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"Perfectionnements dans l'éclairage par tubes à décharge dans les, gaz & les vapeursavec fluorescence"
Il a déjà été proposé, en vue de réaliser divers effets 'lumineux, d'utiliser, en combinaison avec un tube à dé:. charge luminescente dans les gaz et les vapeurs, notamment avec, un tube à vapeur de mercure, deux couches fluorescentes succès- sives, excitées l'une par la décharge, l'autre par les radotions transformées par la première.
La présente invention, relative au cas où le tube à décharge présente un rayonnement ultra-violet important, vise par un choix convenable de ces couches à obtenir une lumière dont la répartition d'énergie dans le spectre visible soit sen- siblement semblable à celle de la lumière solaire; elle a aussi pour objet de fournir ce résultat avec le maximum de rendement.
Conformément à l'invention, on emploie:
1 - Une première couche de matière fluorescente soumise au rayonnement émis par la luminescence des gaz et/ou des vapeurs et qui transforme la plus grande partie des radiations ultra- violettes de courte et moyenne longueur d'onde en radiations visibles.
2 - Une deuxième couche de matière fluorescente recevant le rayonnement émis où transmis par la première et qui, laissent
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passer une grande partie des radiations visibles, transforme une grande partie des radiations ultra-violettes de grande longueur d'onde en radiations visibles.
La recherche du rayonnement titra-violet de grande longueur d'onde, résulte de ce qu'il est nécessaire en vue du but poursuivi, que la seconde couche laisse passer toutes les radotions visi- bles émises par la première sans par suite en absorber aucune; d'autre part, elle est justifiée comme correspondant à la meil- leure utilisation de l'énergie lumineuse fournie par le tube à décharge, puisque, à la connaissance de la demanderesse, il n'a pas été possible jusqu'à présent, de trouver, pour constituer la première couche, une matière fluorescente permettant de trans- former l'ensemble du rayonnement ultra-violet de la décharge en radiations visibles.
Ce rayonnement dans l'ultra-violet long doit être déterminé pour donner lieu, après transformation par la seconde couche, à une distribution d'énergie dans le spectre vi. si ble complémentaire de celle correspondant aux radis tiens trans- mises par transparence par la seconde couche, cette dernière au avantagea sèment moins, étant choisie/telle, qu'on puisse, comme connut faire va- rier à volonté, dans une large mesure, son domaine et son inten- sité de fluorescence, notamment par modification de son épaisseur, de sa teneur en substance luminogène et en outre, lorsqu'elle est constituée par un mélange, de la proportion des constituants dans ce mélange.
Il est en général indiqué de séparer les deux couches au moyen d'une paroi et/ou d'un espace, ces derniers Étant alors choisis transparents aux radiations visibles et aux radiations ultra-violettes de grande longueur d'onde,
Pour que le résultat cherché soit atteint dans les meil leures conditions, il faut encore que l'ensemble des deux couches et, le cas échéant, de la paroi et/ou de l'espace ci-dessus, trans- forme ou absorbe notablement les radiations correspondant aux raies intenses du spectre de luminescence, par exemple les raies jaunes, vertes et bleues du mercure, dont l'intensité trop grande causerait des discontinuités regrettables.
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Il est apparu que ledit résultat pouvait être obtenu de façon très satisfaisante et avec un excellent rendement, notamment avec le couple suivant de matières fluorescentes, employées dans l'or-* dre :
1 - Première couche de tungstate de calcium fluorescent,
2 - Seconde oouche de sulfure de zino ou de sulfure de cadmium ou un mélange de ces deux sulfures*
Le spectre obtenu dans ces conditions est remar- quablement semblable dans toutes ses partieau spectre solaire;
il contient même comme celui-ci des radiations ultra-violettesde très grande longueur d'onde qui pourraient être au besoin trans- formées elles-mêmes en radiations visibles conformément à l'in- vention, par une troisième couche de matière fluorescente conve- nablement choisie, au cas où les deux autres couches telles que choisies ne fourniraient pas le résultat désiré avec une appro ximation suffisante.
