DE10306427B4

DE10306427B4 - Verwendung eines Glases zur Herstellung von Lampenkolben von Fluoreszenzlampen und Lampenkolben von Fluoreszenzlampen

Info

Publication number: DE10306427B4
Application number: DE10306427.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hueber Brigitte; Jürgen Achatz; Dr. Ott Franz; Dr. Fechner Jörg
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-02-15
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2023-02-16
Also published as: CN1446769A; KR20030077431A; DE10306427A1; US7535179B2; US20030184211A1; CN1286756C; JP2003327446A

Abstract

Verwendung eines Aluminosilicatglases mit einer Transformationstemperatur Tg > 600°C zur Herstellung von aus dem Aluminosilicatglas bestehenden Lampenkolben von Fluoreszenzlampen.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Glases zur Herstellung von Lampenkolben von Fluoreszenzlampen. Die Erfindung betrifft auch den Lampenkolben einer Fluoreszenzlampe.
Unter Lampenkolben wird das Entladungsgefäß verstanden, in dem die Lichterzeugung stattfindet.
Für die Hintergrundbeleuchtung von beispielsweise Displays, z. B. von Personalcomputern, Laptops, Taschenrechnern, Fahrzeugnavigationssystemen, Flachbildschirmen, Mobiltelefonen, werden miniaturisierte Entladungslampen, sogenannte „Backlights”, verwendet.
Typische Rohrgrößen für solche miniaturisierten Lampen sind Außendurchmesser zwischen 2 und 5 mm. Typische Innendurchmesser liegen zwischen 1 und 4,8 mm.
Aufgrund des Aufbaus der üblichen Entladungslampe müssen die verwendeten Gläser im allgemeinen mit einem als Elektrode und/oder Elektrodenzuleitung geeigneten Metall oder Metalllegierung verschmelzbar sein. Dafür müssen sie eine an das thermische Ausdehnungsverhalten des Metalls oder der Metalllegierung angepasste thermische Dehnung und eine an die Verschmelztemperatur angepasste Transformationstemperatur aufweisen.
Die üblicherweise für Entladungslampen, auch speziell für Backlights, verwendeten Gläser besitzen daher Transformationstemperaturen Tg, die an eine Verschmelzung mit Legierungen wie beispielsweise Kovar angepasst sind, also mit Tg < 550°C relativ niedrige Transformationstemperaturen.
Bei einem speziellen Entladungslampentyp, der sogenannten EEFL, was für external electrode fluorescent lamp steht, also einer Entladungslampe ohne innere Elektrode, die es auch in miniaturisierter Form gibt, treten die beschriebenen Anforderungen hinsichtlich thermischer Dehnung und Transformationstemperatur in den Hintergrund.
Eine wesentliche Eigenschaft für Gläser für Entladungslampen jeglicher Art ist Transmissionsverlauf der Gläser. Im Sichtbaren (VIS) ist eine hohe Lichtdurchlässigkeit gefordert, um eine hohe Lichtausbeute der Lampe zu erhalten. Im UV-Bereich ist keine oder eine geringe Transmission gewünscht, um möglichst wenig der schädlichen UV-Strahlung durchzulassen. Speziell für Backlights ist eine hohe UV-Blockung ≤ 260 nm gewünscht, um bestrahlte Kunststoffteile, z. B. in Laptops, nicht vergilben und verspröden zu lassen.
Die Anforderung an die Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm ist eine Transmission τ > 90% bei einer Probendicke von 0,2 mm.
Die Anforderung an die Transmission im UV-Bereich < 260 nm ist τ < 1% bei einer Probendicke von 0,2 mm.
Eine weitere wesentliche Eigenschaft für Backlights ist die Solarisationsbeständigkeit. Sie ist nötig, um eine lange Lebensdauer der Lampen, d. h. eine möglichst konstant bleibende Lichtausbeute, zu ermöglichen.
Unter „solarisationsstabil” sollen hier Gläser verstanden werden, deren Transmission bei λ = 300 nm (Probendicke 0,2 mm) nach einer 15-stündigen HOK-4-Bestrahlung, also einer Bestrahlung mit einer Hg-Hochdrucklampe mit einer Hauptemission bei 365 nm und einer Bestrahlungsstärke von 850 μW/cm² bei 200 bis 280 nm in 1 m Abstand, um maximal 10% abfällt.
Die gewünschten Eigenschaften Transmission bzw. Blockung und Solarisationsstabilität können mit Hilfe von Dotierungen, beispielsweise durch Zusatz von TiO₂, Fe₂O₃ und/oder CeO₂, erzielt werden.
Aus US 4047067 A sind Entladungslampen bekannt, bei denen der Lampenkolben aus mit einer Schicht aus Aluminiumsilicatglas überzogenem Kieselgel besteht, die hergestellt wird, indem die Kieselglasoberfläche mit Aluminiumoxid beschichtet und bei hohen Temperaturen mit ihm verschmolzen wird.
Aus US 4751148 A sind lumineszente Aluminoborat- und/oder Aluminosilicatgläser, die mit Seltenerdmetallen aktiviert sind, bekannt. Diese Gläser werden als lumineszente Schichten auf lumineszenten Schirmen, beispielsweise für Kathodenstrahlröhren verwendet.
In DE 1816391 A werden Hochtemperatur-Aluminosilikatgläser erwähnt, die hohe Erweichungspunkte aufweisen und für Lampen eingesetzt werden, die bei hohen Temperaturen und hohen Drücken betrieben werden, wie beispielsweise Halogenlampen und Quecksilberdampflampen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind dagegen Niederdruckentladungslampen mit fluoreszierenden Leuchtstoffen.
Es ist bekannt für Lampenkolben für Entladungslampen Borosilicatgläser zu verwenden. Nachteilig an den bekannten für Entladungslampen verwendeten Borosilicatgläsern ist ihre relativ geringe Temperaturstabilität.
Durch sie ist beispielsweise die Einbrenntemperatur des Leuchtstoffes nach oben beschränkt. Die benötigten Leuchtmittel, i. a. anorganische Kristalle wie z. B. Silicate, Wolframate, Phosphate und Aluminate der seltenen Erden, werden auf das Glas als Suspension in hochmolekularen organischen Bindern, z. B. Bindern auf Butylkautschuk-Basis mit Kollodiumwolle, aufgebracht, wobei der organische Binder vor dem Einsatz der Lampe vollständig ausgedampft sein müsste, um die Gasentladung nicht zu beeinträchtigen. Dies gelingt mit den herkömmlichen Entladungslampengläsern nur unvollständig oder nur mit sehr hohem Zeitaufwand und unter Ausbeuteverlusten aufgrund von Glasverformungen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Glas zu finden, das eine hohe thermische Beständigkeit aufweist und die genannten sonstigen Anforderungen an Entladungslampengläser erfüllt.
Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, einen hoch temperaturbeständigen Lampenkolben für Fluoreszenzlampen und eine hoch temperaturbeständige Fluoreszenzlampe, insbesondere eine miniaturisierte Fluoreszenzlampe, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgaben werden durch die Verwendung eines Glases gemäß Anspruch 1, durch den Lampenkolben gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die erfindungsgemäß verwendeten Gläser sind Aluminosilicatgläser mit einer Transformationstemperatur Tg > 600°C. Diese Gläser weisen eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit auf.
Die erfindungsgemäß verwendeten Gläser sind bevorzugt Erdalkalialuminosilicatgläser.
Die erfindungsgemäß verwendeten Gläser sind bevorzugt Gläser aus dem Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO₂ > 55–64, Al₂O₃ 13–18, B₂O₃ 0–5,5, MgO 0–7, CaO 5–14, SrO 0–8, BaO 6–17, ZrO₂ 0–2, TiO₂ 0–5.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Gläsern aus dem Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO₂ 59–62, Al₂O₃ 13,5–15,5, B₂O₃ 3–5,5, MgO 2,3–5, CaO 8,2–10,5, BaO 8,5–9,5, ZrO₂ 0–1,5, TiO₂ 0–3 und aus dem Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO₂ > 58–62, Al₂O₃ 14–17,5, bevorzugt 15–17,5, B₂O₃ 0–1, bevorzugt 0,2–0,7, MgO 0–7, bevorzugt 0–3, besonders bevorzugt 0–< 1, CaO 5,5–14, BaO 6–17, bevorzugt 6–10, SrO 0–8, ZrO₂ 0–1,5, bevorzugt 0,05–1, TiO₂ 0–3.
Solche Gläser sind bereits aus DE 197 47 355 C1 , DE 197 47 354 C1 und DE 197 58 481 C1 bekannt.
Bei den Gläsern der genannten Zusammensetzungsbereiche handelt es sich um Gläser mit einer Transformationstemperatur Tg ≥ 700°C und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_20/300 zwischen 4,3 × 10^–6/K und 4,95 × 10^–6/K.
