DE2642704A1 - Fluoreszenzlampe - Google Patents

Fluoreszenzlampe

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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einer besonderen Art Leuchtstoffüberzug zur Emission weißen Lichtes bei Anregung durch die von der Quecksilberdampfentladung erzeugte UV-Strahlung. Mehr im besonderen soll diese Art der Lampe für allgemeine Beleuchtungszwecke bei einer Färbtemperatur im Bereich von 2700 bis 65OO 0K mit einer befriedigenden Farbwiedergäbe und einer höheren Emissionswirksamkeit als übliche Fluoreszenzlampen vom Deluxe-Typ eingesetzt werden.
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Die Verwendung mehrerer Leuchtmaterialien in Kombination zur Erzeugung einer vorbestimmten gesamtspektralen Energieverteilung ist bekannt. Es ist auch bekannt, solche Materialkombinationen als ein Gemisch oder in Form von zwei oder mehr Schichten anzuwenden, in denen eine Schicht im allgemeinen ein Gemenge der einzelnen Leuchtstoffe ist. Besonders gut bekannte Leuchtstoffgemenge in Form eines einzelnen Leuchtstoffüberzuges für eine Weißemission schließen zwei Mischungen für Deluxe-Kaltweiß und Deluxe-Warmweiß ein. Diese schon gut bekannten Zweikomponenten-Leuchtstoffmischungen enthalten im allgemeinen einen Mangan- oder Antimon-aktivierten Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoff einschließlich verschiedener Koiubinationen davon. Konventionelle Fluoreszenzlampen vom Deluxe-Typ stellen einen Kompromiß zwischen der Leuchtwirksamkeit (Lumenabgabe/Watt) und der Farbwidergabe dar, da eine bessere Farbwislergabe im allgemeinen unter Verringerung der Leuchtwirksamkeit um bis zu 35 % oder mehr erzielbar ist. Eine befriedigende Farbwdsdergabe für Fluoreszenz lampen vom Deluxe-Typ beträgt etwa 80 oder mehr, gemessen nach dem allgemein anerkannten Farbwiedergabeindex der Commission Internationale d'Eclairage, abgekürzt C.I.E.-Index. Die Farbtemperatur der Emission in diesen Lampen ist für die warmweißen Deluxelampen bei etwa 3000 0K, für die standardweißen Deluxelampen bei etwa 3500 0K, für die kaltweißen Deluxelampen bei etwa 4200 0K und für die TagesIicht-Deluxelampen bei etwa 65OO 0K festgelegt, gemessen durch die C.I.E.-Chromatizitäts-Werte χ und y.
Bei einer relativ neuen Fluoreszenzlampen-Entwicklung werden verschiedene Leuchtstoffe auf der Grundlage seltener Erdmetalloxyde angewendet, die eine höhere Leuchtwirksamkeit als die üblichen Leuchtstoffe haben, um die Gesamtwirksamkeit der Leuchtstoffkombination zu erhöhen. Ein in dieser Weise angewendeter Leuchtstoff aus seltenem Erdmetalloxyd wird im allgemeinen mit zwei oder mehr verschiedenen Leuchtstoffmaterialien vermengt, um die wirksame Gesamtemission zu erzeugen. In einer anderen bekannten Ausführungsform wird der relativ teure Leuchtstoff aus seltenem Erdmetalloxyd als eine getrennnte Oberschicht auf einer Leuchtstoffgemengeschicht aus billigeren Leuchtsteffen verwendet, um die Absorption der UV-
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Strahlung durch das teure Material zu erhöhen und damit auch die Gesamtemission. Eine solche Kombination gestattet es, eine vorbestimmte spektrale Energieverteilung unter Verwendung von weniger Leuchtstoffmaterial aus seltenem Erdmetalloxyd zu erhalten als wenn eine einzelne Leuchtstoffschicht aus der vermengten Mischung angewendet werden würde.
