DE2819614A1

DE2819614A1 - Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2819614A1
Application number: DE19782819614
Authority: DE
Inventors: Robert Christiaan Peters; Marinus Gerardus Antoine Tak
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2390000A1; BE866743A; NL7705030A; GB1598946A; JPS611262U; DE2819614C2; JPH0126038Y2; US4166234A; CA1112285A; FR2390000B1; JPS53139381A; NL182998C; IT7822989A0; IT1096267B

Description

Λ —

^ PHN 879-ί

deen/ms/rj

17-1.78

"Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe."

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer Leuchtstoff schicht , die zumindest einen Leuchtstoff aus der Gruppe der mit dreiwertigen Europium aktivierten Seltenen Erdoxide, der mit Cer oder mit Cer und Terbium aktivierten Seltenen Erd-?Magnesium-Aluminate mit hexagonaler Kristallstruktur und der mit zweiwertigem Europium oder mit zweiwertigem Europium und zweiwertigem Mangan aktivierten E^dalkali Magnesium-Aluminate mit hexagonaler Kristallstruktur enthält, welcher Leuchtstoff aus feinkörnigem Material

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ΡΗλ^τ

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besteht.

Ni e de rdru ckqu e cks übe rdamp f entladungslampen sind allgemein bekannte Strahlungsquellen, die sehr häufig sowohl für allgemeine Beleuchtungszwecke als auch für besondere Anwendungen, wie zum Beeinflussen photochemischer Prozesse, benutzt werden. Diese lampen sind meistens mit einem oder mehreren Leuchtstoffen versehen, die aus einem feinkörnigen Pulver bestehen, das als eine zusammenhängende, haftende Schicht auf einem Träger, meistens auf der ¥and der Lampe^ angebracht ist.

Bekannte, sehr wirksam rot leuchtende Stoffe sind die mit dreiwertigern Europium aktivierten Seltenen Erdoxide. Diese Stoffe entsprechen der Formel Ln 0 , wobei Ln mindestens eines der Elemente Yttrium, Gadolinium und Lutetium darstellt, und wobei ein Teil, beispielsweise von 0,1 bis 10 At.fo des mit Ln bezeichneten Elements, durch Europium ersetzt ist. Lampen, die neben anderen Leuchtstoff en ein derartiges leuch-r tendes Seltenes Erdoxid enthalten, sind beispielsweise aus der DE-OS Zk kS 479 bekannt,

Eine Gruppe äusserst wirksamer Leuchtstoffe wird durch die mit Cer oder mit Cer und Terbium aktivierten Seltenen Erd-Magnesium-Aluminate mit hexagonaler Kristallstruktur gebildet. Diese Stoffe, die aus der DE-OS 23 53 9^3 bekannt sind, können durch

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die Formel LaMgAl 0 dargestellt -werden. Bei der
Aktivierung mit Cer wird ein Teil des Lanthans durch Cer ersetzt und man bekommt einen im nahen Ultravioleftbereich des Spektrums strahlenden Stoff. Bei der

Aktivierung sowohl mit Cer als auch mit Terbium wird

das Lanthan, vorzugsweise vollständig, durch die erwähnten Aktivatoren ersetzt. Diese Stoffe zeigen bei der Anregung eine äusserst wirksame grüne Strahlung. Aus der erwähnten DE-OS 23 53 9Λ3 sind weiterhin mit zweiwertigem Europium oder mit zweiwertigem Europium und zweiwertigem Mangan aktivierte Erdalkali-Magnesium-Aluminate mit hexagonaler Kristallstruktur bekannt. Diese Aluminate enthalten als Erdalkalimetall Barium und/oder Strontium und können aus Mischungen von BaO und/oder SrO, MgO und Al 0. (oder Verbindungen, die diese Oxide ergeben) mit ziemlich
weit auseinandergehenden Zusammensetzungen gebildet
werden. Im allgemeinen ist jedoch in diesen Aluminaten der Atombruchteil an Aluminium grosser als das

1,8 fache des Atombruchteils an Magnesium und auch

grosser als das 3>7 fache des Atombruchteils an
Barium und/oder Strontium. Bei der Aktivierung mit
zweiwertigem Europium, das einen Teil des Erdalkalimetalls ersetzt, erhalt man einen wirksamen blau

leuchtenden Stoff. Bei der Aktivierung sowohl mit

zweiwertigem Europium als auch mit zweiwertigem Mangan,

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wobei das Mangan einen Teil des Magnesiums ersetzt, bekommt man abhängig vom Eu:Mn-Verhältnis die Europium-Blaulumineszenz zusammen mit dem grünen Lumineszenzband des Mangans oder nur die grüne Manganlumineszenz.

