DE2726523A1 - Fluoreszenzlampe - Google Patents

Fluoreszenzlampe

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf FIuoresζenzIampen und mehr im besonderen auf F luoreszenzIampen mit einer neuen Leuchtetoffmischung aus 2 Haupt Ieuchtstoffen, von denen jeder in einer anderen Region des sichtbaren Spektrums emittiert5 um die Leuchtwirksamkeit der FluoreszenzIampe zu erhöhen.
Es ist bekannt, Halogenphosphat-Leuchtstoffe in einer Fluoreszenzlampe zu benutzen, um eine aus einer Vielzahl von Standard-''weissen'* Spektralenergievert eilungen zu erzeugen. Eine typische 36 Watt-FluoreszenzIampe mit einer besonderen Spektralenergieverteilung, z.B. der sog. *'kait-weissen'' Farbe benutzt die Halogenphosphat-Leuchtstoffe zur Erzeugung von etwa 2850 Lumen und ergibt eine Leuchtwirksamkeit von etwa 79 Lumen pro Watt (Im/W).
Leuchtwirksamkeiten von mehr als 80 Im/U sind mit in der Praxis üblichen FluoreszenzIampen-Leuchtstoffen nicht erhältlich gewesen, obwohl eine erhöhte Wirksamkeit bei der derzeitigen Energieknappheit und den hohen Energiekosten in hohem Maße erwünscht ist.
Es ist dem Fachmann auf dem Gebiete der Colorimetrie bekannt, daß eine unendliche Zahl von SpektraIenergieverteilungen (SEV)
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existiert, die identische Farbkoordinaten haben (vergl. Hardy "Handbook of Colorimetry" MIT Press 1936). Jede Strahlung des schwarzen Körpers bei einer spezifischen Temperatur hat eine bekannte SEV und daher einen einzigartigen Satz von Farbkoordinaten. Der Ort solcher Sätze für alle Temperaturen ist als die Linie des schwarzen Körpers bekannt. Eine Farbtemperatur kann für irgendeine andere SEV berechnet werden, die nahe der Linie des schwarzen Körpers liegt. Es ist auch bekannt, daß eine theoretische Leuchtwirksamkeit (TLW genannt) für einen Leuchtstoff bekannter SEV, der UV-Energie einer spezifischen Wellenlänge absorbiert, unter Annahme einer Quantenausbeute (nachfolgend abgekürzt QA genannt) von 1 errechnet werden kann. Jeder wirkliche Leuchtstoff hat eine Quanten- „* ausbeute von weniger als 1 und eine experimentelle Leuchtwi rksamkei t/, die gleich dem Produkt von TLW und QA ist, von weniger als seiner TLW.
Eine andere Güteziffer ist der Farbwiedergabeindex (nachfolgend FWI genannt), der den Grad mißt, zu dem die wahrgenommenen Farben von Standardfarbplatten, die mit einer gegebenen SEV beleuchtet werden, denen entsprechen, die beim Beleuchten der gleichen Platten mit einer Strahlung des schwarzen Körpers der gleichen Farbtemperatur erhalten werden (Wyszecki und Stiles, Color Science, Seite 470 und folgende, Wiley 1967). Licht von heißen Strahlern, wie einer Wolframlampe oder Sonnenlicht sind durch einen FWI nahe 100 charakterisiert. Deluxe-FluoreszenzIampen haben einen FWI in der Größenordnung von 80 - 90. Standard-Fluoreszenz Iampen, wie sie für die meisten kommerziellen und industriellen Beleuchtungszwecke eingesetzt werden, haben typischerweise einen FWI in der Größenordnung von 50 - 70.
Es ist bekannt, mit 2-wertigem Mangan und 3-wertigem Antimon aktivierte Halogenphosphat Ieuchtstoffe in einer Fluoreszenzlampe zu benutzen, um "weisses" Licht mit Farbkoordinaten auf oder benachbart der Linie des schwarzen Körpers zu erzeugen. Um die Farbkoordinaten der Standardfarben, wie "Kaltweiss" und "Warmweiss" zu erhalten, kann die Konzentration der Mangan-Aktivatorionen ebenso wie der Anteil von Chlor und Fluorin dem Leuchtstoff eingestellt werden. Es ist bekannt, daß der Antimonaktivator 2 Funktionen dient, der Emission eines relativ breiten blauen Spektralbandes der halben Energieweite in der Größenordnung von etwa 140 Nanometern und der
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wirksamen Energieübertragung zu den im Leuchtstoffgitter vorhandenen Hanganionen. Das gelbe Emissionsband der Manganionen hat bei der halben Maximalenergie eine Weite in der Größenordnung von 80 Nanometern und ist daher enger als das blaue Emissionsspektrum des Antimons.
