DE69322834T2

DE69322834T2 - Fluoreszenzlampe mit verbesserter Phosphormischung

Info

Publication number: DE69322834T2
Application number: DE69322834T
Authority: DE
Inventors: Romano G. Pappalardo
Original assignee: Flowil International Lighting Holding BV
Current assignee: Flowil International Lighting Holding BV
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: EP0594424A1; DE69322834D1; EP0594424B1; CA2108749A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe, die zur Umwandlung von ultravioletter Strahlung in sichtbares Licht von weißer Farbe eine Leuchtstoffschicht auf ihrer Innenfläche aufweist, welche (i) einen Halophosphatleuchtstoff und (ii) eine Vierfachleuchtstoffmischung umfaßt, in der Schmalbandleuchtstoffe verwendet worden sind.
Erwünschte Eigenschaften von Leuchtstofflampen sind große Helligkeit und hohe Farbwiedergabe bei wirtschaftlichen Kosten. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Lampen wie die Sylvania Octron®- und Designer®-Lampenserien mit zwei Schichten von Leuchtstoffüberzügen aufgebaut. Die erste oder die Grundschicht besteht aus einem preiswerten Halophophatleuchtstoff von der gewünschten Lampenfarbtemperatur. Die zweite oder Hautschicht bestellt aus drei teuren, mit seltenen Erden aktivierten Leuchtstoffen, die in den roten, grünen und blauen Spektralbereichen emittieren und die miteinander gemischt sind, um eine kombinierte Weißemission mit der gewünschten Farbtemperatur zu bewirken. Bei dieser Konfiguration absorbiert die teuere Dreileuchtstoffmischung die ultraviolette Erregungsenergie des Quecksilberplasmas überproportional zu dem Leuchtstoffgewicht in den Lampen. Die Halophosphatgrundschicht absorbiert die Erregungsenergie, die der Hautschicht entkommt, während sie die hohe Farbwiedergabeindex (CRI)- und die Helligkeitsfähigkeit der Dreileuchtstoffmischung verwässert. Obgleich diese Leuchtstoffmischungen erwünschte Wirtschaftlichkeits- und Betriebscharakteristiken erzielen, sind weitere Verbesserungen erstrebenswert.
In der (nur bezüglich der Neuigkeit der vorliegenden Erfindung relevanten) EP-A-0595527 ist eine Lampe offenbart, bei welcher die Kombination von Leuchtstoffen zu einem Farbpunkt zwischen dem Bereich von 2700 bis 5500 K auf oder nahe dem Planck'schen Kurvenzug führt, und zu einem CRI für die Lampe von zumindest 85, wobei die Vierleuchtstoffmischung umfaßt:
a) eine erste, die Farbe Grün emittierende Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 500 bis 570 nm;
b) eine zweite, die Farbe Blau emittierende Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 430 und 490 nm;
c) eine dritte, die Farbe Rot emittierende Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 590 und 630 nm; und
d) eine vierte Leuchtstoffkomponente, die sich von der ersten, der zweiten und der dritten Leuchtstoffkomponente unterscheidet.
Mit den in der EP-A-0595527 offenbarten Ausführungsformen einer solchen Anordnung ist es möglich, einen CRI für die Lampe zu erhalten, der größer ist als die individuellen CRI-Werte, wie sie von dem Halophosphatleuchtstoff oder der Vierleuchtstoffmischung gezeigt werden.
In der EP-A-0595527 wird die Verwendung eines Sylvania®-Type Nr. 2194- Leuchtstoff (Ba Mg : Aluminat : EU; Mn) oder eine Sylvania®-Type Nr. 2288 (Zinkorthosilikat : Mn) als die vierte Leuchtstoffkomponente offenbart, die Hauptemissionsspitzen jeweils bei etwa 515 nm und 528 nm besitzen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer unterschiedlichen vierten Leuchtstoffkomponente.
Die US-A-4 623 816 bezieht sich auf eine Leuchtstofflampe, welche eine Doppelleuchtstoffbeschichtung verwendet, die einen herkömmlichen Kalziumhaloapatitleuchtstoff und eine oben liegende Leuchtstoffschicht umfaßt, die aus einer Dreileuchtstoffmischung besteht und einen mit Terbiumionen aktivierten Lanthanzeriumorthophosphat-Leuchtstoff als die grüne Farbkomponente zusammen mit einem europiumaktivierten Yttriumoxidleuchtstoff als die rote Farbkomponente einschließt.
Die US-A-4 797 594 bezieht sich auf eine reprografische Leuchtstofflampe mit einer Leuchtstoffschicht, die auf einer Reflexionsschicht angeordnet ist und sich mit dieser gemeinsam erstreckt, wobei über zumindest einen Teil der Innenfläche der Lampenhülle, die nicht mit der Reflektorschicht bedeckt ist, eine Schutzschicht angeordnet ist. Die Leuchtstoffschicht besteht aus Partikeln von grünemittierendem Zinkorthosilikatleuchtstoff, die individuell mit einer nichtpartikulären, konformen Schicht aus Aluminiumoxid beschichtet sind.
