DD262240B1 - YTTRIUM OXIDE LIGHT FOR MERCURY LOW PRESSURE DISCHARGE LAMPS - Google Patents

YTTRIUM OXIDE LIGHT FOR MERCURY LOW PRESSURE DISCHARGE LAMPS

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DD262240B1 DD30425787A DD30425787A DD262240B1 DD 262240 B1 DD262240 B1 DD 262240B1 DD 30425787 A DD30425787 A DD 30425787A DD 30425787 A DD30425787 A DD 30425787A DD 262240 B1 DD262240 B1 DD 262240B1
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Ursula Broll
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Wolfgang Jungmann
Ingrid Kaiser
Karl-Heinz Kaiser
Michael Kuerschner
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Narva Rosa Luxemburg K
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Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, der zur Erzeugung von Licht durch Umwandlung ultravioletter Strahlung dient und in Quecksiloerniederdruckentladungslampen, z. B. Leuchtstofflampen eingesetzt wird.The invention relates to a phosphor which is used to generate light by converting ultraviolet radiation and in mercury low-pressure discharge lamps, z. B. fluorescent lamps is used.

Charakteristik des Standes der TechnikCharacteristic of the prior art

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.The generation of light by conversion of the obtained in gas discharge arrays of electrical energy ultraviolet radiation in those of the visible spectral range is a particularly economical method in addition to a high light yield ensures this type of light generation a favorable adjustment of the light source to the specific lighting tasks, eg. B. the realization of a high quality of color reproduction.

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.The conversion of the ultraviolet radiation into visible light is carried out in a phosphor layer containing one or more phosphors and exerts a significant influence on the lighting parameters of the light source by their special properties. In the selection of phosphors for this purpose, the substance (Y, Eu) 2 O 3 described in patent application GB-1,004,260 proved to be an excellent red component with a favorable spectral radiance distribution of the luminescent light, a high luminescence yield and stable behavior the influences during production and use of fluorescent lamps. The starting materials for the preparation of the phosphor (Y, Eu) 2 O 3 are the oxides Y 2 O 3 and Eu 2 O 3 .

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 dieIn order to achieve as homogeneous a distribution of the activator Eu in the basic lattice Y 2 O 3 , it has become common practice to dissolve the oxides zunachsjjn an acid and a Mischoxalatzu fall by a Gluhprozeß takes place

Umwandlung in das anges"treEte Mischoxid, das durch abschließende Gluhung Lumineszenzeigenschaften erhalt.Transformation into the addressed mixed oxide, which obtains luminescence properties by final annealing.

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.In order to improve the phosphor, a number of proposals have been made, in particular concerning the production process, the control of the particle size, the improvement of the purity, the crystallinity, the adhesion and shielding properties as well as the control of the decay behavior of the luminescence Luminescence intensity in cathode ray and ultraviolet excitation These increases in intensity by the incorporation of Li and / or Na ions in the crystal lattice of the (Y, Eu) 2 O 3 phosphor (PS 3 301.791 US) or a doping with at least one element of the Series Mg, Ba, Ca, Sr and Zn (PS 4 191 622 US, PS 58-127777 JP) achieved.

Eine Substitution von Yttrium durch Alkalimetalle in einer Größenordnung entsprechend der allgemeinen Formel AB1^EuxO2, 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 LichtausbeuteA substitution of yttrium by alkali metals in an order of magnitude corresponding to the general formula AB 1 ^ Eu x O 2 , with A = Li and / or Na and B = Y, as described in the PS 3 301 791 US, leads to an intensity control, when used in fluorescent lamps, however, to a reduction in the light output