Die Variation des TLU mit theoretischen Leuchtstoff SEVs, die aus 2 Haupt Ieuchtstoffemissionsbanden zusammengesetzt sind, ist von MacAdam (40 J. Op. Soc. Am. 120 1950), Ivey (62 J. Op. Soc. Am. 814, 1972 und Walter (10 Appl. Optics 1108, 1971) beschrieben, während die Verbesserung des FWI durch Einsatz von Leuchtstoffen mit 2 und 3 Hauptemissionsbanden von Walter (supra) und Thornton und Haft (2 J. Il Ium. Eng. Soc. 29, 1972) untersucht worden ist.
MacAdam fand, daß die TLW für eine spezifische Farbe, wie *'Kaitweiss'' einen Maximalwert hat, wenn eine Lampe hergestellt werden konnte, die nur eine einzige Blau- und eine einzige Gelb-Wellenlänge aussendet. Danach analysierte Ivey den TLW und die Lampenleistungsfähigkeit für mehrere theoretische Leuchtstoffe mit 1 oder 2 Emissionsbanden und beschrieb wie sich die TLW mit zunehmender Weite der Emissionsbanden verminderte. Walter, der sich hauptsächlich mit der Optimalisierung eines ''Qualitätsindex'', bezogen auf eine Kombination einer TLW und eines FWI eines theoretischen Leuchtstoffes befaßt, beschreibt verschiedene theoretische 2-Komponenten-Leuchts tof f mi schungen mit verschiedenen Bandweiten und definiert auch einen Helligkeitsindex, der in direkter Beziehung zur TLW steht. Walter zog die Schlußfolgerung, daß bei Berücksichtigung beider Indices eine Optimalmischung ein breites Blaugrün-Band und ein enges Orange-rot-Band aufweist.
Es ist ein Leuchtstoff erwünscht, der eine brauchbare Spektralenergieverteilung und eine ELW größer als der des entsprechenden Halogenphosphat-Leuchtstoffes in einer *' Kai twei ss '' emittierenden Fluoreszenzlampe aufweist. Der erwünschte Leuchtstoff sollte eine Quantenausbeute von nicht weniger als 10% unterhalb der des Halogenphosphatleuchtstoffes haben der derzeit für eine spezifische kaltweisse Fluoreszenzlampe hergestellt wird und vorzugsweise sollte die Quantenausbeute weniger als 5% differieren. Obwohl der FWI nicht von primärer Bedeutung für den erwünschten Leuchtstoff ist, wird doch erkannt, daß ein vernünftiger FWI vorhanden sein muß, z.B. hat das
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MacAdam-Spektrum zweier monochromatischer Linien einen FUI von -18 und wäre daher nicht von praktischem Interesse. Kompetente Beobachter haben einen FUI in der Größenordnung von 40 - 60 als annehmbar beurteiIt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die neue Leuchtstoff zusammensetzung zur Verwendung in einer Fluoreszenz Iampe der Art mit einem Kolben aus lichtdurchlässigem Material, der mit einem QjecksiIberdanpfgeringen Druckes gefülltVund eine Einrichtung aufweist, mit deren Hilfe der Quecksilberdampf zum Emittieren von Strahlungsquanten veranlaßt wird und der einen überzug aus der Leuchtstoff zusammensetzung auf einer inneren Oberfläche des Kolbens aufweist, um Ouanten sichtbaren Lichtes auf Grund der Aufnahme von Strahlungsquanten vom Quecksilberdampf zu emittieren, charakterisiert durch einen überzug, der eine Mischung eines 1. Leuchtstoffes mit einem relativ engen Emissionsband mit einer Spitze in dem Bereich der kurzen sichtbaren Wellenlängen (blau) bei einer Wellenlänge von etwa 450 Nanometern und einen 2. Leuchtstoff mit einem relativ breiten Eaissionsband mit einer Spitze im 570 - 600 Nanometer- (gelb) Bereich des sichtbaren Spektrums umfaßt. Der gelbe Leuchtstoff trägt den Hauptanteil der Helligkeit der Lampe bei, wobei das Mischungsverhältnis der beiden Leuchtstoffe durch Variation des Gewichtsprozentanteiles des blauen Leuchtstoffes innerhalb einer gleichmäßigen Mischung des aus 2 Leuchtstoffen bestehenden modifizierten Emissionsspektrumssystems eingestellt wird, um die Unterschiede bei der Quantenausbeute und der spektralen Emissionscharakteristiken der Leuchtstoffe im sichtbaren Bereich zu kompensieren und einzustellen für die sichtbare QuecksiIberdampfstrahlung, die durch die Uand des I euchtstoft überzogenen Kblbens entweicht. Die Farbkoordinaten des Lampenspektrums werden so innerhalb des Standard '*kaitweissen*' Emissionsovals placiert, das in einem Bereich um die Linie der Strahlung des schwarzen Körpers begrenzt ist, wobei der Gelbleuchtstoff einen hohen Prozentsatz der vom Quecksilberdampf emittierten UV-Strahlung einfängt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die Farbkoordinaten in dem "kai twei ssen'* Emissionsoval verwi rk I i chty umf aß t die gleichförmig geaischte Zusammensetzung etwa 4-11 Gewichtsprozent eines blau eaittierenden Strontium-Europium-Chlorapatit-Leuchtstoffes, während etwa 89 - 96 Gewichtsprozent der Zusammensetzung ein gelb emittieren-
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der Leuchtstoff der Mangan-Ant imo"n-Kal zi um-Fluorapati t-Art sind. Diese neue Zusammensetzung erzeugt eine 5-10%ige HeI I i gkei tszunahme^ bezogen auf einen Standardüberzug aus Halogenphosphat-Leuchtstoff.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann der blaue Leuchtstoff Europium-aktiviertes Barium-Magnesium-Aluminat sein, wobei die Helligkeitszunahme vergleichbar der des blauen Strontium-Europium-Chlorapatit-Leuchtstoffes ist, wenn gleiche Quantenausbeuten erzielt werden.
