DE1802060B2 - Lumineszierendes erdalkalisilikat - Google Patents
Lumineszierendes erdalkalisilikatInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein lumineszierendes mit zweiwertigem Europium aktiviertes Erdalkalisilikat
und auf dessen Verwendung.
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß das Element Europium sowohl in dreiwertiger als auch in
zweiwertiger Form als Aktivator in Stoffen mit verschiedenen Grundgittern brauchbar ist In den
meisten Grundgittern verursacht das dreiwertige Europium sowohl bei Anregung durch Ultraviolettstrahlung als auch bei Anregung mit Elektronen eine
rote Lumineszent. Solche Stoffe finden somit häufig bei Kathodenstrahlröhrer, zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern
und bei Hochdruckquecksilberdampfe ntladungslampen zur Ergänzung der durch solche Lampen
im roten Teil des Spektrums emittierten Strahlung Verwendung.
Aus der GB-PS 5 44 160 ist bekannt, daß Europium in zweiwertiger Form als Aktivator in Kalzium-, Barium-
und Strontiumsilikaten dienen kann und bei Anregung mit ultraviolettstrahlung eine Emission im grünen,
gelben und blauen Teil des Spektrums bewirkt. Die Lage der maximalen Emission dieser Stoffe hängt dabei von
den Molverhältnissen zwischen den Erdalkalioxyden und dem Siliziumdioxyd und von der Wahl des
Erdalkalimetalls ab.
Bei Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, -,5
wurde festgestellt daß für praktische Anwendungen besonders vorteilhafte Eigenschaften dann erhalten
werden, wenn magnesiumhaltige Erdalkalisilikate unter Einhaltung bestimmter Molverhältnisse mit zweiwertigem
Europium aktiviert werden. (>o
Das lumineszierende mit zweiwertigem Europium aktivierte Erdalkalisilikat gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet daß es der Formel
2(Ca, · Ba, · Sr, · Eup)O · MgO ■ 2 SiO2 ()(.
entspricht,
wobei x+y+z+p=\ und 0,003 S ρ S 0,05 sind.
Die Grundgitter der vorerwähnten lumineszierenden Silikate sind an sich bekannt Außerdem ist bekannt daß eine Aktivierung dieser Grundgitter mit Blei Leuchtstoffe ergibt die eine Emission im ultravioletter. Teil des Spektrums aufweisen. Da die Elemente Europium und Blei nicht verwandt sind, war nicht vorauszusagen, daß bei Aktivierung mit zweiwertigem Europium durch Anregung mit Ultraviolettstrahlung eine Emission im grünen und blauen Teil des Spektrums auftritt und daß dabei hohe Wirkungsgrade erreichbar sind.
Die Grundgitter der vorerwähnten lumineszierenden Silikate sind an sich bekannt Außerdem ist bekannt daß eine Aktivierung dieser Grundgitter mit Blei Leuchtstoffe ergibt die eine Emission im ultravioletter. Teil des Spektrums aufweisen. Da die Elemente Europium und Blei nicht verwandt sind, war nicht vorauszusagen, daß bei Aktivierung mit zweiwertigem Europium durch Anregung mit Ultraviolettstrahlung eine Emission im grünen und blauen Teil des Spektrums auftritt und daß dabei hohe Wirkungsgrade erreichbar sind.
Obgleich die magnesiumhaltigen Erdalkalisilikate gemäß der Erfindung mit Elektronen angeregt werden
können, wobei sich die gleiche Emission ergibt wie bei Anregung mit Ultraviolettstrahlen, ist die Benutzung in
Schirmen von Kathodenstrahlröhren nicht die wichtigste Anwendung. Diese findet man nämlich bei der
Benutzung in Hochdruck- und Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen
für Beleuchtungszwecke und für photochemische Prozesse.
