DE3024476C2

DE3024476C2 -

Info

Publication number: DE3024476C2
Application number: DE3024476A
Authority: DE
Inventors: Willem Leendert Eindhoven Nl Konijnendijk; Petrus Johannes Marie Roosendaal Nl Willemsen; Robert Christiaan Eindhoven Nl Peters
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-06-28
Publication date: 1991-07-18
Also published as: CA1155900A; FR2461355B1; SE8004812L; HU180150B; NL7905161A; ES492984A0; NL184712C; AU530480B2; SE441319B; US4354139A; JPS5611848A; JPH0146990B2; NL184712B; IT1131551B; GB2054951B; AU5976780A; DE3024476A1; ES8102415A1; FI802083A; BE884113A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruckqueck silberdampfentladungslampe für Bestrahlungszwecke mit einem an der Innenseite mit einer Leuchtstoffschicht versehenen rohrförmigen Entladungskolben aus Glas, wobei die Leuchtstoffschicht einen Leuchtstoff enthält, die die kennzeichnende Linienemission von Gadolinium bei 312 nm aufweist, und der Kolben bei 312 nm eine Transmission von mindestens 80% besitzt.

Es ist bekannt, daß Strahlung im Wellenlängenbereich von 305 bis 320 nm eine vorteilhafte therapeutische Wirkung haben kann, beispielsweise bei der Behandlung von Psoriasis und anderen Hautkrankheiten (siehe Veröffentlichung von H. Tronnier et al in "Afinidad", Mai 1977, S 285 bis 290). Eine Lampe der eingangs erwähnten Art, welche die Aufgabe hat, im erwähnten Wellenlängenbereich selektiv auszustrahlen, ist aus der DE-OS 27 07 894 bekannt. Sie ist mit einer Leuchtstoffschicht aus einem lumineszierenden, mit Cer aktivierten Strontiumaluminat versehen. Dieser Leuchtstoff, der in der DE-OS 23 53 943 und DE-OS 25 03 904 näher beschrieben ist, besitzt ein ziemlich breites Emissionsband (Halbwertbreite etwa 45 nm) mit einem Maximum bei etwa 310 nm, so daß etwa die Hälfte der von diesem Stoff ausgesandten Strahlung im UVB-Bereich des Erythemgebiets liegt (290 bis 315 nm). Bei der maximalen Erythemempfindlichkeit (etwa 297 nm) beträgt die Intensität dieses Stoffes noch etwa 75% des Spitzenwerts bei 310 nm. Da bei der Phototherapie im allgemeinen nur eine geringe Erythemstrahlungsmenge zulässig ist, wird in der bekannten Lampe ein Filter benutzt. Dazu stellt man den die Leuchtstoffschicht tragenden Entladungskolben aus Glas mit selektiver Transmission her. Insbesondere muß dieses Glas eine Absorptionskante bei etwa 296 nm besitzen, d. h. unterhalb 296 nm erfolgt nahezu keine Transmission mehr.

Ein großer Nachteil der bekannten Lampe ist, daß die Strahlungsausbeute sehr gering ist, weil über 60% der vom Leuchtstoff ausgesandten Strahlung in der Wand des Entladungskolbens absorbiert wird. Weiter hat es sich gezeigt, daß die Selektivität der von der Lampe ausgesandten Strahlung nicht sehr groß ist. Es wurde nämlich gefunden, daß diese Lampe pro Watt insgesamt im Ultraviolettbereich (250 bis 400 nm) ausgesandten Strahlung nur etwa 0,14 Watt Nutzstrahlung im Gebiet von 307,5 bis 317,5 nm ergibt. Die Folge davon ist, daß lange Bestrahlungszeiten mit den damit verknüpften Nachteilen erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lampe, der ebenfalls durch die mangelhafte Selektivität bedingt wird, besteht darin, daß die von der Lampe ausgesandte Erythemstrahlung wesentlich größer als die theoretisch mögliche Mindestmenge ist. Da die Erythemempfindlichkeitskurve (in der Definition der Commission Internationale de L′Eclairage) im Bereich von 307,5 bis 317,5 nm noch Werte von 20 bis nahezu 0% besitzt, weist Strahlung in diesem Wellenlängenbereich auch Erythemwirkung auf. Strahlung mit einem Aequienergiespektrum beispielsweise enthält in diesem Bereich pro Watt etwa 0,08 Erythemwatt, was dabei die erreichbare Mindestmenge ist. Es zeigt sich, daß die bekannte Lampe etwa 0,17 Erythemwatt pro Watt Nutzstrahlung aussendet. Bei einer bestimmten zulässigen Erythembelastung bedeutet dies eine Beschränkung der Nutzstrahlungsdosis pro Behandlung und somit eine Zunahme der erforderlichen Anzahl von Behandlungen.

Eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe der eingangs genannten Art ist durch die DE-OS 27 30 063 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Behandlung von Hautkrankheiten geeignete Lampe für Bestrahlungszwecke mit hoher Strahlungsausbeute und stark verbesserter Selektivität zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Entladungskolben zwecks Behandlung von Hautkrankheiten eine Absorptionskante zwischen 260 und 280 nm aufweist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine hohe Strahlungsausbeute und eine hohe Selektivität nur dann erreicht werden können, wenn sehr strenge Anforderungen an den zu verwendenden Leuchtstoff gestellt werden. Außer einer hohen Ausbeute bei Anregung mit 254 nm-Strahlung muß der Stoff eine Emission aufweisen, die sich nahezu vollständig im Bereich von 305 bis 320 nm konzentriert. In diesem Fall ist nahezu alle vom Stoff ausgesandte Strahlung Nutzstrahlung und ist ein Filter mit der Absorptionskante bei etwa 295 nm (also ziemlich nahe der Untergrenze des Bereichs der erwünschten Strahlung) zur Beschränkung der Erythemstrahlung nicht notwendig). Es wurde gefunden, daß Stoffe mit Gadolinium emission diese Bedingungen hervorragend erfüllen. Das Gd-Ion besitzt ein kennzeichnendes Emissionsspektrum, d. h. das Spektrum ist vom Gastgitter wenig abhängig, in das das lumineszierende Ion eingebaut ist. Die Gd-Emission besteht aus einem sehr schmalen Band (faktisch einige dicht beieinander liegende Emissionslinien) mit dem Maximum bei etwa 312 nm. Die Halbwertbreite dieses Emissions bands beträgt nur 2 bis 4 nm. Weiter zeigt es sich, daß die Gd-Lumineszenz in verschiedenen Grundgittern sehr wirksam auftritt.

Obgleich in einer erfindungsgemäßen Lampe ein Absorptionsfilter für Erythemstrahlung nicht notwendig ist, muß der Entladungskolben dennoch eine selektive Transmission aufweisen. Insbesondere muß das Glas dieses Rohrs eine Absorptionskante zwischen 260 und 280 nm besitzen. Das heißt, daß die Transmissionskurve des Glases bei einer Wellenlänge im Bereich von 260 bis 280 nm einen Wert von 10% und unterhalb dieser Wellenlänge noch geringere Werte besitzt. In diesem Fall ist man sicher, daß unterhalb 260 nm nahezu keine Strahlung durchgelassen wird. Weiter soll das Glasrohr bei 312 nm eine Transmission von mindestens 80% aufweisen. Die er wähnten Transmissionseigenschaften sollen verhindern, daß die in der Lampe erzeugte Quecksilberresonanzstrahlung bei 185 nm und vorwiegend bei 254 nm austritt. Durch die Bedingung von mindestens 80% Transmission bei 312 nm ist man sicher, daß die Transmissionskurve steil genug verläuft und daß die Gd-Strahlung zum größten Teil durchgelassen wird.

Mit einer erfindungsgemäßen Lampe kann eine hohe Strahlungsausbeute erreicht werden, weil höchstens 20%, und bei optimal gewählten Gläsern für den Entladungskolben eine noch viel geringere Menge der vom Leuchtstoff ausge sandten Strahlung in der Rohrwand absorbiert wird. Dies ist im Vergleich zur bekannten Lampe eine große Verbesserung, in der mehr als 60% der Strahlung absorbiert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe ist die hervorragende Selektivität. Wo bei der bekannten Lampe pro Watt im Ultraviolettbereich (250 bis 400 nm) ausgesandte Strahlung nur 0,14 Watt Nutzstrahlung (307,5 bis 317,5 nm) erhalten wird, ist diese Nutzstrahlung bei einer erfindungs gemäßen Lampe etwa um den Faktor 5 bis 6 höher, nämlich 0,70 bis 0,80 Watt pro Watt. Die sehr gute Selektivität der Lampe zeigt sich auch aus dem geringen Erythem- Strahlungsanteil; es zeigt sich nämlich, daß in Abhängig keit von der gewählten Glasart dieser Anteil nur 0,10 bis 0,13 Erythemwatt pro Watt der Nutzstrahlung beträgt, welche Werte sich der theoretisch möglichen Mindestmenge dicht nähern.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht ein mit Gd und Bi aktiviertes Borat der Formel

La_1-x-yGd_xBi_yB₃O₆

enthält, worin

0,15x, 0,001y0,05 und
x+y1.