Die Lumenzunahme, die durch einen Leuchtstoff gemäß der vorliegenden Er f i ndu ng verq liehen mit konventionellen Kai zium-Halogenphosphat-Leuchtstoff en hervorgebracht wird, kann lurch fei ne Zunahme bei der ELW charakterisiert werden. So hat z.B. das derzeit eingesetzte Halogenphosphat für die kaltweisse FluoreszenzIampe eine anfängliche Quantenausbeute in der Größenordnung von 0,9 und eine ELU von etwa 147 Im/Watt. Auf Grund der Gasentladungswirksamkeit von etwa 50% beträgt die Gesamt Iampen-Wirksamkeit etwa 80 Im/Uatt.
Die SEV und alle ihre spezifischen Ausführungsformen die weiter unten als zweckmäßig beschrieben sind, müssen natürlich eine ELU größer als der des derzeit in kaltweissen Fluoreszenzlampen eingesetzten Leuchtstoffes haben. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im folgenden für eine kaltweisse Farbe offenbart ist, muß daher eine Quantenausbeute haben, die nicht mehr als 10% unterhalb der des Halogenphosphat-Leuchtstoffes liegt, der derzeit für kaltweisse Fluoreszenzlampen hergestellt wird. Die Quantenausbeute sollte vorzugsweise um weniger als SX differieren. Für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine ELU von J60 Im/Uatt gemessen. Die bevorzugte Leuchtstoffmischung verwendet eine Mischung eines gelben Leuchtstoffes und eines blauen Leuchtstoffes, die eine TLU von etwa 180 Im/Uatt hat, wenn sie richtig gemischt ist um ein kaltweisses Licht zu ergeben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Leuchtstoffmischung mit einem Paar von Leuchtstoffen zu schaffen, die im blauen und gelben Bereich des sichtbaren Spektrums emittieren. Die neuen Leuchtstoffmischungen sollen außerdem die Einstellung des Emissionsfarbpunktes bei erhöhter Helligkeit erleichtern. Ueiter soll die neue Leuchtstoffmischung innerhalb des kaltweissen Ovales mit vergrößerter Helligkeit emittieren. Die neue
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Leuchtstoffmischung soll auch die Einstellung des Emissionsfarbpunktes erleichtern, um die entweichende sichtbare Quecksilber-Strahlung zu kompensieren.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer Fluoreszenzlampe und eine schematische Darstellung eines möglichen Stromkreises für die Lampe,
Fig. 2 ein CIE (X,Y)Farbtondiagramm mit der zum Verstehen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung brauchbaren Information,
Fig. 3 einen vergrößerten Teil des Farbtondiagrammes der Fig. 2 und
Fig. 4 eine SpektralenergieverteiIung für die bevorzugte Mischung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf einen üblichen kaitwei ssen Halogenphosphat-Leuchtstoff.
Die in Fig. 1 dargestellte Fluoreszenz Iampe 10 umfaßt einen zylindrischen Kolben 11 aus lichtdurchlässigem Material, wie Glas, der einen überzug 12 aus einem Leuchtstoff auf seiner inneren Oberfläche trägt. Eine Endkappe 14 bildet an jedem der gegenüberliegenden Enden des Zylinders 11 eine gasdichte Abdichtung 15. Ein Faden 16 ist benachbart jeder Endkappe innerhalb der Bohrung des rohrförmigen Kolbens 11 angeordnet und schließt ein Paar von Zuleitungen 17a und 17b ein, die durch die damit verbundene Endkappe 14 verlaufen und durch diese abgestützt sind. Eine gewisse Menge von Quecksilberdampf 18 wird während der Herstellung innerhalb des zylindrischen Volumens angeordnet, das durch die Leuchtstoffschicht und die Endkappen 14 begrenzt ist.