Bei solchen Lampen ist es von großem Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Silikate durch den ganzen
ultravioletten Teil des Spektrums und sogar durch tiefblaue Strahlung gut angeregt werden können. Dies
ist nur bei wenigen Leuchtstoffen und nicht bei den Stoffen, deren Emission zwischen 400 und 600 nm liegt,
der Fall.
Bei Anwendung in Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen
ist es ein großer Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Silikate durch die Strahlung des
Quecksilberspektrums im tiefblauen Teil anregbar sind. Diese Linien sind nämlich störend, wenn die Lampen
eine sehr gute Farbwiedergabe liefern müssen. Bei Verwendung der meisten bekannten Leuchtstoffe, die
nicht durch die blauen Quecksilberlinien angeregt werden können, müssen in solchen Lampen besondere
Vorkehrungen getroffen werden, um diese blaue Strahlung zu verringern. Zu diesem Zweck wird z. B.
eine spezielle Absorptionsschicht, z. B. eine Titandioxydschicht, benutzt. Dies hat eine Verringerung des
Wirkungsgrads zur Folge. Da mit den Silikaten gemäß der Erfindung die Energie der blauen Quecksilberlinien
>^an|ivr|anp teilweise in !an^iYSÜi^e Strahlung umgewandelt
wird, wird ein solcher Wirkungsgradverlust vermieden. Außerdem ist die Herstellung der Lampen
einfacher.
Da einige Stoffe gemäß der Erfindung ein schmales Emissionsspektrum haben und da durch eine geeignete
Auswahl der Werte für *, y und ζ die Wellenlänge der
maximalen Intensität der Emission verschiebbar ist, können Niederdruckquecksiiberdampientiadungsiampen
hergestellt werden, deren blaue Quecksilberlinien nicht in die Emission des gewählten Silikats falien.
Sodann wird die Mindestintensität bei den Wellenlängen der blauen Quecksilberlinien erhalten.
Um eine gute Farbwiedergabe zu erzielen, müssen außer den erfindungsgemäßen Silikaten wie üblich ein
oder mehrere zusätzliche Leuchtstoffe verwendet werden, die in einem anderen Teil des Spektrums Licht
ausstrahlen. Zu diesem Zweck stehen viele Stoffe zur Verfügung, z. B. mit Mangan aktiviertes Magnesiumarsenat
oder mit Mangan und Antimon aktiviertes Kalziumhalophosphat.
Die maximale Emission der Silikate gemäß der Erfindung liegt bei einer Wellenlänge zwischen 430 und
550 nm, in Abhängigkeit vom Molverhältnis der Elemente Kalzium, Barium und Strontium.
Bei der Herstellung von Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen
mit einem Leuchtschirm mit den erfindungsgemäßen Silikaten treten keine besonde-
ren Schwierigkeiten auf, insbesondere keine störende
Oxydation der Leuchtstoffe. Dies steht im Gegensatz zu vielen anderen ähnlichen Leuchtstoffen, z. B. mit Kupfer
oder Zinn aktivierten.
Die Europiummenge wird vorzugsweise derart gewählt, daß 0,01 ^pS 0,04 ist; dann werden nämlich
die höchsten Lichtausbeuten erzielt, wie weiter unten nachgewiesen wird.
