DE102006052222A1

DE102006052222A1 - Leuchtstoffzusammensetzung für eine Niederdruckentladungslampe mit Farbwiedergabeindex größer als 90, hoher Lichtausbeute und hoher Farbortstabilität

Info

Publication number: DE102006052222A1
Application number: DE102006052222A
Authority: DE
Inventors: Claudia Castiglioni; Wolfgang Gruber; Armin Dr. Konrad; Matthias Schiplage
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-05-08
Also published as: WO2008055769A3; WO2008055769A2

Abstract

Offenbart wird eine Leuchtstoffzusammensetzung für eine Leuchtstofflampe mit einem im roten Spektralbereich emittierenden Rotleuchtstoff und einem im grünen Spektralbereich emittierenden Grünleuchtstoff und einem im Blautonspektralbereich emittierenden Blauleuchtstoff, wobei ein weiterer Leuchtstoff vorhanden ist, der ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich und ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstoffmischung für Leuchtstofflampen, die einen roten, grünen und/oder blauen Leuchtstoff umfasst.
Stand der Technik
Im allgemeinen werden Leuchtstofflampen besonders häufig zur Beleuchtung von Arbeitsplätzen eingesetzt, da sie eine hohe Lichtausbeutung bei geringem Energieaufwand bereitstellen. Damit jedoch eine optimale Beleuchtung des Arbeitsplatzes möglich ist, die zudem ein ermüdungsfreies Arbeiten garantiert, muss gewährleistet sein, dass die Beleuchtung eine möglichst gute Farbwiedergabe aufweist, so dass eine dem Tageslicht entsprechende Farbwiedergabe möglich ist. Eine naturgetreue Farbwiedergabe wiederum bewirkt zum Einen ein ermüdungsfreies Arbeiten, zum Anderen werden dadurch Irrtümer bezüglich einer Farbzusammenstellung möglichst gering gehalten. DIN 12464 fordert deshalb für die in Arbeitsbereichen eingesetzten Lichtquellen eine Farbwiedergabe mit einem Farbwiedergabeindex Ra8 <= 90. Zudem wird darin die Angabe einer Nutzlebensdauer gefordert, wobei diese sich aus dem Produkt zwischen Restlichtstromverhältnis und dem Quotienten aus Anzahl betriebsfähiger und der Gesamtzahl der Lampen in Abhängigkeit von der Brenndauer definiert.
Zudem sollte auch der von der Lampe abgegebene Lichtstrom möglichst hoch sein, so dass die Lampe auch eine ausreichende Helligkeit bereitstellt.
Problematisch ist jedoch, dass hoher Lichtstrom und sehr gute Farbwiedergabe konträre Anforderungen darstellen, da ein hoher Lichtstrom eine maximale Lichtintensität im Grünen fordert, während eine gute Farbwiedergabe eine der Schwarzkörperstrahlung ähnliche Verteilung der Lichtintensität auf allen Wellenlängen voraussetzt.
Um einen hohen Farbwiedergabeindex Ra8 >= 90 zu erhalten werden im Stand der Technik Leuchtstoffmischungen vorgeschlagen, die entweder Halophosphatleuchtstoffe enthalten, oder aber Seltenerdleuchtstoffmischungen mit mindestens vier Leuchtstoffkomponenten. Insbesondere wird bei den Seltenerdleuchtstoffmischungen zu einem Eu² ⁺-dotierten Blauleuchtstoff, einem Tb³ ⁺-dotierten Grünleuchtstoff und einem Eu³ ⁺-dotierten Rotleuchtstoff zur Verbesserung der Farbwiedergabe als zusätzlicher blaugrüner Leuchtstoff Strontiumaluminat dotiert mit Eu (Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu auch als L131 bezeichnet) zugegeben. Als Blauleuchtstoff wird vorzugsweise Bariummagnesiumaluminat dotiert mit Europium (BaMgAl₁₀O₁ ₇:Eu, im Folgenden als BAM bezeichnet), als Grünleuchtstoff vorzugsweise Cermagnesiumaluminat dotiert mit Terbium (CeMgAl₁₁O₁₉:Tb im Folgenden als CAT bezeichnet) oder Lanthanphosphat dotiert mit Cer und Terbium (LaPO₄:Ce, Tb im Folgenden als LAP bezeichnet) und als Rotleuchtstoff vorzugsweise Yttriumoxid dotiert mit Europium (Y₂O₃:Eu im Folgenden als L581 bezeichnet) oder GermaniumZinkMagnesiumPentaborat dotiert mit Cer und Mangan (GeZnMgB₅O₁₀:Ce, Mn im Folgenden als L165 bezeichnet) eingesetzt. Die Emissionsmaxima dieser Leuchtstoffzusammensetzung liegen im Wellenlängenbereich von 445–465 nmn (BAM), 535–550 nm (CAT, LAP), 605–640 nm (L581, L165) und 485–490 nm (Strontiumaluminat:Eu).
Nachteilig an dem alleinigen Einsatz von Strontiumaluminat:Eu als farbwiedergabeindexverbessernde Leuchtstoffkomponente ist jedoch, dass dadurch eine hohe Farbortwanderung bezüglich der Lebensdauer bewirkt wird.
Halophosphatleuchtstoffe dagegen haben den Nachteil, dass sie einen hohen Lichtverlust aufweisen und eine geringe Lichtausbeutung erzielt wird.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Leuchtstoffzusammensetzung bereitzustellen, die einen möglichst hohen Farbwiedergabeindex bei möglichst hoher Effizienz, hoher Farbstabilität und geringem Lichtverlust aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtstoffzusammensetzung, die neben den Leuchtstoffen mit Emissionsmaxima im roten, grünen, blauen und/oder blauengrünen Spektralbereich zusätzlich einen Leuchtstoff aufweist, der zumindest ein Emissionsmaximum im blauen Wellenlängenbereich und ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich hat und einen hohen Farbwiedergabeindex von Ra8 > 90 aufweist.
Besonders vorteilhaft ist dabei ein Leuchtstoff, der zwei intensitätsstarke Emissionsmaxima im Wellenlängenbereich von 445–460 nm und 510–525 nm aufweist. Ein solcher Leuchtstoff ist beispielsweise BAM:Eu, Mn, der im Folgenden mit BAMMn bezeichnet wird.
Die beiden Emissionsmaxima, im grünen bzw. blauen Wellenlängenbereich gewährleisten zum Einen eine hohe Lichtintensität aufgrund des im grünen Wellenlängenbereichs liegenden Emissionsmaximums, aber auch eine Verbesserung des Farbwiedergabeindexes, wodurch der Blauanteil des weißen Lichts durch das Emissionsmaximum im blauen Wellenbereich verstärkt wird, wodurch eine natürlichere Farbwiedergabe und damit ein höherer Farbewiedergabeindex erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der BAMMn-Leuchtstoff einer Leuchtstoffmischung aus BAM, LAP (L145plus) und Y₂O₃:Eu(L581plus) zugegeben wird.
Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leuchtstoffzusammensetzung mit einem Mischungsverhältnis des Rotleuchtstoffs zwischen 30 und 50 Gew. %, des Grünleuchtstoffs von 20 bis 40 Gew. %, des Blaugrünleuchtstoffs (L131) von 1–20 Gew. % und des weiteren Leuchtstoffs von 15–35 Gew. % zum Einsatz kommt.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, den Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sind rein exemplarischer Natur und sollen nicht dazu verwendet werden, die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele einzuschränken.
Die Figuren zeigen:
1 eine Tabelle, die die Leuchtstoffzusammensetzungen in ihren Gewichtsprozenten eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, eines Referenzleuchtstoffs und eines aus dem Stand der Technik bekannten Leuchtstoffs zusammenstellt und die Farborte der Leuchtstoffkomponenten angibt,
2 eine Tabelle, die die Eigenschaften der in 1 vorgestellten Leuchtstoffzusammensetzungen in Vergleich setzt,
3 eine vergleichende graphische Darstellung der Lichtausbeuten der in den Tabellen vorgestellten Leuchtstoffzusammensetzungen,
4 eine vergleichende Darstellung der Lichtverluste der in den Tabellen vorgestellten Leuchtstoffzusammensetzungen,
5 eine Darstellung der Farbortänderung über der Brenndauer der in den Tabellen vorgestellten Leuchtstoffzusammensetzungen, und
6 eine graphische Darstellung der Lampenspektren der in den Tabellen vorgestellten Leuchtstoffzusammensetzungen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden drei Leuchtstoffzusammensetzungen beschrieben und ihre Eigenschaften verglichen: Eine Leuchtstoffmischung gemäß einer im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegenden Erfindung, eine Leuchtstoffmischung aus dem Stand der Technik und einer Referenzleuchtstoffmischung.
