DE2624897A1

DE2624897A1 - Aluminiumoxyd-ueberzuege fuer quecksilberdampf-lampen

Info

Publication number: DE2624897A1
Application number: DE19762624897
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene Clark; Kenneth Morgan Maloney
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-09
Also published as: JPS51148277A; NL7605880A; BR7603628A; GB1540892A; CA1060942A; US4079288A

Description

Aluminiumoxyd-überzüge für Quecksilberdampf-Lampen

Als Unterschichten für die Leuchtstoffschicht sind sowohl in Fluoreszenz- als auch in Quecksilberdampf-Lampen verschiedene überzüge aus nicht-lumineszierenden teilchenförmigen Materialien bekannt. In beiden vorgenannten Lampenarten wird der Leuchtstoff-Überzug auf der inneren Oberfläche des Glaskolbens der Lampe in erreichbarer Nähe zur UV-Strahlung, welche bei der Quecksilberentladung erzeugt wird, aufgebracht. Die Leucht-Wirksamkeit solcher Lampen wird durch die Rückreflexion der durch die Leuchtstoffschicht emittierten Strahlung verbessert

609850/0336

und dies nat eine Verringerung des Gewichtes des Leuchtstoffüberzuges gestattet ebenso wie eine Färbkorrektur, die dem derart modifizierten Emissionsverhalten zuzuschreiben ist. Die nach dem Stand der Technik verwendeten reflektierenden überzüge für diesen Zweck sind aus flüssigen Überzugssuspensionen aufgebracht worden, wobei die Anforderungen an das nicht-lumineszierende teilchenförmige Material eine vernachlässigbare Absorption, d. h. einen hohen diffusen Reflexionskoeffizienten sowohl für sichtbare als auch für UV-Strahlung, eine Teilchengröße ebenso klein oder vorzugsweise kleiner als die Teilchengröße des LeuchtstoffÜberzuges und physikalische Eigenschaften, die sich während der Herstellung oder der Gebrauchsdauer der Lampe nicht änderten, waren. Ein bevorzugtes nicht-lumineszierendes teilchenförmiges Material für diese Anwendung war fein zerteiltes Siliziumdioxyd, wobei andere Materialien, die weder einfallende UV- noch sichtbare Strahlung absorbieren, die durch den Leuchtstoff emittiert wird, Kalziumpyrophosphat, Bariumsulfat und Aluminiumoxyd einschließen.

Es ist in der vorliegenden Erfindung überraschenderweise erkannt worden, daß eine besondere Form von Aluminiumoxyd-Teilchen direkt auf die unbehandelte innere Oberfläche eines Glaskolbens einer Quecksilberdampflampe als eine Unterschicht für den Leuchtstoff-Überzug aufgebracht werden kann. Auf diese Weise erfordert das Aufbringen dieses die Unterschicht bildenden Überzuges keine zusätzlichen Behandlungsstufen und ergibt eine selektive Reflexion der vom Leuchtstoff-überzug emittierten UV-Strahlung, ohne eine beträchtliche Variation in der Farbtemperatur der sichtbaren Strahlung, die von der Quecksilberdampflampe ausgesandt wird, zu bewirken. Das auf diese Weise aufgebrachte besondere Aluminiumoxydmaterial ist, wie sich aus der US-PS 3 842 306 ergibt, zur Herstellung einer Lichtdiffusionsschicht auf der Oberfläche des Glaskolbens für elektrische Lampen verwendet worden. In dieser US-PS sollte jedoch ein überzug mit einer ausreichenden Dicke geschaffen werden, um eine relativ gleichförmige Lichtabgabeverteilung von der so überzogenen Lampe zu haben, wie es erforderlich ist, um den Glühfaden

609850/0336

einer Glühlampe zu verbergen. In der vorliegenden Anmeldung ist es erwünscht, eine aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht einer geringeren Dicke zu verwenden, um eine selektive rückwärtige Reflexion der UV-Strahlung zu erhalten, ohne die Durchlässigkeit der sichtbaren Strahlung zu verändern, um die Farbtemperatur der so modifizierten Quecksilberdampflampe beim Betrieb nicht zu irgendeinem signifikanten Grade zu verändern. In allen anderen Einzelheiten bleibt das aufgedampfte Aluminiumoxydmaterial das gleiche, wie es in der vorgenannten US-PS beschrieben ist, welches aufgedampfte sphärische Aluminiumoxyd-Teilchen umfaßt mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 400 bis 5000 8 Durchmesser, wobei die daraus gebildete Unterschicht mindestens 99 % der einfallenden sichtbaren Strahlung zerstreut und nur einen vernachlässigbaren Leistungsverlust verursacht, wenn es direkt auf die saubere innere Oberfläche des Lampenglaskolbens aufgebracht ist.

Bei dem bevorzugten Verfahren zum Herstellen der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht wird der Überzug direkt auf die unbehandelte innere Oberfläche des Glaslampenkolbens aufgebracht, bevor dieser zu einer Quecksilberdampflampe zusammengebaut wird. Dieser Überzug kann aufgebracht werden durch Verbrennen eines Pellets aus Aluminiumisopropoxyd oder eines anderen festen Aluminiumalkoxyds innerhalb des Kolbens unter Anwendung einer Menge des Ausgangsmaterials, die von der gewünschten Überzugsdicke abhängt. Dieses Verfahren ist in der obengenannten US-PS 3 842 306 beschrieben. Bei dem bevorzugten Verfahren wird die rasche Verbrennung des Aluminiumisopropoxyd-Pellets durch Zünden des Pellets in einem Brenner gefördert, der das Pellet mit einem Sauerstoffstrom umgibt, während dieser Brenner innerhalb des Lampenglaskolbens angeordnet ist. Die darüberliegende Leuchtstoffschicht kann dann direkt auf die freie Oberfläche der Aluminiumoxyd-Unterschicht aufgebracht werden, wozu man die üblichen Aufbringverfahren aus einer flüssigen Suspension der Leuchtstoff-Teilchen anwendet und eine Nachbehandlung der Aluminiumoxyd-Unterschicht nach ihrer Aufbringung nicht erforderlich ist. Um die verbesserten Emissionseigenschaften zu erzeugen, die im

609850/0336

einzelnen weiter unten angegeben sind, kann dann ein einfaches Erhitzen der über der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht aufgebrachten Leuchtstoffschicht in üblicher Weise ausgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der bevorzugte Ausführungsformen abgebildet sind. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine weggebrochene perspektivische Ansicht einer Fluoreszenzlampe mit der erfindungsgemäßen Aluminiumoxyd- Unterschicht und

Figur 2 eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit der erfindungsgemäßen Aluminiumoxyd-Unterschicht.

In Figur 1 ist eine Fluoreszenzlampe 1 abgebildet, die einen langgestreckten Kolben 2 mit kreisförmigem Querschnitt aus Sodakalksilikatglas umfaßt. Die Entladungsbaueinheit dieser Lampe besteht aus der üblichen Elektrodenstruktur 3 an jedem Ende des Rohres, die durch Zuführungsdrähte 4 und 5 abgestützt sind, die sich durch eine Glasquetschdichtung 6 in einem Montagefuß 7 zu den Kontakten eines Steckerteiles 8 erstrecken, der jeweils an den gegenüberliegenden Enden der Lampe befestigt ist. Die die Entladung aufrechterhaltende Füllung in dem abgedichteten Glasrohr ist ein Inertgas, wie Argon oder eine Mischung von Argon und anderen Gasen, mit geringen Druck zusammen mit einer geringen Menge Quecksilber, um den geringen Dampfdruck für den Lampenbetrieb zu schaffen. Die innere Oberfläche des Glaskolbens ist mit einer UV-Strahlung reflektierenden aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht 9 versehen und einem Leuchtstoff-Überzug 10, wobei sich beide Überzüge im wesentlichen über die ganze Länge des Kolbens und um die innere Wand des Kolbens erstrecken.

Um die Verbesserung hinsichtlich der Lichtabgabecharakteristiken für eine Fluoreszenzlampe der obigen Konstruktion besser zu

609850/0 336

2624837

illustrieren, wurde eine Reihe von F13T8-Lampen hergestellt und mit verschiedenen Leuchtstoffüberzügen in Kombination mit verschiedenen aufgedampften Aluminiumoxyd-Untersehichten versehen_s die durch Variation des Pelletgewichtes des Aluminiumisopropoxyds erhalten wurden. Die Lichtabgabe in Lumen für die- - Lampen zusammen mit den entsprechenden Aufrechterhaltungs₍.;erten sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

	Probe	Tabelle	10	I	Li ch tab gäbe	100 Std.	Abfall der
		Gewichtsver	20		in Lumen		Lichtabgabe
Pellet	A	ringerung des	—		550
gewicht	B	Leuchtstoffes	30	0 Std.	558	in %
(g)	C	in %	40		558
0,8	D		50	589	545	6,6
	E		593	553	5,9
	P	10	603	528	7,5
(kein)		20	593		8,1
	G	30	59 8	554	7,5
	H	40	568	549	7,1
	I	50		555
1,6	J		609	540	9,0
	K	10	615	521	10,7
		20	605		8,3
	L	30	599	541	9,8
	M	40	570	563	9,6
	N	50		531
2,4	0	602	569	11,7
	P	615	525	10,6
	594		10,6
	622	8,5
	589	10,9

