DE2835575C2 - Leuchtstoff für eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Description

OSxS 2
10 Sy S 16

OSpS 0.50

0 S q S 0.60
ρ ρ q S 0.90.

5 Leuchtstoff nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein mit zweiwertigem Europium,

mit'zweiwertigem Europium und zweiwertigem Mangan oder mit dreiwertigem Cer aktiviertes Aluminat mit

hexagonaler Kristallstruktur Ist, die der Struktur von ^-Aluminiumoxid verwandt Ist, welches Aluminat der

Formel MeO · xMgO · yAI,O,: pEuO ■ ?MnO rCe₂O, entspricht, worin Me Ba und/oder Sr darstellt, worin bis

zu 25 MoK des Al₂O₃ durch Ga₂O, und/oder Sc₁O, ersetzt sein kann, und worin

0 S χ S 2

5 S y S 8
0.01 SpS 0,50
0 q S 1.0
0 r S 0,50,

wobei Me Ba Ist. wenn χ - 0. .

6. Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Gruppe gewäh 1st, die aus mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontlumtelraboral. mit Blei aktiviertem Barlumdlsllikat mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontlumchlorophosphat mit Apatltstruklur. mit Cer und Terbium

aktiviertem Gadoliniummetaborat und mit dreiwertigem Wismut und dreiwertigem Europium aktiviertem Gadoliniumborat besteht. , . . .

7. Verwendung des Leuchtstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 6 In einer Niederdruckquecksllberdampfentladungslampe, bei der im Betrieb eine elektrische Feldstärke von 150 ois 1000 V/m in der Säulenentladung aufrechterhalten wird.

8 Verwendung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben der Nlederdruckquecksllber-

dampfentladungslampe die Form eines Rohres besitzt, dessen Querschnitt senkrecht auf der Achse des

Rohres nahezu kreisförmig Ist und dessen Innendurchmesser 3 bis 15 mm beträgt _N.«t^n.rk

9 Verwendung des Leuchtstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 In einer Nlederdruck-

quecksllberdampfentladungslampe. bei der Im Betrieb ein elektrischer Strom mit einer Stromdichte von

mindestens 0.5 A/cm* In der Säulenentladung aufrechterhalten wird.

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstorf für eine Nlederdruckquecksllberdampfentladungslampe, die einen vakuumdicht abgeschlossenen strahlendurchlasslgen Kolben, auf dem der Leuchtstoff als Schicht aufgebracht ist eine Gasfüllung, die Quecksilber und Edelgas enthalt, und Mittel zum Aufrechterhalten einer Säulenentladung In der GasfftHuog-aufwelst, wobei die Leistungsdichte der von der Säule aufgenommenen Leistung hezoien auf die Oberfläche der Leuchlstoffschlchl mindestens 5U0 W/m² beträgt und die von der Säule abge-

strahlte Ultraviolettstrahlung Wellenlängen vorwiegend von 185 und von 254 nm aufweist.

Nlederdruckquecksllberdampfentladungslampen sind Strahlenquellen, die In sehr großem Umfang sowohl für allgemeine Beleuchtungszwecke als auch für besondere Zwecke iPhotochemle u. dgl.) verwendet werden, weil sie die zugeführte elektrische Leistung auf besonders wirksame Welse In Strahlung umsetzen. Im allgemeinen bestehen diese Lampen aus einem rohrförmigen Kolben, der gerade oder gebogen, beispielsweise kreisförmig oder U-förmig gebogen sein kann. Dieser Kolben enthält eine Gasmischung aus Quecksilber und einem oder mehreren Edelgasen, in denen eine Entladungssäule erzeugt wird. Zum Aufrechterhalten dieser Säulenentladung sind Mittel zum Zuführen der elektrischen Energie an die Gasmischung vorgesehen. Diese MIttel enthalten meistens zwei Elektroden. In der Entladung wird Im wesentlichen Ultraviolettstrahlung erzeugt, von der ein ziemlich geringer Teil Wellenlängen vor* ungefähr 185 nm und der größte Teil Wellenlängen von ungefähr 254 nm besitzt. Diese Ultraviolettstrahlung wird durch eine an der Innenwand des Lampenkolbens angeordnete Leuchtstoffschicht in Langenwellenstrahlung mit einer Spektralverteilung abhängig vom benutzten Leuchtstoff im nahen ultravioletten oder im sichtbaren Teil des Spektrums umgesetzt.

Einer der häufigsten Lampentypen 1st die sogenannte 40 W/T12-Lampe, die aus einem geraden etwa 1,20 m langen Rohr mit einem Durchmesser von ungefähr 37 mm besteht und eine Leistung von ungefähr 40 W aufnimmt. Diese Lampe wird im allgemeinen mit einem Lampenstrom von ungefähr 400 mA und mit einer elektrischen Feldstärke in der Säule von ungefähr 80 V/m betrieben. Die Temperatur der kältesten Stelle des Kolbens einer frei In der Luft brennenden Lampe nimmt unter diesen Umständen einen Wen von ungefähr 40" C an, wobei ein Quecksilberdampfdruck von ungefähr 8 · 10"¹ mbar auftritt. Es hat sich herausgestellt, daß diese Urnstände für die Erzeugung von Ultraviolettstrahlung nahezu optimal sind. Andere häufig verwendete Lampentypen besitzen Im Betrieb Werte des Lampenstroms, des elektrischen Feldes und de-- Quecksllberdampfdrucks, die den erwähnten Werten entsprechen oder nicht stark davon abweichen. Die Wasdbeiastur.g dieser Lampen, d. h. die von der Säule aufgenommene Leistung pro Oberflächeneinheit der Leuchtstoffschicht besitzt in diesen Lampen einen Wert von ungefähr 300 W/m².

