DE3322390C2

DE3322390C2 - Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3322390C2
Application number: DE3322390A
Authority: DE
Inventors: Antonius Maria Josephus Seuter; Den Boom Petrus Franciscus Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2003-06-23
Also published as: GB2124019A; JPH0444385B2; GB2124019B; DE3322390A1; FR2530076A1; BE897233A; JPS5920961A; FR2530076B1; US4544997A; NL8202778A; GB8318272D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberdampf entladungslampe mit einem Entladungskolben aus Glas, in dem sich Quecksilber und ein Edelgas befindet, wobei wenigstens ein Teil der Innenwand des Entladungskolbens mit einer dünnen, wenigstens nahezu homogenen, geschlossenen Transparentschicht versehen ist, die der Einwirkung der Entladung standhält, wobei die Wechsel wirkung von Quecksilber in der Entladung und dem Glas kolben vermieden ist.

Bekanntlich werden in Niederdruck-Quecksilberdampfent ladungslampen Maßnahmen getroffen, um die Grauverfärbung von Teilen der Innenwand des Entladungskolbens, die mit der Entladung in Kontakt stehen, zu unterbinden. Eine derartige Grauverfärbung, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Quecksilber und dem Glas entsteht, ist un erwünscht und verursacht nicht nur eine Reduzierung der Lichtausbeute, sondern gibt der Lampe außerdem ein unästhetisches Äußeres, insbesondere, wenn die Grauver färbung unregelmäßig auftritt, beispielsweise in Form von dunklen Flecken und Punkten.

In der US-PS 3 337 494 ist das Anbringen einer dünnen, nahezu homogenen, geschlossenen, durchsichtigen Schicht beispielsweise aus Titandioxid oder Zirkondioxid auf der Innenwand des Entladungskolbens beschrieben, welche die Grauverfärbung der Glasinnenwand verhindern soll.

Im Gegensatz zu einer körnigen Schutzschicht aus einem hitzefesten Metalloxid (wie Aluminiumoxid oder Silizium oxid), die aus einer Vielzahl von Partikeln zusammenge setzt ist und ziemlich dick sein soll, damit eine Wechsel wirkung zwischen dem Quecksilber und der Glaswand ver mieden wird, wird bei der Lampe nach der erwähnten US-Patentschrift durch die dünne, homogene, geschlossene, durchsichtige Schicht der direkte Kontakt zwischen der Glaswand und der Quecksilberentladung vermieden. Durch die durchsichtige Schicht kann eine verhältnismäßig dünne Leuchtstoffschicht ausreichen, wodurch im Vergleich zu Lampen ohne eine durchsichtige Schutzschicht eine erhebliche Einsparung der erforderlichen Menge an Leucht stoff erreicht wird.

Eine ähnliche Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe geht aus dem US-Patent 3,141,990 hervor, die eine Schutz schicht aus Al₂O₃, TiO₂ oder SiO₂ aufweist.

Ferner ist in der DE-PS 17 64 126 eine Niederdruck natriumdampfentladungslampe mit einem Entladungskolben beschrieben, dessen Innenwand mit einer natriumlichtdurch lässigen, natriumdampfaushaltenden homogenen Schicht ver sehen ist, die aus einem der Oxide von Yttrium und/oder der Seltenerdmetalle bestehen kann. Eine derartige Lampe sendet jedoch nur Licht mit einer spezifischen Wellenlänge im sichtbaren Bereich aus. Besondere Probleme als Folge der Einwirkung kurzwelliger Ultraviolettstrahlung auf die Schicht, treten in dieser Lampe nicht auf.

Es hat sich gezeigt, daß insbesondere in einer durch sichtigen Schicht mit Titandioxid Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge bis zu etwa 350 nm stark absorbiert wird; weiter zeigt es sich, daß Resonanzstrahlung von Quecksilber mit einer Wellenlänge von 254 nm sogar nahezu vollständig absorbiert wurde. Dies ist insbesondere nach teilig bei Verwendung der Schicht im Lampen, die nahezu ausschließlich Strahlung mit den genannten Wellenlängen aussenden. Beispiele derartiger Lampen sind keimtötende Lampen und Lampen, die Ultraviolettstrahlung mit ver hältnismäßig langer Wellenlänge aussenden, wie Lampen für Bräunungsgeräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, bei der Grauverfärbung der Glaswand des Ent ladungskolbens auf ein Mindestmaß beschränkt wird, wobei die Licht- bzw. Strahlungsausbeute der Lampe während ihrer Lebensdauer auf einem möglichst hohen Pegel erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruck-Quecksilberdampf entladungslampe eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Transparentschicht wenigstens ein Oxid von Yttrium, Scandium, Lanthan, Gadolinium, Ytterbium und Lutetium enthält.