Un dispositif, indiqué également à titre d'exemple,$ fera mieux comprendre la nature de l'invention: le tungstate de calcium fluorescent est disposé en couche mince, suivant les procédés connus, à l'intérieur d'un tube à décharge, contenant des gaz rares et de la vapeur de mercure. La paroi du tube est constituée en verre pyrex* Le tungstate de calcium absorbe la presque totalité des radiations ultra-violettes de courtes et mo- yennes longueurs d'onde émises par le mercure, et il émet un spectre fluorescent s'étalant, dans le spectre visible et dams l'ultra-violet de grande longueur d'onde, jusque vers 3000 Ange.
Le sulfure de zinc-cadmium est disposé à l'extérieur du tube en couche mince, soit sur la paroi extérieure du tube, soit sur la paroi intérieure d'un tube en verre ordinaire disposé en un manchon autour du premier tube.
La lumière visible et ultra-violette de grande longueur d'onde émise par le tungstate irradie le sulfure, en passant au travers de la paroi en pyrex, qui est transparente aux radiations ultra-violettes de grande longueur d'onde jusque vers les radia- tions ultraviolettes de moyenne longueur d'onde, et éventuellement au travers de l'air compris entre le tube et le manchon et qui,
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cornue on le sait, est transparent à ces radiations. Le sul- fure laisse passer, avec peu d'absorption, la lumière visible qu'il reçoit et transforme les radiations de grande longueur d' onde, émises par le tungstate, surtout la région comprise entre 3600 Ange. et 3000 Ange., en radiations visibles jaune-orangé et rouges.
Dans ces conditions, la lumière visible fluorescente à prédominence violette et bleue émise par le tungstate, se trouve complétée par la lumière à prédomdnence orangée et rouge du sulfure,pour donner une lumière sensiblement blanche, très voisine, dans sa répartition d'énergie, de celle du spectre solaire.
D'autre part, le passage des radiations visibles du mercure successivement au travers des deux couches de matières fluorescentes, entraîne par deux effets superposés d'absorp- tion partielle, une atténuation très importante des raies vi- sibles du mercure, beaucoup plus, toutes 'choses égales, qu'avec une seule couche de matière fluorescente. La lumière blanche résultante est donc particulièrement pure et ne provoque pas sur les;objets éclairés, notamment sur la peau, ces effets dé- forments qui entachent d'une manière générale l'emploi des tubes à mercure.
Enfin, la transformation de la plus grande partie de l'énergie ultra-violette émise par le mercure, par le mécanisme ci-dessus décrit, entrafne une amélioration notable du rendement lumineux.
On resteans l'objet de la présente invention en met- tant en oeuvre d'autres modes de réalisation du procédé décrit et revendique. Par exemple, le dispositif: première couche de matière fluorescente - paroi et/ou espace transparent - deuxième couche de matière fluorescente choisie en fonotion de la première pourra être placé complètement, soit à l'intérieur du tube à décharge lui-même, soit à l'extérieur.
Si le dispositif est placé à l'intérieur du tube à décharge la deuxième matière fluorescente, les sulfures par exemple,sera
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d'abord appliquée par les procédés connus, en couche mince, contre la paroi intérieure du tube à décharge. Un enduit convenable, acide borique par exemple, faisant office de paroi intermédiaire sera appliqué sur la matière fluorescente. Cet enduit ou vernis sera choisi de manière qu'il soit, comme spécifié) transparent au moins aux radiations ultra-violettes de grandes longueurs d'onde.
Si l'on reconnaît qu'un enduit, peu transparent à cet égardt est désirable à d'autres points de vue, comme par exemple pour ses qualités mécaniques ou chimiques, on le disposera en ocuche ex- trêmement mince. Puis la première matière fluorescente sera appli quée, par les procédés connus, contre l'enduit. Dans ce mode de réalisation, la première matière fluorescente devra être parti- culièrement résistante, comme le tungstate de calcium par exemple, à l'action électrique de la décharge, ou à l'action chimique des gaz ou des vapeurs introduits dans le tube.