Die vorliegende Erfindung schafft eine besondere Kombination von zwei verschiedenen Leuchtstoff materialien, um eine verbesserte Leuchtwirksamkeit bei vergleichbarer Farbwiedergabe in einer Fluoreszenzlampe vom Deluxe-Typ zu erzielen. Mehr im besonderen wurde festgestellt, daß eine Kombination eines Stromtiumhalogenapatit-Leuchtstoffes mit einem Europium-aktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoff die erwünschte Emission in einem Färbtemperaturbereich von etwa 27OO bis etwa 6500 K erzeugt, wobei sowohl eine befriedigende Färbwiedergäbe als auch eine höhere Leuchtwirksamkeit als mit üblichen Leuchtstoffgemengen erhalten v/erden kann. Die besonderen Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffe, die in dieser Weise benutzt werden können, sind bekannt, und die allgemeine Klasse solcher Leuchtstoffmaterialien ist in der US-PS 2 488 733 beschrieben. Die brauchbaren Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffe umfassen Strontium-
i st * halogenphosphat-iilauleuchtstoff, der Antimon-aktiviert / i5trontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff, koaktiviert mit Antimon und Mangan,
sowie Strontiumhalogenphosphat-Gelbleuchtstoff, der eine noch größere Mangan-Aktivatormenge enthält. Die brauchbare Klasse dieser Leuchtstoffmaterialien kann durch die folgende Formel wiedergegeben werden:
3r10-x-ySbxMVP(VoA2 '
worin A ein halogenidion ist, ausgewählt aus F, Cl und deren Kombinationen, χ einen Wert im Bereich, von etwa 0,04 bis 0,15 und y einen Wert im Bereich von etwa 0,01 bis 0,42 haben kann. Diese Leuchtstoffmaterialien können in üblicher Weise durch Glühen einer Mischung von SrHPOj4, SrCO SrF2, MnCO und Sb3O3 für 4 bis 6 Stunden bei 1100 0C1 hergestellt werden.
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Für die vorliegende Erfindung brauchbare Europium-aktivierte Yttriumoxyd-Leuchtstoffe sind auch bekannt und in der US-PS 3 301 791 beschrieben. Wie im folgenden mit bezug auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert werden wird, erfolgt die Auswahl der jeweiligen Bestandteile für die Leuchtstoffmischung und des Anteils dieser Leuchtstoffbestandteile in einem Gemenge in einer spezifischen Weise aus einer vorbestimmten erwünschten Energieverteilung im sichtbaren Spektralbereich, gemessen durch die C.I.E.-Chromatizitäts-Werte χ und y.
Die Beschreibung besonderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der im einzelnen folgendes dargestellt ist:
Figur 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht einer Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Emissionskurve im sichtbaren Spektralbereich für ein Leuchtstoffgemenge gemäß der vorliegenden Erfindung und
Figur 3 ein C.I.E.-Chromatizitäts-Diagramm, das die Linie des schwarzen Körpers enthält und die Angabe der entsprechenden Färbtemperaturen für verschiedene Fluoreszenzlampeη vom Deluxe-Typ.
Die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendete besondere Leuchtstoffkombination benutzt einen Leuchtstoffbestandteil mit relativ breiten Bandemissionen im unteren Spektralbereich von etwa 45ΟΟ bis 59ΟΟ 8 zusammen mit einem spezifischen Seltenerdoxyd-Leuchtstoff mit schmaler Bandemission in dem Spektralenergiebereich von etwa 6OOO bis etwa 615Ο 8 für die höhere Emissionswirksamkeit und eine befriedigende Farbwiedergabe bei der erwünschten Farbtemperatur. Durch Variieren des Gewichtsverhältnisses dieser Leuchtstoffbestandteile in dem Gemenge wird es möglich, wie im folgenden noch näher erläutert wird, in etwa die gleiche Färbtemperatur zu erzielen, die von üblichen Fluoreszenzlampen vom Deluxe-Typ emittiert wird. Die Verbesserung in der Gesamtemission resultiert aus
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der relativ höheren Emissionswirksamkeit des Seltenerdoxyd-Leuchtstoffes, verglichen mit der des Zinn-aktivierten Orthophosphat-Leuchtstoffes, der derzeit in den genannten konventionellen Lampen verwendet wird. Es hat sich auch gezeigt, daß die in der erfindungsgemäßen Lampe eingesetzte Leuchtstoffkombination diesen Nutzen ohne einen merklichen Nachteil bei der Lampenwartung ergibt.
