DE2606740C3

DE2606740C3 - Leuchtstoffschicht für Hochdruck-Quecksilberdampflampen

Info

Publication number: DE2606740C3
Application number: DE2606740A
Authority: DE
Inventors: Hidezoh Ashiya Hyogo Akutsu; Katsuaki Suita Iwama; Yoshichika Ibaraki Osaka Kobayashi; Masayuki Takatsuki Yamaguchi
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-02-19
Publication date: 1980-12-11
Also published as: CA1049085A; GB1533162A; DE2606740B2; FR2301920B1; DE2606740A1; JPS5731623B2; FR2301920A1; US4032812A; JPS5196188A

Description

emittierenden Leuchtstoff hervorgerufen wird;

F i g. 6 zeigt schematisch Röntgenstrahlen-Beugungsdiagramme (Fluoreszenzanalyse) von den blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoffen mit unterschiedlichem Aluminiumgehalt;

Fig.7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Gewichtsprozentsatz eines rotes Licht emittierenden Leuchtstoffs in der Leuchtstoffschicht und der Leuchtstofftemperatur erläutert, und

Fig.8 zeigt die spektrale Energieverteilung einer Quecksilberdampflampe mit der Leuchtstoffschicht

Die F i g. 1 zeigt den Aufbau einer die Leuchtstoffschicht aufweisenden Quecksilberdampflampe mit einem Innenkolben 1, der aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, einer unteren Hauptelektrode 2 und einer oberen Hauptelektrode 3, die beide aus gewendelten Wolfiamdrähten hergestellt wurden, und Hilfs- oder Zündelektroden 4 und 5.

Der Innenkolben ist zusätzlich mit einer geeigneten Quecksilhennenge und einer kleinen Menge inerten Gases, wie Argongas, zum Zünden der eij-sntlichen Lampe in dem Innenkolben 1 gefüllt Der Innenkolben 1 wird durch die Kolbenhalter 10 und 11 gehalten, die wiederum durch Halteführungen 12 und 13 gehalten werden. Die Hauptelektroden 2 und 3 sind elektrisch über Molybdänbleche 6 und 7, die in die abgeschmolzenen Enden des Innenkolbens 1 eingebettet sind, und über die Verbindungsdrähte 14 und 15 mit den Halteführungen 12 und 13 verbunden. Die Hilfs- oder Zündelektroden 4 und 5 sind elektrisch über Molybdänbleche 8 und 9, die in die abgeschmolzenen Enden der Innenbleche 1 eingebettet sind, über die Verbindungsdrähte 16 und 17 und die Zündwiderstände IS und 19 mit den Halteführungen 13 und 12 verbunden. Die Halteführungen 12 und 13 sind elektrisch mit dem Sockel 22 durch die Verbindungsdrähte 20 und 21 verbunden. Der Innenkolben 1 wird von einem Außenkolben 23 eingeschlossen, der aus hartem Glas besteht und mit einem inerten Gas, wie Stickstoff, gefüllt ist und dessen Innenwand mit dem Leuchtstoff 24 beschichtet ist

Es wurde ein Vergleich insgesamt und im einzelnen angestellt zwischen der spektralen Energieverteilung der Lampe in dem Innenkolben und den spektralen Energievefteilungeii von verschiedenen Leuchtstoffen, die sich auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens 23 befinden. Dabei wurde festgestellt, daß — wenn neben dem üblichen Leuchtstoff, der rotes Licht erzeugt — die neuen Leuchtstoffe, die blaugrünes Licht zwischen den Wellenlängen 436 und 546 nm erzeugen können und die die Lichtintensität beliebig variieren können, an der Innenwandoberfläche des Außenkolbens aufgebracht werden, die gewünschte Farbwiedergabe bei der gewünschten Farbtemperatur erreicht werden kann. Die blaugründes Licht emittierenden Leuchtstoffe werden im allgemeinen durch die folgende Formel wiedergegeben:

Ba₁ .,Mg₂ .,Al₁O₃₊J₂: Eu₁Mn,

worin χ = 0,03 bis 0,4,

y = 0,01 bis 0,6 und
12 < χ < 20 ist

maximalen Wellenlänge von 515 nm, bedingt durch die Anwesenheit von Mn²⁺, variiert werden, so daß der Ton des blaugrünen Lichtes in geeigneter Weise verändert werden kenn. Die Leuchtstoffe besitzen ausgezeichnete Temperaturcharakteristiken und Lichtausbeuten.

