NL8600023A - Lagedrukkwikdampontladingslamp. - Google Patents

Description

^a* · * PHN 11.612 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "lagedrukkwikdampontladingslamp"

De uitvinding heeft betrekking op een lagedrukkwikdampontladingslamp met zeer goede kleurweergave, met kleurtemperatuur van het uitgezonden witte licht in het bereik van 2300 tot 3300 K en met kleurpunt op of nabij de kurve van Planck, welke lamp 5 is voorzien van een gasdichte, straling doorlatende omhulling die kwik en edelgas bevat, en van een luminescerende laag die bevat: a tenminste een met driewaardig antimoon en met tweewaardig mangaan geaktiveerd luminescerend aardalkalimetaalhalofosfaat met kleurtemperatuur van de uitgezonden straling van 2900 tot 5000 K; 10 b tenminste een met tweewaardig europium geaktiveerde luminescerende stof met emissiemaximum in het bereik van 470 tot 500 nm en met halfwaardebreedte van de emissieband van ten hoogste 90 nm; c een met driewaardig cerium en met tweewaardig mangaan geaktiveerd luminescerend zeldzaam-aardmetaalmetaboraat met monokliene 15 kristalstruktuur, waarvan het grondrooster voldoet aan de formule Ln(Mg,Zn,Cd)B5O.j0, waarin Ln tenminste een der. elementen yttrium, lanthaan en gadolinium voorstelt, en waarin tot 20 mol.V van het B door Al en/of Ga vervangen kan zijn, welk metaboraat rode

Ox . ,

Mn* -emissie vertoont; en 20 d een luminescerend met driewaardig cerium geaktiveerd aluminaat met granaatkristalstruktuur, dat blauwe straling met golflengten beneden 480 nm althans gedeeltelijk absorbeert.

Dergelijke lampen zijn bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8301445 (PHN 10.662). Met deze lampen wordt een zeer 25 goede kleurweergave, d.w.z. dat de gemiddelde kleurweergave-index R(a,8) een waarde heeft van tenminste 85, bij een lage kleurtemperatuur van de uitgezonden straling verkregen. In de praktijk kunnen zelfs waarden van R(a,8) van 95 en hoger worden bereikt. Daartoe moet in deze lampen de emissie van een aantal luminescerende stoffen gekombineerd 30 worden. In de eerste plaats bevatten de lampen een luminescerend metaboraat met rode Mn* -emissie (de stof c) samen met een met tweewaardig europium geaktiveerde stof met emissiemaximum in het bereik ' · -ï n ? 3

v V V

PHN 11.612 2 * van 470-500 nm en met halfwaardebreedte van ten hoogste 90 nm (de stof b ) en een luminescerend halofosfaat (de stof a ). Met een dergelijke kombinatie van luminescerende stoffen kunnen lampen gemaakt 5 worden voor kleurtemperaturen van circa 3200 K en hoger. Om nu lagere kleurtemperaturen te verkrijgen worden de lampen in de tweede plaats voorzien van een luminescerend met driewaardig cerium geaktiveerd aluminaat met granaatstruktuur (de stof d ), dat dient als middel om blauwe straling te absorberen en om te zetten in nuttige straling met 10 grotere golflengten.

Een groot voordeel van deze bekende lampen is, dat zij een hoge lichtstroom en een slechts geringe terugval van de lichtstroom tijdens levensduur vertonen. Dit is ook het geval bij relatief hoge stralingsbelasting in lampen met een kleine diameter, bijvoorbeeld een 15 inwendige diameter van 24 mm. Een verder voordeel is, dat lage tot zeer lage kleurtemperaturen (tot circa 2300 K) verkregen kunnen worden. Dit is in het bijzonder het geval indien aan de luminescerende laag nog een met Tb^+ geaktiveerde stof wordt toegevoegd. De genoemde luminescerende stoffen kunnen alle als een homogeen mengsel in de 20 luminescerende laag worden aangebracht. Ook is het mogelijk de luminescerende laag uit deellagen op te bouwen, waarbij een of meer van de luminescerende stoffen in een laag aangebracht wordt, welke laag bedekt wordt door een tweede laag die de overige stoffen bevat. Men kan, bijvoorbeeld, het blauw absorberende luminescerende granaat 25 aanbrengen op de binnenwand van de lampomhulling in de vorm van een dunne laag en daarop een laag aanbrengen bestaande uit een homogeen mengsel van de overige luminescerende stoffen.

