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,