DE1934299C3

DE1934299C3 - Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe

Info

Publication number: DE1934299C3
Application number: DE19691934299
Authority: DE
Inventors: Berthold 5100 Aachen; Jost Rüdiger 5101 Haaren; Groth Rolf 5100 Aachen Frank
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Filing date: 1969-07-05
Publication date: 1976-01-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einem Glaskolben, der auf der Innenseite eine Leuchtstoffschicht und eine zwischen dieser Leuchtstoffschicht und dem Glaskolben liegende Schicht aus leitendem Material trägt, welche auf der von der Glaswand abgekehrten Seite mit einer transparenten Schutzschicht überzogen ist. Unter dem Ausdruck »transparent« ist hier die Durchlässigkeit für die von der Lampe auszusendende nützliche Strahlung zu verstehen. Bei Lampen für allgemeine Beleuchtungszwecke bedeutet dies also, daß die Schutzschicht für das mit Hilfe der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht gut durchlässig ist.

Bei einer aus der DT-AS 11 46 980 bekannten Entladungslampe dieser Art besteht die zwischen Leuchlstoffschicht und dem Glaskolben liegende Schicht aus reflektierendem Metall, insbesondere aus Aluminium. Derartige Schichten sind nicht lichtdurchlässig und dienen nicht als Zündhilfe der Lampe. Offenbar werden diese Metallschichten dadurch zerstört, daß beim Zünden der Lampe Überschläge auftreten, was wohl auf die hohe Leitfähigkeit der Metallschicht zurückzuführen ist. Daher ist bei der bekannten Lampe die Metallschicht mit einer aus Quarz bestehenden Schutzschicht überzogen, wodurch aber die Zerstörung der Metallschicht nicht völlig vermieden werden kann.

Ein Problem bei allen Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen besteht darin, daß meistens die Brennspannung niedriger als die Zündspannung ist. Dies wäre an sich nicht bedenklich, wenn die Zündspannung niedriger als die Speisespannung der Anlage, f>o z. B. des Lichtnetzes, wäre, mit der die Lampe gespeist wird. Dies ist im allgemeinen aber nicht der Fall. Dabei wurden nahezu stets Hilfsmittel zum Zünden der Lampe angewandt. Eines der bekanntesten Hilfsmittel ist die Verwendung eines sogenannten Starters, mit dem kurzzeitig eine Spannung erzeugt wird, die die Zündspannung in ausreichendem Maße übersteigl, um eine Zündung der Lampe zu sichern. Auch werden manchmal sogenannte Zündstreifen angewandt, die entweder auf der Außenseite oder auf der Innenseite des Lampenkolbens angebracht sind und sich von einer Elektrode zur anderen erstrecken. Diese Zündstreifen können gegebenenfalls mit den Elektroden verbunden sein.

Aus der DT-PS 8 58 108 ist es ferner bekannt, zwecks Erhöhung der Zündwilligkeit von Entladungslampen Titandioxyd- oder Zirkondioxydschichten auf der Innenseite des Kolbens anzubringen. Diese Schichten besitzen aber bei üblicher Dicke eine zu geringe Leitfähigkeit, um als Zündhilfe dienen zu können.

Aus der FR-PS 1093 517 ist eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe bekannt, bei der die Innenseite des Glaskolbens völlig oder zu einem sehr großen Teil der Oberfläche zwischen den Elektroden mit einer transparenten Schicht aus leitendem Material überzogen ist.

Die (eilende Schicht besteht aus transparentern Zinnoxyd. Da der Entladungsraum zwischen den Elektroden naturgemäß nicht kurzgeschlossen werden soll, weil si -ist keine Entladung auftreten könnte, ist der Widerstand der Zinnoxydschicht an bestimmte Werte gebunden. Der zwischen den in der Nähe der Elektroden liegenden Enden gemessene Widerstand liegt meistens zw^:schon 5000 und 50 000 Ω. Da Zinnoxyd in reiner Form oft eine ungenügende Leitfähigkeit aufweist, wird manchmal dem Zinnoxyd ein sogenanntes Dotierungsmittel, z. B. Fluor, zugesetzt.

