DE10126159A1 - Gasentladungslampe mit Down-Conversion-Leuchtstoff - Google Patents

Gasentladungslampe mit Down-Conversion-Leuchtstoff

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Thomas Juestel
Cornelis Reinder Ronda
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Rene T Wegh
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Abstract

Eine Gasentladungslampe, ausgerüstet mit einem Gasentladungsgefäß, gefüllt mit einer Gasfüllung, die geeignet ist für eine Gasentladung, die VUV-Strahlung emittiert, mit einer Leuchtstoffbeschichtung, die einen Down-Conversion-Leuchtstoff enthält, und mit Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Gasentladung, bei der der Down-Conversion-Leuchtstoff in einem Wirtsgitter ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält, ist umweltfreundlich und hat eine hohe Lampeneffizienz eta¶lamp¶. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin einen Down-Conversion-Leuchtstoff, der in einem Wirtsgitter ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe, ausgerüstet mit einem Gasentladungs­ gefäß, gefüllt mit einer Gasfüllung, die geeignet ist, eine Gasentladung, die VUV-Strahlung emittiert, zu unterstützen, mit einer Leuchtstoffbeschichtung, die einen Down-Con­ version-Leuchtstoff enthält, und mit Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Gasentladung.
Konventionelle Leuchtstofflampen sind Quecksilbergasentladungslampen, deren Lichtaus­ strahlung auf einer Quecksilberniederdruckgasentladung basiert. Eine Quecksilbernieder­ druckgasentladung emittiert Strahlung überwiegend im nahen UV mit einem Maximum bei 254 nm, die durch UV-Leuchtstoffe in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Die Quecksilbergasentladungslampe hat eine ausgereifte Technologie und ist in Bezug auf die Lampeneffizienz ηlamp durch andere Lampentechnologien nur schwer zu erreichen oder gar zu übertreffen.
Das Quecksilber in der Gasfüllung wird jedoch verstärkt als umweltschädliche und giftige Substanz angesehen, die in modernen Massenprodukten aufgrund der Umweltgefährdung bei Anwendung, Produktion und Entsorgung möglichst vermieden werden sollte. Deswegen bemüht man sich seit einiger Zeit um die Entwicklung alternativer Lampen­ technologien.
Eine der quecksilberfreien bzw. quecksilberarmen Alternativen zur herkömmlichen Queck­ silbergasentladungslampe ist die Xenon-Niederdruckgasentladungslampe, die eine Gas­ füllung hat, die überwiegend Xenon enthält. Eine Gasentladung in einer Xenon-Nieder­ druckgasentladungslampe emittiert Vakuum-Ultraviolettstrahlung (VUV-Strahlung), im Gegensatz zu der UV-Strahlung der Quecksilberentladung. Die VUV-Strahlung wird von Excimeren, z. B. Xe2 * erzeugt und ist eine molekulare Bandenstrahlung mit einem breiten Spektrum im Bereich um 172 nm.
Mit dieser Lampentechnologie werden auch schon Entladungseffizienzen ηdis von 65% erreicht.
Ein weiterer Vorteil der Xenon-Niederdruckgasentladungslampe ist die kurze Ansprechzeit der Gasentladung, die sie als Signallampe für Automobile, als Lampe für Kopier- und Faxgeräte und als Wasserdesinfektionslampe interessant macht.
Aber obwohl die Xenon-Niederdruckgasentladungslampe eine Entladungseffizienz ηdis erreicht, die mit der der Quecksilbergasentladungslampe vergleichbar ist, ist die Lampen­ effizienz ηlamp der Xenon-Niederdruckgasentladungslampe noch deutlich niedriger als die der Quecksilbergasentladungslampe.
Grundsätzlich setzt sich die Lampeneffizienz ηlamp aus den Komponenten Entladungs­ effizienz ηdis, Leuchtstoffeffizienz ηphos, dem Anteil des erzeugten sichtbaren Lichtes, das die Lampe verlässt ηesc und dem Anteil ηvuv der UV-Strahlung, die vom Leuchtstoff erzeugt wird, zusammen:
ηlamp = ηdis.ηphos.ηesc.ηvuv
Eine Handicap der herkömmlichen Xenon-Niederdruckgasentladungslampe liegt in der vom Prinzip her ineffektiven Umwandlung eines energiereichen VUV-Photons mit einer Wellenlängen von etwa 172 nm in ein vergleichsweise energiearmes Photon aus dem sichtbaren Spektrum von 400 bis 700 nm durch die Leuchtstoffbeschichtung der Lampe. Selbst wenn die Quantenausbeute des Leuchtstoffs bei 100% liegt, wird durch die Konversion eines VUV-Photons in eine sichtbares Photon durchschnittlich 65% der Energie durch strahlenlose Übergänge verloren.