Een nadeel van de bekende lampen is, dat zij onderling verschillen kunnen vertonen in het kleurpunt van de uitgezonden 30 straling. Dit is een gevolg van de aanwezigheid van het luminescerende granaat. Gebleken is namelijk, dat de tijdens de produktie van de lampen optredende, zeer geringe spreiding in de dikte van de luminescerende laag de genoemde kleurpuntsverschillen oplevert, en wel in sterkere mate naarmate de laag meer van het granaat bevat.

35 De uitvinding heeft ten doel lagedrukkwikdampontladings- lampen te verschaffen met een zeer goede kleurweergave bij een lage kleurtemperatuur, waarbij het genoemde nadeel van kleurpuntsspreiding ^ ν y V U 2 0 •v_ ~ i PHN 11.612 3 nagenoeg opgeheven of tot een minimum gereduceerd wordt.

Daartoe is een lagedrukkwikdampontladingslamp van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de luminescerende laag voorts bevat: e een groen luminescerende, met 5 tweewaardig mangaan geaktiveerde stof met emissiemaximum in het. gebied van 510 tot 535 nm.

Gevonden is, dat bij een bepaald kleurpunt van de door de Λ | lamp uitgezonden straling een toevoeging van groene Mn -emissie door middel van de stof e een vermindering van de hoeveelheid van het 10 luminescerende granaat ten gevolge heeft. Daarbij blijft de hoge waarde van RU,8) behouden, hetgeen in het geheel niet te verwachten was.

Immers uit de reeds genoemde Nederlandse octrooiaanvrage 8301445 blijkt, dat verhoging van de bij voorkeur aanwezige bijdrage van groene Tb -emissie weliswaar leidt tot een vermindering van de hoeveelheid 15 luminescerend granaat, maar dat daarbij een onaanvaardbare verlaging van de R(a,8)-waarde onvermijdelijk is. Een voordeel van de lampen volgens de uitvinding is, dat door de verminderde hoeveelheid van het luminescerende granaat de dikte van de luminescerende laag minder invloed heeft op het kleurpunt van de uitgezonden straling, waardoor 20 kleurpuntsverschillen tussen de lampen onderling tot een minimum worden beperkt.

De voorkeur wordt gegeven aan lampen volgens de uitvinding, waarbij de luminescerende laag voorts een met driewaardig terbium geaktiveerde luminescerende stof (de stof £ ) bevat, die 25 groene Tb "^-emissie vertoont. Evenals dat bij de bekende lampen het geval is, heeft een dergelijke stof f het voordeel, dat met de lampen een hogere lichtstroom verkregen wordt en dat lagere kleurtemperaturen bereikbaar zijn. In lampen volgens de uitvinding is echter een gedeelte van de stralingsbijdrage in het groene deel van het

*)JL

30 spektrum afkomstig van de met Mn geaktiveerde stof g , waardoor een hoge R(a,8)-waarde verzekerd is.

Met voordeel past men lampen volgens de uitvinding toe, waarbij het luminescerende metaboraat c voorts met driewaardig terbium geaktiveerd is en het metaboraat c tevens de stof £ is en 35 voldoet aan de formule (Y,La,Gd) -|_x_yCexTby(Mg,Zn,Cd) i_p.

.MnpBgO-jQ, waarin 0,01 ^ x ^1-y 0,01 L y ^0,75

•V

PHN 11.612 4 0,01 4 p 4*3»30, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen kan zijn. Deze lampen hebben het voordeel

Oj. *3 l dat zowel de rode Mn -emissie als de groene Tb -emissie door één luminescerende stof geleverd worden. De gewenste relatieve 5 bijdrage van deze emissies kan worden ingesteld door de koncentraties Mn en Tb in het metaboraat te variëren.

De voorkeur wordt gegeven aan lampen volgens de uitvinding, waarbij de stof d voldoet aan de formule Ln3_xCexAltj_p_qGapSCqO.|2« waarin Ln tenminste een der 10 elementen yttrium, gadolinium, lanthaan en lutetium voorstelt, en waarin 0,01 ^ kC 0,15 o 4 p 4 3 o c q ^ 1 ·

Dergelijke luminescerende granaten bezitten uitstekende absorptie-15 eigenschappen in het blauwe deel van het spektrum en leveren een goede bijdrage aan de lichtstroom van de lamp, in het bijzonder indien p=q=0 gekozen wordt.