Si, suivant l'autre mode de réalisation, le dispo- sitif: première matière fluorescente - paroi - deuxième matière fluorescente - est placé hors du tube à décharge, la paroi du tube à décharge devra, suivant la présente invention, être constituée en une matière transparente aux radiations ultra-violettes longues$ moyennes et courtes, par exemple en silice ou en verre.au phosphate
Dans ce mode de réalisation, le dispositif fluores- cent peut être, suivant la présente invention,lié par construction au tube à décharge ou bien être indépendant de lui, ou en dépendre en patie seulement.
Des exemples feront mieux comprendre ces diverses modalités;
En premier lieu, le tube à décharge est placé à l'intérieur d'une enceinte en verre pouvant avoir par exemple la forme d'une ampoule de lampe électrique à incandescence. L'espace compris entre le tube et l'ampoule peut être en relation avec l'air, ou bien être étanche. L'étanchéité permet de faire le vide,ce qui a pour avantage d'isoler thermiquement le tube à meroure,constituant par exemple le tube à décharge, en augmentant son rendement, et de ne pas absorber le rayonnement ultra-violet de courte longueur d'on- -de émis par lui.
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On peut également remplir cet espace de gaz isolantsthermiquement et transparents aux ultra-violets courte, par exemple des gaz rares, comme l'argon, le krypton et le xénon.
Les sulfures de zinc et de cadmium constituant par exemple la se- conde matière fluorescente, mis en suspension dans un vernis transparent aux ultra-violets, sont déposés En couche mince, au pistolet, sur la paroi intérieure de l'ampoule.
La première matière fluorescente, le tungstate de calcium, par exemple, est déposée sur la paroi intérieure d' un capuchon en pyrex disposé à l'intérieur de l'ampoule décrite ci-dessus et recouvrant, comme un manchon de beo Auer, le tube à mercure.
Ce dispositif présente l'avatage de permettre le développement de chacune des deux surfaces enduites dela première et de la deuxième couche de matières fluorescentes, jusqu'à la grandeur voulue, pour chacune d'elles, pour obtenir une transformation convenable des énergies successivement mises en jeu.
Il est particulièrement intéressant dans le cas où le tube à décharge est un tube à mercure haute pression de petite dimension, donc de grand éclat.
Suivant une autre variante de construction, le dispositif fluorescent peut être complètement distinct du tube à décharge et constituer par lui-même des manchons ou des globes diffusants que l'on dispose à volonté autour du tube à décharge.
Le manchon transparent supportant intérieurement, comme décrit ci-dessus, la première matière fluorescente, peut être fixé au tube à décharge lui-même mécaniquement avec éventuellement des moyens assurant l'étanchéité de l'espace compris entre ce manchon et le tube, tandis que le manchon ou le globe muni de la deuxième matière fluorescente est mobile. En faisant varier la nature des dépôts fluorescents sur ces manchons ou globes, ces dép8ts étant toujours choisis suivant les spécifications de l'invention, en fonction de la première ma tière fluorescente, on peut réaliser toute une série de manchons ou globes capables de donner par
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exemple, avec la même source décdte, des effets de lumière blanche légèrement colorée.
Enfin, dans une autre variante, la deuxième matière fluorescente est déposée s ur une surface en verre amovible soumis e en partie directement et en partie par réflexion à l'aide d'un réflecteur approprié, ou en totalité par réflexion, au rayon- nement transmis et émis par la matière fluorescente.
Dans tous les dispositifs, les manchons ou globes supportant la deuxième matière fluorescente peuvent être consti.. tués en verres colorés, de façon à améliorer éventuellement l' effet obtenu.
Les figures ci-jointes illustrent, à titre d'ex- emple, et sans qu'elles puissent avoir pour effet de limiter la portée de l'invention, divers modes de réalisation du procédé qui en fait l'objet, dans le cas où le dispositif première ma- tière fluorescente - espace intermédiaire - deuxième matière fluo- rescente - est extérieur au tube.