Diejenigen erfindungsgemäßen Silikate, die viel Kalzium enthalten, haben im allgemeinen einen
niedrigeren Energiewirkungsgrad als Verbindungen
ohne Kalzium oder mit wenig Kalzium. Deshalb wird vorzugsweise die Kalziummenge so gewählt, daß
χ < 0,4 ist
Besonders stark lumineszierenrte Verbindungen entsprechen
der Formel
2(Ba,_pEupP - MgO - 2 SiO2
wobei 0,01 ipS 0,04 ist
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Tabellen, eines Herstellungsbeispiels und einer Zeichnung
näher erläutert
1 | 2 | 3 | 1,867 0,012 0,035 0,801 1,201 |
4 | 5 | 6 | 7 | Kalziumhal |
Beispiel | Zusammensetzung des Brenngemisches in g |
2,735 0,019 0,035 0,801 1,201 |
Relative Lichtausbeute |
Quanten wirkungsgrad in % |
Wellenlänge der maximalen Emission in um |
Nr. der Kurve der Spektral verteilung in Fig.2 |
||
A | CaCXb CaF2 EU2O3 MgCO3 S1O2 |
3,681 0,02b 0,035 0,801 1,201 |
43 | 5 | 535 | 1 | ||
B | SKXh SrF2 EU2O3 MgCO3 S1O2 |
0,676 2,770 0,175 0,071 0,960 1,400 |
90 | 35 | 470 | 2 | ||
C | BaCo3 BaF2 EU2O3 MgCO3 S1O2 |
Herstellungsbeispiel | 102 | 60 | 505 | 3 | ||
D | SrCOs BaCO3 BaF2 EU2O3 MgCO3 S1O2 |
100 | 55 | 438 | 4 | |||
daß die Lichtausbeute des halbiert u/urrjf1 |
Es wird ein Gemisch aus den in Spalte 2 der Tabelle 1 aufgeführten Stoffen in den in Spalte 3 aufgeführten
Mengen hergestellt Dieses Gemisch wird 1 Stunde auf 10500C erhitzt Nach Abkühlen des erhaltenen Brennprodukts
wird dieses gemahlen und 1 Stunde auf 11500C
erhitzt. Die Erhitzung erfolgt in beiden Fallen in einem Gemisch aus; Stickstoff und Wasserstoff. Das Verhältnis
zwischen Stickstoff und Wasserstoff ist dabei nicht kritisch; ein Verhältnis von 20 :1 hat sich als sehr gut
brauchbar erwiesen. Der Wasserstoff dient zur Reduktion des dreiwertigen Europiums zu zweiwertigem
Europium. Nach Abkühlung des nach der zweiten Erhitzung erhaltenen Reaktionsprodukts wird dieses
gemahlen und erforderlichenfalls gesiebt. Es ist dann verwendungsfähig.
In Spalte 4 der Tabelle 1 ist die relative Lichtausbeute
angegeben, wobei die Lichtausbeute eines Gemisches aus weißlurnineszierendem mit Antimon und Mangan
aktiviertem Kalziumhalophosphat und Kalziumkarbonat als Standard diente.
Die Kalziumkarbonatmenge war dabei so bemessen, Die Spalte 5 gibt den Quantenwirkungsgrad in
Prozent an, wobei eine Korrektion wegen der Reflexion vorgenommen worden ist.
Die Spalte 6 zeigt die Wellenlänge in nm, bei der die Emission der Stoffe A, B, C und D maximal war.
Die Spalte 7 weist auf die Kurven der Fig.2 der
Zeichnung hin.
Alle Messungen wurden bei Anregung mit Strahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 nm durchgeführt.
Eine Umrechnung der in der Spalte 3 angegebenen Grammengen in Mol ergibt keine genaue Übereinstimmung
mit den Verhältnissen, wie sie den vorstehenden Formeln entsprechen. Dies findet seine Ursache darin,
daß ein Überschuß an SiO2 verwendet wird, um eine glatt verlaufende Reaktion zu erzielen. Das Reaktionsprodukt nach dem Brennvorgang enthält dabei immer
einen den Formeln genau entsprechenden Leuchtstoff, der mit einer kleinen Menge an nicht umgesetztem SiO2
gemischt ist. Diese kleine SiOj-Menge wirkt in der Praxis, z. B. bei Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen,
nicht störend.
Aus Spalte 2 geht ferner hervor, daß stets ein Fluorid eines der Elemente Kalzium, Barium oder Strontium
zugesetzt wird. Dieses Fluorid dient als Schmelzsalz zur Erleichterung der Reaktion und zur Ausbildung eines
gut kristallisierten Leuchtstoffs.
