DE2935711A1 - Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

BLUMBACH · WESER · SERGEN KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

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TOKYO SHIBAURA DENKI KABÜSHIKI KAISHA 79/8755 72,Horikawa-cho, Saiwai-ku 3. September 1979

Kawasaki-shi, Japan HO/ce

Leuchtstofflampe Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Leuchtstofflampen werden seit langem als allgemeine Quelle für Beleuchtungslicht eingesetzt. Deutlicher Fortschritt wurde im Hinblick sowohl auf die Lichtwirkung (Lichtausbeute) als auch auf das Farbwiedergabevermögen durch Verbesserungen im Aufbau der Leuchtstofflampe und Entwicklung neuer Leuchtstoffmaterialien erzielt. Insbesondere Calcium-Halo-Phosphat-Phosphor, aktiviert durch Mangan und Antimon, der nicht nur eine hohe Lichtwirkung bringt und ein gewis-

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm DipL-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbacii Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G Zwirner Dipl.-Ing. Dipr.-W.-Ing.

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ses Maß an Farbwiedergabevermögen besitzt, sondern auch, mit geringen Kosten hergestellt werden kann, wird jetzt bei fast allen Leuchtstofflampenarten für allgemeine Beleuchtungszwecke eingesetzt. Eine Leuchtstofflampe mit diesem Calcium-Halo-Phosphat-Leuchtstoff stellt daher einen sehr wirksamen Lampentyp dar.

Wie jedoch oben beschrieben, fehlt es einer mit durch Mn und Sb aktiviertem Calcium-Halc-Phosphat-Leuchtstoff versehenen Leuchtstofflampe an der voll zufriedenstellenden Farbwiedergabeeigenschaft. Bis heute sind verschiedene Verbesserungen zur Beseitigung dieses Nachteils versucht worden. Eine typische Verbesserung stellt eine Leuchtstoffzusammensetzung gemäß der japanischen Patentveröffontlichung Nr. 32759/1975 dar. Diese Zusammensetzung soll die Farbwiedergabeeigenschaft der gewöhnlichen Leuchtstofflampe dadurch verbessern, daß die unzureichende Strahlungsenergie im Rot-Bereich des erwähnten Calcium-Halo-Phosphat-Leuchtstoffs erhöht wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaft mit einer erheblichen Beeinträchtigung der hohen Lichtwlrkung einer Leuchtstofflampe einhergeht, die durch Mn und Sb aktivierten Calcium-Halo-Phosphat-Leuchtstoff verwendet. Daher ist die in der japanischen Patentveröffentlichung offenbarte Leuchtstoffzusammensetzung in ihrer Anwendung beschränkt.

Es wurde kürzlich eine Leuchtstofflampe des Drei-Spektral-Spitzensystems offenbart, die eine Leuchtstoffzusammenset-

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zung verwendet, welche eine Emissionsspektralverteilung mit Spitzen einer geringen Halbwertsbreite in drei Wellenlängenbereichen, d.h. einem blauen Bereich um 450 mn, einem grünen Bereich um 540 um und einem roten Bereich um 61Ö nm, aufweist. Eine Lampe dieses Typs scheint sowohl eine hohe Leuchtwirkung als auch ein hohes Farbwiedergabeveriaögen zu ermöglichen und zieht daher das besondere Interesse auf sich. Die in einer Lampe diesen Typs verwendeten Leuchtstoff-Zusammensetzungen schließen eine Mischung von Eu - aktiviertem Strontium-Chlorapatit-Phosphor, Mn - aktiviertem Zink-Silikat-Phosphor und Eu - aktiviertem Yttrium-Oxyd-Phosphor ein, wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung 49-100877 offenbart.

Der Eu⁺- aktivierte Stroitium-Chlorapatit-Phosphor verursacht jedoch eine Abnahme der Lichtwirkung einer Leucht-

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stofflampe. Sicher, der Mn - aktivierte Zink-Silikat-Phosphor führt zur Verbesserung der Lichtwirkung, ist jedoch dafür bekannt, eine merkbare Verringerung der Lichtwirkung im Betrieb einer Leuchtstofflampe hervorzurufen und darüber hinaus einen geringen Applikationswiderstand aufzuweisen. Daraus kann leicht der Schluß gezogen werden, daß eine leuchtstofflampe mit einer Mischung der oben erwähnten dreiLeuchtstoff-Arten als licht-emittierender Schicht Anlaß zu Änderungen der Farbe des .mi erten Lichts und zu einer Ab- -lahme der Lichtwirkung während des Betriebs gibt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch Anwendung von