Überraschenderweise ist es jedoch bereits gelungen, VUV-Leuchtstoffe zu entwickeln, die eine Quantenausbeute von mehr als 100% für die Umwandlung von VUV-Photonen in sichtbare Photonen erreichen. Diese Quantenausbeute wird dadurch erzielt, dass ein VUV- Quant mit einer Elektronenenergie von 7.3 eV in zwei sichtbare Quanten mit einer Elektronenenergie um 2.5 eV konvertiert wird. Derartige Leuchtstoffe für Xenon Niederdruckgasentladungslampen sind beispielsweise aus Rene T. Wegh, Harry Donker, Koentraad D. Oskam, Andries Meijerink "Visible Quantum Cutting in LiGdF4:Eu3+ through Downconversion" Science 283, 663, bekannt.
In Analogie zu den schon länger bekannten Multiphotonen-Leuchtstoffen, die durch "Up- conversion" aus zwei sichtbaren langwelligen Photonen ein kurzwelliges Photon erzeugen, werden diese neuen Leuchtstoffe, die aus einem kurzwelligen Photon zwei langweilige Photonen erzeugen, als Down-Conversion-Leuchtstoffe bezeichnet.
Aber obwohl die Quantenausbeute der bekannten Down-Conversion-Leuchtstoffe hoch ist, bedeutet dies nicht, dass dadurch auch die Leuchtstoffeffizienz ηphos hoch ist. Für die Leuchtstoffeffizienz ηphos spielt nicht nur die Quantenausbeute, sondern auch die Fähigkeit des Leuchtstoffes, die zu konvertierende VUV-Strahlung zu absorbieren, eine Rolle. Das Absorptionsvermögen der bekannten Down-Conversion-Leuchtstoffe ist jedoch recht schwach. Es wird zuviel Energie durch unerwünschte Absorptionen im Gitter verloren und dadurch die Besetzung der angeregten Zustände vermindert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasentladungslampe, ausgerüstet mit einem Gasentladungsgefäß, gefüllt mit einer Gasfüllung, die geeignet ist für eine Gasent­ ladung, die VUV-Strahlung emittiert, mit einer Leuchtstoffbeschichtung, die einen Down- Conversion-Leuchtstoff enthält, und mit Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Gasentladung, mit verbesserter Effizienz zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Gasentladungslampe, ausgerüstet mit einem Gasentladungsgefäß, gefüllt mit einer Gasfüllung, die geeignet ist, eine Gasent­ ladung, die VUV-Strahlung emittiert, zu unterstützen, mit einer Leuchtstoffbeschichtung, die einen Down-Conversion-Leuchtstoff enthält, und mit Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Gasentladung, bei der der Down-Conversion-Leuchtstoff ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator, ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält.
Besonders vorteilhafte Wirkungen gegenüber dem Stand der Technik entfaltet die Erfindung, wenn das erste Lanthanoiden-Ion das Gadolinium(III)-Ion und das zweite Lanthanoiden-Ion aus dem Holmium(III)-Ion und dem Europium(III)-Ion ausgewählt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Down-Conversion- Leuchtstoff als das erste Lanthanoiden-Ion das Gadolinium(III)-Ion und als das zweite Lanthanoiden-Ion Holmium(III)-Ion und einen Coaktivator, ausgewählt aus der Gruppe des Terbium(III)-Ions, des Ytterbium(III)-Ions, des Dysprosium(III)-Ions, des Europium(III)-Ions, Samarium(III)-Ions und des Mangan(II)-Ions enthält.
Es kann auch bevorzugt sein, dass das Wirtsgitter des Down-Conversion-Leuchtstoffs ein Fluorid ist.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff das erste Lanthanoiden-Ion in einer Konzentration von 10.0 bis 99.98 Mol-%, das zweite Lanthanoiden-Ion in einer Konzentration von 0.01 bis 30.0 Mol-% und den Sensibilisator in einer Konzentration von 0.01 bis 30.0 Mol-% enthält.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe enthält der Down-Conversion-Leuchtstoff den Sensibilisator in einer Konzentration von 0.5 Mol-%.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält der Down-Conversion- Leuchtstoff den Coaktivator in einer Konzentration von 0.01 bis 30.0 Mol-%.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Down-Conversion- Leuchtstoff den Coaktivator in einer Konzentration von 0.5 Mol-%.
Die Erfindung betrifft auch einen Down-Conversion-Leuchtstoff, der in einem Wirtsgitter ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator, ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)- Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält.
Der Leuchtstoff zeichnet sich durch eine hohe Quantenausbeute, eine hohe Absorption von VUV-Photonen und außerdem eine hohe chemische Beständigkeit aus und ist daher für kommerzielle Anwendungen, auch in Plasmabildschirmen, besonders geeignet. Ein derartiger Leuchtstoff kann vorteilhaft auch für Signallampen in Automobilen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung weiter erläutert.
