DE10058852A1

DE10058852A1 - Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer

Info

Publication number: DE10058852A1
Application number: DE10058852A
Authority: DE
Inventors: Walter Tews; Geb Henke Roth; Jens Klimke; Conrad Schimke
Original assignee: RAYLUX GmbH
Current assignee: RAYLUX GmbH
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-06
Also published as: ATE367648T1; EP1340243B1; EP1340243A1; DE50112745D1; AU2002224741A1; WO2002043107A1; RU2003119071A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe, die sich durch lange Lebensdauer, hohe Lichtausbeute und Leuchtdichte auszeichnet. DOLLAR A Die erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe besitzt einen kugelförmigen oder ringförmigen oder birnenförmigen oder ellipsoidalen Glaskörper als Gasentladungsgefäß, auf dessen innere Glasoberfläche eine leuchtstoffhaltige Schicht aus mindestens zwei Leuchtstoffen aufgebracht ist. Die auf der der Gasentladung zugewandten Seite des Glaskolbens und/oder die der Gasentladung ausgesetzte leuchtstoffhaltige Schicht im Entladungsgefäß sind mit einer chemisch weitgehend inerten Schutzschicht aus Oxid überzogen. Die Einkopplung der elektrischen Energie in das Entladungsgefäß erfolgt induktiv mit einem ringförmigen geschlossenen Ferritkern, vorzugsweise aus MnZn-Weichferrit, der teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes liegt und mit einer Primärwicklung versehen ist, die über eine resonante LC-Koppelschaltung an eine RF-Quelle im Frequenzbereich von 100 kHz bis 500 kHz angeschlossen ist. Das Einbringen des einen Teils des ringförmigen Ferritkerns in das Entladungsgefäß erfolgt mittels eines vakuumdichten Durchganges, der in dem Glaskörper eingebracht ist. Der Teil des Ferritkerns mit der Primärwicklung und angekoppelter RF-Quelle in Form einer elektronischen Gegentaktschaltung sind im Lampensockel angeordnet. DOLLAR A Die verwendeten Leuchtstoffe sind beispielsweise aus den Verbindungen ...

Description

Die Erfindung betrifft eine kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungs lampe mit langer Lebensdauer, hoher Lichtausbeute sowie hoher Leuchtdichte. Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Lichtquellen für die Allgemein- und Kommunalbeleuchtung im Innen- und Außenbereich, in der Medizin und Kosmetik.

Es ist bekannt, daß Niederdruck-Gasentladungslampen bei der Entladung des angeregten Gases unter Mitwirkung von geeigneten Leuchtstoffen sichtbares Licht für Beleuchtungszwecke erzeugen. Besonders verbreitet sind kompakte Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen, bestehend aus einem vakuumdicht hergestellten und mit Quecksilber und Edelgas gefüllten Glaskolben, der auf seiner Innenseite eine Leuchtstoffschicht besitzt, die die kurzwellige Quecksilberresonanzstrahlung mit Energien von etwa 6,71 eV und 4,88 eV in sichtbares Licht umwandelt.

Bei den bekannten Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen besteht ein entscheidender Nachteil darin, daß die nutzbare Lebensdauer durch den Einfluß verschiedener Faktoren begrenzt ist. Bisher beträgt die nutzbare Lebensdauer herkömmlicher kompakter Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen etwa 8000 Stunden.

Dieser die nutzbare Lampenlebensdauer begrenzende Nachteil ist dadurch begründet, daß in den bekannten Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungs lampen Elektroden in Form von Einfach-, Doppel- oder Dreifachglühwendel eingesetzt werden, die einem ständigen Alterungsprozeß unterliegen. Das zur effektiven Elektronenemission auf diese Elektroden aufgebrachte Emittermaterial wird durch den Einfluß der Gasentladung von der Oberfläche abgetragen und mindert so die Effizienz der Elektronenemission. Die Effizienz der Lichtemission der Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen nimmt dadurch ständig ab. Ist sämtliches Emittermaterial verbraucht, steigt die zum Zünden der Quecksilber dampf-Niederdruck-Entladungslampen notwendige Spannung so stark an, daß die Gasentladung in der Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampe nicht mehr gezündet werden kann. Das während dieser Zeit abgetragene Emittermaterial scheidet sich zum Teil auf der Innenwand der Niederdruck-Gasentladungslampe ab und bewirkt, daß die Leuchtstoffschicht, die die Glaskolbeninnenwand der Lampe bedeckt, in der Nähe der Elektroden grau wird. Besonders beim Anschal ten der Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen werden die Elektroden geschädigt.