Man hat bereits Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen mit einer beträchtlich höheren Wandbelastung, und zwar über 500 W/m², hergestellt, so daß sich die Hufgenommene elektrische Leistung je Volumeneinheit der Lampe stark vergrößert. Zunächst wurde damit bezweckt, kleine und kompakte Lampen zu erzeugen. Aus der DE-OS 21 09 898 sind zum Beispiel kleine Lampen mit Wandbelastungen bis etwa 2500 W/m² bekannt. Die elektrische Feldstärke in diesem Lampen übersteigt die der normalen Lampen und hat beispielsweise einen Wert in der Größenordnung von 600 V/m. Zweitens hat man durch die Verwendung hoher Stromdichten (von 0,5 bis 25 A/m²) Lampen herstellen können, deren Wand sehr hoch belastet Ist. Derartige Lampen sind z. B. In den US-PS 37 78 662 und 36 79 928 beschrieben. In diesem Lampen können Wandbelastungen in der Größenordnung von 25 000 W/m² auftreten.

Ein großer Nachteil der bekannten Lampen mit verhältnismäßig hoher Wandbelastung Ist, daß die Ausbeute der Lampe, d. h. der relative Strahlungsstrom oder Lichtstrom der von der Leuchtstoffschicht ausgesandten Nutzstrahlung (die Leistung an Nutzstrahlung pro Einheit der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung) einen geringen Wert zeigt. Diese Ausbeute Ist insbesondere wesentlich geringer als die der normalen Lampen (beispielsweise der 40 W/T12-Lampe). Dieser Nachteil macht sich insbesondere bei den kompakten Lampen geltend und Ist auch die Ursache dafür, daß dieser Lampentyp, der für praktische Anwendungen, beispielsweise als Ersatz für die normalen Glühlampen, große Vorteile bieten würde, bisher nicht eingeführt worden ist. Erkenntnisse über die Ursachen, weshalb es sich als nicht möglich erwies, Lampen mit hoher Leistungsaufnahme pro Volumeneinheit und mit einer Ausbeute vergleichbar der der normalen Lampen zu erhalten, fehlten. Auch bekannte Erkenntnisse hinsichtlich des optimalen Quecksilberdampfdrucks (der bei höher belasteten Lampen einen höheren Wert hat. beispielsweise bis zu 1 mbar bei einer Temperatur der kältesten Stelle der Wand von 120⁰C) und Mittel zur Quecksilberdampfdruckelnstellung (Amalgame u. dgl.) haben nicht zum gewünschten Ergebnis geführt. Man war daher bis jetzt der Meinung, daß die Herstellung einer kompakten Lampe, beispielsweise durch Durchmesserverringerung unter Beibehaltung der zugeführten elektrischen Leistung, unvermeidlich von Verlusten In der Ausbeute begleitet werden müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leuchtstoff für eine Nlederdruckquecksllberdampfentladungslampe mit einer hohen Dichte der aufgenommenen Leistung und mit einer hohen Strahlungsausbeute zu so schaffen, wodurch einerseits kompakte Lampen mit einer Ausbeute nahezu gleich der der normalen Nlederdruckquecksllberdampfentladungslampen und zum anderen Lampen mit hohen Stromdichten mit einer verbesserten Strahlungsausbeute verfügbar werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtstoff der clngargs u-wähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leuchtstoff dadurch ausgewählt Ist, daß von diesen Leuchtstoffen nur solche einer Auswahlmessung unterzogen sind, bei denen das Kation oder die Kombination der Kationen höuistens eine Elektronegatlyltät von 1,4 besitzt, und dabei die Auswahl messung darin besteht, eine Leuchtstoffprobe vorgegebener Probenoberfläche einer 15 Minuten langen Ultraviolettstrahlung aus einer Meßgassäule mit Wellenlängen vorwiegend von 185 und 254 nm auszusetzen, wobei das Strahlungsleistungsverhältnis der Strahlung der beiden Wellenlängen zwischen 0,20 und 0,40 und die Leistungsdichte der von der Meßgassäule abgegebenen Strahlung bezogen auf die Probenoberfläche zwischen 150 und 500 W/m² liegt, und daß der Leuchtstoff bei der Auswahlmessung die Eigenschaft gezeigt hat, nach den 15 Minuten Bestrahlungsdauer eine um höchstens 5% geringere Leuchtdichte lü zeigen als eine unbestrahlte Probe unter 254 nm-Anregung.

Versuche, die zur Erfindung geführt haben, haben gezeigt, daß In einer hochbelasteten Lampe eine wirksame Umtetzung der elektrischen Leistung In Ultraviolettstrahlung möglich Ist. Insbesondere hat es sich völlig unerwarfet herausgestellt, daß die Ausbeute dieser Umsetzung nahezu gleich der der normalen 40 W/T 12-Lampe sein kann. Es wurde dabei gefunden, daß die Elektronentemperatur In der hochbelasteten Lampe einen Wert annehmen muß, dar nicht kleiner und vorzugsweise sogar größer als der In der normalen Lampe Ist. Dazu kann

man verschiedene Maßnahmen ergreifen. Beispielsweise ausgehend von der normalen Lampe hält man die gewünschte hohe Elektronentemperatur aufrecht, wenn der Durchmesser des Entladungsrohrs geringer gewählt und die der Lampe zugeführte elektrische Leistung nahezu konstant gehalten wird. Im Vergleich zu den normalen Lampen Ist dabei die elektrische Feldstärke höher, der Lampenstrom kleiner und die Wandbelastung größer. Versuche haben gezeigt, daß auch bei sehr niedrigen Werten des Durchmessers des Entladungsrohrs (von ein bis einigen Millimeter) die erwähnte hohe Ausbeute bei der Umsetzung In Ultraviolettstrahlung erreicht werden kann. Eine andere Maßnahme, die es ermöglicht, eine hohe Elektronentempcratur aufrechtzuerhalten, 1st die Herabsetzung des Edelgasdrucks In der Lampe, wobei die zugeführte elektrische Leistung erhöht wird.