Eine Gasentladungslampe nach der Erfindung umfasst ein Gasentladungsgefäß mit einer Gasfüllung und mit mindestens einer Wandung, die eine für sichtbare Strahlung mindestens teilweise transparente Fläche mit einer Leuchtstoffschicht aufweist. Die Leuchtstoffschicht enthält eine Leuchtstoffzubereitung mit einem aus einem anorga­ nischen, kristallinen Wirtsgitter, der seine Leuchtfähigkeit durch eine Aktivierung durch ein Aktivatorpaar aus einem ersten und einem zweiten Lanthanoiden-Ion erworben hat. Der Down-Conversion-Leuchtstoff wird durch einen Sensibilisator aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions sensibilisiert. Außerdem ist die Gasentladungslampe mit einer Elektrodenstruktur zur Zündung der Gasentladung und mit weiteren Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung der Gasentladung ausgerüstet.
Bevorzugt ist die Gasentladungslampe eine Xenon-Niederdruckgasentladungslampe. Es sind verschiedene Typen von Xenon-Niederdruckgasentladungslampen bekannt, die sich durch die Zündung der Gasentladung unterscheiden. Das Spektrum der Gasentladung enthält zunächst einen hohen Anteil an für das menschliche Auge unsichtbarer VUV- Strahlung, die innerhalb der Beschichtung mit VUV-Leuchtstoffen auf der Innenseite des Gasentladungsgefäßes in sichtbares Licht umgewandelt und abgestrahlt wird.
Im folgenden soll unter Vakuum-Ultraviolettstrahlung elektromagnetische Strahlung mit einer maximalen Emission in einem Wellenlängenbereich zwischen 145 und 185 nm verstanden werden.
In einer typische Bauform für die Gasentladungslampe besteht diese aus einem zylindrischen, mit Xenon gefüllten Lampenkolben aus Glas, auf dessen Wandung außen ein Paar streifenförmiger Elektroden elektrisch isoliert voneinander angeordnet ist. Die streifenförmigen Elektroden erstrecken sich über die gesamte Länge des Lampenkolbens, wobei sie sich mit ihren Längsseiten unter Freilassung von zwei Spalten gegenüberliegen. Die Elektroden sind an die Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossen, die mit einer Wechselspannung in der Größenordnung von 20 kHz bis 500 kHz derart betrieben wird, dass sich eine elektrische Entladung nur im Bereich der inneren Oberfläche des Lampenkolbens bildet.
Wenn eine Wechselstromspannung an die Elektroden angelegt wird, kann in dem xenon­ haltigen Füllgas eine stille elektrische Ladung gezündet werden. Dadurch bilden sich im Xenon Excimere, d. h. Moleküle, die aus einem angeregten Xenon-Atom und einem Xenon-Atom im Grundzustand bestehen.
Xe + X* = Xe2 *
Die Anregungsenergie wird als VUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von λ = 170 bis 190 nm wieder abgegeben. Diese Umwandlung von Elektronenenergie in UV-Strahlung erfolgt sehr effizient. Die erzeugten VUV-Photonen werden von den Leuchtstoffen der Leucht­ stoffschicht absorbiert und die Anregungsenergie wird in dem längerwelligen Bereich des Spektrums teilweise wieder abgegeben.
Grundsätzlich sind für das Entladungsgefäß eine Vielzahl von Bauformen wie Platten, einfache Rohre, Koaxialrohre, gerade, u-förmig, kreisförmig gebogene oder gewendelte, zylinderförmige oder anders geformte Entladungsröhren möglich.
Als Material für das Entladungsgefäßes werden Quarz oder Glassorten verwendet.
Die Elektroden bestehen aus einem Metall, z. B. Aluminium oder Silber, einer Metall­ legierung oder aus einer transparenten leitfähigen anorganischen Verbindung z. B. ITO. Sie können als Beschichtung, als aufgeklebte Folie, als Draht oder als Drahtnetz ausgebildet sein.
Das Entladungsgefäß ist mit einem Gasgemisch, das ein Edelgas wie Xenon, Krypton, Neon oder Helium enthält, gefüllt. Gasfüllungen, die überwiegend aus sauerstofffreiem Xenon von niedrigem Gasdruck, z. B. 2 Torr, bestehen, sind bevorzugt. Die Gasfüllung kann auch eine kleine Menge Quecksilber enthalten, um während der Entladung einen niedrigen Gasdruck aufrecht zu erhalten.
Die Innenwandung des Gasentladungsgefäßes ist teilweise oder ganz mit einer Leuchtstoff­ schicht, die ein oder auch mehrere Leuchtstoffe bzw. Leuchtstoffzubereitungen enthält, beschichtet. Weiterhin kann die Leuchtstoffschicht noch organisches oder anorganisches Bindemittel oder eine Bindemittelzusammensetzung enthalten.
Die Leuchtstoffbeschichtung ist bevorzugt auf der Innenwand des Gasentladungsgefäßes als Substrat aufgebracht und kann eine einzelne Leuchtstoffschicht oder mehrere Leucht­ stoffschichten, insbesondere Doppelschichten aus Grund- und Deckschicht, umfassen.
