Appareil à décharge électrique utilisant des matières luminescentes. La présente invention est relative aux ap pareils à décharge électrique dans les gaz comportant une matière luminescente dispo sée en couche mince à l'intérieur de l'appa reil, par exemple sous forme de pellicule constituant la paroi interne de l'enveloppe de l'appareil; ces appareils seront dénommés ci- dessous "tubes fluorescents".
11, a déjà 'eié proposé d'utiEser pour le remplissage des tubes fluorescents des gaz rares à l'exclusion de la vapeur de mercure. Mais, parmi les gaz rares à électrolumines cence faible, c'est-à-dire tels que les tubes fluorescents qui les contiennent, fournissent une émission lumineuse constituée essentiel lement par l'émission propre de la matière luminescente employée, l'argon n'a pas reçu ,jusqu'à présent d'application pratique. On a trouvé que des résultats tout à fait remar quables, bien supérieurs à ceux obtenus avec le xénon et le krypton peuvent être obtenus en employant comme gaz de remplissage l'ar gon pratiquement pur, par la mise en oeuvre de différents moyens.
En ce qui concerne le rendement lumi neux, il peut être considérablement accru grâce, d'une part, aux progrès importants réalisés dans la fabrication des matières lu minescentes, le plus important consistant à réduire la teneur en métaux alcalins de ces dernières, et grâce, d'autre part, au remplis sage des tubes sous des pressions d'argon fai bles. Mais, de l'emploi de ces faibles pressions dans le cas de l'argon, résulte une augmen tation de l'absorption de ce gazdans les tubes et, par suite, une diminution de la durée de ceux-ci, à un degré tel qu'ils ne sont plus utilisables industriellement;
avec le krypton et le xénon, aux mêmes pressions, il n'en est pas de même et l'on obtient aisément, en uti lisant des électrodes usuelles, des durées de vie de plusieurs milliers d'lieuxes, Le problème de la durée -des tubes a été résolu d'après les observations suivantes dont chacune n'est valable que lorsque les condi tions correspondant aux autres se trouvent éjalement réalisées:
a) les pressions d'argon qui, eu égard au rendement lumineux doivent être très faibles, peuvent être cependant choisies suffisamment élevées pour permettre une durée de vie accep table: on les prendra comprises entre 1 mm et 3 minet de préférence de l'ordne de 2 mm; b) l'emploi d'intensités de courant faibles, inférieures pour un même diamètre aux plus faibles utilisées normalement pour les tubes luminescents usuels, par exemple à néon, à argon -mercure, ou fluorescents à gaz rares- mercure, tout en permettant d'assurer une du rée de vie convenable, peut cependant donner lieu â un rendement lumineux satisfaisant.
Ces intensités de courant seront choisies entre milliampères et 30 milliampères et de pré férence de l'ordre de 15 milliampères. Bien entendu. avec de telles intensités et pour avoir une brillance suffisante, il y a lieu d'utiliser les diamètres de tubes usuels, géné ralement inférieurs à 25 mm et, de préfé rence, de l'ordre de 10 mm, les diamètres de cet ordre donnant généralement le maxi mum de brillance;
c) Enfin, parmi les différents types d'élec trodes connus, utilisables dans les tubes à décharge électrique, les électrodes servant à la fois d'anode et de cathode, recouvertes sur leurs parties susceptibles de se désagréger en cours de fonctionnement, notamment sur leurs bords, d'un revêtement diélectrique et compor tant en outre un dépôt donnant lieu à une chute cathodique faible, constituée par exem ple par un métal tel que du baryum et du potassium ou un oxyde fiel que l'oxyde de baryum. permettent exceptionnellement d'at teindre des durées industrielles de plusieurs milliers d'heures.
En ce qui concerne la variation du rende ment lumineux en fonction de l'intensité du courant, elle est d'autant plus sensible que la pression de remplissage est plus basse; il en résulte que, même dans le cas où, pour un courant donné, le rendement lumineux dimi nue quand la pression s'abaisse, on arrive par augmentation de l'intensité du courant, à amener ce rendement bien au-dessus de celui obtenu dans les mêmes conditions, mais avec une pression plus élevée. En tout cas, il ne faut pas oublier qu'une augmentation du ren dement lumineux, résultant d'une diminution de pression, d'une augmentation de courant ou de ces deux variations à la fois, ne justifie pas toujours, loin de là, la perte de durée de vie du tube qui en est le prix.