Ό Im Vergleich zu den normalen Lampen Ist der Lampenstrom wesentlich größer und die elektrische Feldstärke nahezu gleich oder etwas geringer. Die Wandbelastung In diesen Lampen Ist selbstverständlich größer.

Weiter wurde gefunden, daß bei einer wirksamen Erzeugung von Ultraviolettstrahlung In hochbelasteten Lampen nicht nur die UV-Strahlungsdlchte an der Wand hoch Ist, sondern auch daß das Anteil der Strahlung mit Wellenlängen von 185 nm verhältnismäßig höher Ist als In normalen Lampen. Dieses unerwartet hohe Verhältnis zwischen der 185-nm-Strahlung und der 254-nm-Strahlung In Verbindung mit der erhöhten Dichte der Insgesamt erzeugten Ultraviolettstrahlung hat zur Folge, daß insbesondere die 185-nm-Belastung der Wand derartiger Lampen wesentlich höher Ist als In normalen Lampen.

Der Erfindung Hegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Versagen der bekannten Lampen mit hoher Wandbelastung nicht die Folge einer niedrigen Ausbeute bei der Umsetzung In Ultraviolettstrahlung ist, wie bisher sügemein angenommen wurde, sondern den benutzten Leuchtstoffen zugeschrieben werden muß. Als Maßnahme zum Erhalten wirksamer, hochbelasteter Lampen gibt die Erfindung geeignete Leuchtstoffe an. Durch diese Erfindung wird daher der Weg zu einem völlig neuen Lampentyp geöffnet, und zwar zur kompakten Nlederdruckquecksllberdampfentladungstampe, die die In sehr großen Mengen benutzte normale Glühlampe ersetzen kann. Da die Ausbeute der Nlederdruckquccksllberdampfenttadungslampe etwa fünfmal größer als die der Glühlampe Ist, wird hierdurch eine sehr beträchtliche Energieersparnis ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird ein Leuchtstoff verwendet, der einerseits In hohem Maße gegen 185-nm-Strahlung beständig Ist, d. h. die Lampe weist einen nur geringen Abfall Im Lichtstrom (bei Anregung mit 245-nm-Strahlung) durch eine Bestrahlung mit 185-nm-Strahlen auf. und der andererseits eine hohe Quecksllbetrestlgkelt besitzt.

Es Ist bekannt, da3 das Bestrahlen eines Leuchtstoffs mit 185-nm-Strahlung im allgemeinen bereits nach sehr

w kurzer Zeit einen nachteiligen Einfluß auf den Lichtstrom des Leuchtstoffes ausübt. Als Maß für die Beständigkeit gegen ?85-nm-Strahlung dient der sogenannte Kurzfristrückgang, unter dem hler der Rückgang (ln%) des Lichtstroms des Stoffes (bei der 254-nm-Anregung) durch eine Bestrahlung mit Wellenlängen vorwiegend von 185 nm und 254 nm mit einer Strahlungsdichte zwischen 150 und 500 W/m^J und mit einem Verhältnis der 185-nm-Lelstung zur 254-nm-Lelstung zwischen 0,20 und 0.40 von 15 Minuten verstanden sei. Eine Anordnung zur Bestimmung des Kurzfristrückgangs sowie das Ausmaß dieses Rückgangs bei einigen Leuchtstoffen sind aus »Illuminating Engineering« 59 (1964) S. 59 ... 66 bekannt. Nachstehend wird eine derartige Anordnung mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Durch die hohe Dichte der iSS-nm-Strahlung wird In Lampen nach der Erfindung eine hohe Anforderung an den Kurzfristrückgang des Leuchtstoffes gestellt. Er darf höchstens 5% betragen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei höheren Werten dieses Rückgangs Lampen erhalten werden, die

•»ο bereits nach sehr kurzer Brennzelt (faktisch bereits nach den wenigen Minuten, die zum Erhalten einer stabil brennenden Lampe erforderlich sind; In der Praxis Ist daher auch bei der Messung des Lichtstroms der Lampe bei 0 Stunden der Kurzfristrückgang bereits erfolgt) einen unzulässig niedrigen Lichtstrom ergeben.

Der erfindungsgemäße Leuchtstoff muß In der Lampe außer der Bedingung hinsichtlich des Kurzfrlstrückgangs auch der einer größeren Quecksilberfestigkeit genügen. Es wurde nämlich gefunden, daß die Leuchtstoffschicht In hochbelasteten Lampen einer viel größeren Anzahl von Zusammenstößen mit angeregten Quecksilberatomen und Quecksilberionen ausgesetzt Ist als Im Falle der normalen Lampen. Die energiereichen Quecksilberatome und Quecksilberionen können an der Oberfläche der Leuchtstoffschicht absorbiert werden und/oder mit dem Leuchtstoff reagieren. Infolgedessen tritt eine Vergrauung der Leuchtstoffschicht auf, wodurch der Lichtstrom der Lampe bedeutend geringer wird. Ein Maß für die Quecksilberfestigkeit eines Leuchtstoffes findet

