DE1806751B2 - Leuchtstoff fuer eine quecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Description

entspricht,

wobei χ + y + ζ + ρ = 1 und 0,001 < ρ < 0,1 ist

2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ > 0,7 ist

3. Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0,01 < ρ < 0,05 ist. Im allgemeinen werden als Strahlungsquellen für Reprographiegeräte Niederdruck- oder Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen mit einer auf einem Träger angebrachten Leuchtschicht verwendet, die einen großen Teil der in d-ir Quecksilberdampfentladung erzeugten Ultraviolettstrahlung in Strahlung mit längerer Wellenlänge umwandelt. Bei dieser Umwandlung muß somit, wie vorstehend erörtert, der Höchstwert der ausgesendeten Strahlungsenergie vorzugsweise im Wellenlängenbereich zwischen 380 und 440 am liegen. Dies ist z. B. beim vielbenutzten Stoff Kalziumwolframat (US-PS 23 12 267) der Fall. Der Wirkungsgrad der Umwandlung der Ultraviolettstrahlung der Quecksilberdampfentladung in die Strahlung

mit einer Wellenlänge zwischen 380 und 400 nm ist für diesen Stoff jedoch verhältnismäßig gering, weil das Emissionsspektrum sehr breit ist und somit viel Strahlungsenergie bei Wellenlängen außerhalb dieses Bereiches emittiert wird. Außerdem ist das Absorp-

ao tionsspektrum der meisten lichtempfindlichen Papiere erbeblich schmaler als dieser Bereich. Aus diesen beiden Gründen wird nur ein verhältnismäßig geringer Teil der gesamten vom Kalziumwolframat ausgesendeten Strahlungsenergie für das empfindliche Papier ausgenutzt.

Ein anderer sehr viel verwendeter Leuchtstoff ist ein mit Blei aktiviertes Silikat von Strontium, Barium und Magnesium (DT-PS 11 45 287). Das Emissionsspektrum dieses Stoffes bei Anregung durch die Ultraviolettstrahlung einer Quecksilberdampfentladung ist nicht sehr breit und somit besser geeignet zur Anpassung an das Absorptionsspektrum eines strahlungsempfindlichen Papiers; die maximale Emission dieses Stoffes liegt jedoch bei 355 nm und ist deshalb

Daß der Stoff dennoch viel benutzt wird, ist auf das schmale Emiss^:onsband und die starke Strahlung zurückzuführen.

Aus der DT-AS 11 54 215 ist ein Leuchtstoff bekannt, der aus Strontiumaluminat besteht, das mit Europiuai(II)-oxyd aktiviert ist. Dieser Leuchtstoff strahlt bei Anregung mit der Quecksilberlinie 365 nm ein breitbandiges Spektrum mit einem Schwerpunkt

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtstoff für eine Quecksilberdampfcntladungslampe, der ein mit zweiwertigem Europium aktiviertes Erdalkalialuminat ist.

Bei vielen photochemischen Lichtpausverfahren
wird eine Kopie eines Dokuments dadurch hergestellt,
daß das Original bestrahlt und die reflektierte oder
durchgelassene Strahlung auf einem für die betref- _w .

fende Strahlung empfindlichen Papier aufgefangen 35 weniger dazu geeignet, vom Papier der meisten Dowird. das Stoffe enthält, die durch die Strahlung zer- kumente durchgelassen oder reflektiert zu werden, setzt werden können, wodurch, gegebenenfalls nach
einer weiteren Behandlung, z. B. einem Fixiervorgang,
eine Reproduktion der Vorlage erststeht.

Für eine zweckmäßige Benutzung <ier Reprographiepapiere wird eine Strahlungsquelle benötigt, die eine starke Strahlung bei den Wellenlängen aussendet, für die das Papier am empfindlichsten ist.

An die zu verwendenden Reprographiepapiere wird

meistens die Anforderung gestellt, daß die strahlungs- 45 im Grünen bei etwa 520 nm aus. empfindlichen Stoffe durch normales Tageslicht mög- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leuchtstoff zu

liehst wenig umgewandelt werden. Dies erleichtert schaffen, der im blauen Teil des Spektrums bei 380 das Arbeiten mit diesen Papieren und stillt auch bis 440 nm leuchtet.

wenig Anforderungen an ihre Aufbewahrung. Da Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen

das normale Tageslicht verhältnismäßig wenig Ultra- so Leuchtstoff der eingangs genannten Art gelöst, der violettstrahlung enthält, besteht die beste Kombina- der Formel tion aus einem Papier, das eine Höchstempfindlichkeit für Strahlung mit einer Wellenlänge unter 400 nm
hat, und einer Strahlungsquelle, die eine starke Ultraviolettstrahlung aussendet.

Wie bereits erwähnt, muß das zu kopierende Original die Strahlung entweder durchlassen oder reflektieren. Es hat sich herausgestellt, daß viele Dokumente aus einem Papier hergestellt sind, das Ultraviolettstrahlung verhältnismäßig schlecht durchläßt und/oder reflektiert. Deshalb muß in Anbetracht der widersprechenden Anforderungen an Reprographiegeräte ein Kompromiß eingegangen werden; man benutzt deshalb vorzugsweise lichtempfindliche Papiere,

deren Höchstempfindlichkeit zwischen 380 und 65 Lumineszenzenergie zwischen 380 und 440 nm ab-440 nm liegt, und eine Strahlungsquelle mit einem gestrahlt wird. Da auch der Umwandlungswirkungs-Höchstwert der ausgesendeten Strahlung zwischen grad sehr hoch ist, und zwar erheblich höher als der diesen beiden Werten. des Kalziumwolframats und etwa gleich dem des aus

entspricht,

55 wobei x + y + z + p= 1 und 0,001 <p<0,l ist.

Der erfindungsgemäße Leuchtstoff läßt sich gut durch Ultraviolettstrahlung, die von einer Niederdruck- oder Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe ausgesendet wird, anregen und weist dabei ein Emissionsspektrum auf, in dem der größere Teil der

der DT-PS 11 45 287 bekannten Silikae, sind Lam- graphiergeräte sehr erwünscht Werden jedoch pen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff besser Leuchtstoffe benutzt, bei denen die emittierte Strahgeeignet zur Anwendung in Reprographiegeräten in lungsenergie zu einem erheblicrsen Teil im ultraviolet-Verbindung mit strahlungsempfindlichen Papier- ten Teil des Spektrums liegt, z. B. die vorerwähnten arten mit einer maximalen Absorption in diesem Be- s bekannten Stoffe und insbesondere das Silikat von reich, da nunmehr sämtliche vorstehend erwähnten Barium, Strontium und Magnesium, so hat die VerAnforderungen gleichzeitig erfüllt werde i. Außerdem wendung einer Titandioxydreflektorschicht wenig hat es sich herausgestellt, daß einige erfindungs- Sinn, weil die Reflexion des Titandioxyds für Ultragemäße Stoffe eine gute Temperaturabhängigkeit violettstrahlung gering ist. Dies gilt insbesondere für haben, d. h., daß ihr Umwandlungswirkungsgrad bei »o die Rutilmodifikation des Titandioxyds; diese reflekzunehmender Temperatur nur wenig abnimmt. tiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge von weni-

Die Aluminate nur eines Erdalkalimetalls werden ger als etwa 400 nm nahezu nicht Die Reflexion der erhalten, wien in der vorstehenden Formel zwei der Anatasmodifikation erstreckt sich etwas weiter, nämdrei Parameter x, y und ζ gleich Null gesetzt werden. lieh bis zu einer Wellenlänge von etwa 380 nm. Die Eigenschaften dieser einfachen Aluminate unter- 15 In einer Quecksilberdampfentladungslampe mit scheiden sich etwas voneinander, insbesondere hin- dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff kann demgegensichtlich der Lage der maximalen Emission im Spek- über eine reflektierende Titandioxydschicht Verwentrum. Das Bariumaluminat, Ba₁. pEu,Al,jO,₉, hat dung finden, insbesondere eine Schicht aus Titanden höchsten Umwandlungswirkungsgrad, die beste dioxyd der Anatasmodifikation, weil die Strahlung Temperaturabhängigkeit und eine maximale Emission ao des Leuchtstoffes wenigstens größtenteils noch in den bei der längsten Wellenlänge, nämlich "sei 435 nm. Reflexionsbereich des Titandioxyds fällt. Ohne nennenswerte Beeinflussung der ersten zwei Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Eigenschaften kann durch einen teilweisen Ersatz des Tabellen, eines Herstellungsbeispiels und einer Zeich-Bariums durch Strontium und/oder Kalzium die nung näher erläutert maximale Emission zur kürzeren Wellenlänge hin 35 verschoben werden. Vorzugsweise wählt man jedoch in der Formel χ nicht kleiner als 0,7. Herstellungsbeispiel

Während die Strontium- und Kalziumaluminate

im wesentlichen durch die 254-nm-Strahhing einer Aus den in Spalte IV der Tabelle I angegebenen

Quecksilberdampfentladungslampe angeregt werden, 30 Stoffen und den in Spalte V angegebenen Mengen wird

hat es sich herausgestellt, daß Bariumaluminat auch ein Gemisch hergestellt Dieses Gemisch wird wäh-

durch 365-nm-Strahlung gut angeregt wird. In Ver- rend 2 Stunden auf 1100 bis 1250⁰C erhitzt. Nach

bindung mit der guten Temperaturabhängigkeit Abkühlung des erhaltenen Brennprodukts wird dieses

macht dies das Bariumaluminat und die Aluminate gemahlen und dann während 2 Stunden auf 1300 bis

mit verhältnismäßig hohem Bariumgehalt (χ > 0,7) 35 1500⁰C erhitzt. Die Erhitzung erfolgt beide Male in

sehr geeignet zur Verwendung bei Hochdruckqueck- einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff. Das

silberdampfentladungslampen. Verhältnis Stickstoff/Wasserstoff ist dabei nicht kri-

Die Menge an zweiwertigem Europium kann zwi- tisch; ein Verhältnis von 20:1 hat sich z. B. als sehr sehen den vorstehend angegebenen Grenzen variiert gut brauchbar erwiesen. Der Wasserstoff dient zur werden, wird jedoch vorzugsweise zwischen 0,01 und 40 Reduktion des dreiwertigen Europiums zu zweiwerti-0,05 gewählt. In diesem Bereich wird nämlich der gem Europium. Nachdem das erhaltene Reaktionshöchste Strahlungswirkungsgrad gefunden, wie nach- produkt nach der zweiten Erhitzung abgekühlt ist, stehend nachgewiesen wird. wird es gemahlen und erforderlichenfalls gesiebt. Es

Außer den bereits erwähnten Vorteilen der erfin- ist dann verwerdungsfähig.

dungsgemäßen Leuchtstoffe sei noch erwähnt, daß 45 Spalte VI der Tabelle I zeigt den Qunntenwirkungs-

die Stoffe sehr wenig empfindlich gegen Oxydation grad q in Prozent Die aufgeführten Prozentsätze

sind. Dies ist sehr wichtig bei der Herstellung der geben den Wirkungsgrad der Umwandlung der ab-

Quecksilberdampfentladungslampen, weil diese wäh- sorbierten anregenden Quanten an. Um ein Maß für

rend der Fertigung häufig kurzzeitig einer Erhitzung die Lichtausbeute der Leuchtstoffe zu erhalten, muß

in Luft auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur, so der Quantenwirkungsgrad mit dem Absorptionsfaktor

z. B. 600° C, ausgesetzt werden. Eine derartige Er- multipliziert werden. Der Absorptionsfaktor wird

hitzung ist z. B. notwendig, wenn ein organisches gleich 100 — r gesetzt, wobei r den Reflexionsfaktoi