Een voordelige uitvoeringsvorm van een lamp volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de stof e tenminste een stof 20 is uit de groep van de met Mn geaktiveerde zinkorthosilikaten, de met Eu^+ en met Mn2+ geaktiveerde bariumaluminaten met hexagonale kristalstruktuur, en de met Eu2+ en Mn2+ geaktiveerde bariummagnesiumaluminaten met hexagonale kristalstruktuur. De genoemde silikaten (Zn2SiÖ4;Mn , willemiet) en hexagonale alummaten zijn 25 bekende luminescerende stoffen, die een zeer efficiënte, betrekkelijk smalbandige Mn -emissie vertonen met maximum in het gebied van 510-535 nm. De voorkeur wordt aan dergelijke lampen gegeven, die daardoor gekenmerkt zijn, dat de luminescerende laag de stof ê bevat in een hoeveelheid van 1 tot 20 gew.% 30 Bij voorkeur gebruikt men lampen volgens de uitvinding, die daardoor gekenmerkt zijn, dat de luminescerende laag bestaat uit een homogeen mengsel van de luminescerende stoffen. Een luminescerende laag uit een dergelijk mengsel is gemakkelijker in de lamp aan te brengen dan een luminescerende laag bestaande uit deel-lagen.

35 Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van een lamp volgens de uitvinding, waarbij de luminescerende laag bestaat uit een homogeen mengsel en gelegen is op de binnenwand van de omhulling, is k**· "i /"* *"· f\ i \ V i > V ·..

.rs- ---¾ PHN 11.612 5 daardoor gekenmerkt, dat tussen de luminescerende laag en de omhulling een tweede luminescerende laag is gelegen, die een mengsel van een luminescerend met Sb en met.Mn geaktiveerd aardalkalimetaalhalofosfaat met kleurtemperatuur van de uitgezonden 5 straling van 2900 tot 5000 R en een luminescerend met Ce geaktiveerd aluminaat met granaatkristalstruktuur bevat. Een dergelijke, lamp heeft het voordeel, dat de dikte van de eerste luminescerende laag . kleiner kan zijn, zodat per lamp minder van de in die laag aanwezige, relatief kostbare luminescerende stoffen nodig zijn. Daarbij wordt bij 10 voorkeur de in de tweede luminescerende laag aanwezige hoeveelheid van het luminescerende granaat nagenoeg even groot gekozen als de hoeveelheid van dat granaat in de eerste luminescerende laag en wordt het kleurpunt van de door de tweede luminescerende laag alleen uitgezonden straling zo dicht mogelijk gekozen bij het gewenste 15 kleurpunt van de lamp.

tfitvoeringsvoorbeelden van lampen volgens de uitvinding zullen nu nader worden toegelicht aan de hand van een tekening.

De tekening toont schematisch en in doorsnede een lagedrukkwikdampontladingslamp volgens de uitvinding.

20 In figuur 1 is 1 de glazen wand van de lagedrukkwikdampontladingslamp. Aan de einden van de lamp bevinden zich elektroden 2 en 3 waartussen tijdens bedrijf van de lamp de ontlading plaatsvindt. De lamp is voorzien van edelgas, dat als ontsteekgas dient, en voorts van een kleine hoeveelheid kwik. De lamp heeft een 25 lengte van 120 cm en een inwendige diameter van 24 mm en is bestemd om tijdens bedrijf een vermogen van 36 W op te nemen. De wand 1 is aan de binnenzijde bedekt met een luminescerende laag 4, die de luminescerende stoffen 3. , b , £ , d en e bevat. De laag 4 kan op een gebruikelijke manier op de wand 1 worden aangebracht, bijvoorbeeld door 30 middel van een suspensie, die de luminescerende stoffen bevat.

In de volgende uitvoeringsvoorbeelden van lampen volgens de uitvinding en in lampen die ter vergelijking werden gemaakt werden luminescerende stoffen gebruikt, die in de onderstaande tabel worden aangegeven. De tabel vermeldt, behalve de formule voor elke stof, ook 35 het kleurpunt (x,y) van de door elke van deze stoffen uitgezonden straling, indien de stof als enige luminescerende stof in een lamp wordt toegepast. Behalve de in de tabel genoemde stoffen werd ook

·* ^ 4% A

-A

'-£!*.· PHN 11.612 6 een luminescerend granaat (YAG) volgens de formule Y2 9Ce0 1A15^12 9ebruikt.