Eine Quelle 22 für Wechselstromenergie, ein Schalter 23 und eine
Ballasteinrichtung 24 befinden sich elektrisch in Reihe geschaltet zwischen den ersten Zuleitungen 17a jedes der gegenüberliegenden Fäden 16. Die Starteinrichtung 25 ist mit den Zuleitungen 17b jedes Paares der Fäden 16 verbunden. Es sind jedoch auch andere Ausfiührungs-
formen von Fluoreszenzlampen gleichermaßen brauchbar, wobei gewisse Komponenten der abgebildeten Lampe mit Stromkreis, wie die Starteinrichtung 25, wegfallen können.
Im Betrieb verursacht die Starteinrichtung 25 einen Stromschluß durch jeden der Fäden 16 nach dem Schließen des Schalters 23. Die Starteinrichtung 25 verursacht danach ein plötzliches Aufhören des
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Stromschlusses, was die Ballasteinrichtung 24 zum Erzeugen einer relativ hohen Spannung zwischen den Fäden 16 veranlaßt, woraufhin ein Stromfluß indiziert wird, der eine übliche QuecksiIberbogenentladung begründet. Der Leuchtstoff wird dazu veranlaßt zu fluoreszieren und einen merklichen Teil der auf treffenden Energie als Quanten 28 sichtbaren Lichtes zu reemittieren, di e Spektral eigenschaften haben, die durch die Zusammensetzung der verwendeten spezifischen Mischung von Leuchtstoffmaterialien für den Leuchtstoffüberzug in der Lampe bestimmt werden.
Den Farbtondiagrammen der Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß jede Farbe des sichtbaren Spektrums innerhalb des Bereiches lokalisierbar ist, der durch eine Spektral Iinie 30 begrenzt und durch die entsprechenden Werte der Trichrcmatizitäts-Koordinaten χ und y identifiziert ist. Eine reine Spektral farbe, d.h. eine sichtbare Farbe, die nur eine einzige Wellenlänge umfaßt, ist auf der Spektral Iinie 30 lokalisiert, auf der die entsprechende Wellenlänge der spektralmäßig reinen Farbe in Manometern (nm) gegeben ist. Farben einschließlich weissen Lichtes, die eine Mischung von 2 oder mehr spektralmäßig reinen Farben umfassen, haben X und Y-Werte innerhalb des durch die Spektral Iinie 30 begrenzten Bereiches 31. Wirkliche Leuchtstoffe emittieren Ouanten einer unbegrenzten Zahl von Wellenlängen. Die Spektralenergieverteilung (SEV) eines wirklichen Leuchtstoffes ist daher eine kontinuierliche Kurve von der ein Satz von Farbkoordinaten errechnet wird, wie es z.B. in dem o.g. Buch von Wyszecki und Stiles beschrieben ist.
Die Kurve 32 ist die Linie von Farbkoordinaten des schwarzen Körpers die bei einer bestimmten Temperatur von einer entsprechenden Lichtquelle' ausgesandt werden. Die ''kaitweisse*' Farbe ist als ein Bereich von Werten standardisiert worden, der sich in einem Oval befindet, das sich im allgemeinen um einen Punkt 35 bei den Koordinaten X=O,372 und Y=O,375 erstreckt und einer Temperatur des schwarzen Körpers von etwa 4200 K spricht. Eine typische kaltweisse Lampe bekannter Ausführung hat einen Farbpunkt 36 innerhalb des Ovales 33 mit de« Koordinaten X=O,377 und Y=O,382.
In einer 36Watt-FluoreszenzIampe wird etwa 1 Watt der Strahlungsenergie umgewandelt und erzeugt 175 Lumen sichtbaren Quecksilberlichtes 27. Die relative Größe der blauen monochromatischen
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AO
Ouecksilberemission 37, der grünen monochromatischen Quecksilberemission 38 und der gelben monochromatischen Quecksilberemission 39 kann kombiniert werden und ergibt einen einzelnen OuecksiIberfarbpunkt 40 der typischerweise Farbtonkoordinaten bei X=O,22 und
Y=O,21 hat.
Im wesentlichen die gesamte (18 Watt) verbleibende Energie, die von einem Quecksilberdampf 18 ausgesandt wird befindet sich bei den Quecksilberresonanzwellenlängen von etwa 185 und 254 nm, obwohl auch eine geringe Menge (etwa 1/2 Watt) bei den Wellenlängen von 295-400 nm emittiert wird, die nahe dem Ultravioletten liegen. Die Resonanzenergie regt die Re-Emission sichtbaren Lichtes von einer weiten
Vielzahl von Leuchtstoffen an. In einer neuen, noch zu beschreibenden Leuchtstoff zusammensetzung wird eine zusätzliche Lichtabgabe
durch die richtige Auswahl einer Leuchtstoff komponente einer aus 2
Leuchtstoffen bestehenden Mischung erhalten, die zum Teil auch die
Quecksilberemissionen nahe dem Ultravioletten absorbiert und daraus zusätzlich sichtbares licht erzeugt. Ein mit zweiwertioem Eurcoium aktivierter Leuchtstoff, d.h. ein Leuchtstoff mit Europium als Aktivatorion im Wirtsgitter absorbiert teilweise die nahe dem Ultravioletten
liegenden Quecksilberemissionen, die sich im wesentlichen über den ganzen Wellenlängenbereich von 29?-400nm erstrecken.