Die genannten Oxide lassen sich auf eine Weise als ganz dünne, geschlossene, ununterbrochene und homogene durch sichtige Schicht auf der Glaswand eines Entladungskolbens anbringen. Dies erfolgt beispielsweise durch Spülen des Entladungskolbens mit einer Lösung aus einer geeigneten metallorganischen Verbindung (wie bei einem Azetylazetonat) in einer organischen Lösung, wobei nach dem Trocknen und Sintern die gewünschte Schicht entsteht. Auch kann die Schicht in einem Verfahren angebracht werden, bei dem eine Metallverbindung mit Hilfe eines Trägergases (wie Luft) unter Erwärmung in einen Entladungskolben eingeführt wird und sich an dessen Wand ablagert. Es wurde gefunden, daß Schichten der genannten Oxide die Einwirkung der Queck silberedelgasatmosphäre sehr gut aushalten, die im Ent ladungskolben einer Niederdruck-Quecksilberdampfent ladungslampe herrscht. Auch erfüllen sie gut die Anforderungen der Licht- bzw. der Strahlungsdurchlässig keit.

Diese Oxide bilden eine Auswahl insbe sondere aus Oxiden Seltener Erdmetalle. Schichten mit Oxiden dieser Metalle eignen sich besonders für Verwendung in Niederdruck-Quecksilber dampfentladungslampen, weil sie farblos sind und kaum Absorption der Nutzstrahlung (wie der UV-Strahlung und des sichtbaren Lichts) aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß in einer derartigen durch sichtigen Schicht kaum Absorption der im Entladungskolben erzeugten Resonanzstrahlung von Quecksilber mit einer Wellenlänge von 254 nm auftritt. In Niederdruck-Queck silberdampfentladungslampen für Bestrahlungszwecke, bei denen vorwiegend Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm ausgesandt wird (keimtötende Lampen) und bei denen die Innenwand des Entladungskolbens nur mit dieser durchsichtigen Schicht versehen ist, hat es sich gezeigt, daß sogar nach einer großen Anzahl von Brennstunden der Lampe kaum Grauverfärbung oder sonstige Verfärbung der Glaswand auftritt. Die Strahlungsausbeute der genannten Lampe behielt dabei im Vergleich zur bekannten Lampe einen hohen Pegel bei.

Die Erfindung läßt sich gleichfalls vorteilhaft in Lampen mit einem rohrförmigen Entladungskolben anwenden, dessen Innenwand mit einer Reflexionsschicht versehen ist, in der ein Längsschlitz angebracht ist. In derartigen Lampen ist wenigstens auf der Reflexionsschicht eine Leuchstoffschicht vorgesehen. Diese Leuchstoffschicht erstreckt sich in einer besonderen Ausführungsform über den ganzen Umfanng der Innenwand des Entladungskolbens. Bei diesen Lampen wurde überraschenderweise gefunden, daß bei der Verwendung einer durchsichtigen Schicht nach der Erfindung auf der Glaswand wenigstens an der Stelle des Längsschlitzes eine sehr hohe Licht- bzw. Strahlungsaus beute für eine lange Betriebszeit erhalten wird.

Auch in Lampen, deren ganze Innenwand mit Leucht stoff bedeckt ist, läßt sich die Erfindung vorteilhaft anwenden. Die durchsichtige Schicht befindet sich dabei zwischen der Leuchtstoffschicht und der Glaswand. Die Glaswand ist dabei auf wirksame Weise vor der Einwirkung der Entladung geschützt. Dies hat sich insbesondere bei Lampen herausgestellt, die mit einem gebogenen Entladungs kolben ausgerüstet sind (beispielsweise eine Lampe nach der DE-OS 31 11 836), wobei die Leuchtstoffschicht an der Stelle der gebogenen Teil des Entladungskolbens nicht ununterbrochen ist und bei der eine verhältnismäßig hohe Wandbelastung auftritt. Versuche haben bewiesen, daß die Lichtausbeute im Betrieb der Lampe einen hohen Pegel beibehielt.

