DE2446479A1

DE2446479A1 - Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2446479A1
Application number: DE19742446479
Authority: DE
Inventors: Lambertus Wilhelmus Jo Manders; Dragutin Radielovic; Judicus Marinus Piet Verstegen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-09-28
Publication date: 1975-04-17
Also published as: US3937998A; NL164697C; FI288474A; AT355135B; IN142786B; DK518174A; CA1033158A; IL45766A; NO144553C; FR2246977A1; NO743577L; IL45766A0; DE2446479B2; DE2446479C3; BR7408172D0; SE392656B; ES430660A1; NL7313694A; FR2246977B1; JPS5061887A

Description

A UER . kin 7137

DEEN/RJ

Anme;·.: j;:.j vom«

Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckquecksilberdampf entladungslampe mit einer Hülle, die Quecksilber und Edelgas enthält, und mit Elektroden, zwischen denen beim Betrieb die Entladung erfolgt, und mit einer Leuchtschicht versehen ist, die bei Anregung durch die
in der Quecksilberdampfentladung erzeugte Ultraviolettstrahlung sichtbares Licht ausstrahlt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine derartige, für allgemeine Beieuchtungszwecke bestimmte Lampe, bei der die
Färbtemperatur der ausgesandten Strahlung einen ¥ert
zwischen 2300 und 8OOO K besitzt, und mit der sowohl

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ein hoher Lichtstrom als auch eine gute Farbwiedergabe erreicht wird.

In einem vor kurzem vevüffentlichten Artikel von M.Koedam und J.J.Opstelten in "Lighting Research and Technology", Vol.3, Nr. 3(1971), Seite 205, wird nachgewiesen, dass eine gute Farbwiedergabe eines Gegenstandes durch Anstrahlen des Gegenstandes mit Strahlung erreicht wird, deren Spektralverteilung aus drei Spektrallinien besteht. Unter einer guten Farbwiedergabe sei hier verstanden, dass der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra (siehe die Veröffentlichung C.I.E. Nr. 13» 1965, der Commission Internationale de l'Eclairage) einen hohen ¥ert, z-^B. 80 oder höher, besitzt. Um diese gute Farbwiedergabe zu erreichen, müssen die erwähnten Spektrallinien in drei spezifischen Spektralbereichen liegen, nämlich eine Linie im blauen Bereich des Spektrums zwischen h55 und kS5 nm, eine Linie im grünen Bereich des Spektrums zwischen 525 und 560 nm und eine Linie im roten Bereich des Spektrums zwischen 595 und 620 nm« Die optimale Lage jeder dieser Linien in den erwähnten Spektralbereichen wird durch die erwünschte Farbtemperatur der Strahlung bestimmt, in dem Sinne, dass mit fallenden Werten der Färbtemperatur die optimale Lage der drei Spektrallinien bei grösseren Wellenlängen in den drei Bereichen gefunden wird. Durch eine geeignete

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Wahl der Lage der drei Spektrallinien können, vie sich aus dem Artikel von Koedam und Opstelten ergibt, Werte der Farbtemperatur von ungefähr 68ΟΟ und 2300 K erreicht werden, wobei der Farbwiedergabeindex in allen Fällen einen Wert von 79 oder höher besitzt.

Es ist sehr erwünscht, das oben beschriebene Prinzip einer Strahlenquelle, die in drei Spektrallinien emittiert, in praktischen Lampen anzuwenden, weil dabei eine gute Farbwiedergabe in Verbindung mit einem hohen Lichtstrom verwirklicht werden kann. Namentlich wird dann ein Lichtstrom erreicht, der grosser ist als der der bekannten Lampen mit guter Parbwiedergabe, die eine kontinuierliche Spektralverteilung der ausgesandten Strahlung besitzen. Die erwähnte praktische Anwendung ist, z.B. in Niederdruckquecksilberdampfe~ntladungslampen mit Leuchtstoffen möglich, die die gewünschten Emissionen aufweisen.

Bei Anwendung von Leuchtstoffen in einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe für den genannten Zweck muss damit gerechnet werden, dass die meisten Leuchtstoffe keine Linienemission aufweisen. Viele derartige Stoffe emittieren in einer verbreiterten Linie oder in einem Band. Weiter ist es möglich, dass ein Leuchtstoff in einer Gruppe von Linien, die zusammen ein Emissionsband bilden können, in mehreren Liniengruppen oder in mehreren Emissionsbändern emit-

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tiert. Es hat sich gezeigt, dass auch mit derartigen von der Linienform abweichenden Spektralverteilungen eine gute Farbwiedergabe möglich ist. Eine Bedingung dabei ist jedoch, dass kein oder nur ein geringes Überlappen zwischen den Emissionen in den drei oben erwähnten Spektralbereichen auftritt. Eine Bedingung ist daher» dass die im grünen und die im roten Bereich lumineszierenden Stoffe ihre Emission im wesentlichen im Wellenlängenbereich zwischen 520 und 5^5 um bzw. zwischen 590 und 630 nm besitzen, das heisst, dass mindestens 50$ der von diesen Stoffen ausgesandten Strahlungsenergie in den erwähnten Bereichen gefunden wird. Für den im blauen Bereich emittierenden Stoff verfügt man in der Praxis vorwiegend über Stoffe mit Bandemission; für diese Stoffe gilt die Bedingung, dass die Halbwertbreite des Emissionsbandes (d.h. die Breite des Bandes bei einer Strahlungsintensität gemessen, die 50$ der maximalen Intensität beträgt) geringer ist als 100 nm.

