DE3201606C2

DE3201606C2 -

Info

Publication number: DE3201606C2
Application number: DE3201606A
Authority: DE
Inventors: Fred Raymond Taubner; Joseph Arthur Danvers Mass. Us Roy
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Flowil International Lighting Holding BV
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1991-08-14
Also published as: GB2091936B; FR2498811A1; DE3201606A1; GB2091936A; US4639637A; NL193807C; NL193807B; FR2498811B1; NL8200270A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtstofflampe mit einem Kolben, der mit einem ionisierbaren Medium gefüllt ist, das Quecksilberdampf enthält, mit in die Enden des Lampenkolbens eingeschmolzenen Elektroden, mit einer auf der Innenfläche des Lampenkolbens angeordneten Leuchtstoffschicht und einer auf der Leuchtstoffschicht haftenden Schicht aus Al₂O₃ mit einer Teilchengröße von unter einem µm.

Eine solche Leuchtstofflampe ist aus der US-PS 38 86 396 bekannt. Die dort auf den Leuchtstoff aufgebrachte Schicht aus Al₂O₃ ist dünn, porös und nicht zusammenhängend. Eine solche Schicht bewirkt eine Erhöhung der Konstanz der Lichtausbeute während der Lampenlebensdauer.

Bei Bogenentladungslampen, z.B. Leuchtstofflampen, bei denen in der Entladungskammer ein Leuchtstoff verwendet wird, wobei die Kammer außerdem zusammen mit Quecksilberdampf ein ionisierbares Medium enthält, besteht ein Nachteil darin, daß sich die Lichtausbeute im Laufe ihrer Lebensdauer allmählich verringert. Zu den verschiedenen Faktoren, die im Laufe der Zeit zu einem Rückgang der Lichtausbeute beitragen, gehören die Bildung von Ablagerungen bzw. eine Verunreinigung durch Kathodenmaterial, das Entstehen verschiedener Quecksilberverbindungen, Veränderungen des Leuchtstoffs selbst sowie Veränderungen bezüglich des Glases des Lampenkörpers, wie sie insbesondere dann auftreten können, wenn der Lampenkörper der Wirkung von UV-Strahlung ausgesetzt ist. Die Fähigkeit solcher Lampen, einem Absinken der Lichtausbeute einen Widerstand entgegenzusetzen, wird gewöhnlich als "Konstanz der Lichtausbeute" bezeichnet, die gemessen wird als das als Prozentsatz ausgedrückte Verhältnis zwischen der Lichtausbeute nach einer bestimmten Betriebszeit und der anfänglichen Lichtausbeute. Da die Lichtausbeute neuer Lampen dazu neigt, in einem erheblichen Ausmaß zu variieren, bis die Lampe eine gewisse Betriebszeit hinter sich hat, ist es üblich, bei der Messung der Konstanz der Lichtausbeute nicht vom Zeitpunkt Null auszugehen, sondern von einem anderen Zeitpunkt.

Zwar tritt bei allen Leuchtstofflampen im Laufe der Zeit eine Verringerung der Lichtausbeute ein, doch ist dies im Vergleich zu normal belasteten Lampen bei Lampen mit hohem und sehr hohem Lichtstrom erheblich problematischer.

Zwar können die vorstehend genannten Bedingungen sämtlich in einem größeren oder kleineren Ausmaß zu einer Verringerung der Lichtleistung führen, doch wird gegenwärtig angenommen, daß eine der Hauptursachen in der Entstehung von Quecksilberverbindungen insbesondere auf der Oberfläche des Leuchtstoffs liegt.

Hierbei wird angenommen, daß diese Quecksilberverbindungen einen UV-Strahlung absorbierenden Film bilden, der verhindert, daß der Leuchtstoff durch die Quecksilberentladung eine Strahlungsmenge erhält, die ausreicht, um eine maximale Lichtausbeute zu gewährleisten.

Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, bei solchen Lampen Aluminiumoxid zu verwenden, um den genannten Nachteil zu mildern oder zu beseitigen. Beispielsweise wird in den US-PSen 40 79 288 und 40 58 639 vorgeschlagen, auf die Innenfläche des Lampenkolbens eine Schicht aus Aluminiumoxid aufzubringen und den Leuchtstoff auf diese Schicht aufzutragen.