Die mit einer Zinnoxydschicht versehenen Lampen zeichnen sich durch ein sehr gutes Zündverhalten in einem großen Temperaturbereich aus und sind in dieser Hinsicht den mit Zündstreifen versehener. Lampen überlegen. Lampen mit einem auf der Außenseite des Glaskolbens angebrachten Streifen zünden nämlich gut bei niedrigen Umgebungstemperaturen, Lampen mit einem inneren Streifen nur bei relativ hohen Umgebungstemperaturen. Dagegen zeigen Lampen mit einer Zinnoxydschicht ein gutes Zündverhalten im gesamten Temperaturbereich, der von den beiden Typen mit Zündstreifen zusammen erfaßt wird. Außerdem sind Zinnoxydschichten weit weniger leitend als Metallschichten, so daß beim Zünden der Lampe keine Zerstörung der Zinnoxydschicht auftritt.

Der Verwendung einer Zinnoxydschicht haftet jedoch ein großer Nachteil an. Es stellt sich nämlich heraus, daß nach einiger Zeit, manchmal bereits nach 50 Betriebsstunden, auf der Innenwand der Entladungslampen schwarze Flecke mit einem Durchmesser bis zu einigen Millimetern gebildet werden. An diesen Stellen wird die Zinnoxydschicht und die Leuchtstoffschicht zerstört. Dadurch nimmt der ausgesandte Lichtstrom ab, während außerdem das Äußere der Lampe in ästhetischer Hinsicht beeinträchtigt wird. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil möglichst zu beheben.

Eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe eingangs erwähnter Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht aus transparentem Zinnoxyd und die Schutzschicht aus einem Oxyd wenigstens eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Niob und Tantal besteht und daß die Schutzschicht eine Dicke zwischen 0,02 und 1 μηι aufweist.

Versuche haben gezeigt, daß derartige Schutzschichten mit einer Dicke zwischen 0,02 und 1 μιη für alle durchzulassenden Strahlen genügend transparent sind. Eine Dicke der Schutzschicht zwischen 0,05 und 0,15 μιη wird aber bevorzugt, weil bei dieser Dicke eine gute Haftung der Schicht gesichert ist und keine Rißbil-

dung zu befürchten ist. Weiter werden bei den bevorzugten Dicken Interferenz-Effekte weitgehend vermieden.

Vorzugsweise wird eine Schicht aus Titandioxyd verwendet, weil dieses Material preiswert ist und sich sehr leicht in Form einer homogenen Schicht mittels eines Verfahrens, wie nachstehend in den Beispielen erläutert wird, auf der Zinnoxydschicht anbringen läßt.

In bestimmten Fällen, und zwar wenn größere Schichtdicken verwendet werden, wird Zirkonoxyd für die Schutzschicht bevorzugt. Zirkonoxyd weist nämlich einen kleineren Brechungsindex als Titandioxyd auf. Man kann also die Schichten dicker machen, ohne daß die Inierferenzeffekte stärker werden.

Die für die Schutzschicht zu verwendenden Oxyde >5 sind selber praktisch isolierend und bilden eine dielektrische Schicht. Die Schutzschichten beeinflussen die Leitfähigkeit der Zinnoxydschicht, wie Versuche gezeigt haben, nur in sehr geringem Maße. Es hat sich herausgestellt, daß die Haftung der Leuchtstoffe an der Schutzschicht gut ist.

Eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe nach der Erfindung wird vorzugsweise hergestellt mittels eines Verfahrens, in dem sowohl die Zinnoxydschicht als auch die Schutzschicht mit identischen Sprühverfahren auf die Innenseite des Glaskolbens aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist wegen der Ähnlichkeit der beiden Beschichtungen wirtschaftlich und ermöglicht die Bildung von gleichmäßigen Schichten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und zweier Ausführungsbeispiele der Herstellung solcher Lampen näher erläutert.

In der Zeichnung bezeichnet 1 den Glaskolben einer Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe, deren Enden mit Elektroden 2 und 3 versehen sind. Auf der Innenseite des Kolbens 1 befinden sich eine Schicht auf leitendem Zinnoxyd 4, eine Schutzschicht 5 aus einem Oxyd eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Niob und Tantal und eine Schicht 6 aus einem Leuchtstoff. Die Dicken der Zinnoxydschicht 4 und der transparenten Schicht 5 sind im Vergleich zur Dicke des Glaskolbens 1 stark übertrieben dargestellt.

In den beiden nachstehenden Beispielen wird die Herstellung einer in der Zeichnung dargestellten Lampe in bezug auf die Anbringung der Zinnoxydschicht 4 und der Schutzschicht 5 beschrieben. Die anderen Stufen des Vorgangs der Herstellung der Lampe weichen nicht von denen bekannter Lampen ab.