Sur la figure 1, 1 représente le tube qui comporte un remplissage de mercure et de gaz rares. Sa paroi 2 est en quartz pour laisser passer les radiations ultra-violettes. La première couche fluorescente, tungstate de calcium 3, est déposée sur la surface interne d'un manchon cylindrique 4 entourant le tube et constitué de pyrex pour laisser passer les radiations ul- tra-violettes de grande longueur d'onde. La deuxième couche 5, sulfures de cadmium et de zinc, est déposée sur la paroi inté- rieure d'un manchon 6 en verre ordinaire entourant le premier*
Sur la figure 2, le tube 1 avec paroi en quartz 2 est entouré d'un capuchon 4 en pyrex, recouvert intérieurement de tungstate de calcium 3 et supporté mécaniquement sans étanchéité par un support 7.
L'ampoule en verre ordinaire 6, recouverte in- térieurement de sulfure 5 est soudée d'une façon étanche à une douille 8 qui supporte l'ensemble. Le vide peu être fait à l'
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intérieur de l'ampoule.
La figure 3 représente une variante de la figure
2, dans laquelle le capuchon en pyrex 4, supportant le tungstate 3 est fixé de façon étanche à la douille-support 8, tandis que l'ampou- le en verre ordinaire 6 , recouverte intérieurement de sulfures 5 est amovible.
Enfin, sur la figure 4 est représenté le même système avec réflecteur, les sulfures 5 étant ici placés sur une surface plane en verre ordinaire 6 -.lacée d'un coté du tube 1 avec paroi en quartz 2 et du manchon 4, recouvert de tungstate 5, le réflecteur 9 renvoyant vers la surface 6 les radiations émises dans les autres directions.
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"Improvements in discharge tube lighting in fluorescence, gas & vapors"
It has already been proposed, in order to achieve various lighting effects, to use, in combination with a die tube :. luminescent charge in gases and vapors, in particular with, a mercury vapor tube, two successful fluorescent layers, one excited by the discharge, the other by the radotions transformed by the first.
The present invention, relating to the case where the discharge tube exhibits significant ultraviolet radiation, aims by a suitable choice of these layers to obtain a light whose energy distribution in the visible spectrum is substantially similar to that of sunlight; it also aims to provide this result with maximum efficiency.
According to the invention, the following are used:
1 - A first layer of fluorescent material subjected to the radiation emitted by the luminescence of gases and / or vapors and which transforms most of the ultra-violet radiations of short and medium wavelength into visible radiations.
2 - A second layer of fluorescent material receiving the radiation emitted or transmitted by the first and which,
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pass a large part of the visible radiation, transforms a large part of the ultra-violet radiation of long wavelength into visible radiation.
The search for titra-violet radiation of long wavelength results from what it is necessary for the purpose pursued, that the second layer allows all the visible radotions emitted by the first to pass without consequently absorbing any. ; on the other hand, it is justified as corresponding to the best use of the light energy supplied by the discharge tube, since, to the knowledge of the applicant, it has not been possible until now to to find, to constitute the first layer, a fluorescent material making it possible to transform all the ultra-violet radiation of the discharge into visible radiation.
This radiation in the long ultraviolet must be determined to give rise, after transformation by the second layer, to an energy distribution in the vi spectrum. si ble complementary to that corresponding to the radishes like transmitted by transparency by the second layer, the latter to advantageously sow less, being chosen / such that we can, as known to vary at will, to a large extent, its fluorescence range and intensity, in particular by modifying its thickness, its content of luminogenic substance and, in addition, when it is constituted by a mixture, of the proportion of the constituents in this mixture.
It is generally advisable to separate the two layers by means of a wall and / or a space, the latter being then chosen transparent to visible radiations and to ultra-violet radiations of long wavelength,
In order for the desired result to be achieved under the best conditions, it is also necessary that the assembly of the two layers and, where appropriate, of the wall and / or of the above space, significantly transform or absorb the radiations corresponding to the intense lines of the luminescence spectrum, for example the yellow, green and blue lines of mercury, the intensity of which too great would cause regrettable discontinuities.