Die Hautschicht oder Dreileuchtstoffmischung, die verwendet wurde, besteht aus einem roten Y&sub2;O&sub3; : Eu&spplus;³ (Sylvania Typ 2342), einem grünen Ce MgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9; : Tb&spplus;³ (Sylvania Type 2297) und einem blauen BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7; : Eu&spplus;² Eine weitere Sylvania®-Lampe ist die Lite White De-Luxe (LWX), die eine Mischung aus Lampenleuchtstoffen der Sylvania-Typen Nrn. 1246, 2293 und 2345 darstellt. Diese Leuchtstoffe besitzen die allgemeine Zusammensetzung von jeweils Bariumaluminat aktiviert mit Europium, Magnesiumhexaaluminat aktiviert mit Zerium und Terbium, sowie Yttriumoxid aktiviert mit Europium. Die die oben genannten Hautschichten verwendenden Leuchtstofflampen erreichten eine hohe Farbwiedergabe und große Helligkeit und zeigten gleichzeitig eine hervorragende Lebensdauer in der rauhen Umgebung einer Leuchtstofflampe. Es sind jedoch zusätzliche und weitere Verbesserungen wünschenswert. Vor allem ist die Herstellung einer Mischung erwünscht, die eine effiziente Weißfarbenemission erzeugt und eine verbesserte Farbwiedergabe aufweist, und zwar bei sogar noch wirtschaftlicheren Kosten.
In Abhängigkeit von der speziellen Zusammensetzung der verwendeten Lampenleuchtstoffe können die luminöse Effizienz, der Farbwiedergabeindex und andere Lampenausgangscharakteristiken variieren. Bestimmte, in der vorliegenden Beschreibung verwendete, Bezeichnungen besitzen Sinngehalte, die in der Beleuchtungsindustrie allgemein akzeptiert sind. Diese Ausdrücke bzw. Bezeichnungen sind in dem IES LIGHTING HANDBOOK, Referenzband 1984, der Illuminating Engineering Society of North America beschrieben. Der Farbwiedergabeindex einer Lichtquelle (CRI) ist ein Maß für das Ausmaß einer Farbverschiebung, welcher Objekte unterliegen, sobald sie mit dieser Lichtquelle beleuchtet werden, und zwar im Vergleich mit der Farbe, die diese gleichen Objekte aufweisen, wenn sie von einer Referenzquelle mit vergleichbarer Farbtemperatur beleuchtet werden. Die CRI-Einteilung besteht aus einem Allgemeinen Index, RA, der auf einem Set von acht Testfarbenproben beruht, die als adequat zur Abdeckung der Farbskala festgestellt wurden. Die Farberscheinung einer Lampe wird durch ihre Farbwertkoordinaten beschrieben, die aus der spektralen Leistungsverteilung nach Standardmethoden berechnet werden können. Siehe CIE, Method of measuring and specifying colour rendering peroperties of light sources (2. Ausgabe), Publ. CIE No. 13.2 (TC-3,2), Bureau Central de la CIE, Paris, 1974. Das CIE-Standard-Farbwertediagramm schließt die Farbpunkte eines Schwarzkörperstrahlers bei verschiedenen Temperaturen ein. Der Kurvenzug der Schwarzkörperfarbwerte in dem x-y-Diagramm ist als der Planck'sche Kurvenzug bekannt. Jede durch einen Punkt auf diesem Kurvenzug repräsentierte Emissionsquelle kann durch eine Farbtemperatur spezifiziert werden. Ein Punkt nahe aber nicht auf diesem Planck'schen Kurvenzug besitzt eine korrelierte Farbtemperatur (CCT), weil von solchen Punkten Linien gezogen werden können, die den Planck'schen Kurvenzug bei dieser Farbtemperatur schneiden, derart, daß für das durchschnittliche menschliche Auge alle Punkte aussehen, als hätten sie nahezu die gleiche Farbe. Die Lumeneffizienz einer Lichtquelle ist der Quotient aus dem von der gesamten zugeführten Lampenleistung emittierten Gesamtlichtstrom, ausgedrückt in Lumen pro Watt (LPW oder Im/W).
Die Farbwiedergabeeigenschaften von Lichtquellen allgemein und diejenigen von Leuchtstofflampen insbesondere werden in einem einzelnen Parameter zusammengefaßt, dem allgemeinen Farbwiedergabeindex. Aus fundamentalen psychologischen Gründen verbunden mit der Art und Weise der Energiefeststellung und der Wellenlängenunterscheidung seitens des menschlichen Auges sind der CRI und die Helligkeit von Lichtquellen sich gegenseitig behindernde Eigenschaften in dem Sinne, daß sie nicht gleichtzeitig optimiert werden können. Innerhalb dieser grundlegenden Begrenzungen gibt es Gelegenheit zur relativen Optimierung von CRI und Helligkeit durch überlegte Mischung von Leuchtstoffen. Beispielsweise werden in sämtlichen Dreileuchtstoffmischungen mit seltenen Erden verhältnismäßig hohe Pegel bezüglich sowohl CRI als auch Helligkeit erreicht. Es ist erstrebenswert, zusätzliche Verbesserungen des CRI ohne Opfer an Helligkeit zu erreichen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchtstofflampe zur Verfügung gestellt, die auf ihrer Innenfläche eine Leuchtstoffschicht für die Umwandlung von ultravioletter Strahlung in sichtbares Licht von weißer Farbe aufweist, wobei diese Schicht (i) einen Halophophatleuchtstoff und (ii) eine Vierleuchtstoffmischung umfaßt, welche vier Schmalbandleuchtstoffe verwendet, wobei die Kombination aus Leuchtstoffen zu einem Farbpunkt von 2700 bis 5500 K auf oder nahe dem Planck'schen Kurvenzug führt, sowie zu einem CRI der Lampe von zumindest 85, und wobei die Vierleuchtstoffmischung besteht aus:
a) einer ersten, die Farbe Grün emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 500 bis 570 nm;
b) einer zweiten, die Farbe Blau emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 430 und 490 nm;
c) einer dritten, die Farbe Rot emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 590 und 630 nm; und
d) einer vierten Leuchtstoffkomponente, die sich von der ersten, der zweiten und der dritten Leuchtstoffkomponente unterscheidet,
dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchtstoffkomponente eine Spitzenemission zwischen 500 und 510 nm aufweist.
Die vierte Leuchtstoffkomponente der Vierleuchtstoffmischung ist in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um den CRI einer Mischung aus den ersten, zweiten und dritten Leuchtstoffkomponenten zu erhöhen und gleichzeitig einen Abfall an Helligkeit infolge des Vorhandenseins der vierten Leuchtstoffkomponente zu minimieren. Die vierte Komponente der Vierleuchtstoffmischung besteht vorzugsweise aus einem mit alkalinem Erdmetall aktivierten, blaugrün emittierenden Leuchtstoff. Der am meisten bevorzugte Leuchtstoff ist mit Mangan aktiviertes Magnesiumgallat, das als Sylvania®-Type Nr. 213 verfügbar ist. Dieser besitzt ein Hauptemissionsband mit einer Spitze bei 504 nm und einer halben Breite von 32 nm (siehe Zeilen 3 und 4 auf Seite 52 von "Fluorescent Lamp Phophors" von Keith H. Butler; 1980 ISBN 0-271-00219-0).
Vorzugsweise besteht die Vierleuchtstoffmischung aus:
a) einer ersten, die Farbe Grün emittierenden Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe, die aus Tb-Ce aktiviertem Magnesiumaluminat, aus Eu-Mn- aktiviertem Bariumaluminat, aus TB-Ce-aktiviertem Yttriumsilikat und aus Tb-Ce-aktiviertem Lanthanorthophosphat;
b) einer zweiten, die Farbe Blau emittierenden Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe, die aus Eu-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat, aus Eu- aktiviertem Strotiumchlorophosphat und aus Eu-aktiviertem Strontium- Barium-Kalzium-Chlorophosphat;
c) einer dritten, die Farbe Rot emittierenden Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe, die aus Eu-aktiviertem Gadoliniumoxid und aus Eu-aktiviertem Yttriumoxid; und
d) einer vierten Leuchtstoffkomponente, die mit Mangan aktiviertes Magnesiumgallat ist.
Diese zwei Mischungen aus Lampenleuchtstoffen werden auf das Innere der Lampe vorzugsweise als zwei separate Schichten aufgebracht, eine auf die Oberseite der anderen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung eine zur Verwendung in solch einer Leuchtstofflampe geeignete Vierleuchtstoffmischung, welche besteht aus
a) einer ersten, die Farbe Grün emittierenden Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tb-Ce-aktiviertem Magnesiumaluminat, aus Eu-Mn-aktiviertem Bariumaluminat, aus TB-Ce-aktiviertem Yttriumsilikat und aus Tb-Ce-aktiviertem Lanthanorthophosphat besteht;
b) einer zweiten, die Farbe Blau emittierenden Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat, aus Eu-aktiviertem Strotiumchlorophosphat und aus Eu-aktivierten Strontium-Barium-Kalzium-Chlorophosphat besteht;
c) einer dritten, die Farbe Rot emittierenden Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Gadoliniumoxid und aus Eu-aktiviertem Yttriumoxid besteht; und
d) einer vierten Leuchtstoffkomponente, die Mangan aktiviertes Magnesiumgallat ist.
Es ist aus der EP-A-0395775 bekannt, eine Leuchtstofflampe zu schaffen, welche Schmalbandleuchtstoffkomponenten in Rot und Grün aufweist, sowie eine zusätzliche blaue Leuchtstoffkomponente, die ein verhältnismäßig breites Emissionsband von 50 nm oder mehr besitzt. Die dargestellten Beispiele der blauen Leuchtstoffkomponente besitzen Emissionsbandhalbbreiten, die sich von 92 bis 170 nm bewegen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Mischung zwei oder mehr dieser breitbandig emittierenden blauen Leuchtstoffkomponenten aufweisen, deren breite Emissionsspitzen sich bei näherungweise der gleichen Wellenlänge befinden (die dargestellten blauen Leuchtstoffkomponenten besitzen Spitzen im Wellenlängenbereich von 480 bis 493 nm). In der