DE2150740C3 - Leuchtstofflampe hoher Intensität - Google Patents

Description

Strahlung im fernen Ultraviolett empfindlich ist und bei Bestrahlung durch Strahlung im fernen Ultraviolett Licht im sichtbaren Bereich oder im nahen Uhraviolett-Bereich mit hoher Intensität abgibt.

In der nachstehenden Beschreibung ist die Erfin dung an Hand einer beispielhaften Ausführungen m im Zusammenhang mit der Abbildung erläutert

Die Abbildung zeigt einen Vertikalsehuitt einer Leuchtstofflampe 10. Die Leuchtsiolflumpe 10 enthält einen evakuierten hermetisch verschlossenen Außenkolben 1? mil einer Quetschdichtung 12 an beiden Enden und Zuleitungen 13 durch diese Quetschdichtung. Im Innern des Außenkolbens 11 ist ein Inneiikoll in 14 mit einer länglichen Rohrform durch ein Paar sattelförmiger Klammern 13 gehalten, welche an den Halleteilen 16 befestigt sind. An den Enden des Innenkolbens 14 befindet sieh ein Paar Quetschdichtungen 18. Die Zuleitungen 13 sind durch die Quetschdichtungen 18 durchgeführt und enden in einem Paar von Entladungselektroden 19. Die Entladungselektroden 19 können konventionelle Elektroden für Leuchtstofflampen sein. Sie enthalten einen thermionische!! Heizfaden, der über die Zuleitungen 13 geschallet ist, und außerdem ein zugehor^es Paar von Anodenteilen 20, die bei Wechselstrom abwechselnd in Betrieb sind und denen dann jeweils der gegenüberliegend angebrachte Heizfaden als Kathode dient. Zur Vervollständigung des Strahlers tür fernes Ultraviolett als Teil der Leuchtstofflampe 10 enthält der Innenkolben 14 eine Füllung aus einer Menge 21 eines ionisierbaren verdampfbaren Metalls und einem Edelgas unter einem bestimmten Partialdruck. Ein Lcuchstoff 22 zur Aussendung von Licht im sichtbaren oder nahen Ultraviolett bei Bestrahlung durch Licht im fernen Ultraviolett ist praktisch auf dem gesamten inneren Teil des Außenkolbens II angebracht.

Der Leuchtstoff 22 wird vorzugsweise so gewählt, daß er besonders empfindlich ist für Suahlung in dem WeTlenlängenbereich des fernen Ultraviolelt zwischen 1600 A und ""300 A. Dadurch wird er bevorzugt angeregt durch den Strahler für das ferne Ultraviolett. Andererseits sind viele konventionelle Leuchtstoffe, die normalerweise durch die bekannten l.euehstofflampen mit einer Strahlung von vorwiegend 2537 A angeregt werden, noch weit empfindlicher gegenüber der Strahlung im fernen Ultraviolett im Bereich von 1600 bis 2300 A als gegenüber Strahlung bei 2537 Λ. Es können daher mit Vorteil auch konventionelle Leuchstoffe für Leuchtstofflampen als Leuchtstoff verwendet werden. Obwohl diese Leuchstoffe an sich bekannt sind, kann beispielsweise als Leuchstoff fur die Leuchstofflampe 10 ein Kalziumchlorofluorphosphat, aktiviert mit Antimon und Mangan, gemäß der Formel

durch Verwundung eines für diese Strahlung durchliissigen Innenkolbens 14, der aus Kunstquarz, Aluminiumoxid holier Dichte oder Saphir beutehen kann. Er enthalt ein geeignetes Elektrodenpaar zur Auf-

nähme der gewünschten Stromdichte. Außerdem -yird im Innenkolben 14 eine Menge oder Füllung eines verdampfbaren ionisierbaren Metalls vorgesehen, welches Quecksilber, Kadmium oder Zink sein kann, zusammen mit einem geeigneten Inertgas, beispieis-

weise einem der Edelgase Argon, Neon, Helium, Xenon oder Krypton. Die Betriebsparameter der Lampe werden so gesteuert, daß man eine Stromdichte von etwa 4 bis 25 A/cnr zwischen den Entladungseiektroden erhält. Die durch diesen Entladungsstrom er-

zeugte Warme wird so gesteuert, daß sie eine Verdampfung des Metalls im Innern der Leuchtstofflampe bewirkt, bei der ein Partialdruck des verdampften Metalls zwischen etwa IO"⁴ bis 1 Torr erzeugt wird. Der Druck des Inertgases wird auf einem Wert zwi-

sehen 1 und 20 Torr, vorzugsweise zwischen 2 und 5 Torr, gehalten.