Der obigen Tabelle kann entnommen werden, daß eine Unterschicht, die aus einem 2,4 g schweren Pellet Aluminiumisopropoxyd hergestellt wurde, die größte Verbesserung hinsichtlich der Lichtabgabe für die Lampe bewirkt, doch war dies gleichzeitig von der geringsten Beibehaltung der Liehtabgäbeleistung begleitet. Weiter kann der obigen Tabelle entnommen werden, daß eine Aluminiumoxyd-Unterschicht, die unter Verwendung von 0,8 bzw. 1,6 g schweren Aluminiumisopropoxyd-Pellets hergestellt wurde, eine bessere Beibehaltung der Leistungsabgabe bei 20 %iger Verringerung in dem Gewicht des LeuchtstoffÜberzuges bringt. Der für die

609850/0336

obigen Lampen eingesetzte spezifische Leuchtstoff war ein üblicher kaltweißer Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoff, der mit Mangan und Antimon aktiviert war und als Suspension in einem wasserlöslichen Binder aufgebracht worden war.

In Figur 2 ist eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe 11 mit einem Bogenentladungsrohr 12 aus Quarz gezeigt, das innerhalb eines äußeren Glaskolbens 13 angeordnet ist, der mit einem Schraubsockel 14 versehen ist. Das Bogenentladungsrohr ist an jedem Ende mit einer der Hauptelektroden 15 und 16 versehen, und eine Hilfselektrode 17 ist benachbart der Hauptelektrode angeordnet. Die die Entladung ermöglichende Füllung in diesem Bogenentladungsrohr umfaßt eine abgemessene Menge Quecksilber, die während des Lampenbetriebes vollständig verdampft ist, in Kombination mit einem inerten Zündgas wie Argon, wobei diese Füllung üblich ist in solchen Lampen. Das Bogenentladungsrohr ist innerhalb des äußeren Lampenkolbens durch einen Rahmen abgestützt, der einen einzelnen Seitenstab 18 und Metallstreifen 19 umfaßt. Der Rahmen dient auch als Leiter zwischen der Elektrode l6 und der Sockelumhüllung. Ein anderer Leiter 20 verbindet die andere Elektrode 15 mit dem zentralen Kontakt des Sockels. Die Zündelektrode 17 ist am gegenüberliegenden Ende des Bögenentladungsrohres über einen strombegrenzenden Widerstand 21 in an sich bekannter Weise mit der Hauptelektrode 16 verbunden. Auf die aufgedampfte reflektierende Aluminiumoxyd-Unterschicht 23 ist ein üblicher Leuchtstoff-Überzug 22 aufgebracht.

Die so modifizierte Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe ist ein guter Emitter von UV-Strahlung, besonders ein solcher der Wellenlänge von 365Ο 8. Der an sich vorhandene Nachteil mangelnden Rotanteiles solcher Quecksilberdampf-Lampen und die Farbwidergabe werden durch den überzug auf der Innenseite des äußeren Kolbens mit einem rot-emittierenden Leuchtstoff, der durch die UV-Strahlung des Quecksilberbogens angeregt wird, stark verbessert. Die üblicherweise in solchen Lampen verwendeten rot- · emittierenden Leuchtstoffe sind Zinn-aktiviertes Strontium-

609850/0336

orthophosphat und Mangan-aktiviertes Magnesiumfluorogermanat. Kürzlich haben Europium-aktiviertes Yttriumvanadat und Europiumaktiviertes Yttriumvanadat-Phosphat ausgedehnte Anwendung in den obigen Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampen gefunden (vgl. "Illuminating Engineering", Vol. 65, Nr. I₃ Januar 1970, Seiten 49 bis 53). Diese Leuchtstoffe emittieren im roten Teil des Farbspektrums (etwa 600 - 650 Nanometer ) und erzeugen so eine farbkorrigierte sichtbare Emission der Lampe.

Um ein detaillierteres Verstehen der Verbesserung des Lampenemissionsverhaltens aufgrund der vorliegenden Erfindung bei potentieller Verringerbarkeit des Leuchtstoff-Überzuggewichtes zur Erzielung einer gewünschten Färbtemperatur zu geben, wurden verschiedene 175-Watt-Lampen hergestellt. Die verwendeten Leuchtstoff-Überzugsgewichte wurden gemäß der Dicke der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht variiert. Die Leistungsabgaben dieser Lampen in Lumen wurden in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt zusammen mit den Farbtonwerten für χ und y, die gemäß dem anerkannten 1.C.I.-System gemessen wurden.

Tabelle II

Pellet gewicht (g)	Reflexionsvermögen des Leuchtstoff überzuges	Leis tungs ab gab e in Lumen/Watt	Emissionsfarbe χ y	0,376 0,373 0,374
O O O to to to ro ro ru	35 40 45	50,7 52,6 50,1	0,394 0,394 0,394	0,376 0,376 0,377 0,379
0,3 0,3 0,3 0,3	35 40 45 50	50,4 51,7 50,8 48,7	0,394 0,392 0,400 0,394	0,377 0,378 0,380
0,6 0,6 0,6 ·	35 40 45	51,9 50,0 48,7	0,393 0,392 0,395

Der obigen Tabelle kann entnommen werden, daß ein verringertes Gewicht des Leuchtstoff-Überzuges, wie er durch das geringere Reflexionsvermögen veranschaulicht ist, nicht zu einer nennenswerten Verringerung der Leistungsabgabe der Lampe führt. Weiter

609850/0336

kann festgestellt werden, daß die Emissions-Farbtemperaturen der mit überzug versehenen Lampen, wie durch die Werte für χ und y veranschaulicht, im wesentlichen die gleichen bleiben bei der Variation des Gewichtes der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht. Die Parbtonwerte für χ und y wurden erhalten bei einer Lampenkonstruktion, die überzogen war mit dem gleichen Europium-aktivierten Yttriumvanadat-Phosphat-Leuchtstoff, bis zu einem Wert von 43 für das Reflexionsvermögen, aber ohne die aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht, und lagen im Bereich von 0,380 bis 0,392 bzw. 0,372 bis 0,380, was weiter zeigt, daß durch die vorliegende Erfindung keine beträchtliche Verschiebung in der Färbtemperatur eintritt. Obwohl nicht voll verstanden ist, wie die aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht das verbesserte Emissionsverhalten für Quecksilberdampflampen verursacht, wird es doch der erhöhten Zerstreuungsfähigkeit zugeschrieben, wobei diese Unterschicht mindestens 99 % der einfallenden sichtbaren Strahlung zerstreut bei vernachlässigbarem Leistungsverlust. Eine dünne Schicht aus Aluminiumoxyd schafft daher eine selektive rückwärtige Reflexion der ultravioletten Strahlung, während sie die einfallende sichtbare Strahlung, die von der darüberliegenden Leuchtstoffschicht ausgesandt wird, passieren läßt. Eine zu große Dicke der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht ist unerwünscht, da die Lichtdiffusion mit der Überzugsdicke ansteigt, was zu einer verringerten Lichtabgabeleistung der Lampe aufgrund einer Verringerung der Durchlässigkeit sichtbaren Lichtes führen kann.

Die erfindungsgemäße Aluminiumoxyd-Unterschicht kann auch in anderer Weise aufgebracht werden, z. B. durch direkte Verbrennung gewisser flüssiger Aluminiumalkoxyd-Verbindungen. Weiter können zusätzlich weitere überzüge für verschiedene Zwecke auf die bereits überzogenen Lampen aufgebracht werden.

609850/03 36

Claims

Patentansprüche

1. Quecksilberdampf-Lampe mit einer Entladungs-Baueinheit und einem Leuchtstoff-Überzug innerhalb eines langgestreckten Glaskolbens, gekennzeichnet durch eine UV-reflektierende Unterschicht für den Leuchtstoff-Überzug aus aufgedampften sphärischen Aluminiumoxyd-Teilchen mit einer individuellen Teilchengröße im Bereich von 400 bis 5000 8 Durchmesser, wobei diese Unterschicht mindestens 99 % der einfallenden Strahlung zerstreut bei vernachlässigbarem Leistungsabgabeverlust, wenn sie direkt auf die klare innere Oberfläche des Lampenglaskolbens aufgebracht ist.

2. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Entladungs-Baueinheit ein inneres Bogenentladungsrohr aufweist, das eine Füllung aus Quecksilber und einem Inertgas enthält, die innerhalb des Lampenglaskolbens angeordnet sind.

3. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bogenentladungsrohr ein Paar im Abstand angeordneter Hauptelektroden sowie eine Hilfselektrode enthält, die benachbart einer der Hauptelektroden angeordnet ist.

4. QuecksiIberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Lampenglaskolben ein langgestrecktes Rohr umfaßt, das an seinen Enden Elektroden aufweist und über der Alumiriiumoxyd-Unterschicht eine Halophosphat-Leuchtstoffschicht angeordnet ist.

5. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aluminiumoxyd-Unterschicht eine Dicke aufweist, die eine selektive UV-Reflexion aufweist, ohne die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes zu verringern.

609850/0336

Leerseite