5» man in der EleUtronegatlvltai (e. n.) der Kationen des Leuchtstoffes. Unter Kationen seien in dieser Beschreibung und In den Ansprüchen die Metalle aus den Reihen IA. IB, 2A. 2B und 3B des periodischen Systems der Elemente nach dem »Handbook of Chemistry and Physics«. Cleveland (Ohio), verstanden. Die übrigen Elemente selen hier als Anionen oder anionenblldende Elemente aufgefaßt. Die Werte der Elektronegatlvltät der Elemente werden In L. Pauling »The Nature of the Chemical Bond«, New York, 1948, S. 58 bis 69, und 1960,

S. 93, angegeben. Wenn man die Elemente In einer Reihe nach ansteigendem Wert der Elektronegatlvltät ordnet, bekommt man die sogenannte Spannungsreihe der Elemente. Ein bestimmtes Element kann grundsätzlich alle Elemente aus dieser Reihe mit gleichem oder höherem Wert für die Elektronegatlvltät aus einer Verbindung verdrängen. Es Ist klar, daß Quecksilber (mit Elektronegatlvität = 1,9) Leuchtstoffe angreifen wird, deren Kation eine e. η. δ 1.9 hat (diese Kationen sind gleich edel oder edler als Quecksilber). Es hat sich nunmehr herausgestellt, daß das Kation eines erfindungsgemäßen Leuchtstoffes eine verhältnismäßig niedrige Elektronegativität besitzen muß, nämlich höchstens 1,4. Dies läßt sich daraus erklären, daß das Quecksilber Im Entladungsplasma energiereicher als neutrales Quecksilber ist, und daraus, daß die Frequenz der Zusammenstöße des Quecksilbers mit der Leuchtstoffschicht groß ist. Es wurde z. B. gefunden, daß ein Zink (e. n.= 1,6) als Kation enthaltender Leuchtstoff, der in normalen Lampen erst nach verhältnismäßig langer Brenndauer der Lampe etwas von Quecksilber angegriffen wird, erfindungsgemäß gar nicht verwendbar ist, well die Leuchistoffschlcht bereits nach einigen Minuten bis zu einigen Brennstunden der Lampe stark vergraut ist. Wenn ein Leuchtstoff mehrere Kationen enthält, beispielsweise wenn das als Aktivator benutzte Element ein Kation Ist, muß die Kombination der Kationen eine Elektronegatlvltät von höchstens 1.4 haben, d. h. der Schwerpunktwert

ZO JJ J / J

der Elektronegativitäten der Kationen darf nicht mehr als 1.4 betrugen. In diesem Fall ist es möglich, daß ein geringer Teil der Kationen Im Leuchtstoff an sich eine Elcktronegiitlvitat über 1.4 besitzt.

Bevorzugt wird ein Leuchtstoff, der die Eigenschaft hat, nach der erwähnten 15 Minuten anhaltenden Ultraviolettbestrahlung einen Lichtstrom zu liefern, der höchstens um 3'*. kleiner als der Inlilalllchlslrom Ist. Denn mit Leuchtstoffen, die einen derartig geringen KurzfrlstrUckgang aufweisen, bekommt man Lampen mit einem sehr hohen spezifischen Lichtstrom, auch bei sehr hohen Wandbclaslungen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs Ist ein rot leuchtendes, mit dreiwertigem Europium aktiviertes Seltenerdoxid der Formel Ln₁Oi :/>Eu'\ worin Ln mindestens eines der Elemente Y, <Zt und Lu darstellt und 0,01 = ρ = 0,20. Diese an sich allgemein bekannten leuchtenden Oxide zeigen einen nur geringen Kurzfristrückgang und sind sehr gut gegen Quecksilber beständig. ι»

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs Ist ein mit Cer oder mit Cer und Terbium aktiviertes Alumina! mit hcxagonalcr Kristallstruktur, die der Struktur des Magnetopiumbits verwandt Ist, welches Alumlnnt der Formel (Cei^La^T^hOi ■ .vMgO ■ V¹Al₁Oi entspricht, worin bis zu 25 Mol% des Al₁Oi durch Ga₁Oi und/oder Sc₁Oi ersetzt sein kann und worin

OSxS 2

0S> S 16

Oi/)i 0,50

0 S q S 0.60

ρ + q i 0,90 2»

Diese Gruppe von Leuchtstoffen Ist an sich aus der DE-OS 23 53 943 und der DE-OS 23 57 811 bekannt, auf die wegen weiterer Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Leuchtelgcnschaften hingewiesen wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Aluminate einen geringen Kurzfrislrückgang und eine hohe Quecksilberfestigkeit besitzen. "

Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des erflndungsgemüßen Leuchtstoffs Ist ein mit zweiwertigem Europium, mit zweiwertigem Europium und zweiwertigem Mangan oder mit dreiwertigem Cer aktiviertes Alumlnat mit hexagonaler Kristallstruktur, die der Struktur von /i-Alumlniumoxld verwandt ist, welches Alumlnat der Formel MeO · xMgO · ^AI₁Oi : /jEuO ■ qMnO · /Ce₁Oi entspricht, worin Me Barium und/oder Strontium darstellt, worin bis zu 25 Mol'*, des AI₁Oi durch Ga₁Oi und/oder Sc₁Oi ersetzt sein kann, und worin »

0,01 S ρ S 0,50

0 S q S 1,0 ·5

OSrS 0,50.

wobei Με Barium ist, wenn χ - 0. Diese Gruppe von Leuchtstoffen lsi an sich aus der DE-PS IS 06 751, der DE-OS 23 53 943 und der DE-OS 23 52 411 bekannt, auf die wegen weiterer Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Leuchteigenschaften verwiesen werden kann. Auch diese leuchtenden Aluminate ■«> zeigen einen nur geringen Kurzfristrückgang und hohe Quecksilberfestigkeit.

Bevoizugt wird weiterhin ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff aus der Gruppe, die aus mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontiumtetraborat, mit Blei aktiviertem Barlumdlsllikat. mit zweiwertigem Europium aktiviertem Strontlumchlorophosphat mit Apatitstruktur, mit Cer und Terbium aktiviertem Gadolinlummetaborat und mit dreiwertigem Wismut und dreiwertigen Europium aktiviertem Gadollnlumborat besteht. Auch ->5 diese Stoffe besitzen, wie nachstehend näher beschrieben wird, einen ausgezeichneten Kurzfristrückgang. Auch Ihre Quecksilberfestigkeit Ist besonders vorteilhaft.

Vorzugswelse wird der erfindungsgemäße Leuchtstoff In Lampen verwendet, bei denen im Betrieb eine elektrische Feldstarke von 150 bis 1000 V/m in der Säulenentladung aufrechterhalten wird. Diese verhältnismäßig hohe Feldstärke kann durch die Wahl eines verhältnismäßig geringen Durchmessers des Lampenkolbens erreicht werden. Bei einem verhältnismäßig geringen Lampenstrom bekommt man so kompakte hochbelastete Lampen mit einem hohen spezifischen Lichtstrom.

Bei einer sehr vorteilhaften Verwendung In einer derartigen Lampe, betrieben mit einer Feldstärke von 150 bis 1000 V/m, hat die Lampe einen Kolben in Form eines Rohres, dessen Querschnitt senkrecht auf der Achse des Rohres nahezu kreisförmig Ist und dessen Innendurchmesser einen Wert von 3 bis 15 mm hat. Es hat sich ?s gezeigt, daß Im erwähnten Durchmesserbereich sehr wirksame Lampen mit einem spezifischen Lichtstrom nahezu gleich dem der normalen Lampen (mit Innendurchmesser von ungefähr 36 mm) erhalten werden.

Bei einer anderen bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wird beim Betrieb der Lampe ein elektrischer Strom mit einer Stromdichte von mindestens 0.5 A/cm¹ In der Säulenentladung aufrechterhalten. Die Anwendung dieser verhältnismäßig hohen Stromdichten ergibt Lampen mit großem Llchtstiom. « Durch den geringen Kurzfristruckgang und die gute Quecksllberfestigkelt der benutzten Leuchtstoffe Ist der spezifische Lichtstrom dieser Lampen größer als der der bekannten Lampen mit großer Stromdichte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und Messungen werden nachstehend anhand einer Zeichnung naher erläutert Es zeigt |

Fig. 1 schematisch und Im Schnitt eine Nlederdruckquecksliberdampfentladungslampe und tf | Fig. 2 schematisch eine Anordnung, die sich zur Bestimmung des Kurzfrlstruckgangs von Leuchtstoffen I

eignet. f

In Fig. 1 Ist 1 der Glaskolben einer Entladungslampe. Dieser Kolben hat einen Innendurchmesser von

..: 10.3 mm und eine Länge von 30cm. An den Enden der Lampe befinden sich Elektroden 2 und 3, zwischen

:^; denen Im Betrieb der Lampe die Entladung erfolgt. Der Abstand zwischen den Elektroden 2 und 3 beträgt

: 26 cm. Die Lampe Ist mit Argon zu einem Druck von 4 mbar (bei Raumtemperatur), das als Zündgas dient, und

i . weiterhin mit einer geringen Quecksilbermenge gefüllt. An der Innenseite im der Kolben 1 mit einer Leucht-

0 ⁵ Stoffschicht 4 versehen, die einen Leuchtstoff enthalt, der einen geringen Kurzfristrückgang aufweist und große ;: Quecksilberfestigkeit hat. Dieser Leuchtstoff kann auf übliche Welse auf dem Kolben 1 angebracht werden,

iA beispielsweise mit Hilfe einer Suspension.

: Die In Flg.? dargestellte Anordnung zur Messung des KurzfristrUckgangs von Leuchtstoffen besteht aus

■. einem Tisch 1, auf dem vakuumdicht abschließend eine Glocke 2 aufgestellt ist. In der Glocke 2 Ist ein schel-

■ i" benförmlgcr Halter 3 mit einein Innendurchmesser von 45 mm angeordnet. Im Halter 3 1st eine Schicht 4 des zu untersuchenden Leuchtstoffpulvers angebracht. Der Halter 3 wird von einem Hohlrohr S getragen, das In der Glocke 2 mil Löchern versehen Ist. In der Glocke 2 Ist weiterhin eine Uliravlolettstrahlungsquelle 6 angeordnet. Diese Strahlungsquelle 6 Ist eine Nlederdruckquecksllbcrdampfentladungslampe, die aus einem Quarzglasrohr 7 mit einem Innendurchmesser von ungefähr 9,5 mm besteht. Das Rohr 7 Ist zu einer horizontal liegenden, ¹⁵ flachen Spirale mit etwa 2,5 Windungen ausgebildet, so daß eine flache scheibenförmige Strahlungsquelle mit einem Durchmesser von ungefähr 70 mm gebildet Ist. Die Enden 8 und 9 des Rohres 7 stehen senkrecht auf der Ebene des spiralförmigen Teils der Strahlenquelle und enthalten je eine Elektrode. Der an der Entladungsbahn gemessene Abstand zwischen den Elektroden betrügt ungefähr 33 cm. Das Rohr 7 Ist welter mit einem Edelgas und einer Quecksilbermenge gefüllt. Elektrische Leiter iü und ii besorgen die Zufuhr der erforderlicher! elektr!- ^:" sehen Leistung zu den Elektroden der Quelle 6 und sind durch ein Hohlrohr 12 aus der Glocke 2 herausgeführt Beim Betrieb der Quelle 6 beträgt die Säulcnspannung etwa 65 V und der Lampenstrom ungefähr 500 mA. Der Abstand von der Quelle 6 zur Leuchlstoffschichl beträgt 45 mm. Die in der Quelle erzeugte Ultraviolettstrahlung wird vom Quarzrohr 7 zum größten Teil durchgelassen. Bei den Messungen wird bei 13 Stickstoff In die Glocke hineingeführt. Der Silckstoffstrom wird bei 14 wieder abgeführt. Die auf diese Weise gebildete Stickstoffatmo-²^ Sphäre absorbiert nahezu keine kurzwelligen Uitravioletlslrahlen. Bei der Bestrahlung zeigt es sich, daß die Ultraviolettstrahlungsdichte (185-nm- und 254-nm-Sirahlung) an der Stelle der Leuchtstoffschicht 4 ungefähr ;, 330 W/m^! beträgt. Das Verhältnis zwischen der 185-nm-Lelsiung und der 254-nm-Lelstung hat einen Wert von

etwa 0.30. Der Wert dieses Verhältnisses ist deshalb wichtig, well der Leuchtstoff in Nlederdruckquecksllber-■:.: dampfentladungslampen außer mit 185-nm-Strahlung selbstverständlich auch mit 254-nm-Strahlung belastet Ist.

.·■;■ ³ⁿ Es hat sich nämlich gezeigt, daß der Effekt von 185-nm-Strahlung auf einen Leuchtstoff vom gleichzeitigen v. Auftreten der 254-nm-Strahlung abhängig 1st. Bei einem Wert des erwähnten Verhältnisses zwischen 0.20 und

·'■'. 0,40 werden reproduzierbare Messungen erhalten. BcI der Bestimmung des Kurzfristrückgangs eines Leuchtsiof-

V fes wird eine Probe des Stoffes 15 Minuten lang In einer Anordnung gcmill) Flg. 2 bestrahlt. Es hat sich gezeigt.

V; daß eine Bestrahlung von 15 Minuten mit Strahlungsdichten zwischen 150 und 500 W/m¹ reproduzierbare

f\ ^ Ergebnisse hat. Nach der Bestrahlung von 15 Minuten wird auf übliche Weise der Liehtstrom der Probe ermli-% telt. wobei vermieden wird, daß zwischenzeitlich Ultraviolett- oder sichtbare Strahlung die Probe erreichen

1\. kann. Der auf diese Weise gemessene Lichi.siruni wird mil dem suf identische Weise ermittelten Liehtstrom

jig einer nlchtbestrahlten Probe verglichen.

"i. Auf die beschriebene Welse wird der Kurzfristrückgang einer Vielzahl von Leuchtstoffen bestimmt. Die

% 40 Tabelle I gibt die Ergebnisse dieser Messungen für einige Beispiele von Leuchtstoffen, die sich zur Verwendung '■; in erfindungsgemäßen Lampen eignen. Die Tabelle gibt für jedes Beispiel, neben der Formel des Stoffen, in der

i Spalte »e. n.« den Wert der Elcktronegailvltai der Kombination von Kationen Im Stoff an. In der Spalte

'$_ »K. T. T« Ist der Kurzfrlslrückgang In Prozent angegeben. Zum Vergleich dienen die Beispiele a und b. Diese

|i Beispiele beziehen sich auf Stoffe, die häufig in normalen Lampen verwendet werden, sich aber nicht zur erfln-

¥? ^ dungsgemäßen Verwendung eignen, well ihr Kurzfrlslrückgang zu groß Ist. Zum Vergleich diene ebenfalls das

*■:? Beispiel c (Willemlt). Dieser ebenfalls oft in normalen Lampen benutzte Stoff hat einen ausgezeichneten Kurz-

*j fristrückgang. ist aber dennoch nach der Erfindung nicht verwendbar, well er eine zu geringe Quecksllberfestig-

r keit hat. Dies ergibt sich aus dem Wert der Elektronegativitat, die 1,4 übersteigt. In hochbelasteten Lampen ist

U dieser Stoff nach kurzer Zeit (faktisch bereits nach dem Einbrennen der Lampe bei der Ermittlung des soge-

^l >» nannten O-Stunden-Wertes) stark angegriffen, so daß ein zu geringer Wert für den Lichtstrom erhalten wird.

$| Die Stoffe nach der Tabelle I wurden In Lampen mit einem Innendurchmesser von 10.3 mm gemäß der

H Flg. I angebracht.

H Diese Lampen wurden mit einem Lampenstrom von 175 mA und mit einer elektrischen Feldstärke von 196 V

Il (Wandbelastung 750 W/nv) betrieben. Messungen der Säulenausbeutc bei 0 Stunden (nach dem Einbrennen

|| ^s> der Lampe) d. h. der Ausbeute bei der Umsetzung der in der Entladungssäule aufgenommenen Leistung in

|| Nutzsirahlung. sind in der Tabelle Ϊ unter »1.0 0 Stunde 0 10.3« gegeben. Zum Vergleich sind die Werte der

if Säulenausbeute dieser Stoffe bei der Verwendung in normalen Lampen mit einem Innendurchmesser von

M 36 mm (Wandbelastung 300 W/m²) unter »LO 0 Stunde. V> 36« gegeben. Es stellt sich dabei klar heraus, daß

g eine Durchmesserverringerung, wodurch hochbelasictc Lampen entstehen, nicht von einem Ausbeuteverlust

If *" begleitet wird.