Unter diesen Bedingungen.(ui d^-n Dampfdruck des erdampften Metalls und fur die Stromdichte der bnt-

3 [Ca₁(PO₄J₂] ■ Ca(F₀₇Qu)₂ : Sb, Mn verwendet werden, wenn sie für Ueleuchtungs/wecke dienen soll. Alternativ kann in der speziellen Ausfülirungsform der Leuchtstofflampe fur reprographische Zwecke mit einem erwünschten Emissionsspektrum im Bereich von 3600 bis 4200 A der Leuchtstoff beispielsweise Kalziumwolframat, Magnesiumsilikat, aktiviert mit Titan, oder Kalzium-Magnesiumsilikat, aktiviert mit Titan, enthalten. Diese Leuchtstoffe sind besonders empfindlich für Strahlung im fei neu I Htraviolett und geben Strahlung bei Wellenlängen zwischen etwa 3600 und 4200 A ab.

Die Strahlung im fernen Ultraviolett wird erhalten ladung wird das Metall zur Abgabe von Strahlung im fernen U. .aviolett des elektromagnetischen Spektrums angeregt. Wenn als Metall Quecksilber und als Edelga': Helium, Argon oder Neon verwendet werden, erfolgt die Emission hauptsächlich auf den Quecksilberlinien bei 1849 Λ und 1942 A. Wenn jo Krypton als Edelgas und Quecksilber als strahlendes Medium verwendet wird, geht das Krypton als mitabstrahlendcs und mitanregendes Element in den Strahlungsmechanismus ein, so daß die Intensität der Linie bei 1942 A stark erhöht wird und die Linie 1650 A auftritt. Wenn Kadmium oder Zink das strahlende Medium darstellen, dann wird Xenon als Edelgas bevorzugt. Wenn Kadmium verwendet wird, wird die Temperatur des Strahlers entsprechend gesteuert. Dies geschieht vorzugsweise durch Einfügung einer Abschirmung um die die Elektrode enthaltenden Enden des Innenkolbens 14. Hierdurch kann die Temperatur auf einen Wert von etwa 200 bis 400° C und vorzugsweise etwa 250 bis 350 C gesteigert werden. Unter diesen Bedingungen erfolgt die Emission hauptsächlich auf den Linien bei 21 H A, 2265 Ä und 22HH A. Wenn Zink als strahlendes Medium verwendet wird, wird eine ähnliche Steuerung der K.olbenwandtemperatur in der Umgebung der Eliektroden benutzt. Sie gestattet dann eine Betriebstemperatur im Bereich von etwa 250 bis 450' C und vorzugsweise 300 bis 400 C und führt zur Emission der Strahlung im fernen Ultraviolett von den Linien 2026 A, 2062 A uii'.¹ 2139 A. Vorzugsweise wird diese Emission mit Xenon als Edelgasantei! erhalten. Die Steuerung der Temperatur de:, Innenkolbens 14 füi den Strahler in der Umgebung der Entladungselcktroden 119 steuert die Temperatur des kältesten Teils der Kolbenwand und steuert wirksam den Partialdruck des aktiven strahlenden metallischen Bestandteils iin Innern der Lampe. Diese Steuerung ist notwendig, damit der richtige Druck des strahlenden Mediums vorhanden ist. Dann erhält man die richtige Kombination des Drucks und des Entladiingsstroms, um die gewünschte Strahlung zu erzeugen.

Wie beieits ausgefühlt, besteht der Innenkolben für den Strahler allgemein aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise aus Kunetquarz, Aluminiumoxid hoher Dichte oder Saphir. Anderer-

seits kann der äußere Außenkolben 11 aus weichem Glas oder aus dauerhafterem Hochtemperaturglas bestehen, da e^r von der hohen Temperatur isoliert ist. Er muß für sichtbare Strahlung durchlässig sein. Der Innenkolben 14 muß andererseits für Strahlung im fernen Ultraviolett durchlässig sein.

