DE202005018335U1

DE202005018335U1 - Bräunungslampe mit UV-emittierendem Leuchtstoffgemisch

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Publication number: DE202005018335U1
Application number: DE202005018335U
Authority: DE
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Jw Sales De GmbH
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-11-23

Abstract

Bräunungslampe mit einer Strahlungsquelle und einer Leuchtstoffbeschichtung, die mindestens einen UVA- emittierenden Leuchtstoff und mindestens einen UVB-emittierenden Leuchtstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass als UVA-emittierende Leuchtstoff YPO₄:Ce und als UVB-emittierende Leuchtstoff ein Leuchtstoff aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO4:Ce ausgewählt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bräunungslampe mit einem UV-emittierendem Leuchtstoffgemisch. Derartige Bräunungslampen werden zur kosmetischen und therapeutischen Behandlung der menschlichen Haut eingesetzt. Sie umfassen eine Quelle für die kurzwellige Primärstrahlung und eine Leuchtstoffbeschichtung, Die primäre Strahlungsquelle erzeugt eine sehr kurzwellige UV-Strahlung mit einer Wellenlänge im fernen W-Bereich (Vakuum-UV) im Bereich von 185 bis 254 nm. Der kurzwellige UV-Strahlungsanteil wird von den Leuchtstoffen in der Leuchtstoffbeschichtung absorbiert und als langwelligere UVA- und UVB-Strahlung ausgesendet.
Dazu umfasst die Leuchtstoffbeschichtung mindestens einen UVA- emittierenden Leuchtstoff und mindestens einen UVB-emittierenden Leuchtstoff.
Moderne Bräunungslampen sind im allgemeinen Quecksilber-Niederdrucklampen, in denen die primäre Strahlungsquelle eine Quecksilber-Niederdruck-Gasentladung ist.
Bekannt sind aber auch Edelgas-Niederdruck- Entladungslampe mit einem im wesentlichen mit Edelgas befülltem Entladungsgefäß.
So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE10023504 A1 eine Edelgas-Niederdruck-Entladungslampe zur Erzeugung ultravioletten Lichts, insbesondere für kosmetische oder therapeutische Zwecke, bekannt. Sie hat ein mit Edelgas befülltes, zumindest partiell UV-lichtdurchlässiges Entladungsgefäß, das zumindest partiell mit einem Leuchtstoff beschichtet ist, bei der Anregung mit einem im Entladungskörper produzierten Anregungslicht UV-Licht abstrahlt, um einen gewünschten Spektralbereich zu nutzen.
Als weitere andere Strahlungsquellen sind dielektrisch behinderte Barriere-Entladungen und UV-Dioden bekannt.
Konventionelle Bräunungslampen werden nur mit einem UVA-Leuchtstoff ausgestattet und senden hauptsächlich UV-A-Strahlung und nur einen kleinen Anteil von 0, 5 bis 5% UV-B-Strahlung aus.
Zur Umwandlung dieser kurzwelligen UV-Strahlung in eine Strahlung des gewünschten Frequenzbereichs der Lampe ist den Glaskörpern innenseitig ein Phosphor genannter Leuchtstoff aufgeschlämmt, der eine spezifische spektrale Energieverteilung der Emission besitzt, die im allgemeinen unabhängig vom Anregungsvorgang ist. Leuchtstoffe haben meist eine kristalline Struktur und sind hinsichtlich ihrer Korngröße und Schichtdicke optimiert. Je nach Anwendungszweck der Gasentladungsröhre, d. h. je nach gewünschtem Spektrum, werden unterschiedliche Leuchtstoffe verwendet.
Die für Bräunungszwecke typischerweise eingesetzten Quecksilber-Niederdruckentladungslampen enthalten einen oder zwei Leuchtstoffe aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce, LaPO₄:Ce und BaSi₂O_S:Pb. Diese Leuchtstoffe senden ausschließlich UVA-Strahlung aus, wobei deren Spektrum von den Hg-Linien bei 405, 435 und 546 nm überlagert wird.
Die mit Bräunungslampen erhaltenen Resultate, insbesondere die Hautfarbe und die Dauer der Bräunung hängen vor jedoch allem von der spektralen Leistungsverteilung der UV-Strahlung ab, da sowohl die Hautrötung (Erythema) als auch die direkte und indirekte Pigmentierung der Haut eine starke Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingestrahlten UV-Lichts zeigen.
Der Schlüssel zur Bräunung liegt in den unterschiedlichen Eigenschaften der kurzwelligen UVB-Strahlung und der langwelligen UVA-Strahlung. Für eine attraktive und langanhaltende Bräunung der Haut wird sowohl UVB- als auch UVA-Strahlung gebraucht.