Diese Borate, die in der DE-OS 27 30 063 näher beschrieben sind, emittieren sehr wirksam die kennzeichnende Gd-Strahlung. Bei Anregung durch die Quecksilberreso nanzstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 254 nm können mit diesen Stoffen Quantenausbeuten von 70 bis 75% erreicht werden.

Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht ein mit Gd und Pb aktiviertes ternäres Aluminat mit hexagonaler Magnetoplumbitstruktur enthält, welches Aluminat die Zusammensetzung ABC besitzt, worin A von 25 bis 99 Mol.-% ½ Gd₂O₃, von 1 bis 35 Mol.-% PbO und gegebenenfalls ½ La₂O₃ darstellt. worin B gleich Al₂O₃ ist und höchstens 20 Mol.-% des Al₂O₃ durch Sc₂O₃ ersetzt sein kann, und worin C MgO und/oder ZnO darstellt, wobei bis zu 10 Mol.% des Al₂O durch eine gleichwertige SiO₃-Menge zusammen mit MgO und/oder ZnO und wobei bis zu 70 Mol.-% von A durch SrO und/oder CaO und gleichzeitig eine gleichwertige Menge von C durch ½ Al₂O₃ ersetzt sein kann, und die Gehalte an A, B und C den Bedingungen

[A]0,02;
0,55[B]0,95 und
[C]½[A]

entsprechen. Diese lumineszierenden Aluminate sind in dem älteren deutschen Patent 29 45 737 näher beschrieben und es zeigt sich, daß sie eine hohe Quanten ausbeute aufweisen. Die Stoffe der Formeln

Gd_0,90Pb_0,15Mg Al₁₁O₁₉ und
Gd_0,88Pb_0,18Zn Al₁₁O₁₉,

z. B. haben eine Quantenausbeute (254 nm-Anregung) von 50 bis 55%.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht ein mit Gd und Pb aktiviertes Silikat von Sr und/oder Ca und von Y und/oder La der Formel

(Sr, Ca)_3-pPb_p(Y, La)_2-qGd_qSi₆O₁₈

enthält, worin

0,01p0,50 und 0,05q2,0

ist. Diese Silikate liefern bei 254 nm-Anregung eine Quantenausbeute für die Gd-Lumineszenz von etwa 60%.

Es ist denkbar, für das Glas des Entladungs kolbens der erfindungsgemäßen Lampe Quarzglas oder im wesentlichen aus SiO₂ bestehendes Glas zu verwenden, wobei durch Zusatz geringer Mengen anderer Elemente die Absorptionskante in das Gebiet von 260 bis 280 nm ver schoben ist.

Bevorzugt wird jedoch eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, dessen Glas des Entladungskolbens enthält:

68 bis 83 Mol.-% SiO₂,
2,5 bis 3,0 Mol.-% B₂O₃,
16 bis 20 Mol.-%
zumindest eines Alkalimetalloxyds,
2,6 bis 3,3 Mol.-%
zumindest eines Erdalkalimetalloxyds,
0 bis 2,0 Mol.-% Al₂O,
und weiter zumindest eines der Oxyde TiO₂, CeO₂, CuO, Fe₂O₃ und V₂O₅ in einer so geringen Menge, daß die Absorptionskante des Glases zwischen 260 und 280 nm liegt. Die Gläser, deren Grundzusammensetzung hier in Mol.-% gege ben ist und für die chemisch reine Rohstoffe verwendet werden müssen, haben eine sehr kurzwellige Absorptions kant, beispielsweise bei 210 nm, so daß sie Ultraviolett strahlung bis zu relaiv kurzen Wellenlängen durchlassen. Durch den Zusatz einer geringen Menge eines oder mehrerer der Oxyde TiO₂, CeO₂, CuO, Fe₂O₃ und V₂O₅ zu einer derar tigen Grundzusammensetzung kann die Absorptionskante des Glases zwischen weiten Grenzen eingestellt werden. Je größer die benutzte Menge der erwähnten Oxyde um bei so höheren Wellenlängen liegt die Absorptionskante. Die für die erfindungsgemäßen Lampen zu verwendenden Gläser ent halten im allgemeinen zwischen 100 bis 2500 Gewichts p.p.m. der erwähnten Oxyde. Ein Vorteil dieser Gläser besteht ferner darin, daß sie eine Transmissionskurve besitzen, die steil genug verläuft, so daß die gewünschte Nutzstrah lung zum größten Teil durchgelassen wird. Weiter haben diese Gläser geeignete Eigenschaften zum Verarbeiten zu Rohren für Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen.