Als Entladungselektroden 19 können die konventionellen Elektroden für Leuchtstofflampen entsprechend der Abbildung verwendet werden. Diese sind ausreichend für den Betrieb der Lampen mit einer Stromdichte zwischen 1 und 5 A/cm . Für höhere Stromdichten wird eine thermionische Hohlkathode bevorzugt, die geeignet ist zur Erzeugung einer sofortigen Erregung der Hohlkathode und außerdem zur Erzielung der hohen Stromdichte der Betriebsart als Hohlkathode. Eine geeignete thermionische Hohlkathode besitzt ein Paar von symmetrischen gekrümmten Oberflächen, welche um die Längsachse der Kathode angeordnet sind und zwischen denen ein thermionischer Start-Heizfaden angebracht ist. Die aufgeteilten gekrümmten Oberflächen können z. B. halbzylindrische, konkave, konische oder im Winkel angebrachte Oberflächen sein. Der thermionische Heizfaden gewährleistet ein sofortiges Zünden und die Hohkathodenbetriebsart liefert eine hohe Strom- »5 dichte. Bei einer Entladungsstromdichte oberhalb 20 A/cm² ist es erwünscht, daß Hochtemperatur-Bogenentladungskathoden verwendet werden. In der USA.-Patentschrift 3 234 421 werden solche Elektroden mit Wolframdoppelwendel beschrieben. Bei Verwendung einer solchen Kathodenstruktur können Stromdichten bis etwa 100 A/cm² erreicht werden.

Obwohl in der Abbildung ein Innenkolben 14 dargestellt ist, ist ein solcher Kolben nicht unter allen Umständen erforderlich. Der Grund für die Doppelkolbenstruktur besteht darin, einen Schutz für den Leuchtstoff 22 zu erhalten und diesen gegen nachteilige Auswirkungen der Hochtemperatur und der Hochstromentladung und der ionisierten Bestandteile zu schützen. Dieser Schutz ist besonders erwünscht. wenn Kadmium und Zink als strahlendes Medium verwendet werden, da sie hohe Temperaturen erfordern. Dieser Schutz ist besonders erwünscht und unter Umständen sogar unerläßlich bei den sehr hohen Stromdichten, welche bei einigen Ausführungsformen erreichbar Kind. Für niedrige Stromdichten, beispielsweise im Bereich vcn 5 A/cm² oder darunter und besondere im Falle der Verwendung einer Bogenentladung in Quecksilberdampf besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Leuchtstoffes durch die Entladung. Unter solchen Umständen kann der Innenkolben 14 weggelassen werden und nur ein einziger Kolben verwendet werden. In diesem Falle sollte dann der einzige verbleibende Kolben genügend feuerfest sein, um der Temperatur der Bogenentladung zu widerstehen und vorzugsweise wird Quarzglas verwendet.

Wenn eine Doppelkolbenstruktur verwendet wird,, ist es erwünscht, daß ein Wärmepuffer zwischen dem Innenkolben und dem Außenkolben vorgesehen wird. Im Falle der Quecksilbergascntladung, welche mit einer Betriebstemperatur von etwa 15 bis 120° C arbeitet, ist ein Wärmepuffer zur Beherrschung des Wärmeverlustes erwünscht. Demgemäß wird der Raum zwischen den beiden Kolben in einer solchen Ausfiihrungsform vorzugsweise mit Helium, Argon oder Stickstoff bei einem Druck zwischen 50 bis 500 Torr gefüllt. Im Falle von Kadmium und Zink als strahlendes Medium andererseits ist es erwünscht, daß der Raum zwischen den beiden Kolben evakuiert wird.