In der vorliegenden Erfindung wurde eine zusätzliche Lichtabgabe
durch Modifikation des von der Lampe abgegebenen Lichtspektrums erzielt, das ein relativ enges Blauemissionsband in Verbindung mit
einem relativ breiteren Gelbemissionsband ist. Vorzugsweise ist das das relativ enge blaue Spektralband emittierende Aktivatorion divalentes Europium, was im Gegensatz steht zu einer Standardfluoreszenzlampe, die keine mit seltenen Erden dotierte Halogenphosphate
einsetzt. Ein brauchbarer mit 2-wertigem Europium aktivierter Leuchtstoff weist im allgemeinen ein enges Emissionsband mit einer Spitze bei einer Wellenlänge von etwa 450 nm auf (deralsoein Blauemitter
ist) und hat eine Quantenausbeute von mindestens 80% und vorzugsweise etwa 9OX, wobei die Quantenausbeute abhängig ist von Verarbeitungsbetrachtungen. Das das breitere gelbe Band emittierende Aktivatorion
ist 2-wertiges Mangan. Eine durch Mangan in einem Halogenphosphatgitter dominierter Leuchtstoff hat im allgemeinen den Farbpunkt seiner Emission bei Koordinaten oberhalb der Linie des schwarzen
Körpers. Eine wesentliche Funktion des blauen Leuchtstoffes ist daher
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die Farbkoordinaten der Mischung auf die Linie des schwarzen Körpers zu ziehen. Ein enges Band nahe der Spitze des Z-Tristimuluswertes erfüllt diese Funktion wirksam, während er die Nutzung eines größeren Anteiles der einfallenden Strahlung in der stärker leuchtenden Manganemission erleichtert.
Im einzelnen wurde eine FluoreszenzIampe geschaffen, deren Farbpunkt innerhalb des kaltweissen Ovales 33 liegt und in der ein durch 2-wertiges Europium aktivierter Leuchtstoff benutzt wird, der mindestens eine weitere Leuchtstoff komponente erfordert, wobei die Spitzenwellenlänge der Mischung im Bereich von 570-600 nm liegt. Die Verarbeitungskosten sind minimal, wenn nur ein zusätzlicher Leuchtstoff benutzt wird. Außerdem gestattet die Verwendung einer Mischung aus 2 Leuchtstoffen eine einfachere Anordnung des Farbpunktes innerhalb des Ovales 33. Durch Beschränken des Lichtes unterhalb einer Wellenlänge von 520 nm, im wesentlichen auf das engere blaue Band, das eine Spitze im wesentlichen bei 450 nm hat, kann ein annehmbarer Farbwiedergabeindex bei hoher Leuchtwirksamkeit erzielt werden, wenn der zweite Leuchtstoff über ein weites Band emittiert, dessen Zentrum im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums liegt. Ein geeignetes breites gelbes Emissionsspektrum wird von einem zweiten Leuchtstoff erhalten, der ein 2-wertiges Mangan-Aktivatorion in seinem Wirtsgitter aufweist.
Ein ,stöchiometrischer Strontium-Europium-Chlorapatit -Leuchtstoff mit der chemischen Formel Sr,_ Eu (PO.),Cl0, worin 0,02
1O— ZZ hoc
»2 ist, kann für den Blauemitter benutzt werden.
Zur Erzielung des kaltweissen Ovales 33 ist der Bereich ζ = 0,14 + 0,05 bevorzugt. Der blau emittierende Leuchtstoff der vorgenannten Zusammensetzung hat einen Farbpunkt 41 mit den trichromatisehen Koordinaten X = 0,152 und Y = 0,027. Es kann aber auch ein stöchiometrisches Europium-aktiviertes Bari um-Magnesium-Aluminat der folgenden Formel benutzt werden; Ba^- Eu Mg2Al22O,., worin 0,1^ ζ AO,4 der im wesentlichen die gleichen trichromatisehen Koordinaten wie der vorgenannte Chlorapatit-Leuchtstoff hat.
Der größte Teil der Anregungsenergie wird benutzt, das relativ breite Gelbemissionsband des 2-wertigen Mangans hervorzubringen, das einen beträchtlicheren GesamtIichtfluß verglichen zum Gesamtlichtfluß in dem Blauemissionsband kürzerer.Wellenlänge aufweist. Die erhöhte
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Lichtflußabgabe des gelb emittierenden Leuchtstoffes ergibt die Verbesserung bei dem Gesamt Iichtfluß, während der relativ geringe Lichtfluß des blau emittierenden Leuchtstoffes zwar zum Gesamt-Lichtfluß beiträgt, doch die wichtigere Aufgabe erfüllt, das gelbe Spektrum zu den für die Lampe erwünschten Emissionskoordinaten zu zi ehen.