Eine Leuchtstoffbeschichtung mit Grund- und Deckschicht erlaubt es, die Menge des Down-Conversion-Leuchtstoffs in der Deckschicht zu reduzieren und in der Grundschicht einen weniger kostspieligen Leuchtstoff zu verwenden. Die Grundschicht enthält bevor­ zugt als Leuchtstoff ein Calciumhalophosphat-Leuchtstoff, der ausgewählt ist, um den gewünschten Farbton der Lampe zu erreichen.
Die Deckschicht enthält den Down-Conversion-Leuchtstoff, der so einen wesentlichen Teil der von der Gasentladung erzeugten VUV-Strahlung direkt in die gewünschte Strahlung im sichtbaren Bereich umzuwandeln.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Down-Conversion-Leuchtstoffs ist es, dass er ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator in einem Wirtsgitter enthält.
Das erste Lanthanoiden-Ion des Aktivatorpaars ist bevorzugt das Gadolinium(III)ion, das zweite Lanthanoidion des Aktivatorpaars kann ausgewählt sein aus Holmium(III)ion und Europium(III)ion.
Der Sensibilisator ist ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions. Allgemein bezeichnet man diese Ionen auch entsprechend ihrer Elektronenkonfiguration auch als 6 s2-Ionen.
Der Sensibilisator verstärkt die Empfindlichkeit des Down-Conversion-Leuchtstoffs für VUV-Strahlung und macht sie weniger wellenlängenabhängig. Er hat eine starke Eigenabsorption im gewünschten VUV-Bereich von 100 bis 200 nm, der oberhalb der Eigenabsorption der nicht sensibilisierten Down-Conversion-Leuchtstoffe bei 183, 195 und 202 nm liegt. Die Weiterleitung der Anregungsenergie zum Aktivatorpaar ist mit Verlusten behaftet, weil Gitterstörungen die das Gitter durchquerenden Anregungszu­ stände zur Abgabe von Energie an das Gitter in Form von Wärmeschwingungen veran­ lassen. Dann wird die reduzierte absorbierte Anregungsenergie an den Aktivator weiter­ gegeben und löst den Down-Conversion-Mechanismus aus. Der Down-Conversion- Leuchtstoff luminesziert somit verstärkt, weil er durch den Sensibilisator zur Lumineszenz­ fähigkeit unter VUV-Strahlung "sensibilisiert" worden ist.
Der Down-Conversion-Leuchtstoff kann auch noch einen Coaktivator enthalten. Der Coaktivator ist ausgewählt aus der Gruppe der dreiwertigen Ionen des Terbiums, Ytterbiums, Dysprosiums, Europiums und Samariums und des zweiwertigen Ions des Mangans. Das Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und das Coaktivator-Ion wirkt zusammen bei der sequentiellen Emission von Photonen, mit der der Leuchtstoff mehr als ein sichtbares Photon aus einem VUV Photon erzeugt.
Der Anregungsmechanismus kann erfolgen durch eine 8S-6G-Anregung des Gadolinium(III)-Ions, der ein Cross-relaxation-Übergang zwischen dem Gd(III)-Ion und dem Holmium(III)-ion oder des Europium(IIII)-Ions folgt. Durch den Cross-Relaxation- Übergang geht das Gadolinium(III)-ion vom 6G-Zustand in den 6P-Zustand über, durch die freiwerdende Energie geht das Holmium(III)-Ion oder das Europium(III)-Ion vom 5I8- Zustand in den 5F5-Zustand über. Anschließend emittiert das Holmium(III)-Ion oder das Europium(III)-Ion ein sichtbares Photon, dessen Energie dem Übergang von 5F5 nach 5I8 bzw. 5D0 nach 7F1 entspricht.
Nach einem Energietransfer vom 6P-Zustand des Gadolinium(III)ions auf den Coaktivator emittiert dieser ebenfalls ein sichtbares Photon.
Das Wirtsgitter des Down-Conversion-Leuchtstoffs kann aus einem anorganischen Mate­ rial wie Fluoride, Oxide, Halogenide, Aluminate, Gallate, Phosphate, Borate oder Silikate bestehen, das mit einigen Prozenten der beiden Aktivatoren dotiert ist. Dabei können die Aktivatoren auf Gitterplätzen oder auf Zwischengitterplätzen des Wirtsgitters angeordnet sein.
Bevorzugt sind Fluoride als Wirtsgitter, wie z. B. Fluoride der Zusammensetzung M1F mit M1 = Li, Na, K, Rb, Cs oder Fluoride der Zusammensetzung M2F2 mit M2 = Mg, Ca, Sr, Ba oder Fluoride der Zusammensetzung M3F3 mit M3 = B, Al, In, Ga, Sc, Y, La, und den Lanthanoiden. Besonders bevorzugt ist GdF3, in dem das erste Lanthanoidaktivatorion Gd3+ Bestandteil des Wirtsgitters ist.
