DE2712973A1 - Metall-halid-entladungslampe mit gluehlampenfarbton - Google Patents

Description

Ur-f·. Petnr-C. S^o Ice Dt.-ιng. Ernsi otruimann

4 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9

Düsseldorf, 23. März 19

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

.Metall-Halid-Entladungslampe mit Glühlampenfarbton

.Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Lampen, insbesondere eine verbesserte Hochdruck-Metall-Halid-Entladungslampe, die in sich Einrichtungen aufweist, um die farbgebenden Eigenschaften und den Farbton ihrer Lichtabgabe zu modifizieren.

Hochdruck-Entladungslampen, die Quecksilber und verschiedene Metallhalide im Lichtbogenrohr verwenden, um eine Lichtquelle mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, sind in der US-Patentschrift 3 234 421 offenbart. Eine Lampe dieser Art, die einen Lichtausgang von verbesserter Farbwiedergabe dadurch liefert, daß in dem Lichtbogenrohr Quecksilber, ein Halogen, wie Jod, ein Alkalimetall wie Natrium, sowie Scandium (entweder allein oder zusammen mit Thorium) zugefügt wird, ist in der US-Patentschrift 3 4o7 offenbart.

Entsprechend einer noch jüngeren Verbesserung des Standes der Technik wird die spektrale Emission einer Hochdruck-Quecksilber-Entladungslampe modifiziert, um einen Lichtausgang zu schaffen, der ähnlich dem einer Glühlampe ist, in dem zuerst die innere Oberfläche der äußeren schützenden Umhüllung mit einem nicht lumineszenten Material ( wie Silika, Titania, Magnesia, Alumina oder Mischungen davon) bedeckt wird und dann mit einer Phosphor-

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mischung, die ausgewählte Mengen von Yttrium-Vanadat-Phosphor (oder Yttriua-Phosphat-Vanadat-Phosphor) und oinoa zweiten Phosphor wie Magnesium-Pluoro-Germanat oder Magnesium-Arsenat-Phosphor enthalt. Eine Lampe dieser Bauart wird In der US-Patentschrift 3 825 792 beschrieben.

Die Farbkorrektur von Hochdruckquecksilberdampflampen mittels Vermischen eines grUn-emittierenden Phosphors (Strontium-Chloro-Silikat, aktiviert durch divalentes Europium) mit einem rotemittierenden Phosphor (wie Yttrium-Vanadat-Phosphat, aktiviert durch Europium) und Beschichten der inneren Oberfläche der schützenden Umhüllung mit der sich ergebenden Mischung, um ultraviolett· Strahlung in sichtbare Strahlung der entsprechenden Farben umzusetzen, wird in der US-Patentschrift 3 866 o83 beschrieben.

Zwar haben Metall-Halid-Entladungslampen, insbesondere solche, die Natrium und Scandium in den Entladungsröhren verwenden, wichtige Vorzüge bei kommerziellen Beleuchtungsanwendungen, da ihr Wirkungsgrad höher ist, als der von herkömmlichen Quecksilberdampflampen, doch ist die spektrale Verteilung ihres Lichtausganges derartig, daß die Farbe von von diesen Lampen beleuchteten Gegenständen in einem solchen Ausmaß verzerrt wird, daß die Lampen nicht zur Beleuchtung von Kaufhäusern und dergleichen verwendet werden können, wo die Farbwiedergabe für den Kunden wie auch für einen erfolgreichen Verkauf sehr wichtig ist.

Es ist daher sehr wünschenswert und damit auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle zu schaffen, die den hohen Wirkungsgrad einer Metall-Halid-Entladungslampe besitzt, aber eine Quellenfarbe und Farbwiedergabeeigenschaften aufweist, die ähnlich der von Glühlampen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Ilauptanspruch gelöst, d.h., durch eine Hochdruck-Metall-Halid-Entladungslampe, die aus einer strahlungsdurohlässigen Lichtbogenröhre besteht, die ein Paar von la Abstand angeordneten Elektroden, ein Startgas sowie

