NL8003443A - Ultraviolet-emitterende aluminaatfosfor en zon- bruinende fluorescentielampen onder gebruikmaking daarvan. - Google Patents

Description

*

• I T

Ultraviolet-emitterende aluminaatfosfor en zoribruinende fluorescentielampen onder gebruikmaking daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op aluminaat-fosfors, die emitteren in het ultraviolette gebied van het elektromagnetische spectrum, en meer in het bijzonder op dergelijke fosfors, die cerium en aardalkalimetalen bevatten, en op 5 fluorescentielampen, waarin dergelijke fosfors zijn opgenomen.

Het Britse octrooischrift 1.452.083 beschrijft een ultraviolet-emitterende fluorescëntielamp-fosfor met de samenstelling CeMgAljjOjg en de magnetoplumbiet-structuur. Het Britse octrooischrift 1.194.014 beschrijft een fosfor met de 10 samenstelling CeAlj 1018 en de magnetoplumbiet-structuur. Hoewel

CaAljjOjg en CeMgAljjOjg analoge kristalstructuren bezitten wordt door de opneming van magnesium de door het ultraviolet geëxciteerde emissie-piek van ongeveer 460 nanometer in CeAljjOjg verschoven naar ongeveer 370 nanometer in CéMgAlj.O.Q. Deze fosfors worden 15 zelf-geactiveerd door het Ce ion.

R.W. Wolfe vond bij het onderzoek van aluminaten met de magnetoplumbiet- of B-aluminiumoxyde-structuur dat door gedeeltelijke vervanging van cerium door barium, strontium of calcium de temperatuur-afhankelijkheid van de emissie van de 20 ceriummagnesiumaluminaten in sterke mate kon worden verbeterd.

Daarom zijn de door aardalkalimetaal gesubstitueerde ceriummagnesiumaluminaten meer doeltreffend dan de ceriummagnesiumaluminaten in in hoge mate geladen fluorescentielampen, die werken bij wand-temperaturen binnen het traject van 200-400°C. Dergelijke door 800 34 43 2 aardalkali-gesubstitueerde ceriuramagnesiumaluminaten zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.088.922.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.153.572 beschrijft ultraviolet-emitierende, door yttrium gesubstitueerde 5 magnesiumaluminaat-fosfors met optimale emissies voor de behandeling van psoriasis.

3+

Het is bekend dat zekere ionen, zoals Fe en 4+

Ti , indien opgenomen in het soda-kalk-lampenglas voor fluorescen-tielampen een absorptie bewerkstelligen van schadelijke zonne-10 brandstraling, geëmitteerd in het UVB-gebied, waardoor de toepas sing mogelijk wordt van zekere fosfors in dergelijke lampen, die anders zouden worden verworpen vanwege hun ongewenst hoge energieopbrengst in dit gebied. Dergelijke energie-absorberende materialen in het glas vertonen echter eveneens de neiging energie te 15 absorberen uit het UVA-gebied, waardoor het totale zoribruinende vermogen van de lamp wordt verminderd.

Volgens deuitvinding werd gevonden dat zekere door aardalkalimetaal gesubstitueerde ceriummagnesiumaluminaat-fosfors een optimale energie-opbrengst binnen het UVA-gebied en 20 een minimale energie-opbrengst binnen het UVB-gebied vertonen, waardoor deze fosfors bruikbaar zijn in fluorescentielampen voor zonbruinende toepassingen. Dergelijke fosfors kunnen worden voorgesteld door de moleculaire formule C\Ry(Mgl-BZV z^1! l°16,5+3/2(x+y)+z, “““ 25 R = Ba, Sr of Ca, x = 0,80-0,95, y = 0,02-0,15, z = 0,80-1,0 en B = 0-0,5.

30 Lampen, die deze fosfors bevatten, vertonen een verbeterde energie-opbrengst in het UVA-gebied en een verminderde energie-opbrengst in het UVB-gebied in vergelijking met lampen, die de bekende fosfor-produkten bevatten.

Momenteel ligt de nadruk op de ontwikkeling 35 van nieuwe fosfors, die een maximale energie-opbrengst vertonen in het zonbruinende gebied van het elektromagnetische spectrum, 800 34 43 ♦ ί 3 dat wil zeggen 315-400 nanometer, aangeduid als het UVA-gebied, in tegenstelling tot energie-opbrengsten in het zonnebrand-gebied beneden 315 nanometer, het zogenoemde UVB-gébied. Een in de handel verkrijgbare fosfor, die momenteel wordt gebruikt voor 5 zonbruinende toepassingen, is BaSi^O^iPb. Fosfors met een hogere opbrengst in het UVA-gebied en een betere lamp-handhaving zijn echter wenselijk.

Voor een Beter begrip van de uitvinding en voor andere doeleinden, voordelen en mogelijkheden ervan wordt ver-10 wezen naar de onderstaande beschrijving.

De fosfors volgens de uitvinding kunnen gemakkelijk worden bereid door menging van de vereiste hoeveelheden van de geschikte uitgangsmaterialen en verhitting in een reducerende atmosfeer op een verhoogde temperatuur gedurende een matige tijds-15 periode. De tijd, de temperatuur en de reducerende atmosfeer zijn niet aan scherpe grenzen gebonden, maar een mengsel van stikstof en waterstof of waterstof genieten de voorkeur, een temperatuur-traject van 1450-1750°C geniet eveneens de voorkeur, alsmede een tijdsperiode van 1-5 uren. De speciale uitgangsmaterialen zijn 20 niet aan scherpe grenzen gebonden, maar deze moeten natuurlijk zodanig worden gekozen, dat zij gedurende de verhitting het vereiste produkt geven. Verbindingen, die bij verhitting ontleden tot oxyden, zoals hydroxyden, carbonaten, sulfaten, nitraten, etc., zijn aanvaardbaar. Voorkeursuitgangsmaterialen zijn AKOH)^, 25 MgO, BaO of BaF2, CeO^ of CeF^. Het produkt, dat momenteel in het bijzonder de voorkeur geniet, bezit ongeveer de moleculaire formule

Ce0,90 Ba0,05 Mgl,0 A1ll°18,925*

De uitvinding wordt verder toegelicht maar niet 30 beperkt door het volgende voorbeeld.

Voorbeeld

Bereiding van Ce^ BaM5 Mg)j0 2,330 g Ce02, 0,632 g MgO en 0,135 g BaF2 worden gemengd met 13,470 g AlCOH)^· Het mengsel wordt gedurende 35 4 uren verhit op 1550°C in een gedissocieerde ammoniak-atmosfeer (75 vol.% N2, 25 vol.% H2). De resulterende fosfor met de bovenge- 800 34 43 4 noemde moleculaire samenstelling is in hoofdzaak in de hexagonale magnetoplumbiet-fase en wanneer deze wordt opgenomen in een standaard 40 watt fluorescentielamp vertoont deze een emissie-intensi-teitspiek bij ongeveer 349 nanometer. De energie-opbrengst van 5 de lamp na een werkingsduur van 100 uren is als volgt:

Watts-opbrengst minder dan 315 nm (UVB)-0,15 Watts-opbrengst tussen 315 en 400 nm (UVA)-11,20 100 uur handhaving (%) - 97,9.

De handhaving wordt gedefinieerd als de verhouding 10 van de energie-opbrengst in het UVA-gebied van de lamp, gedeeld door de aanvankelijke energie-opbrengst van de lamp. Bijvoorbeeld 100 uur handhaving (%) *

Energie-opbrengst na 100 uren jqq Energie-opbrengst na 0 uren

In tabel A zijn aangegeven de lamp-waarden voor 15 deze fosfor en voor andere fosfors volgens de uitvinding in vergelijking met bekende fosforprodukten. Alle lamp-waarden gelden voor lagedruk-kwikdamp (LPMV) lampen, waarvan de spectrale doorlating van het lampenglas vermindert van ongeveer 90 % bij ongeveer 350 nanometer tot nagenoeg 0 bij ongeveer 270 nanometer.

20 Het zal dus duidelijk zijn dat een kleine hoeveelheid van de UVA-energie en een aanzienlijk gedeelte van de UVB-energie van de fosfor wordt geabsorbeerd door het lampenglas en dat de aangegeven waarden gelden voor de lampen en niet voor de fosfors.

25 800 3443 - / 5 ω ö •Η ϊβ es Χ3 ¢) Λ Λ ^ μ νο σ% σ> cn ο ο co ~ ο ^ rj^ λ Λ Λ Λ Λ ΛΛΛΛ Λ ·»

π5 \0 Is 'C "ΐ Ό Ν (Π Φ Ο VD

,£jo οι ο\ ® οι w a φ ο\ οι σ» γ~* I ο pj τ—ι

(J

jj ο +j \ ο cn ιτ> <γί in t'' a a ν η ιπ -<γ cd <<<f , « « « » ·***·* " “ & > I ο ο -* Ο ο ΟΟΟΡ^Ο' to co öiBm — —

£ d) n_^ ι-ι •HM CO

H 3 o d) O *H O g ^ }!?2p0 <f < Ifl UI ·ί O >0 N M Ό ^ p (U ;> lo — — — — NO CM — — — O —* m d j) b " ·» *> n " “ ·>·'***' * *

Τ) pdö'—'COOOOOO O O O O O O

U

cd cd t i* o

cd l S

rH d) β •H n-" s «Ai oi a a a o -t a n co co o CM ·ηο) <r <r <r <ι· ·ο· :5t vo jo j S*H COCOCOCOCO COCOCOCO co co W P.

•u

4J

cd & <<o· •st CO τΗ m <ü 3 0

,£3 Q) CH

cd co

H 60 O

Cm _ _ ^ .