Damit besitzen die Gläser eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit. Ihre thermische Dehnung lässt sie zwar für die Verschmelzung mit Kovar, einer Fe-Co-Ni-Legierung, nicht gut geeignet sein, für die Verschmelzung mit anderern Metallen, beispielsweise mit Molybdän, sind sie aber sehr gut geeignet. Daher eignen sich die Gläser besonders als Kolbenmaterial für Entladungslampen mit eingeschmolzenen Molybdänelektroden und/oder -elektrodenzuleitungen.
Auch für die Herstellung von Entladungslampen ohne innere Elektrode sind die Gläser des genannten Zusammensetzungsbereiches hervorragend geeignet. Anstelle der internen mit dem Glaskolben (Lampenkolben) verschmolzenen Elektrode besitzen diese Lampen an beiden Enden des Lampenkolbens ein sehr dünnes Metallband, das geklemmt oder verklebt ist und die Entladung in der Lampe ermöglicht. Hier sind also keinerlei Glas-Metall-Verschmelzungen nötig.
Bei diesem Lampentyp handelt es sich bevorzugt um eine miniaturisierte Entladungslampe.
Die genannten Aluminosilicatgläser weisen eine hohe Transmission im sichtbaren und eine niedrige Transmission im UV-Bereich auf. Die Gläser besitzen eine ausreichende Solarisationsstabilität.
Zur Erhöhung der Solarisationsstabilität und zur gezielten Einstellung der UV-Kante hinsichtlich Lage und Steilheit können die Gläser neben dem genannten TiO₂ (0–5 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,2 Gew.-%) noch ein oder mehrere weitere übliche Dotiermittel enthalten. Dies sind insbesondere CeO₂ und Fe₂O₃. Die Summe aus CeO₂ und Fe₂O₃ soll jedoch 5 Gew.-% bevorzugt 1 Gew.-% nicht überschreiten (vorzugsweise mit 0–0,5 Fe₂O₃ und 0–0,5 CeO₂. Bevorzugt beträgt der CeO₂-Gehalt 0–0,1 Gew.-%.
Vorzugsweise beträgt die Summe aus TiO₂, CeO₂ und Fe₂O₃ wenigstens 0,01 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 0,2 Gew.-%.
Die Gläser können übliche Läutermittel in üblichen Mengen enthalten, so z. B. Verdampfungsläutermittel wie Cl^–, aber auch Redoxläutermittel, die aufgrund ihrer polyvalenten Kationen wirksam sind, z. B. SnO₂ (vorzugsweise 0–0,5 Gew.-%), Sb₂O₃ (vorzugsweise 0–0,5 Gew.-%) und As₂O₃ (vorzugsweise 0–0,5 Gew.-%), wobei die Summe aus SnO₂, Sb₂O₃ und As₂O₃ 1 Gew.-% nicht überschreiten soll.
Ausführungsbeispiele
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung mit ihren Vorteilen näher erläutert werden:
Ein Glas der Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO₂ 60,75; Al₂O₃ 16,5; CaO 13,5; B₂O₃ 0,3; ZrO₂ 1,0; BaO 7,85; TiO₂ 0,011, CeO₂ 0,002; Fe₂O₃ 0,003 wurde aus üblichen Rohstoffen bei 1640°C geschmolzen, geläutert und gerührt. Schließlich wurden im Abwärtszug-Verfahren Röhrchen ausgezogen. Aus diesen Glasröhrchen wurden auf übliche Weise Entladungslampen hergestellt.
Die Ausheiztemperatur, bei der der Binder des Leuchtmittels ausgedampft wurde, betrug 620°C.
Auf dieselbe Weise wurde ein Glas derselben Grundglaszusammensetzung und mit 0,005 Gew.-% TiO₂, 0,0025 CeO₂ und 0,0025 Fe₂O₃ hergestellt und zur Entladungslampe mit einem Lampenkolben aus diesem Glas verarbeitet.
Die Gläser haben einen Tg von 790°C, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von α_20/300 4,7 × 10^–6/K, ein τ (400–800 nm) > 90% (Probendicke 0,2 mm), ein τ (< 260 nm) < 1% (Probendicke 0,2 mm), eine Solarisationsbeständigkeit, angegeben als Differenz der Transmission bei λ = 300 nm zwischen einer unbestrahlten Probe und einer solchen nach 15-stündiger Bestrahlung mit einer HOK-4-Lampe, also als Δ₁₅ τ (300 nm), von < 10% (Probendicke 0,2 mm).
Diese Ergebnisse dokumentieren die hervorragende Eignung der Gläser als Lampenkolbenmaterial für Fluoreszenzlampen, also ihre Eignung für die Verwendung zur Herstellung von Fluoreszenzlampen.
Aufgrund ihrer hohen Transformationstemperatur Tg > 600°C lässt sich bei der Herstellung der organische Binder des aufgebrachten Leuchtmittels vollständig und schnell ausdampfen. So wird im Betrieb der Lampe die Gasentladung nicht gestört.
Durch die aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit der Gläser möglichen hohen Einbrenntemperaturen werden vorteilhafterweise