Eu-Gehalt ρ
Quantenwirkungs
grad in %
grad in %
0,01
0,02
0,05
0,10
0,20
0,02
0,05
0,10
0,20
35
35
18
11
35
18
11
Die Tabelle II zeigt für die Verbindung mit der Formel
2(Sr,-
MgO · 2 SiO2
die Abhängigkeit des Quantenwirkungsgrades (bei Anregung mit Strahlung mit einer Wellenlänge von
253,7 nm) vom Europiumgehalt p. Der Quantenwirkungsgrad ist auch hier wegen der Reflexion korrigiert,
Wie aus den aufgeführten Werten hervorgeht, sinkt der Quantenwirkungsgrad bei einem Europiumgehalt von
mehr als 0,05 rasch ab. Bei einem Wert von ρ = 0,01 ist der korrigierte Quantenwirkungsgrad noch so hoch, daß
der Stoff praktisch sehr gut brauchbar ist. Bei p- Werten
von weniger als 0,003 kann von einer praktischen Brauchbarkeit nicht mehr die Rede sein, weil dabei die
Reflexion der anregenden Strahlung sehr groß wird.
Es sei noch bemerkt, daß die Farbe der emittierten Strahlung innerhalb der vorerwähnten Grenzen nahezu
unabhängig vom Europiumgehalt ist.
In der Zeichnung stellt
F i g. 1 schematisch eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe
gemäß der Erfindung und
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Strahlungsintensität
der Stoffe A, B, C und D der Tabelle I in Abhängigkeit von der Wellenlänge dar.
In Fig. 1 ist 1 die Wand einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.
An den Enden der Lampe befinden sich Elektroden 2 und 3, zwischen denen bei Betrieb der Lampe die Entladung stattfindet. Die ζ Β.
aus Glas bestehende Wand 1 ist innen mit einer lumineszierenden Schicht 4 bedeckt, die einen Leuchtstoff
gemäß der Erfindung enthält Der Leuchtstoff ist auf übliche Weise auf der Wand 1 angebracht
In der graphischen Darstellung der Fig.2 ist als
Abszisse die Wellenlänge in nm aufgetragen. Als Ordinate ist in beliebigen Einheiten die Strahlungsintensität
aufgetragen. Die Kurven 1, 2, 3 und 4 stellen die spektrale Intensitätsverteilung der Stoffe A, B, C und D
der Tabelle I bei Anregung mit Strahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 nm dar. Die maximale Intensität
jeder Kurve ist gleich 100 gesetzt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Lumineszierendes mit zweiwertigem Europium
aktiviertes Erdalkalisilikat, dadurch gekennzeichnet,
daß es der Formel
2(Ca1 · Bay · Srz - Eup)O · MgO - 2 SiO2
entspricht,
wobei x+y+z+p= 1 und 0,003 S ρ <
0,05 sind.
2. Erdalkalisilikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß * kleiner als 0,4 ist
3. ErdalkalisiSikat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0,01 SpS 0,04 ist
4. Ei'dalkalisilikät nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet daß es der Formel
2(Ba,_pEup)O · MgO - 2SiO2
entspricht in der 0,01 SpS 0,04 ist
5. Verwendung des lumineszierenden Erdalkalisilikats nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4 in Leuchtschirmen für Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen.
2s
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL6714517 | 1967-10-26 | ||
NL6714517A NL6714517A (de) | 1967-10-26 | 1967-10-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1802060A1 DE1802060A1 (de) | 1969-05-08 |
DE1802060B2 true DE1802060B2 (de) | 1977-06-16 |
DE1802060C3 DE1802060C3 (de) | 1978-02-02 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6714517A (de) | 1969-04-29 |
GB1205298A (en) | 1970-09-16 |
FR1590046A (de) | 1970-04-06 |
DE1802060A1 (de) | 1969-05-08 |
AT279737B (de) | 1970-03-10 |
JPS4837714B1 (de) | 1973-11-13 |
BE722852A (de) | 1969-04-24 |
SE332674B (de) | 1971-02-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |