanden ist. die nicht ausschließlich aus Material, das Ultraviolett- , strahlung gut reflektiert, und auch nicht aus einem derartigen Material im Gemisch mit Filterstoffen und ähnlichen Materialien, sondern aus einem derartigen Material in einer Mischung mit Leuchtstoff besteht.

Ermittlungen und Versuche haben ergeben, daß, , wenn der obenerwähnten Anforderung für die Absorption von Ultraviolettstrahlung durch das weiße Material unter BeibchaKung der gleichen Strahlungsausbeute der Lampen oder in manchen Fällen sogar bei einem Anstieg davon entsprochen wird, eine stärkere Ersparnis erhalten werden kann als bei der Anwendung der Maßnahme nach der obenerwähnten

' britischen Patentschrift, indem weniger Leuchtstoff und/oder ultraviolettreflektierendes Material erforderlich ist. Dies wird nachstehend anhand von Beispielen und anhand einer Zeichnung nachgewiesen.

ι Die Absorptionsfähigkeit des weißen Materials für sichtbare Strahlung ist sehr gering. Dies ist nicht mit einer geringen Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung identisch. Umgekehrt jedoch hat ein Material mit einer geringen Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung eine zumindest gleich geringe Absorptionsfähigkeit für sichtbare Strahlung. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß ein weißes Material ausgewählt, dessen Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge über 240 nm

ι kleiner ist als 10% der Absorption dieser Strahlung durch denjenigen Leuchtstoff, der ^f-^;j diese Strahlung die geringste Absorptionsfähigke» besitz

Das Anwenden des erfindungsgemäßen Prinzips ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Leuchtstoffschicht an der Entladungsseite zwischen 80 und 99^ der Gesamtmenge der umgewandelten Ultraviolettstrahlung umwandelt. Ein derartiger Umwandlungsprozentsatz, der erwünscht ist, um eine Lampe mit einer hohen Strahlungsausbeute zu verwirklichen, kann durch die Verwendung von Materialien mit einer sehr hohen Ultraviolettabsorption erhalten werden; die Schicht kann dabei sehr dünn und daher billig sein. Eine derartige sehr dünne Schicht läßt dennoch eine gewisse Ultraviolettstrahlungsmenge durch, da durch die Kornstruktur keine völlig dichte Schicht zu verwirklichen ist.

Hat die Schicht an der Entladungsseite eine nicht so hohe Ultraviolettabsorption, so muß die Schichtdicke größer gewählt werden. Für eine hohe Ultraviolettabsorption wäre jedoch eine derart große Schichtdicke erforderlich, daß sich bei der Haftung große Schwierigkeiten ergeben wurden und die Schicht sich selbstverständlich stark verteuern würde. Man ist also gezwungen, eine nicht zu dicke Schicht zu wählen. Die Folge davon ist jedoch, daß dabei noch eine gewisse Menge von Ultraviolettstrahlung durchgelassen wird. Die durchgelassene Ultraviolettstrahlung wird jetzt erfindungsgemäß in der Schicht oder in den Schichten, die nicht an den Entladungsraum grenzen, zum Teil in die gewünschte Strahlung umgewandelt, zum Teil vom weißen Material in Richtung der Entladung reflektiert und u. a. von der an der Entladungsseite liegenden Schicht in die gewünschte Strahlung umgewandelt.

Da eic zur Umwandlung in die gewünschte Strahlung verfügbare Ultraviolettstrahlungsmnnge mit größerem Abstand zur Entladung abnimmt, muß das Verhältnis der Menge an weißem Material zur Leuchtstoffmenge in den von der Entladung entfernteren Teilschicht^n größer werden. Theoretisch müßte sich dieses Verhältnis von der Entladung zum Träger ständig vergrößern. In der Praxis ist dies jedoch schwer zu Verwirklichen, und man wird daher Teilschichten verwenden. Man wird im allgemeinen sogar nur zwei Teilschichten verwenden, nämlich eine Teilschicht ohne und eise mit weißem Material, das eine geringe Absorptionsfähigkeit für ultraviolette Strahlung aufweist. Das Anbringen zweier Teilschichlen

gehört nämlich zur allgemeingänygen Technik für Fluoreszenzlampen.

Die Erfindung wirkt sich arh besten aus, wenn die Umwandlung in der Teilschicht an der Entladungsseite zwischen 90 und 99% liegt. Übersteigt diese Umwandlung 99%, so wird der Effekt der folgenden Teilschicht (der folgenden Teilschichten) allerdings nur sehr gering sein.

Die Korngröße des weißen Materials in den TeÜ-schichten übt einen gewissen Einfluß auf die Reflexion bzw. Absorption der Ultraviolettstrahlung und auf die Haftung dieser Schichten aus. Vorzugsweise wird die mittlere Korngröße des weißen Materials kleiner als die mittlere Korngröße des Leuchtstoffes gewählt.

Die Erfindung ist nicht auf Lampen beschränkt, die zum Aussenden sichtbarer Strahlung allein dienen. Sie ist genauso auf Lampen anwendbar, die Ultraviolettstrahlung mit einer größeren Wellenlänge als der der in der Entladung erzeugten Ultraviolettstrahlung aussenden. Beispiel dafür sind Lampen für photochemische Verfahren, wie Lackhärtung und Farbtrocknung. Ferner ist die Erfindung auch für Lampen für kosmetische Zwecke brauchbar.

Die Erfindung ist von wesentlicher Bedeutung für die Anwendung in Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen, in denen sich die Schichten an der Innenseite der umhüllenden Glaswand des Entladungsraums befinden, kann aber genausogut bei Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen angewandt werden, bei denen der Träger durch einen Kolben gebildet wird, der die eigentliche Entladungsröhre umgibt.

Weiße Stoffe, die sich insbesondere für die Anwendung des Prinzips der Erfindung eignen, sind Bariumsulfat und Calciumpyrophosphat. Man kann jedoch auch gute Ergebnisse mit Magnesiumoxid erreichen. Die mittlere Korngröße liegt vorzugsweise zwischen 1 und 5 Mikrometer, da die üblichen Leuchtstoffe auch eine derartige mittlere Korngröße haben.

Beispiele für brauchbare Leuchtstoffe sind blauleuchtendes mit zweiwertigem Europium aktiviertes Bariummagnesiumaluminat (Ba_0?Eu₀ |Mg^AI_lf)O₂₇), grünieuL-'nientJes mil dreiwertigem v^er und Terbium aktiviertes Magnesiumaluminat

(Ce₀₆₇Tb₀JjMgAl₁₁O₁₉) und rotleuchtendes mit dreiwertigem Europium aktiviertes Yttriumoxid (Y₁ ,,Eu₀₀₅O₃). Mit einer Mischung dieser drei Stoffe in einer' Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe kann eine sehr hohe Lichtausbeute und eine sehr gute Farbwiedergabe verwirklicht werden. Die Stoffe sind jedoch sehr teuer, da sie Seltene Erden enthalten. Durch die Anwendung der Erfindung kann die in der Leuchtschicht vorhandene Gesamtmenge dieser teuren Stoffe verringert werden.

Die Teilschicht an der Entladungsseite kann auch billigere Stoffe wie Calciumhalophosphate mit einer etwas geringeren Ultraviolettabsorption enthalten. Wie oben bereits erwähnt, ist die Anwendung des Prinzips der Erfindung auch dabei von Vorteil. Zwar ist die Ersparnis dabei geringer, aber die Gesamtmenge des Leuchtmaterials kann dennoch kleiner gewählt werden. Abgesehen von der Ersparnis kann dies hinsichtlich der Herstellung vorteilhaft sein. Größere Schichtdicken ergeben nämlich größere Haftungsprobleme. Außerdem kann man die Korngröße der Stoffe in weiteren Grenzen eben dadurch variieren, daß die Teilschicht an der Entladungsseite dünner sein kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine 40-Watt-Niedcrdruck-' quecksilberdampfentladungslampe, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der die

• Lichtausbeuten verschiedener Lampen nach Fig. 1 miteinander verglichen werden.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Wand einer Entladungs^ lampe mit einer Länge von ungefähr 1200 nun und einem ungefähren Durchmesser von 38 mm. Im Ent-η ladungsraum dieser Lampe befinden sich die Elektroden 2 und 3. Die Entladung wird mit Hilfe dieser Elektroden im Entladungsraum erzeugt, der mit Quecksilberdampf und mit einem oder mehreren Edelgasen gefüllt ist, wie es für diese Art von Lampen

H üblich ist. An der Innenseite der Lampenwand 1 be-

• finden sich zwei mit 4 und 5 bezeichnete übereinanderliegende Teilschichten.

Im Entladungsraum der obe ■ . wähnten Lampe wird bei geeignet gewählten Spannungen eine Entla-

-'() dung erzeugt" die "in hohem Maße Ultraviolettstrahlung aussendet, insbesondere bei einer Wellenlänge von 254 nm. Diese Strahlung regt die Leuchtstoffe in den Schichten 4 und 5 an. Abhängig von der Art dieser Stoffe senden die Schichten eine spezifische ge-

2Ί wünschte Strahlung aus, die im sichtbaren und/oder im langwelligen Ultraviolettbereich des Spektrums lieger kann. Die Schichten 4 und S enthalten den gleichen Leuchtstoff oder die gleiche Leuchtstoffmischung. In der Schicht 4 ist der leuchtstoff jedoch

ίο mit einem weißen Material gemischt, das eine geringe Absorptionsfähigkeit für ultraviolette Strahlung aufweist, z. B. Bariumsulfat oder Calciumpyrophosphat.

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, in der auf

j) der Abs2'.isse ein doppelter Maßstab verwendet ist. Der Maßstab α stellt die Leuchtstoffmenge dar, die sich in der Schicht 4 befindet; der Maßstab b stellt die Gesamtmenge des Leuchtstoffes in den Schichten 4 und 5 dar. Auf der Ordinate ist die Lichtaus-

■m beute L in Lumen aufgetragen.

Bei einer bekannten Lampe mit einer einzigen Leuchtstoffschicht, deren Leuchtstoff aus mangan- und itnümunaküvici icni ^ainuiijp

steht, wurde festgestellt, daß bei einer Bedeckungvon

-n ungefähr 6,5 g eine maximale Lichtausbeute von ungefähr 3100 Lumen erhalten wurde. Wenn die Leuchtstoffschicht erfindungsgemäß aus zwei Teilschichten aufgebaut wird (4 und 5), wobei die Schicht 5 drei Gramm Leuchtstoff und die Schicht 4

-,ο eine schwankende Leuchtstoffmenge in Mischung mit Bariumsulfat oder Calciumpyrophosphat mit gleicher mittlerer Korngröße enthält (etwa 4 Mikrometer), werden die in der graphischen Darstellung wiedergegebenen Kurven erhalten. Neben jeder Kurve ist die

-,-, Menge y (in Gramm) der Menge des weißen Materials in der Schicht 4 vermerkt. Diese Menge schwankt also von y = 0 bis y = 6. Der Wert y = 0 gehört also zu derjenigen Lampe, bei der kein weißes Material in der Schicht 4 vorhanden ist. Die zwei Teilschichten 4

no und 5 bilden dabei eine einzige Schicht. Der Verlauf dieser Kurve zeigt also, daß mit ungefähr 6,5 Gramm eine Lichtausbeute von 3100 Lumen erhalten wird. Aus den anderen Kurven läßt sich ableiten, daß die gleiche Lichtausbeute mit bedeutend weniger leuch-

(,T tendem Material in der Schicht 4 erhalten werden kann. Dadurch sinkt die Gesamtmenge des erforderlichen Leuchtstoffes ab, die auf der Abszisse im Maßstab b angegeben ist. Gleichfalls ist aus der Figur er-

sichtlich, daß man sogar höhere Lichtausbeuten als bei Abwesenheit von Weißem Material (Pigment) erhalten kann. Durch die Anwendung der Erfindung kann man also mit einer geringeren Leuchtstoffmenge Lampen mit gleicher oder höherer Liehtausbeute ver-

wirklichen.

Man kann die Menge an weißem Pigment nicht be* liebig vergrößern, Weil man dabei eine derart große Schichtdicke 4 bekommt, daß unüberwindliche Haftungsschwierigkeiten auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrische Gasentladungslampe mit einer an der Entladungsseite eines Trägers angeordneten Schicht aus kornförmigem Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus mindestens zwei übereinanderliegenden Teilschichten (4, 5) besteht, wobei die direkt an der Entladung liegende Teilschicht (S) nur aus Leuchtstoff besteht und die nicht direkt an der Entladungsseite liegende(n)Teilschicht(en) (4) aus einer Mischung des Leuchtstoffs mit einem weißen Material besteht (bestehen), das nichtleuchtend ist und eine Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge über 240 nm hat, die kleiner ist als 20% der Absorption dieser Strahlung durch diejenige Komponente des Leuchtstoffes, die die geringste Absorptionsfähigkeit für diese Strahlung Sat, und wobei das Verhältnis der Menge an weitern Matei .al zur Menge des Leuchtstoffes in einer Teiischicht um so größer ist, je weiter diese Tcil- «chicht von der Entladung entfernt ist.

2. Elektrische Gasentladungslampe nach Antpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weiße Material eine Absorptionsfähigkeit für Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge über 240 nm hat, die kleiner ist als 10% der Absorption dieser Strahlung durch diejenige Komponente des Leuchtstoffes, die die geringste Absorptionsfähigkeit für diese Strahlung hat.

3. Elektrische Gasentladungslampe nach An- «pruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die an der Entladungsseite liegende leuchtende Teiischicht (5) umgewandelte Teil der auf diese Schicht auffallenden Ultraviolettstrahlung twischen 80 und 99% der von der Leuchtschicht umgewandelten Gesamtmenge der Ultraviolettttrahlung liegt.

4. Elektrische Gasentladungslampe nach Antpruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Protentsatz zwischen 90 und 99'; liegt.

5. Elektrische Gasentladungslampe nach Anipruch 1.2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß tlie mittlere Korngröße des weißen nichtleuchtentlcn Materials kleiner als die mittlere Korngröße des Leuchtstoffes ist.

6. Elektrische Gasentladungslampe nach An- »pruch 1, 2. 3. 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weiße nichtleuchtende Material aus Bariumsulfat besteht.

7. Elektrische Gasentladungslampe nach Antpruch 1. 2. 3. 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß das weiße nichtleuchtende Material aus C'alci-Umpyrophosphat besteht

K. Elektrische Gasentladungslampe nach Antpruch I. 2. 3. 4, 5. fi oder 7, dadurch gekennreichnet. daß bei Verwendung als Niederdruckl|uei;ksilhcrdampfentladungslampe die Leuchtstoff schicht aus /weι Teilschichtcn besteht