Es wurde festgestellt, daß ein geeignet breit gelb emittierender Leuchtstoff eine stöchiometrisehe,durch 2-wertiges Mangan aktivierte Verbindung der folgenden Formel ist:
Ca10-w-x-yCdwMnxSby(P04)6F2-y°yworin °'° «^ w^0'2'" 0,25^x^0,5 und 0,02^y ^ 0,2. Um das kaltweisse Oval 33 zu errei chen si nd die bevorzugten Bereiche für w, χ und y w = 0,10 + 0,03, χ = 0,32 + 0,03 und y = 0,07 + 0,02. Der genannte Mangan-akt1vierte Kalziumfluorapatit-Leuchtstoff ist vorteilhaft, da seine peak-UelIenlänge im Bereich von 570-600 nm liegt. Der Einsatz eines beträchtlichen Molanteiles vom Mangan in dem Leuchtstoff dient nicht nur zum Löschen der Antimonemission sondern auch zur Helligkeitsabgabe, die nach dem Mischen mit dem o.g. ChlorapatitIeuchtstoff etwa 9OX der GesamthelIigkeitsabgabe ausmacht, wobei die relativ geringe Leuchtdichte des engen Blauemissionsspektrums nicht nur die verfügbare Helligkeit vergrössert, sondern auch zusammen mit dem gelb emittierenden Phosphor einen bemerkenswert guten Fleischton bei der Farbwiedergabe ergibt, obwohl der Farbwiedergabeindex der Zusammensetzung etwa 50 beträgt und damit etwa 15 Punkte unterhalb der Standard-kaltweissen Halogenphosphatleuchtstoff mi schung liegt.
Der Einsatz eines Paares von Leuchtstoffen, von denen jeder ein anderes Aktivatorion in seinem Gitter enthaltest vom Standpunkt der Verarbeitung geeignet, wobei der Molanteil jedes Aktivatoratoms (vorzugsweise 2-wertiges Europium für den Blauemitter und 2-wertiges Mangan für den Gelbemitter) eingestellt werden kann.
Es wurde festgestellt, daß der Molanteil des Mangans in Richtung auf das Emissionsniveau reinen Mangans eingestellt werden muß, um den erwünschten Farbpunkt im kaltweissen Oval 33 zu erhalten und die Betriebsneigung der Linie der blau-gelben Mischung des Leuchtstoff Überzuges zu verschieben. Bei der Erhöhung des Anteiles der Molfraktion des Mangans zur Erreichung des kaltweissen Ovales 33 liegen die tH chromatisehen Koeffizienten (für das gelbe Mangan-aktivierte
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Kalzium-Fluorapatit) entlang der Linie 44 (vergleiche Figur 3) und vergrößern sich in Richtung des Pfeiles X gegen den Farbpunkt 45 des reinen Mangans. Die trichromatisehen Koeffizienten entlang der Linie 44 schließen die Wirkung der sichtbaren Emissions Iinien des Quecksilbers ein. Die MischungsIinie 46 ist daher begründet für die sichtbare Abgabe eines Zwei Ieuchtstoffsys terns unter Verwendung des blau emittierenden o.g. ChlorapatitIeuchtstoffes mit dem Farbpunkt 41 zur Schaffen des ersten Aktivatorions und des gelben Kalziumleuchtstoffes zur Bereitstellung des zweiten Aktivatorions. Ein Gelbleuchtstoff mit einem Mangangehalt von 3% und trichromatisehen Koordinaten von X = 0,409 und Y = 0,432 der ohne den o.g. Chlorapatit-Blauleuchtstoff vorhanden ist, aber die sichtbaren Quecksilberemissionen einschließt begründet die MischungsIinie 46, während die MischungsIinie 47 für die gleichen Verbindungen begründet wird, wobei aber Mangan in dem gelben Kalziumleuchtstoff in der Menge von 3,25% vorhanden ist und der gelbe Leuchtstoff dann die trichromatischen Koordinaten 49 von X = 0,443 und Y = 0,466 hat, wenn der gelbe Kalziumleuchtstoff allein betrachtet ist (ohne den o.g. Blauleuchtstoff) aber kombiniert mit der sichtbaren OuecksiIberstrahlung.