Eine besonders vorteilhafte Glaszusammensetzung für den Entladungskolben einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach der Erfindung besteht aus

75,5±2 Mol.-% SiO₂
2,8±0,1 Mol.-% B₂O₃
10,2±0,3 Mol.-% Na₂O
7,7±0,3 Mol.-% K₂O
3,0±0,1 Mol.-% BaO
1,0±0,03 Mol.-% Al₂O,
500 bis 2000 Gew.ppm TiO₂.

Einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Lampen werden nachstehend an Hand der Zeichnung und Messungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine Nieder druckquecksilberdampfentladungslampe und

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die spektrale Energieverteilung der ausgesandten Strahlung einer derartigen Lampe.

Die Lampe nach Fig. 1 besitzt einen rohrförmigen Entladungskolben 1 mit einer Länge von 120 cm und einem Außendurchmesser von 38 mm. Die Wanddicke des Kolbens 1 beträgt etwa 0,75 mm. Das Glas des Kolbens hat folgende Zusammensetzung:

75,46 Mol.-% (68,4 Gew.-%) SiO₂,
2,76 Mol.-% (2,9 Gew.-%) B₂O₃,
10,17 Mol.-% (9,5 Gew.-%) Na₂O,
7,68 Mol.-% (10,9 Gew.-%) K₂O,
2,94 Mol.-% (6,8 Gew.-%) BaO,
0,97 Mol.-% (1,5 Gew.-%) Al₂O₃,
900 Gew.ppm TiO₂.

Dieses Glas besitzt eine Transmission von 10% bei etwa 265 nm. Bei 312 nm beträgt die Transmission des Glases 85 bis 90%. An den Enden der Lampe sind Elektroden 2 und 3 angeordnet, zwischen denen im Betrieb die Entladung erfolgt. Die Lampe ist mit einer Mischung aus Edelgasen als Zündgas und mit einer geringen Quecksilbermenge gefüllt. Der Kolben 1 ist an der Innenseite mit einer Leuchtstoff schicht 4 versehen, die einen Leuchtstoff enthält, der die kennzeichnende 312 nm-Strahlung von Gd ausstrahlt. Die Schicht 4 kann auf übliche Weise im Kolben 1 angebracht werden, beispielsweise mit Hilfe einer Suspension, die den Leuchtstoff enthält. Im Betrieb nimmt die Lampe eine Leistung von 40 W auf.

Beispiel 1

Einige Lampen der in Fig. 1 dargestellten Art wurden mit einer Schicht aus lumineszierendem Borat der Formel

La_0,487Gd_0,5Bi_0,013B₃O₆

versehen. Nach 100 Brenn stunden wiesen diese Lampen im ganzen Spektrum (von 250 bis 400 nm) eine Strahlungsmenge von 5,603 Watt auf. Es zeigte sich, daß die Nutzstrahlungsmenge im Bereich von 307,5 bis 317,5 nm 4,46 W betrug, d. h. von der insgesamt ausgesandten Strahlung ist etwa 80% Nutzstahlung. In Fig. 2 ist die spektrale Energieverteilung der von diesen Lampen ausgesandten Strahlung graphisch dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist die Wellenlänge λ in nm und auf der vertikalen Achse die ausgesandte Strahlungs energie E in W pro Wellenlängenintervall von 5 nm aufge tragen.

Beispiel 2

Lampen mit einem Aufbau nach Fig. 1, jedoch mit einer Rohrlänge von 150 cm und einer Leistung von 80 Watt, wurden mit einer Leuchtstoffschicht aus dem gleichen Leuchtstoff wie in Beispiel 1 versehen. Nach 100 Brenn stunden wurde an diesen Lampen eine insgesamt (250 bis 400 nm) ausgesandte Strahlungsmenge von 11,2 Watt gemessen. Es zeigte sich, daß davon 8,0 Watt (71,5%) im Bereich von 307,5 bis 317,5 nm ausgestrahlt wurden. Es zeigte sich, daß die von der Lampe ausgesandte Erythemstrahlungsmenge 0,92 Erythemwatt betrug, d. h. nur 11,5% der Nutzstrahlungs menge. Zum Vergleich sei erwähnt, daß die bekannten Lampen mit einem Aufbau gleich den erwähnten Lampen, jedoch aus Glas mit einer Absorptionskante bei etwa 300 nm und mit einem lumineszierenden, mit Cer aktivierten Strontium aluminat insgesamt (250 bis 400 nm) eine Stahlungsmenge von 5,9 W aussenden (dies beträgt etwa 33% der im Leucht stoff erzeugten Strahlung). Von dieser Strahlungsmenge liegt jedoch nur etwa 0,83 Watt (d. h. etwa 14%) im Bereich von 307,5 bis 317,5 nm. Weiter zeigte es sich, daß die von den bekannten Lampen ausgesandte Erythemstrahlungsmenge 16,7% der Nutzstrahlungsmenge betrug (d. h. etwa 0,14 Erythemwatt). Bei Anwendung erfindungsgemäßer Lampen kann man daher die Bestrahlungszeit um den Faktor 10 kürzer wählen bei gleicher Nutzstrahlungsdosis, während die Erythemdosis um etwa 35% herabgesetzt wird.