B e i s ρ i e Il

Der zu beschichtende Glaskolben einer Niederdruck-Quecksilberdampf-Enlladungslampe wird in einem elektrischen Röhrenofen aufgeheizt auf eine Temperatur von etwa 450 bis 500⁰C, vorzugsweise 48O⁰C. Mittels einer Zweistoffdüse wird eine Lösung von 20 % SnCU in Butanol, der einige Prozente Hf zugesetzt sind, zerstäubt und in Dampfform durch den Kolben geleitet.

Fur die Bildung der Schutzschicht wird ein ähnliches Verfahren benutzt. Das Sprühgemisch ist eine 20 Volumprozent-Lösung von Tetrabutyltitanat in Butanol. Das der Düse zugeführte zerstäubende Gas muß in diesem Fall trocken sein, damit das hydrolyseempfindiiche Tetrabutyltitanat nicht bereits hydrolysiert ist, bevor die Tröpfchen auf das heiße Glasrohr treffen. Deshalb wird trockene Luft oder trockener Sauerstoff angewendet Auch die aus der Umgebung mitgerissene Luft. die sehr wesentlich ist für die Bildung eines feinen Sprühnebels, muß möglichst trocken sein. Dazu wird die Zerstäuberdüse in die Rückwand eines Metalltopfes eingelassen, der über eine öffnung mit einem Plastiksack verbunden ist. Während des Zerstäubens ist im Plastiksack genügend trockene Luft oder trockener Sauerstoff vorhanden, um die Versorgung der Düse zu sichern. Das Aufsprühen der Schicht erfolgt im Intervallbetrieb, damit sich in den Sprühpausen an der Glaswand wieder die Ausgangstemperatur von etwa 480⁰C einstellt. Das Tetrabutyltitanat wird auf dem heißen Glasrohr unter Bildung einer Titanoxydschicht pyrolytisch zersetzt, wobei die organischen Reste völlig verbrennen. Es hat sich herausgestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Sprühnebels am besten im Grenzbereich, in dem eine laminare in eine turbulente Strömung umschlägt, gewählt werden kann.

Beispiel 2

Ein Glasrohr für eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe wird auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 mit einer Zinnoxydschicht versehen. Diese Zinnoxydschicht wird mittels des im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens mit einer Schutzschicht aus Zir.'ronoxyd bedeckt. Dazu wird im Sprühvei fahren eine 20 % Lösung von Tetrapropylzirkonat in Propanol verwendet

Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung von Alkoholaten von langkettigeren Alkoholen bezüglich Hydrolyseempfindlichkeit günstiger ist. Klare Schichten aus Titandioxyd sind mittels einer Lösung von Tetrapentyltitanat in Butanol oder Pentanol hergestellt, ohne daß besondere Maßnahmen hinsichtlich der Trokkenheit des zerstäubenden Gases vorgenommen waren.

Versuche haben gezeigt, daß für die Bildung der Schutzschicht auch Chloride, z. B. Titanchlorid oder Zirkonchlorid, gelöst in z. B. Butanol verwendet werden können. Dabei kann das Sprühverfahren in ähnlicher Weise wie für die Bildung der Zinnoxydschicht durchgeführt werden.

Von den nach Beispiel 1 beschichteten Glaskolben sind Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen angefertigt Es hat sich herausgestellt, daß das Zündverhalten dieser Lampen im Vergleich zu Lampen mit einer Zinnoxydschicht ohne Schutzschicht nicht beeinflußt ist Die Lampen zeigten nach 2500 Betriebsstunden keine schwarzen Flecke.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einem Glaskolben, der auf der Innenseite eine Leuchtstoffschicht und eine zwischen dieser Leuchtstoffschicht und dem Glaskolben liegende Schicht aus leitendem Material trägt, welche auf der von der Glaswand abgekehrten Seite mit einer transparenten Schutzschicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (4) aus transparentem Zinnoxyd und d:e Schutzschicht (5) aus einem Oxyd wenigstens eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium. Niob und Tantal besteht und daß die Schutzschicht (5) eine Dicke zwischen 0,02 und 1 μηι aufweist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schutzschicht (5) zwischen 0,05 und 0,15 μπι liegt.

3. Verfahren zur Herstellung einer Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zinnoxydschicht (4) als auch die Schutzschicht (5) mit identischen Sprühverfahren auf die Innenseite des Glaskolbens (1) aufgebracht werden.