1 zeigt eine Tabelle, die die Gewichtprozente der verglichenen Leuchtstoffmischungen sowie deren Farbkoordinaten X/Y angibt. Der als Rotleuchtstoff verwendete Leuchtstoff ist L581Plus, der verwendete Grünleuchtstoff ist LAP, und als Blauleuchtstoffe werden alternativ BAM, L131fein und BAMMn verwendet. Dabei weist die Referenz eine einfache Mischung aus Rot-, Grün- und Blauleuchtstoffen auf, während die Leuchtstoffmischung aus dem Stand der Technik bereits zur Verbesserung des Farbwiedergabeindexes zusätzlich den Leuchtstoff L131fein aufweist. Im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist BAM nicht in seiner Grundform vorhanden, sondern durch BAMMn ersetzt. Zusätzlich weist der besonders bevorzugte erfindungsgemäße Leuchtstoff zusätzlich L131 auf.
Wie der in 2 dargestellten Tabelle mit den Eigenschaften der untersuchten Leuchtstoffe zu entnehmen ist, weist zwar auch der aus dem Stand der Technik bekannte Leuchtstoff einen Farbwiedergabeindex von 91 auf, aber zeigt eine deutlich geringere Lichtintensität und einen höheren Lichtverlust auf (Vgl. die Spalten lm, lm/W, und lm/W0h/100h bzw. die Spalten LV).
Der Farbwiedergabeindex des Referenzleuchtstoffs dagegen ist im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffzusammensetzungsausführungsbeispiel deutlich verringert.
Die in 2 aufgezeigte höhere Lichtausbeutung und der geringere Lichtverlust des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs ist in den 3 und 4 nochmals graphisch verdeutlicht. 3 zeigt, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff zwar gegenüber der Referenzleuchtstoffzusammensetzung eine geringere Lichtausbeute aufweist, jedoch im Vergleich mit dem farbwiedergabeindexverbesserten Leuchtstoff aus dem Stand der Technik eine deutlich höhere Lichtausbeute zeigt.
Auch in puncto Lichtverlust ab einer Brenndauer von 100 Stunden, wie 4 zeigt, weist der Leuchtstoff aus dem Stand der Technik einen sehr hohen Lichtverlust auf, während sich der Lichtverlust der erfindungsgemäßen Leuchtstoffzusammensetzung in der Größenordnung des Lichtverlustes des Referenzleuchtstoffs befindet.
Die in 5 dargestellte Farbortdrift dagegen weist die im Vergleich zur Referenz günstigeren Werte des Leuchtstoffs aus dem Stand der Technik auf.
Aus den 2 bis 5 ist deshalb leicht abzulesen, dass die erfindungsgemäße Leuchtstoffzusammensetzung jeweils die vorteilhaften Eigenschaften der Referenzleuchtstoffzusammensetzung bzw. der Leuchtstoffzusammensetzung aus dem Stand der Technik in sich vereint.
6 zeigt die Lampenspektren der drei verglichenen Leuchtstoffzusammensetzungen, wobei sich die Spektren im Bereich hauptsächlich zwischen 450 und 540 nmn unter scheiden. Der Unterschied liegt insbesondere in der Verwendung von L131fein und BAMMn. Der Leuchtstoff L131 bewirkt insbesondere eine Verbesserung der Lichtintensität im Bereich zwischen 460 und 480 nmn. Die durch den erfindungsgemäßen Leuchtstoff bereitgestellte erhöhte Lichtintensität im Bereich von 520 nmn ist insbesondere für die im Vergleich mit der Leuchtstoffzusammensetzung aus dem Stand der Technik höhere Lichtintensität verantwortlich, während die hohe Lichtintensität im Bereich von 460 bis 480 nmn für die sehr gute Farbwiedergabe sorgt.
Offenbart wird eine Leuchtstoffzusammensetzung für eine Leuchtstofflampe mit einem im roten Spektralbereich emittierenden Rotleuchtstoff und einem im grünen Spektralbereich emittierenden Grünleuchtstoff und einem im Blautonspektralbereich emittierenden Blauleuchtstoff, wobei ein weitere Leuchtstoff vorhanden ist, der ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich und ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweist.