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ionisierbares Medium enthält, das Quecksilber und ein ausgewähltes Metall-Halid-umfaßt, das, wenn die Lampe brennt, zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens beiträgt, der eine Färbtemperatur von über 31oo K aufweist und ein Licht erzeugt, das Strahlungen im Blau-Violett-Bereich des Spektrums umfaßt, die von einer derartigen Intensität sind, dafl sie die Farbwiedergabeeigenschaften der Lampe beeinträchtigen. Des weiteren sind Leitungseinrichtungen vorgesehen, um die Lichtbogenröhre mit einer Quelle für elektrische Leistung zu verbinden, weiterhin eine äußere Umhüllung aus lichtdurchlässigem Material, die die Lichtbogenrohre umgibt, eine Stutzanordnung, die die Lichtbogenruhre innerhalb der äußeren Hülle in einen vorbestimmten Abstand hält, lumineszentes Material auf der inneren Oberfläche der äußeren Umhüllung, die blau-violette Strahlungen absorbiert, die bei in Betrieb befindlicher Lampe von der Lichtbogenröhre erzeugt werden, und diese absorbierten Strahlen zu einer Strahlung im grünen und roten Bereich des Spektrums umsetzt, wobei die Strahlungenmsetzungseigenschaften des lumineszenten Materials so korrelliert^ — mit Hinsicht auf (a) die Quecksilber·» und Metall-Halid-Bestandteile der Lichtbogenröhre und (b) die strahlenerzeugenden Eigenschaften und die Farbtemperatur der Entladung, die von der Lichtbogenröhre aufrecht erhalten wird, daß die Lampe , wenn sie in Betrieb und stabilisiert 1st, eine Farbtemperatur von 27oo - 31oo K und einen Lichtausgang hat, der Farbwiedergabeeigenschaften besitzt, die ähnlich der von Glühlampenquellen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtbogenröhre einer Natrium-Scandium-Entladungslampe der gegenwärtig für Außenbeleuchtungszwecke vertriebenen und benutzten Art von einer äußeren Umhüllung umschlossen, deren innere Oberfläche mit einer Mischung aus grün-emittierenden CaS:Ce-Phosphor und rot-emittierendem CaStEu Phosphor (in einem Gewichtsverhältnis von 1:1) beschichtet 1st, Die sich ergebende farbmodifizierende lumineszente Beschichtung vermindert die Farbtenperatur der Natrium-Scandiua-Entladung von etwa 35oo -39oo Kelvin (K) auf ungefähr 27oo - 3loo K und liefert einen

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Lichtausgang, der sehr ähnlich dem einer Glühlampe ist, hinsichtlich des Farbtons und der Sättigung von den Farben, die bei Gegenständen wie Handtüchern, Vorhängen usw. benutzt werden.

Die Farbwiedergabeeigenschaften der verbesserten Lampe werden dadurch verbessert, daß die in einer licht-modifizierenden Beschichtung verwendeten vorgenannten Phosphore die von dem Lichtbogenrohr erzeugten blau-violetten und gelben Strahlungen absorbieren und von diesen angeregt werden und die Farbverzerrung verschlimmern. Die Farbe von Decken, Geweben und ähnlichem Handelsgut, das von der verbesserten Lampe beleuchtet wird, wirkt dadurch dem Auge gegenüber angenehm und befriedigend, insbesondere im Vergleich zu der Farbgebung bei Verwendung anderer Arten von farbkorrigierten hochintensiven Entladungslampen, die y?'jenwärtig auf dem Markt sind. Im Gegensatz zu Hochdruckquecksilberdampf lampen, die goldgefärbte Gegenstände gelb-grün und blaugefärbte Gegenstände violett erscheinen lassen, gibt die modifizierte Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung beide Farben in sehr zufriedenstellender Weise wieder.

Der Wirkungsgrad der farbmodifizierten Natrium-Scandium-Entladungslampe liegt im Bereich von ungefähr 75 - 80 Lumen pro Watt. Die Erfindung liefert demzufolge eine Lichtquelle, die die Eigenschaften der guten Farbwiedergabe und des hohen Wirkungsgrades mit der Quellenfarbe und den Farbwiedergabeeigenschaften von Glühlampen verbindet. Die verbesserten Lampen können somit in sehr vorteilhafter Weise für die Beleuchtung von Verkaufsräumen und dergleichen dienen, wie auch für andere Beleuchtungszwecke, wo die Farbwiedergabeeigenschaften einer Glühlampe gewünscht werden und die Energiekosten einen wesentlichen Faktor darstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in denZeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Metall-Halid-Entladungslampe,

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wobei ein Teil der äußeren Umhüllung und der Lichtbogenröhre für Illustrationszwecke weggebrochen ist;