A titre d'exemple, si l'on considère trois tubes identiques remplis d'argon aux pres sions respectives de 3 mm, 2 mm et 1 mm de mercure, on constate que, pour le tube à pression de 3 mm, le rendement lumineux exprimé en unités arbitraires, reste sensible ment égal à 4,30 lorsqu'on fait varier le cou rant de 10 à 25 milliampères par exemple.
Pour le tube rempli à la pression de 2 mm de mercure, on constate que si le rendement lu mineux passe par exemple de 6,2 à 7,4 lors que le courant varie de 10 à 15 milliampères, ce rendement n'atteint que 7,$ à 25 milli ampères; comme la durée du tube est plus grande à 15 qu'à 25 milliampères, on a donc intérêt à faire fonctionner les tubes avec une intensité de l'ordre de 15 milliampères. Pour le tube rempli d'argon à la pression de 1 mm de mercure, on constate que le rendement lumineux est de 6 pour un courant de 10 milli ampères, de 7,2 pour un courant de 15 milli ampères et de 9 pour un courant de 25 milli ampères.
Il en résulte que jusqu'à 15 milli ampères, on obtient un meilleur rendement en remplissant le tube d'argon à la pression de 2 mm; on observe encore qu'à 2 mm de pres sion et à 15 milliampères, l'intensité lumi neuse est beaucoup plus élevée qu'à 3 mm de pression et à 25 milliampères. S'il est vrai que, lorsqu'on passe de 2 mm de pression et 15 milliampères à 1 mm de pression et \?5 milliampères, le gain réalisé sur le flux lumineux qui varie alors de 7,4 à 9, est de l'ordre de<B>15%,</B> par contre, la durée de vie du tube se trouve réduite -de plus des trois quarts de sa valeur.
Comme matières luminescentes, on peut utiliser les tungstates, dont le tungstate de calcium, et les silicates, dont le silicate de zinc, actuellement employés de façon normale clans la technique des tubes fluorescents à, atmosphère de néon, ou à atmosphère de gaz rares et de vapeur de mercure, les matières étant fabriquées à partir de substances extrê mement pures, notamment en ce qui concerne la teneur de ces dernières en fer et en métaux alcalins.
L'importance d'une faible teneur en fer (de l'ordre de 1/iooooo) a déjà été signalée; on a reconnu que la teneur en métaux alcalins est non moins importante pour l'obtention d'un bon rendement lumineux et une bonne conservation de ce rendement au cours -de la durée, surtout lorsque, comme dans la pré sente invention, les matières luminescentes sont placées dans les tubes à décharge électri que, l'expérience montrant que, par exemple, avec un silicate de zinc, le rendement lumi neux est particulièrement élevé lorsque la te neur en métaux alcalins est inférieure à 1!iooo et de préférence de l'ordre de 1/looooo. Il convient également,
dans le cas du silicate de zinc activé par un phosphorogène comme le manganèse, d'utiliser une substance dans laquelle l'excès de silice n'est pas, trop élevé. Autrefois, on fabriquait couramment les sili cates pour lesquels la teneur en silice était par exemple de 80 pour 20 d'oxyde de zinc. Il est de beaucoup préférable, quant au ren dement lumineux, d'utiliser les proportions plus voisines de la composition théorique de l'orthosilicate de zinc, comme par exemple 50 de silice pour 50 d'oxyde de zinc.
On peut utiliser également des silicates mixtes de zinc et de béryllium, avec ces substances fluores centes, on obtient des émissions luminescentes jaune d'or d'un très bel effet.
L'expérience montre également qu'à la différence des tubes à argon-mercure fluores cents, il y a intérêt à utiliser la matière lumi nescente en pellicule aussi fine que possible.
Une caractéristique remarquable des tubes selon la présente invention est l'accroissement considérable -des rendements lumineux obte nus; le tube à argon sous 2 mm de pression donne, lorsqu'il n'est pas fluorescent, un flux lumineux .égal .à 0,53 en unités arbitraires, et de 7 lorsqu'il est fluorescent; ce résultat peut donner lieu à une conséquence pratique d'un grand intérêt.
En effet, lorsque de tels tubes fluorescents servent à la composition des enseignes ou de motifs lumineux par exemple, il arrive souvent que, pour des ques tions .de facilité d'emploi, un même tube soit utilisé pour la réalisation de deux signes dis tincts; dans ces conditions, une partie du tube doit être dissimulée soit par disposition d3r- rière le fond .du motif, soit par recouvrement d'une peinture opaque.
