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Elektroleuchtende Lampe Die Erfindung betrifft eine elektroleuchtende
Lampe, die aus einem Metallträger und einer Glasemailschicht besteht, in die der
elektroleuchtende Leuchtstoff eingebettet ist und die beiderseits mit einer leitenden
Schicht versehen ist, wobei der Metallträger die eine Elektrode darstellt, und die
auf der vom Träger abgekehrten Seite liegende Schicht für die beim Anlegen einer
Spannung an die beiden leitenden Schichten von der Leuchtstoffschicht emittierte
Strahlung durchlässig ist. Die dem Träger zugekehrte leitende Schicht und der Träger
können kombiniert sein. Unter einer leitenden Schicht wird eine galvanisch nach
außen geführte, mit einem Anschluß versehene Elektrode verstanden. Als Leuchtstoff
werden z. B. aktiviertes Zinksulfid und Zinksulfid-Selenid verwendet.
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Es ist bekannt, als Untergrund für elektroleuchtende Lampen, bei denen
der Leuchtstoff in Glasemail eingebettet ist, aus Eisen, Kupfer und vernickeltem
oder verkupfertem Eisen bestehende Metallplatten zu verwenden. Die Verwendung von
Platten aus reinem Eisen oder reinem Kupfer, auf die die Leuchtstoffschicht unmittelbar
aufgebracht wird, bietet den Vorteil eines billigen Trägermaterials. Dabei auftretende
Nachteile sind aber die schlechte Haftung an Eisen oder Kupfer von solchen Glasemails,
die gut schmelzbar und gegen Zinksulfid beständig sind, die geringe Lichtausbeute
der Lampe und die niedrige Durchschlagspannung. Es ergibt sich, daß das Vernickeln
und Verkupfern des Eisens diese Nachteile nicht hinreichend beseitigt. Die Nachteile
können aber dadurch teilweise beseitigt werden, daß als Träger ein schwer emaillierter
Eisenträger verwendet wird, der aber zu einer teureren und verwickelteren Bauart
Anlaß gibt. Die Lampe nach der Erfindung schafft eine Lösung, durch die diese Nachteile
vermieden sind.
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Nach der Erfindung besteht der Metallträger aus Ferrochrom. Dieses
ist in der Technik unter dem Namen Chromstahl bekannt, dessen Zusammensetzung aus
10 bis 35111o Chrom und 90 bis 65% Eisen besteht. Der Ausdehnungskoeffizient von
Ferrochrom ist derart, daß man eine günstige pigmentierte Glasemailschicht mit elektroleuchtenden
Eigenschaften herstellen kann, die hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizienten demjenigen
des Ferrochroms gut angepaßt ist, so daß nach der Haftung des Glasemails an Ferrochrom
in der Leuchtstoffschicht keine größeren mechanischen Spannungen auftreten, woraus
sich eine schlechte Lichtausbeute ergeben würde, z. B. infolge von Haarrissen, welche
die Durchschlagspannung der Leuchtstofffschicht herabsetzen. Das Glasemail haftet
gut am Ferrochromträger, da das Chrom beim Emaillieren eine Übergangsschicht von
Chromoxyd bildet, welche zur Haftung beiträgt. Das Element nach der Erfindung kann
außerdem eine hohe Durchschlagspannung aushalten, sogar in Fällen, in denen der
Metallträger zunächst nicht emailliert wurde. Besonders günstige Ergebnisse werden
mit einer aus 25°/o Chrom und 75 % Eisen bestehenden Chrom-Eisen-Legierung erzielt.
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Bewährt hat sich auch Eisen oder eine Eisenlegierung als Trägermaterial,
welches bzw. welche derart behandelt wurde, daß eine chromreiche Oberflächenschicht
entstanden ist, z. B. gemäß dem sogenannten Einchromierverfahren.
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Da bei einer gegebenen Betriebsspannung, z. B. der Netzspannung, die
Lichtausbeute bei zunehmender Stärke der Glasemailschicht abnimmt, wird diese Stärke
nicht unnötig groß gewählt und beträgt vorzugsweise 20 bis 80 Mikrometer. Insbesondere
ist die Glasemailschicht aus einer dem Metallträger zugekehrten Teilschicht, welche
Titandioxydpigment enthält, und einer vom Metallträger abgekehrten Teilschicht aufgebaut,
welche den Leuchtstoff enthält. Diese Einrichtung bietet den Vorteil, daß die Lichtausbeute
höher ist als die einer Vorrichtung mit einer Glasemailschicht, welche die gleiche
Stärke hat, jedoch nur Leuchtstoff enthält. Außerdem besteht eine geringere Möglichkeit,
daß der Leuchtstoff vom
Metallträger angegriffen wird, während das
vom Leuchtstoff emittierte Licht von der Titandioxydpigment enthaltenden Teilschicht
reflektiert wird. Im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Schichten, die organische
Bindemittel statt Glasemail enthalten, ist bei der Bauart nach der Erfindung die
Durchschlagfestigkeit in den beiden Fällen gleich. Eine Titandioxydpigment enthaltende
Teilschicht mit einer Stärke von 5 bis 50 Mikrometer ist vorzuziehen, deren Gehalt
an Titandioxydpigment 5 bis 20 Volumprozent beträgt. Die den Leuchtstoff enthaltende
Teilschicht hat eine Stärke von vorzugsweise 15 bis 50 Mikrometer und einen Gehalt
an Leuchtstoff von 20 bis 50 Volumprozent.