Infolge der erhöhten Empfindlichkeit der Leuchtstoffe für die Strahlung im fernen Ultraviolett, die von dem Strahler der Leuchtstofflampe ausgesandt wird, erhält man ein viel helleres Licht höherer Intensität bei einem vorgegebenen Leuchtstoff in den erfindungsgemäßen Leuchstofflampen im Vergleich zu konventionellen Leuchtstofflampen. Beispielsweise wurde eine Leuchtstofflampe hergestellt unter Verwendung eines leuchtstoffbeschichteten Teils aus einer Lampe der General Electric Company mit der Typenbezeichnung F-15 C8CW und einem Außendurchmesser von 25 mm, einem Innendurchmesser von 23 mm und einer Länge von 26 cm. Die Leuchtstoffschicht bestand aus einem Kalziumchlorofluorophosphat-Leuchstoff, aktiviert mit Antimon und Mangan. Der Innenkolben 14 für die Gasentladung besaß einen äußeren Durchmesser von 16 mm, einen Innendurchmesser von 14 mm und einen Elektrodenabstand von 23 cm. um eine Konstruktion gemäß der Leuchtstofflampe 10 der Abbildung zu erhalten. Die Lampe zeigte eine Helligkeit (Leuchtdichte) des sichtbaren Lichtes von etwa 85 000 asb. Dies wurde erreicht mil konventionellen Elektroden und ist zu vergleichen mit der maximal erzielbaren Helligkeit von etwa 26 600 bis 37 200 asb, wie sie bei konventionellen Leuchtstofflampen erreicht werden kann. Erfindungsgemäß konstruierte Lampen mit thermionischen Hohlkathoden und Doppelwendelheizfäden sind in der Lage, Intensitäten in der Größenordnung von etwa 160 000 bis 530 000 asb infolge der optimalen Hochstromeigenschaften der verbesserten Elektroden zu erzielen.

Vorstehend wurden neue und verbesserte ',euchtstofflampen hoher Intensität beschrieben, welche einen Strahler für das ferne Ultraviolett und Leuchtstoffe verwenden, welche für die Anregung durch Strahlung im fernen Ultraviolett und eine Emission im nahen Ultraviolett und im sichtbaren angepaßt sind. Solche Lampen zeigen die angenehme Farbwiedergabe von Leuchtstofflampen bei hohen Intensitäten, die mit den Intensitäten von Quecksilberdampflampen vergleichbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentensprüche:

1. Leuchtstofflampe hoher Intensität mit einem Ultraviolettstrahler, welche einen für sichtbares Licht durchlässigen, hermetisch verschlossenen und mit einer Leuchtstoffscliuht versehenen Außenkolben und einen hermetisch verschlossenen, für fernes Ultraviolett durchlässigen Innenkolben mit zwei darin angeordneten Elektroden to enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraviolettstrahler ein Strahler für das ferne Ultraviolett ist und der Innenkolben (14) eine Füllung zur Emission im fernen Ultraviolett bei Wellenlängen zwischen 1600 und 2300 A unter Anregung durch einen Entladungsstrom zwischen

4 und 25 A/cm² enthält und der Innenkolben (14) weiterhin eine ausreichende Menge eines verdampfbaren ionisierbaren Metalls zur Einstellung eines Partialdruckes zwischen 10 ' und I Torr und ao eine hinreichende Menge eines Edelgases für einen Partialdruck zwischen 1 und 20 Torr enthält, und der auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens (11) aufgebrachte Leuchtstoff (22) für Strahlung im fernen Ultraviolet empfindlich ist und bei Bestrahlung durch Strahlung im fernen Ultraviolett Licht im sichtbaren Bereich oder im nahen Ultraviolett-Bereich mit hoher Intensität abgibt.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den beiden Kolben einen Wärmepuffer bildet.

3. Leuchtstofflampe nach Anbruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die F'illung in dem Kolben (14) ein verdampfbares ionisierb^res strahlendes Medium der Gruppe bestehend aus Quecksilber, Kadmium und Zink enthält und das Edelgas eines der Gase der Gruppe bestehend aus Helium, Neon, Argon, Xenon und Krypton ist.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch +0 gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metall Quecksilber ist und das Edelgas Argon oder Krypton mit vorwiegender Strahlungsemission bei 1942 A ist.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Metall Kadmium oder Zink und das Edelgas Xenon ist und die Strahlungsemission im Bereich zwischen 2000 und 2300 A liegt.

6. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (22) empfindlich ist für anregende Strahlung im fernen Ultraviolett mit einer Wellenlänge unterhalb 2000 A.

7. Verwendung der Leuchtstofflampe nach An-Spruch 3 für reprographische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (22) empfindlich ist für Strahlung im fernen Ultraviolelt mit einer Wellenlänge zwischen etwa 1600 und 2300 A und Strahlung im Bereich von etwa 3600 bis 4200 A abgibt.

