DE1932843A1

DE1932843A1 - Elektrische Umwandlungsvorrichtung mit sphaeroidischen Leuchtstoffen

Info

Publication number: DE1932843A1
Application number: DE19691932843
Authority: DE
Inventors: Dale Ernest A; B Thomas Martha J
Original assignee: Sylvania Electric Products Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-06-28
Publication date: 1970-07-09
Also published as: US3668455A; JPS4942789B1; GB1281582A; FR2014471A1

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 MÜNCHEN 60

BACKERSTRASSE 3

SYLVANIA ELECTRIC PRODUCTS, INC. 100 W. 10th Street
Wilming t on, Delaware, USA

Elektrische Umwandlungsvorrichtung mit sphäroidischen Leuchtstoffen

Priorität: 1. Juli 1968 USA 741 71?

Zusammenfassung; der Erfindung

Eine Leuchtstofflampe enthält einen anorganischen Leuchtstoff, der den Lampenkolben überzieht. Me Leuchtstoffteilchen haben die Pors? γοη mit Löchern vereehenen Kugeln mit einem Durchmesser »wischen etwa 3 und 20/α. Bei der bevorzugten AueführuagsXorm sind die Kugeln hohl, so daß ein Maximum der Absxrahlungsfläche bei einem Minimum dee PulvergavichtB vorhanden ist.

Ausgangspunkt und Gebiet der Erfindung

Die Erfindung befaßt eich mit elektrischen Umwandlungevorrichtungen und insbesondere mit Lampen und Kathodenstrahlröhren, die kugelförmige Leuchtstoffe aufweisen, d.*.e an deren Innenflächen angeordnet sind« Die lampen können Leuchtstofflampen sein₅ bei denen, ein Niederdruck«

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Quecksilberlichtbogen direkt auf den Leuchtstoff auftrifft, oder können Hochdruck-Quecksilberlampen ^ sein, bei denen eine ultraviolette Strahlung von einer ™ Lichtbogenröhre ausgesandt wird, die wiederum den Leuchtstoff anregt. Die Kathodenstrahlröhren arbeiten, wenn Kathodenstrahlen auf den Leuchtstoff auf treffen.

Stand der Technik

Leuchtstoffmaterialien, die in elektrischen Umwandlungsvorrichtungen verwendet worden sind, sind im allgemeinen kristallineBilver gewesen. Diese wurden auf dem Kolben so niedergSachlagen, daß ein maximaler Betrag von ultraviolettem Licht oder einfallenden Kathodenstrahlen absorbiert wird. Die Teilchen hatten unregelmäßige formen, wie dies bei kristallinie Materialien fe üblich ist, und sie änderten sich in der Abmessung in großem Umfang« Für eine optimale Leistung der Lampen mußten Teilchen kleiner als 3/u, im allgemeinen superfeine Teilchen genannt, entfernt werden, d„ sie das ultraviolette Licht zerstreuen, anstatt sie für eine Absorption wirksam bu machen. Andererseits erzeugten •ehr große Teilchen, größer ale ttwa 20/U, ein körniges Aussehen auf der Lampe. Dies· Teilchen waren so groß, daß die flächen der eineeinen aneinanderstoßenden Teilchen große Hohlräume zwischen sich ließen.

Kurgfasaung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist festgestellt worden, daß kugelförmige Leuchtstoffe, vorzugsweise poröse Leuchtstoffe,

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hergestellt werden können und daß solche Materialien im wesentlichen nishr Licht pro Gewichtseinheit ausstrahlen können, ale dies bisher erreicht werden konnte* Gemäß einer bovoraugton Ausführungsform sind die Leuchtstoff kugeln hohl, wodurch es dem ultravioletten Licht, das die Hülle durchdringt, möglich wird, auf Emission anzuregen, wodurch wiirksam mehr erhalten wird als eine abstrahlende Fläche. In vielen Fällen brechen die Hüllen dieser hohlen Kugeln und das ultraviolette Licht kann leicht sowohl die Innenseite als auch die Außenseite erreichen. Die Kugeln haben vorzugsweise einen Durchmesser zwischen etwa 3 und 20/U, und vienn sie hohl sind, eine Wandstärke zwischen etwa 0,5 und 8/ii.

