DE2803448C2

DE2803448C2 - Leuchtstoffüberzug für eine Leuchtstofflampe

Info

Publication number: DE2803448C2
Application number: DE19782803448
Authority: DE
Inventors: Thomas Evans Euclid Ohio Offerle; Thomas Frederick Cleveland Heights Ohio Soules
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1983-08-04
Also published as: FR2379161B2; DE2803448A1; BE863273A; MX147966A; GB1599771A; FR2379160A1; JPS5416870A; BR7800544A; FR2379160B1; FR2379161A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoffüberzug für eine Leuchtstofflampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch?.

In der DE-OS 21 28 065 ist ein Leuchtstoffüberzug für eine Leuchtstofflampe Geschnoben, der aus einem Drei-Komponentengemiscii besteht, dessen eine Komponente eine grüne bis gelbgrüne iLnission aufweist, die im wesentlichen im Wellenlängenbereich von 515 bis 570 r.m liegt, dessen zweite Komponente eine orangefarbene bis rote Emission aufweist, die im wesentlichen im Wellenlängenbereich von 588 bis 630 nm liegt, und dessen dritte Komponente eine purpurblaue bis grünlichblaue Emission aufweist, die im wesentlichen in dem Wellenlängenbereich von 430 bis 485 nm liept, wobei diese drei Komponenten in einem solchen Verhältnis zueinander stehen müssen, daß bei Mischung ihrer Emissionen weißes Licht erzeugt wird. ^⁵

Ein beispielhafter Leuchtstoffüberzug nach der DE-OS 21 28 065 besteht aus Kalziumarsenit als erste, mit dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid als zweite, und mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontiumchlorapatit als dritte Komponente in einem ^Λ Gewichtsverhältnis von 17 :58 :25.

Die konventionellen Leuchtstoffe für Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ stellen jedoch einen Kompromiß zwischen der Lichtausbeute (Lumenabgabe/Watt) und der Farbwiedergabe dar, da eine bessere Farbwiedergabe ΪΛ1 allgemeinen unter Verringerung der Lichtausbeute um bis zu 35% oder mehr erzielbar ist. Eine befriedigende Farbwiedergabe für Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ beträgt etwa 80 oder mehr, gemessen nach dem allgemein anerkannten Farbwiedergabeindex der Commission Internationale d'Eclairage, abgekürzt C.I.E.-Index. Die Farbtemperatur der Emission in diesen Lampen ist für die warmweißen Deluxelampen bei etwa 3000 K, für die standardweißen Deluxelampen bei etwa 3500 K, für die kaltweißen Deluxelampen bei etwa 4200 K und für die Tageslicht-Deluxelampen bei etwa 6500 K festgelegt, gemessen durch die C.I.E.-Norm-Farbwertejfundj'.

Bei einer relativ neuen Entwicklung von Leuchtstoffen für Leuchtstofflampen, wie sie in der DE-PS 2642 704 vorgeschlagen ist, wird eine besondere Kombination von zwei verschiedenen Leuchtstoffen als Leuchtstoffüberzug für eine Leuchtstofflampe eingesetzt, um eine verbesserte Lichtausbeute bei vergleichbarer Farbwiedergabe in einer Leuchtstofflampe vom Deluxe-Typ zu erzielen. Mehr im besonderen wurde dabei festgestellt, daß eine Kombination eines Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffes mit einem Europiumaktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoff die erwünschte Emission in einem Farbtemperaturbereich von etwa 2700 bis etwa 6500K erzeugt, wobei sowohl eine befriedigende Farbwiedergabe als auch eine höhere Lichtausbeute als mit üblichen Leuchtstoffgemengen erhalten werden kann.

Die verwendete besondere Leuchtstoffkombination benutzt einen Leuchtstoffbestandteil mit relativ breiten Bandemissionen im unteren Spektralbereich von etwa 450 bis 590 nm zusammen mit einem spezifischen Seitenerdoxid-Leuchtstoff mit schmaler Bandemission in dem Spektralenergiebereich von etwa 600 bis etwa 615 nm für die höhere Lichtausbeute und eine befriedigende Farbwiedergabe bei der erwünschten Farbtemperatur. Durch Variieren des Gewichtsverhältnisses dieser Leuchtstoffbestandteile in dem Gemenge wird es möglich, w-e im folgenden noch näher erläutert wird, in etwa die gleiche Farbtemperatur zu erzielen, die von üblichen Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ emittiert wird. Die Verbesserung in der Gesamtemission resultiert aus der relativ höheren Lichtemission des Seltenerdoxid-Leuchtstoffes, verglichen mit der des Zinn-aktivierten Orthophosphat-Leuchtstoffes, der derzeit in den genannten konventionellen Lampen verwendet wird.