Bindemittel benutzt wird, das nachher durch Erhit- (in Prozent) darstellt

zung entfernt werden muß. Der Reflexionsfaktor ist als ein Prozentsatz in der

Ein besonderer Vorteil des Leuchtstoffs gemäß der 55 Spalte VII angegeben. Die relative Lichtausbeute Erfindung ist ferner, daß in Quecksilberdampfentla- (r. L.) der Leuchtstoffe, wie sie in der Spalte VIII auf-

dungslampen mit diesem Leuchtstoff erfolgreich eine geführt ist, ergibt sich aus der Gleichung Lichtreflexionsschicht aus Titandioxyd verwendet

werden kann. Die Verwendung einer derartigen r L = 100 ~ ^r Schicht in z. B. Niederdruckquecksilberdampfentia- 60 ' ' 100 dungslampen ist bekannt. Diese Lichtreflexionsschicht, die zwischen dem Träger des Leuchtstoffs In der Spalte IX ist die Wellenlänge des Maximums und dem Leuchtstoff angebracht wird, reflektiert die des Emissionsbandes für die unterschiedlichen Stoffe vom Leuchtstoff emittierte sichtbare Strahlung sehr in nm angegeben.

stark. Auf diese Weise lassen sich z. B. Lampen her- 65 In der Spalte III wird auf die Kurven der F i g. 2

stellen, bei denen die sichtbare Strahlung nach einer der Zeichnung hingewiesen.

Seite stark gesteigert ist. Die Anwendung eines der- Alle Messungen wurden bei Anregung mit Strah-

artigen Prinzips wäre auch bei Lampen für Repro- lung mit einer Wellenlänge von 254 nm vorgenommen.

Tabelle I

ι Ο UO /Ol

I II

Bei- Formel
spiel

III IV

VI

VII

VIII

IX

Num	Zusammensetzung	0,641	Quan-	Reflex	Relative	Wellen
mer der	des Brenngemisches	0,018	tenwir-	ions	Licht	länge I
Kurve	in g	3,119	kungs-	faktor r	aus	des Maxi
der		0,480	grad a		beute	mums des
Spek		0,012				Emissi
tralver		3,119				onsban
teilung		0,327				des
in Fig. 2		0,012
		3,119	(Vo)	CIo)		(nm)
1	BaCO3	0,518	55	55	25	435
	Eu2O3	0,096
	Al(OH)3	0,012
2	SrCO3	3,119	40	45	22	395
	Eu2O1	0,518
	Al(OH)3	0,066
3	CaCO3	0,012	40	50	"20	412
	Eu2O,	3,119
	Al(OH)3	0,323
4	BaCO3	0,240	55	60	22	430
	SrCO3	0,012
	Eu2O1	3,119
	Al(OH)3	0,323
5	BaCO3	0,163	55	60	22	430
	CaCO3	0,012
	Eu2O3	3,119
	Al(OH)3	0,216
6	BaCO3	0,160	35	55	16	418
	SrCO3	0,109
	Eu2O3	0,012
	Al(OH)3	3,119
7	BaCO3	35	55	16	420
	CaCO8
	Eu2O3
	Al(OH)3
8	BaCO3	35	55	16	410
	SrCO3
	CaCO3
	Eu2O3
	Al(OH)3