Avec le tube faisant l'objet de la présente invention, étant tonné la très faible émission lumineuse de l'argon par rapport à l'émission de la susbstance fluorescente, les jonctions entre parties fluorescentes peuvent se faire en utilisant simplement un élément de tube ne contenant pas de matières luminescentes. On peut éga lement, pour des tubes de grande longueur, se servir des éléments non luminescents pour réaliser les soudures du verre; on évite ainsi les ,soudures sur les partie luminescentes, sou dures qui généralement altèrent la lumines cence.
Bien entendu, les tubes conformes à la présente invention présentent toutes les qua lités des tubes fluorescents à gaz rares sans mercure: fonctionnement aux basses et très basses températures, conservation .du rende ment lumineux au cours de la durée, facilité de réalisation de dessins lumineux.
D'autre part, la .chute linéaire,de tension est sensible ment la même pour les tubes à argon que pour les tubes usuels à gaz rares et à vapeur de mercure; par suite, un même transforma teur permet d'alimenter la même longueur de tube<B>!à</B> argon fluorescent que de tubes à gaz rares et à mercure, et la réduction de l'inten sité de courant à une faible valeur dans les tubes à argon, permet de réaliser une très importante économie sur le prix du transfor mateur et sur la consommation de courant électrique,
Electric discharge device using luminescent materials. The present invention relates to gas electric discharge devices comprising a luminescent material arranged in a thin layer inside the device, for example in the form of a film constituting the internal wall of the casing of the device. apparatus; these devices will be referred to below as "fluorescent tubes".
11, has already proposed to use rare gases for filling fluorescent tubes with the exclusion of mercury vapor. But, among the rare gases with weak electrolumines, that is to say such as the fluorescent tubes which contain them, provide a luminous emission constituted essentially by the specific emission of the luminescent material employed, argon n ' has not received, so far practical application. It has been found that quite remarkable results, much superior to those obtained with xenon and krypton, can be obtained by using practically pure argon as filling gas, by the use of various means.
As regards the light output, it can be considerably increased thanks, on the one hand, to the important progress made in the manufacture of luminous materials, the most important consisting in reducing the alkali metal content of the latter, and thanks to , on the other hand, to the wise filling of the tubes under low argon pressures. However, the use of these low pressures in the case of argon results in an increase in the absorption of this gas in the tubes and, consequently, in a reduction in the duration of the latter, to such a degree. that they are no longer usable industrially;
with krypton and xenon, at the same pressures, it is not the same and one easily obtains, by using usual electrodes, lifetimes of several thousand places. The problem of duration - of the tubes has been resolved according to the following observations, each of which is only valid when the conditions corresponding to the others are also fulfilled:
a) the argon pressures which, having regard to the light output must be very low, can however be chosen sufficiently high to allow an acceptable lifetime: they will be taken between 1 mm and 3 minet preferably of the order of 2 mm; b) the use of weak current intensities, lower for the same diameter than the weakest normally used for usual luminescent tubes, for example neon, argon-mercury, or rare gas-mercury fluorescents, while allowing d Ensuring a suitable lifespan, however, can give rise to a satisfactory light output.
These current intensities will be chosen between milliamps and 30 milliamps and preferably of the order of 15 milliamps. Of course. with such intensities and in order to have sufficient brightness, it is necessary to use the usual tube diameters, generally less than 25 mm and, preferably, of the order of 10 mm, diameters of this order giving generally the maximum gloss;
c) Finally, among the various types of known electrodes which can be used in electric discharge tubes, the electrodes serving as both anode and cathode, covered on their parts liable to disintegrate during operation, in particular on their edges, of a dielectric coating and also comprising a deposit giving rise to a low cathodic drop, constituted for example by a metal such as barium and potassium or a barium oxide such as barium oxide. exceptionally allow to reach industrial durations of several thousand hours.
As regards the variation of the luminous efficiency as a function of the intensity of the current, it is all the more sensitive as the filling pressure is lower; it follows that, even in the case where, for a given current, the luminous efficiency decreases when the pressure is lowered, one arrives by increasing the intensity of the current, to bring this efficiency well above that obtained under the same conditions, but with higher pressure. In any case, it should not be forgotten that an increase in the luminous yield, resulting from a decrease in pressure, an increase in current or both of these variations at the same time, does not always justify, far from it, the loss of life of the tube which is the price.