Beispiel 3

Einige Lampen der in Fig. 1 dargestellten Art wurden mit einer Leuchtstoffschicht aus einem lumineszierenden Silikat der Formel

Sr_2,9Pb_0,1LaGdSi₆O₁₈

versehen. Nach 100 Brennstunden wurde an diesen Lampen eine im ganzen ultravioletten Teil des (250 bis 400 nm) Spektrums ausge sandte Strahlungsmenge von 4,96 Watt gemessen. Es zeigte sich, daß davon 3,95 Watt im Bereich von 307,5 bis 317,5 nm ausgestrahlt wurden. Die spektrale Energieverteilung der ausgesandten Strahlung dieser Lampen ist nahezu gleich der der Lampen nach Beispiel 1.

Claims

1. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe für Bestrahlungszwecke mit einem an der Innenseite mit einer Leuchtstoffschicht versehenen rohrförmigen Entladungskolben aus Glas, wobei die Leuchtstoffschicht einen Leuchtstoff enthält, die die kennzeichnende Linienemission von Gadolinium bei 312 nm aufweist, und der Kolben bei 312 nm eine Transmission von mindestens 80% besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungskolben zwecks Behandlung von Hautkrankheiten eine Absorptionskante zwischen 260 und 280 nm aufweist.

2. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoff schicht ein mit Gd und Bi aktiviertes Borat der Formel La_1-x-yGd_xBi_yB₃O₆enthält, worin0,15x, 0,001y0,05 und
x+y1.

3. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoff schicht ein mit Gd und Pb aktiviertes ternäres Aluminat mit hexagonaler Magnetoplumbitstruktur enthält, welches Aluminat die Zusammensetzung ABC besitzt, worin A zwischen 25 bis 99 Mol.-% ½ Gd₂O₃, zwischen 1 bis 35 Mol.-% PbO und gegebenenfalls ½ La₂O₃ darstellt, worin B gleich Al₂O₃ ist und höchstens 20 Mol.-% des Al₂O₃ durch Sc₂O₃ ersetzt sein kann, und worin C MgO und/oder ZnO darstellt, wobei bis zu 10 Mol.-% des Al₂O₃ durch eine gleichwertige SiO₂- Menge zusammen mit MgO und/oder ZnO und wobei bis zu 70 Mol.-% von A durch SrO und/oder CaO und gleichzeitig eine gleichwertige Menge von C durch ½ Al₂O₃ ersetzt sein kann, und die Gehalte A, B und C folgende Bedingungen [A]0,02;
0,55[B]0,95 und
[C]½[A]erfüllen.

4. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoff schicht ein mit Gd und Pb aktiviertes Silikat von Sr und/oder Ca und von Y und/oder La der Formel (Sr, Ca)_3-pPb_p(Y, La)_2-qGd_qSi₆O₁₈enthält, worin0,01p0,50 und
0,05q2,0.

5. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas des Entladungskolbens enthält 68 bis 83 Mol.-% SiO₂,
2,5 bis 3,0 Mol.-% B₂O₃,
16 bis 20 Mol.-%
mindestens eines Alkalimetalloxyds,
2,6 bis 3,3 Mol.-%
mindestens eines Erdalkalimetalloxyds,
0 bis 2,0 Mol.-% Al₂O₃,und weiter mindestens eines der Oxyde TiO₂, CeO₂, CuO, Fe₂O₃ und V₂O₅ in einer so geringen Menge, daß die Absorptionskante des Glases zwischen 260 und 280 nm liegt.

6. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas besteht aus
75,5±2 Mol.-% SiO₂
2,8±0,1 Mol.-% B₂O₃
10,2±0,3 Mol.-% Na₂O
7,7±0,3 Mol.-% K₂O
3,0±0,1 Mol.-% BaO
1,0±0,03 Mol.-% Al₂O,
500 bis 2000 Gew.ppm TiO₂.