Bei der Wahl der zu verwendenden Leuchtstoffe spielen folgende Faktoren eine Rolle: Spektralverteilung und Farbpunkt der ausgesandten Strahlung, die Ausbeute der Umsetzung der anregenden Ultraviolettstrahlung in sichtbare Strahlung, die Anwendungsbeständigkeit und der Rückfall in der Lampe. Unter Anwendungsbeständigkeit sei hier die Fähigkeit des

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Leuchtstoffes, die lumineszierenden Eigenschaften, insbesondere die Ausbeute, beim Anbringen und Verarbeiten in einer Lampe beizubehalten, verstanden. Unter Rückfall in der Lampe sei der Rückgang des Lichtstromes des Leuchtstoffes während der Lebensdauer der Lampe verstanden.

Pur den im grünen Bereich lumineszierenden Stoff kann man grundsätzlich eine Auswahl aus einer Anzahl bekannter Leuchtstoffe treffen. Namentlich kommen die mit zweiwertigem Mangan oder die mit Terbium aktivierten Stoffe in Betracht. Jn der niederländischen Patentanmeldung 7109983 ist als wichtigster grüner Leuchtstoff für den genannten Zweck Willemit (mit zweiwertigem Mangan aktiviertes Zinksilikat; Zn_pSi0i:Mn) beschrieben, welcher Stoff eine hohe Ausbeute besitzt. Es ist auch die Anwendung des mit Mangan aktivierten Magnesiumgallate (MgGa„0.:Mn) oder das mit Mangan aktivierte Magnesiumgallataluminat (Mg(Ga,Al)₂O.:Mn) denkbar, welche Stoffe vergleichbare Eigenschaften besitzen, aber verhältnismässig aufwendig sind.

Mit der Verwendung von Sillemit sind eine Anzahl störender Nachteile verknüpft. Dieser Stoff verursacht nämlich ein instabiles Lampenverhalten in-. folge des oft sehr starken Rückfalls des Lichtstromes während der Lebensdauer der Lampe und auch infolge

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einer nicht optimalen und mangelhaft reproduzierbaren Anwendungsbeständigkeit. Lampen, die Willemit enthalten, können daher eine äusserst störende Farbänderung der ausgesandten Strahlung während der Lebensdauer aufweisen. Weiter zeigt es sich, dass die Emission des Eillemits zu kurzwellig ist, wodurch ein guter Farbwiedergabe index, insbesondere bei niedrigen Färb-· temperatüren, nicht gut möglich ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lampe nach dem obenerwähnten Prinzip zu schaffen, die einen im grünen Spektralbereich lumineszierenden Stoff mit hoher Ausbeute enthält, und mit der die Nachteile der Verwendung des bekannten Willemits vermieden werden. Weiter bezweckt die Erfindung, für eine derartige Lampe derartige Kombinationen von Leuchtstoffen zu schaffen, dass Farbtemperaturen der ausgesandten Strahlung im ganzen Bereich von 2300 bis 8000 K erreicht werden können.

Die erfindungsgemässe Niederdruckquecksilberdampf entladungslampe besitzt eine vakuumdicht abgeschlossene strahlendurchlässige Hülle, die Quecksilber und Edelgas enthält, und mit Elektroden, zwischen denen beim Betrieb die Entladung erfolgt, und mit einer Leuchtschicht versehen ist, die drei Leuchtstoffe enthält, wobei der erste Stoff ein Emissionsband mit einem Maximum im Wellenlängenbereich zwischen 430

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und |t9Ö nm und rait einer Halbwertbreite unter 100 nm besitzt j der ,.zweite. Stoff seine Emission im wesentlichen im Wellenlängenbereich zwischen 520 und 5^5 mn, und der dritte Stoff seine Emission im wesentlichen im Welleniängehbereich zwischen 59O und 63O nm besitzt, und ist dadurch gekennzeichnet * dass der zweite. Leuchtstoff mit.Terbium aktiviert ist und einer der nächstenden Formel entspricht: . .

worin

0 < χ < 0, 50 0,20 < y < 0,50

10 < η ^ 12

und ifobei bis zu maximal 25 At^ des Aluminiums durch Gallium und/oder Scandium und das Magnesium vollständig oder teilweise durch Zink und/oder Beryllium ersetzt sein kann.

Die erfinduhgsgemäss anzuwendenden Stoffe

für die grüne Emission besitzen eine sehr hohe Ausbeute, die der von Willemit vergleichbar oder sogar höher ist. Diese Stoffe besitzen ein Aluminatgrundgitter mit einer Kristallstruktur analog der des hexagonalen Magnetopiumbits und sind in den deutschen OffenlegungsSchriften

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2 353 9^3 (Formal (a)) und 2 357 811 (Formel (b)) beschrieben. Die angegebenen grün leuchtenden Aluminate besitzen neben einer hohen Ausbeute eine sehr gute Anwendungsbeständigkeit und einen sehr geringen Rückfall des Lichtstromes in der Lampe.