In Figur 1 ist eine Fluoreszenzlampe 1 gezeigt, die einen langgestreckten Kolben 2 aus Sodakalksilikatglas mit kreisförmigem Querschnitt aufweist. Die Entladungseinheit in dieser Lampe weist die übliche Elektrodenstruktur 3 an jedem Ende auf, die durch die Zuleitungen 4 bzw. 5 gehalten ist, die sich durch eine Glasquetschdichtung 6 in einem Stempel 7 zu den Kontakten eines Sockels 8 erstrecken, der an den gegenüberliegenden Enden der Lampe befestigt ist. Die die Entladung aufrechterhaltende Füllung in dem abgedichteten Glasrohr besteht aus einem Inertgas wie Argon oder einer Mischung aus Argon und anderen Gasen bei geringem Druck in Kombination mit einer geringen Menge Quecksilber, um die Lampe bei geringem Dampfdruck arbeiten zu lassen. Die innere Oberfläche des Glaskolbens ist mit einem Leuchtstoffüberzug 9 versehen, der sich im wesentlichen über die gesamte Kolbenlänge und um die Innenwand des Kolbens erstreckend aufgebracht ist.
Zur besseren Veranschaulichung der durch die vorliegende Erfindung erzielten Verbesserung des EmissionsVerhaltens für die obige Art Lampe wurde die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Leuchtstoffkombination als vermengtes Gemisch eingesetzt und es wurden verschiedene 1IO-WT12-Lampen für Vergleichs zwecke mit üblichen Fluoreszenzlampen vom Deluxe-Typ konstruiert, wobei ein Strontiumhalogenphosphat-Blau oder ein Surontiumhalogenphosphat-Grün mit Zinn-aktiviertem Strontiumorthophosphat in etwa gleichen Gewichtsanteilen verwendet wurde. Die üblichen weißes Licht gebenden Deluxe-Lampen hatten einen Lumenwert von etwa 2100 bei 100 Stunden mit einer Färbtemperatur innerhalb des in Figur 3 gezeigten Farbovals, während die Lampen mit der erfindungsgemäß eingesetzten Leuchtstoffkombination aus etwa 80 Teilen St'rontiumhalogenphosphat-
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Grün und 20 Teilen Europium-aktiviertem Yttriumoxyd in dem vermengten Gemisch eine Lumenleistung von 275Ο bei etwa der gleichen Farbtemperatur erzielten. Die erfindungsgemäßen Lampen wiesen weiter eine 5-8 #ige Lumenherabsetzung nach 1000 Brennstunden auf, was der Aufrechterhaltungs-Leistungsfähigkeit der getesteten üblichen Fluoreszenzlampen vom Deluxe-Typ vergleichbar ist.
Das Emissionsspektrum für die oben beschriebene Lampenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Aus dieser Emissionskurve im sichtbaren Spektralbereich ist ersichtlich, daß sich die Breitbandemission über die Spektralregion von etwa 45ΟΟ bis 5900 8 erstreckt, was dem Anteil des Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoffes in dem Gemenge zuzuschreiben ist, der die folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
Sr8,71SbO,O52MllO,17(POit)6·0'93 SrF2·
Der Anteil der Emissionskurve, der sich von etwa 5800 S bis 6200 8 erstreckt, ist dem Anteil des Seltenerdoxyd-Leuchtstoffes in dem Gemisch zuzuschreiben, der eine chemische Zusammensetzung hat, die durch die Formel
Eu3+:Y2O
wiedergegeben werden kann. Ein Farbwiedergabe-Indexwert von 82 wurde für diese Lampe nach dem C.I.E.-Verfahren erhalten. Die Chromatizitätswerte χ und y für diese Lampe wurden nach dem bekannten C.I.E.-Verfahren zu χ = 0,404 und y = 0,395 ermittelt. Diese Chromatizitätswerte liegen in Figur 3 im gleichen Farboval wie die für übliche Lampen für weißes Licht vom Deluxe-Typ.