Die besonderen Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffe der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Formel, die in dieser Weise benutzt werden können, sind an sich bekannt, und die allgefciine Klasse solcher Leuchtstoffmaterialien ist in der US-PS 24 88 733 beschrieben.

Die brauchbaren Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffe umfassen z. B. Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff, der Antimon-aktiviert ist, Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff, koaktiviert mit Antimon und Mangan, sowie Strontiumhalogenphosphat-Gelbleuchtstoff, der eine noch größere Mangan-Aktivatormenge enthält.

Die in dem Leuchtstoffüberzug der eingangs genannten Art benutzten Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoffe sind auch an sich bekannt und in der US-PS 33 01 791 beschrieben. Die relativen Anteile der beiden Leuchtstoffbestandteile der Leuchtstoffmischung nach der DE-PS 26 42 704 liegen nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Bereich von etwa 68 bis 85 Gew.-% von dem Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoff und etwa 32 bis 15 Gew.-% von dem Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoff. Bei dem letztgenannten Yttriumoxid-Leuchtstoff handelt es sich um ein relativ teures Produkt.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das Leuchtstoffgemisch der eingangs genannten Art dahingehend abzuwandeln, daß die verbesserte Lichtausbeute bei vergleichbarer Farbwiedergabe in einer Leuchtstofflampe vom Deluxe-Typ in einem Farbtemperaturbereich von eiiwa 2700 bis etwa 6500 K mit geringeren Kosten erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.

daß der Leuchtstoffüberzug als eine dritte Komponente einen Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoff in einer Menge von bis zu 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Oberzuges, enthält und daß innerhalb des Restes aus Strontiumhalogenphosphat und Europium-aktiviertem Yttriumoxid das Strontiumhalogenphosphat in einer Menge von 68 bis 85 Gew.-°/o und das Europium-aktivierte Yttriumoxid in einer Menge von 32 bis ? 5 Gew.-% vorhanden sind.

Diese dritte Komponente weist eine sichtbare Emission vergleichbar der sichtbaren Emission der Leuchtstaffkombination nach der DE-PS 26 42 704 auf, ist aber billiger als der Yttriumoxid-Leuchtstoff, so daß man die gleichen Ergebnisse bei geringeren Kosten erhält, denn die erfindungsgemäße ternäre Leuchtstoffmischung benutzt insgesamt einen geringeren Anteil des relativ teuren Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoftes, ohne daß die Lichtausbeute, verglichen mit einer binären Mischung aus den beideii'Bestandteilen der Leuchtstoffkombination nach der DE-PS 26 42 704, merklich beeinträchtigt wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Beziynahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der dargestellt ist:

F i g. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht einer Leuchtstofflampe mit dem Leuchtstoffüberzug gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine Emissionskurve im sichtbaren Spektralbereich für einen Leuchtstoffüberzug gemäß der DE-PS 26 42 704,

F i g. 3 ein C.I.E.-Farbwerte-Diagramm, das die Linie des schwarzen Körpers enthält und die Angabe der entsprechenden Farbtemperaturen für verschiedene Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ, und

F i g. 4 eine grafische Darstellung der Lumen-Abgabe verschiedener Leuchtstoffüberzüge nach der vorliegen- J5 den AnmeJdung.

In F i g. 1 ist eine Leuchtstofflampe 1 gezeigt, die einen langgestreckten Kolben 2 aus Sodakalksiükatglas mit kreisförmigem Querschnitt aufweist Die Entladungseinheit Ia dieser Lampe weist die übliche -to Elektrodenstruktur 3 an jedem Ende auf, die durch die Zuleitungen 4 bzw. 5 gehalten ist, die sich dt<rch eine Glasquetschdichtung 6 in einem Stempel 7 zu den Kontakten eines Sockels 8 erstrecken, der an den gegenüberliegenden Enden der Lampe befestigt ist Die Ί5 die Entladung aufrechterhaltende T'ü'.lung in dem abgedichteten Glaskolben besteht aus einem Inertgas wie Argon oder einer Mischung aus Argon und anderen Gasen bei geringem Druck in Kombination mit einer geringen Menge Quecks^Jber, um die Lampe bei i<> geringem Dampfdruck arbeiten zu lassen. Die innere Oberfläche des Glaskolbens ist mit einem Leuchtstoffüberzug 9 versehen, der sich im wesentlichen über die gesamte Kolbenlänge und um die Innenwand des Kotbens erstreckend aufgebracht ist

Zur besseren Veranschaulichung der durch die vorliegende Erfindung erzielten Verbesserung des Emissionsverhaltens für die obige Lampe wurde die Leuchtstoffkombination nach der DE-PS 26 42 704 als vermengtes Gemisch eingesetzt und es wurden verschiedene 40-Watt-Lanipen für Vergleichszwecke mit üblichen Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ konstruiert, in denen ein Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff oder ein Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff mit Zinn-i'ktiviertem Strontiumorthophosphat-Leuchtstoff in et^Va gleichen Gewichtsanteilen verwendet wurden. Pie üblichen, weißes Licht abeebenden Deluxe-LaniD^n hatten einen Lumenwert von etwa 2100 bis 100 Stunden mit einer Farbtemperatur innerhalb des in Fig.3 gezeigten Farbovals, während die Lampen mit der Leuchtstoffkombination nach der DE-PS 26 42 704 aus etwa 80 Teilen Strontiumhalogenphosphat-Grün und 20 Teilen Europium-aktiviertem Yttriumoxid in dem vermengten Gemisch eine Lumenleistung von 2750 bei etwa der gleichen Farbtemperatur erzielten. Die Lampen mit dem Leuchtstoffüberzug nach der DE-PS 26 42 704 wiesen weiter eine 5 bis 8%ige Lumenherabsetzung nach 1000 Brennstunden auf, was der Leistungsfähigkeit der getesteten üblichen Leuchtstofflampen vom Deluxe-Typ vergleichbar ist

Das Emissionsspektrum für die oben beschriebene Lampenkonstruktion gemäß der DE-PS 26 42 704 ist in F i g. 2 gezeigt Aus dieser Emissionskurve im sichtbaren Spektralbereich ist ersichtlich, daß sich die Breitbandemission über die Spektralregion von etwa 450 bis 590 nm erstreckt, was dem Anteil des Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoffes in dem Gemenge zuzuschreiben ist, der die folgende chemische Zusammensetzung aufweist:

0,93SrF₂.

Der Anteil der Emissionskurve, der sich von etwa 580 bis 620 nm erstreckt, ist dem Anteil des Seltenerdoxid-Leuchtstoffes in dem Gemisch zuzuschreiben, der eine chemische Zusammensetzung hatte, die durch die Formel

Eu³+ : Y₂O₃

wiedergegeben werden kann. Nach dem C.I.E.-Verfahren wurde für diese I^ampe ein Farbwiedergabe-Indexwert von 82 erhalten. Die Farbwerte χ und y für diese Lampe wurden nach dem bekannten CLE-Verfahren zu x= 0,404 und y= 0395 ermittelt Diese Farbwerte liegen in Fig.3 im gleichen Farboval wie die für übMche Lampen für weißes Licht vom Deluxe-Typ.

Vergleichbare Ergebnisse wurden mit einer anderen gemäß der DE-PS 26 42 704 eingesetzten Leuchtstoffkombination für eine warmweiße Deluxe-Farbemission erhalten, die einen Farbort innerhalb oder benachbart des Farbovals hat, das in F i g. 3 für übliche, warmweißes Licht gebende Deluxe-Lampen gezeigt ist. im Einzelfall wurde in hochwirksamer Strontiumhalogenphosphat-Gelbleuchtstoff mit der Formel

Sr_8ÄSb₀.o35Mno33(P04)6 · 0,93 SrF₂

mit Europium-aktiviertem Yttriumoxid in solchen Anteilen vermengt daß der erwünschte Farbort benachbart der Linie des schwarzen Körpers erhalten wurde. Dieses Leuchtstoffgemisch umfaßte etwa 83 Teile des gelben Strontiumhalogenphosphct-Leuciitstoffes und 17 Teile des Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoffes, und man erhielt in 100 Stunden eine Lumenabgabe von 2900 Lumen in 40-Watt-Lampen. Die mit dieser Mischung erzielten Farbwerte betrugen x= 0,445 und ^=0,415, die einem Farbort benachbart dem erwünschten Farboval entsprachen.

Ein anderes Beispiel gemäß der DE-PS 26 42 704 veranschaulicht die Ergebnisse, die mit einer besonderen Leuchtstoffkombination erhalten wurden, die eine kaltweiße Deluxe-Faibemiscion bei einer höheren Lichtausbeute ergibt, als sie mit konventionellen Deluxe-Leuchtstoffgemengen erhältlich ist. Im besonderen Falle wurde eine Mischung mit 80 Teilen eines

Strontiumhalogenphosphat-Blaugrünleuchtstoffes koaktiviert mit Antimon und Mangan und der Strukturformel

Sr₈.s5Sbo.o62Mno.o5(P04)6 · 0,94 SrF₂

und 20 Teilen Europium-aktiviertem Yttriumoxid-Leuchtstoff geschaffen, dessen Gesamtemission innerhalb des Standard-Farbovals lag. das in Fig.3 für übliche Deluxe-Lampen für kaltweißes Licht gezeigt ist. Die Farbwerte für die vorgenannte Mischung wurden nach dem C.I.E.-Verfahren zu *= 0,374 und y= 0,364 ermittelt. Eine 40-Watt-Leuchtstofflampe erzielte unter Verwendung des vorgenannten Leuchtstoffgemenges einen 100-Stunden-Lumenabgabewert von etwa 2650 Lumen bei einem Farbwiedergabe-Indexwert von 90.

Ein Beispiel für eine Tageslicht-Deluxe-Leuchtstofflampe gemäß der DE-PS 26 42 704 hatte einen Gesamtemissionsfarbort innerhalb oder benachbart des FarhovaU; das in F i g. 3 für konventioneüe Deluxe-Tageslichtlampen gezeigt ist. Der hierfür verwendete Leuchtstoff bestand aus einem Gemenge von 84 Teilen Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff mit der Formel

Sr_8ÄSbo.o68Mn_o.oi 1(PO^)₆ ■ 032SrF₂

mit 16 Teilen des Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoffes, und die mit diesem Gemenge überzogenen 40-Watt-Lampen zeigten einen 100-Stunden-Lumenabgabewert von 2650 Lumen bei einem Farbwiedergabe-Indexwert von 93 nach C.I.E Die Farbwerte, die nach dem gleichen C.I.E.-Verfahren wie bei den vorherigen Beispielen erhalten wurden, betrugen *=0313 und >-=0,346.

Eine Erklärung der Art und Weise, in der der erwünschte Emissionsfarbpunkt mit der Leuchtstoffkombination nach der DE-PS 26 42 704 erhalten wird, ist ebenfalls in Fig.3 gezeigt Die gerade schwarze Linie, die auf dieser grafischen Darstellung links erscheint, repräsentiert die Farborte, die durch die Zusammensetzungsvariation des Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffes innerhalb des oben angegebenen allgemeinen Bereiches nach der DE-PS 26 42 704 erhalten werden. Im besonderen ist ein auf dieser geraden Linie veranschaulichter Punkt der Farbort, der durch den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Strontiumhalogenphosphat-Blauleuchtstoff erhalten wird, während der zweite auf dieser geraden Linie veranschaulichte Punkt den Farbort repräsentiert, der durch den Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff erhalten wird. Der Farbort für das auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendete Europium-aktivierte Yttriumoxid ist ebenfalls in F i g. 3 gezeigt, und er gestattet das Ziehen der zweiten (gestrichelten) geraden Linie zwischen diesem letztgenannten Farborten und dem Punkte auf der durchgezogenen Linie, der den Farbort des angewendeten Halogenphosphat-Leuchtstoffes repräsentiert Für die in Fig.3 besonders veranschaulichte Leuchtstoffmischung zwischen Strontiumhalogenphosphat-Grünleuchtstoff und Y₂Oj: Eu-Leuchtstoff schneidet die gestrichelte Linie das Standard-Farboval für konventionelle Deluxe-Lampen für weißes Licht. Dieser Schnittpunkt zeigt, daß Farborte innerhalb eines besonderen