US-A-5 122 710 ist eine Vierleuchtstoffmischung für eine Leuchtstofflampe offenbart, bei welcher sämtliche Leuchtstoffkomponenten Schmalbandleuchtstoffe aus seltenen Erden darstellen. Dieses Dokument erwähnt insbesondere, daß der CRI einer Standard-Dreileuchtstoff Seltene- Erden-Mischung, welche Energieausgangsspitzen in Blau (453 nm)-, Grün (541 nm)- und Rot (611 nm)-Farbbereichen besitzt, durch die Hinzufügen eines vierten Seltene-Erden-Leuchtstoffs mit einer Spitzenwellenlänge bei etwa 480 nm verbessert werden kann. Keines dieser Dokumente offenbart eine Lampe mit einem Halophosphat und einer Vierleuchtstoffmischung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen diskutiert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene, schaubildliche Ansicht eines Niederdruckquecksilberentladungs-Leuchtstofflampenaufbaus, welcher eine Zweischichten-Leuchtstoffbeschichtung verwendet;
Fig. 2 ein x-y-Farbwertediagramm gemäß dem 1931 Standard, welches spektroradiometrisch bestimmte Parameter nach dem ANSI-Farbwertestandard C78.3768-1966 für Leuchtstofflampen zeigt (siehe IES LIGHTING HANDBOOK, Seiten 5 bis 15, 5. Auflage, Illuminating Engineering Society, 1972); und
Fig. 3 graphisch den Gauss'schen Spitzenwert auf der x-Achse, die Lumen der Lampe auf einer y-Achse und den CRI auf der anderen y-Achse.
In Fig. 1 ist eine Leuchtstofflampe 24 gezeigt, die einen zur Fluoreszenz erregbaren Leuchtstoff enthält. Die Lampe 24 umfaßt eine rohrförmige, hermetisch abgedichtete Glashülle 25. In die Enden der Hülle 25 sind Elektroden 26 und 27 eingesiegelt. Mit den Elektroden 26 und 27 sind geeignete Anschlüsse 28 und 29 verbunden und stehen von der Hülle 25 ab. Die Elektroden 26 und 27 erstrecken sich durch Glasquetschungen in Montagefüßen zu den Anschlüssen 28 und 29.
Das Innere des Rohrs ist mit einem inerten Gas, wie Argon oder einer Mischung aus Argon und Neon oder Krypton, bei einem niedrigen Druck gefüllt, beispielsweise 266 Pa (2 Torr), sowie mit einer kleinen Menge Quecksilber, zumindest genug um während des Betriebs einen niedrigen Dampfdruck zu gewährleisten. Ein plasmaerzeugendes und -erhaltendes Medium wie ein oder mehrere inerte Gase und Quecksilber sind innerhalb der Hülle 25 derart eingeschlossen, daß während des Lampenbetriebs im Inneren der Glashülle ultraviolette Strahlung erzeugt wird. Eine Leuchtstoffschicht 31 auf der Innenfläche der Glashülle wandelt die emittierte ultraviolette Strahlung in sichtbare Beleuchtung um, die eine weiße Farbe aufweist.
Fig. 1 zeigt eine in eine Lampe inkorporierte Leuchtstoffschicht. Die bei 33 dargestellte Schicht besteht aus einer Vierfachmischung aus vier Leuchtstoffen. Obgleich in Fig. 1 duale Leuchtstoffschichten gezeigt sind, kann die Vierfachmischung gemäß vorliegender Erfindung als eine einzelne Schicht verwendet werden.
In Fig. 1 umfaßt die Doppelschicht eine erste, auf der inneren Glasoberfläche abgelagerte, Schicht 35 und eine zweite Leuchtstoffschicht oder Oberschicht bzw. Hautschicht 33, die auf der ersten Leuchtstoffschicht 35 abgelagert ist. Die Verwendung einer dualen bzw. doppelten Leuchtstoffschicht erlaubt eine Reduzierung des in der zweiten oder Hautschicht verwendeten Leuchtstoffgewichts, sowie die Verwendung eines weniger teuren Leuchtstoffs als erste Schicht 35. Die erste Schicht 35 besteht aus einem Halophophatleuchtstoff, vorzugsweise einem feinverteilten fluoreszenten Kalziumhaloapatitleuchtstoff, der den gewünschten weißen Farbpunkt zeigt. Die zweite Schicht oder Haut- bzw. Oberschicht 33 besteht aus einer Vierleuchtstoffmischung auf der Innenseite des Rohrs, so daß ein erheblicher Teil der ultravioletten Strahlung unmittelbar zu sichtbarer Beleuchtung mit weißer Farbe umgewandelt wird. Die relativen Proportionen der Komponenten in der Mischung sind derart, daß ein verstärkter Farbwiedergabeindex im Vergleich mit einer Dreikomponentenmischung erzeugt wird, die aus einer Dreileuchtstoffkomponentenmischung gebildet ist, die aus einer einzigen Grünkomponente besteht.
Die erste Schicht oder innere Beschichtung besteht typischerweise aus einem halogenierten alkalinen Erdphosphat mit Blei, Mangan, Antimon oder Zinn als Aktivatorelement. Das Grundmaterial besitzt die Apatitstruktur, wobei ein typisches Beispiel Kalziumchlorophosphat 3Ca&sub3;(PO&sub4;)&sub2; · CaCl&sub2; ist. Es sind viele Modifikationen möglich, einschließlich partieller Substitutionen der alkalinen Erdkationen durch andere divalente Metalle, wie Zink und Kadmium. Ferner ist eine partielle Substitution von Chloridionen durch Fluoridionen für bestimmte Anwendungen wünschenswert.