Die menschliche Haut setzt sich aus verschiedenen Schichten zusammen. UV-A, das auf die Haut trifft, dringt bis in das Bindegewebe und die Lederhaut ein. In der Keimschicht, der untersten Schicht der Oberhaut, liegen die Melanozyten, die das Farbpigment Melanin produzieren. Das Melanin wandert an die Hautoberfläche und trifft da auf UV-A und Sauerstoff, der über das Blut in die Hautzelle gelangt. Durch die jetzt einsetzende Reaktion wird das Melanin getönt und die Haut nimmt die begehrte Sonnenbräune an. Dieser Vorgang wird als direkte Pigmentierung bezeichnet.
Etwas anders funktioniert die indirekte Pigmentierung, bei der UV-B die Hauptrolle spielt. Bereits in niedriger Dosierung steigert UV-B in den Melanozyten die Produktion von Melanin. Dadurch gelangt insgesamt mehr Melanin an die Hautoberfläche und das UV-A und der Sauerstoff bräunen die Haut über die direkte Pigmentierung bedeutend intensiver.
Während das UV-A also für die schnell sichtbare Bräunung verantwortlich ist, sorgt erst das UV-B dafür, dass die Bräunung intensiviert und gefestigt wird Deshalb wird bei manchen Lampentypen ein zusätzlicher UV-B- Leuchtstoff hinzugeführt, um das Spektrum der Lampen in gewünschter Weise zu verändern. Das Spektrum der Lampen wird üblicherweise mit folgenden Verhältnissen ausgedrückt: UV-B/UV-A, UV-A₁/UV-A₂ und Erythema-B/Erythema-A. Dabei bewegen sich die Größen üblicherweise in folgenden Wellenlängenbereichen: UV-A₁ = 340 bis 400 nm, UV-A₂ = 320 bis 340 nm, Erythema-B = 280 bis 320 nm, Erythema-A = 320 bis 400 nm, UV-B = 280 bis 320 nm. Diese Lampen zeigen ein erythemisches Effizienzspektrum, das dem der Sonne sehr ähnlich ist.
Obwohl bereits große Fortschritte im Bereich der Bräunungslampen gemacht wurden, weisen sie immer noch eine Reihe von Nachteilen auf, die direkt mit der Verwendung der Leuchtstoffe verbunden sind.
Ein Aspekt ist das Nachlassen der Effizienz der Leuchtstoffe mit der Betriebsdauer, das die Lebensdauer der Lampen insgesamt begrenzt.
So bildet sich z. B. durch Wechselwirkung des Quecksilbers mit bestimmten Leuchtstoffen, eine UV-Licht- absorbierende Schicht, die die UV-Lichtausbeute während der Lebensdauer der Lampe stark reduziert.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bräunungslampe zur Verfügung zu stellen, welche sich insbesondere für kosmetische und therapeutische Zwecke eignet und die eine lange Lebensdauer hat.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Bräunungslampe mit einer Strahlungsquelle und einer Leuchtstoffbeschichtung, die mindestens einen UVA-emittierenden Leuchtstoff und mindestens einen UVB-emittierenden Leuchtstoff umfasst, wobei als UVA-emittierende Leuchtstoff YPO₄:Ce und als UVB-emittierende Leuchtstoff ein Leuchtstoff aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO₄Ce ausgewählt ist. Durch die Beschichtung der Lampe mit dem UVA- Leuchtstoff YPO₄:Ce und einem UVB-emittierende Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO₄Ce in der Leuchtstoffbeschichtung wird eine Lampe mit einer erhöhten Langzeitstabilität der Lumenausbeute und des UVA/UVB -Verhältnisses erhalten.
Diese Leuchtstoffe besitzen eine hohe Effizienz bei VUV-Anregung insbesondere im Bereich von 140 bis 190 nm, in dem die Edelgas-Entladungslampen hauptsächlich emittieren, und ihr Emissionsband liegt im UVA- (315–400 nm) und/oder UVB-Bereich (280–315 nm) mit jeweils einer eher geringen Breite, so dass die Emission in einem Bereich konzentriert werden kann, in dem z. B. die Bräunungseffizienz besonders hoch ist. Durch die Anwendung einer Kombination eines UV-B-Leuchtstoffs YPO₄:Ce und eines UV-A- Leuchtstoffs aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO4:Ce können die Spezifikationsparameter der Lampe so eingestellt werden, dass sich die gewünschte Annäherung an ein bestimmtes gewünschtes Spektrum ergibt.