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.The doping with at least one element from the series Mg, Ba, Ca, Sr, and Zn proposed in the patent specifications PS 4 191 662 US and PS 58-127777 JP are well suited for increasing the intensity, especially in the case of electronic excitation (Y, Eu ) 2 0 3 -luminescent substances whose luminescence intensity is optimized according to the specified specifications, however, do not give any improvement in the luminous efficacy of fluorescent lamps in which they are used. The elements Na, Ca and Sr show, when they are inserted into the (Y, Eu) 2 0 3 phosphor in addition, even the effect of a substance killer the main defect of the phosphor (Y, Eu) 2 O 3, in particular with respect to its application in the light generation technique is the high cost of its manufacture. These are caused by the required raw materials, mainly by the activator substance Eu 2 O 3 phosphor mixtures for mercury low-pressure discharge lamps, which contain the component (Y, Eu) 2 O 3 according to the technical development considerably, are affected by this deficiency proportionately and in limited their applicability This is particularly true for the sake of energy saving preferred white light mixtures after the three-band Pnnzip in which the phosphor (Y, Eu) 2 O 3 is so far an indispensable component.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Steigerung der Lichtausbeute von Quecksilberniederdruckgasentladungslampen, welche den Leuchtstoff (Y, Eu)2O3 enthalten.The aim of the invention is to increase the luminous efficacy of mercury low pressure gas discharge lamps containing the phosphor (Y, Eu) 2 O 3 .

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.By improving this, for the application of phosphors in the light generation technology essential GeDrauchwerteigenschaft results in a saving of the required amount of phosphorus either in the form of a possible covering mass reduction to achieve a technical level of luminous efficacy of the light source containing the phosphor or in the form of a possible reduction of the required number of Light sources with an increased light output.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den (Y, Eu)203-Leuchtstoff so zu modifizieren, daß beim Einsatz in Quecksilberdruckentladungslampen Lichtausbeutesteigerungen erreicht werden.The object of the invention is to modify the (Y, Eu) 2 0 3 phosphor so that when used in mercury discharge lamps Lichtausbeutesteigerungen be achieved.

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 BedingungAccording to the invention the object is achieved in that a combined doping of the (Y / Eu) 2 03 phosphor with an alkali and an alkaline earth metal under consideration of the condition

lrx - rEul = 0,03 nml r x - r = 0.03 nm Eul

erfolgt, wobei rx den lonenradius des einzufügenden Alkali- und Erdalkalielements und teu 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., whereby x r is the ionic radius of alkali and alkaline earth element to be inserted and u te of the ionic radius of the Eu 3+. The alkali and alkaline earth addition is added in amounts of from 0.0001 to 0.001 moles per mole of (Y, Eu) 2 O 3 .

Vorteilhaft ist eine kombinierte Dotierung der Aikalioxide des Lithiums und/oder Kaliums und der Erdalkalioxide des Magnesiums und/oder des Bariums.Advantageously, a combined doping of the Aikalioxide of lithium and / or potassium and the alkaline earth oxides of magnesium and / or barium.

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.Preferably, the alkaline earthalkalene portion in the alkali oxide-alkaline earth oxide mixture is 0.00075 mole to 0.00025 mole and 0.00025-0.00075 mole per mole of (Y, Eu) 2 O 3 phosphor.

Der Europiumoxidgehalt des Leuchtstoffs liegt bei 0,01 bis 0,1 Mol pro Leuchtstoff.The europium oxide content of the phosphor is 0.01 to 0.1 mol per phosphor.

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.The combined doping of the (Y, Eu) 2 O 3 phosphor with an alkali element and an alkaline earth element takes place in the form of the oxides of these elements or in the form of compounds which are converted into these oxides. It is irrelevant at which point within the procedure before the implementation of the final annealing process, the doping takes place.

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.It is a characteristic feature of the solution according to the invention that the light efficiency increasing measures do not lead to an increase in the luminescence intensity upon excitation of the phosphors with ultraviolet radiation of 254 nm wavelength.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to four exemplary embodiments.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 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.12.3 g of Eu 2 O 3 and 308.2 g of Y 2 O 3 are dissolved in 2100 ml of dilute nitric acid solution containing 590 ml of concentrated nitric acid and 1 510 ml of water. The resulting Y, Eu mixed nitrate solution is heated to 8O 0 C and combined with stirring with 2 800 ml, also heated to 8O 0 C, 20% strength oxalic acid solution. The thereby precipitated Y, Eu mixed oxalate is filtered off, washed, dried at 15O 0 C and 2 hours by annealing at 1100 0 C in a mixed oxide of the chemical composition (Y 0 , 97s Eu 0 , 02s) 2 O 3 transferred. This is mixed with a mixture of 0.0005 mol of lithium as lithium carbonate and 0.0005 mol of magnesium as magnesium nitrate per mole, Y, Eu mixed oxide and annealed twice at 1 400 0 C for two hours.