Wie sich aus der Figur 3 ergibt kann ein Bereich von Mischungswerten entlang jeder MischungsIinie 46 oder 47 gefunden werden, wobei die Farbpunkte einer Mischung in das erwünschte kaltweisse Oval 33 fallen. Die richtige Mischung erfordert eine Menge des blau emittierenden ChlorapatitIeuchtstoffes von etwa 6 Gewichtsprozent von der Gesamt Ieuchtstoffzusammensetzung, wobei diese Zusammensetzung dann etwa 94 Gewichtsprozent der gelben Kalziumfluorapatitverbindung enthält* Der Blauleuchtstoff kann 4-11 Gewichtsprozent der Gesamtleuchtstoff zusammensetzung ausmachen, um einen ausgewählten Farbpunkt aus einer Vielzahl verschiedener Farbpunkte zu erzielen. Das dargestellte kaltweisse Oval kann erreicht werden durch Einstellen der Mischanteile entlang einer der MischungsIinien um ein Verhältnis der blau zu gelb Helligkeitsabgaben zu erzielen, die den Unterschied der relativen Ouantenausbeuten zwischen den beiden Leuchtstoffen und ihre verschiedenen Spektralemissionscharakteristiken kompensieren. Die erwünschte Helligkeitsabgabe bei verbesserter Leuchtwirksamkeit und angemessener Farbwiedergabe kann im allgemeinen für ein Paar blauer und gelber Leuchtstoffe und für den kaltweissen Punkt
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erhalten werden, wenn der gelbe Leuchtstoff etwa 91% der vom Quecksilberdampf 18 ausgesandten monochromatischen Strahlung der Wellenlänge 254 nm einfängt. Der Molanteil des 2-wertigen Mangans in dem gelben Leuchtstoff muß innerhalb der bevorzugten Grenzen von 2,9 3,5 % eingestellt werden, um die Farbkompensation der breiten Gelbemission der Leuchtstoff zusammensetzung in das kaltweisse Oval 33 für unterschiedliche Mengen durch den Leuchtstoff überzug 12 und das transparente Material 11 des Fluoreszenzrohres entweichender sichtbarer Quecksilberstrahlung zu bewirken. Eine größere Menge entweichender sichtbarer Quecksilberstrahlung erfordert einen größeren Molanteil an Mangan entlang der Leuchtstoff Iinie 44 in Richtung des Pfeiles X und zu dem Emissionspunkt 45 für reines Mangan hin, während eine Verringerung der durch die Wandung der Fluoreszenz Iampe 10 entweichenden sichtbaren Quecksilberstrahlung eine Aktivierung des Leuchtstoffgitters durch einen geringeren Molanteil von 2-wertigem Mangan erfordert.
Ein weiteres Verstehen der erhöhten Leuchtwirksamkeit, die durch die Leuchtstoffkombination der vorliegenden Erfindung verglichen mit der konventionellen kaltweissen Leuchtstoffemission gewonnen wird, ergibt sich aus Figur 4. Die relativen Emissionskurven für beide Leuchtstoffmaterialien sind gezeigt, wobei die erfindungsgemäße Leuchtstoff kombination (Kurve A) eine Mischung mit etwa 6 Gewichtsprozent des oben beschriebenen bevorzugten Europium-aktivierten Strontium-Chlorapatit-Leuchtstoffes mit etwa 94 Gewichtsprozent des oben beschriebenen bevorzugten Kalziumfluorapatit-Leuchtstoffes aktiviert mit Mangan und Antimon ist. Wie die Emissionskurven zeigen, liegen die spektralen Unterschiede für die erfindungsgemäße Mischung in einer verstärkten Emission im Wellenlängenbereich von 530-610 nm begleitet von einer verminderten Emission im Bereich von 470-530 nm sowie im Bereich von 350-430 nm verglichen mit dem konventionellen Leuchtstoff (Kurve B). Eine solche Emissionsübertragung zur stärker leuchtenden Wellenlängenregion von 530-610 nm erzeugt die erwünschte Zunahme in der Leuchtwirksamkeit, verglichen mit der kaltweissen Emission, die mit konventionellem Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoff erhalten wird. Aus den vorhergehenden Betrachtungen ergibt sich auch, daß die blaue Emissionsspitze bei etwa 450 nm der blauen Leuchtstoff komponente in der erfindungsgemäßen Mischung zusätzliche Energie nahe der Spitze der Z-tristimulus
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/fS"
Koordinate konzentriert. Der erforderliche Wert von Z wird daher unter Verwendung eines engen Blaubandes mit weniger Blauenergie im Spektrum erreicht. Diese zusätzliche Energie kann im gelben Band benutzt werden, um die Gesamthelligkeit dieser Spektralenergieverteilung zu fördern. Die erwünschte Lumenzunahme wird auf diese Weise erzielt, wenn die Leuchtstoffmiechung etwa 4-11 Gewichtsprozent der blauen Leuchtstoff komponente enthält und der erwünschte Farbpunkt der Gesamtemission im kaltweissen Oval gehalten wird.