Es wurden die Kombinationen der üblichen rotes Licht emittierenden Leuchtstoffe mit den blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoffen mit χ und y innerhalb der obigen Bereiche in den Hochdruckquecksilberdampflampen verwendet, wobei sich eine gute Farbwiedergabe bei der Farbtemperatur zwischen 3500⁰K und 10 000⁰K erreichen läßt Diese Farbwiedergabe ist bisher mit üblichen Quecksilberdampflampen nicht erreicht worden.

Die gewählte Leuchtstoffschicht 24 besteht aus einem rotes Licht emittierenden Leuchtstoff der Formel

Y(PV)O₄: Eu oder YVO₄: Eu

und einem blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoff der Formel

Ba₁ __xMg₂ ,,Al₁O_{3 +}|,: Eu₁Mn,

worin χ = 0,03 bis 0,4
"³ ν = 0,01 bis 0,6 und

"l2<z<20ist

Die spektralen Energieverteilungen von mehreren typischen Beispielen von Leuchtstoffschichten der obigen Zusammensetzung sind in F i g. 2 gezeigt. Die Leuchtstoffschichten wurden durch die charakteristische Linie des Quecksilberemissionsspektrums bei 365 nm erregt.

In F i g. 2 stehen Kurve 1 für die Leuchtstoffschicht aus:

Yo55^ojPoi Q*^: Eu_0-05 ;
Kurve 2 für die LeuchtstofTschicht aus:

Y₀,₉₅V0₄: Eu_0-05;

Kurve 3 für die LeuchtstofFschicht aus: Ba₀₈Mg_1-9Al₁₄O₂₄ : Eu_0-2Mn₀.,; Kurve 4 mit der Leuchlstoffschicht aus: Ba_0-8Mg_1-95Al₁₆O₂₇: Eu_0-2Mn_0-05,

Kurve 5 für die Leuchtstoffschicht aus:

Ba_0-8Mg_1-98Al₁₄O₂₄: Eu_0-2Mn_0-02; Kurve 6 für die Leuchtstoffschicht aus:

Ba_0-9Mg_1-8AI₁₄O₂₄: Eu_0-1Mn_0-2; Kurve 7 für die L-uchtstoffschicht aus:

Ba_0-9Mg_1-4AI₁₄O₂₄: Eu_0-1Mn_0-6 und Kurve 8 für die LeuchtstofTschicht aus:

60

Durch Änderung von χ und y kann das Verhältnis zwischen der Farbtemperatur mit der maximalen Wellenlänge von 450 nr i, bedingt durch die Anwesenheit von Eu²⁺, zu der Farbtemperatur mit der Ba_0-95Mg₁₄AI₁₄O₂₄: Eu_0-05Mn_0-6.

Die Temperaturcharakteristiken dieser Leuchtstoffschichten sind in F i g. 3 dargestellt, wobei in der Kurve 1

für die Leuchtstoffschicht aus:

• 0.95 P0.5 "o .5 O4 : E U₀ 05 ,

Kurve 2 für die Leuchtstoffschicht aus:

Yo.95^V0₄:Eu₀,₀, und
Kurve 3 fiir die Leuchtstoffschicht aus:

Ba₀₈Mg₁ .,AI₁₄O₂₁: Ku₀JMn₀.,

stehen.

Die Emission des Lichtes mit der Wellenlänge 450 rim ist bedingt durch die Anwesenheit von Eu^{2 +} .

Die Kurve 3 steht für die Beschichtung der gleichen Zusammensetzung. Die Emission von Licht der Wellenlänge 515 nm ist bedingt durch die Anwesenheit von Mn^{2 +} , und

die Kurve 7 steht Tür die Beschichtung mit
Ba₀₉Mg, ₄AI_I6O₂₇: Eu_0-1Mn_n-6

und emittiert das Licht bei der Wellenlänge 515 nm.

Die Oberflächentemperatur des Außenkolbens während des Betriebes schwankt zwischen 200 und 300⁰C. Aus Fig. 3 läßt sich bereits ersehen, daß die Temperaturcharakteristiken des Lichtes mit den Wellenlängen 450 und 515 nm, bedingt durch die Anwesenheit von Eu²⁺ und Mn²⁺ verschieden sind. Selbst wenn die Intensität bei normaler Temperatur gleich ist, überwiegt bei hohen Temperaturen grünes Licht.

Wenn y—0 im blaugrünen Licht emittierenden Leuchtstoff der Formel

Ba₁^Mg₂-JAL₁O₃₊£*: Eu_xMn₇

nur Licht der Wellenlänge 450 nm emittiert, aber x=0,l und y—0,6 ist, so überwiegt die Emission von grünem

Lili;tii mil uci iiia\iinaicii

-lu mn.

oben angegebenen beiden Leuchtstoffe mit rotes Licht erzeugenden Phosphorvanadat-Leuchtstoff gemischt werden, so wird eine Farbwiedergabe erreicht, die ähnlich der erfindungsgemäß erreichten ist.

Umfangreiche Studien und Versuche haben aber gezeigt, daß die Lichtausbeute um 20 bis 30% erhöht werden kann, wenn nur der blaugrünes Licht emittierende Leuchtstoff verwendet wird anstelle der individuell gemischten. In F i g. 4 steht Kurve 1 für die Leuchtstoffschicht, für die der Leuchtstoff der Zusammensetzung

und der Leuchtstoff der Zusammensetzung

im Verhältnis 1:2 gemischt werden, und Kurve 2 steht für den Leuchtstoff der Zusammensetzung

erzeugt werden kann. Vom Standpunkt der Qualitätskontrolle ist es vorteilhafter, zwei Leuchtstoffe zu mischen und aufzubringen, als drei Leuchtstoffe, da die Vielfalt der gebildeten verschiedenen Leuchtstoffe ί dadurch verringert werden kann.
Mit dem Leuchtstoff der Formel

Ba,. ,Mg₂ _ ,Al₁O₃ + J. _x: Eu₁Mn,

ίο wurden umfangreiche Versuche unter Änderung der Menge ζ durchgeführt und festgestellt, daß die Lichtintensität um so stärker ist, je höher der Wert von ζ ist, und daß — wenn z=14 ist — die Intensität das Maximum erreicht, wie in Fig. 5 gezeigt ist. In Fig.6 ι) zeigt die Röntgenbeugungsanalyse, daß — wenn z= 12 ist — der Leuchtstoff eine einzige Phase aufweist und daß — wenn ζ größer als 12 ist, der Leuchtstoff eine «-AbOrPhase enthält, während — wenn ζ kleiner als 12 ist, eine BaAhOt-Phase vorliegt. Daher liegt vom Standpunkt der Intensität und vom Standpunkt der Röntgenbeugungsanalyse der optimale Bereich von ζ zwischen 12 und 20 und bevorzugter zwischen 12 und 16. Aufgrund der obigen Ausführungen ist anzunehmen, daß die gewünschte Farbwiedergabe mit den gewünsch-2) ten Farbtemperaturen erreicht werden kann, wenn die spektralen Energieverteilungen der obigen Leuchtstoffe und die spektrale Energieverteilung für den Innenkolben in geeigneter Weise ausbalanciert werden.

Es wurden daher Quecksilberdampflampen hergejii stellt, in denen das Verhältnis zwischen rotes Licht emittierendem Leuchtstoff und blaugrünes Licht emittierendem Leuchtstoff variiert wurden, um die erhaltene Farbtemperatur und Farbwiedergabe zu untersuchen. Das Ergebnis war so, daß eine befriedigende Farbig wiedergabe innerhalb des Farbtemperaturbereiches, der in F i g. 7 gezeigt wird, erhalten werden kann, wenn der Gewichtsprozentsatz R des rotes Licht emittierenden Leuchtstoffs innerhalb folgenden Bereiches liegt:

20 < R < 95,
und der blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoff der

t.\ 1— m 1 _Λ :.i.*.