– die Produktionszeiten, speziell die Durchlaufzeiten im Temperofen, verkürzt
– die Ausbeuten gesteigert, da sich auch bei hohen Temperaturen die Rohre nicht plastisch verformen
– die Lebensdauer der Leuchten gesteigert, da der Binder vollständig entfernt ist und nicht erst während des Gebrauchs austritt.

Mit ihrem Transmissionsverlauf, dokumentiert durch τ (400–800 nm) und τ (< 260 nm) < 1%, und ihrer Solarisationsbeständigkeit Δ₁₅ τ (300 nm) ≤ 10% (Probendicke jeweils 0,2 mm) sind die Gläser hervorragend für die Verwendung als Entladungslampengläser, speziell für die Verwendung als Backlights, geeignet.
Mit Ausdehnungskoeffizienten α_20/300 zwischen 4,3 × 10^–6/K und 4,95 × 10^–6/K lassen sich die Gläser mit ausgewählten Metallen und Metalllegierungen, insbesondere mit Mo, verschmelzen.
Damit sind sie geeignet, für die Herstellung von Fluoreszenzlampen mit Lampenkolben aus ihnen und speziell von miniaturisierten Fluoreszenzlampen, sog. Backlights.
Sie sind insbesondere geeignet für die Herstellung von Elektrodenlosen Fluoreszenzlampen, sog. EEFL, da es bei diesem Lampentyp aufgrund der fehlenden Innenelektroden nicht die Einschränkungen hinsichtlich des verwendeten Elektroden- und Durchführungsmaterial gibt.
Die Gläser können auf übliche Weise zu Fluoreszenzlampen, speziell zu miniaturisierten Fluoreszenzlampen, speziell zu Fluoreszenzlampen ohne interne Elektrode, verarbeitet werden.