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Was das Glasemail anbelangt, in das der Leuchtstoff eingebettet ist,
sind diejenigen Emails vorzuziehen, welche gegenüber dem Ferrochromträger wenig
reaktiv sind; da sonst durch Diffusion von Chrom durch das Glasemail die Lichtausbeute
infolge des nachteiligen Einflusses von Chrom auf den Leuchtstoff abfallen würde.
Dieser Angriff erfolgt, wenn das Email viele Alkalioxyde gegenüber den sauren Oxyden
enthält, also im Falle von alkalischen Emails. Man verwendet daher im Falle von
Ferrochromträgern vorzugsweise Glasemails, die wenig alkalisch sind. Die Alkalinität
eines Glases kann z. B. in folgender Weise bestimmt werden. Ein Glaspulver (sogenannte
Fritte) wird dadurch hergestellt, daß geschmolzenes Email in Wasser gegossen wird,
wobei es in viele Stücke zerspringt. Der Säuregrad des Wassers ist dann ein Maß
für denjenigen des Glasemails. Ein nur wenig alkalisches Glasemail hat z. B. eine
Zusammensetzung von
| Molprozent |
| B2 03 .... ................ 30,0 |
| Si02 ....................... 23,0 |
| ZnO ....................... 14,4 |
| NaO ...................... 10,0 |
| CaO ..................... 6,0 |
| Liz O ....................... 5,0 |
| Sr0 ........................ 4,5 |
| Ti0z ...................... 3,5 |
| A'203 ...................... 3,5 |
Wie bemerkt wurde, haftet das Glasemail gut am Ferrochromträger, da das Chrom eine
Übergangsschicht aus Chromoxyd bildet, welche zur Haftung beiträgt. Die Oxydation
tritt vor oder während des Anbringens der Emailschicht auf, nachdem der Ferrochromträger
zwecks Reinigung einige Zeit an Luft erhitzt worden ist. Die auf diese Weise auftretende
Oxydation kann gering sein, aber die Oxydschicht kann dennoch nicht vernachlässigt
werden, da sie bei zu großer Stärke die Lichtausbeute der Lampe noch nachteilig
beeinflussen könnte; wahrscheinlich durch Diffusion der Oxyde zu den Körnern des
Leuchtstoffes. Daher ist eine Lampe vorzuziehen, bei der die Stärke der Oxydschicht
zwischen dem Ferrochromträger und der Glasemailschicht weniger als 1 Mikrometer
beträgt. Eine solche Schicht kann dadurch erzielt werden, daß der Ferrochromträger
vor dem Emaillieren in einem Bad bei Zimmertemperatur entfettet und nach dem Aufbringen
der Emailfarbstoffsuspension schnell auf die Emailtemperatur erhitzt wird.
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Beim Herstellen des Ferrochromträgers kann die gewünschte Stärke durch
Walzen erreicht werden. Es ist möglich, daß die Homogenität der Oberflächenschicht
beim Wälzen gestört wird, wodurch Spannungen auftreten. Hierdurch entsteht ein Unterschied
in der Reaktivität für Sauerstoff bei der Erhitzung während des Aufbringens der
Emailschicht. Folglich entstehen Oxydschichten verschiedener Stärke und Farben.
Infolge des verschiedenen Verhaltens in der Absorption des betreffenden Lichtes
sind diese Striche noch bei der fertigen Lampe sichtbar. Das Entstehen der Striche
mit dem Walzmuster kann dadurch verhütet werden, daß ein Ferrochromträger verwendet
wird, der mit einer Schicht aus einem hydrolisierten Kieselsäureester, z. B. aus
hydrolisiertem Ethylsilikat bedeckt ist. Das Metall ist dann durch diese Schicht
abgeschirmt; die Oxydschicht ist so dünn, daß keine merklichen Unterschiede in der
Farbe auftreten. Die erwähnte Schicht bietet außerdem den Vorteil, daß sie sowohl
bei sehr hohen als auch bei sehr niedrigen Temperaturen wirksam ist. Die Stärke
der Schicht wird vorzugsweise derart gewählt, daß einerseits bei sichtbarem Licht
keine Interferenzmuster entstehen und andererseits noch eine gute Haftung am Träger
erzielt wird. Die Stärke der Schicht liegt dann zwischen 400 und 10 000 A.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der in
den Fig. I, 2 und 3 schematische Schnitte durch elektroleuchtende Lampen dargestellt
sind, bei denen die gegenseitigen Schichtstärken nicht maßgerecht wiedergegeben
sind.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine elektroleuchtende Lampe nach
der Erfindung, welche aus einem Ferrochromträger 1 besteht, auf dem eine Oxydhaut
2 vorhanden ist, die während des Reinigens und Emaillierens des Trägers entstanden
ist. Auf dem Träger 1 befindet sich die Schicht 3 aus in Glasemail eingebetteten
elektroleuchtendem Zinksulfid, das z. B. mit Kupfer, Silber, Gold oder Mangan aktiviert
und mit Aluminium oder Chlor koaktiviert wurde. An der vom Träger 1 abgekehrten
Seite ist die Schicht 3 mit einer leitenden, aus Zinnoxyd bestehenden durchsichtigen
Schicht 4 bedeckt, welche zum Schutz mit der Glasschicht 5 überzogen ist. Der Träger
1 ist mit einer Anschlußklemme 6 und die leitende durchsichtige Schicht 4 mit einer
Anschlußklemme 7 versehen.