A Ba₀₁₉₇Eu_0-03Al₁₂O₁₉

^B Sr₀,₉₈Eu_0>02Al₁₂O₁₉

D Ba₀₁₇₈₅Sr₀₁₁₁₁₅Eu₀₁₀₂Al₁₂O₁₉

Ba₀₁₇₈₅Ca₀₁₁₉₅Eu₀₁₀₂Al₁₂O₁₉

G Ba₀₁₄₉Ca₀₁₄₉Eu₀₁₀₂Al₁₂O₁₉ Ba₀₁₃₂₇Sr₀₁₃₂₇Ca₀J₁₂₆Eu₀₁₀₂Al₁₂O₁₉

mit der desQaaa tenwirkungsgrades, der Reflexion and der relativen Lichtausbeute vom Europromgehalt dargestellt (sämtliche Messungen wurden bei Anregung saft erner Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 mn dtnca-

geföhrt). Es zeigte sich, daß mit zaaehsieadeöi Βωβ-pknngehait der Qa^iri vmiaeh<t ta* mount und dann abnäatHt Bei zanetaeadaa ρ wird die Reierion kleiner aad sosaft <Se tibgatpSm gf§- ßer. Bei Werten far ρ von weoäger als O₃OOlSHi(I der

6s OoantenwJrkHagsgiad BHd die te^ i

OaS, die Stoffe aidrt mehr prafctisca Stoffe mit der bSciistea rdaäven m&toe ä Wate von ρ zwischen 0,01 und 0,05. Die Spefcfeal-

Verteilung der emittierten Strahlung ist nahezu unabhängig vom Europiumgehalt.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Strahlungsintensität der Stoffe A bis H der Tabelle I sowie zweier bekannter Stoffe in Abhängigkeit von der Wellenlänge,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verlaufs der Strahlungsintensität der Stoffe A bis G mit der Temperatur.

In F i g. 1 ist 1 die Wand einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe. An dem Ende der Lampe befinden sich Elektroden 2 und 3, zwischen denen sich im Betrieb der Lampe die Entladung ergibt. Die Wand 1, die z. B. aus Glas besteht, ist innen mit einer Leuchtschicht 4 überzogen, die den Leuchtstoff enthält. Der Leuchtstoff ist auf eine der üblichen Weisen auf der Wand 1 angebracht.

In der graphischen Darstellung der F i g. 2 stellt die gestrichelte Kurve 9 die Spektralenergieverteilung des bekannten mit Blei aktivierten Silikats von Barium, Strontium und Magnesium und die gestrichelte Kurve 10 die des bekannten Kalziumwolframats dar. »5

Diese Kurven dienen zum Vergleich sowohl für die Spektralverteilung als auch für die Intensität der Lumineszenzstrahlung. Die maximale Intensität der Kurve 9 ist dabei gleich 100 gesetzt. Die Kurven 1 bis 8 beziehen sich auf die Stoffel bis H der Tabelle I. Wie deutlich aus der Figur hervorgeht, haben derartige Leuchtstoffe im Vergleich zum bekannten Silikat eine viel günstigere Lage der maximalen Emission im Spektrum, während sie im Vergleich mit dem bekannten Wolfram viel höhere Scheitelwerte und einen schmaleren Emissionsbereich aufweisen.

In der graphischen Darstellung der F i g. 3 stellen die Kurven 1 bis 7 die Temperaturabhängigkeit der Strahlungsintensität für die Stoffe/1 bis G der Tabelle I dar. Als Abszisse ist die Temperatur in ⁰C aufgetragen. Die maximale Intensität ist für jede Kurve gleich 100 gesetzt. Aus der Figur geht hervor, daß das Bariumaluminat und die Aluminate mit verhältnismäßig viel Barium eine sehr gute Temperaturabhängigkeit haben und bei etwa 250° C noch eine Intensität der Lumineszenzstrahlung gleich der Hälfte des Höchstwertes aufweisen. Zum Vergleich diene, daß die Intensität des bekannten Kalziumwolframats bereits bei 75° C auf die Hälfte des Wertes bei Zimmertemperatur abgefallen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Leuchtstoff für eine Quecksilberdampfentladungslampe, der ein mit zweiwertigem Europium aktiviertes Erdalkalialuminat ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff der Formel