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Leuchtstoff-Arten ohne die beschriebenen Nachteile der bekannten Arten eine Leuchtstofflampe mit hoher Lichtwirkung und zufriedenstellendem Farbwiedergabevermögen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine graphische Darstellung der Spektral-Energieverteilung der Strahlung von einer Leuchtstofflampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine graphische Darstellung eines Emissionsspektrums einer typischen Phosphor- bzw. Leuchtstoffart zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe;

Figur 3 ein Farbdiagramm, in welchem die Lage des von einer erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe emittierten Lichts angedeutet ist;

Figur 4 eine graphische Darstellung der Spektra1-Energieverteilung der Strahlung einer Leuchtstofflampe gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

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Figur 5 eine graphische Darstellung der Spektral-Energieverteilung eines durch Antimon und Mangan aktivierten CaI-cium-Halophosphat-Phosphors bzw. -leuchtstoffs; und

Figur 6'einen Querschnitt zur Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe.

Figur 1 zeigt die Spektral-Energieverteilung der Strahlung von einer erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe, bei der eine Mischung aus einem grün-emittierenden Leuchtstoff, einem rot-emittderenden Leuchtstoff und einem blau-emittierenden Leuchtstoff eingesetzt ist. Diese Lampe weist eine Lichtwirkung von 82 Lumen/Watt und einen durchschnittlichen Farbwiedergabeindex Ra von 84 bei einer Farbtemperatur von 5000 K auf. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Farbwiedergabevermögen durch Kombination der drei in Figur gezeigten Spektral-Energiespitzen bei Beibehaltung der

Lichtwirkung auf einem zufriedenstellend hohen Wert merklich verbessert werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe sind drei Leuchtstoffkompositionsarten schmalbandiger Emission zur Erzeugung eines weißen Lichts kombiniert. Die Farbe einer mit weißem Licht bestrahlten Substanz ist die gleiche wie bei Bestrahlung der Substanz mit natürlichem Licht. Es ist wichtig anzumerken, daß die erfindungsgemäß verwendete Leuchtstoff-Zusammensetzung einen blau-emittierenden Leuchtstoff mit einem Emissions-Spektrum, dessen Spitze im Wellenlängenbe-

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reich zwischen 450 und 46Q nm und einer Halbwertsbreite von weniger als 50 nm liegt, enthält. Der blau-e mattierende Leuchtstoff ist beispielsweise Strontium-Calcium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertigen Europium-Phosphor, Sr_3-3 yCaCl₂ (0_f005 ^xS 0,20, 0,5 ύ γ ύ 5_Ρ0>. Dieser Leuchtstoff besitzt eine Emissions-Spektralverteilung mit einer Spitze bei 453 nm und einer Halbwertsbreite von etwa 42 nm.

Der grün-emitbierende Leuchtstoff, der in der ezrfindungsgemäß verwendeten Leuchtstoffkomposition enthalten ist, ist Yttrium-Silikat aktiviert durch Cerium und Terbium. Da dieser Leuchtstoff jedoch sehr teuer ist, kann er teilweise durch einen Füllstoff eines anderen billigeren Leuchtstoffs wie Zink-Silikat aktiviert durch Mangan, Calcium-Halophosphat aktiviert durch Antinom und Mangan oder einer Mischung hiervon ersetzt werden. Die Menge des Füllstoffs sollte vorzugsweise nicht größer als 40 Gewichtsprozent betragen.

Die erfindungsgemäß verwendete Leuchtstoffzupammensetzung enthält ferner einen rot-emitfcierenden Leuchtstoff aus Yttrium Oxyd aktiviert durch dreiwertiges Europium.

Figur 2 zeigt die Emissions-Spektren der drei Leuchtstoffe, die in der erfindungsgemäß verwendeten Leuchtstoffzusammensetzung enthalten sind. In der Zeichnung bezeichnet Kurve 1 das Emissions-Spektrum von Strontium-Calcium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium, Kurve 2 stellt das

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Emissions-Spektrum von Yttrium-Silikat aktiviert durch Cerium und Terbium dar, und Kurve 3 kennzeichnet das Emissions—Spektrum von Yttrium-Oxyd aktiviert durch dreiwertiges Europium.

Figur 3 zeigt ein Farbdiagramm der von den Leuchtstofflampen der später beschriebenen Beispiele emittierten Lichter. In Figur 3 entsprechen die Zahlen 1 bis 4 den Beispielen 1 bis 4.

Wie in Figur 6 gezeigt, umfaßt eine Leuchtstofflampe dieser Art eine Glasrohre *, deren Innenfläche mit einem Film 2 einer Leuchtstoffzusammensetzung beschichtet ist, Endkappen

3 und 4, die an den Enden der Glasrohre 1 angebracht sind, und Elektroden 5 und 6 innerhalb de:." Glasrohre 1. Diese Elektroden werden mit einer nicht gezeigten äußeren Stromquelle über Anschlußstifte 7 und 8 an den Endkappen 3 bzw.

4 verbunden.

Im folgenden werden Beispiele der Erfindung beschrieben:

Beispiel 1

Es wurde eine Leuchtstofflampe von 40 W nach üblicher Methode unter Verwendung einer Leuchtstoffzusammensetzung hergestellt, welche durch Mischen von blau-emittierendem Leuchtstoff aus Strontium-Calcium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium, eines grün-emittierenden Leuchtstoffs aus Yttrium-Silikat aktiviert durch Cerium und Terbium und

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eines rot-emittferenden Leuchtstoffs aus Yttrium-Oxyd aktiviert durch dreiwertiges Europium hergestellt wurde, so daß die Mischung in der Lage war, Licht der Farbart am Punkt 1 im Farbdiagramm von Figur 3 zu emittieren. Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften des von dieser Leuchtstofflampe emittierten Lichts.

Tabelle 1

Leuchtstoff- z us aminen s et ζ ung (Gewichtsprozent)	Farbtemperatur	Farbart koordinaten	Licht wirkung	Ra
blau grün rot	3500 K	χ = 0,410 y = 0,405	85 lm/W	85
11 65 24

Beispiel 2

Eine Leuchtstofflampe von 40 W wurde wie im Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die verwendete Leuchtstoffzusammensetzung durch ein solches Mischen der drei Leuchtstoffe bereitet wurde, daß die Mischung Licht einer Farbart am Punkt 2 im Farbdiagramm von Figur 3 emittieren konnte. Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften des von dieser Lampe emittierten Lichts.

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Tabelle 2

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Leuchtstoff- zusammensetzung (Gewichtsprozent)	Farbtemperatur	Farbart koordinaten	Licht- wirkung	Ra
blau grün rot	4200 K	χ = 0,375 y = 0,384	83 lm/W	84
15 64 21

Beispiel 3

Eine Leuchtstofflampe von 40 W wurde wie im Beispiel hergestellt mit der Ausnahme, daß die verwendete Farbstoffzusammensetzung durch solches Mischen der drei Farbstoffe bereitet wurde, daß die Mischung Licht der Farbart am Punkt 3 im Farbdiagramm von Figur 3 emittieren konnte. Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften des vor dieser Lampe imitierten Lichts.

Taljelle 3

Leuchtstoff- zusammensetzung (Gewichtsprozent)	Farbtemperatur	Farbart koordinaten	Licht- wirkung	Ra
blau grün rot	5000 K	χ = 0,346 y = 0,363	82 lm/W	84
19 63 18

Beispiel 4

Eine Leuchtstofflampe von 40 W wurde wie im Beispiel hergestellt mit der Ausnahme, daß die verwendete Leuchtstoffzusammensetzung durch solches Mischen der drei Leuchtstoffe bereitet wurde, daß die Mischung Licht der Farbart vom

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Punkt 4 im Farbdiagramm von Figur 3 emittieren konnte. Tabelle 4 zeigt die Eigenschaften des von dieser Lampe emit tierten Lichts.

Tabelle 4

Leucht s tο f f- zusammensetzung (Gewichtsprozent)	Farbtemperatur	Farbart koordinaten	Licht wirkung	Ra
blau grün rot	6500 K	χ = 0,312 y = 0,332	80	80
23 62 15

Beispiel 5

Leuchtstofflampen von 40 W wurden wie im Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die verwendeten Leuchtstoffzusammensetzungen dadurch bereitet wurden, daß Calcium-Halophosphat aktiviert durch Antimon und Mangan einen Teil des grün-emittlerenden Leuchtstoffs aus Yttrium-Silikat aktiviert

durch Cerium und "erbium ersetzte. Tabelle 5 zeigt die Eigenschaften der von diesen Lampen emittierten Lichter.

Tabelle 5

Farb temperatur	Substitutionsmenge (Gewichtsprozent)	Leucht wirkung	Ra
3500 K + 0.005 uV	0 10 20 30	85.0 84.3 83.6 83.0	85.0 85.1 84.9 84.3
4200 K + 0.005 uV	0 10 20 30	83.0 82.4 81.8 81.1	84.0 83.7 83.2 82.4
5000 K + 0.005 uV	0 10 20 30	82.0 81.4 81.2 80.1	84.0 83.6 82.9 82.1

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Die Austausch- oder Substitutionsmenge, die in Tabelle 5 angegeben ist, bezeichnet die Menge des durch Antimon und Mangan aktivierten Calcium-Halophosphats im Verhältnis zur Menge des durch Cerium und Terbium aktivierten Yttrium-Silikats.