Durch Meyer, Chr., Nienhuis, H. in: Discharge lamps, KLUWER TECHNISCHE BOEKEN B. V., Philips Technical Library, Deventer-Antwerpen, 1988, S. 69 ff. ist zudem beschrieben worden, daß sich die Lebensdauer der Quecksilberdampf- Niederdruck-Entladungslampen aufgrund der Schädigung der Elektroden noch stärker verkürzt, wenn diese besonders häufig an- bzw. ausgeschaltet werden. Ein weiterer Nachteil bei diesen bekannten Quecksilberdampf-Niederdruck-Ent ladungslampen besteht darin, daß durch das komplexe Zusammenwirken von abgetragenem Elektrodenmaterial und freigesetzten Gasen mit der Wirkung kurzwelliger UV-Strahlung bzw. der Rekombination von Quecksilberionen mit Elektronen auf der Leuchtstoffoberfläche das Emissionsvermögen des Leucht stoffes mit der Zeitdauer der Einwirkung besonders stark zurückgeht, was sich in einem erheblichen Rückgang der Lichtausbeute bzw. des Lichtstromes mit der Lampenbrenndauer und dem deutlichen Einsetzen des Grauwerdens des gesam ten Glaskolbens des Entladungsgefäßes der Niederdruck-Gasentladungslampe äußert.

Ein weiterer Effekt, der die nutzbare Lebensdauer von Quecksilberdampf-Nieder druck-Entladungslampen einschränkt, ist eine Reaktion der verschiedenen Inhaltsstoffe im Glas des Entladungsgefäßes mit der Leuchtstoffbeschichtung. Diese Reaktionen bewirken die weitere Abnahme des Lichtstromes während der Lampenlebensdauer vor allem durch ein Grauwerden des Glases des Entladungs gefäßes.

Um diesen Effekten entgegenzuwirken, sind Gasentladungslampen ohne Elektroden bekannt geworden, bei denen mit Hilfe eines Ferritkernes, der in US 3,987,335 ringförmig und in US 4,010,400 stabförmig beschrieben ist, elektrische Energie im RF-Bereich induktiv in das Entladungsgefäß eingekoppelt wird. Beim Einsatz dieser Ferritkerne zur induktiven Einkopplung der Energie sind durch US 3,987,334 ein ringförmiges Entladungsgefäß und durch US 3,987,335 ein kugelförmiges Entladungsgefäß bekanntgemacht worden.

Die Firma Philips stellt die vorwiegend kugelförmige Quecksilberdampf- Niederdruck-Entladungslampe QL® mit einem stabförmigen Ferritkern her. Die Frequenz der mit Hilfe dieses stabförmigen Ferritkerns in das Entladungsgefäß eingekoppelten Energie liegt in einem relativ hohen Bereich, so daß Maßnahmen zur Vermeidung von elektromagnetischen Verlusten sowie zur Wärmeabfuhr erforderlich sind. Auf Grund seiner Komplexität ist dieses Lampensystem für die Allgemeinbeleuchtung weniger gut geeignet.

Für die Verwendung in der Allgemeinbeleuchtung ist beispielsweise in US 3,521,120 die kompakte, ebenfalls mit einem stabförmigen Ferritkern arbeiten de elektrodenlose Gasentladungslampe Genura® der Firma General Electric Comp. beschrieben. Die Frequenz der in das Entladungsgefäß eingekoppelten Energie dieser Gasentladungslampe liegt bei mehreren Megahertz. Deshalb erfordert die Erzeugung der Energie in diesem Hochfrequenzbereich einen relativ hohen elektronischen Aufwand sowie technisch aufwendige Maßnahmen zur Vermeidung von elektromagnetischen Verlusten. Die Herstellung dieser Gasentla dungslampe ist deshalb relativ kostenaufwendig. Außerdem ist ihre Lichtausbeute im Vergleich zu bekannten kompakten Leuchtstofflampen geringer.

Aus der Literatur ist auch bekannt, daß die Lebensdauer bei konventionellen Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen erhöht wird, wenn oxidische Schichten zwischen Lampenglas und Leuchtstoffschicht aufgetragen werden. In US 3,337,497 wird das Aufbringen durchsichtiger Schichten aus TiO₂ oder ZrO₂ auf die Innenseite des Lampenglaskolbens beschrieben. Nach US 3,141,990 sind auch Schutzschichten aus Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂ anwendbar.

In DE 29 08 890 C2 sind SiO₂-Beschichtungen mit einer Teilchengröße von kleiner als 100 nm und einer flächenbezogenen Belagsmasse zwischen 0,05 mg/cm² und 0,7 mg/cm genannt. Die Gasentladungslampe nach US 4,923,425 hat vergleichbare Beschichtungen mit einer Belagsmasse größer 0.7 mg/cm² zum Gegenstand.