IWIgV-IIUbIi a vfi ιιινι v-uiopi iv-iii.

Ba,_ .,Mg₂-JALA ₊ Iz^u_xMn,

worin χ — 0,03 bis 0,4,

y = 0,01 bis 0,6 und
12 < z< 20 ist

und die Leuchtstoffschicht auf die Innenoberfläche des Außenkolbens in einer Menge von 0,3 bis 6 mp/cm² aufgebracht wird. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Leuchtstoffschicht für Hochdruckquecksilberdampflampen mit ausgezeichneten Charakteristiken, die bisher durch übliche Leuchtstoffschichten nicht erreicht wurden. In Fig.7 steht die Kurve 1 für die Leuchtstoffschicht die aus rotes Licht emittierendem Leuchtstoff und blaugrünes Licht emittierendem Leuchtstoff der Zusammensetzung

Die beiden Kurven 1 und 2 geben die spektralen Energieverteilungen bei 300⁰C wieder. Aus Fi g. 4 läßt sich ersehen, daß — wenn der Gehalt an rotes Licht emittierendem Leuchtstoff in der Beschichtung konstant ist — blaugrünes Licht mehr überwiegt während — wenn der Gehalt an blaugrünes Licht emittierendem Leuchtstoff konstant ist — rotes Licht überwiegender

besteht und die Kurve 2 steht für die Beschichtung, die aus rotes Licht emittierendem Leuchtstoff und blaugrünes Licht emittierendem Leuchtstoff der Zusammensetzung

besteht

Die Farbtemperatur der Quecksilberdampflampe mit

der l.euchtstoffschicht kann beliebig zwischen 3500⁰K und 10 000⁰K variiert werden. Für Innenbeleuchtungen liegt die Far'jtemperatur vorzugsweise zwischen 3500" K und 6500° K und R ist größer als 20 Gew. °/o. Für Bürobeleuchtungen ist R vorzugsweise größer als 40%, so daß die Farbtemperatur niedriger liegen kann. Die LeiKltstoffschicht wird im allgemeinen in einer Menge von 0,0 bis 1,5 mg/cm² auf die innere Oberfläche des Außenkolbens aufgebracht. In einigen Fällen kann die Menge zwischen 3 und 4 mg/cm² liefen, wenn die Lichtemission aus der Leuchlstoffschicht mehr überwiegen sol! als die charakteristischen Linien des Quecksilberemissionsspektrums. Eine Menge, die höher als b mg/cm² liegt, muß aber vermieden werden, da die Leuehtstoffschicht nur schwer aufzubringen ist und die Kosten hoch sind.

B ρ i <i η i ρ 1 I

Ein rotes Licht emittierender Leuchtstoff der folgenden Zusammensetzung

und ein blaugrünes Licht emittierender Leuchtstoff der folgenden Zusammensetzung

BaiisMg1.qjAlt.1O24: Euo.2Mno.o7

werden in einem Gewichtsverhältnis von 75:25 vermischt. 200 g dieses Leuchtstoffgemisches werden mit ?50 ml einer l°/oigen Nitrocellulosebutylacetatlösung vermischt. Das Gemisch wird auf die innere Oberfläche des Außenkolbens einer 100-W-Quecksilberdampflampe aufgebracht, getrocknet und 15 Minuten auf 450⁰C erhitzt. Die Stärke der Leuehtstoffschicht beträgt 1,5 mg/cm². Der Lichtstrom der so erhaltenen Quecksilberdampflampe beträgt 4700 Lumen; die Farbtemperatur beträgt 4500⁰K und der mittlere Farbwiedergabeindex beträgt 55. Die spektrale Energieverteilung dieser Lampe ist in F i g. 8 gezeigt.

Beispiel 2

Die Leuehtstoffschicht wird auf den Außenkolben

einer 400-W-Quccksilberdampflampe im wesentlichen

j analog Beispiel 1 aufgebracht. Der Lichtstrom beträgt 25 000 Lumen; die Farbtemperatur beträgt 4200⁰K und der mittlere Farbwiedergabeindex beträgt 60.

Beispiel 3

in Ein rotes Licht emittierender Leuchtstoff der folgenden Zusammensetzung

Y₀OiVO₄: Euo.05

und ein blaugrünes Licht emittieretider Leuchtstoff der "> folgenden Zusammensetzung

i7: Euo.2Mno.o5

werden im Verhältnis fi.S : TS vermischt iinrl in einer Menge von 1 mg/cm² auf den Außenkolben einer 400-W-Quecksilberdampflampe im wesentlichen analog Beispiel 1 aufgebracht. Der Lichtstrom beträgt 24 000 Lumen; die Farblemperatur beträgt 4500⁰K und der mittlere Farbwiedergabeindex beträgt 52.

,. Be i s pi el 4

Ein rotes Licht emittierender Leuchtstoff der folgenden Zusammensetzung

Y0.95P0.5V03O4: Euo.05

)o und ein blaugrünes Licht emittierender Leuchtstoff der folgenden Zusammensetzung

Bao.9Mgi,sAli202i lEuo.tMno^

werden in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 j-, vermischt und auf den Außenkolben einer 400-W-Quecksilberdampflampe aufgebracht analog Beispiel 1 in einer Menge von t mg/cm². Der Lichtstrom beträgt 25 000 Lumen; die Farbtemperatur beträgt 5500° K und der mittlere Farbwiedergabeindex beträgt 47.

Hier/u <S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Leuchtstoffschicht auf der Innenfläche des Außenkolbens einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, wobei die Schicht aus zwei Leuchtstoffarten besteht, von denen eine rotes Licht emittiert und aus Europium-aktiviertem Yttrium-Vanadat oder Europium-aktiviertem Yttrium-Vanadat-Phosphat besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Leuchtstoffart blaugrünes Licht emittiert und aus zweiwertigem Europium- und Mangan-aktiviertem Barium-Magnesium-Aluminat der folgenden Formel

Ba₁ -,Mg₂-JALO_{3 +}|.: Eu_xMn,

besteht, worin

0,03 < χ < 0,4,
0,01 i y< 0,6 und
12 < ζ < 20 äst,

und der Gewichtsprozentsatz R der rotes Licht emittierenden Leuchtstoffart in dem folgenden Bereich liegt:
20 S R < 95.

2. Leuchtstoffschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Europium- und Manganaktiviertes Barium-Magnesiumaluminat der angegebenen Formel enthält, in der

12< z< 16

ist.

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstoffschicht der in dem Oberbegriff des Hauptanspruchs definierten Art.

Die üblichen Quecksilberdampflampen für Außenbeleuchtungen bestehen aus einem innenkolben und einem lichtdurchlässigen Außenkolben. Die Emission von gelbgrünem Licht dominiert hier, so daß die Beleuchtung unnatürlich ist. Die Gründe hierfür bestehen darin, daß die spektrale Energieverteilung der Quecksilberemission sich nicht über eine Wellenlänge von 579 nm hinaus erstreckt und daß eine Diskontinuität des Quecksilberemissionsspektrums zwischen 436 und 546 nm, das heißt im blaugrünen Bereich, besteht. Der Beeinträchtigung, die durch den ersteren Grund bedingt ist, ist durch die Verwendung einer Leuchtstoffbeschichtung, die sich auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens der Quecksilberdampflampe befindet und die die Quecksilberemission in rote Lichtemission umzuwandeln vermag, abgeholfen worden. Die rotes Licht emittierenden Leuchtstoffe, die für diesen Zweck verwendet werden, sind beispielsweise

YVO₄JEu₁YVo₅Po₅O₄ = Eu.

Es besteht aber nach wie vor die Diskontinuität zwischen 436 und 546 nm, das heißt, daß das von der Quecksilberdampflampe erzeugte Licht kein blaugrünes Licht enthält, so daß das rote Licht überwiegt, was bedeutet, daß eine zufriedenstellende Ausleuchtung von Innenräumen mit der gewünschten Farbwiedergabe nicht erreicht werden kann.

Aus der DE-OS 22 02 521 ist bereits eine farbkorrigierte Hochdruck-Quecksilberdampflampe bekannt, deren Außenkolben mit einem Leuchtstoff beschichtet ist, der im wesentlichen zwei Komponenten aufweist, nämlich mit Europium aktiviertes Yttriumvanadat oder Yttriumvanadatphosphat und zur Farbkorrektur ein blaues Licht emittierender Leuchtstoff, dessen stärkste Lichtemission im Bereich von 440 bis 470 nm erfolgt. Obwohl die Anwendung dieses Leuchtstoffes eine Verbesserung der Farbwiedergabe beleuchteter Gegenstände ermöglicht, ist das Emissionsverhalten dieser Quecksilberdampflampe bezüglich der Farbwieeergabe

ι ο und der Farbtemperatur noch stark verbesserungsfähig. Die DE-OS 2431 128 beschreibt ebenfalls eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe, deren Leuchtstoffschicht ein Leuchtstoffgemisch enthält, das aus mit Europium aktiviertem Yttriumphosphat-Vanadat oder

is Yttriumvanadat und mit Mangan-aktiviertem Magnesiumfluorgermanat oder Magnesiumarsenat besteht Auch dieses Leuchtstoffgemisch vermag in seinen Eigenschaften nicht ganz zu befriedigen.

Aus J. Electrochem. Soc. Band 121, Nr. 12 (1974),

S. 1627 bis 1631, ist es bekannt, blau-grün-emittierende Leuchtstoffe in Leuchtstofflampen zu verwenden, bei weichen Leuchtstoffen es sich um mit zweiwertigem Europium und Mangan-aktiviertem Barium-Magnesium-Aluminate handelt Die in diesem Stand der Technik angesprochenen Niederdruck-Quecksilberdampflampen unterscheiden sich erheblich von den Hochdruck-Quecksilberdampflar-.pen im Hinblick auf das emittierte Licht im sichtbaren Spektrum und vermögen dem Fachmann daher auch keinen Hinweis dahingehend zu vermitteln, welche Leuchtstoffe er einsetzen muß, um eine hervorragende Farbwiedergabe und Farbtemperatur bei Hochdruck-Quecksilberdampflampen zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Leuchtstoffschicht auf der Innenfläche des Außenkolbens einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe anzugeben, die einen rotes Licht emittierenden Leuchtstoff und einen blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoff enthält, und zwar in solcben Verhältnissen, daß eine gute Farbwiedergabe und eine hohe Farbtemperatur erreicht wird, so daß die Quecksilberdampflampe auch als Lichtquelle für Innenraumbeleuchtungen verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird nun durch die Leuchtstoffschicht gemäß Hauptanspruch gelöst

Der Unteranspruch betrifft eine bevorzugte Ausführungsform dieser Leuchtstoffschicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand o'er Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 ist eine Vorderansicht der die Leuchtstoffschicht enthaltenden Quecksilberdampflampe;

F i g. 2 zeigt die spektralen Energieverteilungen von einigen Leuchtstoffen, die durch die charakteristische

5'. Linie des Quecksilberemissionsspektrums bei 365 nm erregt werden;

F i g. 3 zeigt die Temperaturcharakteristiken der die charakteristische Linie des Quecksilberemissionsspektrums bei 365 nm erregten Leuchtstoffe;

ho Fig.4 ist eine graphische Darstellung, die zur Erklärung der Lichtausbeute dient, und ein Gemisch aus zwei blaugrünes Licht emittierenden Leuchtstoffen mit einem einzigen blaugrünes Licht emittierten Leuchtstoff, vergleicht. Die Lichtintensität wurde bei 300⁰C

h'i gemessen;

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung, die zur Erklärung des Effektes auf die Lichtintensität dient, die durch die Aluminiummenge in dem blaugrünes Licht