Ein grosser Vorteil der Anwendung der hier vorgeschlagenen grün leuchtenden Aluminate in Lampen ₀ die in den drei erwähnten Spektralbereichen emittieren, ist, dass äusserst niedrige Farbtemperaturen (ungefähr ab 2300 K) der von der Lampe ausgesandten Strahlung unter Beibehaltung hoher Werte des Farbwiedergabeindexes erreicht werden können. Der Gebrauch von Willemit in derartigen Lampen ergibt bei niedrigen Farbtemperaturen eine unbefriedigende Farbwiedergabe, weil die Emission von Villemit, wie oben bereits erwähnt wurde, zu kurzwellig ist. Untersuchungen haben weiter ergeben, dass^ obgleich die Emission des dreiwertigen Terbiumions im Prinzip als grüne Komponente brauchbar ist, nicht alle mit Terbium aktivierten Leuchtstoffe geeignet sind, wenn man niedrige Farbtemperaturen erreichen möchte. Dies lässt sich an Hand der Fig. 1 erläutern, in der das CIE-Farbdreieck wiedergegeben ist. Im Farbdreieck ist die Linie der schwarzen Strahler mit den Farbtemperaturen 25OO, 3OOO, 4000, 5OOO und 6OOO K angegeben. Hg ist der Farbpunkt des sichtbaren Spektrums der Niederdruckquecksilberdamptentladung. Dieses Quecksilber-

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Spektrum muss beim Zusammenstellen eines Gemisches von Leuchtstoffen für eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe immer mit in Betracht gezogen werden, veil ein wenn auch kleiner Teil (z.B. 7^ bei Anwendung von Leuchtstoffen mit hoher Ausbeute) der von einer derartigen Lampe ausgesandten Strahlung aus sichtbaren Queoksilberstrahlung besteht. Der Einfluss des Quecksilber-Spektrums auf den Farbpunkt eines Leuchtstoffes kommt in einer Verschiebung dieses Farbpunktes in Richtung des Punktes Hg zum Ausdruck. Dieser Einfluss ist umso grosser, je die Ausbeute des Leuchtstoffes niedriger ist. Weiter ist die Verschiebung des ursprünglichen Farbpunktes des Leuchtstoffes im x,y-Bereich umso grosser, je weiter dieser ursprüngliche Farbpunkt vom Punkt Hg entfernt ist. Von zwei Leuchtstoffe, die als rote bzw. grüne Komponente in der erfindungsgemässen Lampe geeignet sind₍ sind die Farbpunkte R bzw. G in Fig. 1 wiedergegeben, wobei dem vorhandenen sichtbaren QuecksilberSpektrum Rechnung getragen ist. Mit Hilfe der Leuchtstoffe mit den Farbpunkten R und G kann man eine Lampe mit einer Farbtemperatur unter 2500 K herstellen, weil die Verbindungslinie RG im Farbdreieck die Linie der schwarzen Strahler rechts vom Punkt 2500 K schneidet. Diese Betrachtung ergibt eine Anzahl Bedingungen, denen ein mit Terbium aktivierter Leuchtstoff entsprechen muss. An erster

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Stelle muss der Stoff eine stark vorherrschende grüne Emission besitzen. Die Emission des Terbiumions besteht aus mindestens vier Linien, nämlich bei ungefähr 543, 490, 570 und 610 nm. Die beiden ersten Linien sind im allgemeinen am stärksten und von diesen zwei ist die 5^3-nm-Linie meistens wieder die stärkere. Das Verhältnis der grünen (5^3 nm) und blauen (490 nm) Emission eines mit Terbium aktivierten· Stoffes ist jetzt auch für die Brauchbarkeit des Stoffes bestimmend. Wenn das Grün/Blau-Verhältnis zu klein wird, nämlich die Situation ergeben, dass die Verbindungslinie RG nicht mehr rechts vom 2500-K-Punkt die Linie der schwarzen Strahler schneidet. An zweiter Stelle muss der Stoff eine hohe Ausbeute besitzen, weil der Einfluss des Quecksilberspektrumsauf den Farbpunkt des Stoffes verhältnismässig gross ist (Punkt G ist vom Punkt Hg weit entfernt). Wenn die Ausbeute zu niedrig ist, kann sich die Linie RG wiederum derart verschieben, dass eine Farbtemperatur unter 2500 K nicht mehr erreicht wird. Schliesslich. muss der Stoff eine gute Anwendungsbeständigkeit und einen gelängen Rückfall in der Lampe aufweisen- Wenn dieser Bedingung nicht entsprochen wird, wird die Lampe während itarer Lebensdauer die Farbe ändern.

Es hat sich gezeigt, dass die für die er- · findungsgeraässen Lampen vorgeschlagen mit Terbxtun

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aktivierten Aluminate die oben formulierten Anforderungen ausgezeichnet erfüllen. Bei Anwendung eines geeigneten blau leuchtenden Stoffes ist es weiter möglich, erfindungsgemässe Lampen mit einer Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung im ganzen Bereich von 2300 bis 8000 K herzustellen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der mit Terbium aktivierten Aluminate in bezug auf die Verwendung des bekannten Willemits ist noch, dass das Lumenäquivalent der von den Aluminaten ausgesandten Strahlung grosser ist als das von Willemit, wodurch höhere Lichtströme gewonnen werden. Weiter ist der Abstand des Farbpunktes der Aluminate von der Linie der schwarzen Strahler* kleiner als der Abstand des Willemit-Farbpunktes (siehe Punkt(w) in Fig. 1) von dieser Linie. Dies hat zur Folge, dass man in einem Gemisch von rot und grün leuchtenden Stoffen bei Anwendung der Aluminate verhältnismässig mehr von diesem grün leuchtenden Stoff verwenden muss, um die ' Linie der ,schwarzen Strahler zu erreichen, als im Falle der Anwendung von Willemit.'. Dies ist besonders vorteilhaft, weil der grün leuchtende Stoff einen wichtigen Beitrag zum Lichtstrom liefert, so dass man bei Anwendung der Aluminate Lichtströme erreicht, die grosser sind als bei Anwendung von Willemit.