Leuchtstoffe, die aus diesen Kombinationen resultieren, zeigen allgemein eine gute Lumineszenz, wenn sie durch kurze Ultraviolettstrahlung (253,7 nm) stimuliert werden, wobei die Empfindlichkeit am größten ist, sobald die Materialien synthetisiert werden, um kleine Abweichung von der Stöchiometrie zu produzieren. Insbesondere die Aktivierung durch Kombinationen von Antimon und Mangan wird ein breites Spektrum lumineszenter Emissionen von durch ultraviolettes Licht erregten alkalinen Erdphosphaten erzeugen. Somit besitzen diese Leuchtstoffe einen breiten Anwendungsbereich bei Leuchtstofflampen und können bezüglich der Zusammensetzung derart eingestellt werden, daß sie weißes Licht erzeugen, das von "kaltem" zu "warmem" Weiß variiert. Typische Leuchtstoffe sind "warmes Weiß", Sylvania® Type 4300 und "kaltes Weiß", Sylvania® Type 4450. Obgleich die obigen Kalziumclilorophosphatleuchtstoffe wirtschaftlich sind, bleiben Verbesserungen bezüglich Farbwiedergabe und Effizienz zu wünschen.
Die Vierleuchtstoffmischung bestellt aus einer Mischung aus drei Leuchtstoffkomponenten mit vorbestimmten CRI, die eine charakteristische spektrale Leistungsverteilung und Quantenausbeute zeigt. Die Komponenten umfassen eine erste, grünemittierende Leuchtstoffkomponente mit einem sichtbaren Emissionsspektrum vornehmlich im Wellenlängenbereich von 500 bis 570 nm. Eine zweite, mit blauer Farbe emittierende Leuchtstoffkomponente besitzt ein Emissionsspektrum vornehmlich im Wellenlängenbereich von 430 bis 490 nm. Eine dritte, mit roter Farbe emittierende Leuchtstoffkomponente besitzt ein Emissionsspektrum vornehmlich im Wellenbereich von 590 bis 630 nm. Eine vierte Leuchtstoffkomponente besitzt einen prinzipiellen Gauss'schen Spitzenwert im Bereich von 500 bis 510 nm. Die vierte Leuchtstoffkomponente ist in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um den CRI einer die ersten, zweiten und dritten Leuchtstoffkomponenten umfassenden Mischung zu erhöhen und gleichzeitig einen Helligkeitsabfall infolge der Vorhandenseins der vierten Leuchtstoffkomponente zu minimieren.
Die relativen Proportionen der Komponenten der Vierleuchtstoffmischung aus lichterzeugenden Medien sind derart, daß, wenn ihre Emissionen gemischt werden, die Leuchtstoffkombination in einem vorbestimmten Farbpunkt von etwa 2700 bis 5500 K resultiert, vorzugsweise 2700 bis 4200 K, auf oder nahe dem Planck'schen Kurvenzug. Die x- und y-Werte von ICI-Koordinaten, bei welchen der x-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,45 und der y-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,45 ist. Zusätzlich sind die relativen Proportionen der Komponenten derart, daß ein verstärkter Farbwiedergabeindex erzeugt wird im Vergleich mit einer Dreikomponentenmischung, die aus einer Dreileuchtstoffkomponentenmischung gebildet wird, die aus Einzelkomponenten von grün-, rot- und blauemittierenden Leuchtstoffkomponenten besteht.
Zweischichtlampen, welche Mischungen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als die zweite Schicht enthalten, zeigen im Vergleich mit Lampen, die mit lediglich den Schmalband- Seltene-Erden aktivierten Leuchtstoffkomponenten in der zweiten Leuchtstoffschicht hergestellt sind, vergrößerte CRI-Werte.
Wegen ihrer spektralen Eigenschaften sind die bevorzugten Leuchtstoffe für die anfänglichen grünen, roten und blauen Leuchtstoffkomponenten allgemeine Seltene-Erden-aktivierte Leuchtstoffe.
Typische Seltene-Erden-aktivierte Leuchtstoffe von grüner Farbe umfassen Tb- Ce-aktiviertes Magnesiumaluminat, Eu-Mn-aktiviertes Bariumaluminat, TB-Ce- aktiviertes Yttriumsilikat und Tb-Ce-aktiviertes Lanthanorthophosphat. Ein bevorzugtes Tb-Ce-aktiviertes Magnesiumaluminat ist als ein Magnesiumhexaaluminat als Sylvania® Type Nr. 2293 verfügbar. Ein bevorzugtes Eu-Mn-aktiviertes Bariumaluminat ist Sylvania® Type Nr. 2194 mit der Formel BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7; : Eu&spplus;², Mn. Ein Tb-Ce-aktiviertes Lanthanorthosphosphat besitzt die Formel LaPO&sub4; : Ce, Tb. In der US-A-4 423 349 wird der Terbium-aktivierte Lanthan-Zerium-Leuchtstoff als ein Niedrigkostenersatz für die Terbium- und Zerium-koaktivierte Magnesiumaluminat-Leuchtstoffkomponente in einer Mischung verwendet. Die Strukturformel ist LaxTbyCezPO&sub4;, worin x + y + z = 1, x größer als 0,05 und kleiner als 0,35, y größer als 0,05 und kleiner als 0,3, und z größer als 0,6 und kleiner als 0,9 ist. Dieser Leuchtstofftyp ist kommerziell von der Nichia Company als Typ NP220-Leuchtstoff verfügbar. Ein entsprechender Sylvania®- Leuchtstoff ist Type 2211, LaPO&sub4; : Ce, Tb, bekannt als LAP.