Fig. 2 ein Farbdiagramm, das die Farbskala von 8 CIE-Testfarben vergleicht, wie sie von einer unkorrigierten 36oo K Metall-Halid-Lampe und von einer Glühlampenquelle mit einer Farbtemperatur von ungefähr 28oo K wiedergegeben wird;

Fig. 3 eine ähnliche grafische Darstellung, die die Farbskala von 3 CIE-Testfarben wiedergibt, wie sie von einer modifizierten Metall-Halid-Lampe mit einer Farbtemperatur von 28oo K wiedergegeben wird, sowie eine Farbskala, die man mit einer Glühlampenquelle: der gleichen Farbtemperatur erhält;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der spektralen Leistungsverteilung des Lichtausganges der verbesserten Lampe.

Zwar kann die vorliegende Erfindung bei verschiedenen Arten von Metall-Halid-Entladungslampen sowie auch bei Lampen von verschiedenen Größen und Nennleistungen angewendet werden, doch sei die Erfindung insbesondere anhand einer rtatrium-Scandiuia-Entladungslampe mit einer Nennleistung von 4oo Watt erläutert, die gemäß der Erfindung modifiziert wird.

In Figur 1 ist eine Hochdruck-Metall-Halid-Entladungslaimpe Io dargestellt, die aus dem üblichen Lichtbogenrohr 12 besteht, das innerhalb einer größeren schützenden oder äußeren Uri Mlunc angeordn-t ist. Das Lichtbogenrohr 12 besteht aus einem geeigneten hochtemperaturfesten Material wie gesintertes Silika (Quarz) und wird innerhalb der äußeren Umhüllung 14 in der üblichen Weise mit Hilfe eines Metallstützrahmens 16 in zentraler Stellung gehalten, der an einem Zuführungsdraht 17 befestigt ist, der im Glasstiel 2o verankert ist. Der Glasstiel 2o ist am Hals der Umhüllung angesiegelt. Ein zweiter Zuführungsdraht 18 ist in dem Stiel eingebettet und, wie dargestellt, mit

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einem der Lichtbogenelektroden 22 mittels eines geeigneten Leiters elektrisch verbunden, der an einer Einführungsanordnung befestigt ist, die in der Preßabdichtung eingebettet ist, die am Ende des Lichtbogenrohres 12 gebildet ist. Der Stützrahmen 16 erstreckt sich längs der Seiten des Lichtbogenrohres 12 und seine inneren Enden liegen innerhalb des gewölbten Endes 15 der äußeren Umhüllung 14. Das Lichtbogenrohr 12 ist mechanisch innerhalb des Stützrahmens 16 mittels geeigneter Metallstreifen 23 und 24 blockiert, die an den Seitenteilen des Rahmens befestigt sind und die Preßdichtungen an den Enden des Lichtbogenrohres 12 in Eingriff nehmen. Der Metallrahmen 16 ist mit der äußeren Hauptelektrode 25 des Lichtbogenrohres 12 mittels eines cjeoigneten Leitars elektrisch verbunden, der an der Einführanordnung befestigt ist, die in der zugehörigen Preßdichtung eingebettet ist. Eine Startelektrode 26 am entgegengesetzten Ende des Lichtbogenrohres 12 ist mit einer anderen Einführanordnung und mittels eines Leiters an einen Startwiderstand 27 angeschlossen, der an dem angrenzenden Seitenteil des Stützrahmens in der üblichen geeigneten Basis 21 verbunden, die an das abgedichtete Knde der Umhüllung 14 anzementiert ist.

Das Lichtbogenrohr 12 enthält vorbestimmte Mengen von Quecksilber 28, Natrium 29 und Scandium 3o und wird mit einem geeigneten Startgas wie Argon geladen, das einen geeigneten Druck besitzt. Die Lichtbogenröhre 12 kann auch eine kleine Menge Thorium enthalten, vr.nn ci-s gewünscht wird. Dip ionisierbare Füllung innerhalb der Lichtbogenröhre umfaßt auch ein Halogen, wie Jod, Brom oder Chlor.

itfetall-Halid-Entladungslampen besitzen Lichtbogenröhren, die die vorgenannten Komponenten enthalten und in bekannter Weise eine ^atrium-bcandium-Entlaciung liefern. Derartige Lampen sind gegenwärtig auf dem Markt. Diese Lampen sind jedoch nicht geeignet für die beleuchtung von Verkaufsinnenräumen und dergleichen, da die Watrium-Scandium-Entladung im allgemeinen eine Färbtemperatur von etwa 35oo - 39oo K besitzt und damit einen Lichtausgang, der