Tabelle 5 zeigt deutlich, daS die Gesamtleistung der Leuchtstofflampe kaum beeinträchtigt wird, falls ein Teil des grün-emittierenden Leuchtstoffs aus Yttrium-Silikat aktiviert durch Cerium und Terbium ersetzt wird durch einen Füllstoff aus Calcium-Halophosphat aktiviert durch Antimon und Mangan, obwohl diese Substitution eine leichte Verringerung des durchschnittlichen Farbwiedergabeindex Sa und der Lichtwirkung mit sich bringt. Mit anderen Worten erlaubt die Substitution die Erzeugung einer Leuchtstofflampe annehmbarer Leuchtwirkung und Farbwiedergabeveiinögens bei geringen Kosten.

Ein ähnliches Resultat wurde übrigens erzielt, wenn Zink-Silikat aktiviert durch Mangan oder eine Mischung aus Zink-Silikat aktiviert durch Mangan und Calcium-Halophosphat aktiviert durch Antimon und Mangan als Füllstoff verwendet wurden.

Figur 4 zeigt die Spektral-Energieverteilung der Strahlung von der Leuchtstofflampe für den Fall von 5000 K + 0.005 uV Farbtemperatur und 20 Gewichtsprozent der Füllstoffsubstitution gemäß Figur 5. Figur 5 zeigt die Spektral-Energie-

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verteilung von Calcium-Halophosphat aktiviert durch Antimon und Hangan.

Aus den. Beispielen 1 bis 5 ist deutlich ersichtlich, daß mit der Erfindung eine Leuchtstofflampe geschaffen wird, die eine hohe Lichtwirkung von wenigstens 80 lm/W und einen hohen mittleren Farbwiedergabeindex Ra von wenigstens 80 über einen weiten Farbtemperaturbereich aufweist.

Das Strontium-Calcium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium, das als blau-emittierender Leuchtstoff verwendet wird, kann erfindungsgemäß durch Stroitium-Calcium-Barium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium oder Strontium-Barium-Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium ersetzt werden, wobei im wesentlichen dieselben Wirkungen erzielt werden.

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ORIGINAL INSPECTED

-AS-

Leerseite

Claims (5)

BLUMBACH · WESER - BERGEN - KRAMER ZWiRNER-BREHr^ 2S35711 PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsull Rariedcestraße43 SDOD «Suchen£0 Telefon (089) 883S03/833ÄD4 Telex 05-212313 Telegramme Patentcnnsdl Patenlconsult Sormenberger Sire3e 43 *2DB Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186Z57 Telegramme Palenlconsutt TOKYO SHIBAURA DEHKI KABÜSHIKI KÄISHA 79/8755 72, Horlkawa-cho, Sa.lwsLX-k.Uj 3. September 1979 Kawasaki-siil, Japan HO/ce Patentansprüche

1. Leuchtstofflampe, umfassend einen vakuumgießen Kolben mit Elektroden, zwischen denen im Betrieb der Leuchtstofflampe eine Entladung auftritt, und einer Beschichtung an der Innenseite mit einer Leuchtstoffzusammensetzung enthaltend einen grün-e.mittierenden Leuchtstoff, einen rot-e.mittierenden Leuchtstoff und einen blau-emittierenden Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der grün-e/nittierende Leuchtstoff im wesentlichen aus Yttrium-Silikat, aktiviert durch Cerbium und Terbium, besteht, daß der rot-emittierende Leuchtstoff im wesentlichen aus Yttrium-Oxyd, aktiviert durch Europium, besteht und daß der blau-enittierende Leuchtstoff ein Emissions-Spektrum mit einer Spitze im Wellenlängenbereich zwischen 450

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipi.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm DipL-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-lng. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. - G. Zwirner Dipl.-Ing. 0ipl.-W.-Jng.

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460 mn und einer geringeren Halbwertsbreite als 50 um aufweist.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Cerium und Terbium aktivierte Yttrium-Silikat teilweise durch wenigstens einen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink-Silikat, aktiviert durch Mangan und Calcium-Halophosphat aktiviert dcrch Antimon und Mangan ersetzt ist.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffmenge nicht mehr als 40 Gewichtsprozent auf der Grundlage der Menge von Yttrium-Silikat aktiviert durch Cerium und Terbium beträgt.

4. Leuchtstofflampe nach eineTci der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der blau-ejiittierende Leuchtstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Strontium-Calcium Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium, Strontium-Barium Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium und Strontium-Calcium-Barium Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europiun¹.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ble.u-emittierende Leuchtstoff Strontium-Calcium Chlorapatit aktiviert durch zweiwertiges Europium ist.

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