Schutzschichten mit Oxiden, die den Leuchtstoff in Gasentladungslampen bedecken, werden in EP 0638625 beschrieben. Die Abscheidung von Oxiden erfolgt derart, daß die Leuchtstoffe zusammen mit einem organischen Lösungs mittel und einer metallorganischen Verbindung in einer Suspension durchmischt werden und die organischen Rückstände später ausgebrannt werden. Die aus der Literatur bekannten Anwendungen beziehen sich ausschließlich auf Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen herkömmlicher Bauart. Diese sind Lampen, die von einer geraden oder gebogenen Stabform des Entladungsgefäßes abgeleitet sind und bei denen die zur Aufrechterhaltung der elektrischen Entladung notwendigen Energie durch Elektroden eingebracht wird, die sich an den beiden Stabenden des Entladungsgefäßes befinden. Bei diesen Lampen kommt es zu Wechselwirkungen von Elektrodenmaterial mit der Gasfüllung sowie dem Leuchtstoff und mit dem Glaskolben des Entladungsgefäßes, die zur Lebensdauerminderung der Gasentladungslampe führen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, mit geeigneten technischen Mitteln die Qualitätsparameter wie Lebensdauer, Lichtausbeute und Leuchtdichte bei der kompakten Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampe zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungs lampe mit erhöhter Lebensdauer, insbesondere Quecksilberdampf-Niederdruck- Entladungslampe in kompakter Bauweise, besitzt einen kugelförmigen oder einen ringförmigen oder einen birnenförmigen oder einen ellipsoidalen Glaskolben als Entladungsgefäß, auf dessen innere Glasoberfläche in bekannter Weise mindestens eine leuchtstoffhaltige Schicht aufgebracht ist. Die auf der der Gasentladung zugewandten Seite des Glaskolbens und/oder die der Gasentladung ausgesetzte leuchtstoffhaltige Schicht im Entladungsgefäß sind mit einer chemisch weitgehend inerten Schutzschicht aus Oxid überzogen.

Die Schutzschicht besteht aus mindestens einem der Oxide Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, MgO, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, und BeO.

Die Schutzschicht ist als ein durchgängiger Überzug auf der inneren Glas oberfläche des Entladungsgefäßes und/oder der Oberfläche des Leuchtstoffes an der Innenseite des Entladungsgefäßes ausgeführt. Diese Schicht ist geeignet, die im Entladungsgefäß eingebrachten Leuchtstoffe wirkungsvoll gegen Reaktio nen mit dem umgebenden Medium zu schützen.

Zur Erhöhung der Lebensdauer erfolgt die Einkopplung der elektrischen Energie in das Entladungsgefäß der kompakten Niederdruck-Entladungslampe induktiv mit einem ringförmigen, geschlossenen Ferritkern, der teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes liegt und mit einer Primärwicklung versehen ist, die an eine RF-Quelle angeschlossen ist. Für das Einbringen des einen Teils des ringförmigen Ferritkernes ist in den Glaskörper des Entladungsgefäßes ein vakuumdichter Durchgang eingebracht. Auf dem anderen Teil des ringförmigen Ferritkernes außerhalb des Entladungsgefäßes befindet sich die Primärwicklung, an die eine RF-Quelle angeschlossen ist. Der Teil des ringförmigen Ferritkernes mit der Primärwicklung ist im Lampensockel angeordnet.

Die zur Aufrechterhaltung der Gasentladung verwendete RF-Quelle ist erfindungsgemäß im Sockel integrierbar.

Die lumineszierende Leuchtstoffschicht der erfindungsgemäßen Niederdruck- Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer, insbesondere Quecksilberdampf- Niederdruck-Entladungslampe in kompakter Bauweise, enthält mindestens zwei Leuchtstoffe, die sich aus den chemischen Verbindungen

- Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat,
- Erdalkalialuminat,
- Cerium-Magnesiumaluminat,
- Ln-Oxid,
- Ln-Phosphat,
- Erdalkaliorthophosphat,
- Erdalkaliorthosilikat
- Erdalkalihalophosphat,
- Zinkorthosilikat,
- Magnesiumfluorogermanat,
- Bariumdisilikat,
- Erdalkalitetraborat,

ableiten, wobei die Leuchtstoffe mit Ionen der Seltenen Erden, insbesondere mit Ionen von Europium, Terbium, Gadolinium, Cerium, Dysprosium, Samarium und Praseodymium, und/oder Ionen von Mangan, Blei, Antimon, Zinn und Wismut aktiviert sind und die Erdalkalikationen teilweise substituiert werden können durch Ionen der Elemente der 2. Nebengruppe bzw. die Seltenerdelemente Ln teilweise oder ganz durch Ionen der 3. Nebengruppe ersetzt werden können.