Weiterhin sind als Wirtsgitter ternäre gadoliniumhaltige Fluoride der Zusammensetzung M1GdF4, M1 2GdF5, M1 3GdF6, M1Gd2F7, M1Gd3F10, M1 5Gd9F32, mit M1 = Li, Na, K, Rb, Cs oder M2GdF5, M2 2GdF7, M2 3GdF9, M2Gd2F8, M2Gd3F11, M2Gd4F14, M2 13Gd6F43 mit M2 = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn, in denen ebenfalls Gadolinium Bestandteil des Wirtsgitters ist, bevorzugt.
Ebenso sind als Wirtsgitter Fluoride der Zusammensetzung M1M3F4, M1 2M3F5, M1 3M3F6, M1M3 2F7, M1M3 3F10, M1 5M3 9F32 mit M1 = Li, Na, K, Rb, Cs und mit M3 = B, Al, In, Ga, Sc, Y, La, und den Lanthanoiden, M2M3F5, M2 2M3F7, M2 3M3F9, M2M3 2F8, M2M3 3F11, M2M3 4F14, M2 13M3 6F43 mit M2 = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn und M3 = B, Al, In, Ga, Sc, Y, La, und den Lanthanoiden; M3M4F7, M3 2M4F10, M3 3M4F13, M3M4 2F11, M3M4 3F15, M3M4 4F19 mit M3 = B, Al, In, Ga, Sc, Y, La, und den Lanthanoiden und M4 = Ti, Zr, Si, Ge, Sn, Pb, bevorzugt.
Besonders bevorzugte Wirtsgitter sind Fluoride, deren Wirtsgitter auf dem Calciumfluorit- Kristallgittertyp basiert. In diesen Gittern haben die Kationen eine 8fache Koordination. Ebenfalls besonders bevorzugt sind Fluoride deren Gitter sich von YF3-Kristallgittertyp herleitet, in dem die Kationen eine 9fache Koordination haben. Durch die hohen Koor­ dinationszahlen und die unpolaren Liganden zeichnen sich diese Wirtsgitter durch ein niedriges Ligandenfeld für Kationen, die Bestandteil des Wirtsgitters sind, aus.
Die mit dem Aktivatorpaar dotierten Leuchtstoffe enthalten bevorzugt 10 bis 99,8 Mol-% des dreiwertigen Gd3+ und 0.01 bis 30 Mol-%, besonders bevorzugt 1.0 Mol-% des drei­ wertigen Holmiums oder des dreiwertigen Europiums.
Der Down-Conversion-Leuchtstoff kann leicht mit den dreiwertigen Coaktivatoren Terbium, Ytterbium, Dysprosium, Europium, Samarium oder Mangan dotiert werden, wenn man bei der Herstellung der Leuchtstoffe den Ausgangsverbindungen ein Fluorid ausgewählt aus der Gruppe TbF3, YbF3, DyF3, EuF3, SmFe oder MnF2 zufügt.
Der Absorptionskoeffizient der erfindungsgemäßen sensibilisierten Down-Conversion- Leuchtstoffe ist für die Wellenlängen im Bereich der Xenonstrahlung besonders groß und die Quantenausbeute hoch. Das Wirtsgitter beteiligt sich nicht an dem Lumineszenz­ prozess, es beeinflusst aber die genaue Lage der Energieniveaus der Aktivatorionen, und infolgedessen die Wellenlängen von Absorption und Emission. Die Emissionsbanden liegen im Bereich vom langen Ultraviolett bis zum Gelborange, jedoch überwiegend im roten und grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Löschtemperatur dieser Leuchtstoffe liegt bei über 100°C.
Die Korngröße der Leuchtstoffpartikel ist nicht kritisch. Üblicherweise werden die Leucht­ stoffe als feinkörnige Pulver mit einer Korngrößenverteilung zwischen 1 und 20 µm ver­ wendet.
Als Herstellungsverfahren für Leuchtstoffschicht auf einer Wandung des Entladungs­ gefäßes kommen sowohl Trockenbeschichtungsverfahren, wie z. B. elektrostatische Ab­ scheidung oder elektrostatisch unterstütztes Bestäuben, als auch ein Nassbeschichtungs­ verfahren wie z. B. Tauchen oder Sprühen in Betracht.
Für Nassbeschichtungsverfahren muss die Leuchtstoffzubereitung in Wasser, einem organischen Lösemittel, gegebenenfalls zusammen mit einem Dispergiermittet einem Tensid und einem Antischaummittel, oder einer Bindemittelzubereitung dispergiert werden. Geeignet für Bindemittelzubereitungen für eine Gasentladungslampe nach der Erfindung sind organische oder anorganische Bindemittel, die einer Betriebstemperatur von 250°C ohne Zersetzung, Versprödung oder Verfärbung überstehen.