Über die Lebensdauer der Lampe gesehen, ergibt sich damit eine 30%ige Verbesserung bei der direkten und der indirekten Pigmentierung.
Die Bräunungslampe kann nach einer Ausfährungsform einen zusätzlichen UVA-emittierenden Leuchtstoff SrB₄O₇:Eu in der Leuchtstoffbeschichtung enthalten.
Bevorzugt enthält die Leuchtstoffbeschichtung YPO₄:Ce in einer Menge von > 50 Gewichtsprozent.
Üblicherweise ist die Strahlungsquelle eine Quecksilber-Niederdruckgasentladung. Alternativ kann die Strahlungsquelle eine Edelgas-Niederdruckentladung oder eine dielektrisch behinderte Barriereentladung sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der UVA-emittierende Leuchtstoff in einer ersten Schicht der Leuchtstoffbeschichtung und der UVB-emittierende Leuchtstoff in einer zweiten Schicht der Leuchtstoffbeschichtung enthalten sein. Bevorzugt werden die Leuchtstoffe eine Korngröße 0,5 μm < d < 20 μm eingesetzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur weiter erläutert.
1 zeigt beispielhaft eine Niederdruckgasentladungslampe 10 mit Quecksilberfüllung.
In der gezeigten Ausführungsform besteht die Gasentladungslampe aus einem rohrförmigen Lampenkolben 12 in Stab-, Ring oder U-Form, der das Gasentladungsgefäß für die Niederdruck-Quecksilber- Gasentladung bildet.
Auf den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes 12 sind zwei Elektrodendurchführungen 14 mit den Elektroden 18, vorgesehen, über die die Gasentladung gezündet werden kann. Eine Elektrodendurchführung enthält einen Vakuumstutzen 16, durch den das Gasentladungsgefäß evakuiert und mit einer geringen Menge Quecksilber befüllt wird. Die Elektroden 18 sind mit den Zuleitungsdrähten 19, 20 in den Elektrodendurchfährungen befestigt. Das röhrenförmige Entladungsgefäß 12 ist durch zwei Kappen 21 geschlossen. Als Anschluss dienen Zweistiftsockel 22.
Das Glasrohr enthält neben einer Edelgasfüllung aus Argon eine geringe Menge Quecksilber bzw. Quecksilberdampf, der unter Betriebsbedingungen zum Leuchten angeregt, die Hg-Resonanzlinien bei den Wellenlängen von 185,0 nm, 253,7 nm, 406 nm und 436 nm emittiert.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Leuchtstoffbeschichtung aus zwei Leuchtstoffschichten besteht.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Innenseite des Glasrohrs mit einer ersten Leuchtstoffschicht 24 versehen. Der erste Leuchtstoffschicht 24 enthält einen UVB-Strahlung emittierenden Leuchtstoff oder ein UVB-Strahlung emittierendes Leuchtstoffgemisch. Die Innenseite der ersten Leuchtstoffschicht ist mit einer zweiten Leuchtstoffschicht 25, die den UVA- Leuchtstoff YPO₄:Ce allein oder in einem Gemisch mit weiteren UVA-Leuchtstoffen enthält, versehen.
Alternativ kann Leuchtstoffßeschichtung aus nur einer Leuchtstoffschicht auf der Innenwand des Gasentladungsgefäßes, die den UVA-Leuchtstoff zusammen mit dem durch UVB- Leuchtstoff enthält, bestehen. Die Leuchtstoffschicht kann auch noch ein Füllmittel enthalten, das üblicherweise der Leuchtstoffschicht zugesetzt wird, um eine gleichmäßige Lichtabstrahlung zu erreichen.
Bevorzugt wird der UVA-Leuchtstoff YPO₄:Ce in einer Menge von < 50 Gew.-% bezogen auf den gesamten Leuchtstoffgehalt der Leuchtstoffbeschichtung zugesetzt.
Die Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe umfasst weiterhin Mittel zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Niederdruck- Quecksilbergasentladung, wie z. B. Drossel und Starter.
2 zeigt einen Schnitt durch die Lampe gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II, um zu veranschaulichen, dass in dieser Ausführungsform der Erfindung der UVA-Leuchtstoff und der UVB-Leuchtstoff in zwei getrennten Schicht der Leuchtstoffbeschichtung 24, 25 in dem Entladungskörper 12 angeordnet sind.
Der UVA-Strahlung emittierende Leuchtstoff YPO₄:Ce oder das UVA-Strahlung emittierende Leuchtstoffgemisch mit YPO₄:Ce absorbiert die von der Niederdruckquecksilberentladung emittierte Strahlung und wandelt sie in UVA-Strahlung mit einer Wellenlänge von 320 bis 400 nm um.