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Fig.2 zeigt gleichfalls einen Schnitt durch eine elektroleuchtende
Lampe nach der Erfindung, welche aus einem Ferrochromträger 11 besteht, auf dem
eine Oxydhaut 12 vorhanden ist, die während des Reinigens und Emaillierens des Trägers
entstanden ist. Auf dem Träger 11 befindet sich die Glasemailschicht 13, welche
aus zwei Teilschichten, d. h. einer dem Träger zugekehrten Teilschicht 14, welche
Titandioxydpigment enthält, und einer vom Träger abgekehrten Teilschicht 15 aufgebaut
ist, welche elektroleuchtendes Zinksulfid enthält. Die Schicht 13 ist mit einer
leitenden, aus Zinnoxyd bestehenden, durchsichtigen Schicht 16 bedeckt. Der Träger
11 ist mit einer Anschlußklemme 17 und die leitende durchsichtige Schicht 16 mit
einer Anschlußklemme 18 versehen.
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Bei einem bestimmten Aufbau einer Lampe nach Fig: 2 hat der Ferrochromträger
11 eine Stärke von 0,2 mm und eine Zusammensetzung von 25 % Chrom und 75 °/a Eisen.
Die Teilschicht 14 hat eine Stärke von 15 Mikrometer und ihr Gehalt an Titandioxyd-Pigment
beträgt 10 Volumprozent. Die 30 Volum-Prozent aktiviertes Zinksulfid enthaltende
Teilschicht 15 hat eine Stärke von 25 Mikrometer. Die auf dem Ferrochromträger 11
vorhandene Oxydhaut 12 hat
eine Stärke von 0,5 Mikrometer. Eine
solche dünne Schicht wurde dadurch erzielt, daß der Träger 11 vor dem Aufbringen
der Emailschicht in einem Tetrachlorkohlenstoffbad bei Zimmertemperatur entfettet
wurde. Nach dem Aufbringen der Emailpigmentsuspension werden bei Erhitzung auf 450
°C die organischen Bestandteile aus dieser Schicht entfernt. Nach Abkühlung wird
der Träger sofort in einen auf 700 °C befindlichen Ofen eingebracht und in diesem
3 bis 5 Minuten gehalten.
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Bei einer Spannung von 200 Volt und 120 Hz beträgt die Lichtausbeute
45 Lumen je Quadratmeter. Vergleichshalber wird erwähnt, daß bei einer gleichen
Lampe, welche statt des Ferrochromträgers einen Glasträger besitzt, die Lichtausbeute
25 Lumen je Quadratmeter beträgt.
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Fig.3 zeigt gleichfalls einen Schnitt durch eine elektroleuchtende
Lampe nach der Erfindung, welche aus einem Ferrochromträger 31 in der Stärke von
0,3 mm besteht, der allseitig von einer hydrolisierten Äthylsilikatschicht 32 mit
einer Stärke von 0,8 Mikrometer umgeben ist, auf der eine Anschlußklemme 33 angebracht
ist. Auf der Schicht 32 befinden sich nacheinander die Glasemailschicht 34 mit einer
Stärke von 45 Mikrometer, welche 10 Volumprozent Titandioxydpigment enthält, die
25 Mikrometer starke Glasemailschicht 35, welche 35 Volumprozent aktiviertes Zinksulfid
enthält, die 0,3 Mikrometer starke durchsichtige leitende Schicht 36, die aus in
geeigneter Weise aktiviertem Zinnoxyd besteht und mit einer Anschlußklemme 37 versehen
ist, und die durchsichtige Emailschicht 38 mit einer Stärke von 50 Mikrometer. Die
hydrolisierte Äthylsilikatschicht wurde in folgender Weise auf den Ferrochromträger
aufgebracht. Ein Sol von 6,2 Gewichtsprozent Äthylsilikat, 1,2 Gewichtsprozent Methanol,
3,4 Gewichtsprozent Wasser und 89,1 Gewichtsprozent Isobutanol wird hergestellt.
1 Volumteil dieses Sols wird mit 19 Volumteilen Isobutanol verdünnt, und darin wird
die Chrom-Eisen-Platte eingetaucht.