Die durchsichtige Schicht in einer erfindungsge mäßen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe enthält vorzugsweise ein Oxid von Yttrium und/oder Gadolinium. Eine derartige Schicht hat einen verhältnismäßig hohen Übertragungskoeffizienten für Ultraviolettstrahlung und sichtbares Licht. Weiter hat es sich gezeigt, daß eine Schicht mit den erwähnten Oxiden gering hygroskopisch ist und gut an der Innenwand eines Entladungskolbens haf tet. Au8erdem ist die Schicht verhältnismäßig einfach anbringbar (z. B. mit Yttriumazetylazetonat), was insbe sondere in der Massenfertigung für Niederdruckquecksilber dampfentladungslampen kostensparend ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, deren Ent ladungskolben von Leuchtstoff frei ist, und

Fig. 2 eine derartige Lampe, bei der die Innen wand des Entladungskolbens neben einer durchsichtigen Schicht ebenfalls mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist.

In Fig. 1 ist eine Niederdruckquecksilberdampf entladungslampe mit einem rohrförmigen Entladungskolben 1 dargestellt, an dessen Enden Elektroden 2 bzw. 3 angeord net sind. Im Betrieb der Lampe wird zwischen diesen Elek troden eine Entladung aufrechterhalten. Im Entladungs kolben 1 befindet sich Quecksilber und ein Edelgas, wie Argon (Druck etwa 400 Pa). An der Glasinnenwand des Ent ladungskolbens 1 ist eine dünne, nahezu homogene, geschlos sene Transparentschicht 4 vorgesehen, welche der Einwirkung der Entladung standhält. Die dargestellte Lampe ist eine Lampe für Bestrahlungszwecke (eine keimtötende Lampe), die vorwiegend Strahlen mit einer Wellenlänge von 254 nm aussendet. Derartige Lampen werden häufig in Räumen zur Vertilgung unerwünschten Bazillen, Bakterien und der gleichen benutzt, wie in Krankenhäusern. Die Transparent schicht 4 hat in praktischen Ausführungsformen der Lampe eine Dicke von etwa 5 bis 200 nm. Bei einer Dicke über 200 nm erfolgt eine zu hohen Absorption der im Entladungs kolben erzeugten Strahlung. Bei einer Schichtdicke unter etwa 5 nm tritt dennoch eine Wechselwirkung zwischen der Entladung und der Glaswand auf.

Es wurden einige Versuche mit Lampen (15 Watt, Innendurchmesser des Entladungskolbens 25 mm, Länge des Entladungskolbens 50 cm, Argon 400 pa) durchgeführt, deren Entladungskolben mit einer Transparentschicht mit einem Oxid nach der Erfindung versehen ist. Die Transparent schicht wurde durch Spülen der Innenwand des Entladungs kolbens mit einer Flüssigkeit erhalten, die eine metall organische Verbindung (z. B. Yttriumazetylenazetonat) in einer organischen Lösung (z. B. Äthylenglykolmonoäthyläther) enthielt. Die Schicht entsteht nach einem Trockenvorgang und einem Sintervorgang (beispielsweise bis zu etwa 600°C). Die Ergebnisse dieser Versuche sind in nachstehender Tabelle I angegeben. Die Dicke der Oxidschicht betrug in allen Fällen 50 bis 150 nm. In der Tabelle I ist die Strah lungsausbeute (in UV-Watt) sowie (geklammert) die relative Strahlungsausbeute je Lampe bei 100 Brennstunden wieder gegeben. Auch gibt die Tabelle I die Ergebnisse der be kannten Lampen wieder, die frei von einer transparenten Schutzschicht ist.

Tabelle I

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Strahlungsausbeute erfindungsgemäßer Lampen auch nach längerer Betriebszeit auf einem hohen Pegel bleibt. Ein Angreifen der Glaswand durch das Quecksilber und die da durch entstehende Verringerung der Strahlungsausbeute tritt bei den erfindungsgemäßen Lampen kaum auf.