Die erwähnten Leuchtstoffe haben alle gemeinsam, dass sie eine hohe Ausbeute besitzen, wodurch sie mit grossem Vorteil in Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen verwendet werden können, in denen sie sehr hohe Lichtströme auslösen. Eine besondere vorteilhafte Verwendung ist aus der DE-OS 24 46 479 bekannt, in der Lampen beschrieben sind, die sowohl ein rot lumineszierendes Oxid als auch ein grün lumineszierendes, mit Ce und Tb aktiviertes Aluminat und ein blau lumineszierendes, mit zweiwertigem Europium aktiviertes Aluminat enthalten. Diese für allgemeine Beleuchtungszwecke benutzten Lampen senden weisses Licht aus, wobei man neben einer sehr guten Farbwiedergabe auch einen sehr hohen Lichtstrom erreicht. Weiterhin bekommt man einen nur geringen Rückfall des Liehtstroms während der Lebensdauer der Lampen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lampen der eingangs erwähnten Art mit noch höherem 'Lichtstrom und noch geringerem Rückfall dieses Lichtstroms während der Lebensdauer zu schaffen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe durch die geeignete Wahl der Kornabmessungen

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des Leuchtstoffes gelöst -werden kann.

Eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäss

dadurch gekennzeichnet, das höchstens 5 Gew.°i des Leuchtstoffes eine Korngrösse unter 1/um besitzt und dass das Maximum der Korngrößenverteilungskurve des Leuchtstoffes im Korngrössenbereich von 2 bis 8 mm liegt.

Die erfindungsgemässe Lampe enthält einen Leuchtstoff, dessen Menge äusserst kleiner Pulverteile mit KorngrSssen im Untermikrometerbereich (unter 1 /um) sich auf höchstens 5 Gew.'fo der Gesamtmenge dieses Leuchtstoffes beschränkt. Unter der Korngrösse eines Pulverkornes sei in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen der mittlere Durchmesser des Kornes verstanden, d.h. die Korngrösse eines bestimmten Kornes eines bestimmten Leuchtstoffes ist gleich dem Durchmesser eines kugelförmigen Kornes des gleichen Stoffes mit gleichem Gewicht. Ausser der hier gestellten Bedingung hinsichtlich des Gewichtsanteils an äusserst feinem Pulver entspricht der Leuchtstoff in der erfindungsgemässen Lampe noch der Bedingung, dass das Maximum der Korngrössenverteilungskurve zwischen 2 und 8 /um liegt. Unter der Korngrössenverteilungskurve sei die Linie verstanden, die in einer graphischen Darstellung die Punkte miteinander verbindet, die die Grosse der Gewichtsanteile

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des Pulvers in den verschiedenen Teilen des gesamten Korngrössenbereichs angeben.

Es ist an sich schon lange bekannt, dass man die Gewichtsanteile an feinem und äusserst feinem Pulver eines Leuchtstoffes beschränken muss.