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It appeared that the said result could be obtained very satisfactorily and with an excellent yield, in particular with the following pair of fluorescent materials, used in the order:
1 - First layer of fluorescent calcium tungstate,
2 - Second layer of zino sulphide or cadmium sulphide or a mixture of these two sulphides *
The spectrum obtained under these conditions is remarkably similar in all its parts to the solar spectrum;
it even contains, like this, ultra-violet radiations of very long wavelength which could, if necessary, themselves be transformed into visible radiations in accordance with the invention, by a third layer of suitably fluorescent material. chosen, in case the other two layers as chosen do not provide the desired result with sufficient approximation.
A device, also indicated by way of example, $ will make the nature of the invention better understood: the fluorescent calcium tungstate is placed in a thin layer, according to known methods, inside a discharge tube, containing rare gases and mercury vapor. The wall of the tube is made of pyrex glass * Calcium tungstate absorbs almost all of the ultra-violet radiations of short and medium wavelengths emitted by mercury, and it emits a fluorescent spectrum spreading out, in the visible spectrum and in the ultra-violet of long wavelength, up to around 3000 Ange.
Zinc cadmium sulfide is disposed outside the tube in a thin film, either on the outer wall of the tube or on the inner wall of an ordinary glass tube disposed in a sleeve around the first tube.
The long wavelength visible and ultraviolet light emitted by the tungstate irradiates the sulfide, passing through the pyrex wall, which is transparent to long wavelength ultraviolet radiation into the radiations. ultraviolet rays of medium wavelength, and possibly through the air between the tube and the sleeve and which,
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retort, as we know, is transparent to these radiations. The sulphide lets through, with little absorption, the visible light which it receives and transforms the radiations of long wavelength, emitted by the tungstate, especially the region comprised between 3600 Ange. and 3000 Ange., in yellow-orange and red visible radiations.
Under these conditions, the predominantly purple and blue fluorescent visible light emitted by the tungstate is supplemented by the predominantly orange and red light of the sulphide, to give a substantially white light, very similar, in its energy distribution, of that of the solar spectrum.
On the other hand, the passage of the visible radiations of mercury successively through the two layers of fluorescent materials, leads by two superimposed effects of partial absorption, a very important attenuation of the visible lines of mercury, much more, all 'things being equal, only with a single layer of fluorescent material. The resulting white light is therefore particularly pure and does not cause, on illuminated objects, in particular on the skin, these deforming effects which generally taint the use of mercury tubes.
Finally, the transformation of the greater part of the ultra-violet energy emitted by the mercury, by the mechanism described above, results in a notable improvement in the light output.
We remain the object of the present invention by implementing other embodiments of the method described and claimed. For example, the device: first layer of fluorescent material - transparent wall and / or space - second layer of fluorescent material chosen according to the first can be placed completely, either inside the discharge tube itself, or inside outside.
If the device is placed inside the discharge tube the second fluorescent material, eg sulfides, will be
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first applied by known methods, in a thin layer, against the inner wall of the discharge tube. A suitable coating, eg boric acid, acting as an intermediate wall will be applied to the fluorescent material. This coating or varnish will be chosen so that it is, as specified) transparent at least to ultra-violet radiations of long wavelengths.
If it is recognized that a coating which is not very transparent in this respect is desirable from other points of view, such as for example for its mechanical or chemical qualities, it will be placed in an extremely thin ocuche. Then the first fluorescent material will be applied, by known methods, against the coating. In this embodiment, the first fluorescent material should be particularly resistant, such as calcium tungstate for example, to the electrical action of the discharge, or to the chemical action of the gases or vapors introduced into the tube.
If, according to the other embodiment, the device: first fluorescent material - wall - second fluorescent material - is placed outside the discharge tube, the wall of the discharge tube must, according to the present invention, be made up of a material transparent to long $ medium and short ultraviolet radiation, for example silica or glass. phosphate
In this embodiment, the fluorescent device may, according to the present invention, be structurally linked to the discharge tube or else be independent of it, or depend on it only.