Es sei noch bemerkt, dass in bekannten

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Lampen mit guter Farbwiedergabe, die eine kontinuierliche Spektralverteilung der ausgesandten Strahlung besitzen, eine niedrige Farbtemperatur (z.B. 2500 E) nur dann möglich ist, wenn getrennte Absorptionsschichten angewandt werden, was den Lichtstrom der Lampe selbstverständlich äusserst nachteilig beeinflusst.

In den in erfindungsgemässen Lampen angewandten grün leuchtenden Aluminaten erfolgt eine Übertragung der· anregenden Energie vom Cer auf den Terbiumaktivator. Es hat sich gezeigt, dass das Cer teilweise durch Lanthan ersetzt werden kann. Ein derartiger Ersatz bietet im allgemeinen Jedoch keine Vorteile. Ein Ersatz von über 5O$ des Cers durch Lanthan wird nicht angewandt, weil damit eine zu geringe Absorption der anregenden Strahlung erzielt würde. Aus diesem Grunde wird der Ersatz des Cers durch Lanthan und durch den Terbiumaktivator zusammen nicht grosser als 90$ gewählt (x+y < 0,90). Der Terbiumgehalt y wird zwischen den Grenzen 0,20 und O₁50 gewählt, weil damit hohe Quantenausbeuten gewönnen werden.

Vorzugsweise wendet man in der erfindungsgemässen Lampe als zweiten grün leuchtenden Stoff ein Aluminat der Formel

Ce. La Tb MgAl..0„_ an, wobei 0 <" χ <^ 0,20 und 0,20 1-x-y χ y ^& tt 19 ' >i: -^i. ' '

<C y <T 0,40. Mit diesen Stoffen werden nämlich die höchsten Lichtströme gewonnen.

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Bevorzugt werden Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen nach der Erfindung, in denen als erster, "blau leuchtender Stoff ein mit zweiwertigen Europium aktivierter Stoff angewandt wird, weil diese Stoffe

ein besonders geeignetes Emissions Spektrum besitzen.

Ein an sich für diesen Zweck bekannter Stoff ist das mit zweiwertigem Europium aktivierte Strontiumchloroapatit (siehe die bereits erwähnte niederländische Patentanmeldung 7109983), dessen Emissionsspektrum die gestellten Bedingungen gut erfüllt. Ein Nachteil dieses Stoffes ist jedoch die verhältmismässig niedrige Ausbeute und weiter die unbefriedigende Anwendungsbeständigkeit und der Rückfall in der Lampe. Diese Nachteile machen .sich besonders dann bemerkbar, wenn der Stoff in Lampen mit höheren Färbtemperaturen (^ 4000 K) angewandt wird.

Die mit der Verwendung des bekannten Strontiumchloroapatits verknüpften Nachteile werden in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe vermieden, in der als erster Leuchtstoff ein mit zweiwertigem Europium oder mit zweiwertigem Europium und zweiwertigem Mangan aktiviertes Aluminat von Barium und/oder Strontium angewandt wird, welches Aluminat eine hexagonale Kristallstruktur besitzt, die mit der Struktur der hexagonalen Ferrite verwandt ist. Derartige Stoffe sind z.B. die. Stoffe der Formel

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BaSr Eu Al O , worin x+y+p=1 und 0,001 < ρ ^ 0,1
(siehe die deutsche Offenlegungsschrif't 1 8θ6 751)
und der Formel
Ba Sr Eu Mn Al 0 , worin x+y+p+q=1, 0,001 < ρ <£θ,1

und 0,001^ q <C 0,15 (siehe die deutsche Offenlegungsschrift 2" 352 h 11) . Diese Aluminate haben die ,Kristallstruktur von Magnetopiumbit (eines des hexagonalen
Ferrite) und besitzen eine gute Anwendungsbeständigkeit und einen geringen Rückfall in der Lampe.

Mit Europium und gegebenenfalls auch mit Mangan aktivierte Aluminate mit einer sehr hohen Ausbeute sind die ternären Aluminate von Barium und/oder Strontium und von Magnesium, die eine hexagonale Ferritstruktur besitzen und in denen der Atombruchteil an Aluminium grosser ist als das 1,Sfache des Atombruchteils an
Magnesium und auch grosser ist also das 3>7fa-che des Atombruchteils an Barium und/oder Strontium, und wobei bis zu maximal 25 At^ des Aluminiums durch Gallium und/oder Scandium und das Magnesium vollständig oder teilweise durch Zink und/oder Beryllium ersetzt sein kann. Diese ternären Aluminate (in der deutschen
Offenlegungsschrift 2 353 9h3 beschrieben) werden
denn auch vorzugsweise als erster Leuchtstoff in der erfindungsgemässen Lampe angewandt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe ist der erste Leuchtstoff ein

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IJS" — V-

mn 71=37

derartiges tertiäres Aluminate das einer der nachstehenden Formeln ^: eat spricht r . ^:

wobei A und B mindestens eines der Elemente Barium und Strontium darstellen und wobei

0»055<C P < °'²⁰
0,25 < x <: 1,50
0 < q/p < 1,5

o ^ y/x^ 1,5.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass'aus der grossen Gruppe der leuchtenden ternären Aluminate mit hexagönaler" Ferritstruktur die Stoffe der Formeln (c) und (d) die besten Eigenschaften für eine Anwendung im vorliegenden Lampentyp besitzen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn mindestens 50 At$ des Elementes A Barium und mindestens 50 At$ des Elements B Strontium ist.

Aus obiger Beschreibung ist ersichtlich, dass die lumineszierenden Aluminate hexagonaler (der Struktur der hexagonalen Ferriten verwandter) Kristallstruktur in der erfindungsgemässen Lampe neben Europium auch Mangan als Aktivator enthalten können. Venn diese Aluminate Mangan enthalten, erfolgt eine Übertragung eines Teiles des anregenden Energie des Europiums auf das Mangan, in diesem Falle emittiert das Aluminat, ausser im Europiumband, auch im Band

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des zweiwertigen Mangans (Maximum bei ungefähr 515 nm)« Die Koaktivierung des lumineszierenden Aluininats mit Mangan bietet den Vorteil> dass der Farbwiedergabeindex der Lampe höher wird. Dabei erreicht man einen etwas geringeren Lichtstrom. Man hat jetzt in der erfindungsgemässen Lampe die Möglichkeit, entweder einen optimalen Lichtstrom (Aktivierung des Aluminates mit Europium allein) oder eine optimale Farbwiedergabe (Aktivierung mit Europium und Mangan) zu wählen. Das Verhältnis des Mangan- und des Europiumgehalts wird Vorzugsweise nicht grosser als 1,5 gewählt (siehe die obere Grenze für q/p in der Formel (c) und für γ/χ. in der Formel (d)). Bei grösseren Werten:) des erwähnten Verhältnisses wird nämlich das Manganband vorherrschen und man erreicht nicht nur einen weiteren Abfall des Lichtstromes, sondern auch einen Rückgang des Farbwiedergabeindexes.

Als dritter Leuchtstoff in der erfindungsgemässen Lampe kommen vorwiegend mit dreiwertigem Europium aktivierte Stoffe in Betracht, wie die mit dreiwertigem Europium aktivierten Vanadate oder Phosphatvanadate von Yttrium und/oder Gadolinium oder die Oxysulfide von Yttrium und/oder Lanthan. Vorzugsweise wendet man in der erfindungsgemässen Lampe als dritten Leuchtstoff ein mit dreiwertigem Europium aktiviertes Oxid der Seltenen Erden der Formel

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Ln„O„:Eu an, Wobei Lri mindestens eins der Elemente " YttrXUm₁ Gadolinium und Lutetium darstellt. Diese Oxide der Seltenen Erden 'sind nämlich besonders wirksame rot leuchtende Stoffe mit einer für das gesetzte Ziel besonders geeigneten Emission.

^{1 :} In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe enthält -die Leuchtschicht neben den drei erwähnten Leuchtstoffen einen oder .mehrere der folgenden Leuchtstoffe' in einer Menge von höchstens 50 Gewichtsprozent: mit Antimon aktiviertes Erdalkalihalophosphat, mit Antimon und Mangan aktiviertes Erdalkalihalophosphat, mit'Zinn aktiviertes Erdalkalimagnesiumörthophosphaf, mit Mangan aktiviertes Magnesiumarsenat und mit Mangan aktiviertes Mangesiumgermanat. Es zeigt sich, dass ein Ersatz eines Teiles der drei in den oben angegebenen Spektralbereichen emittierenden Leuchtstoffe durch die hier genannten konventionellen Leuchtstoffe überraschenderweise einen verhältnismässig geringen Einfluss auf den Lichtstrom und auf die Farbwiedergabe der Lampe ausübt. Ein derartiger teilweiser Ersatz ist vorteilhaft, weil dies die Lampe verbilligt. Wenn die Leuchtschicht der Lampe mehr als 50 Gewichtsprozent der erwähnten üblichen Leuchtstoffe enthält, erreicht man eine unerwünschte Herabsetzung des Lichtstroms und/ ■ oder des Farbwied,ergabeindexes.

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«er- .·

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Die Erfindung wird-nachstehend an Hand einer Zeichnung und einer Anzahl Ausführungsbeispiele näher erläutert» Es zeigen .-...,

Fig. 1 das oben bereits besprochene CIE-Farbdreieck, ·

Fig.. 2; spheniatisch eine erfindungsgemässe Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, und

Fig. 3 die Spektralenergieverteilung der von einer erfinduiigsgeraässen Lampe ausgesandten Strahlung.

In Fig. 2 ist 1 die Glaswand einer erfin-

dungsgemässen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe . An den Enden der Lampe befinden sich Elektroden Z und 3j zwischen denen beim.Betrieb der Lampe die Entladung erfolgt. Die Lampe ist mit einem Edelgasgemisch als Zündgas und weiter mit einer geringen Quecksilbermenge versehen. An der Innenseite ist die Wand 1 ist mit einer Leuchtschicht k bedeckt, die ein Gemisch aus drei erfindungsgemässen Leuchtstoffen enthält. Dieses Gemisch kann auf.eine übliche Weise auf der Wand 1 angebracht werden, z.B. mit Hilfe einer Suspension, die die drei Leuchtstoffe enthält. In an sich bekannter Weise kann in der erfindungsgemässen Lampe zwischen der Glaswand 1 und der Leuchtschicht h eine Reflektorschicht für sichtbare Strahlung angebracht werden, die sich über einen Teil der Wand 1 erstreckt. Weiter ist es möglich, von der in Fig. 2 dargestellten

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geraden Röhrenform abzuweichen und die Lampe als gebogene Röhre, z.B. als Torus, auszubilden. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass eine derartige Reflektorschicht oder eine gebogene Röhrenform.jetzt auch für Lampen mit einer sehr guten Farbwiedergabe bei niedriger Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung möglich ist. Bisher war eine derartige Kombination von niedriger Farbtem— peratur mit guter Farbwiedergabe nur mit Lampen möglich, die ausser der Leuchtschicht eine zusätzliche Absorptionsschicht enthalten. Es ist in der Praxis sehr schwer, derartige Zweischichtlampen mit einer Reflektorschicht zu versehen. Auch hat es sich als praktisch nicht gut möglich erwiesen, diese Lampen in einer gebogenen Form auszuführen.