Für die erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck- Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer, insbesondere Quecksilberdampf- Niederdruck-Entladungslampe in kompakter Bauweise, werden die Leuchtstoffe
BSCT = Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat: Ce, Tb,
YOX = Yttriumoxid: Eu,
BSCM = Cerium-Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat: Mn,
BAM = Barium-Magnesiumaluminat: Eu,
SAPE = Strontiumaluminat: Eu
BSOSE = Barium-Strontium-Orthosilikat: Eu,
CAT = Cerium-Magnesiumaluminat: Tb,
LAP = Lanthanphosphat: Ce, Tb,
LAPS = Lanthanphosphatsilikat: Ce, Tb,
MgFG = Magnesiumfluorogermanat: Mn (IV),
ZSM = Zinkorthosilikat: Mn,
sowie
BSCG = Cerium- Gadolinium-Magnesium-Pentaboratsilikat,
BSC = Lanthan-Cerium-Magnesiumpentaboratsilikat,
CHP = Calciumhalophosphat: Sb und/oder Mn,
SCP = Strontiumchlorophosphat: Eu und (Ba, Sr, Ca)-Chloro phosphat: Eu,
Bariumdisilikat: Pb,
Strontium-Magnesiumaluminat: Ce,
Bariumfluorophosphat: Pb, Gd,
Strontiumhexaborat: Pb,
Strontiumtetraborat: Eu,
Strontiumfluoroborat: Eu,
oder eine Kombination dieser Leuchtstoffe verwendet.

Durch das Aufbringen einer chemisch weitgehend inerten Schutzschicht auf die der Gasentladung zugewandten Seite des Glaskolbens und/oder auf die der Gasentladung ausgesetzten leuchtstoffhaltigen Schicht wird erfindungsgemäß erreicht, daß die Haupteinflußfaktoren, welche bei herkömmlichen kompakten Leuchtstofflampen zur Verringerung des Lichtstromes mit zunehmender Brenn dauer führen können, vermieden bzw. deutlich verringert werden.

Die erfindungsgemäße Beschichtung mit der Schutzschicht bewirkt die Isolation der leuchtstoffhaltigen Schicht vom Lampenglas insbesondere zur Verhinderung des Eindiffundierens von Alkaliionen in den Leuchtstoff und den Schutz des Leuchtstoffes vor Strahlungsschädigung und Oberflächenreaktionen mit Queck silber bzw. Quecksilberverbindungen.

Diese Beschichtung wird mittels einer Suspension in ähnlicher Weise aufgetragen, wie es nach dem Stand der Technik bei der leuchtstoffhaltigen Beschichtung üblich ist, und sie ist geeignet, Reaktionen des Leuchtstoffes mit dem Glaskörper wirksam zu unterdrücken. Weiterhin trägt eine derartige Beschichtung zu einer insgesamt höheren Lichtausbeute bei, weil durch Remission von UV-Strahlung an der nichtleuchtstoffhaltigen Schicht zurück in die Leuchtstoffschicht eine Reduzie rung der Wandverluste erzielt wird.

Erfindungsgemäß ist die kompakte elektrodenlose Niederdruck- Gasentladungslampe im Innen- und Außenbereich der Allgemein- und Kommunal beleuchtung, in der Medizin und in der Kosmetik anwendbar.

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen gemäß

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit kugelförmigem Entladungsgefäß,

Fig. 2 die Ansicht der um 90 Grad gedrehten Gasentladungslampe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 schematisch eine erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit einem ovalen gestreckten, ringför migen Entladungsgefäß,

Fig. 4 die Ansicht der um 90 Grad gedrehten Gasentladungslampe gemäß Fig. 3,

Fig. 5 schematisch Darstellung die Leuchtstoff- und Schutzbeschichtung der erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasent ladungslampe.