Es wurden mehrere Fluoreszenz Iampen 10, die hinsichtlich ihrer Konstruktion mit einer bekannten 36 Watt-Fluoreszenzlampe identisch waren, unter Einsatz bekannter Halogenphosphat-Leuchtstoffe, die bei einer Leuchtwirksamkeit von 79 Im/W eine Lichtabgabe von 2850 Lumen hatten, hergestellt und mit der oben beschriebenen Mischung aus dem Europium-aktivierten Strontiumchlorapatit und dem Mangan-aktivierten Kalziumfluorapatit überzogen. Eine erste Lampe wies den gelb emittierenden Kalzium-Leuchtstoff mit 3% Mangangehalt auf, während eine zweite und eine dritte Lampe den gelb emittierenden Kalzium-Leuchtstoff mit 3,25% Mangangehalt benutzten. Alle drei Zusammensetzungen wiesen 6 oder 7 Gewichtsprozent von der blau emittierenden Europium-aktivierten Strontiumchlorapatit-Verbindung in der Leuchtstoff mischung auf. Die Ergebnisse des lOOstündigen Brenntestes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zwei-Leuchtstoff-Mischung, die so zusammengesetzt war, daß sie innerhalb des Standard kaltweissen Ovals emittierte, sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt und veranschaulichen die erhöhte Helligkeitsabgabe bei einem erhöhten Wert der Leuchtwirksamkeit (in Lumen pro Watt), wobei der prozentuale Gewinn an Leuchtwirksamkeit mit der erfindungsgemäßen Leuchtstoffmischung gegenüber einer kaltweissen Standard-HaIophosphatmischung besonders angegeben ist.
1 2 3 Lamfie IBAP_17) iRAP_36) i5AP_4Q2
%Mn 3,00% 3,25% 3,25%
L 3055 3005 3069
Im/W 84,9 83,5 85,3
Zunahme (% über 79 Im/W) 7,4% 5,4% 7,9% Trichromatische Koordinaten, 0,372 0,375 0,379
(X,Y) 0,381 0,381 0,383
% Chlorapatit-Leuchtstoff 6% 7% 6%
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Die erfindungsgemäße Leuchtstoffmischung gestattet eine 5-10%ige Zunahme der Leuchtwirksamkeit, verglichen mit den derzeit üblichen Lampen-Leuchtstoffen.
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1?
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Claims (9)

  1. Ansprüche
    1 .) Fluoreszenz I ampe mit einem abgedichteten Kolben, der eine Einrichtung zum Erzeugen einer Niederdruck-Quecksilberentladung innerhalb des Kolbens einschließt, wobei in dem Kolben außerdem ein überzug vorhanden ist, um zumindestens einen Teil der bei der Entladung emittierten Strahlung in sichtbares Licht mit einem kaitweissen Spektrum umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug einen ersten Leuchtstoff mit einem relativ breiten Emissionsspektrum und einer mittleren Wellenlänge im gelben Teil des sichtbaren Spektrums sowie einen zweiten Leuchtstoff mit einem relativ engen Emissionsspektrum in einem blauen Teil des sichtbaren Spektrums enthält, wobei die beiden Leuchtstoffe in Anteilen gleichmäßig miteinander vermischt sind, das die Mischung eine erhöhte Leuchtwirksamkeit hat.
  2. 2. Lampe nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leuchtstoff Ca10- Cd Mn Sb iP04>AF2- ° 1stf wobei w 1m Bereich von etwa 0 bis 0,2, χ im Bereich von etwa O,25-O,5 und y im Bereich von etwa 0,02-0,2 liegt und der erste Leuchtstoff eine Spitzenemission im Wellenlängenbereich von etwa 570-600 nm hat.
  3. 3. Lampe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leuchtstoff Sr10_zEuz<P04>6Cl2 ist, worin ζ im Bereich von 0,02 - 0,2 liegt und der zweite Leuchtstoff eine Spitzenemission bei etwa
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    HiGINAL INSPECTED
    OHiG
    450 nm hat.
  4. 4. Lampe nach Anspruch 3;dadurch gekennzeichnet, daß der überzug eine Menge von dem zweiten Leuchtstoff enthält, die ausrei cht, di e Emissionsspektren des ersten Leuchtstoffen einem kaltweissen Farbpunkt mit trichromatisehen Koordinaten von etwa X = 0,377 und
    Y = 0,382 anzupassen.
  5. 5. Lampe nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß der Molanteil des Mangans im ersten Leuchtstoff zur Erreichung des kaltweissen Farbpunktes variiert ist.
  6. 6. Lampe nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leuchtstoff im Bereich von 4-11 Gewichtsprozent des Überzuges liegt und der erste Leuchtstoff im Bereich von 89-96 Gewichtsprozent des Überzuges Ii egt.
  7. 7. Lampe nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leuchtstoff etwa 6 Gewichtsprozent und der erste Leuchtstoff etwa 94 Gewichtsprozent des Überzuges ausmacht.
  8. 8. überzug nach Anspruch 4;dadurch gekennzeichnet, daß w = 0,10 + 0,03, χ = 0,32 + 0,03, y = 0,07 + 0,02 und ζ = 0,14 + 0,05 beträgt.
  9. 9. Lampe nach Anspruch 2f dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leuchtstoff Ba, Eu Mg2Al22O37 ist» wobei ζ im Bereich von etwa 0,1-0,4 liegt und dieser zweite Leuchtstoff eine Spitzenemission von etwa 450 nm hat.
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