By way of example, if we consider three identical tubes filled with argon at the respective pressures of 3 mm, 2 mm and 1 mm of mercury, we see that, for the 3 mm pressure tube, the light output expressed in arbitrary units, remains substantially equal to 4.30 when the current is varied from 10 to 25 milliamps, for example.
For the tube filled to the pressure of 2 mm of mercury, it can be seen that if the mining output goes for example from 6.2 to 7.4 when the current varies from 10 to 15 milliamperes, this output only reaches 7 , $ at 25 milli amps; as the duration of the tube is greater at 15 than at 25 milliamperes, it is therefore advantageous to make the tubes operate with an intensity of the order of 15 milliamperes. For the tube filled with argon at a pressure of 1 mm of mercury, it can be seen that the light output is 6 for a current of 10 milli amps, 7.2 for a current of 15 milli amps and 9 for a current of 25 milli amps.
It follows that up to 15 milli amperes, a better efficiency is obtained by filling the tube with argon at a pressure of 2 mm; it is also observed that at 2 mm of pressure and at 15 milliamps, the light intensity is much higher than at 3 mm of pressure and at 25 milliamps. While it is true that, when we go from 2 mm of pressure and 15 milliamps to 1 mm of pressure and \? 5 milliamps, the gain achieved on the luminous flux, which then varies from 7.4 to 9, is l 'order of <B> 15%, </B> on the other hand, the life of the tube is reduced - by more than three quarters of its value.
As luminescent materials, it is possible to use tungstates, including calcium tungstate, and silicates, including zinc silicate, currently normally employed in the technique of fluorescent tubes with neon atmosphere, or rare gas atmosphere and mercury vapor, the materials being made from extremely pure substances, especially with regard to the content of the latter in iron and alkali metals.
The importance of a low iron content (of the order of 1/1000) has already been pointed out; it has been recognized that the alkali metal content is no less important for obtaining a good luminous efficiency and a good conservation of this efficiency over time, especially when, as in the present invention, the luminescent materials are placed in the electric discharge tubes, experience showing that, for example, with a zinc silicate, the light output is particularly high when the alkali metal content is less than 1! 1000 and preferably less than 1 'order of 1 / looooo. It is also appropriate,
in the case of zinc silicate activated by a phosphorogen such as manganese, to use a substance in which the excess of silica is not too high. In the past, silicates for which the silica content was, for example, 80% of zinc oxide were commonly produced. It is much preferable, as regards the light output, to use the proportions closer to the theoretical composition of the zinc orthosilicate, such as, for example, 50 of silica to 50 of zinc oxide.
It is also possible to use mixed silicates of zinc and beryllium, with these fluorescent substances, one obtains golden yellow luminescent emissions with a very beautiful effect.
Experience also shows that unlike fluorescent argon-mercury tubes, it is advantageous to use the luminescent material as thin as possible.
A remarkable characteristic of the tubes according to the present invention is the considerable increase in the light yields obtained; the argon tube under 2 mm of pressure gives, when it is not fluorescent, a luminous flux equal to 0.53 in arbitrary units, and 7 when it is fluorescent; this result may give rise to a practical consequence of great interest.
Indeed, when such fluorescent tubes are used in the composition of signs or light patterns for example, it often happens that, for questions of ease of use, the same tube is used for the production of two distinct signs. ; under these conditions, a part of the tube must be concealed either by arrangement behind the background .du motif, or by covering with an opaque paint.
With the tube which is the object of the present invention, being thwarted by the very low light emission of argon compared to the emission of the fluorescent substance, the junctions between fluorescent parts can be made by simply using a single tube element. containing no luminescent material. It is also possible, for tubes of great length, to use non-luminescent elements to carry out the welds of the glass; welds are thus avoided on the luminescent parts, welds which generally alter the luminescence.
Of course, the tubes in accordance with the present invention have all the qualities of rare gas fluorescent tubes without mercury: operation at low and very low temperatures, conservation of the luminous output over time, ease of producing luminous patterns. .
On the other hand, the linear voltage drop is appreciably the same for argon tubes as for usual rare gas and mercury vapor tubes; consequently, a single transformer can supply the same length of fluorescent argon tube <B>! to </B> as rare gas and mercury tubes, and the reduction of the current intensity to a low value in argon tubes, makes it possible to achieve a very significant saving on the price of the transformer and on the consumption of electric current,