Solche Leuchtsto.fikugeln können auf die Kolbenfläehe nach Verfahren aufgebracht werden; die bei Lampen und Kathodenstrahlröhren üblich oind. Für .i/ampen wird z.3. der Leuchtstoff in einem Äthylaellulosebindemittel disporgiert und damit die Birnenwand übersogen. Das Bindemittel wird dann ausgebrcimt und fiie Leuchtstof.fkugeln bleiben als Überzug auf düj: Wand surück.

Lssshreibung der Seictouag

Fig. 1 ist eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer Leuchtstofflampe, die sphäroidische Leuchtstoffe νerwendet.

Fig. 2 ist eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer elektrischen Hochdruck-Entladungsvorriahtung, die denselben Leuchtstoff verwendet.

Fig. 5 ist ein Schnitt einer Qlaswand, der die Anordnung der,.sphäroidisch geformten Leuchtstoffe zeigt,

0 0 9 8 2 8/0887. , _; .

Fig. 4 ist eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer Kathodenstrahlröhre mit sphäroidischen Leuchtstoffen auf dem Schirm.

In Pig. 1 ist eine übliche Leuchtstofflampe mit Quecksilberdampf dargestellt, die einen Glaskolben 6 enthält, der Endkappen 7 und 8 mit elektrischen Einführungsdrahten aufweist, die mit (nicht dargestellten) Kathoden verbunden sind. Eine Schicht 10 aus sphäroidischem Leuchtstoff ist auf die Innenfläche des Glaskolbens 6 aufgebracht .

Fig. 2 zeigt die Hochdruck-Quecksilberlampe, die eine übliche Anordnung einer (nicht dargestellten) Lichtbogenröhre enthält, die von dem metallischen Traggestell 4 gehalten wird. Die Lichtbogenröhre und das Traggestell sind von einem birnenförmigen Kolben 12 mit einem Überzug aus sphäroidischem Leuchtstoff gemäß der Erfindung, der auf den Innenflächen des Kolbens angebracht ist, umgeben.

Der sphäroidische Leuchtstoff gemäß der Erfindung kann auf den Schirm einer Kathodenstrahlröhre aufgebracht werden, wie diese in Fig. 4 dargestellt ist und üblicherweise in Fernsehempfangegeräten verwendet wird. Die Röhre enthält einen Kolben 11 mit einem Halteteil 13, einem Trichterteil 15 und einem Flächenpaneel 17. Ein Röhrensockel 19 ist an dem Halsteil 15 angebracht, um ein« Einrichtung zum Verbinden der Röhrenelektroden mit der zugeordneten Empfängerschaltung zu schaffen. Innerhalb des Halses Tat eine Elektronenschleuder oder Elektronenschleudern 21 angeordnet, die den Elektrodenstrahl oder Strahlen 23 erzeugt, die bei dem Betrieb der Röhre ver-

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wendet werden. Ein Farbechirm 25 mit der üblicheη Ausbildung eines farbausstrahlenden Leuchtstoffes ist an der Innenfläche des Plächenpaneels 17 gebildet. Nahe dem Schirm 25» jedoch im w&asntlichen davon im Abstand, ist eine Maske oder ein Gitter""27 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 29 angeordnet. Di© Art der in Pig» 4 dargestellten Röhre kajan das Gitter vornehmlich dar/α verwenden, um den Strahl 23 au bündeln oder den Elektronenstrahl abzudecken oder zu bündeln, lim einen günstigsn Elektronen Einfall auf de» Eorbgehirm 25 zu erhalten. Me speziellen Gitter- und Schirmanordnungen und die Potentiale an dem Gitter- und dem Schirm bestimmen die Betriebsart in -bekannter