Die nachstehende Tabelle I enthält die Formeln einer Anzahl Leuchtstoffe, die in der erfindungsgemässen Lampe verwendet werden können. In der ersten Spalte wird der Leuchtstoff mit einem Buchstaben und einer Ziffer bezeichnet. Diese Bezeichnung wird nachstehend immer für den betreffenden Leuchtstoff verwendet werden. Neben der Formel (in der Spalte 2) gibt die Tabelle I weiter die Ergebnisse von Messungen an Lampen, die mit diesen Stoffen bedeckt sind, Erstens sind die x- und y-Koordinaten des Farbpunktes der mit dem Leuchtstoff versehenen Lampe aufgeführt. Zweitens ist der Lichtstrom (Lu) in lm/V nach 100 Brennstunden in

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einer Lampe genannt. Unter QR ist weiter die absolute Quantenausbeute (in $) bei Anregung des Stoffes durch kurzwellige Ultraviolettstrahlung (vorwiegend Z^k nm) angegeben. Die Spalten A· . und Hwb geben schliesslich. die Lage des Maximums der ausgesandten Strahlung im
Spektrum und die Halbwertbreite des kräftigsten Emissionsbandes an. Von einer Anzahl der in der Tabelle I erwähnten Leuchtstoffe sind die Farbpunkte in Fig. 1
wiedergegeben.

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' TABELLE

CJ CD OO

Stoff	Formel	Farbpunkt	y	LO (Im/W)	QR	1 A- max (nm)	Hwb (nm)
G1	^Ce0,Ö7^Tb0,33^MsA1ii°i9	X	o,579	106	78	543	8
R1	^Y1,95^EuO,O5°3	0,295	-	66	99	611	2
R2	^Y1,92^EuO,O8°3	-	-	65	99	61 1 -	2
R3	^Y1,9^EuO,1°3	-	o,33i	66	99	611	2
BI	^Baü,9^EUO,1^Me2^Ali6°27	0,597	0,060	21	95	450	50
B2	^Ba1-x^Eux^Al2^Si2°8 ¹)	0,151	0,147	29	73	445	85
B3	^Ba2-x^Eux^BcP2°8 ²)	0, 101	0,257	h8	80	480	80.
Bh	^Sr5^EuO,5^Me6^A153°94	0, 104	0, 181	48	99	465	65
B5	^BaO,9^Ms1,9^EuO, 1^¹¹¹O, 1^A116°27	0,149	0,225	6o	90	450,512	50,27
B6	^BaO,80^EuO,i4^Me2^A1i6°27	0,149	-	26	95	450	50
B7	^Sr4,93^EuO,O7^(PO4)3^C1	-	-	12	55	450 ·	35
-

1) Siohe die deutsche Patentschrift 2 028

2) Siehe die deutsche Pal ltanmeldung P 2 425 567·2

■P-CD

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TJm das Verhalten in Lampen, namentlich der Rückfall des Lichtstromes während der Lebensdauer, einiger der zu verwendenden Leuchtstoffe zu untersuchen, wurde eine Anzahl Probelampen (vom 40 V Typ) hergestellt, die alle nur einen Leuchtstoff enthalten. In der Tabelle II ist für jede Probelampe der gemessene Vert des Lichtstromes (in ln/w) nach 0, 100, 1000 und in einigen Fällen nach 2500 Brennstunden der Lampe aufgeführt. Ein deutliches Bild der Grosse des Rückfalls wird aus dem gleichfalls aufgenommenen Wert des Lichtstromes gewonnen, welcher Wert als Prozentsatz des Lichtstromes bei 100 Stunden ausgedrückt wird. In der ersten Spalte der Tabelle II ist der Spektralbereich angegeben, in dem der Stoff emittiert. Der benutzte Leuchtstoff ist in der Spalte mit den oben bereits erwähnten Buchstaben und Ziffern bezeichnet.

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Farbe	rot	Leucht stoff	0 h	*	100 h	100	1000h	*	2500 h	94,3
		G1	108,9	102,3	106, 4	100	104,4	98,1	-	73,4
grün	G2 1)	1O4,5	102,0	.102,5	100	99,7	97,3	96,7	92,4
	(W) 2)	105,0	111,0	94,0	100	83,7	89,0	69,0	-
	B1	21,5	101,9	21,1	100	19,9	94,3	19,5	-
blau	Bö	26,0	101,6	25,6	100	24,4	95,3	-	-
-	B7	12,5	105, 1	11,9	100	-	-	-.	-
	R1	69,2	io4,5	66,2	100	61,9-	93,5	-	-
R2	66,6	102,9	.64,7	. 100 .	62,2	96,1	»ψ
R3	68, 1	1O3,7	65, 7	63,0	95,9	-

1) Der Leuchtstoff G2 besitzt die gleiche Formel wie der Stoff G1, gehört jedoch zu einer anderen Herstellung spar tie .

2) Die mit (w) bezeichnete Lampe ist nur zu Yergleichszwecken aufgenommen. Diese Lampe enthält den' bekannten Willemit (Zn Si0.-Mn ) als Leuchtstoff, dessen Verwendung in Lampen nicht erfindungsgemäss ist.

