DE2339181A1

DE2339181A1 - Leuchtstofflampe zur wirksamen anregung eines ausgeglichenen pflanzenwuchses

Info

Publication number: DE2339181A1
Application number: DE2339181A
Authority: DE
Inventors: Richard Corth
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1972-08-04
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1974-02-14
Also published as: NL7310744A; DE2339181C2; CA984439A; JPS4945581A; GB1438858A; US3992646A; NL178207B; BE803126A; NL178207C

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf. 1 · Schadow platz 9

Düsseldorf, 31. Juli 19

westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A. ______

leuchtstofflampe zur wirksamen Anregung
eines ausgeglichenen Pflanzenwuchses

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leuchtstofflampen zur Anregung des Planzenwuchses.

Allgemein ist es wünschenswert, daß die Lampe die Pflanze zu einem annähernd ausgeglichenen Wuchs anregt, so daß nicht beispielsweise verhältnismäßig lange, jedoch dünne Pflanzen wachsen, wie sie durch ungeeignete Blau-ZRotverhältnisse, hohe Wachstumsgeschwindigkeit (allgemein gemessen als Geschwindigkeit
der Zunahme des Trockengewichtes der Pflanze) und "Wirkungsgrad" (typischerweise gemessen als Wert, um den das Trockengewicht je V/att Eingangsleistung zunimmt) entstehen kann. Es v/urde festgestellt, daß ein ausgeglichener Pflanzenwuchs sich

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zwar mittels einer Lampe erzielen läßt, der/spektrale Verteilung das Sonnenlicht verdoppelt, daß eine solche Lampe jedoch sehr unwirksam ist, da Licht geliefert wird, das nicht benötigt wird, so daß es zu einem Energieverlust kommt. Beispielsweise wird grünes Licht allgemein reflektiert und nicht absorbiert. Eine Lampe zur Anregung des Pflanzenwuchses soll daher die richtigen i^nergioverhältnisse in den Teilen des Spektrums liefern, die auf

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Telegramme Custopat

den Pflanzenwuchs einwirken, jedoch keine Energie in Bereichen des Spektrums vergeuden, die den Pflanzenwuchs nicht beeinflussen .

Ein Beleuchtungssystem zur Anregung des Pflanzenwuchses, von dem allgemein Gebrauch gemacht wird, ist eine Zusammenstellung einer Cool White-Leuchtstofflampe und einer Glühlampe. Diese Zusainmensteilung hat sich als recht effektiv für den Pflanzenwuchs erwiesen, weist jedoch infolge der Verwendung von Glühlampen Nachteile auf. Die Glühlampen haben eine kürzere Lebensdauer und verschwenden einan großen Teil ihrer Energie in Form ungenutzter infraroter Strahlung.

Es sind auch Beleuchtungssysteme verwendet worden, die nur mit Leuchtstofflampen arbeiten. Eine solche "Pflanzenwuchs"-Lampe ist Gegenstand der US-PS 3 287 568, wonach weite Bereiche von Energieverhältnissen in den Spektralbereichen von rot zu dunkelrot (far red) zulässig sind. Dabei gibt die vorgenannte Patentschrift verhältnismäßig spezielle Verhältnisse in den Spektralbereichen und die Verwendung von mit Blei intensiviertem Calciumwolframat, gemischt mit durch Zinn aktiviertem Strontiumorthophosphat, an.

Ein weiteres Leuchtstofflampen-Pflanzenwuchs-System ist Gegenstand der GB-PS 1 231 633, die angibt, daß ein weiter Beiö.ch des Verhältnisses von rot zu dunkelrot zulässig ist. Diese Patentschrift lehrt eine Mischung von mit Zinn aktiviertem Strontiumcalciummagnesiumorthophosphat mit mit Mangan aktiviertem Magnesiumfluorgermanat, wobei die Leuchtstoffstrahlung im blauen und violetten Bereich vernachlässigbar ist, während die blaue und violette Strahlung der Lampe im wesentlichen vollständig von der Quecksilberdampfentladung stammt.