Der als lockeres Pulver anfallende Leuchtstoff wird abschließend zur Befestigung von Agglomeraten gesiebt und ist dann ohne weitere Behandlung sofort einsetzbar.The obtained as a loose powder phosphor is finally screened for attachment of agglomerates and is then immediately usable without further treatment.

Dieser erfindungsgemäß hergestellte Leuchtstoff enthaltende Quecksilberniederdruckentladungslampen erbrachten nach 100 Brennstunden eine um 3,3% höhere Lichtausbeute als Lampen mit Leuchtstoff ohne Li2O/MgO-Zusatz.This mercury low-pressure discharge lamps containing phosphor produced according to the invention produced, after 100 hours of burning, a 3.3% higher luminous efficacy than lamps with phosphor without Li 2 O / MgO addition.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 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.One mole of the corresponding Example 1 produced mixed oxide of the chemical composition (Yo, 975 EUO O2S) 203 is mixed with a mixture of 0.0005 mol of potassium as potassium carbonate and 0.00025 mole of barium as barium annealed for two hours at 1450 0 C.

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.With this phosphor produced according to the invention internally coated mercury low-pressure discharge lamps showed after a burning time of 100 h, a 1.5% higher light output than lamps with phosphor without ^ O / BaO addition.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 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.One mole of Y, Eu mixed oxide prepared according to Example 1 is mixed with a mixture of each 0.00025 mole of lithium as lithium carbonate, potassium as potassium carbonate, magnesium as magnesium oxide and barium as barium carbonate and annealed at 1400 0 C for four hours. The luminous efficacy of mercury low-pressure discharge lamps coated internally with this phosphor according to the invention was 102.5% after 100 h of burning time compared to lamps with phosphor without Li 2 O, K 2 O, MgO, BaO additive.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 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.Mercury low-pressure discharge lamps are produced, which contain as red component a (Y, Eu) 2 O 3 luminous substance according to Example 1 (55% by mass), as green component a Ce, Tb-activated Mg aluminate phosphor (30% by mass). and the blue component contains an Eu 2+ -activated alkaline earth aluminate phosphor (15% by mass), the aluminate phosphors used being characterized as having a uniform particle size and shape, without flux and using a Ci-AlzO 3 in one the particle size and shape of the phosphor determining particle size and shape are produced.

Die Lampen erbrachten nach 100 Brennstunden eine um 1,5% höhere Lichtausbeute als Lampen mit einem Rotleuchtstoff ohne Li2O/MgO-Zusatz.The lamps gave after 1.5 hours of burning a 1.5% higher light output than lamps with a red phosphor without Li 2 O / MgO addition.

Claims (4)

1. Yttriumoxidleuchtstoff für Quecksilberniederdruckentladungslampen mit Zusätzen von Alkali- und Erdalkalioxiden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Oxide der Bedingung1. Yttriumoxidleuchtstoff for mercury low-pressure discharge lamps with additions of alkali and alkaline earth oxides, characterized in that these oxides of the condition lrx-rEul^0,03nmlr x -r Eu l ^ 0.03nm genügen, wobei rEu den lonenradius des dreiwertigen Europiums, rx 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.where r Eu means the ionic radius of the trivalent europium, r x the ionic radius of the monovalent alkali metal ions or the divalent alkaline earth metal ions and these are added in an amount of 0.0001 to 0.001 moles per mole of Y, Eu mixed oxide. 2. Yttriumoxidleuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalielement Lithium und/oder Kalium und als Erdalkalielement Magnesium und/oder Barium eingesetzt sind.2. Yttriumoxidleuchtstoff according to claim 1, characterized in that are used as the alkali metal element lithium and / or potassium and as an alkaline earth metal element magnesium and / or barium. 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.3. Yttriumoxidleuchtstoff according to claim 1 and 2, characterized in that the alkali part of the alkali metal oxide-alkaline earth oxide mixture is 0.00075-0.00025Mol, the Erdalkalianteil 0.00025-0.00075 moles per mole of Y, Eu mixed oxide. 4. Yttriumoxidleuchtstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Europiumoxidgehalt des Leuchtstoffes 0,01-0,1 Mol pro Mol Leuchtstoff beträgt.4. Yttriumoxidleuchtstoff according to claim 1 to 3, characterized in that the europium oxide content of the phosphor is 0.01-0.1 moles per mole of phosphor.
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