	Formel	ZO	DJ J IJ	Κ.Τ.Γ. in "ι·	LO O Stunden in Lumen/W 0 10.3	0 36
	Y2O3-Eu,,.,3'			1-2	81,5	83,5
Tabelle 1	Ce0.67Tbo,jjMgAI||0		ti. η.	3	140	140
Bei spiel	BaMgAl]IiOn-Eu^ ■*		1.2	1.5	31	28
1	B*i(),H.sMßi.4 Al J5O27-E		1.2	2,7	96	102
2	SrMgAI„|O|7-EuJ(		U	1-2	53	46
3	SrB4O7-Eu2+	2» \Λ 2< U||.|5 IVl Πιι.μι	U	2	0,37')	Ο.331)
4	BaSi2O5-Pb2+		I.I	I	0,27')	0,27')
5	Sr5(PO4)JCI-Eu2+		1.0	0-1,5	21	20
6	GdB3O11-Ce3+Jb1+		0.9	1	124	122
7	GdBO3-Bi3+,Eu3>		1,0	3,5	57	54
S	Ca5(PO4)3(F,Cl)-Sb,		1.1	7.2	85	93
9	Ca5(PO4)j(F,Cl)-Sb, Mn(4000K)		1,1	6	85	93
10	Zn2SiO4-Mn2+	Mn(3000K)	1,0	I	88	107
3	Mn(4000K)	1,0
b		1,6
C

1) Die StofTe nach Beispiel 6 und 7 emiliieren im IJUraviolellbcrcich des Spektrums. Die Säulenausbeule ist hier in der Leistung ausgesandlcr Stnhlung pro W Saulcnlcistung (W/W) gegeben.

Beispiele 11, 12 und 13

Es wurden drei Lampen der an Hand der Flg. 1 beschriebenen Art angefertigt, jedoch mit verschiedenen Innendurchmessern, und zwar 7, 8, 10,3 und 14,5 mm. Die Lampe mit 0 = 7,8 mm wurde mit einem Lampenstrom von 100 mA und einer Feldstärke von 286 V/m betrieben; die Wandbelastung betrug daher etwa 780 W/m². Für die Lampe mit 0=10,3 mm betrugen diese Werte 175 mA, 196 V/m bzw. 750 W/m² und für die Lampe mit 0= 14,5 mm: 250 mA, 150 V/m bzw. 595 W/m^J. Die drei Lampen waren mit einem blauen Leuchtstoff der Formel BaMgAIi₀On-Eu²⁺ versehen. Ergebnisse von Messungen der Säulenausbeule während der Lebensdauer dieser !.amnen, d. h. des I.lchtstroms In Lumen pro Watt der !n die Säule aufgenommenen elektrischen Leistung zu verschiedenen Zeltpunkten beim Brennen der Lampen, sind In der Tabelle II dargestellt. Die Tabelle gibt den spezifischen Lichtstrom nach 100 Stunden, LO 100 h. In Lm/W :,i. Die Meßergebnisse bei Oh und 500 h sind In % in bezug auf die Werte bei 100 h angegeben.

Tabelle Il Beispiel 0 (mm) LOlOOh LODh LOSOOh

Il	7,8	26,3	104	95
12	10,3	25,6	101	93
13	14,5	27,7	100	92

Beispiele 14, 15 und 16

Wie bei den Beispielen 11, 12 und 13 wurde auch hler vorgegangen. Die drei Lampen waren jetzt jedoch mit einem roten Leuchtstoff der Formel Y₂O₃-Eu³⁺ versehen. Messungen der Säulenausbeute bei 0, 100, 500 und 1000 Stunden sind In der Tabelle III angegeben.

Tabelle	III	LO 100 h (Lm/W)	LOO h (%)	LO 500 h (%)	LO 1000 h (%)
Beispiel	0 (mm)	78,3 81,8 79,4	100 103 98	99 101 97	97 94 97
14 15 16	7,8 10,3 14,5

Beispiel 17

Eine Lampe nach Fig. 1, jedoch mit einem Innendurchmesser von 7,8 mm, wurde mil einem grün leuchtenden Aluminat der Formel Ce₀₆₇Tb₀J₃MgAI₁₁O₁₉ versehen. Die Lampe, die mit 10OmA, 286 V/m (Belastung W/m²) betrieben wurde, wies bei 100 Stunden eine Säulenausbeute von 122,5 Lm/W auL Bei 0, 500 und Stunden betrug der spezifische Llchlslrom 103, 96 bzw. 96% des Lichtstroms bei 100 Stunden.

Beispiele 18, 19 und 20

Drei Lampen nach Fig. 1. jedoch mit einer Länge von 45cm und einem Innendurchmesser von 7,8mm, wurden mit einer Mischung zweier Leuchtstoffe versehen, und zwar Y₂Oj: Eu¹⁺ und Ce₀₆₇Tb₀J₃MgAl_nO₁₉ In derartigen Mengen, daß die von der Lampe ausgesandte Strahlung eine Farbtemperatur von etwa 3000 K aufwies. Die Lampen wurden mit einem Strom von 200 mA betrieben. Die Ergebnisse von Messungen der Säulenausbeute sind in der Tabelle IV zusammengefaßt. In der Tabelle IV werden weiterhin die Messungen für drei Lampen (e./.g) erwähnt, die mit einem leuchtenden, mit Antimon und Mangan aktivierten Kalziumhalophosphat r.iit einer Farbiemperatur von 3000 versehen waren. Diese Lampen, die im übrigen den Lampen 18, 19 und 20 völlig gleich waren, wurden nur zum Vergleich aufgenommen. Mit den mit erfindungsgemäßen Leuchtstoffen versehenen Lampen wird ein hoher spezifischer Llchlstrom erreicht; dieser Lichtstrom wird während der Lebensdauer sehr gut aufrechterhalten.