Vorausgesetzt ist nämlich, dass bei der Vervendung des Stoffes in Lampen diese feinen Körner Verluste an Strahlung durch Reflektion verursachen. Veiterhin hat sich herausgestellt, dass äusserst feine Körner im Vergleich zu groben Körnern eine reaktivere Oberfläche besitzen, wodurch, sie leichter angegriffen werden können, so dass ihr Beitrag zum Lichtstrom während der Lebensdauer der Lampen schnell geringer wird. Dazu kommt, dass die feinen Körner eine gro's-■ se spezifische Oberfläche der Leuchtstoffschicht verursachen, wodurch ein möglicher Angriff gefördert wird. Bisher hat man deshalb im allgemeinen bei Leuchtstoffen für Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen das Auftreten von Körnern mit einer Grössenordnung von 5/um und darunter möglichst vermieden. Aus der US-PS 32 55 337 ist es beispielsweise bekannt, leuchtende Halophosphate, eine Gruppe bisher in Lampen sehr häufig angewandter Leuchtstoffe, zu verwenden, die nahezu keine Körner mit einer Grosse unter 4/um enthalten.

überraschenderweise wurde jetzt gefunden,

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dass man in erfindungsgemässen Lampen ohne weiteres, namentlich ohne Lichtstromverluste, grosse Kornmengen in den verhältnismässig feinen Anteilen von 1 bis 2/um und von 2 bis h ,um zulassen kann. ¥esentlich dabei ist jedoch, dass der Gewichtsanteil des Leuchtstoffes im Untermikrometerbereich höchstens 5 Gew.% beträgt. Die Verwendung von Leuchtstoffen mit vdeLen Körnern in den erwähnten verhältnismässig feinen Anteilen bietet sogar grosse Vorteile, wie nachstehend noch erläutert wird. Weiterhin wurde gefunden, dass die verhältnismässig feinen" Körner in den Lampen keinen grösseren Rückfall im Lichtstrom verursachen, was nicht zu erwarten war. Die Verwendung verhältnismässig feiner Pulver in den erfindungsgemässen Lam— - pen zeigt sich aus der oben angegebenen Bedingung für das Maximum der Korngrössenverteilungskurve und bietet den grossen Vorteil, dass eine wesentliche Kostenersparnis erreicht wird. Bei der Verwendung eines feinen Pulvers kann man nämlich im Vergleich zu einem groben Pulver mit einem geringeren Bedeckungsgewicht der Leuchtstoffschicht in der Lampe auskommen. Man kann dabei mit einer geringeren Menge des Leuchtstoffes pro Lampe eine optimale Leuchtstoffschicht bilden, die alle in der Lampe erzeugten Ultraviolettstrahlen absorbiert.

In der erfindungsgemässen Lampe beträgt der

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Gewichtsanteil des Leuchtstoffes mit einer Korngrösse unter 1 /um höchstens 5 Gew.$, weil grössere Mengen eine bedeutende Verringerung des von der Lampe ausgesandten Lichtstroms verursachen. Im allgemeinen besitzen die Leuchtstoffe, die für die Verwendung in erfindungsgemässen Lampen in Betracht kommen, wenn man keine besonderen Massnahmen bei der Herstellung dieser Stoffe trifft, eine Korngrössenverteilung, die diese Bedingung nicht erfüllt. Dies gilt insbesondere für die leuchtenden Seltenen Erdoxide wie YgO (Eu),

das beispielsweise 20 Gew. ⁰Jo an Körnern mit einer Grosse unter 1 /um enthalten kann. In derartigen Fällen muss man den Untermikrometeranteil des Leuchtstoffes beispielsweise durch Sedimentierung oder

durch Schleudern in solchem Ausmass abtrennen, dass der Bedingung entsprochen wird.

Bevorzugt werden Lampen nach der Erfindung, in denen höchstens 1 Gew.°/o des Leuchtstoffes eine Korngrösse unter 1 mm besitzt. Dabei werden nämlich

die höchsten Lichtströme erhalten. · ·

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 25 Gew. ⁰Io des Leuchtstoffes eine Korngrösse über 15/um besitzt. Eine derartige Beschränkung der Menge gröberer Körner hat eine Herabsetzung des Bedeckungsgewichts der Leuchtstoffschicht in den Lam-

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pen mil; den damit verknüpften "wirtschaftlichen Vorteilen zur Folge. Ausserdem bietet dies den Vorteil, dass diese Pulver leichter zu einer Suspension, die meistens zum Anbringen der Leuchtstoffschicht in der Lampe erforderlich ist, verarbeitet werden können.