In Pig» 3 1st eine Glasfläche 30 mit einer Mehrzahl von darauf angeordneten porösen Kugeln 31 aus 'leuchtstoff" dargestellt. Die Fläche 30 kann eine der gebrochenen Abschnitte der 5¹Ig. 1, 2 oder 4 sein* Di a Fugs -In sind vorzugsweise so angeordnet» daß sie &ogen des Glas ujmI auch gegeneinander anliegen, »ii eine glelchförniigt Schicht zu bilden. Ein isil eier Kugeln-'32" ka»n an i&r Oberseite der Kugeln 51 angeordnet sein, die an äyr Glasfläche 30 anliegen. In einigen Fäller* kann es auch sefcr erwünscht aein, verschiedene zueinadder versetzte Kugeln zu haben, uni !Ie Möglichkeit zu vermeiden» daß ein Teil der angeiegten Strahlung den LeachtEto/f verfehlen karm· . ■ ■

Bits Kugeln ninrt» *Sr ilaige.itellt» hohl, wobei c~ sich * hierbei um dif» bö'/Qraugfes A-uaführungaforai >ianlei.t. Hohle

Kugeln können leichter als ganze Kugeln sein und damit kann das Überzugsgewicht verringert werden. Bei hohlen Kugeln können viele geplatzt oder gebrochen sein und deshalb werden die Innenflächen auch der anregenden Strahlung ausgesetzt. Ba die Kugeln porös sind, kann andererseits die erregende Strahlung, die in der Vorrichtung erzeugt wird, den Leuchtstoff durch die Löcher durchdringen und die Innenflächen anregen.

Sphäroidisehe Leuchtstoffe können dadurch hergestellt werden, daß Lösungen der zum Formen solcher Leuchtstoffe notwendigen Materialien in den geeigneten Mengen gemischt werden und daß dann die Lösung in einem erhitzten gasförmigen Strom zerstäubt wird, wie dies in der amerikanischen Patentanmeldung 606 159 vom 30. Bozember 1966 beschrieben ist.

Wenn die Sprüh-Trocken-Verfahran zum Herstellen der sphäroidischen Leuchtstoffe verwendet werden, werden alle für deren Bildung notwendige Materialien aufgelöst und eine Lösung der Beimengung wird gebildet. Lösungen sind sehr vorteilhaft, da äeder Tropfen ein; ^li^iüote ; ist und· in jeder Aliquote die Verteilung von Anionen und Kationengleichförmig ist. In einigen Fällen sind einig· der Beetandteile nicht leicht lösbar und dann kann das Material in dem Lösungsmittel für eiste ausreichende Zeit gemahlen werden, um es in einen kolidöalartigen Zustand zu reduzieren. Denn kann es leicht der Lösung ^! beigegeben werden. Somit ist in Jedem Tröpfchen, das gebildet wird, die ZuaammenBetzuag im weeentlichan gleich.

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Darüber hinaus ist jedes Tröpfchen im wesentlichen in der Größe gleich und somit wird auch jedes sich ergehende Teilchen/ wenn das Lösungsmittel verdampft ist, in der Größe im wesentlichen gleichförmig.

Sie Lösung wird durch Düsen unter erforderlichem Druck in einen erhitzten Gasstrom gesprüht, der nicht in nachteiliger Weise mit dem Lösungsmittel bei den vorhandenen Temperaturen reagiert. Die Temperatur wird so gesteuert, daß es ausreichend ist, das Lösungsmittel zu verdampfen, jedoch nicht ausreichend ist, um wesentliche Mengen der Bestandteile des Leuchtstoffs 2m verflüchtigen. Hit einem Teil der Verbindungen wird ein einziger Durchlaß von Tröpfchen durch das erhitzte Gas für die Aktivierung und Formung eines Leuchtstoffes ausreichend. In anderen fällen müssen die Leuchtstoff -kugeln nachfolgend erhitzt werden, um das Material zu aktivieren, wie dies bekannt ist.