Aus der Tabelle II ist deutlich erkennbar, dass die für Lampen nach der Erfindung anzuwendenden grün leuchtenden Stoffe einen sehr hohen Lichtstrom und einen äusserst geringen Rückfall des Lichtstromes besitzen. Insbesondere zeigt es sich, dass der Rück-

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fall bedeutend geringer ist als der für das genannte Ziel benutzte Villemit. Die Tabelle zeigt weiter das günstige Larapenverhalten einiger blau leuchtender Stoffe für die Anwendung in der erfindungsgemässen Lampe. Es ist weiter deutlich erkennbar, dass die mit Europium aktivierten Aluminate hexagonaler Ferritstruktur (BI, Bö) vor dem an sich bekannten mit Europium aktivierten Strontiumchloroapatit (Β?) bevorzugt werden, da diese Aluminate einen viel grösseren Lichtstrom ergeben und auch einen günstigeren Rückfall aufweisen. Die Messungen an den Lampen mit den rot leuchtenden Stoffen ergeben, dass sie hohe Lichtströme besitzen und ein ausgezeichnetes Lampenverhalten aufweisen .

Durch Berechnungen ist festgestellt worden, ' welche Werte des Lichtstromes (lm/v) und des Farbwiedergabeindexes (Ra) mit einer bestimmten Kombination erf indungsgeinässer Leuchtstoffe bei verschiedenen Werten der Farbtemperatur der ausgesandten Strahlung erreicht werden. Die Berechnung ist für vier verschiedene blau leuchtende Stoffe, nämlich die Stoffe, B1, B2, B3 und B^, durchgeführt worden, Als grünen bzw. roten Leuchtstoff enthält die Kombination in allen Fällen die Stoffe G1 bzw, R3♦ Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in die Tabelle III eingetragen.

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.TABELLE III

blau	Farbtemperatur der	K	3000	ausgesandten	4000	Strahlung	K	65OO	K
lumi- neszie- render	2500	RA	Im/W	K	lm/V	Ra	lm/W	Ra
Stoff	lm/W	83	7.9	Ra	77	80	70	76
BI	80	83	79	82	77	90	71	90
b4	80	83	77	86	72 ·	83	-	-
B2	79	84	77	83	71	91	-	-
B3	79		87

Aus der Tabelle III ergibt sich, dass Lichtstromwerte von ungefähr 80 (bei niedriger Farbtemperatur) bis zu 70 lm/W (bei hoher Farbtemperatur) erreicht werden können. Ein Farbwiedergabeindex von 80 oder höher ist in fast allen Fällen mögläch. Ein bestimmter ¥ert der Färbtemperatur wird mit einer gegebenen Kombination von Leuchtstoffen durch die geeignete Wahl des Gewichtsprozentsatzes der drei Stoffe in der Kombination und damit des relativen Beitrages zum Lichtstrom erreicht. Die Tabelle zeigt, dass man mit einer bestimmten Korn- · bination von Leuchtstoffen Lampen herstellen kann, mit denen der ganze" Bereich gewünschter Farbtemperaturen (von ungefähr 2500 bis 65OO K und höher) erfasst werden kann. Dies ist selbstverständlich . ausserst vor-

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teilhaft, weil man jetzt bei der Herstellung von Niederdruckquecksilberdampf entladungslampen mit nur drei (optimal gewählten) Leuchtstoffen auskommen kann, mit denen alle Lampentypen erzeugt werden können. Ausfünrungsbeispiele A bis D

A. Eine Lampe nach Fig. 2, die beim Betrieb eine Leistung von 40 ¥ aufnimmt, wird mit einer Leuchtschicht versehen, die 3 Gewichtsprozent des Stoffes B1, 30 Gewichtprozent des Stoffes G1 und 67 Gewichtsprozent des Stoffes R3 enthält. Die messung von Farbtemperatur (Tk), Farbwiedergabeindex (Ra), Lichtstrom bei 0 Stunden (Lu in Im/W)- und Lichtstrom bei 100 Stunden (LO in lm/v) liefert folgende Ergebnisse:

Tk	Ra	LO O	^L0100
26OO	85	80,8	79,2

B. An einer Lampe mit den gleichen Leuchtstoffen wie in der unter A beschriebenen Lampe, jedoch in den Mengen 7 Gewichtprozent B1, 29 Gewichtprozent G1 und 64 Gewiohtsprozent R3, wurde gemessen

Tk	Ra	' ^Loo	LO 100
3OOO	85	82,8	80,0

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c. Eine Lampe mit den gleichen Leuchtstoffen wie in den oben unter A und B beschriebenen Lampen in den Mengen 18 Gewichtsprozent B1, 3h Gewichtsprozent G1 und 48 Gewichtsprozent R3 ergibt bei der Messung

Tk	Ra	; ^LOo	^{; LO}ioo
4ooo	85	83,5	80,5

Von dieser Lampe ist die spektrale Energieverteilung der ausgesandten Strahlung in Fig. 3 wiedergegeben. Auf der horizontalen Achse der graphischen Darstellung nach Fig. 3 ist die Wellenlänge /{_ in nm aufgetragen. Auf der vertikalen Achse ist die ausgesandte Strahlungsenergie E pro konstantes Wellenlängenintervall in willkürlichen Einheiten eingetragen. Mit Hg sind die sichtbaren Quecksilberlinien angegeben, Zu Vergleichszwecken wurde eine Lampe mit einer Farbtemperatur von 4000 K hergestellt, welche Lampe völlig analog der eben beschriebenen Lampe ist, wobei jedoch der Stoff G1 durch den bekannten Villemit ersetzt worden ist. Die nicht; erfindungsgemässe Lampe besitzt einen Farbwiedergabeindex Ra = 80 und einen Liclrtstrom bei 0 Stunden LO =73,2 Im/W.