Jeder Leuchtstoff besteht grundsätzlich aus einem Wirtsgitter, das mit einigen Prozent eines Aktivators dotiert ist. Das Wirtsgitter des YPO₄:Ce ist ein anorganisches sauerstoffhaltiges Material, ein Yttrium-ortho-Phosphat. Der Aktivator ist dreiwertiges Cer Ce(III).
In Verbindung mit dem UVA-Leuchtstoff YPO₄:Ce ist als weiterer UVA-Leuchtstoff SrB₄O₇:Eu besonders geeignet.
Ein UVB-Leuchtstoff ist ein Leuchtstoff, dessen Absorptionsmaximum im VUV-Bereich zwischen 105 und 200 nm liegt und der im UVB-Bereich zwischen 280 und 320 nm emittiert.
Geeignete UVB-Strahlung emittierende Leuchtstoffe gemäß der Erfindung sind LaPO₄:Ce oder SrAl₁₂O₁₉:Ce allein oder mit weiteren Leuchtstoffen gemischt, um das Verhältnis UV-B/UV-A zu justieren.
Durch geeignete Wahl der Leuchtstoffe kann man der UV-Strahlung der Niederdruckgasentladungslampe jede gewünschtes UVA/UVB-Verhältnis geben, um eine optimale Bräunungslampe herzustellen.
Diese Leuchtstoffe werden bevorzugt mit einer Korngrößenverteilung im mittleren Korngröße von 0,5 bis 20 μm eingesetzt.
Die Korngrößenverteilung wird bestimmt durch die Eigenschaften des Leuchtstoffes UV-Strahlung zu absorbieren und sichtbare Strahlung sowohl zu absorbieren als auch zu streuen, aber auch durch die Notwendigkeit, eine an der Glaswand fest haftende Leuchtstoffschicht zu bilden. Die letztgenannte Forderung wird nur von sehr kleinen Körnern erfüllt, deren Lichtausbeute allerdings geringer ist als die etwas größerer Körner.
Die optimale Dicke der Leuchtstoffschicht auf dem Innenkolben liegt bei 30 bis 50 μm. Denn einerseits darf die Schicht nur so dünn sein, dass noch genügend UV-Strahlung absorbiert wird, aber auch nur so dick, dass nicht zuviel der sichtbaren Strahlung, die in den innen liegenden Körnern der Leuchtstoffschicht entstanden ist, absorbiert wird Die Herstellung der Leuchtstoffe erfolgt üblicherweise durch eine Festkörperreaktion aus den Ausgangsverbindungen als feinkörnige Pulver mit einer Korngrößenverteilung zwischen 0,5 und 10 μm.
Um UV-Leuchtstoffe mit einer Korngröße im feinkörnigen Bereich zwischen 0,5 und 1 μm herzustellen, kann ein Sol-Gel- Verfahren verwendet werden. Nach einer ersten Variante des Sol-Gel- Verfahrens werden die Acetate der Aktivatormetalle und der Metalle des Wirtsgitters in Diethylenglykol oder einem Diethylenglykol-Wassergemisch gelöst und mit einer Verbindung des Anions des Leuchtstoffes gefällt. UV-Leuchtstoffe mit einem Phosphat -Wirtsgitter können nach einer weiteren Variante des Sol-Gel-Verfahrens in einem organischen Phosphat (Phosphorsäureester) als Lösungsmittel als Pulver mit einer Korngröße im Nanobereich synthetisiert werden.
Die Leuchtstoffe werden auf die Gefäßwände des Gasentladungsgefäßes üblicherweise mittels eines Flutungsverfahrens aufgebracht. Die Beschichtungssuspensionen für die Flutung enthalten Wasser oder eine organischen Verbindung wie Butylacetat als Lösungsmittel. Die Suspension wird durch Zugabe von Hilfsmitteln, z. B. Cellulosederivaten, Polymethacrylsäure oder Polypropylenoxid, stabilisiert und in ihren rheologischen Eigenschaften beeinflusst. Üblicherweise verwendet man noch weitere Additive, wie z. B. Dispergiermittel, Entschäumer und Pulverkonditionierer, wie Aluminiumoxid, Aluminiumoxinitrid oder Borsäure. Die Leuchtstoffsuspension wird als dünne Schicht auf die Innenseite des Gasentladungsgefäßes gegossen, gespült oder gesprüht. Die Beschichtung wird anschließend mit Heißluft getrocknet und bei 600°C eingebrannt. Die Schichten haben im allgemeinen eine Schichtdicke von 1 bis 50 μm.