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zu reich an blau-violetten und gelben Anteilen des Spektrums ist. Infolgedessen ist die Farbwiedergabe nicht-modifizierter Natrium-Scandium-Entladungslampen und anderer Arten von Metall-Halid-Lampen sehr schlecht und erzeugt sichtbare Farbverzerrungen, die bei Beleuchtung von Innenräumen, z. B. Verkaufsräumen, nicht zu tolerieren sind, wo Verkaufsverhandlungen stattfinden und die Farbwiedergabe der ausgestellten Gegenstände außerordentlich wichtig für den Kunden ist.

Die Unterschiede in der Farbwiedergabe von Gegenständen, die durch bekannte Natrium-Scandium-Entladungslampen und durch eine Glühlampe mit einer Färbtemperatur von etwa 28oo K beleuchtet werden, sind in der Fig. 2 grafisch wiedergegeben. Die Farbtonskala der 8 CIE-Test-Farben in dem U-V-Diagramm, das mit der nicht modifizierten 36oo K-Natrium-Scandium-Entladungslampe erhalten wurde, wird durch das Oktagon MH angedeutet, das von der durchgezogenen Linie wiedergegeben wird, während die Farbtonskala der gleichen Testfarben, die von einer Glühlampe bei einem Betrieb mit normaler Farbtemperatur von ungefähr 28oo K erzeugt wird, durch das Oktagon I dargestellt wird, siehe die gebrochene Linie. Wie von den Pfeilen angedeutet wird, verursacht die Farbwiedergabe der unmodifizierten Natrium-Scandium-Entladungslaripe (verglichen mit der der Glühlampe) eine starke Verschiebung der Rotfarben zum blassen Purpur, verschiebt Purpur- und Blaufarben zum Violetten und verschiebt Gesichtsfarben zum blassen Gelb.

Die Anwendung derartiger Farbdiagramme und Oktagone zur Darstellung der Farbwiedergabeeigenschaften von verschiedenen Lichtquellen ist bekannt. Die verschiedenen Oktagone oder Farbskalen worden durch Anwendung von d CIE-Testfarben erzeugt, wie es in dem CRI-Verfahren spezifiziert wird (siehe die Veröffentlichung der International Commission of Illumination, CIE Nr. 13,E-I.3. 2,1965). Die acht Testfarben werden durch die untersuchte Lichtquelle beleuchtet, die Chromatizitäten auf dem Farbdiagramm aufgetragen und dann Linien gezogen, die die angrenzenden Punkte miteinander verbinden, um das Oktagon zu erzeugen, das für die

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Lichtquelle charakteristisch ist. Die Verwendung von U-V-Farbdiagramm und die Art und Weise, in der sie zu interpretieren sind, wird in dem Aufsatz "Projective Transformation of ICI Color Specifications" von D.L. Mac Adam im Journal for the Optical Society of America, Band 27, S. 294, 1937, beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Farverzerrung der bekannten natrium-scandiumartigpn l'.etall-Halid-Flntladunaslampen durch die Anwendung von ausgewählten Phosphoren, die als integraler Bestandteil der Lampe vorgesehen werden und die sichtbaren Strahlen in bestimmten ungewünschten Wellenlangenbereichen, die von der Entladung erzeugt werden, zu sichtbarer Strahlung anderer Wellenlängebereiche umgesetzt werden, die die Farbwiedergabe verbessern, drastisch vermindert. Ein Studium der Spektral-Emissionseiyenschaften bekannter Natrium-Scandiumlampen hat gezeigt, daß sowohl die Farbwiedergabeeigenschaften als auch die Chromatizität des Lichtausganges derartiger Lampen dadurch verbessert werden können, daß die Menge der blauen und violetten Strahlung vermindert vv.\6 äiⁿ «jrünen und die roten Koir^'onenten erhöht werden ohne Hinzufügen irgendwelchen gelben Lichtes, das wegen seiner sehr schädlichen Effekte auf die Farbwiedergabe unbedingt vermieden werden sollte.