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Es wurde jetzt festgestellt, daß eine Leuchtstofflampe in wirksamer '.-ieise für einen ausgeglichenen Pflanzenwuchs nur dann sorgen kann, wenn Unergieverhältnisse in bestimmten Sereichen aes Spektrums nit einer verhältnismäßig engen Toleranz eingehalten werden. Darüber hinaus wurde im Gegensatz zu den bevorzugten Ausführungsformen nach üern Stand uer Technik festgestellt, daß ein vernaltnisnäßig hoher Anteil an Energie ira dunkelroten (far red) Bereich emitiert werden soll.

Eine Leuchtstofflampe zur wirksamen Anregung eines ausgeglichenen Pflanzenwuchses, mit einem lichtdurchlässigen Kolben, dessen Innenfläche nit einen Leuchtstoff als primärem lichterzeugenden Medium beschichtet ist, und einer Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung innerhalb des Kolbens, um den Leuchtstoff zu einem lichterzeugenden Zustand anzuregen, ist erfindungsgeinäß dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff bein Auftreten der Entladung durch den Kolben eine Strahlung iiiit. einer spektralen .energieverteilung aussendet, so daß die Energien in den 400 - 500 nirr, 590 - 640 mn-, 640 - 690 nin- und 69O - 800 nm-Bändern mindestens mit 15 %iger Genauigkeit ein Verhältnis von 0,3 : 1 :1 : 1 aufweisen. Vorzugsweise verwendet die Lampe etwa 9 5 Gewichtsprozent mit Zinn aktivierten Strontiuircalciummagnesiumorthophosphats und annähernd 5 Gewichtsprozent ir.it zweiwertigem Europium aktivierten Strontium-Chlorapatits.

Die Crfincung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. l teilweise iui Schnitt eine Seitenansicht einer iiiederdruck-.Juecksilberentladungslampe zur· Anregung eines ausgeglichenen Pflanzenwuchses nach der Erfindung; und

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Fig. 2 ein Diagraram der spektralen Energieverteilung einer Pflanzenwuchs-Leuchtstofflampe, das die bei verschiedenen Wellenlängen emittierte relative Energie erkennen läßt.

Es können zwar auch andere Typen von Entladungslampen wie Kochdruck—juecksilberlampen verwendet werden, urn Leuchtstoffe so anzuregen, daß sie die gewünschte spektrale Energieverteilung abgeben, jedoch wird einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampe der Vorzug gegeben. Fig. 1 zeigt eine Niederdruck-Quecksilberdarupf-Leuchtstofflampe lait einem herkömmlichen, langgestreckten, rohrförmigen Glaskolben 10, an dessen gegenüberliegenden Enden sich Elektroden 12 zur Aufrechterhaltung der Entladung befinden. Das aie Entladung aufrechterhaltende Material ist Quecksilber 14 sowie eine inerte Gasfüllung 16, wie das allgemein bekannt ist. An der Innenfläche des Kolbens 10 befindet sich eine Leuchtstoffschicht 18. Die Leuchtstoffschicht lü bildet dabei das primäre lichterzeugende Medium, während die Elektroden 12 gemeinsam mit den die Entladung aufrechterhaltenden Material die. Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung innerhalb des Kolbens 10 bilden. Die elektrische Entladung regt die Leuchtstoffscnicht zu einem lichterzeugenden Zustand an. Die Leuchtstoffschicht 18 und die elektrische Entladung können (durch den Kolben 10 hindurch) Strahlung rait einer spektralen Energieverteilung abgeben, so daß die Energien in aen 400 - 500 nm-, 590 - 640 nm-, 640 - 69O nm- und 690 - 800 nm-Bändern mindestens innerhalb etwa 15 % dem Verhältnis 0,3 : 1 : 1 : 1 entsprechen. Lampen mit dem vorstehend angegebenen Emissionsverhältnis führen zu einem beträchtlich besseren Pflanzenwuchs als die weitverbreiteten Leuchtstofflampen nach dem Stand der Technik. Bei Untersuchungen, in denen das trockene Pflanzengewicht gemessen wurde, ergab dia Verwendung der Lampe nach der vorliegenden Erfindung für Salat 50 % mehr Pflanzengewicht, über 55 % mehr Gewicht bei Mais und über 55 % mehr

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Gewicht für Tomatenpflanzen. Untersuchungen zeigten weiter, daß mit der Lampe nach der Erfindung bestrahlte Tomatenpflanzen 30 % mehr reife Früchte trugen.

