DD262240B1 - Yttriumoxidleuchtstoff fuer quecksilberniederdruck-entladungslampen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, der zur Erzeugung von Licht durch Umwandlung ultravioletter Strahlung dient und in Quecksiloerniederdruckentladungslampen, z. B. Leuchtstofflampen eingesetzt wird.

Charakteristik des Standes der Technik

Die Erzeugung von Licht durch Umwandlung der in Gasentladungsanordnungen aus elektrischer Energie gewonnenen Ultraviolettstrahlung in solche des sichtbaren Spektralbereichs ist ein besonders ökonomisches Verfahren Neben einer hohen Lichtausbeute gewahrleistet diese Art der Lichterzeugung eine gunstige Anpassung der Lichtquelle an die speziellen Beleuchtungsaufgaben, z. B. die Realisierung einer hohen Qualität der Farbwiedergabe.

Die Umwandlung der Ultraviolettstrahlung in sichtbares Licht erfolgt in einer Leuchtstoffschicht, die einen oder mehrere Leuchtstoffe enthalt und durch ihre speziellen Eigenschaften einen wesentlichen Einfluß auf die lichttechnischen Parameter der Lichtquelle ausübt. Bei der Auswahl von Leuchtstoffen fur diesen Zweck erwies sich die Substanz (Y, Eu)₂O₃, beschrieben in der Patentanmeldung GB-PS 1 004260, als eine hervorragende Rotkomponente mit einer gunstigen spektralen Strahldichteverteilung des Lumineszenzlichts, einer hohen Lumineszenzausbeute und stabilem Verhalten gegenüber den Einflüssen bei Herstellung und Betneb von Leuchtstofflampen. Die Ausgangsstoffe fur die Herstellung des Leuchtstoffs (Y, Eu)₂O₃ sind die Oxide Y₂O₃ und Eu₂O₃.

Um zu einer möglichst homogenen Verteilung des Aktivators Eu im Grundgitter Y₂O₃ zu gelangen, ist es allgemein üblich geworden, die Oxide zunachsjjn einer Saure zu losen und ein Mischoxalatzu fallen Durch einen Gluhprozeß erfolgt die

Umwandlung in das anges"treEte Mischoxid, das durch abschließende Gluhung Lumineszenzeigenschaften erhalt.

Zur Verbesserung des Leuchtstoffs wurde eine Reihe von Vorschlagen gemacht, die insbesondere das Herstellungsverfahren, die Steuerung der Teilchengröße, die Verbesserung der Reinheit, der Kristallinitat, der Haftfestigkeit und Beschirmungseigenschaften sowie die Steuerung des Abklingverhaltens der Lumineszenz betreffen Weiterhin sind bekannt die beschriebenen Möglichkeiten zur Steigerung der Lumineszenzintensitat bei Katodenstrahl- und Ultraviolettanregung Diese Intensitatssteigerungen werden durch den Einbau von Li- und/oder Na-Ionen in das Kristallgitter des (Y, Eu)₂O₃-Leuchtstoffs (PS 3 301.791 US) oder eine Dotierung mit mindestens einem Element aus der Reihe Mg, Ba, Ca, Sr und Zn (PS 4 191 622 US, PS 58-127777 JP) erzielt.

Eine Substitution von Yttrium durch Alkalimetalle in einer Größenordnung entsprechend der allgemeinen Formel AB₁^Eu_xO₂, mit A = Li und/oder Na und B = Y, wie in der PS 3 301 791 US beschrieben, fuhrt zwar zu einer Intensitätssteuerung, bei Einsatz in Leuchtstofflampen jedoch zu einer Verringerung der Lichtausbeute

Die in den Patentschriften PS 4 191 662 US und PS 58-127777 JP vorgeschlagene Dotierung mit mindestens einem Element aus der Reihe Mg, Ba, Ca, Sr, und Zn sind gut geeignet zur Steigerung der Intensität, vornehmlich bei elektronischer Anregung (Y, Eu)₂0₃-Leuchtstoffe, deren Lumineszenzintensitat nach den angegebenen Vorschriften optimiert wird, ergeben jedoch keine Verbesserung der Lichtausbeute von Leuchtstofflampen, in denen sie zur Anwendung kommen Die Elemente Na, Ca und Sr zeigen bei ihrer Einfügung in den (Y, Eu)₂0₃-Leuchtstoff darüber hinaus sogar die Wirkung einer Killersubstanz Der wesentliche Mangel des Leuchtstoffs (Y, Eu)₂O₃, insbesondere bezüglich seiner Anwendung in der Lichterzeugungstechnik, besteht in den hohen Kosten fur seine Herstellung. Diese werden durch die benotigten Rohstoffe, vorrangig durch die Aktivatorsubstanz Eu₂O₃ hervorgerufen Leuchtstoffmischungen fur Quecksilberniederdruck-Entladungslampen, die die Komponente (Y, Eu)₂O₃ gemäß dem technischen Entwicklungsstand in erheblichem Umfang enthalten, werden von diesem Mangel anteilgemaß betroffen und in ihrer Anwendbarkeit eingeengt Das trifft insbesondere auf die aus Gründen der Energieeinsparung bevorzugten Weißlichtmischungen nach dem Dreibanden-Pnnzip zu, in denen der Leuchtstoff (Y, Eu)₂O₃ bisher ein unverzichtbarer Bestandteil ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Steigerung der Lichtausbeute von Quecksilberniederdruckgasentladungslampen, welche den Leuchtstoff (Y, Eu)₂O₃ enthalten.

Durch eine Verbesserung dieser, für die Anwendung von Leuchtstoffen in der Lichterzeugungstechnik wesentlichsten GeDrauchswerteigenschaft resultiert eine Einsparung der benötigten Leuchtstoffmenge entweder in Form einer möglichen Belagsmassenreduzierung zur Erzielung einer dem technischen Stand entsprechenden Lichtausbeute der den Leuchtstoff enthaltenden Lichtquelle oder in Form einer möglichen Reduzierung der erforderlichen Anzahl von Lichtquellen mit einer gesteigerten Lichtausbeute.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den (Y, Eu)₂0₃-Leuchtstoff so zu modifizieren, daß beim Einsatz in Quecksilberdruckentladungslampen Lichtausbeutesteigerungen erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine kombinierte Dotierung des (Y/Eu)₂03-Leuchtstoffs mit einem Alkali- und einem Erdalkalioxid unter der Beachtung der Bedingung

l^rx - ^rEul = 0,03 nm

erfolgt, wobei r_x den lonenradius des einzufügenden Alkali- und Erdalkalielements und te_u der lonenradius des Eu³⁺ ist. Der Alkali- und Erdalkalizusatz wird in Mengen von 0,0001 bis 0,001 Mol pro Mol (Y, Eu)₂O₃ zugesetzt.

Vorteilhaft ist eine kombinierte Dotierung der Aikalioxide des Lithiums und/oder Kaliums und der Erdalkalioxide des Magnesiums und/oder des Bariums.

Vorzugsweise beträgt der Alkali-Erdalkalianteil in der Alkalioxiderdalkalioxid-Mischung 0,00075 Mol bis 0,00025 Mol und 0,00025-0,00075 Mol pro Mol (Y, Eu)₂O₃-Leuchtstoff.

Der Europiumoxidgehalt des Leuchtstoffs liegt bei 0,01 bis 0,1 Mol pro Leuchtstoff.

Die kombinierte Dotierung des (Y, Eu)₂O₃-Leuchtstoffs mit einem Alkalielement und einem Erdalkalielement erfolgt in der Form der Oxide dieser Elemente oder in Form von Verbindungen, die in diese Oxide übergehen. Dabei ist es unerheblich, an welcher Stelle innerhalb des Verfahrensablaufs vor der Durchführung des abschließenden Glühprozesses die Dotierung erfolgt.

Es ist ein charakteristisches Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung, daß die die Lichtausbeute steigernden Maßnahmen nicht zu einer Steigerung der Lumineszenzintensität bei Anregung der Leuchtstoffe mit Ultraviolettstrahlung der Wellenlänge 254 nm führen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1

12,3g Eu₂O₃ und 308,2g Y₂O₃ werden in 2100ml verdünnter Salpetersäurelösung, welche 590 ml konzentrierte Salpetersäure und 1 510 ml Wasser enthält, gelöst. Die entstandene Y, Eu-Mischnitratlösung wird auf 8O⁰C erhitzt und unter Rühren mit 2 800 ml, gleichfalls auf 8O⁰C erwärmter, 20%iger Oxalsäurelösung vereinigt. Das dabei ausgefallene Y, Eu-Mischoxalat wird abfiltriert, ausgewaschen, bei 15O⁰C getrocknet und durch zweistündiges Glühen bei 1100⁰C in ein Mischoxid der chemischen Zusammensetzung (Y₀,97s Eu₀,02s)₂O₃ überführt. Dieses wird mit einem Gemisch aus 0,0005 Mol Lithium als Lithiumcarbonat und 0,0005 Mol Magnesium als Magnesiumnitrat pro Mol, Y, Eu-Mischoxid vermischt und zweimal zwei Stunden bei 1 400⁰C geglüht.

Der als lockeres Pulver anfallende Leuchtstoff wird abschließend zur Befestigung von Agglomeraten gesiebt und ist dann ohne weitere Behandlung sofort einsetzbar.

Dieser erfindungsgemäß hergestellte Leuchtstoff enthaltende Quecksilberniederdruckentladungslampen erbrachten nach 100 Brennstunden eine um 3,3% höhere Lichtausbeute als Lampen mit Leuchtstoff ohne Li₂O/MgO-Zusatz.

Ausführungsbeispiel 2

Ein Mol des entsprechenden Beispiels 1 hergestellten Mischoxides der chemischen Zusammensetzung (Yo,975 Euo,o2s)203 wird mit einem Gemisch von 0,0005 Mol Kalium als Kaliumcarbonat und 0,00025 Mol Barium als Bariumnitrat vermischt und zwei Stunden bei 1450⁰C geglüht.

Mit diesem erfindungsgemäß hergestellten Leuchtstoff innen beschichtete Quecksilberniederdruckentladungslampen zeigten nach einer Brenndauer von 100h eine um 1,5% höhere Lichtausbeute als Lampen mit Leuchtstoff ohne ^O/BaO-Zusatz.

Ausführungsbeispiel 3

Ein Mol des entsprechend Beispiel 1 hergestellten Y, Eu-Mischoxides wird mit einem Gemisch aus jeweils 0,00025 Mol Lithium als Lithiumcarbonat, Kalium als Kaliumcarbonat, Magnesium als Magnesiumsoxid und Barium als Bariumcarbonat vermischt und vier Stunden bei 1400⁰C geglüht. Die Lichtausbeute von mit diesem erfindungsgemäßen Leuchtstoff innen beschichteten Quecksilberniederdruckentladungslampen betrug nach 100 h Brenndauer 102,5% gegenüber Lampen mit Leuchtstoff ohne Li₂O, K₂O, MgO, BaO-Zusatz.

Ausführungsbeispiel 4

Es werden Quecksilberniederdruckentladungslampen hergestellt, welche als Rotkomponente einen (Y, Eu)₂0₃-Leucht:>toff nach Beispiel 1 (55 Ma.-%), als Grünkomponente einen Ce, Tb-aktivierten Mg-Aluminatleuchtstoff (30 Ma.-%) und als Blaukomponente einen mit Eu²⁺-aktivierten Erdalkalialuminatleuchtstoff (15Ma.-%) enthalten, wobei die eingesetzten Aluminatleuchtstoffe dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine einheitliche Teilchengroße und -gestalt besitzen, ohne Schmelzmittel und unter Verwendung eines Ci-AIzO₃ in einer die Teilchengröße und -gestalt des Leuchtstoffes bestimmenden Teilchengröße und -gestalt hergestellt werden.

Die Lampen erbrachten nach 100 Brennstunden eine um 1,5% höhere Lichtausbeute als Lampen mit einem Rotleuchtstoff ohne Li₂O/MgO-Zusatz.

Claims (4)

1. Yttriumoxidleuchtstoff für Quecksilberniederdruckentladungslampen mit Zusätzen von Alkali- und Erdalkalioxiden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Oxide der Bedingung

lr_x-r_Eul^0,03nm

genügen, wobei r_Eu den lonenradius des dreiwertigen Europiums, r_x den lonenradius der einwertigen Alkaliionen bzw. der zweiwertigen Erdalkaliionen bedeutet und diese in einer Menge von 0,0001 bis 0,001 Mol pro Mol Y, Eu-Mischoxid zugesetzt sind.

2. Yttriumoxidleuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalielement Lithium und/oder Kalium und als Erdalkalielement Magnesium und/oder Barium eingesetzt sind.

3. Yttriumoxidleuchtstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalianteil der Alkalioxid-Erdalkalioxid-Mischung 0,00075-0,00025Mol, der Erdalkalianteil 0,00025-0,00075 Mol pro Mol Y, Eu-Mischoxid beträgt.

4. Yttriumoxidleuchtstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Europiumoxidgehalt des Leuchtstoffes 0,01-0,1 Mol pro Mol Leuchtstoff beträgt.