Vergleichbare Ergebnisse wurden mit einer anderen gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzten Leuchtstoffkombination für eine warmweiße Deluxe-Farbemission erhalten, die einen Farbpunkt innerhalb oder benachbart des Farbovals haben, das in Figur 3 für übliche warmweißes Licht gebende Deluxe-Lampen gezeigt ist. Im Einzel-
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' . -r- S ■
fall wurde ein hochwirksamer Strontiumhalogenphosphat-Gelbleuchtstoff mit der Formel
Sr6Sb1VInO,33(PO4)6·0'93 SrF2
mit Europium-aktiviertem Yttriumoxyd in solchen Anteilen vermengt, daß der erwünschte Farbpunkt benachbart der Linie des schwarzen Körpers erhalten wurde. Dieses Leuchtstoffgemisch umfaßte etwa 83 Teile des gelben Strontiumhalogenphosphat-Leuchtstoffes und 17 Teile des Europium-aktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoffes und man erhielt in 100 Stunden eine Lumenabgabe von 2900 Lumen in 4O-WT12-Larnpen. Die mit dieser Mischung erzielten Chromatizitätswerte betrugen χ = 0,445 und y = 0,415, die einem Farbpunkt tenachbart dem erwünschten Farboval entsprachen.
Ein anderes Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht die Ergebnisse, die mit einer besonderen Leuchtstoffkombination erhalten wurden, die eine kaltweiße Deluxe-Farbemission bei einer höheren Wirksamkeit ergibt, als sie mit konventionellen Deluxe-Leuchtstoffgemengen erhältlich ist. Im besonderen Falle wurde eine Mischung mit 80 Teilen eines Strontiumhalogenphosphat-Blaugrünleuchtstoffes koaktiviert mit Antimon und Mangan und der Strukturformel
und 20 Teilen Europiumaktiviertem Yttriumoxyd-Leuchtstoff geschaf fen, dessen Gesamtemission innerhalb des Standard-Farbovals lag, das in Figur 3 für übliche Deluxe-Lampen für kaltweißes Licht gezeigt ist. Die Chromatizitätswerte für die vorgenannte Mischung wurden nach dem C.I.E.-Verfahren zu χ = 0,374 und y = 0,364 ermit telt. Eine Fluoreszenzlampe vom Typ'4O-WT12 erzielte unter Verwen dung des vorgenannten Leuchtstoffgemenges einen 100-Stunden-Lumen abgabewert von etwa 2650 Lumen bei einem Farbwiedergabe-Indexwert von 90.
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Ein Beispiel für eine Tageslicht-Deluxe-Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung hatte einen Gesamtemissionsfarbpunkt innerhalb oder benachbart des Farbovals, das in Figur 3 für konventionelle Deluxe-Tageslichtlampeη gezeigt ist. Der hierfür verwendete Leuchtstoff bestand aus einem Gemenge von 84 Teilen Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff mit der Formel:
die mit 16 Teilen des Europium-aktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoffes vermengt waren, und die mit diesem Gemenge überzogenen 4O-WT12-Lampen zeigten einen 100-Stunden-Lumenabgabewert von 265Ο Lumen Dei einem Farbwiedergabe-Indexwert von 93 nach C.I.E.. Die Chromatizitätswerte, die nach dem gleichen C.I.E.-Verfahren wie bei den vorherigen Beispielen erhalten wurden, betrugen χ = 0,313 und y = 0,346.