Eine Lampe, deren Leuchtschicht aus 26 0-98-16/1085

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Gewichtsprozent des Stoffes Bfjj 23 Gewichtprozent des Stoffes G1 und 51 Gewichtsprozent des Stoffes R3 besteht, hat folgende Messwerte:

Tk	Ra	^Loo	^L0100
4ooo	87	80,0	77,5

Ein \^rergleich der erfindungsgemässen Lampen unter C und D zeigt den Einfluss von Koaktivierung der blau leuchtenden Aluminate mit Mangan: die Lampe unter D besitzt eirfen höheren Farbwiedergabeindex und einen etwas geringeren Lichtstrom.

Ein Ersatz eines Teiles der Kombination dreier Leuchtstoffe in der erfindungsgemässen Lampe durch einen oder mehrere konventionalle Leuchtstoffe hat einen verhältnismässig geringen Einfluss auf den Farbwiedergabeindex und auf den Lichtstrom der Lampe. Wenn z.B. in einer erfindungsgemässen Lampe mit einer Färbtemperatur Tk = 3000 K eine Menge von 25 Gewichtsprozent des Gemisches der drei Leuchtstoffe Bk, G1 und R3 durch mit Antimon und Mangan aktiviertes Kaiziumhalophosphat (Farbtemperatur 3000 K) ersetzt wird, ergibt, sich.? dass der Lichtstrom (bei 100 Stunden) nahezu gleichgeblieben ist (ca. 79 lm/v) und dass Ra nur um etwa 5

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Punkte gesunken, ist (von 86 auf ungefähr 81). Eine Lampe mit der gleichen Kombination von Leuchtstoffen B4, G1 und R3, jedoch mit Tk=4000 K, ergibt bei der gleichen Halophosphatmenge (25 Gewichtsprozent) wieder nahezu den gleichen Lichtstrom (ca. 78 lm/v) und einen Abfall in Ra von nur etwa 5 Punkten (von 90 auf ungefähr 85)· Es zeigt sich, dass die 6500-K-Lampe bei analogem Ersatz den. gleichen Lichtstrom (7I lm/w) und den gleichen Ra (ungefähr 92) beibehält.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Γ 1.) Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer vakuumdicht abgeschlossenen strahlendurchlässigen Hülle, die Quecksilber und Edelgas enthält, und mit Elektroden, zwischen denen beim Betrieb die Entladung erfolgt, und mit einer Leuchtschicht versehen ist, die drei Leuchtstoffe enthält, wobei der erste Stoff ein Emissionsband mit einem Maximum im Wellenlängenbereich zwischen 430 und 490 nm und mit einer Halbwertbreite unter 100 nm,. der zweite Stoff seine Emission im wesentlichen im Wellenlängenbereich zwischen 520 und 5^5 nm und der dritte Stoff seine Emission im wesentlichen im Wellenlängenbereich zwischen 59Ο und 63Ο nm besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff mit Terbium aktiviert ist und einer der folgenden Formeln entspricht:

(a) ^Ge1-x-v^Lax^TV^IgAl11°19

worin

0 <; χ < 0,50

0,20 < y < 0,50 x+y <" 0,90 10 < η <_ 12

und \\robei bis zu maximal 25 At^ des Aluminiums durch Gallium und/oder Scandium und das Magnesium vollständig

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oder teilweise durch Zink und/oder Beryllium ersetzt sein kann.

2. ' Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff der Formel (a) entspricht und das

0 < χ < 0, 20 und 0 , 20 < y < 0, 4o .

3. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtstoff mit zweiwertigem Europium aktiviert ist.

h. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet,' dass der erste Leuchtstoff ein mit zweiwertigem Europium oder mit zweiwertigem Europium und mit zweiwertigem Mangan aktiviertes Aluminat von Barium und/oder Strontium ist, welches Aluminat eine hexagonale Kristallstruktur besitzt, die der Struktur der hexagonalen Ferrite verwandt ist.

5· Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtstoff ein ternäres Aluminat von Barium und/oder Strontium und von Magnesium ist, wobei der Atombruchteil an Aluminium grosser ist als das 1,8fache des Atombruchteils an Magnesium und auch grosser ist als das 3>7fache des Atombruchteils an Barium und/oder Strontium und wobei bis zu maximal 25 At^ des Alu-

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miniums durch Gallium und/oder Skandium und das Magnesium vollständig oder teilweise durch Zink und/oder Beryllium ersetzt sein kann.

6. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtstoff einer der folgenden Formeln entspricht:

(d) B_5j5_

wobei A und B mindestens eines der Elemente Barium und Strontium darstellen und wobei 0,05 < P £ 0,20 0,25 < x < 1,50 o ^ q/p< 1,5 0 ,£ y/x< 1,5-

7. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50 At$ von A Barium und mindestens 50 At^o von B Strontium ist.

8. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, •wobei der dritte Leuchtstoff ein mit dreiwertigem Europium aktiviertes Oxid der Seltenen Erden der Formel Ln^O^iEu ist, wobei Ln mindestens eines der EIemente Yttrium, Gadolinium und Lutetium darstellt.

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9. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtschicht mindestens einen der Leuchtstoffe aus der Gruppe mit Antimon aktiviertes Er'dalkalihalophosphat, mit Antimon und Mangan aktiviertes Erdalkalihalophosphat, mit Zinn aktiviertes Erdalkalimagnesiumorthophosphat, mit Mangan aktiviertes Magnesiumatsenat und mit Mangan aktiviertes Magnesiumgermanat in einer Menge von höchstens 50 Gewichtsprozent enthält.

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