Claims

Leuchtstoffzusammensetzung für eine Leuchtstofflampe mit einem im roten Spektralbereich emittierenden Rotleuchtstoff und/oder einem im grünen Spektralbereich emittierenden Grünleuchtstoff und/oder einem im blauen Spektralbereich emittierenden Blauleuchtstoff, und/oder einem im blaugrünen Spektralbereich emittierenden Blaugrünleuchtstoff dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Leuchtstoff vorhanden ist, der ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich und einem Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweist und die Leuchtstoffzusammensetzung einen hohen Farbwiedergabeindex von Ra8 größer als 90 hat.
Leuchtstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Emissionsmaxima des weiteren Leuchtstoffs im wesentlichen im Wellenlängenbereich zwischen 445 nm und 460 nm bzw. zwischen 510 nm und 525 nm liegen.
Leuchtstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der weitere Leuchtstoff insbesondere Bariummagnesiumaluminat dotiert mit Europium und Mangan (BaMgAl₁₁O₁₇:Eu BAM:Eu, Mn) ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtstoffzusammensetzung eine Seltenerdleuchtstoffzusammensetzung mit mindestens vier Leuchtstoffkomponenten ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotleuchtstoff ein Eu³⁺- dotierter Leuchtstoff, insbesondere Yttriumoxid dotiert mit Europium (Y₂O₃:Eu oder L581) oder L165 ist, ist, dessen Emissionsmaximum im wesentlichen in einem Wellenlängenbereich zwischen 605 nm und 640 nm liegt.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grünleuchtstoff ein Tb³ ⁺-dotierter Leuchtstoff, insbesondere Cermagnesiumaluminat dotiert mit Terbium (CeMgAl₁₁O₁₉:Tb oder CAT) oder Lanthanphosphat dotiert mit Cer und Terbium (La-PO₄:Ce, Tb oder LAP) ist, dessen Emissionsmaximum im wesentlichen in einem Wellenlängenbereich zwischen 535 nm und 550 nm liegt.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blauleuchtstoff ein Eu² ⁺-dotierter Leuchtstoff, insbesondere Bariummagnesiumaluminat dotiert mit Europium (BaMgAl₁₀O₁₇:Eu) ist, dessen Emissionsmaximum im wesentlichen im einem Wellenlängenbereich zwischen 445 nm und 465 nm liegt.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blaugrünleuchtstoff Strontiumaluminat dotiert mit Europium (Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu oder L131) ist, dessen Emissionsmaximum im wesentlichen in einem Wellenlängenbereich zwischen 485 nm und 490 nm liegt.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotleuchtstoff in einem Mischungsverhältnis von 30 bis 50, insbesondere 40 bis 45 Gewichtsprozent der Leuchtstoffzusammensetzung vorhanden ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grünleuchtstoff in einem Mischungsverhältnis von 20 bis 40, insbesondere 23 bis 30 Gewichtsprozent in der Leuchtstoffzusammensetzung vorhanden ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Blauleuchtstoff in einem Mischungsverhältnis von 15 bis 25 Gewichtsprozent in der Leuchtstoffzusammensetzung vorhanden ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blaugrünleuchtstoff in einem Mischungsverhältnis von 0 bis 20, insbesondere 2 bis 7 Gewichtsprozent in der Leuchtstoffzusammensetzung vorhanden ist.
Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der weitere Leuchtstoff in einem Mischungsverhältnis von 15 bis 35, insbesondere 22 bis 27 Gewichtsprozente vorhanden ist.
Leuchtstofflampe mit einer Leuchtstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Leuchtstofflampe nach Anspruch 14, wobei die Leuchtstofflampe einen hohen Farbwiedergabeindex, insbesondere Ra8 > 90 aufweist.
Arbeitsplatzbeleuchtung mit einer Leuchtstofflampe nach Anspruch 14 oder 15.