Ls wurde gefunden, daß solche Anpassungen mit Hilfe von zwei Phosphoren erreicht werden können, von denen einer violettes Licht absorbiert und von diesem angeregt wird, im grünem Bereich des Spektrums zu emittieren, während der andere Phosphor ebenfalls violett-blaue Strahlung absorbiert und von dieser angeregt wird, um im roten Bereich des Spektrums abzustrahlen. Gemäb einer vorzugsweisen Ausführungsform ist der grün-emittierende Phosphor CaS:Ce und der rot emittierende Phosphor CaS:Eu Das trivalente Cerium aktiviert grüne Emission und das divalente i-uropium aktiviert die rote Lmission. Ein Bleikoaktivator kann benutzt werden, um langwellige Ultraviolettanregbarkeit im einen oder beiden Phosphoren zu erzeugen, was eine wünschenswerte Eigenschaft ist, da die Natrium-Scandium-Entladung im

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kurzwelligen Ultraviolettbereich schwach ist. Das rot-emittierende CaS:Eu-Phosphor besitzt die zusätzliche vorteilhafte Eigenschaft, daß er einiges von dem gelben Licht absorbiert, das von der Lichtbogenentladung ausgeht, und es in rote Strahlungen umsetzt, die zur Verminderung der Farbverzerrung benötigt werden.

Die vorgenannten Phosphore werden miteinander gemischt und als eine einzige Beschichtung 32 aus lumineszentem Material auf die innere Oberfläche der transparenten äußeren Umhüllung 14 der Entladungslampe Io aufgebracht, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Phosphore werden mit einem geeigneten Bindemittel und flüssigem Träger gemischt, um eine Aufschlämmung oder Farbe zu bilden, die auf der inneren Oberfläche der Umhüllung 14 aufgebracht wird, um eine Beschichtung von gleichförmiger Dicke zu bilden, die dann getrocknet und in der üblichen Weise in einem Ofen behandelt wird. Als ein besonderes Beispiel sei eine 'Joo-Watt-.-atriuD-Scandiurr-\--,t] adungslampe gewählt, die in Fig.l dargestellt ist und eine äußere Birne vom Typ "BT37" besitzt, mit einer Oberflächengröße von ungefähr 56 cm . Eine Mischung, die gleiche Gewichtsmengen von mit Cerium aktiviertem Kalziumsulfidphosphor und von mit Europium aktiviertem Kalziumsulfiäphosphor enthielt, wurde hergestellt und 7oo mg der sich ergebenden Phosphormischung gleichförmig auf die Birnenoberfläche aufgebracht, um eine lumineszente Beschichtung zu halten, die ungefähr 1 mg Phosphor pro Quadratcentimeter Birnenoberfläche enthielt. Die Lichtfilter- und Strahlungsumsetzeigenschaften dieser Beschichtung waren derartig, daß die Farbtemperatur der Lampe auf etwa 28oo K herabgesetzt und ein Lichtausgang geliefert wurde, dessen Chromatizität und Farbwiedergabeeigenschaften sehr ähnlich denen von Glühlampenquellen der gleichen Farbtemperatur waren.

Diese Eigenschaften sind in Fig. 3 grafisch wiedergegeben. Man wird bemerken, daß das Oktagon MHI, das die Farbskala für die acht CIE-Testfarben wiedergibt, die von der farbmodifizierten Natrium-Scandium-Entladungslampe beleuchtet werden, sich eng anpaßt an das Oktagon I, das die Farbwiedergabeeigenschaften

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einer Glühlampe der gleichen Farbtemperatur wiedergibt. Wie bemerkt werden wird, sind die Färbverschiebungen in jedem der Farbbereiche drastisch vermindert und die Farbwiedergabe in allen Bereichen, insbesondere bei golt und blau, wesentlich verbessert. Gesichtsfarben sind ebenfalls verbessert. Diese Ergebnisse werden durch sachverständige Beobachter visuell verfiziert, indem Personen wie auch ausgewählte Gegenstände wie Gewebe, Vorhänge usw. verwendet wurden, die verschiedene Farben enthielten, einschl. gold und blau.

Die Wirksamkeit der modifizierten Lampe Io reicht von 75 - 80 Lumen pro Watt, abhängig von dem Emissionsspektrum und der Wirksamkeit der jeweiligen Lichtbogenröhre und der Menge der Phosphormischung, die auf die äußere Umhüllung aufgeschichtet ist. "ian vergleiche dies mit d^n ungefähr 16 Lumen pro Watt für Glühlampen der Größe, die durch die verbesserte Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden würde.