Bei der Herstellung der Lampen wird dann der sphärcidirache Leuchtstoff mit einem flüchtigen Träger und einer geringen Menge eines trägerlöBlichen Bindemittels verrührt, um eine leuchtetofftragende Suspension oder eine sogenannte Farbe zu bilden, die zum Überziehen des Kolbens einer Leuchtstofflampe geeignet ist. Ale spezielles Beispiel werden 400g Leuchtstoff mit 440ecm Xylol und 110 com Butanol zusammen mit Hg Äthylzelluloee mit einer Viskosität von 300 ops gemischt. Die Mischung wird mit einer üblichen angetriebenen Rührvorrichtung für eine Zeltdauer von z.B. etwa einer halben Stunde gerührt. Dies

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bildet eine homogene Suspension oder Farbe des sehr fein verteilten Leuchtstoff materials. Diese Farbe kann erforderlichenfalls weiter verdünnt werden. Die vorbereitete Farbe wird über die Innenseite einer leuchtstoffröhre gespült, wonach das A'tnylssellulose-Sindemittel verflüchtigt wird, indem die überzogene Röhre bei einer Temperatur von etwa 650° C für z.B. etwa 3 Minuten erhitzt wird. Daraufhin wird die Herstellung der Lampe in üblicher Weise vervollständigt.

Der Farbträger und das trägerlösliche Bindemittel können auch verschiedenen Änderungen unterworfen werden_r und zwar in Bezug auf die relativen Anteile des Leuchtstoffes und des Trägers , welche die Farbe bilden. Während Äthylzellulose-Bindemittel und Xylol-Butanol-Träger bei dem bevorzugten Beispiel angegeben ν -orden sind ,können auch der Xjlol-Butaziol-Träger uns das Äthylzellulose-Bindetaittel durch eir.en !E:?äger ν,ηά ein trägerlösliches Bindemittel aus Butyl-Azetat und Nitrozellulose oder Wasser uncl Methylzellulos» ad ar andere organische Bindemittel ersetzt werden.

Die folgende Tnfel zeigt die Vorteils bei Verwendung von sphäroidischen Leuchtstoffen, in Lampen* Es werten. Lampen unter Verwendung von hohlen, sphäroidisehen? mit Zinn aktivierten Kalzium-_f Magnesium- uci utrontium-Orthophosphaten mit Lampen verglichen, die mit einem Mak^ro-

teilchen-Material dereelben Zueammensatzungei. überzogen sind. Der Überzug auf jeder Lamps wurde so zubereitet, daß eine optimale optische Dichte von ^8,5 er-009 8 28/0887

halten wurde, Die optische Dichte ist ein relatives Verfahren zum Messen des Übertragung eines Strahles von weißem Licht durch einen Lampenkolben. Sie Bedeckungsfähiglceit des gemessenen Materials kann tinter Verwendung dieses Verfahrens bestimmt werden*

Leuchtetoffart Mittlere Teil- Optische Dichte Pulverge

chengröße wicht

1Ö>ü 78*4 10 M 1§i§

Wie sich aus der Tabelle ergibt, igt mehr als doppelte Gewicht des Mafcroteilchen -Leuchtstoff erforderlich, um eine im wesentlichen gleichartige optische Dichte zv. dor Dichte zu erhalten, die erreicht wird, wenn sphäroidisehe Leuchtstoffe verwendet tfgMizl,

Nachfolgend werden besondere Beispiele sty? weiterer Erläuterung angegeben.

Bin Ealzium-Halophoophat-Leuchtstoff kann zubereitet werden, indem die folgenden Bestandteile in 20 000 ecm Wasser gelöst werden, das mil; 5 006 ecm

ist.

2,94 0,0$

ffffa 38/0 887_;

Die Lösung wird in einen Stickstoffstrom gesprüht, der auf eine Temperatur von etwa 500 C erhitzt wird , und das Lösungsmittel wird verflüchtigt. Hag Material wird dann in Stickstoff bei 12&3^e 0 äraitzt Und eifi lumineszierender Kai. aiuji-Pluorchlorphosphat, der durch Mangan Und Antimon aktiviert ist» wird gebildet.

Beispiel II

Eine Lösung wird hergestellt, indem die folg mden Bestandteile in 20 000 com Wasser gelöst werden, das 5 000 ecm konzentrierter BHÖ« angesäüeri; ist»

Material Mole

1,0

Die Bestandteile Werden in einen Stickatoffn crom bei etwa 550° C gesprüht und das Material wird dann bei 95O^ö β in öiner Ltiftätmosipha^ä erhitzt ,ÜB dem stoff zu aktivieren* Dadürcti wird euröi>ium-aktiviertör

bildet. Der Leuchtstoff hat Kugelform.