Die zweite Leuchtstoffkomponente ist ein mit blauer Farbe emittierender Leuchtstoff, vorzugsweise ein Seltene-Erde-aktivierter, schmalbandig emittierender Leuchtstoff. Typische blauemittierende Leuchtstoffe sind europiumaktiviertes Barium-Magnesium-Aluminat, europiumaktiviertes Strontium-Chlorophosphat und europiumaktiviertes Strontium-Barium- Kalzium-Chlorophosphat. Der bevorzugte blauemittierende Leuchtstoff ist ein durch divalentes Europium aktiviertes Barium-Magnesium-Aluminat und besitzt eine Spitzenemission bei 455 nm; solch ein Leuchtstoff besitzt die Formel BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7; : Eu&spplus;² und ist als Sylvania Type 2461 oder Type 246 verfügbar.
Die dritte Leuchtstoffkomponente ist vorzugsweise ein mit roter Farbe emittierender Seltene-Erden-Leuchtstoff. Typische rotemittierende Leuchtstoffe werden durch trivalentes Europium aktiviert. Bevorzugte rotemittierende Leuchtstoffe sind europiumaktiviertes Gadoliniumoxid (Gd&sub2;O&sub3; : Eu&spplus;³) und europiumaktiviertes Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3; : Eu&spplus;³). Ein am meisten bevorzugter, rotemittierender Leuchtstoff ist das durch trivalentes Europium aktivierte Yttriumoxid mit einer Spitzenemission bei 611 nm, verfügbar als Sylvania® Type 2342 oder Type 2345.
Die Menge der vierten in die anfängliche Leuchtstoffmischung inkorporierten Leuchtstoffkomponente ist ausreichend, um in wünschenswerter Weise den CRI der anfänglichen Dreikomponentenmischung zu vergrößern und gleichzeitig jedweden Abfall in der Helligkeit zu minimieren. Die sich ergebende, die Vierkomponentenleuchtstoffmischung enthaltende Lampe besitzt einen CRI größer als 85 und noch mehr bevorzugt größer als 87, mit einem korrespondierenden Verlust an Helligkeit von weniger als zehn Prozent und vorzugsweise weniger als sieben Prozent.
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt die vierte Leuchtstoffkomponente einen prinzipiellen Gauß'schen Spitzenwert in dem Blaugrün emittierenden Bereich von 500 nm bis 510 nm. Der vierte Leuchtstoff ist notwendigerweise ein gegenüber dem ersten, dem zweiten und dem dritten Leuchtstoff, wie sie anfänglich verwendet werden, unterschiedlicher Leuchtstoff, so daß sich ein verstärkter CRI für die endgültige Leuchtstoffmischung ergibt.
Bevorzugte, keine seltenen Erden enthaltende Leuchtstoffe sind alkaline erdmetallaktivierte Leuchtstoffe, von denen Magnesiumgallat am meisten bevorzugt wird. Die Sylvania® Type Nr. 213 ist ein manganaktiviertes Magnesiumgallat.
Fig. 2 zeigt ein x-y-Farbwertediagramm, das die Anordnung der Standardfluoreszenzfarben von kaltem Weiß, Weiß und warmem Weiß in einem Standardfarbwertediagramm darstellt. Eine fluoreszierende Lampe nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird definiert als der Bereich weißen Lichts korrelierter Farbtemperatur von 2700 Kelvin bis 5500 Kelvin mit Farbpunkten, die um einen Abstand geringer ausfallen oder gleich 0,0054 vom Schwarzkörperkurvenzug ausfallen (in dem 1960 UCS u-v-Diagramm). Fig. 2 zeigt in dem CIE 1931 x-y-Farbwertediagramm des Standardfarbwertebeobachters den Bereich der weißes Licht emittierenden Lampenfarben, die mit Mischungen einer Vierfachmischung von Lampenleuchtstoffen erzeugt werden können.
Die Leuchtstoffschichten werden mit Techniken aufgebracht, wie sie bekannt sind. Die erste Leuchtstoffschicht, beispielsweise ein durch Antimon und Mangan aktiviertes Kalziumhalophosphat, wird aus einer flüssigen Suspension als eine Schicht direkt auf das Glas aufgebracht. Eine Leuchtstoffbeschichtungsssuspension wird dadurch hergestellt, daß die Leuchtstoffteilchen in einem auf Wasser basierenden System dispergiert werden, wobei Polyäthylenoxid und Hydroxiäthylzellulose als Binder mit Wasser als Lösungsmittel verwendet werden. Die Leuchtstoffsuspension wird dadurch aufgebracht, daß man die Suspension an der inneren Oberfläche des Kolbens herunterlaufen läßt. Ein Verdampfen des Wassers führt zu einer unlöslichen Schicht von Leuchtstoffteilchen, die an der Innenfläche der Kolbenwand haften. Die erste Schicht wird vor dem Überziehen mit der Vierleuchtstoffmischung getrocknet. Die gewünschte zweite Leuchtstoffschicht wird in gleicher Weise aus einer Suspension auf Wasserbasis aufgebracht, die die geeignete und gewünschte Leuchtstoffmischung enthält. Die zweite, die Vierfachmischung enthaltende Wassersuspension läßt man über die erste Schicht fließen, bis die Flüssigkeit aus dem Rohr abgelaufen ist.