Für die beste Leistung soll die Spektralverteilung sogar noch enger definiert werden. Vorzugsweise liegt die spektrale Energieverteilung innerhalb etwa 10 % der folgenden Werte: 3 % im 300 - 400 nm-Band_f 70 % im 400 - 500 nm-Band, 7 % im 500 - 550 nm-Band, 10 % im 550 - 590 nm-Band, 21 % im 590 - 640 nm-Band, 21 % im 640 - 690 nm-Band und 21 % im 690 - 800 nm-Band. Es sei darauf hingewiesen, daß die Energieemissionswerte in den Bändern mit 10 % oder weniger der Emission etwas weniger kritisch, jedoch immer noch wichtig für den Pflanzenwuchs sind, und daß überschüssige Emission in diesen Bändern praktisch vergeudet wird und den Lampen-Wirkungsgrad herabsetzt, wobei iia übrigen anzunehmen ist, daß sie auch eine Auswirkung auf den ausgeglichenen Pflanzenwuchs hat.

Eine Ausführungsform der· Lampe nach der Erfindung hat eine Leuchtstoffmischung, die hauptsächlich mit Stannozinn aktiviertes Strontiumcalciuimnagnesiumorthophosphat aufweist, ferner einen Leuchtstoff enthält, der hauptsächlich in dem blauen 400 - 500 nm-Band emittiert, wobei eine ausreichende Menge dieses blauemittierenden Leuchtstoffs eingeschlossen ist, um die spektrale Energieverteilung zu erzielen, die mindestens innerhalb etwa 15 % dem oben erwähnten Verhältnis 0,8:1:1:1 entspricht. Vorzugsweise enthält dieses Gemisch mehr als 80 Gewichtsprozent mit Zinn aktivierten Strontiumcalciummagnesiumorthophosphats. Vorzugsweise wird mit zweiwertigem Europium aktiviertes Strontium-Chlorapatit als blauemittierender Leuchtstoff verwendet. Eine mit einem Strontium-Chlorapatit-Leuchtstoff hergestellte Lampe würde etwa 90-98 Gewichtsprozent mit Zinn aktivierten Strontiummagnesiumorthophosphats und 2-10 Gewichtsprozent mit zweiwertigem Europium aktivierten Strontium-Chlorapatits enthalten.

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Vorzugsweise würde eine etwa 1,20 πι lange Leuchtstofflampe einen Leuchtstoff haben, der im wesentlichen aus etwa 95 Gewichtsprozent Strontiumcalciummagnesiumorthophosphats und etwa 5 Gewichtsprozent mit zweiwertigem Suropium aktiviertem Strontium-Chlorapatit besteht.

Mit Zinn aktiviertes StrontiumQalciummagnesiuiaphosphat kann hergestellt werden, indem ein Rohgeniisch mit etwa 2,3 Mol SrO, 1,0 Mol P₂°5' °'^{027 Mo1 Sn0}' °'^{3 Mo1 M}9° ^und °'^{300 M}°l ^{Ca0 bei}

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etwa 1150° C in einer 95 % Ii- - 5 % ^-Atmosphäre etwa zwei Stunden lang gebrannt wird.

Wenngleich das Strontium-Chlorapatit-Material als Wirt-Material für das zweiwertige Europium bevorzugt wird, so können doch andere Wirt-Materialien wie Aluminiumsilicat Verwendung finden. Ebenso können andere Aktivatoren für blauemifcierende Leuchtstoffe (beispielsweise mit Terbium aktiviertes Yttriumphosphat) verwendet werden. Ebenso können, wenngleich bevorzugt mit Zinn aktivierte Strontiumcaleiummagnesiumorthophosphate verwendet werden, mit Zinn aktivierte Strontiummagnesiumphophate Verwendung finden, insbesondere, wenn sie durch einen Leuchtstoff ergänzt sind, der allgemein im dunkelroten 690 - 800 nm-Bereich emittiert, wie mit Eisen aktiviertes Metaaluminat ,ebenso wie ein blauemiltierender Leuchtstoff, um geeignete Verhältnisse für die spektrale Energieverteilung zu erhalten.