Wenn eine Wechselstromspannung an die Elektroden angelegt wird, kann in der quecksilber- oder edelgas -haltigen Gasfüllung eine elektrische Gasentladung gezündet werden. Dadurch bilden sich ein Plasma mit Gasatomen oder Molekülen, die angeregt oder ionisiert sind. Bei der Rückkehr der Atome in ihren Grundzustand sowie bei der Rekombination von Elektronen und Ionen wird ein mehr oder weniger großer Teil der potentiellen Energie in UV- Strahlung der Wellenlängen 104 nm (Ar), 106nm (Ar), 185 nm (Hg), 254 nm(Hg) und in sichtbare Strahlung umgewandelt.
Diese Umwandlung von Elektronenenergie in UV- Strahlung erfolgt in der Quecksilberniederdruckgasentladung sehr effizient.
Die erzeugten VUV-Photonen mit einer Wellenlänge von Wellenlängen 104 nm (Ar), 106 nm (Ar) und 185 nm (Hg) werden von dem UV-- Leuchtstoff absorbiert und die Anregungsenergie wird in dem längerwelligen UVA und UVB-Bereich des Spektrums wieder abgegeben. Das Wirtsgitter beeinflusst die genaue Lage der Energieniveaus des Aktivatorions, und infolgedessen das Emissionsspektrum.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
Für die Leuchtstoffbeschichtung wurde YPO₄:Ce mit einem Dispergiermittel in Butylacetat suspendiert und mittels eines Flutungsverfahrens auf die Innenseite eines vorbereiteten Lampenkolbens aus Standardglas aufgetragen. Weiterhin wurden 10 ml einer Lösung von SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO4:Ce in Butylacetat mit Nitrocellulose als Binder auf die erste Leuchtstoffschicht aufgetragen und zu einer 500 nm dicken Schicht aufgetrocknet und bei 400°C ausgebrannt
Der beschichtete Lampenkolben wird in herkömmlicher Art und Weise zusammen mit Ballast und Starter auf einem gemeinsamen Sockel montiert.
Durch die Beschichtung der Lampe mit dem UV-A- Leuchtstoff YPO₄:Ce zusätzlich zu der SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO4:Ce -Leuchtstoffbeschichtung wird eine Niederdruckquecksilberentladungslampe für Bräunungszwecke mit einer erhöhten Langzeitstabilität der Lumenausbeute und des UVA/UVB-Verhältnisses erhalten.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
Für die Leuchtstoffbeschichtung wurden YPO₄:Ce und SrB₄O:Eu mit einem Dispergiermittel in Butylacetat suspendiert und mittels eines Flutungsverfahrens auf die Innenseite des vorbereiteten Lampenkolbens aus Standardglas aufgetragen. Weiterhin wurden 10 ml Lösung von LaPO₄:Ce in Butylacetat mit Nitrocellulose als Binder auf die erste Leuchtstoffschicht aufgetragen und zu einer 500 nm dicken Schicht aufgetrocknet und bei 400°C ausgebrannt
Der beschichtete Lampenkolben wird in herkömmlicher Art und Weise zusammen mit Ballast und Starter auf einem gemeinsamen Sockel montiert.
Durch die Beschichtung der Lampe mit dem UVA Leuchtstoff YPO₄:Ce zusätzlich zu der -Leuchtstoffbeschichtung mit SrB₄O₇:Eu wird eine Lampe mit einer erhöhten Langzeitstabilität der Lumenausbeute und des UVA/UVB-Verhältnisses erhalten.

Claims

Bräunungslampe mit einer Strahlungsquelle und einer Leuchtstoffbeschichtung, die mindestens einen UVA- emittierenden Leuchtstoff und mindestens einen UVB-emittierenden Leuchtstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass als UVA-emittierende Leuchtstoff YPO₄:Ce und als UVB-emittierende Leuchtstoff ein Leuchtstoff aus der Gruppe SrAl₁₂O₁₉:Ce und LaPO4:Ce ausgewählt ist.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffbeschichtung als weiteren UVA-emittierenden Leuchtstoff SrB₄O₇:Eu enthält.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffbeschichtung YPO₄:Ce in einer Menge von > 50 Gewichtsprozent enthält.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Quecksilber-Niederdruckgasentladung ist.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Edelgas-Niederdruckgasentladung ist.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine dielektrisch behinderte Barriereentladung ist.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der UVA-emittierende -Leuchtstoff in einer ersten Schicht der Leuchtstoffbeschichtung und der UVB-emittierende Leuchtstoff in einer zweiten Schicht der Leuchtstoffbeschichtung enthalten ist.
Bräunungslampe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffe eine Korngröße 0,5 μm < d < 20 μm haben.