:-?-:--

: lum. stof formule x Y

t-!-----i-j 5 CBM Ce0r2G30(6Ib0>2^0(9l*0>09B5010 0,518 i 0,345 =81 ^0,2^0,6^0,2^10 O'324 °'535 S® ^0,98^0,02^3,5^,25 °'151 °'364

Halo 2900 Ca9i33Ca0(12(PO4)6P1j7ClQj4;Sb0r125Mn0(35 0,437 0,402 |

1Π 2+ ! I

iU Willemiet Zn2Si04;Mn 0,246 [ 0,614 ,; ___i-i-:-4 15

Voorbeeld 1

Lampen van de aan de hand van de tekening getoonde soort werden voorzien van een luminescerende laag (circa 4 gram per lamp) 20 bestaande uit een homogeen mengsel van 71,4 gew.% CBTM 9 gew.% SAE 15 gew.% Halo 2900 4,6 gew.% Willemiet.

25 Het mengsel bevatte voorts per 100 gram van de genoemde stoffen 10 gram YAG.

Aan de lampen werd gemeten een kleurtemperatuur van circa 2700 K en een R(a,8) van 93. De gemiddelde waarden van de kleurkoördinaten van het kleurpunt bedroegen x=0,461 en y=0,414. De spreiding in de waarden van 30 x en y tussen de lampen onderling bedroeg minder dan 0,005, waardoor geen storende kleurpuntsverschillen werden waargenomen.

Voorbeeld 2

Lampen van hetzelfde type als beschreven in voorbeeld 1 werden voorzien van een luminescerende laag (circa 4 gram per lamp)

35 bestaande uit een homogeen mengsel van 68 gew.% CBTM 9 gew.% SAE

-X .·*. ~r ' -V *../ > ♦ PHN 11.612 7 * 18 gew.% Halo 2900 5 gew.% Willemiet.

Het mengsel bevatte voorts per 100 gram van de genoemde stoffen 9 gram YAG.

5 Aan de lampen werd gemeten een kleurtemperatuur van circa 2700 K en een R(ar8) van 93. Het kleurpunt had de koördinaten x=0,461 en y=0,4H, waarbij wederom de spreiding geringer dan 0,005 was. Verqeliikingsvoorbeelden

Ter vergelijking werden enkele series lampen vervaardigd, Λι 10 die geen groen luminescerende met Mn geaktiveerde stof bevatten (niet volgens de uitvinding), maar die overigens geheel analoog waren aan de lampen volgens de voorbeelden 1 en 2 (kleurtemperatuur dezelfde waarde van circa 2700 K en nagenoeg hetzelfde kleurpunt).

(a). Lampen werden voorzien van een homogeen mengsel van 15 74 gew.% CBTM

19 gew.% SAE

7 gew.% Halo 2900 in een luminescerende laag (circa 4 gram per lamp), die voorts per 100 gram van deze luminescerende stoffen 16 gram YAG bevatte. Deze relatief 20 grote hoeveelheid YAG was vereist om het gewenste kleurpunt te bereiken. De lampen hadden een R(a,8)-waarde van circa 95. De spreiding in zowel de x- als ook de y-koördinaat van het kleurpunt van de lampen bedroeg echter circa 0,008, waardoor hinderlijke kleurpuntsverschillen tussen de lampen onderling waarneembaar waren.

25 (b). Lampen werden voorzien van een homogeen mengsel van

69,1 gew.% CBTM

10 gew.% SAE

18 gew.% Halo 2900 2,9 gew.% CBT.

30 Als gevolg van de extra bijdrage in het groene deel van het spektrum door toevoeging van CBT was in deze lampen, vergeleken met de serie (a), een geringere hoeveelheid YAG nodig (nl. 13 gram per 100 gram van de genoemde luminescerende stoffen) om het gewenste kleurpunt te bereiken. De hoeveelheid YAG was echter nog zo groot, dat een storende 35 kleurpuntsspreiding optrad. Voorts was de R(a,8)-waarde gedaald tot 92.

(c). Lampen werden voorzien van een homogeen mengsel van

68,3 gew.% CBTM

< PHN 11.612 8 — ij* ♦ 9 gew.% SAE 18 gew.% Halo 2900 4,7 gew.% CBT.