Fig. 2 zeigt die spektrale Energieverteilung für eine 40 W-Pflanzenwuchs-Leuchtstofflampe mit 5 Gewichtsprozent mit zwei- > wertigem Europium aktivierten Strontium-Chlorapatits und 95 Gewichtsprozent Strontiumcalciummagnesiuraorthophosphats Gegenüber dem System aus "Cool White" und Glühlampenlicht oder gegen über den weitverbreiteten Pflanzenwuchs-Lampen erzeugten Lampen dieser Ausgestaltung wesentlich mehr Trockengewicht pro Watt:. Beispielsweise ergaben diese Lampen mehr als 26 % mehr Rettich

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("Cherry Belle") und 17 % mehr Milos ("Wheatland"). Ferner erzeugten die Lampen nach der Erfindung wehr als 20 % mehr ßlüten, wenn "Red Velvet"-Gloxinien untersucht wurden. Ferner hielten die Blüten unter den Lampen nach der Erfindung langer als unter den "Cool White"-Leuchtstofflampen in Verbindung mit Glühlampen. Diese längere Lebensdauer resultiert aus dem Fehlen starker IR-Strahlung, wie sie bei Glühlampen auftritt.

Die Lampe nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brfindung benötigt zwar verhältnismäßig teures Europium, die verwendete Menge ist jedoch sehr klein, da das Europium nur als Aktivator verwendet wird, und dies nur in dem Leuchtstoff, der nur etwa 5 % der Mischung ausmacht. Im Ergebnis ist das Gemisch billiger als das Magnesiumfluorgermanat-Gemisch nach dem Stand der Technik, bei dem eine beträchtliche Menge Germanium benötigt wird.

Patentansprüche:

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Claims

P a t e n t a ns ρ r ü c h e :

!Leuchtstofflampe zur wirksamen Anregung eines ausgeglichenen Pflanzenwuchses, mit einem lichtdurchlässigen Kolben, dessen Innenfläche mit einem Leuchtstoff als primärem lichterzeugendem Medium beschichtet ist, und einer Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung innerhalb des Kolbens, um den Leuchtstoff zu einem lichterzeugenden Zustand anzuregen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff beim Auftreten der Entladung durch den Kolben eine Strahlung mit einer spektralen Energieverteilung aussendet, so daß die Energien in den 400 - 500 nm-, 590 - 640 nm-, 640 - 690 nm- und 69O - 800 nm-Bändern mindestens mit 15 %iger Genauigkeit ein Verhältnis von 0,8 : 1 : 1 : 1 aufweisen.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Energieverteilung so gewählt ist, daß die Energie in den einzelnen Bändern mindestens innerhalb etwa 10 % der folgenden Werte liegt: 300 - 4OO nm = 3 %, 4OO - 500 nm = 17%, 500 - 550 nm = 7 %, 550 - 590 nm = 10 %, 590 - 640 nm = 21 %, 640 - 690 nm = 21 % und 690 - 800 nm = 21 %.
3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff hauptsächlich mit Btannosinn aktiviertes Strontiumcalciumniagnesiuraorthophosphat enthält und ain hauptsächlich im 400 - 500 nxt-Band ernitt ie render Leuchtstoff in dem Leuchtstoff enthalten ist, uin die spektrale Lnergieverteilung von 0,8 : 1 : 1 : 1 mit mindestens etwa 15 %icer Genauigkeit zu erzielen.
4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff iivi wesentlichen 90 - 93 Gewichtsprozent mit Zinn aktivierten Strontiuit'CalCiummagnesiujTiortiiopiiospliats and 2-10 Gewichtsprozent nit zweiwertigem Europium aktivierten Strontium-Chlorapatits enthält.

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Laucntstofflarape nach Anspruch 4, mit einem etwa 1,20 ία langen Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff iiu wesentlichen aus etwa 95 Gewichtsprozent Strontiumcalciummagnesiumorthophosphats und etwa 5 Gewichtsprozent , mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontium-Chlorapatit besteht.

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