Beispielsweise kann die Leuchtstoffrubereitung auf eine Wandung des Entladungsgefäßes mittels eines Flow Coating-Verfahrens aufgebracht werden. Die Beschichtungssuspen­ sionen für das Flow-Coating-Verfahren enthalten Wasser oder eine organischen Ver­ bindung wie Butylacetat als Lösungsmittel. Die Suspension wird durch Zugabe von Hilfsmitteln, wie Stabilisatoren, Verflüssigern Cellulosederivaten, stabilisiert und in ihren rheologischen Eigenschaften beeinflusst. Die Leuchtstoffsuspension wird als dünne Schicht auf die Gefäßwände aufgebracht, getrocknet und bei 600°C eingebrannt.
Es kann auch bevorzugt sein, dass die Leuchtstoffzubereitung für die Leuchtstoffschicht elektrostatisch auf der Innenseite des Entladungsgefäßes abgeschieden wird.
Für eine Gasentladungslampe, die weißes Licht abstrahlen soll, werden bevorzugt ein blauemittierender Leuchtstoff aus der Gruppe BaMgAl10O17:Eu2 und Sr5(PO4)3Cl:Eu2+ mit einem rotemittierenden Leuchtstoff aus der Gruppe Rb Gd2F7:Eu,Tl; KMgF3:Eu,Pb; BaGd2F8:Eu,Pb; KGd2F7:Eu,Bi und einem grünemittierenden Leuchtstoff aus der Gruppe (Y,Gd)BO3:Tb und LaPO4:Ce,Tb oder mit einem grün-roten Leuchtstoff wie LiGdF4:Ho,Tb,Tl kombiniert.
Die Leuchtstoffschicht hat üblicherweise eine Schichtdicke von 5 bis 100 µm.
Das Gefäß wird dann evakuiert, um alle gasförmigen Verunreinigungen, insbesondere Sauerstoff zu entfernen. Anschließend wird das Gefäß mit Xenon gefüllt und verschlossen.
Ausführungsbeispiel 1
Ein zylindrisches Entladungsgefäß aus Glas mit eine Länge von 590 mm, einem Durchmesser von 24 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm wird mit Xenon bei einem Druck von 200 hPa gefüllt. Das Entladungsgefäß enthält eine achsparallele Innenelektrode in Form eines Edelmetallstabs mit 2,2 mm Durchmesser. Auf der Außenfläche des Ent­ ladungsgefäßes befindet sich die Außenelektrode aus zwei 2 mm breiten Streifen aus Leitsilber, die achsparallel angeordnet und mit der Spannungsversorgung leitend ver­ bunden sind. Die Lampe wird mit gepulster Gleichspannung betrieben.
Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet.
Die Leuchtstoffschicht enthält ein Dreibandenleuchtstoffgemisch mit folgenden Komponenten: BaMgAl10O17:Eu2+ als blaue Komponente und LiGdF4:Ho,Tb,Tl als grün- rote Komponente.
Zur Herstellung des LiGdF4:Ho,Tb,Tl mit 1,0 Mol-% Holmium und 0,5 Mol-% Terbium und 2,0 Mol-% Thallium werden 29.55 g GdF3, 3,83 g LiF, 0.31 g HoF3, 0.15 g TbF3 und 0.63 g TIF3 gründlich gemischt und in einem Achatmörser gemahlen. Die Mischung wird in einem Korundtiegel in einem Quarzrohr unter Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 8 hPa für 2 h bei 300°C vorgebrannt. Während des Brennen wurde das Quarzrohr 3mal mit Argon gespült und wieder auf 8 hPa evakuiert. Anschließend wurde die Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5,5°C/min auf 650°C erhöht und die Mischung 8 h bei 650°C gesintert. Das gesinterte Pulver wird erneut gemahlen und auf eine Korngröße < 40 µm gesiebt. Die Kristallstruktur der gebildeten Phase wurde röntgendiffraktometrisch überprüft.
Damit wurde eine Lichtausbeute von anfangs 37 lm/W erzielt. Nach 1000 Betriebsstunden lag die Lichtausbeute bei 34 lm/W. Die Quantenausbeute für VUV-Licht liegt bei 70%
Ausführungsbeispiel 2
Ein zylindrisches Entladungsgefäß aus Glas mit eine Länge von 590 mm, einem Durch­ messer von 24 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm wird mit Xenon bei einem Druck von 200 hPa gefüllt. Das Entladungsgefäß enthält eine achsparallele Innenelektrode in Form eines Edelmetallstabs mit 2,2 mm Durchmesser. Auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes befindet sich die Außenelektrode aus zwei 2 mm breiten Streifen aus Leit­ silber, die achsparallel angeordnet und mit der Spannungsversorgung leitend verbunden sind. Die Lampe wird mit gepulster Gleichspannung betrieben.
Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet.
Die Leuchtstoffschicht enthält ein Dreibandenleuchtstoffgemisch mit folgenden Kompo­ nenten: BaMgM10O17:Eu2+ als blaue Komponente, LaPO4:Ce,Tb als grüne Komponente und KGd2F7:Eu,Bi als rote Komponente.
Zur Herstellung des KGd2F7:Eu,Bi mit 1,0 Mol-% Europium und 5,0 Mol Bismut werden 29.70 g GdF3, 0,29 g EuF3, 4,27 g KF und 1,86 g BiF3 gründlich gemischt und in einem Achatmörser gemahlen. Die Mischung wird in einem Korundtiegel in einem Quarzrohr unter Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 8 hPa für 2 h bei 300°C vorgebrannt. Während des Brennen wurde das Quarzrohr 3mal mit Argon gespült und wieder auf 8 hPa evakuiert. Anschließend wurde die Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5,5 °C/min auf 650°C erhöht und die Mischung 8 h bei 650°C gesintert. Das gesinterte Pulver wird erneut gemahlen und auf eine Korngröße < 40 µm gesiebt. Die Kristall­ struktur der gebildeten Phase wurde röntgendiffraktometrisch überprüft.
Damit wurde eine Lichtausbeute von anfangs 37 lm/W erzielt. Nach 1000 Betriebsstunden lag die Lichtausbeute bei 34 lm/W. Die Quantenausbeute für VUV-Licht liegt bei 70%
Ausführungsbeispiel 3
Ein zylindrisches Entladungsgefäß aus Glas mit eine Länge von 590 mm, einem Durch­ messer von 24 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm wird mit Xenon bei einem Druck von 200 hPa gefüllt. Das Entladungsgefäß enthält eine achsparallele Innenelektrode in Form eines Edelmetallstabs mit 2,2 mm Durchmesser. Auf der Außenfläche des Ent­ ladungsgefäßes befindet sich die Außenelektrode aus zwei 2 mm breiten Streifen aus Leitsilber, die achsparallel angeordnet und mit der Spannungsversorgung leitend ver­ bunden sind. Die Lampe wird mit gepulster Gleichspannung betrieben.
Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet.
Die Leuchtstoffschicht enthält ein Dreibandenleuchtstoffgemisch mit folgenden Kompo­ nenten: BaMgAl10O17:Eu2+ als blaue Komponente, LaPO4:Ce,Tb als grüne Komponente und BaGd2Fg:Eu,Pb als rote Komponente.
Zur Herstellung des BaGd2F8:Eu,Pb mit 1,0 Mol-% Europium und 1,0 Mol Blei werden 29.70 g GdF3, 0,29 g EuF3, 12,88 g BaF2 und 0,34 g PbF2 gründlich gemischt und in einem Achatmörser gemahlen. Die Mischung wird in einem Korundtiegel in einem Quarzrohr unter Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 8 hPa für 2 h bei 300°C vorgebrannt. Während des Brennen wurde das Quarzrohr 3mal mit Argon gespült und wieder auf 8 hPa evakuiert. Anschließend wurde die Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5,5°C/min auf 650°C erhöht und die Mischung 8 h bei 650°C gesintert. Das gesinterte Pulver wird erneut gemahlen und auf eine Korngröße < 40 µm gesiebt. Die Kristallstruktur der gebildeten Phase wurde röntgendiffraktometrisch überprüft.
Damit wurde eine Lichtausbeute von anfangs 37 lm/W erzielt. Nach 1000 Betriebsstunden lag die Lichtausbeute bei 34 lm/W. Die Quantenausbeute für VUV-Licht liegt bei 70%
Ausführungsbeispiel 4
Ein zylindrisches Entladungsgefäß aus Glas mit eine Länge von 590 mm, einem Durch­ messer von 24 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm wird mit Xenon bei einem Druck von 200 hPa gefüllt. Das Entladungsgefäß enthält eine achsparallele Innenelektrode in Form eines Edelmetallstabs mit 2,2 mm Durchmesser. Auf der Außenfläche des Ent­ ladungsgefäßes befindet sich die Außenelektrode aus zwei 2 mm breiten Streifen aus Leitsilber, die achsparallel angeordnet und mit der Spannungsversorgung leitend verbunden sind. Die Lampe wird mit gepulster Gleichspannung betrieben.
Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet.
Die Leuchtstoffschicht enthält ein Dreibandenleuchtstoffgemisch mit folgenden Kompo­ nenten: BaMgAl10O17:Eu2+ als blaue Komponente, LaPO4:Ce,Tb als grüne Komponente und KMgF3:Eu,Pb als rote Komponente.
Zur Herstellung des KMgF3:Eu,Pb mit 1,0 Mol-% Europium und 1,0 Mol Blei werden 30,00 MgF2, 1,00 g EuF3, 30,87 g KF und 1,18 g PbF2 gemischt und in einem Achatmörser gemahlen. Die Mischung wird in einem Korundtiegel in einem Quarzrohr unter Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 8 hPa für 2 h bei 300°C vorgebrannt. Während des Brennen wurde das Quarzrohr 3mal mit Argon gespült und wieder auf 8 hPa evakuiert. Anschließend wurde die Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5,5 °C/min auf 650°C erhöht und die Mischung 8 h bei 650°C gesintert. Das gesinterte Pulver wird erneut gemahlen und auf eine Korngröße < 40 µm gesiebt. Die Kristall­ struktur der gebildeten Phase wurde röntgendiffraktometrisch überprüft.