Eine Erklärung der Art und Weise, in der der erwünschte Emissionsfarbpunkt mit der erfindungsgemäß verwendeten Leuchtstoffkombination erhalten wird, ist ebenfalls in Figur 3 gezeigt. Die gerade schwarze Linie, die auf dieser grafischen Darstellung links erscheint, repräsentiert die Farbpunkte, die durch die Zusammensetzungsvariation des Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffes innerhalb des oben angegebenen allgemeinen Bereiches erhalten werden. Im besonderen ist ein auf dieser geraden Linie veranschaulichter Punkt der Farbpunkt, der durch den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff erhalten wird, während der zweite auf dieser geraden Linie veranschaulichte Punkt den Farbpunkt repräsentiert, der durch den Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff gezeigt wird. Der Farbpunkt für das auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendete Europium-aktivierte Yttriumoxyd ist auch in Figur 3 gezeigt und er gestattet das Ziehen der zweiten gestrichelten geraden Linie zwischen diesem letztgenannten Farbpunkt und dem Punkt auf der durchgezogenen Linie, der den Farbpunkt des angewendeten Halogenphosphat-Leuchtstoffes repräsentiert. Für die in Figur 3 besonders veran-
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schaulichte Leuchtstoffmischung zwischen Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff und Y-O :Eu-Leuchtstoff schneidet die gestrichelte Linie das Standard-Parboval für konventionelle Deluxe-Lampen für weißes Licht. Dieser Schnittpunkt zeigt, daß Farbpunkte innerhalb eines besonderen Parbovales erhalten werden können, indem man die Gewichtsanteile der Leuchtstoffbestandteile variiert. In gleicher Weise wird deutlich, daß vergleichbare ParbemissionsCharakteristiken innerhalb der Parbovale, die für Deluxe-warmweißes Licht,
gezeigt sind,
Deluxe-kaltweißes Licht und Deluxe-Tageslicht-Lampen/durch Variieren der Gewichtsanteile in der Leuchtstoffkombination und durch Verwenden anderer Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffmaterialien, wie sie oben offenbart sind, erhalten werden.
Aus den obengenannten bevorzugten Ausführungsformen wird auch deutlich, daß durch die vorliegende Erfindung Lampen mit einer besonderen Leuchtstoffkombination aus zwei Komponenten geschaffen werden, die eine beträchtlich größere Lichtabgabe haben als derzeit übliche Deluxe-Leuchtstoffgemenge in Fluoreszenzlampen. Darüber hinaus kann auch durch Zusammensetzungsvariation der Leuchtstoff-Bestandteile· eine Modifikation der besonders erläuterten Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne daß damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. So kann man sowohl Kadmium als auch andere modifizierende Metallionen in die besonderen Strontiumhalogenphosphat-Leuchtstoffe, die oben näher beschrieben wurden, einbringen, ohne daß ein merklicher Einfluß auf die ansonsten erwünschte Emission eintritt.
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Claims (8)

Patentansprüche
1. Fluoreszenzlampe mit einem rohrförmigen Lampenkolben, einer Elektrodenstruktur an jedem Ende des Lampenkolbens, einer Füllung aus Quecksilber und Inertgas in dem Glaskolben sowie einem Leuchtstoffüberzug auf der inneren Oberfläche des Glaskolbens, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff eine Kombination aus einem Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoff mit Europium-aktiviertem Yttriumoxyd-Leuchtstoff ist.
2. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kombination ein vermengtes Gemisch ist.
3. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Leuchtstoffgemenge etwa 75 - 85 Gew.-% von dem Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoff enthält.
4. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leuchtstoff-Kombination aus einem Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoff der allgemeinen Formel Sr 1o-x-ySbxMnv^P°ii^6 A2 J worin A ein Halogenidion, ausgewählt aus F, Cl und deren Kombinationen, χ einen Wert im Bereich von etwa 0,04 - 0,15 und y einen Wert im Bereich von etwa 0,01 bis 0,42 hat, und einem Europium-aktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoff besteht, wobei die Leuchtstoffkombination eine Gesamtemission bei einer Farbtemperatur im Bereich von 27ΟΟ - 65ΟΟ 0K erzeugt.
5. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ■ daß die Leuchtstoffkombination ein vermengtes Gemisch ist, das 80 Gewichtsteile Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff und 20 Gewichtsteile Europiumaktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoff aufweist.
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ORIGINAL INSPECTED
6. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leuchtstoff-Kombination ein vermengtes Gemisch ist, das 83 Gewichtsteile Strontiumhalogenphosphat-Gelbleuchtstoff und 17 Gewichtsteile Europium-aktivierten Yttriumoxyd-Leuchtstoff aufweist.
7. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leuchtstoff-Kombination ein vermengtes Gemisch aus 80 Gewichtsteilen Strontiumhalogenphosphat-Blaugrünleuchtstoff und 20 Gewichtsteilen Europiumaktiviertem Yttriumoxyd-Leuchtstoff ist.
8. Fluoreszenzlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoff-Kombination ein vermengtes Gemisch aus 84 Gewichtsteilen Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff und 16 Gewichtsteilen Europium-aktiviertem Yttriumoxyd-Leuchtstoff ist.
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