Die in Fig. 1 bis Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Niederdruck-Gasentladungslampe zeigen kompakte elektro denlose Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampen. Die Niederdruck- Gasentladungslampe gemäß Fig. 1 und Fig. 2 besitzt den Sockel 1 und die Fassung 2 und ist mit einer externen RF-Quelle betrieben. Gemäß Fig. 1 und 2 ist das in dieser Ausführungsform der Lichtquelle vorwiegend kugelförmige Ent ladungsgefäß 3 mit dem Sockel 1 verbunden. Der Durchmesser des Entladungs gefäßes 3 beträgt etwa 7 bis 20 cm. Das Entladungsgefäß besitzt die für die Einstellung des Quecksilberdampfdrucks erforderliche kälteste Stelle 7. Die Verbindung des geschlossenen ringförmigen Ferritkerns 4 mit dem evakuierbaren Entladungsgefäß 3 erfolgt über einen vakuumdichten Durchgang durch das Entladungsgefäß 3, dessen Form der äußeren Form des Ferritkerns 4 entspricht. Der Ferritkern 4 hat einen äußeren Durchmesser von 5 bis 7 cm bei einem Querschnitt von zumindest 2 cm² und einem inneren Durchmesser von 2 bis 4 cm. Der zur Montage zweigeteilte Ferritkern 4 befindet sich je etwa zur Hälfte innerhalb des Entladungsgefäßes 3 und innerhalb des Sockels 1 und wird durch eine geeignete Vorrichtung zusammengehalten. Der Ferritkern 4 besteht aus einem Material, daß bei einer Anfangspermeabilität von mindestens 2000 eine Sättigungsflußdichte mindestens 500 mT bei geringen Verlusten im Frequenz bereich von 100 bis 500 kHz aufweist. Die Eigenerwärmung des Ferritkerns 4 ist aufgrund der geringen Kernverluste klein. Da der Ferritkern 4 jedoch teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes 3 liegt, wird er durch die Entladung erhitzt. Deshalb kommt vorzugsweise ein MnZn-Weichferrit mit bei höheren Temperaturen abnehmenden Verlusten und eine Curie-Temperatur von zumindest 200°C zum Einsatz.

Auf den außerhalb des Entladungsgefäßes 3 im Sockel 1 befindlichen Teil des Ferritkerns 4 wird die Primärwicklung 5 aufgebracht. Sie besteht aus 10 bis 20 Windungen einer Litze mit hitze- und strahlungsbeständiger Isolierung. Die zum Betreiben der Niederdruck-Gasentladungslampe notwendige RF-Energie liefert eine elektronische Gegentaktschaltung, die von einem geeigneten Oszillator gesteuert wird. Die Betriebsfrequenz beträgt 100 bis 500 kHz, vorzugsweise 150 bis 400 kHz. Die Primärwicklung 5 ist über eine resonante LC-Koppelschaltung mit der RF-Quelle verbunden. Die RF-Quelle gewährleistet in Verbindung mit der Koppelschaltung einen zuverlässigen Betrieb sowie die Zündung der Gasentladung. Die erfindungsgemäße Anwendung einer Gegentaktschaltung unter Verwendung schneller MOSFET-Transistoren ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad dieses Vorschaltgerätes im angegebenen Frequenzbereich. Die spezielle Form des Entladungsgefäßes 3 mit weitgehend hohen Querschnitten bewirkt eine sehr geringe axiale elektrische Feldstärke bei hohen Entladungs strömen von 3 bis 10 A während des Betriebes der Niederdruck- Gasentladungslampe. Damit ist die Brennspannung der Gasentladung und somit die Sekundärspannung des Transformators, der durch den Ferritkern 4, der Primärwicklung 5 und Gasentladung gebildet wird, sehr gering. Deshalb sind die Kernverluste im Vergleich mit der beispielsweise in US 3,500,118 beschriebenen Gasentladungslampe erheblich gesenkt worden.

Der Glaskolben des Entladungsgefäßes 3 ist mit einer Gasmischung aus Quecksilber und einem Edelgas, beispielsweise Argon, Krypton oder einer Mischung von Edelgasen, mit einem Fülldruck von 1 < p < 4 mBar gefüllt. Die Gasentladung erzeugt vorwiegend UV-Strahlung mit Energien von 6,71 eV und 4,88 eV. Das Verhältnis der erzeugten UV-Strahlungsenergien hängt von den genauen Abmessungen des Entladungsgefäßes 3, der Entladungsstromstärke sowie dem Quecksilberdampfdruck ab.

Eine entsprechende Ausführungsform der erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasentladungslampe gemäß Fig. 1 und Fig. 2 mit beispielsweise einer Schicht 6 aus den zwei Leuchtstoffe BSCT und YOX auf der Innenseite des Glaskolbens des Entladungsgefäßes 3, die geeignet ist, eine warmweiße Lichtfarbe zu erzeugen, liefert bei einer Systemleistung von 27,8 W einen Lichtstrom von ca. 1887 Im.

In Fig. 3 und Fig. 4 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungs gemäßen Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladungslampe mit dem Sockel 1 und der Fassung 2 dargestellt. Die Gasentladungslampe wird mit einer externen RF- Quelle betrieben. Gemäß Fig. 3 und 4 ist das in dieser Ausführungsform der Licht quelle vorwiegend ovale Entladungsgefäß 3 mit dem Sockel 1 verbunden. Der größte Durchmesser des Entladungsgefäßes 3 beträgt 7 bis 20 cm. Das Entladungsgefäß besitzt die für die Einstellung des Quecksilberdampfdrucks erforderliche kälteste Stelle 7. Der fast kreisförmige Querschnitt des Entladungsgefäßes 3 besitzt einen Durchmesser von 2 bis 5 cm.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Queck silberdampf-Niederdruck-Entladungslampe gemäß Fig. 3 und Fig. 4 mit der Schicht 6 beispielsweise aus den Leuchtstoffen BSCT und YOX: Eu auf der Innenseite des Glaskolbens des Entladungsgefäßes 3 erzeugt bei einer Systemleistung von 42,1 W eine warmweiße Lichtfarbe und einen Lichtstrom von ca. 3397 Im.

Die erfindungsgemäße kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentla dungslampe nach Fig. 1 bis 4 besitzt gemäß Fig. 5 die zwei unterschiedlichen, spezielle Schutzschichten 7 und 8, von denen die Schutzschicht 8 den Leuchtstoff 6 auf der der Entladung zugewandeten Seite bedeckt und die Schutzschicht 7 zwischen der Schicht des Leuchtstoffes 6 und der Innenseite des Glaskolbens des Entladungsgefäßes 3 aufgebracht ist.

Bei der erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Niederdruck- Gasentladungslampe wird die Schutzschicht 8, die den Leuchtstoff 6 bedeckt, aus der Gasphase mittel CVD (chemical vapour deposition) unter Verwendung einer geeigneten metallorganischen Precursorverbindung abgeschieden, die thermisch unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases des Entladungsgefäßes 3 vollständig in das Material der Schutzschicht 8 zersetzbar ist.

Als Precursormaterialien eignen sich beispielsweise Alkyl-, Alkoxy- oder Acetylacetonatverbindung des entsprechenden Metalls. Als Ausgangsmaterialien für Aluminiumoxidbeschichtungen dienen Verbindungen R_x(OR')_3-xAl. (mit x: 0-3 und R bzw. R' als niedere Alkylgruppen wie -CH₃, -C₂H₅, -C₃H₇ und -C₄H₉). Für SiO₂-Beschichtung sind analog dazu Verbindungen des Typs R_X(OR')_4-x Si (mit x: 0-4 und R bzw. R' als niedere Alkylgruppen wie -CH₃, -C₂H₅, -C₃H₇, -C₄H₉ und oder -C₅H₁₁) geeignet.

Das Material für die Schutzschichten 7 und 8 ist für den Wellenlängenbereich der Quecksilberanregung transparent und chemisch weitgehend inert und besteht aus hinreichend kleinen Partikeln, die eine durchgängige, dichte und haftfähige Beschichtung gewährleisten. Aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit sind oxidische Materialien sehr gut geeignet.

Al₂O₃, SiO₂ und HfO₂ zeigen im UV-Bereich vollständige Durchlässigkeit. ZrO₂ schwächt ca. 5% der Anregungswellenlänge von 254 nm. Unterhalb 200 nm verringert sich die Durchlässigkeit bis auf 20 Prozent. V₂O₅, Nb₂O₅ und Y₂O₃ schwächen ca. 15% der Anregungswellenlänge 254 nm. Y₂O₃ schwächt unterhalb 200 nm bis zu 70% der Strahlung.

Von den vollständig transparenten Materialien zeigt SiO₂ wegen seines negativen Ladungsverhaltens Wechselwirkungen mit dem Quecksilber, die es als Schutz schichtmaterial für den direkten Kontakt mit der Quecksilberentladung ungeeignet erscheinen lassen.

Erfindungsgemäß ist das Al₂O₃ wegen seiner guten Verfügbarkeit und aufgrund seiner Eigenschaft auch im Vergleich zum HfO₂ das für die Herstellung der Schutzschichten am besten geeignete Material, zumal Aluminumoxid häufig auch als Suspensionszusatz zur Steigerung der Reflektivität eingesetzt wird. Die erfindungsgemäße Kombination von Schutzschicht 7 und Schutzschicht 8 erhöht die Langzeitbeständigkeit bei der kompaktem elektrodenlosen Niederdruck- Gasentladungslampe. Insbesonders werden die qualitätsmindernden Einflüsse der Wechselwirkungsprozesse zwischen dem Glas des Entladungsgefäßes 3 und der Leuchtstoffschicht 6 bei der Niederdruck-Gasentladungslampe stark eingegrenzt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele zur Herstellung der kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasentladungslampen mit erfindungsgemäßen Leuchtstoffmischungen verschiedener Zusammensetzung entsprechend Tab. 1 und Tab. 2 angegeben.

Beispiel 1

Unter Verwendung der Leuchtstoffmischungen für die Gasentladungslampen Nr. 1 bis Nr. 6 sowie Nr. 1a bis Nr. 12a nach Tab. 1 werden die erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasentladungslampen mit vorwiegend kugelförmigem Entladungsgefäß 3 hergestellt. Das Entladungsgefäß 3 der Gas entladungslampen wird zunächst mit einer Suspension aus 4 ml Aerosil Dispersion K330 (Degussa AG), 40 ml 5%iger Polyäthylenoxidlösung, 40 ml deionisiertem Wasser, 2 ml Arkopal und 0,3 ml Dispex beschlämmt, im warmen Luftstrom getrocknet und bei 550°C ausgebrannt. Dadurch wird die durchgängige Schutzschicht 7 von ca. 0,15 mg/cm² Belagsmasse erzeugt. Danach wird die Leuchtstoffschicht 6 mittels einer Suspension aus 100 g der betreffenden Leuchtstoffmischung in 70 ml deionisiertem Wasser, 0,5 ml Dispex, 80 ml 5%iger Polyethylenoxidlösung, 2,5 ml Arkopal und 35 ml 10%iger Alon-C-Lösung durch Beschlämmen des vorher beschichteten Entladungsgefäßes 3 der Gasentladungs lampe hergestellt. Nach dem Trocknen erfolgt das Ausbrennen der Entladungs gefäße 3 im Luftstrom bei 550°C. Bei einer Viskosität der Suspension von 1,5 dPas wird eine Belagsmasse der ausgebrannten Entladungsgefäße 3 von ca. 4,5 mg.cm^-2 erzielt.

Durch die geeignete Auswahl der Parameter der RF-Quelle sowie der Primärwicklung 5 auf dem geschlossenen Ferritkern 4 der kompakten Nieder druck-Gasentladungslampe werden die in Tab. 1 aufgeführten elektrischen und lichttechnischen Daten erzielt.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Leuchtstoffmischungen für die erfindungsgemäßen kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasentladungslampen Nr. 1 bis Nr. 11 nach Tab. 2 mit ellipsoidalen Gasentladungsgefäß 3 hergestellt. Die Entladungs gefäße 3 der Gasentladungslampen werden zunächst mit einer Suspension aus 4 ml Aerosil Dispersion K330 (Degussa AG), 40 ml 5%iger Polyäthylenoxidlösung, 40 ml deionisiertem Wasser, 2 ml Arkopal und 0,3 ml Dispex beschlämmt, im warmen Luftstrom getrocknet und bei 550°C ausgebrannt. Dadurch wird die durchgängige Schutzschicht 7 von ca. 0,15 mg/cm² Belagsmasse erzeugt. Danach wird die Leuchtstoffschicht 6 mittels einer Suspension aus 100 g der betreffenden Leuchtstoffmischung in 70 ml deionisiertem Wasser, 0,5 ml Dispex, 80 ml 5%iger Polyethylenoxidlösung, 2,5 ml Arkopal und 35 ml 10%iger Alon-C- Lösung durch Beschlämmen der vorher beschichteten Glaskolben der Entladungsgefäße 3 hergestellt. Nach Trocknen erfolgt das Ausbrennen der Entladungsgefäße im Luftstrom bei 550°C. Bei einer Viskosität der Suspension von 1,5 dPas wird eine Belagsmasse der ausgebrannten Entladungsgefäße 3 von ca. 4,5 mg.cm^-2 erzielt.

Die zweite Schutzschicht 8 wird durch Einleitung eines Trägergasgemisches aus Stickstoff und Sauerstoff in Aluminiumisopropoxid bei etwa 140°C und anschließende thermische Zersetzung des Aluminiumisopropoxiddampfes beim Einleiten des beladenen Trägergases in einen auf 450°C erwärmten Glaskolben des Entladungsgefäßes 3 erzeugt.

Durch die geeignete Auswahl der Parameter der RF-Quelle sowie der Primärwicklung 5 auf dem geschlossenen Ferritkern 4 der kompakten elektroden losen Niederdruck-Gasentladungslampe werden die in der Tab. 2 aufgeführten elektrischen und lichttechnischen Daten erzielt.

Die kompakten elektrodenlosen Niederdruck-Gasentladungslampe mit der Nr. 1 bis Nr. 9 in Tab. 2 arbeiten mit einer Systemleistung von ca. 42 W und die Lampen mit der Nr. 10 und Nr. 11 mit einer Systemleistung von ca. 85 W.

Claims

1. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer, bestehend aus einem Entladungsgefäß mit einer Füllung aus Quecksilber und mindestens einem Edelgas mit einem Fülldruck von 1 < p < 4 mBar und mit mindestens einer leuchtstoffhaltigen Schicht auf der Innenseite der Glaswandung des Entladungsgefäßes dadurch gekenn zeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der elektrischen Entladung ein ringförmiger geschlossener Ferritkern (4) vom Sockel (1) der Fassung (2) der Niederdruck-Gasentladungslampe aus durch einen vakuumdichten Durch gang im kugelförmigen oder birnenförmigen oder ellipsoidalen Glaskolben des Entladungsgefäßes (3) teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes (3) eingebracht ist, daß sich auf dem anderen Teil des Ferritkerns (4) im Sockel (1) der Fassung (2) der Niederdruck-Gasentladungslampe die Primärwicklung (5) des Ferritkerns (4) befindet und daß auf der der Gasentladung zugewandten Seite der Oberfläche des Glaskolbens des Entladungsgefäßes (3) und/oder auf der der Gasentladung ausgesetzten Oberfläche der lumineszierenden Leuchtstoffschicht (6) ein durchgängiger Überzug von einer chemisch inerten Schutzschicht (7; 8) aus Oxid gegen die Reaktionen mit dem umgebenden Medium angeordnet ist.

2. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die lumines zierende Leuchtstoffschicht (6) mindestens zwei Leuchtstoffe enthält, die aus chemischen Verbindungen
Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat,
Erdalkalialuminat,
Cerium-Magnesiumaluminat,
Ln-Oxid,
Ln-Phosphat,
Erdalkaliorthophosphat,
Erdalkaliorthosilikat
sowie
Erdalkalihalophosphat,
Zinkorthosilikat,
Magnesiumfluorogermanat,
Bariumdisilikat,
Erdalkalitetraborat,
hergestellt sind, wobei die Leuchtstoffe mit Ionen der Seltenen Erden, insbesondere mit Ionen von Europium, Terbium, Gadolinium, Cerium, Dysprosium, Samarium und Praseodymium, und/oder Ionen von Mangan, Blei, Antimon, Zinn und Wismut aktiviert sind und die Erdalkalikationen teilweise substituiert werden können durch Ionen der Elemente der 2. Nebengruppe bzw. die Seltenerdelemente Ln teilweise oder ganz durch Ionen der 3. Nebengruppe ersetzt werden können.

3. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichten (7; 8) aus mindestens einem der Oxide Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, MgO, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, CaO, ZrO₂, SrO, BaO, und BeO bestehen.

4. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Leuchtstoffschicht (6) die Leuchtstoffe
BSCT = Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat: Ce, Tb,
YOX = Yttriumoxid: Eu,
BSCM = Cerium-Gadolinium-Magnesiumpentaboratsilikat: Mn,
BAM = Barium-Magnesiumaluminat: Eu,
SAPE = Strontiumaluminat: Eu
BSOSE = Barium-Strontium-Orthosilikat: Eu,
CAT = Cerium-Magnesiumaluminat: Tb,
LAP = Lanthanphosphat: Ce, Tb,
LAPS = Lanthanphosphatsilikat: Ce, Tb,
MgFG = Magnesiumfluorogermanat: Mn (IV),
ZSM = Zinkorthosilikat: Mn,
sowie
BSCG = Cerium-Gadolinium-Magnesium-Pentaboratsilikat,
BSC = Lanthan-Cerium-Magnesiumpentaboratsilikat,
CHP = Calciumhalophosphat: Sb und/oder Mn,
SCP = Strontiumchlorophosphat: Eu und (Ba, Sr, Ca)-Chloro phosphat: Eu,
Bariumdisilikat: Pb,
Strontium-Magnesiumaluminat: Ce,
Bariumfluorophosphat: Pb, Gd,
Strontiumhexaborat: Pb,
Strontiumtetraborat: Eu,
Strontiumfluoroborat: Eu,
oder eine Kombination dieser Leuchtstoffe verwendet sind.

5. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufrechterhaltung der Gasentladung verwendete RF-Quelle in Form einer elektronischen Gegentaktschaltung im Sockel (1) der Lampe integriert ist.

6. Kompakte elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie im Innen- und Außenbereich der Allgemein- und Kommunalbeleuchtung, in der Medizin und in der Kosmetik anwendbar ist.