Tabelle	IV	LOO h	LO 500 H	LO 1000 h
Beispiel	LO 100 h (Lm/W)	102	99	93
18	94.3	101	97	93
19	92,0	103	96	96
20	92,1	πι	91	78
e	70.1	110	89	79
Γ	66,4	110	90	76
g	67,6

Beispiele 21 bis 26

Drei Lampen (21, 22 und 23). völlig gleich den Lampen 18, 19 und 20. wurden mit 100 mA betrieben. Ebenfalls wurden drei gleiche Lampen (24, 25 und 26) mit 300 mA betrieben. Die Ergebnisse von Messungen der Säulenausbeute wurden in die Tabelle V aufgenommen.

Tabelle V

Heispiel	l.O 100 h	LOO h	LO 50(1 11	LO 1000 h
	(l.m/W)	CM>)	(1Ki)	(1Wi)
21	99,0	102	K)I	100
22	105.4	100	99	96
23	106.7	101	100	97
24	77,5	99	95	84
25	81,4	105	99	94
26	78,0	103	95	87

Beispiele 27.28 und 29

Drei Lampen gemäß Fig. I wurden mit einer Mischung dreier Leuchtstoffe, bestehend aus Gew.-% YiO₁-Eu**. 36,5 Gew.-% Ce₀₆₇Tb_nJ₃MgAI₁₁O₁, und 9,5 Gew.-% BaMgAl₁₀On: Eu²*, versehen. Die Im Betrieb von den Lampen ausgesandte Strahlung hatte eine Farbtemperatur von e'.wa 4400 K. Die erste Lampe (Beispiel 27) wurde mit einem Strom von 100 mA betrieben und ergab eine Säulenausbeute von 100 Lumen/W. Die zweite Lampe (Beispiel 28) wurde mit 175 mA betrieben und ergab eine Säulenausbeute von 99 Lumen/W. Die dritte Lampe (Beispiel 29) wurde mit 250 mA betrieben und ergab eine Säulcnausbeute von 93 Lumen/W.

Anhand der zuvor formulierten Bedingungen hinsichtlich des Kurzfristrückgangs und der Quecksllberfestlgkeit und mit Hilfe der hier beschriebenen Verfahren zur Bestimmung dieser Eigenschaften kann der Fachmann leicht feststellen, welche Leuchtstoffe sich zur crflndungsgcmäOen Verwendung eignen. Es sei noch bemerkt, dall ein Leuchtstoff, der beispielsweise der an ilen Kurzfrlsirückgang gestellten Anforderung nicht genügt, beispielsweise durch Optimierung der Herstellung dieses Stoffes geeignet gemacht werden kann. Ks lsi schließlich denkbar, dal) ein Leuchtstoff dnc ausreichende Ouccksllberbcslandlgkcll durch Bedecken des Stoffs mit einer Schutzschicht erhallen kann.

11 Ic ι/u 1 Bliiti /dehnung

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 Leuchtstoff für eine Nlederdruckquecksllberdampfentladungslampe, die einen vakuumdicht abgeschlossenen strahlendurchlässigen Kolben, auf dem der Leuchtsstoff als Schicht aufgebracht 1st, eine Gasfüllung,

   die Quecksilber Und Edelgas enthält, und Mittel zum Aufrechterhalten einer Säulenentladung in der Gasfüllung aufweist, wobei die Leistungsdichte der von der Säule aufgenommenen Leistung bezogen &uf die Oberfläche der Leuchtstoffschicht mindestens 500 W/m² beträgt und die von der Säule abgestrahlte Ultraviolettstrahlung Wellenlängen vorwiegend von 185 und von 254 nm aufweist dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff dadurch ausgewählt Ist, daß von diesen Leuchtstoffen nur solche, einer Auswahlmessui^g

   ίο unterzogen sind bei denen das Kation oder die Kombination der Kationen höchstens eine Elektronegativität von 1 4 besitzt und dabei die Auswahlmessung darin besteht, eine Leuchtstoff probe vorgegebener Probenoberfläche einer 15 Minuten langen Ultraviolettstrahlung aus einer Meßgassäule mit Wellenlängen vorwiegend von 185 und 254 nm auszusetzen, wobei das Slrahlungslelstungsverhällnis der Strahlung der beiden Wellenlängen zwischen 0,20 und 0.40 und die Leistungsdichte der von der Meßgassäule abgegebenen Strahlung bezogen auf die Probenoberfläche zwischen 150 und 200 W/m- liegt, und daß der Leuchtstoff bei der Auswahlmessung die Eigenschaft gezeigt hat, nach den 15 Minuten Bestrahlungsdauer eine um höchstens 5% geringer Leuchtdichte zu zeigen als eine unbestrahlte Probe unter 254 nm-Anregung.

   2 Leuchtstoff nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Ultraviolettbestrahlung von 15 Minuten einen Lichtstrom besitzt, der höchstens um 3% kleiner als der Initiallichtstrom ist.

   3 Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß er ein rot leuchtendes, mit dreiwertigem Europium aktiviertes Seltenerdoxid der Formel Ln₂O,: pEu³* Ist, worin Ln mindestens eines der Elemertte Y, Gd und Lu darstellt, und worin 0,0V SpS 0,20.

   4 Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß er ein mit Cer oder mit Cer und Terbium aktiviertes Aluminat mit hexagonaler Kristallstruktur lsi, die der Struktur von Magnetopiumbit

   verwandt Ist. welches Aluminat der Formel (Ce,.„L^Tb,),O, ■ -tMgO · yAl₂O, entspricht, worin bis zu 25 Mol% des Al₂O, durch Ga₂Oi urtd/oder Sc₂O, ersetzt sein kann, und worin