Schliesslich erhält man mit Pulvern, die wenig grobe Körner enthalten, eine homogene Leuchtstoffschicht, was dem lusseren der Lampen ;zugutekommt. Auch zeigt es sich, dass ein guter Schichtaufbau den Rückfall des Lichtstromes, insbesondere auf längere Frist, herabsetzt,

Die besten Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich des Lichtstroms, des Rückfalls des Lichtstroms und der ¥irtschaftlichkeit, werden mit erfin-

dungsgemässen Lampen erhalten, für die gilt, dass das Maximum der Korngrössenverteilungskurve des Leuchtstoffes im Korngrössenbereich von 2 bis k ,um liegt. Die Verteilungskurve für diese Stoffe wird im allgemeinen ein schmales Band bilden, so dass das Anteil an groben Körnern sehr klein ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und einer Anzahl von Ausführungsbeispielen und Messungen näher erläutert» Es zeigt

Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine erfindungsgemässe Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe und

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Fig. 2 in einer graphischen Darstellung den Lichtstrom der Lampen mit lumineszierendem Y 0 (Eu) als Funktion des Gewichtsprozentsatzes an Körnern mit einer Grosse unter 1 /um.

In Fig. 1 ist 1 die Glaswand einer erfindungsgemässen Lampe. An den Enden der Lampe befinden sich Elektroden 2 und 3 j zwischen denen im Betrieb der Lampe die Entladung erfolgt. Die Lampe ist mit einer Edelgasmischung als Zündgas und weiterhin mit einer geringen Quecksilbermenge gefüllt. An der Innenseite ist die ¥and 1 mit einer Leuchtstoffschicht h bedeckt, die einen erfindungsgemässen Leuchtstoff enthält. Dieser Stoff kann auf eine übliche Weise auf der Wand 1 angebracht werden, beispielsweise mittels einer Suspension.

Um den Einfluss des Gewichtprozentsatzes an Körnern unter 1 /um auf den Lichtstrom in Lampen zu untersuchen, wurden Lampen vom tiblichen 40W/T12-Typ hergestellt, die alle ein rot lumineszierendes Oxid der Formel Y₁ Eu _noK0 enthielten. Die dabei benutzten leuchtenden Oxide hatten eine verschiedene Korngrössenverteilung, sie besassen jedoch, gemessen am Pulver, nahezu die gleiche Quantenausbeute. Ergebnisse von Messungen des Lichtstroms nach 100 Brennstunden dieser Lampen sind in Fig. 2 in Form einer graphischen Darstellung angegeben. Auf

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der horizontalen Achse ist die Menge P an Körnern unter 1 /um (in Gew.$) und auf der vertikalen Achse der Lichtstrom L (in Lm/γ) aufgetragen^ Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, dass eine Beschränkung von P auf höchstens 5 Gew.96 einen deutlichen Gewinn im Lichtstrom ergibt. Auch stellt sich klar heraus, dass ¥erte von P unter 1 Gew.°/o den Vorzug haben. Ein derartiger Effekt tritt auch bei Lampen mit einem grün leuchtenden Aluminat der Formel

Ce_ /-„Tb_ _ooMg Al₁₁O auf. Dies ist ersichtlich 0,57 0,33 1119

aus den in nachstehender Tabelle zusammengestellten Messwerten an 40V/t12-Lampen mit einem derartigen Aluminat,

Gew. io .	<	1 /um	Lm/¥ I
O,	5		116,8
1			115,3
k			113,8
12,	5		107,7

Vergleichbare Ergebnisse wurden mit Lampen mit einem blau lumineszierenden Aluminat der Formel

^Bao,9^guo,i^MgA1io°i7 ^erhaltens

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Gew.°/o <C[ 1 /um	relativer Lichtstrom
1 2 3	116 115 113,8

Um den Einfluss der Grosse des Gesichtsanteils des Leuchtstoffes über 15/um auf das Bedeckungsgewicht der Leuchtstoffschichten zu untersuchen, wurden wiederum mehrere Lampen vom üblichen 40¥/T12-Type hergestellt und mit leuchtendem Y„0 (Eu) mit verschiedenen Korngrössenverteilungen versehen. In nachstehender Tabelle wird für diese Lampen des Bedeckungsgewicht (Gramm/Lampe) angegeben,'das zur Bildung einer optimalen Schicht bei den verschiedenen Gewichtsprozentsätzen über 15/um (Gewichtsprozent ,> 15/um) erforderlich ist.

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Gew. $ ^> 1 5 /um	Gramm/Lamp e
2,1	4,05
8	5,60
18	6,95
32	7,55
34	8,10 .
43'	8,85
71	10,4

Aus der Tabelle ist ersichtlich., dass man wesentliche Ersparnisse an Leuchtstoff durch Beschränkung des Gewichtsprozentsatzes über 15/um erreichen kann.

Auch für das grüne mit Ce und Tb aktivierte Aluminat wurde der Einfluss des Gew.% ^> 15/um auf das Bedeckungsgewicht untersucht:

Gew.# 2	> '	I 5 /um	Gramm/Lamp e	,56
2			3	,75
6,	5		3	,17
17				,0
34,	5		7

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Ein geringer Prozentsatz an Körnern mit einer Grosse über 15/um übt auch einen vorteilhaften Einfluss auf den Rückfall des Lichtstroms der Lampe aus. An Lampen, wiederum mit Y_?0 (Eu) mit verschiedenen Ko rngrδ s s enve rt eilungen versehen, wurde der Lichtstrom nach 100 und 1000 Betriebsstunden gemessen. Der Rückfall im Lichtstrom /± L (i00 - 1000 h) in °/o ist in nachstehender Tabelle angegeben.

Gew. ^ J>	1 5 /um	L(100-1000 h) in %
5,	6	2,0
12,	k	2,3
30,	6	3,7
35		k,2
h3		4,9

60		6,5

Schliesslich sei bemerkt, dass zur Bestimmung von Korngrössenverteilungen und Gewichtsanteilen der Leuchtstoffe in bestimmten Korngrössenbereichen ein Photosedimentomessgerät der Firma Leitz (nähere Beschreibung in ¥. Batel: Einführung in die Korngrössenmesstechnik, Berlin, 1964) benutzt wird. In diesem Gerät wird auf photoelektrische ¥eise die

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Übertragung von Licht durch eine sich absetzende Suspension des zu untersuchenden Pulvers als Funktion der Zeit bestimmt. Daraus lassen sich die verschiedenen Korngrössenanteile berechnen. Die benutzte Suspension besteht aus etwa 25 bis 30 Milligramm des zu untersuchenden Stoffes in 10 ml 0,001 molarer Natriumpyrophosphatlösung. Zum Herstellen dieser Sus pension wird ein Ultraschallbad benutzt.

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Claims

PATENTANSPRUECHE:

M .J Niederdruckquecksilberdamptenfladtmg-s lampe mit einer Leuchtstoffschicht, die mindestens einen Leuchtstoff aus der Gruppe der mit dreiwertigem Europium aktivierten Seltenen Erdoxide, der mit Cer oder mit Cer und Terbium aktivierten Seltenen Erd-Magnesium—Aluminate mit hexagonaler Kristallstruktur und der mit zweiwertigem Europium oder mit zweiwertigem Europium und' zweiwertigem Mangan aktivierten Erdalkali—Magnesium—Aluminate mit hexagonaler Kri» ■

.itallstruktur enthält, welcher Leuchtstoff aus einem feinkörnigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 5 Gev.fo des Leuchtstoffes eine Korngrösse unter 1 ,um besitzt und dass das Maximum der Korngrössenverteilungskurve des Leuchtstoffes im Korngrössenbereich von 2 bis 8 /um liegt.
2. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 1 Gew.°/o des Leuchtstoffes eine Korngrosse unter 1 /um besitzt.
3· Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 25 Gew. ⁰Jo des Leuchtstoffes eine Korngrösse über 15/um besitzt.
4. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum der Korngrössenverteilungskurve des Leuchtstoffes im Korngrössenbereich von 2 bis 4 /um liegt.

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ORIGINAL INSPECTED