Die Lampe nach Fig. 2 enthält gleichfalls einen rohrförmigen Entladungskolben 1, Elektroden 2 und 3 und die Transparentschicht 4. Diese Schicht ist an ihrer der Entladung zugewandten Seite mit einer Leuchtstoffschicht 5 bedeckt. Diese Leuchtstoffschicht 5 erstreckt sich über die ganze Oberfläche der Transparentschicht 4. Die Leucht stoffschicht 5 bestand bei einigen Versuchen aus einer Mischung dreier Leuchtstoffe, d. h. aus grün leuchtendem, mit Terbium aktiviertem Cermagnesiumaluminat, aus blau lumi neszierendem, mit zweiwertigem Europium aktiviertem Barium magnesiumaluminat und aus rot lumineszierendem, mit dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid. Bei einer Transparentschicht 4 zwischen der Leuchtstoffschicht 5 und der Glaswand des Entladungskolbens 1 wurde überraschenderweise gefunden, daß bei einem ge ringen Pulvergewicht des Leuchtstoffes (im Vergleich zu Lampen ohne Transparentschicht) nur eine leichte Verringe rung der Lichtausbeute auftritt. Unter Pulvergewicht sei hier das Gesamtgewicht des Leuchtstoffs im ganzen Ent ladungskolben verstanden. Im Vergleich zur bekannten Lampe ohne Transparentschicht hat es sich als möglich erwiesen, das Pulvergewicht des Leuchtstoffs bei Lampen nach der Erfindung um etwa 25% auf etwa 2 mg/cm² zu beschränken, wobei kaum eine Verringerung der Lichtausbeute auftrat.

An einer Anzahl von Niederdruckquecksilberdampf entladungslampen (Leistung 36 W, Länge 1,20 m, Innen durchmesser 25 mm, Argon 400 Pa) mit einer Transparent schicht 4 aus Yttriumoxid sowie einer Leuchtstoffschicht 5 aus einer Mischung der erwähnten Leuchtstoffe wurden Ver suche durchgeführt. Von den Lampen wurde der Lichtstrom in Lumen gemessen und mit dem Lichtstrom einer bekannten Lampe mit den gleichen Abmessungen, derselben Leistung und einer Leuchtstoffschicht aus den gleichen Leuchtstoffen verglichen, welche Lampe jedoch keine Transpa rentschicht besaß. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle II wiedergegeben. Die Versuche wurden an Lampen mit verschiedenem Pulvergewicht durchgeführt (u. zw. mit 2,8 g bzw. 2,1 g Leuchtstoff). Die Ergebnisse sind in der zweiten und dritten Spalte (2,8 g) und in der vierten und fünften Spalte (2,1 g) wiedergegeben.

Tabelle II

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Lichtausbeute einer erfindungsgemäßen Lampe auch nach einer Vielzahl von Brennstunden hoch ist. Weiter ist aus der Tabelle ersichtlich, daß sogar bei geringem Pulver gewicht (2,2 mg/cm²) die Lichtausbeute der Lampe mit der Transparentschicht Y₂O₃ für eine lange Betriebszeit relativ hoch ist.

Weiter sind mit einigen Lampen (15 W, Innen durchmesser des Entladungskolbens 25 mm, Länge 50 cm, Argondruck 400 Pa) Versuche durchgeführt, bei denen lediglich eine durchsichtige Schicht mit Yttriumoxid auf der Innenwand des Entladungskolbens vorgesehen war. Für eine Anzahl der Schichtdicken ist die gemessene Strah lungsausbeute (UV-Watt, 2000 Brennstunden) in Tabelle III angegeben.

Schichtdicke (nm)
Strahlungsausbeute (UV-Watt)
0
3,19
8	5,17
20	5,11
40	5,27
80	5,22

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Strahlungsausbeute der Lampen mit einer durchsichtigen Schicht mit Yttriumoxid mit einer Dicke über 8 nm im Vergleich zu Lampen ohne durchsichtige Schicht wesentlich höher war. Die verhältnismäßig niedrige Strahlungsaus beute der Lampe ohne Y₂O₃-Schicht war dem Auftreten der Ergrauung der Wand des Entladungskolbens zuzuschreiben.

Claims

1. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Entladungskolben aus Glas, in dem sich Quecksilber und ein Edelgas befindet, wobei wenigstens ein Teil der Innen wand des Entladungskolbens mit einer dünnen, wenigstens nahezu homogenen, geschlossenen Transparentschicht ver sehen ist, die der Einwirkung der Entladung standhält, wobei die Wechselwirkung von Quecksilber in der Entladung und dem Glaskolben vermieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparentschicht (4) wenigstens ein Oxid von Yttrium, Scandium, Lanthan, Gadolinium, Ytterbium und Lutetium enthält.

2. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Transparentschicht (4) zwischen etwa 5 und 200 nm liegt.

3. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparentschicht (4) an ihrer der Entladung zugewandten Seite mit einer Leuchtstoffschicht (5) bedeckt ist.