Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruck- Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einem Glaskolben, dessen Innenseite mit einer Leucht- schicht überzogen ist.
Bei Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungs- lampen mit einer Leuchtschicht wird einerseits ein sehr hoher Wirkungsgrad der Umwandlung und an dererseits ein bestimmten Anforderungen entspre chendes Emissionsspektrum der ausgesandten Strah lung angestrebt. Im allgemeinen sind diese beiden Faktoren nicht voneinander unabhängig, was be kanntlich auch mit der Augenempfindlichkeitskurve zusammenhängt. In gewissen Fällen, z. B. bei An wendung in Museen, ist eine besonders gute Farbwie dergabe der Lampen erforderlich. Zu diesem Zweck wurden daher Lampen mit mehreren Leuchtstoffen hergestellt, die bisweilen in Form eines Gemisches in einer Schicht vorhanden waren und bisweilen in Schichten aufeinander angebracht wurden.
Für eine naturgetreue Farbwiedergabe muss, wie die Erfah rung gezeigt hat, das Bestreben dahin gehen, der spektralen Energieverteilung eines Schwarzstrahlers weitgehendst nahezukommen. Beleuchtungstechni sche Anforderungen, wie Helligkeit und Sehbequem lichkeit, beschränken weiter die Wahl auf Schwarz strahler mit einer Farbtemperatur zwischen 3000 und 4500 K.
Diese Anforderungen haben zu einer Lampe geführt, deren Glasumhüllung auf der Innen seite mit zwei aufeinander angebrachten Leucht- schichten überzogen ist, von denen die erste, auf der Entladungsseite liegende Schicht im wesentlichen aus einem Gemisch eines blau lumineszierenden Stoffes und eines rot lumineszierenden Stoffes mit einem breiten Emissionsspektrum besteht, dessen maximale Intensität zwischen 600 und 650 nm liegt; die zweite, unmittelbar auf der Glaswand liegende Schicht be- steht bei diesen bekannten Lampen im wesentlichen aus mit Mangan aktiviertem Magnesiumgermanat oder Magnesiumarsenat. Diese Schicht hat zwei Funktionen.
Erstens wandelt sie einen Teil der in der ersteren Schicht nicht umwandelten Ultraviolett strahlung in tiefrote Strahlung um und zweitens ab sorbiert sie aus dem von der Quecksilberentladung ausgesandten Spektrum bestimmte Linien, insbeson dere die Linie mit einer Wellenlänge von 435,8 nm. Ohne diese Germanat- oder Arsenatschicht wäre bei der letzteren Wellenlänge die im ausgesandten Licht vorhandene Strahlung viel zu stark, wodurch keine naturgetreue Farbwiedergabe erhalten werden könnte.
Eine gute Farbwiedergabe ist mit einer genau bestimmten Absorption der Germanat- oder Arsenat- schicht verknüpft, die nur bei einer bestimmten Stärke dieser Schicht erhalten wird.
Für gewisse Zwecke, insbesondere bei Anwen dung als Beleuchtungsquelle in Museen, bewähren sich die obenbeschriebenen bekannten Lampen hin sichtlich der Farbwiedergabe zwar vorzüglich, aber es wurde festgestellt, dass das von den Lampen ausge sandte Licht eine zu grosse Menge an Ultraviolett strahlung zwischen 300 und 400 nt enthält, was zu unerwünschten Änderungen, z. B. Verfärbung der bestrahlten Gegenstände, führen kann.
Dies ist über raschend, da die Germanat- oder Arsenatschicht aus- ser blauer Strahlung auch Ultraviolettstrahlung zwi- schen 300 und 400 nm absorbiert.
Diese festgestellte Tatsache lässt sich dadurch erklären, dass angenommen wird, dass die Ultravio- lettstrahlung nicht nur von der Quecksilberentladung, sondern auch von einer Emission eines der ange wandten Leuchtstoffe herrührt. Es stellte sich heraus, dass gerade diejenigen Stoffe, welche in einem brei ten Spektrum, dessen maximale Intensität zwischen 600 und 650 nm liegt, rot lumineszieren, auch noch eine Nebenemission zwischen 300 und 400 nm auf weisen. Solche Stoffe sind z.
B. mit Mangan und Blei aktiviertes Kalziumsilikat und mit Zinn aktivierte Erdalkali-Orthophosphate. Wenn man versuchen würde, die Ultraviolettstrahlung auf einen zulässigen Pegel herabzusetzen, so müsste die absorbierende Magnesiumgermanat- oder Magnesiumarsenatschicht eine grössere Stärke haben als im Zusammenhang mit der optimalen Absorption der blauen Strahlung, insbesondere bei 435,8 nm, erwünscht ist.
Die Erfindung bezweckt, unter Beibehaltung einer vorzüglichen Farbwiedergabekapazität dieser Lampen die Intensität der Ultraviolettstrahlung zwi schen 300 und 400 nm im ausgesandten Licht herab zusetzen.
Eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungs- lampe nach der Erfindung hat einen Glaskolben, des sen Innenseite mit zwei aufeinander angebrachten Leuchtschichten überzogen ist, von denen die erste, auf der Entladungsseite liegende Schicht im wesentli chen aus einem Gemisch eines blau lumineszierenden Stoffes und eines rot lumineszierenden Stoffes mit einem breiten Emissionsspektrum mit einem Maxi mum zwischen 600 und 650 nm und einer Neben emission im Langwellenultraviolett besteht und von denen die zweite,
unmittelbar auf der Glaswand an gebrachte Leuchtschicht im wesentlichen aus mit Mangan aktiviertem Magnesiumgermanät oder Magnesiumarsenat besteht, und ist dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite Leuchtschicht ebenfalls in Mischung mit dem Leuchtstoff einen Stoff enthält, der Ultraviolettstrahlung zwischen 300 und 400 nm stark absorbiert und für Strahlung über 400 nm gut durchlässig ist.
Man hat bereits früher bemerkt, dass Nieder- druck-Quecksilberdampf-Entladungslampen mit einer Wandschicht aus Leuchtstoff manchmal noch Ultraviolettstrahlung aussenden.
Zur Herabsetzung dieser Strahlung behalf man sich mit Glasarten, die Ultraviolettstrahlung absorbieren, oder es wurden gesonderte, auf der Aussenseite der Lampen ange brachte, Ultraviolettstrahlung absorbierende Lack schichten verwendet. Selbstverständlich machen diese beiden Massnahmen die Herstellung der Lam pen kostspielig.
Ultraviolettstrahlung absorbierende Glasarten haben ausserdem den Nachteil, dass sie meist gefärbt sind und somit auch die Farbe des aus gesandten Lichtes beeinflussen. Lackschichten haben weiterhin den Nachteil, dass während der Lebens dauer der Lampe ihre Eigenschaften sich oft ändern, insbesondere dass die Absorption von Ultraviolett strahlung geringer wird; ausserdem verfärben sie oft.
Stoffe, die Ultraviolettstrahlung zwischen 300 und 400 nm gut absorbieren und sich daher in Lam pen nach der Erfindung verwenden lassen, sind z. B. Titandioxyd und Zinkoxyd. Diese Stoffe weisen über 400 nm eine geringe Absorption auf, was erwünscht ist, da sonst das bereits mittels der Leuchtstoffe ein- gestellte Emissionsspektrum wieder beeinflusst wer den würde. Ausserdem haben sie die günstige Eigen schaft, dass sie den Rückfall der Lampe, d. h. den Wirkungsgrad der Umwandlung nach einer gestimm ten Anzahl von Brennstunden, nahezu nicht beein flussen.
Die Menge an Titandioxyd oder Zinkoxyd oder an anderem Ultraviolettstrahlung absorbierendem Stoff in der zweiten Schicht wird vorzugsweise derart gewählt, dass der Quotient der zwischen 300 und 400 nm ausgestrahlten Energiemenge geteilt durch die insgesamt von der Lampe ausgestrahlte Energie menge über 300 nm kleiner als 1,5 X 10-2 ist.
Die Durchlässigkeit der zweiten Schicht für das blaue Licht mit einer Wellenlänge von 435,8 nm wird vorzugsweise durch die Messung des Verhältnisses zwischen der Intensität dieser Linie und der Intensität der Linie mit einer Wellenlänge von 546,1 nm be stimmt. Für eine gute Farbwiedergabe muss dieses Verhältnis zwischen 0,80 und 1,20 liegen. Vorzugs weise wird das Verhältnis 1,07 gewählt. Aus diesem Verhältnis lässt sich dann wieder die Durchlässigkeit für die Strahlung mit einer Wellenlänge von 435,8 nm errechnen. Für einen Wert von 1,07 ist die Durchlässigkeit 59,2 0/0.
Als blau lumineszierender Stoff wird in Lampen nach der Erfindung z. B. mit Antimon aktiviertes Kalziumhalophosphat verwendet. Als rot lumineszie render Stoff wird in der ersten Schicht vorzugsweise mit Zinn aktiviertes Strontium-Magnesiumorthophos- phat verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispieles näher erläutert. Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 36 mm und einer Länge von 112 mm wurde durch ein übliches Suspensionsverfahren mit einer aus einem Gemisch von 9 Gewichtsteilen mit Mangan aktiviertem Magnesiumarsenat und 1 Gewichtsteil Titandioxyd bestehenden Schicht überzogen. Pro cm2 Glasoberfläche war etwa 1,2 mg des Gemisches vor handen.
Auf der Entladungsseite der auf diese Weise angebrachten Schicht wurde eine Leuchtschicht an gebracht, die aus einem Gemisch von mit Zinn akti viertem Strontium-Magnesiumorthophosphat und blau lumineszierendem mit Antimon aktiviertem Kal- ziumhalophosphat bestand. Das Verhältnis in Ge wichtsteilen zwischen diesen beiden Stoffen in der Schicht betrug 3:2. Pro cm2 war etwa 3,4 mg des Ge misches vorhanden.
Der Farbpunkt der mit diesem Rohr hergestellten Niederdruck-Quecksilberdampf- Entladungslampe hatte die Farbkoordinaten x = 0,372 und y = 0,374. Die Durchlässigkeit der Linie bei 435,8 nm betrug 59,2 % (auf die obenbeschrie- bene Weise durch die Messung des Verhältnisses zwischen den Intensitäten der Linien bei 435,8 nm und bei 546,1 nm bestimmt).
Der Quotient der zwi schen 300 und 400 nm ausgestrahlten Energiemenge geteilt durch die über 300 nm ausgestrahlte Energie- menge war für diese Lampe etwa 1 X 10-2. Zum Ver gleich sei erwähnt, dass dieser Quotient für eine übli che Glühlampe mit einer Farbtemperatur von 2810 K etwa 1,25 X 10-2 und für eine entsprechende Lampe, deren zweite Schicht kein Titandioxyd ent hält, 4 X 10-2 beträgt.
Low-pressure mercury vapor discharge lamp The invention relates to a low-pressure mercury vapor discharge lamp with a glass bulb, the inside of which is coated with a luminous layer.
In the case of low-pressure mercury vapor discharge lamps with a luminous layer, on the one hand, a very high conversion efficiency and, on the other hand, an emission spectrum of the emitted radiation that meets certain requirements is sought. In general, these two factors are not independent of each other, which is also known to be related to the eye sensitivity curve. In certain cases, e.g. B. when used in museums, a particularly good color reproduction of the lamps is required. For this purpose, lamps with several phosphors were produced, which were sometimes present in the form of a mixture in a layer and sometimes applied in layers on top of one another.
For a true-to-life color reproduction, as experience has shown, the endeavor must be as close as possible to the spectral energy distribution of a black body. Lighting requirements, such as brightness and visual comfort, further restrict the choice to black body radiators with a color temperature between 3000 and 4500 K.
These requirements have led to a lamp whose glass envelope is coated on the inside with two luminescent layers attached to one another, of which the first layer on the discharge side consists essentially of a mixture of a blue luminescent substance and a red luminescent substance with one broad emission spectrum exists, the maximum intensity of which is between 600 and 650 nm; the second layer, lying directly on the glass wall, in these known lamps essentially consists of magnesium germanate or magnesium arsenate activated with manganese. This layer has two functions.
Firstly, it converts part of the ultraviolet radiation that is not converted in the first layer into deep red radiation and, secondly, it absorbs certain lines from the spectrum emitted by the mercury discharge, in particular the line with a wavelength of 435.8 nm. Without this germanate or arsenate layer, the radiation present in the emitted light would be far too strong at the latter wavelength, so that no true-to-life color rendering could be obtained.
Good color rendering is linked to a precisely defined absorption of the germanate or arsenate layer, which is only obtained with a certain thickness of this layer.
For certain purposes, especially when used as a source of illumination in museums, the known lamps described above prove to be excellent in terms of color rendering, but it has been found that the light emitted by the lamps has an excessive amount of ultraviolet radiation between 300 and 400 nt contains, which leads to undesired changes, e.g. B. discoloration of the irradiated objects.
This is surprising because the germanate or arsenate layer absorbs not only blue radiation but also ultraviolet radiation between 300 and 400 nm.
This established fact can be explained by the fact that it is assumed that the ultraviolet radiation comes not only from the mercury discharge, but also from an emission from one of the phosphors used. It turned out that precisely those substances which luminesce red in a broad spectrum with a maximum intensity between 600 and 650 nm also have secondary emissions between 300 and 400 nm. Such substances are e.g.
B. Calcium silicate activated with manganese and lead and activated with tin alkaline earth metal orthophosphates. If one were to try to reduce the ultraviolet radiation to a permissible level, the absorbing magnesium germanate or magnesium arsenate layer would have to have a greater thickness than is desired in connection with the optimal absorption of the blue radiation, in particular at 435.8 nm.
The invention aims to reduce the intensity of the ultraviolet radiation between 300 and 400 nm in the emitted light while maintaining an excellent color rendering capacity of these lamps.
A low-pressure mercury vapor discharge lamp according to the invention has a glass bulb, the inside of which is covered with two luminescent layers attached to one another, of which the first layer on the discharge side is essentially composed of a mixture of a blue luminescent substance and a red luminescent substance Substance with a broad emission spectrum with a maximum between 600 and 650 nm and a secondary emission in the long-wave ultraviolet and of which the second,
Luminous layer attached directly to the glass wall consists essentially of magnesium germanate or magnesium arsenate activated with manganese, and is characterized in that the second luminous layer also contains a substance mixed with the luminescent substance that strongly absorbs ultraviolet radiation between 300 and 400 nm and is suitable for radiation is easily permeable above 400 nm.
It has already been noticed earlier that low-pressure mercury vapor discharge lamps with a wall layer of fluorescent material sometimes still emit ultraviolet radiation.
To reduce this radiation, use was made of types of glass that absorb ultraviolet radiation, or separate layers of lacquer that absorb ultraviolet radiation were used on the outside of the lamps. Of course, these two measures make the manufacture of the lamps expensive.
Glass types that absorb ultraviolet radiation also have the disadvantage that they are mostly colored and thus also influence the color of the light emitted. Lacquer layers also have the disadvantage that their properties often change during the life of the lamp, in particular that the absorption of ultraviolet radiation is lower; in addition, they often discolour.
Substances that absorb ultraviolet radiation between 300 and 400 nm well and can therefore be used in Lam pen according to the invention are, for. B. titanium dioxide and zinc oxide. These substances have a low absorption above 400 nm, which is desirable, since otherwise the emission spectrum already set by means of the luminescent substances would be influenced again. They also have the advantageous property that they prevent the lamp from falling back, i.e. H. the efficiency of the conversion after a certain number of burning hours, almost not affect.
The amount of titanium dioxide or zinc oxide or other ultraviolet radiation absorbing substance in the second layer is preferably chosen such that the quotient of the amount of energy emitted between 300 and 400 nm divided by the total amount of energy emitted by the lamp over 300 nm is less than 1.5 X is 10-2.
The transmittance of the second layer for the blue light with a wavelength of 435.8 nm is preferably determined by measuring the ratio between the intensity of this line and the intensity of the line with a wavelength of 546.1 nm. For good color rendering, this ratio must be between 0.80 and 1.20. The ratio 1.07 is preferably chosen. From this ratio, the transmittance for radiation with a wavelength of 435.8 nm can then be calculated again. For a value of 1.07 the transmittance is 59.2 0/0.
As a blue luminescent substance in lamps according to the invention z. B. calcium halophosphate activated with antimony is used. Strontium magnesium orthophate activated with tin is preferably used as the red luminescent substance in the first layer.
The invention is explained in more detail below using an example. A glass tube with an inner diameter of 36 mm and a length of 112 mm was coated with a layer consisting of a mixture of 9 parts by weight of manganese-activated magnesium arsenate and 1 part by weight of titanium dioxide by a conventional suspension method. About 1.2 mg of the mixture was present per cm2 of glass surface.
On the discharge side of the layer applied in this way, a luminous layer was applied, which consisted of a mixture of tin-activated strontium magnesium orthophosphate and blue-luminescent calcium halophosphate activated with antimony. The ratio in parts by weight between these two substances in the layer was 3: 2. About 3.4 mg of the mixture was present per cm2.
The color point of the low-pressure mercury vapor discharge lamp manufactured with this tube had the color coordinates x = 0.372 and y = 0.374. The transmittance of the line at 435.8 nm was 59.2% (determined in the manner described above by measuring the ratio between the intensities of the lines at 435.8 nm and at 546.1 nm).
The quotient of the amount of energy emitted between 300 and 400 nm divided by the amount of energy emitted over 300 nm was about 1 X 10-2 for this lamp. For comparison, it should be mentioned that this quotient for a customary incandescent lamp with a color temperature of 2810 K is approximately 1.25 X 10-2 and for a corresponding lamp whose second layer does not contain titanium dioxide, it is 4 X 10-2.