•H O en O O — ·> CN

1—t (J) «v *v «v tv *v CO Λ ,η tl oo oo co en co — oo

a) β — — — — — O

WO) ooooo — _ _o 03^j ψ*ι *m r-* *m v—«O *<Γ β;0) M) — — — — — r-j " “ —

OJ.HÖ rHiHr-ltHtH <5 00 CO H

S Μ *H <5 <J <5 <I <3 σ' ~ ~ <! (3 Cd rH o O O O — H· O O — σ\ £0 > rH λ ·>·>·> VO ·> —I T— \D —

<U —. » 0-- "O

JJ ÜDÖOÖOÖOO ÖOrHiHO - a S S SS öo S C < Μ

ëj lf| lf| lf| Φ g UO — a S rH

o) o o o o co o vo r-· m <3

fi A «t *i A Λ Λ Λ Λ O τ-Q

cd ooooo 000« ·* co μ 3 Cd cd m 03 £f J3 hr *io en o pq po co PQ S S !* 60 m

o o o uo <n <r — en — S O

σ\ o tn en <t i^.coh»vo o cn A A «V IV IV A Λ A Λ · "Η ooooo 0000 — cn ο) <u 0) 0) ο) <u a> a> <u 0 a ooooo 0000 0 pq β •H d)

'S

ÖBÖ0Ö0Ö0 ••'MB

üHdd cm cm cn co TO d) O CJ

•Η ·Η ·Η ·Η · CN] Γ~Ν «CO Ij !> ij ö

β •Η'Η'Ο'βΜ^ · U0 O O ra Cd *H

O ββββ·· co* · ei Η β 3 Pi

s_l ·Μ ·Η ·Η ·Η O 00 · co ca CM τ3 d) 00 M O

PQ >>>> 00= = = Otowmfi'g-IHJIW

JJ 4J 4J 4J «O • —•H<]"CdB*HBC0 •Η ·Η ·Η ·Η S · β · Μ · 4J cd Μ Ο Ο Ο Ρ —1 £> <J <f < <ί β - en ,β .Μ ν m 800 34 43 6

In verband met de in de tabel aangegeven waarden wordt het volgende opgemerkt. Ten eerste vertonen de fosfors, bereid volgens de werkwijze van de uitvinding, een energie-op-brengst in het UVA-gebied na een werkingsduur van 100 uren, die 5 varieert van vergelijkbaar met tot superieur aan de hogetempera-tuur-fosfors volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.088,922; de hogetemperatuur-fosfors, die een vergelijkbare UVA energieopbrengst vertonen, vertonen echter eveneens een ongewenst hoge energie-opbrengst in het UVB (zonnebrand) gebied. Ten tweede ver-10 tonen de fosfors volgens de uitvinding een superieure energieopbrengst in het UVA gebied in vergelijking met de resterende onderzochte bekende fosfors, waaronder het door yttrium gesubstitueerde ceriummagnesiumaluminaat volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.153.572, het ceriummagnesiumaluminaat volgens het Brit-15 se octrooischrift 1.452.083 en de in de handel verkrijgbare standaard lood-geactiveerde bariumsilicaat-fosfor. Ten derde vertonen de fosfors volgens de uitvinding een superieure lamp-handhaving na een werkingsduur van 100 uren in vergelijking met het ceriummagnesiumaluminaat volgens het Britse octrooischrift 20 1.452.083 en de in de handel verkrijgbare standaard lood-geacti- veerde bariumsilicaat-fosfor.

Hoewel hierboven voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn beschreven zal het voor deskundigen duidelijk zijn dat verschillende veranderingen en modificaties mogelijk 25 zijn zonder buiten het raam van de uitvinding te geraken.

Technische toepassing.

De door aardalkalimetalen gesubstitueerde ceriummagnesiumaluminaat-fosfors volgens de uitvinding vertonen een optimale energie-opbrengst in het UVA (zonbruinende) gebied 30 van het elektromagnetische spectrum en een minimale energieopbrengst in het UVB (zonnebrand) gebied van het elektromagnetische spectrum en zijn bijgevolg bruikbaar in fluorescent!e-lampen voor kunstmatige zonbruinende toepassingen.

35 800 34 43

Claims (4)

1. Een door aardalkalimetaal gesubstitueerde ceriummagnesiumaluminaat-fosfor met een hexagonale magneto-plumb iet-structuur en met de moleculaire formule x = 0,80-0,95 y = 0,02-0,15, 2 = 0,80-1,0, B = 0-0,5, 10 en waarin R wordt gekozen uit Ba, Sr en Ca.

2. Fosfor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze de moleculaire formule van bij benadering Ce0,90Ba0,05Mgl,0A111°18,925 bezit.

3. Fluorescentielamp, bevattende een fosfor als gedefinieerd, in conclusies 1 of 2.

4. Fosfors en fluorescentielampen als beschreven in de beschrijving en/of het voorbeeld. 20 80034 43