Door de relatief grote extra bijdrage in het groene deel van het 5 spektrum door CBT was in deze lampen slechts 9 gram YAG per 100 gram van de overige luminescerende stoffen nodig om het gewenste kleurpunt te bereiken. De R(a,8) van deze lampen was echter gedaald tot waarden van circa 88, hetgeen voor praktische toepassingen waar zeer hoge eisen aan de kleurweergave worden gesteld onaanvaardbaar laag is.

", \ ;

Claims (8)

1. Lagedrukkwikdampontladingslamp met zeer goede kleurweergave, iet kleurtemperatuur van het uitgezonden witte licht in het bereik van 2300 tot 3300 K en met kleurpunt op of nabij de kurve van Planck, welke lamp is voorzien van een gasdichte, straling 5 doorlatende omhulling die kwik en edelgas bevat, en van een luminescerende laag die bevat: a tenminste een met driewaardig antimoon en met tweewaardig mangaan geaktiveerd luminescerend aardalkalimetaalhalofosfaat met kleurtemperatuur van de uitgezonden straling van 2900 tot 5000 K; 10. tenminste een met tweewaardig europium geaktiveerde luminescerende stof met emissiemaximum in het bereik van 470 tot 500 nm en met halfwaardebreedte van de emissieband van ten hoogste 90 nm; c een met driewaardig cerium en met tweewaardig mangaan geaktiveerd luminescerend zeldzaam-aardmetaalmetaboraat mét monokliene 15 kristalstruktuur, waarvan het grondrooster voldoet aan de formule Ln(Mg,Zn,Cd)B5010, waarin Ln tenminste een der elementen yttrium, lanthaan en gadolinium voorstelt, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen kan zijn, welk metaboraat rode Μηώ -emissie vertoont; en 20. een luminescerend met driewaardig cerium geaktiveerd aluminaat met granaatkristalstruktuur, dat blauwe straling met golflengten beneden 480 nm althans gedeeltelijk absorbeert, met het kenmerk, dat de luminescerende laag voorts bevat: ê een groen luminescerende, met tweewaardig mangaan geaktiveerde 25 stof met emissiemaximum in het gebied van 510 tot 535 nm.

2. Lamp volgens conclusie 1, waarbij de luminescerende laag voorts een met driewaardig terbium geaktiveerde luminescerende stof (de stof f ) bevat, die groene Tb -emissie vertoont.

3. Lamp volgens conclusie 2, waarbij het luminescerende 30 metaboraat c voorts met driewaardig terbium geaktiveerd is en het . metaboraat c tevens de stof f is en voldoet aan de formule ' (Y,La,Gd)t_x_yCexTby(Mg,Zn,Cd}1_pMnpB5010, waarin 0,01£ x ^1-y 0,01 £ y 40,75 35 0,01 -έ. P 4 Qf30, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen kan zijn.

4. Lamp volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de stof 4 δ::. PHN 11.612 10 ----- * voldoet aan de formule Ln3_xCexAl5_p_qGapSCg012f waarin Ln tenminste een der elementen yttrium gadolinium, lanthaan en lutetium voorstelt, en waarin 0,01 x ^ Of 15

0. P ^ 3

5. Lamp volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de stof e tenminste een stof is uit de groep van ‘de met tweewaardig mangaan geaktiveerde zinkorthosilikaten, de met tweewaardig europium en met tweewaardig mangaan geaktiveerde bariumaluminaten met hexagonale 10 kristalstruktuur, en de met tweewaardig europium en met tweewaardig mangaan geaktiveerde bariummagnesiumaluminaten met hexagonale kristalstruktuur.

5. C q 4 1.

6. Lamp volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de luminescerende laag de stof e bevat in een hoeveelheid van 1 tot 20 gew.%.

7. Lamp volgens een of meer der conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de luminescerende laag bestaat uit een homogeen mengsel van de luminescerende stoffen.

8. Lamp volgens conclusie 7, waarbij de luminescerende laag is gelegen op de binnenwand van de omhulling, met het kenmerk, dat 20 tussen de luminescerende laag en de omhulling een tweede luminescerende laag is gelegen, die een mengsel van een luminescerend met driewaardig-antimoon en met tweewaardig mangaan geaktiveerd aardalkalimetaalhalofosfaat met kleurtemperatuur van de uitgezonden straling van 2900 tot 5000 K en een luminescerend met driewaardig cerium 25 geaktiveerd aluminaat met granaatkristalstruktuur bevat. 8.i> fi ^ f * *- «Λ* V/