Examples will better understand these various modalities;
First, the discharge tube is placed inside a glass enclosure which may for example have the shape of an incandescent electric lamp bulb. The space between the tube and the bulb may be in relation to the air, or else be sealed. Sealing makes it possible to create a vacuum, which has the advantage of thermally insulating the meroure tube, constituting for example the discharge tube, by increasing its efficiency, and of not absorbing the ultraviolet radiation of short length d 'wave emitted by him.
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This space can also be filled with thermally insulating gases transparent to short ultraviolet rays, for example rare gases, such as argon, krypton and xenon.
The zinc and cadmium sulphides constituting, for example, the second fluorescent material, suspended in an ultra-violet transparent varnish, are deposited in a thin layer, with a spray gun, on the interior wall of the bulb.
The first fluorescent material, calcium tungstate, for example, is deposited on the inner wall of a pyrex cap disposed inside the bulb described above and covering, like a beo Auer sleeve, the tube. mercury.
This device has the advantage of allowing the development of each of the two surfaces coated with the first and the second layer of fluorescent materials, up to the desired size, for each of them, to obtain a suitable transformation of the energies successively put into. Game.
It is particularly advantageous in the case where the discharge tube is a high pressure mercury tube of small size, therefore of great brightness.
According to another variant of construction, the fluorescent device can be completely separate from the discharge tube and constitute by itself diffusing sleeves or globes which can be placed around the discharge tube at will.
The transparent sleeve supporting internally, as described above, the first fluorescent material, can be fixed to the discharge tube itself mechanically with optionally means ensuring the sealing of the space between this sleeve and the tube, while the sleeve or the globe provided with the second fluorescent material is movable. By varying the nature of the fluorescent deposits on these sleeves or globes, these deposits always being chosen according to the specifications of the invention, according to the first fluorescent material, it is possible to produce a whole series of sleeves or globes capable of giving by
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example, with the same source decays, the effects of slightly colored white light.
Finally, in another variant, the second fluorescent material is deposited on a removable glass surface subjected in part directly and in part by reflection using a suitable reflector, or entirely by reflection, to the radiation. transmitted and emitted by fluorescent material.
In all the devices, the sleeves or globes supporting the second fluorescent material can be made of colored glasses, so as to possibly improve the effect obtained.
The attached figures illustrate, by way of example, and without their having the effect of limiting the scope of the invention, various embodiments of the method which is the subject thereof, in the case where the device first fluorescent material - intermediate space - second fluorescent material - is outside the tube.
In Figure 1, 1 shows the tube which has a filling of mercury and rare gases. Its wall 2 is made of quartz to allow ultraviolet radiation to pass through. The first fluorescent layer, calcium tungstate 3, is deposited on the internal surface of a cylindrical sleeve 4 surrounding the tube and made of pyrex to allow ultra-violet radiation of long wavelength to pass. The second layer 5, cadmium and zinc sulphides, is deposited on the inner wall of an ordinary glass sleeve 6 surrounding the first *
In Figure 2, the tube 1 with quartz wall 2 is surrounded by a pyrex cap 4, internally covered with calcium tungstate 3 and mechanically supported without sealing by a support 7.
The ordinary glass bulb 6, covered internally with sulphide 5 is welded in a sealed manner to a socket 8 which supports the assembly. The void can be made at the
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inside the bulb.
Figure 3 shows a variant of figure
2, in which the pyrex cap 4, supporting the tungstate 3 is tightly attached to the support sleeve 8, while the ordinary glass bulb 6, internally covered with sulphides 5 is removable.
Finally, in Figure 4 is shown the same system with reflector, the sulfides 5 being here placed on a flat surface of ordinary glass 6 - laced on one side of the tube 1 with quartz wall 2 and of the sleeve 4, covered with tungstate 5, the reflector 9 returning to the surface 6 the radiation emitted in the other directions.