Die vorgenannten cerium-aktivierten und europium-aktivierten Kalziumsulfidphosphore sind bekannt und werden in der US-Patentschrift 3 893 174 sowie in dem Aufsatz "The Cathodoluminescence

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of CaS:Ce and CaS:Eu Phosphors" von Willi Lehmann in Journal of the Electrochemical Society, Band 118, März 19 71, Seite 477-482 sowie in dem Aufsatz "Activators und Coactivators in Caldium Sulfide Phosphors", Journal of Luminescence, Band 5, Mai 1972, Seiten 87-1+7, beschrieben.

Die Mischung der zwei Phosphore, die in der besonderen Lampenausführungsform benutzt wird, die oben beschrieben wurde, absorbiert sichtbare Strahlungen im Wellenlängenbereich von 38o 49o Nanometer und 56o - 59o Nanometer (Blau-Violett- bzw. Gelbbereich) , die von Natrium-Scandium-Lichtbogenentladung erzeugt und dann in sichtbare Strahlung im Wellenlängenbereich von 49o 50O Nanometer und von 6I0 - 7oo Nanometer umgesetzt werden (grüner bzw. roter Bereich des Spektrums). Die sich ergebende Spektralverteilung der verbesserten Lampe Io wird in Fig. 4

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wiedergegeben. Es ist zu bemerken, daß der Lichtausgang der farbmodifizierten Lampe eine stärkere Grün- als Blaukomponente aufweist und reich an Orange-Rotstrahlung ist.

Das vorgenannte Verhältnis von 1:1 für den CaS:Ce- und den Ca-S:Eu-Phosphor, das in der vorgenannten Ausführungsform verwendet wurde, ist nicht kritisch und kann variiert werden, abhängig von dem genauen Erregungs- und den Emissionsspektren, der tatsächlichen Farbtemperatur oder Chromatizitat der Entladung und der Art der gewünschten Farbwiedergabe. Wenn beispielsweise der grün emittierende Phosphor weniger wirksam und der rotremittierende Phosphor stärker wirksam wären, wäre das Gewichtsverhältnis von grün-emittierendem Phosphor zu rotemittierendem Phosphor größer als 1. Das Verhältnis würde sich auch etwas ändern, wenn die Farbtemperatur der Natrium-Scandium-Entladung höher oder niedriger als 36oo K ist und wenn die gewünschte Färbtemperatur höher oder niedriger als 28oo K ist. Das Verhältnis von CaS:Ce zu CaS:Eu in der Phosphormischung oder der lumineszenten Beschichtung kann somit von 3:1 bis o,3:1 - auf Gewichtsbasis - variieren.

Die Größe der Strahlenumsetzung oder Transformation, die erforderlich ist, um das gewünschte Gleichgewicht der Spektralfarben in dem Lichtausgang zu erreichen, und somit die relativen Mengen der einzelnen Phosphore in der Mischung verändern sich ebenfalls, wenn die Farbtemperatur der Entladung durch Veränderung der Anteile von Natrium zu Scandium, die in der Lichtbogenröhre verwendet werden, geändert wird. Wenn beispielsweise das Verhältnis von Natrium zu Scandium - auf Gewichtsbasis - lo:l wäre, wäre die Farbtemperatur der Entladung in der Größenordnung von 45oo K. Jedoch könnte die Farbtemperatur der Lichtbogenentladung auch auf ungefähr 32oo K abgesenkt werden, indem ein Verhältnis von Natrium zu Scandium - gewichtsmäßig - von ungefähr 5o;1 gewählt wird. Durch Veränderung der Farbtemperatur der Lichtbogenentladung durch Anwendung geeigneter Mengen von Natrium und Scandium in dem Lichtbogenrohr und durch Korrelation dieser Parameter mit den relativen Mengen der zwei

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Phosphore in der lumineszenten Beschichtung kann somit die Farbwiedergabeeigenschaft und Farbtemperatur der Lampe in vorbestimmbarer Weise innerhalb eines ziemlich weiten Bereiches verändert werden.

Das Lichtbogenrohr in der dargestellten Ausführungsform der Lampe war mit ungefähr 52 mg Quecksilber, 7,5 mg Quecksilberiodid, 2 mg Scandium- und 45 mg Natriumiodid sowie mit 2o Torr Argon gefüllt. Chlor und Brom können ebenfalls als Halogene benutzt und ausgewählte kleine Mengen von Thorium in der ionisiprbaren Menge eingeschlossen werden.