Im Hinblick auf den gattungsbildenden Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lampe mit einer höheren Konstanz der Lichtausbeute sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Lampe anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß die Verwendung relativ großer Mengen von Aluminiumoxid bei Leuchtstofflampen zu einer erheblichen Steigerung der Konstanz der Lichtausbeute führt und daß sich bei zahlreichen Lampenbauarten Werte des genannten Verhältnisses von mehr als 90% erzielen lassen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe; und

Fig. 2 einen Querschnitt der Leuchtstofflampe nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Leuchtstofflampe dargestellt. Zu der Lampe 10 gehört ein langgestreckter rohrförmiger Kolben 12 aus Glas mit kreisrundem Querschnitt. Beide Enden der Lampe sind mit den üblichen Elektroden 14 und 16 versehen, die von Zuleitungsdrähten 18, 20 bzw. 22, 24 getragen werden, welche durch angepreßte Abschnitte 26, 28 von Tragstücken 30 und 32 ragen und mit an den Enden der Lampe befestigten Kontaktstücken 34 und 36 verbunden sind.

Der dicht verschlossene Lampenkolben ist mit einem inerten Gas gefüllt, z. B. mit Argon oder einem Gemisch aus Argon und Neon, das unter einem niedrigen Druck von z. B. 2,7 mbar steht und eine kleine Menge Quecksilber enthält, die mindestens ausreicht, um während des Betriebs einen niedrigen Dampfdruck aufrechtzuerhalten.

Die Innenfläche des Kolbens 12 ist mit einer Leuchtstoffschicht 38 überzogen, die z. B. aus einem mit Antimon und Mangan aktivierten Kalziumhalophosphat besteht.

Bei der Herstellung der Lampe wurde eine Suspension für den Leuchtstoffüberzug dadurch erzeugt, daß die Leuchtstoffteilchen in einem System auf Wasserbasis dispergiert wurden, wobei Polyäthylenoxid als Bindemittel und das Wasser als Lösungsmittel verwendet wurde.

Die Leuchtstoffsuspension wurde in der üblichen Weise dadurch aufgetragen, daß ein Strom der Suspension längs der Innenfläche des Kolbens durch den Kolben geleitet wurde, wobei eine Verdampfung des Wassers derart zugelassen wurde, daß das Bindemittel und die Leuchtstoffteilchen an der Innenwand festhafteten. Dann wurden die mit Leuchtstoff beschichteten Kolben in einem Tunnelofen gebrannt, um die organischen Bestandteile zu entfernen, wobei die Leuchtstoffteilchen auf der Innenwand zurückblieben.

Danach wurde die Leuchtstoffschicht 38 mit einem Überzug in Form einer relativ dicken Schicht 40 aus Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße von weniger als 1 Mikrometer versehen. Dieses Material hat eine Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 0,04 Mikrometer und eine Oberfläche von etwa 100 m²/g. Unter der genannten relativ dicken Schicht wird hier eine Menge des Aluminiumoxids verstanden, die größer ist als 160 Mikrogramm/x cm².

Auch die Aluminiumoxidschicht 40 wird unter Verwendung einer Suspension hergestellt, die Aluminiumoxidteilchen in einer Trägerflüssigkeit auf Wasserbasis zusammen mit einem in dem Wasser gelösten Bindemittel aus Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylmethylcellulose enthält. Hierauf wurden Aluminiumoxidsuspensionen von unterschiedlicher Konzentration so durch die Lampenkolben geleitet, daß sie über die Leuchtstoffteilchen hinweg nach unten strömten, bis das aus dem unteren Ende der Kolben ablaufende überschüssige Überzugsmaterial anzeigte, daß der Leuchtstoff vollständig bedeckt war. Die mit dem Überzug aus Aluminiumoxid versehenen Kolben wurden erneut gebrannt, um die organischen Bestandteile des Bindemittels zu entfernen; danach wurden die Kolben unter Anwendung bekannter Verfahren zur Herstellung von Leuchtstofflampen verwendet.

Unter Anwendung gleichartiger Verfahren wurden Vergleichslampen hergestellt, die jedoch nicht mit einem zusätzlichen Überzug aus Aluminiumoxid versehen wurden.

Tabelle I

Lampentyp 58T8/ES, kalt, weiß, mit Halophosphat

Tabelle II

Lampentyp 58T8/ES, warm, weiß, mit Halophosphat

Tabelle III

Lampentyp 96T12 H.O., kalt, weiß, mit Halophosphat

Tabelle IV

Lampentyp 96T12 VHO, kalt, weiß, mit Halophosphat

Verschiedene Arten von Leuchtstofflampen, die sich bezüglich der Konzentration des Aluminiumoxid-Überzugmaterials unterschieden, wurden zusammen mit Vergleichslampen ohne einen Überzug aus Aluminiumoxid untersucht; die Ergebnisse sind in den Tabellen I bis IV zusammengefaßt. Bei allen Tabellen wurde die Konstanz der Lichtausbeute als Verhältnis zwischen der Lichtausbeute während der letzten Stunde und der Lichtausbeute nach einer Betriebsdauer von 100 Stunden berechnet. Die Vergleiche wurden jeweils nach einer Betriebszeit von 100 Stunden begonnen, da die Lichtausbeute während der anfänglichen Betriebszeit sehr schnell zurückgeht, wodurch die Angaben über die Konstanz der Lichtausbeute verfälscht worden wären.

Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß Überzüge aus Aluminiumoxid verwendet wurden, deren Gewicht zwischen Null (Vergleichsversuch) und 484 Mikrogramm/cm² lag. Wie nach den Angaben in der US-PS 38 86 396 zu erwarten war, erhielt man bei relativ hohen Überzugsgewichten Lampen, deren anfängliche Helligkeit geringer war als die Vergleichslampe (die Angabe in der Tabelle IV ist als zufällige Abweichung zu betrachten). Völlig überraschend ist jedoch die Tatsache, daß nach 2000 bis 6000 Betriebsstunden (je nach Lampentyp und Überzugsgewicht) nicht nur die Konstanz der Lichtausbeute bei mit einem relativ starken Überzug versehenen Lampen besser ist als bei der Vergleichslampe, sondern daß auch die tatsächliche Lichtausbeute höher ist. Mit anderen Worten, nach bis zu 6000 Betriebsstunden werden Werte für die Konstanz der Lichtausbeute erzielt, die 90% nahezu erreichen und in den meisten Fällen diesen Wert sogar überschreiten.

Bei den Versuchen wurden an den Lampen photometrische Messungen der Lichtausbeute mit Hilfe einer photometrischen Kugel bekannter Art sowohl zu Anfang des Versuchs als auch in den angegebenen Zeitpunkten durchgeführt.

Somit ist ersichtlich, daß sich verbesserte Lampen herstellen lassen, wenn man relativ dicke Überzüge aus Aluminiumoxid vorsieht. Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt, wenn man Bindemittelüberzüge mit einem organischen Lösungsmittel, z.B. ein Nitrocellulose-Bindemittel mit Butylacetat als Lösungsmittel für den Leuchtstoff und ein Äthylcellulosebindemittel mit Xylol als Lösungsmittel für das Aluminiumoxid verwendete. Ferner wurden die gleichen günstigen Wirkungen ohne Rücksicht darauf erzielt, ob das Leuchtstoffbindemittel vor dem Aufbringen des Aluminiumoxids entfernt wurde oder ob nur ein einziger Einbrennvorgang durchgeführt wurde.

Mit Hilfe eines Abtast-Elektronenmikroskops hergestellte Lichtbilder der mit Überzügen versehenen Lampen bei 10 000facher Vergrößerung zeigen, daß die die Oberfläche der Leuchtstoffteilchen bedeckenden Aluminiumoxidteilchen über die ganze Dicke des Films bis zur Oberfläche des Glaskolbens verteilt sind.

Claims

1. Leuchtstofflampe mit einem Kolben, der mit einem ionisierbaren Medium gefüllt ist, das Quecksilberdampf enthält, mit in die Enden des Lampenkolbens eingeschmolzenen Elektroden, mit einer auf der Innenfläche des Lampenkolbens angeordneten Leuchtstoffschicht und einer auf der Leuchtstoffschicht haftenden Schicht aus Al₂O₃ mit einer Teilchengröße von unter 1 µm, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (40) aus Al₂O₃ die Leuchtstoffschicht (38) vollkommen überdeckt und das Gewicht der Schicht (40) aus Al₂O₃ mehr als 160 µg/cm² beträgt.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Al₂O₃ im Bereich von mehr als 160 bis zu etwa 300 µg/cm² liegt.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Al₂O₃ im Bereich von etwa 300 bis 500 µg/cm² liegt.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Leuchtstoff um Kalziumhalophosphat handelt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, bei welchem auf die Innenfläche eines langgestreckten Kolbens eine Leuchtstoffschicht aufgebracht wird, das Al₂O₃ mit einer Teilchengröße von weniger als 1 µm, das als Suspension in einer Trägerflüssigkeit mit organischen Bestandteilen vorhanden ist, auf die Leuchtstoffschicht aufgebracht wird und danach der Lampenkolben gebrannt wird, um die organischen Bestandteile zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß das Al₂O₃ in einer Trägerflüssigkeit aus Polyäthylenoxid, Hydroxyäthylmethylzellulose und Wasser suspendiert wird.