Losung wird gebildet, indem die folgenden Bestandteile in 20 000 com Waoser gelöst werden, dag Mit 5 HNO^ angesäuert lot.

Material -■. Mole;

0,ÖÖ5

Ö 0 9 8 2 S / 0 Ö 8 f

Die Lösung wird in einen Luftstrom bei 500° C gesprüht und das Lösungsmittel wird verflüchtigt, wodurch poröse hohle Kugeln des Materials zurückbleiben. Das Material wird dann in Luft bei 1600° E erhitzt und ein rot-ausstrahlender, kupferaktivierter Strontium-Metaphosphat-Leuchtetoff wird gebildet.

BeiggieriY

Eine Lösung wird gebildet, indem die folgenden Bestandteile in 20 000 ecm HgO mit 5 000 ecm HNO, gelöst werden.

Material	Mole
MgO	0,992
SnO₂	0,292
TiO₂	0,187
H₃BO₅	0,325

Die Lösung wird durch eine Sprühdüse in einen Strom bei 500° C gesprüht und das Lösungsmittel wird verflüchtigt, wodurch getrocknete hohle poröse zurückbleiben. Das Material wird in einer Luftatmospbärλ bei 1220° C erhitzt und ein glänzender, blauausstrahlender, kugelförmiger, durch Titan und Zinn aktivierter Magnesiumborat-Leuchtotoff wird erhalten.

Beispiel Y

Eine Lösung der folgenden Bestandteile wird gebildet und durch eine Düse gesprüht, um Tröpfchen zu bilden.

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Material

Hole

BaHPO.	11,99
Mg₂ ^P2°7	2,00
(HH₄ KHPO₄	0,32
SnO	0,40
MH₄Ol	2,07

Die Tröpfchen laufen durch einen Strom aus heißem . Stickstoffgas bei einer Temperatur von etwa 300° 0 für eine ausreichende Zeit, um das Lösungsmittel zu verflüchtigen und poröse hohle Kugeln zurückzulassen. Das Material wird dann in abgedeckten Tiegeln bei 1700⁰P erhitzt und ein blau-grün-ausβendender Gk -BaMgP₂O^:Sn~Leuchtstoff wird erhalten.

Beispiel YI

Eine Lösung der folgenden Bestandteile wird gebildet» indem diese in 20 000 ecm Wasser gemischt mit 5 000 ecm konzentrierter HHO, gelöst wird· Da» GdgSbgO™ .ist nicir, leicht lösbar, so daß βε in einem Teil des Lösungsmitteln für eine ausreichende Zeit gemahlen wird, um et* kolloidal zu machen, und dann wird die Suspension de& Rest der Lösung zugegeben.

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Material CaSSO.

CaCO, CaP₂

NH₄Cl

MnCO₃

Mole 3,00 0,01 0,005 0,005 0,0007 0,00005

Die Materialien werden in einen heißen Stickstoffstrom bei etwa 500⁰C gesprüht und das Lösungsmittel wird verflüchtigt, um hohle poröse Kugeln zurückzulassen. Diese Kugeln werden in abgedeckten Siegeln bei 1150⁰C erhitzt. Der kugelförmige Leuchtstoff ist ein weißausstrahlender Kalzium-Chlorfluorphosphat, das durch Antimon und Mangan aktiviert ist und der Kadmium in der Matrix enthält·

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Claims

Sylvania Eleo» Prod

19. Nov. 1969

S6 P76 B

Neue Ansprüche

Gerät zur Umwandlung von Anregungsenergie in Strahlungsenergie mit einem Glasgefäse, das auf einer der Anregaagsenergi® setzten Fläche eine Schicht aus Leuohtstoffpartikein trägt, durch gekennzeichnete daß die Leuchtstoffpartikel poröse Kugeln sind ο

2ο Gerät nach Anspruch 1 _t dadurch, gekennzeichnet« daß die Kngeia einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 20 α haben»

5„ Gerät nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet₉ dafi die Kugeln hohl eind und eine Wandstärke zwischen etwa und θ u habenα

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