Die grün-emittierenden und rot-emittierenden Kalziumsulfidphosphore, die in der oben beschriebenen Ausführungsform einer 4oo-Watt-Lampe. angewendet wurden, wurden auf die folgende Weise hergestellt: 3oo g Kalzium-Karbonat wurden mit 5oo mg CeO (oder 5oo mg Eu_0^ im Falle des rot-emittierenden Phosphors) gemischt und die sich ergebende Mischung in einem offenen Töpfchen bei einer Temperatur von ungefähr lloo°C eine halbe Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt und dann eine zusätzliche Stunde in einer WasserstoffSulfidatmosphäre. Die sich ergebende Zusammensetzung wurde pulverisiert und mit 69o mg Pb-O , 15 g NH.C1 und etwa Io g Schwefel vermischt und in mit Deckel versehenen Röhren bei lloo C eine Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt. Das sich ergebende Material wurde pulverisiert und in einem Waring Blendor in einer NH F-Alkohollösung 3o s lang gemahlen, in Methylalkohol mehrere Male gewaschen, in einem Vakuumschacht über einem Papierfilter und dann in offener Luft getrocknet und schließlich durch ein Sieb von 4oo Mesh gegeben.

Zufriedenstellende Farbwiedergabe durch Natrium-Scandium-Entladungslampen (sowie durch andere Arten von Metall-Halid-Lampen) gemäß der Erfindung kann ebenfalls erreicht werden durch Beschichtung der äußeren Umhüllung mit Mischungen von anderen geeigneten rot-emittierenden und grün-emittierendenPhosphoren,

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die eine luinineszente Schicht formen, die in der Lage ist, die geeignete Kouversium oder Transformation von Strahlenenergie zu bewirken, die von der Lichtbogenröhre abgegeben wird. Beispiele für geeignete grün-emittierende Phosphore sind kupferaktiviertes Zinksulfid und Zinksilikat. Beispiele von geeigneten rot-emittierenden Phosphoren sind europiumaktiviertes Yttrium-Vanadat, europiumaktiviertes Strontiurnsulfid und europiumaktiviertes Yttrium-Vanadat-Phosphat.

Die lumineszente Beschichtung 32 kann aus einer Mischung von einem einzelnen rot-emittierendem Phosphor und einem einzelnen grün-emittierendem Phosphor gebildet werden, wie bei der dargestellten Ausführungsform - oder der rot-emittierende Bestandteil der Mischung kann aus einer Mischung von zwei oder mehr irgendwelcher rot-emittierender Phosphore bestehen, die offenbart wurden, und der grün-emittierende Bestandteil kann eine Mischung von zwei oder mehr irgendwelcher offenbarter grün-emittierender Phosphore bestehen.

Jeder der oben erwähnten alternativen Phosphore ist dem Fachmann bekannt und ihre Eigenschaften und ihre Herstellungsweise in verschiedenen Aufsätzen und Veröffentlichungen beschrieben. Beispielsweise sind die Phosphor-Vanadat- und Yttrium-Vanadat-Phosphat-Phosphore von T.W. Luscher und R. K. Datta in der Ausgabe Januar 197o von "Illuminating Engineering", Band 65, Nr. 1, SS 49-53, erläutert. Zinksulfid- und Zinksilikatphosphore wurden vor vielen Jahren entdeckt und sind in vielen Textbüchern und Druckschriften beschrieben.