Damit wurde eine Lichtausbeute von anfangs 37 lm/W erzielt. Nach 1000 Betriebsstunden lag die Lichtausbeute bei 34 lm/W. Die Quantenausbeute für VUV-Licht liegt bei 70%
Ausführungsbeispiel 5
Ein zylindrisches Entladungsgefäß aus Glas mit eine Länge von 590 mm, einem Durch­ messer von 24 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm wird mit Xenon bei einem Druck von 200 hPa gefüllt. Das Entladungsgefäß enthält eine achsparallele Innenelektrode in Form eines Edelmetallstabs mit 2,2 mm Durchmesser. Auf der Außenfläche des Ent­ ladungsgefäßes befindet sich die Außenelektrode aus zwei 2 mm breiten Streifen aus Leitsilber, die achsparallel angeordnet und mit der Spannungsversorgung leitend verbunden sind. Die Lampe wird mit gepulster Gleichspannung betrieben.
Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet.
Die Leuchtstoffschicht enthält ein Dreibandenleuchtstoffgemisch mit folgenden Kompo­ nenten: BaMgAl10O17:Eu2+ als blaue Komponente, LaPO4:Ce,Tb als grüne Komponente und RbGd2F7:Eu, als rote Komponente.
Zur Herstellung des RbGd2F7;Eu,Tl mit 1,0 Mol-% Europium und 2,0 Mol Thallium werden 29.70 g GdF3, 0,29 g EuF3, 8,02 g RbF und 0,31 TlF gründlich gemischt und in einem Achatmörser gemahlen. Die Mischung wird in einem Korundtiegel in einem Quarzrohr unter Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 8 hPa für 2 h bei 300°C vorgebrannt. Während des Brennen wurde das Quarzrohr 3mal mit Argon gespült und wieder auf 8 hPa evakuiert. Anschließend wurde die Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5,5°C/min auf 650°C erhöht und die Mischung 8 h bei 650°C gesintert. Das gesinterte Pulver wird erneut gemahlen und auf eine Korngröße < 40 µm gesiebt. Die Kristallstruktur der gebildeten Phase wurde röntgendiffraktometrisch überprüft.
Damit wurde eine Lichtausbeute von anfangs 37 lm/W erzielt. Nach 1000 Betriebsstunden lag die Lichtausbeute bei 34 lm/W. Die Quantenausbeute für VUV-Licht liegt bei 70%

Claims (9)

1. Gasentladungslampe, ausgerüstet mit einem Gasentladungsgefäß, gefüllt mit einer Gasfüllung, die geeignet ist für eine Gasentladung, die VUV-Strahlung emittiert, mit einer Leuchtstoffbeschichtung, die einen Down-Conversion-Leuchtstoff enthält, und mit Mitteln zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Gasentladung, bei der der Down- Conversion-Leuchtstoff in einem Wirtsgitter ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoid-Ion und einem zweiten Lanthanoid-Ion und einen Sensibilisator, ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält.
2. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lanthanoiden-Ion das Gadolinium(III)-Ion und das zweite Lanthanoiden-Ion ausgewählt ist aus Holmium(III) und Europium(III).
3. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff als das erste Lanthanoiden-Ion das Gadolinium(III)-Ion und als das zweite Lanthanoiden-Ion Holmium(III)-Ion oder das Europium(III)-Ion und einen Coaktivator ausgewählt aus der Gruppe des Terbium(III)-Ions, des Ytterbium(III)-Ions, des Dysprosium(III)-Ions, des Europium(II)-Ions, Samarium(II)-Ions und des Mangan(II)- Ions enthält.
4. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirtsgitter des Down-Conversion-Leuchtstoffs ein Fluorid ist.
5. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff das erste Lanthanoiden-Ion in einer Konzentration von 10 bis 99.98 Mol %, das zweite Lanthanoiden-Ion in einer Konzentration von 0.01 bis 30 Mol-% und den Sensibilisator in einer Konzentration von 0.01 bis 30.0 Mol-% enthält.
6. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff den Sensibilisator in einer Konzentration von 0.5 Mol-% enthält.
7. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff den Coaktivator in einer Konzentration von 0.01 bis 30 Mol-% enthält.
8. Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Down-Conversion-Leuchtstoff den Coaktivator in einer Konzentration von 0.5 Mol-% enthält.
9. Down-Conversion-Leuchtstoff, der in einem Wirtsgitter ein Paar von Aktivatoren aus einem ersten Lanthanoiden-Ion und einem zweiten Lanthanoiden-Ion und einen Sensibilisator, ausgewählt aus der Gruppe des Thallium(I)-Ions, des Blei(II)-Ions und des Bismut(III)-Ions enthält.
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