8. Verwendung der Leuchtstofflampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (22) aus der Gruppe, bestehend aus Kalziumwolframat, Magnesiumsilikat und Kaiziiim-Magnesiumsilikat ausgewählt ist.

Die Erfindung betrifft Leuchtstofflampen hoher I,uensilt welchleinen Ultraviolettstrahler, einenfur chSres Licht durchlässigen, hermetisch verschlossicniparc» ^ < 1 euchtstoffscbicht versehenen

AÜKnktfbSun einen hermetisch verschlossenen. Arnes Ultraviolett durchlässigen Innenkolben nut zwei darin angeordneten Elektroden enthalten ^ZWVotkannfe Leuchtstofflampen (vgl-Journjjder ODtical Society of America, Band 27, 193/, Januar, N? I Sehen 11 bis 23) sind allgemein so konstruiert, daß hre Arbeitsweise auf dem Mechanismus der Anicguni von Leuchtstoffen durch eine Bogenentladung »⁸S-I.silbcrd«mpf mit geringer Stromdichte beruht wobei du· Leuchtstoffe sichtbares licht abstrahlen Wegen der Pauw■·■'*■ Jcr verwendeten Queeksilbereniladung ist die Strahlung der Bogenentladung praktisch im ultravioletten Spektrum im Bereich der charakteristischen Emissionslinie des Quecksilbers bei TS37A konzentriert. Obwohl diese Strahlung ausreichend .st. um Leuchtstoffe zu einem relativ hohen Wirkungsgrad anzuregen, so daß solche Leuchtstofflampen einen Wirkungsgrad von bis zu etwa SO Lumen Watt erreichen können, können diese Leuchtstofflampen wegen ihrer relativ geringen Helligkeit besonders im Gebiet der Beleuchtung ,m Freien nicht mit Hochleistungs-Bogenentladungs amnen konkurrieren. So geben beispielsweise Quecksilberdampflampen mii einem Wirkungsgrad von nur etwa 55 Lumen/Watt bei einem vorgegebenen Volumen infolge ihrer größeren Lichtintensität eine viel größere Lichtmenge ab als solche Leuchtstofflampen. LJm eine Leuchtstofflampe zu erhalten, die bezüglich der Gesamtlichtleistung einer Bogenentladungshchtquelle äquivalent ist, ist ein viel größerer Kolbenquerschnitt erforderlich. Leuchtkörper, die fur die Aufnahme eines solchen größeren Querschnittes konstruiert sind sind bedeutend größer und daher viel zu schwer und zu kostspielig. Daher waren Leuchtstofflampen infolge der Unerreichbarkeit einer größeren Ausgangsleistung pro Einheit der Querschnitts lache bisher nicht konkurrenzfähig mit den erhältlichen Gasentladungslampen.

E< ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leuchtstofflampen hoher Intensität zu schaffen, die ohne Verringerung der Gesamtlichtleistung cm beträchtlich verringertes Volumen besitzen.

Mit der Erfindung sollen verbesserte Leuchtstofflampen für reprographische Zwecke erhalten werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Leuchtstofflampe hoher Intensität mit einem Ultraviolettstrahler gelöst, welche einen für sichtbares Licht durchlässigen, hermetisch verschlossenen und mit einer Leuchtstoffschicht versehenen Außenkolben und einen hermetisch verschlossenen, für fernes Ultraviolett durchlässigen Innenkolben mit zwei darin angeordneten Elektroden enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ultraviolettstrahler ein Strahler für das ferne Ultraviolett ist und der Inncnkolben eine Füllung zur Emission im fernen Ultraviolett bei Wellenlangen zwischen 1600 und 2300 Ä unter Anregung durch einen Entladungsslrom zwischen 4 und 25 A/ cm² enthält und der Inncnkolben weiterhin eine ausreichende Menge eines verdampfbaren ionisierbaren Metalls zur Einstellung eines Partialdruckes zwischen 10"·¹ und I Torr und eine hinreichende Menge eines Edeigases für einen Partialdruck zwischen 1 und 20Torr enthält, und der auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens aufgebrachte Leuchtstoff für