-, Farbovals erhallen werden können, indem man die Gewichtsanteile der Leuchtstoffbestandteile variiert. In gleicher Weise wird deutlich, daß vergleichbare Farbemissionscharakteristiken innerhalb der Farbovale, die für Deluxe-warmweißes Licht, Deluxe-kaltweißes

κ» Licht und Deluxe-Tageslicht-Lampen gezeigt sind, durch Variieren der Gewichtsanteile in der Leuchtstoffkombination und durch Verwenden anderer Strontiumhalogenapatit-Leuchtstoffmaterialien, wie sie oben offenbart sind, erhalten werden.

Wie bereits erwähnt, kann eine vergleichbare Leistungsfähigkeit der Lampe erhalten werden, wenn man die Kombination aus den zwei Leuchtstoffen nach der DE-PS 26 42 704 erfindungsgemäß mit einem üblichen Kalziumhalogenphcsphst Leuchtstoff vcr-

.'() mischt. Typische ternäre Leuchtstoffmischungen für eine z. B. standardweiße Deluxe-Lampe können verschiedene Gewichtsanteile des Leuchtstoffes der folgenden Formel:

Ca_5-65Sb₀, „5

vermischt mit einer besonderen Leuchtstoffkombination enthalten, die 75 Teile des grün-emittierenden Strontiumhalogemphosphat-Leuchtstoffes und 25 Teile

jo des Europium-aktivierten Yttriumoxid-Leuchtstoffes aufweist.

Es wurde eine 40-Watt-Leuehtstofflampe unter Verwendung der genannten ternären Leuchtstoffmischungen benutzt, die 30 bis 70 Gew.-% des Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoffes enthielt, und der Rest bestand aus der angegebenen Leuchtstoffkombination. Alle diese ternären Leuchtstoffmischungen wiesen eine Farbtemperatur innerhalb des anwendbaren Farbovals in Fig.3 sowie Farbwiedergabeindices

■«ο zwischen 66 und 74 auf, die noch als annehmbare GI.E-Werte für Deluxe-Lampen angesehen werden können.

Die Lumenabgabe der entsprechenden Lampen bei null Stunden Betriebszeit ist in F i g. 4 angegeben. Die erhöhte Lumenabgabe dieser Lampen mit zunehmenden Anteilen des Kalziumhalogenphosphat- Bestandteiles ist von einer Abnahme der C.I.E-Farbwiedergabeindex-Werte zu dem oben angegebenen Ausmaß begleitet Es wird davon ausgegangen, daß vergleichbare Ergebnisse für Mischungen erhalten werden, die die oben genannten Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoff-Zusätze benutzen.

Leuchtstoffüberzüge mit der erfindungsgemäßen Leuchtstoffkombination können daher bis zu 50% oder mehr des Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoffes enthalten und doch eine für Deluxe-Lampen angemessene Farbwiedergabe bei höherer Lumenabgabe und verringerten Kosten habea

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Leuchtstoffüberzug für eine Leuchtstofflampe mit einem Strontiumhalogenphosphat der allgemeinen Formel

Sno-x-jSbxMn^PO^ - A₂,

worin A ein Halogenidion ist, ausgewählt aus F, Cl und deren Kombinationen, χ einen Wert im Bereich von etwa 0,04 bis 0,15 und y einen Wert im Bereich von etwa 0,01 bis 0,42 hat, und einem Europium-aktivierten Yttriumoxid auf der inneren Oberfläche des Kolbens, nach Patent 26 42 704, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoffüberzug als eine dritte Komponente einen Kalziumhalogenphospbat-Leuchtstoff in einer Menge von bis zu 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Oberzuges, enthält und daß innerhalb des Restes aus Strontiunitalogenphosphat und Europium-aktiviertem Yttriumoxid das Strontiumhalogenphosphat in einer Menge von 68 bis 85 Gew.-°/o und das Europium-aktivierte Yttriumoxid in einer Menge von 32 bis 15 Gew.-% vorhanden sind.

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