Patentansprüche: 709839/1052

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Hochdruck-Metall-Halid-Entladungslarnpe, bestehend aus einer strahlendurchlässigen Lichtbogenröhre, die ein Paar von iia Abstand angeordneten Elektroden, ein Startgas und ionisierbares Medium enthält, das Quecksilber und ein ausgewähltes Metall-Ilalid umfaßt, das bei erregter Lampe dazu beiträgt, eine Lichtbo';--- v-ntladung zu unterhalt-η , tie "ine Farbtemperatur von über 3loo K besitzt und ein Licht erzeugt, das Strahlen im Blau-Violett-Bereich des Spektrums umfaßt, die von einer solchen Intensität sind, daß sie die Farbwiedergabeeigenschaften der Lampe verschlechtern, mit Leitungseinrichtungen zum Verbinden der Lichtbogenröhre mit einer Quelle für elektrische Energie, einer äußeren Umhüllung aus lichtdurchlässigem Material, die die Lichtbogenröhre umgibt, einer Stützanordnung, die die Lichtbogenröhre in bestimmten Abstand innerhalb der äußeren Umhüllung hält, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung an ihrer inneren Oberfläche ein lumineszentes Material aufweist, das Blau-Violett-Strahlungen absorbiert, die von dem^Lichtbogen erzeugt werden, wenn die Lampe erregt ist, und die absorbierte Strahlung zu Strahlungen umsetzt, die im grünen und roten Bereich des Spektrums liegen, wobei die Strahlungsumsetzeigenschaften des lumineszenten Materials in der Weise korrelliert sind hinsichtlich (a) der Quecksilber- und Metallrialid-Komponenten des Lichtbogenrohrs und (b) der strahlenerzeugenden Eigenschaften und der Färbtemperatur der Entladung, die durch die Lichtbogenröhre aufrecht erhalten wird, daß die Lampe, wenn sie in Betrieb und stabilisiert ist, eine Färbtemperatür von 27oo - 31oo K und einen Lichtausgang besitzt, der Farbwiedergabeeigenschaften aufweist, die ähnlich denen von Glühlampenquellen ist.

   2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ionisierbare Medium innerhalb der Lichtbogenröhre vorbestimmte Mengen von Scandium und Natrium aufweist, die eine Natrium-

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   -ι-

   Scandium-Entladung während des stabilisiertem Betriebs erzeugen, und daß das lumineszente Material blau-violette Strahlung im Wellenlängenbereich von 38o - 49o Nanometern absorbiert, die von der Lichtbogenröhre erzeugt wird, und diese blau-violette Strahlung (a) grüne Strahlung im Wellenlängenb?reich von ungefähr 49o - 56o Nanometer und (b) rote Strahlung im Wellenlängenbereich von ungefähr 6Io - 7oo Nanometern umsetzt.

   3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lumineszente Material auch gelbe Strahlungen im Wellenlängenbereich von ungefähr 56o - 59o Nanometer absorbiert und diese absorbierten gelben Strahlen zu roten Strahlen umsetzt.

   4. Lampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lumineszente Material aus einer im wesentlichen gleichförmigen Beschichtung von gemischten Phosphoren besteht, die sich im wesentlichen über die gesamte innere Oberfläche der äußeren Umhüllung erstreckt.

   5. Lampe nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lumineszente Material eine im wesentlichen gleichförmige Beschichtung zweier gemischter Phosphore ist, von denen einer grüne Strahlungen und der andere rote Strahlungen emittiert, und daß die Färbtemperatur der Natrium-Scandium-Entladung innerhalb der Lichtbogenröhre zwischen 32oo und 45oo K liegt, wenn die Lampe erregt ist und einen stabilen Zustand erreicht hat.

   6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der grünemittierende Phosphor aus kupferaktiviertem Zinksulfid, Zinksilikat und/oder ceriumaktiviertem Kalziumsulfid und der rot-emittierende Phosphor aus europiumaktiviertem Kalziumsulfid, europiumaktiviertem Yttrium-Vanadat, europiumaktiviertem Strontiumsulfid und/oder europiumaktiviertem Yttrium-Vanadat-Phosphat besteht,

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   - 3.

   " Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der grün-emittierende Phosphor CaS:Ce , Pb, Cl und der

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   rot-emittierende Phosphor CaS:Eu , PB, Cl ist.

   8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbtpmperatur der Natrium-Scandlum-Lichtbogenentladung 35oo 39oo K beträgt.

   9. Lampe nach Ansprüchen 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der grün-emittierende Phosphor ceriumaktiviertes Kalziumsulfid und der rot-emittierende Phosphor europiumaktiviertes Kalziumsulfid ist, und daß das Verhältnis von CaS:Ce zu CaS:Eu im Bereich von 3:1 bis o,3:l auf Gewichtsbasis liegt.

   lo.Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis ungefähr 1:1 auf Gewichtsbasis beträgt.

   11.Lampe nach einem der Ansprüche 2 - lo, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Mengen von Natrium und Scandium, die innerhalb der Lichtbogenrühre vorhanden sind, derartig sind, daß das Verhältnis von Natrium zu Scandium auf Gewichtsbasis innerhalb des Bereiches von lo:1 bis 5o:1 liegt.

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