Das folgende Beispiel wird gegeben, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung klar zu verstehen und anzuwenden.
Die in dem nachfolgenden Beispiel angegebenen Leuchtstoffzahlen besitzen Identifizierungsnummern, wie sie von der GTE Products Corporation, Towanda, Pa., verwendet werden; sie sind als "Sylvania®"-Leuchtstoffe bekannt.
Bei vorgegebener spektraler Leistungsverteilung (SPD) aus einer die gegebene Leuchtstoffmischung verwendenden Lampe, beispielsweise die Sylvania® Lite White DeLuxe (LWX)-Mischung, hat das Rearrangement der spektralen Leistungsverteilung eine Wirkung auf den CRI und die Helligkeit. Zu diesem Zweck wurde die SPD von Watt/nm- zu Photonen/nm-Einheiten umgewandelt. Die resultierende spektrale Photonenkurve wurde umverteilt um zu erzeugen: 1) eine Kurve von der gleichen spektralen Form wie die usprüngliche, aber mit reduzierter Gesamtfläche von etwa neunzig Prozent; und 2) die verbleibenden zehn Prozent Photonen wurden zu einem Gauß'schen Band gebündelt. Diese mathematische Manipulation entspricht einem Mischen der Originalmischung mit einem anderen Leuchtstoff, der ein Gauß'sches Emissionsband zeigt, und mit der gleichen Quantenausbeute für die Emission wie die Originalmischung.
Die SPD reduzierter Intensität und der ad-hoc-Gauß werden in Watt/nm- Einheiten umgewandelt und die fotometrischen und kolorimetrischen Eigenschaften der resultierenden Mischung werden berechnet über die Variation der Spitzenposition und der Breite des Gauß'schen Bandes. In Fig. 3 werden ausgewählte Resultate gesammelt, nämlich der CRI und die vorhergesagten Lumen für derartige Mischungen, und zwar für die realistische Annahme von 30 nm Vollbreiten bei halbem Maximum (FWHM) für das Gauß'sche Band.
Nachdem der Gauß'sche Spitzenwert den sichtbaren spektralen Bereich überspannt, zeigen der vorhergesagte CRI und die Lichtausbeute komplementäre Trends (Fig. 3). Es ist auch evident, daß CRI-Werte von etwa 90 resultieren können, wenn der Gauß'sche Spitzenwert im grünen Spektralbereich bei etwa 500 nm angeordnet ist. Ein anderer Bereich verstärkten CRIs über den Wert für die ursprüngliche Mischung (in Fig. 1 mit der gepunkteten horizontalen Linie angezeigt) tritt auf, wenn der Spitzenwert des Gauß'schen Bandes zum roten Spektralbereich bei etwa 630 nm bewegt wird.
Das insoweit beschriebene Verfahren wird allgemein zu einem Mischungsfarbpunkt führen, der gegenüber demjenigen der ursprünglichen SPD verschoben ist. Das Verfahren ist jedoch nützlich dahingehend, daß es die Spektralbereiche aufzeigt, in denen eine zusätzliche Mischungskomponente emittieren sollte, um einen höheren CRI zu erzeugen.
Auf der Basis der Resultate gemäß Fig. 3 wurde ein kommerzieller Leuchtstoff mit einer Emission im blaugrünen Spektralbereich ausgewählt als ein CRI- verstärkender vierter Komponentenzusatz zu der ursprünglichen Sylvania® Lite White DeLuxe (LWX). Die ausgewählte vierte Leuchtstoffkomponente war Sylvania®-Leuchtstoff Type 213 (Mg gallate : Mn), und zwar als ein geeignetes Additiv, um den CRI der ursprünglichen LWX-Mischung anzuheben.
Im zweiten Stadium der Rechnung wurde die SPD der Einfachleuchtstofflampen, jeweils beschichtet mit Typ 213 und mit den Komponenten der LWX-Lampe (Sylvania Typen 246, 2293 und 2345), kombiniert, um ein Feld mit den Farbkoordinaten der LWX-Lampe herzustellen. Vorhersagen bezüglich der Helligkeit der resultierenden Mischungen basierten auf dem 100-Stunden-Lichtstrom der Einzelkomponentenlampen, wie in Tabelle 1 aufgelistet. TABELLE 1
Bei der Ableitung der Eigenschaften der Vierkomponentenmischungen wurden die individuellen SPDs als unabhängig variierende Anordnungen behandelt, indem ein mathematischer Formalismus verwendet wurde, wie er für die Behandlung von Vierkomponentenleuchtstoffmischungen entwickelt wurde.
Teilweise Resultate dieses Modellierens sind in Tabelle 2 gezeigt. Es ist festzustellen, daß durch die Addition von 0,127 Einfachlampenfraktionen (SLF) des Leuchtstoffs Nr. 213 und durch Änderung des relativen Gehalts der verbleibenden Mischungskomponenten bezüglich der LWX-Mischung, der CRI von 83,1 auf 89,1 angehoben werden kann, bei einem geringen Verlust an Helligkeit von etwa 3460 Lumen bis etwa 3230 Lumen, was einen Helligkeitsabfall von weniger als sieben Prozent darstellt. TABELLE 2 VORHERGESAGTE LUMEN UND CRI VON VIERKOMPONENTENMISCHUNGEN MIT TYPEN Nr. 246, NR. 2293, Nr. 2345 und Nr. 213 FÜR DEN LWX-FARBPUNKT