Claims

Verwendung eines Aluminosilicatglases mit einer Transformationstemperatur Tg > 600°C zur Herstellung von aus dem Aluminosilicatglas bestehenden Lampenkolben von Fluoreszenzlampen.
Verwendung eines Glases nach Anspruch 1, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 55–64 Al₂O₃ 13–18 B₂O₃ 0–5,5 MgO 0–7 CaO 5–14 SrO 0–8 BaO 6–17 ZrO₂ 0–2 TiO₂ 0–5
Verwendung eines Glases nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ 59–62 Al₂O₃ 13,5–15,5 B₂O₃ 3–5,5 MgO 2,3–5 CaO 8,2–10,5 BaO 8,5–9,5 ZrO₂ 0–1,5 TiO₂ 0–3
Verwendung eines Glases nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 58–62 Al₂O₃ 14–17,5 B₂O₃ 0–1 MgO 0–7 CaO 5,5–14 SrO 0–8 BaO 6–17 ZrO₂ 0–1,5 TiO₂ 0–3
Verwendung eines Glases nach Anspruch 4, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 58–62 Al₂O₃ 15–17,5 B₂O₃ 0,2–0,7 MgO 0–3 CaO 5,5–14 SrO 0–8 BaO 6–10 ZrO₂ 0,05–1 TiO₂ 0–3
Verwendung eines Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Glas zusätzlich enthält (in Gew.-% auf Oxidbasis): SnO₂ + Sb₂O₃ + As₂O₃ 0–1 CeO₂ + Fe₂O₃ 0–5, bevorzugt 0–1
Verwendung eines Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Glas (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält: TiO₂ + CeO₂ + Fe₂O₃ ≥ 0,01, bevorzugt ≥ 0,1, besonders bevorzugt ≥ 0,2.
Verwendung eines Glases nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Glas eine Transformationstemperatur Tg ≥ 700°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_20/300 zwischen 4,3 × 10^–6/K und 4,95 × 10^–6/K, aufweist.
Verwendung eines Glases gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Lampenkolben von miniaturisierten Entladungslampen, insbesondere für die Hintergrundbeleuchtung von Displays.
Verwendung eines Glases gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Lampenkolben von miniaturisierten Entladungslampen ohne interne Elektrode.
Lampenkolben einer Fluoreszenzlampe, der aus einem Aluminosilicatglas mit einer Transformationstemperatur Tg > 600°C besteht.
Lampenkolben nach Anspruch 11, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 55–64 Al₂O₃ 13–18 B₂O₃ 0–5,5 MgO 0–7 CaO 5–14 SrO 0–8 BaO 6–17 ZrO₂ 0–2 TiO₂ 0–5
Lampenkolben nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ 59–62 Al₂O₃ 13,5–15,5 B₂O₃ 3–5,5 MgO 2,3–5 CaO 8,2–10,5 BaO 8,5–9,5 ZrO₂ 0–1,5 TiO₂ 0–3
Lampenkolben nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 58–62 Al₂O₃ 14–17,5 B₂O₃ 0–1 MgO 0–7 CaO 5,5–14 SrO 0–8 BaO 6–17 ZrO₂ 0–1,5 TiO₂ 0–3
Lampenkolben nach Anspruch 14, wobei das Glas folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ > 58–62 Al₂O₃ 15–17,5 B₂O₃ 0,2–0,7 MgO 0–3 CaO 5,5–14 SrO 0–8 BaO 6–10 ZrO₂ 0,05–1 TiO₂ 0–3
Lampenkolben nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Glas zusätzlich enthält (in Gew.-% auf Oxidbasis): SnO₂ + Sb₂O₃ + As₂O₃ 0–1 CeO₂ + Fe₂O₃ 0–5, bevorzugt 0–1
Lampenkolben nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Glas (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält: TiO₂ + CeO₂ + Fe₂O₃ ≥ 0,01, bevorzugt ≥ 0,1, besonders bevorzugt ≥ 0,2.
Lampenkolben nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Glas eine Transformationstemperatur Tg ≥ 700°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_20/300 zwischen 4,3 × 10^–6/K und 4,95 × 10^–6/K, aufweist.
Lampenkolben nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Lampenkolben der Kolben einer miniaturisierten Entladungslampe, insbesondere für die Hintergrundbeleuchtung von Displays, ist.
Lampenkolben nach Anspruch 19, wobei der Lampenkolben der Kolben einer miniaturisierten Entladungslampe ohne interne Elektrode ist.