Claims

1. Leuchtstofflampe, welche auf ihrer Innenfläche eine Leuchtstoffschicht für die Umwandlung ultravioletter Strahlung in sichtbares Licht von weißer Farbe aufweist, wobei die Schicht (i) einen Halophosphatleuchtstoff und (ii) eine Vierleuchtstoffmischung umfaßt, die vier Schmalbandleuchtstoffe verwendet, wobei die Kombination aus Leuchtstoffen in einem Farbpunkt von 2700 bis 5500 K auf oder nahe dem Planck'schen Kurvenzug resultiert, sowie in einem CRI der Lampe von zumindest 85, und wobei die Vierleuchtstoffmischung besteht aus:

a) einer ersten, die Farbe Grün emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 500 und 570 nm;

b) einer zweiten, die Farbe Blau emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 430 und 490 nm;

c) einer dritten, die Farbe Rot emittierenden Leuchtstoffkomponente mit einer Spitzenemission zwischen 590 und 630 nm; und

d) einer vierten Leuchtstoffkomponente, die sich von der ersten, der zweiten und der dritten Leuchtstoffkomponente unterscheidet,

dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchtstoffkomponente eine Spitzenemission zwischen 500 und 510 nm aufweist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die Farbe Grün emittierende Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tb-Ce-aktiviertem Magnesiumaluminat, aus Eu-Mn-aktiviertem Bariumaluminat, aus Tb-Ce-aktiviertem Yttriumsilikat und aus Tb-Ce-aktiviertem Lanthan-Orthophosphat besteht.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, die Farbe Blau emittierende Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat, aus Eu-aktiviertem Strontiumchlorophosphat und aus Eu-aktiviertem Strontium-Barium- Kalzium-Chlorophosphat besteht.

4. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte, die Farbe Rot emittierende Leuchtstoffkomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Euaktiviertem Gadoliniumoxid und aus Eu-aktiviertem Yttriumoxid besteht.

5. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchtstoffkomponente ein alkalischer Erdleuchtstoff ist.

6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchtstoffkomponente manganaktiviertes Magnesiumgallat ist.

7. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchtstoffkomponente in der Vierleuchtstoffmischung in einer einzigen Lampenfraktion von zwischen 0,040 und 0,17 vorhanden ist.

8. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halophosphatleuchtstoff ein Kalzium- Haloapatit-Leuchtstoff ist.

9. Leuchtstofflampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der CRI größer als 87 ist.

10. Leuchstofflampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Leuchtstoffkombination in einem Farbpunkt von 2700 bis 4200 K auf oder nahe dem Planck'schen Kurvenzug resultiert.

11. Leuchtstofflampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die ICI-Koordinaten des sichtbaren Lichts einen x- Wert im Bereich von 0,3 bis 0,45 und einen y-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,45 besitzen.

12. Leuchtstofflampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Vierleuchtstoffmischung Licht mit Farbpunkten erzeugt, die in einen Abstand vom Schwarzkörper-Kurvenzug (in dem 1960-UCS u-v-Diagramm) fallen, der kleiner oder gleich 0,0054 ist.

13. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierleuchtstoffmischung umfaßt:

a) eine erste, die Farbe Grün emittierende Leuchstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tb-Ce-aktiviertem Magnesiumaluminat, aus Eu-Mn-aktiviertem Bariumaluminat, aus Tb-Ce-aktiviertem Yttriumsilikat und aus Tb-Ce-aktiviertem Lanthan-Orthophosphat besteht;

b) eine zweite, die Farbe Blau emittierende Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat, aus Eu-aktiviertem Strontiumchlorophosphat und aus Eu-aktiviertem Strontium-Barium- Kalzium-Chlorophosphat besteht;

c) eine dritte, die Farbe Rot emittierende Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Gadoliniumoxid und Eu-aktiviertem Yttriumoxid besteht; und

d) eine vierte, die Farbe Blau-Grün emittierende Leuchtstoffkomponente, die aus manganaktiviertem Magnesiumgallat besteht.

14. Vierfachleuchtstoffmischung, die zur Verwendung in einer Leuchtstofflampe nach Anspruch 13 geeignet ist, bestehend aus:

a) einer ersten, die Farbe Grün emittierenden Leuchstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tb-Ce-aktiviertem Magnesiumaluminat, aus Eu-Mn-aktiviertem Bariumaluminat, aus Tb-Ce-aktiviertem Yttriumsilikat und aus Tb-Ce-aktiviertem Lanthan-Orthophosphat besteht;

b) einer zweiten, die Farbe Blau emittierenden Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat, aus Eu-aktiviertem Strontiumchlorophosphat und aus Eu-aktiviertem Strontium-Barium- Kalzium-Chlorophosphat besteht;

c) einer dritten, die Farbe Rot emittierenden Leuchtstoffkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eu-aktiviertem Gadoliniumoxid und aus Eu-aktiviertem Yttriumoxid besteht; und

d) einer vierten Leuchstoffkomponente,

dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Leuchstoffkomponente manganaktiviertes Magnesiumgallat ist.