DE3537881C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstoffschicht mit einem Leuchtstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Leuchtstoffschicht dieser Gattung ist aus DE-PS 8 51 386 bekannt. Sie absorbiert das von einer strahlenden Quelle ankommende Licht, durch welches der innerhalb einer transparenten Zwischensubstanz eingebettete Leuchtstoff erregt wird und Licht mit einer größeren Wellenlänge als die des ankommenden Lichtes auf der Grundlage der Photonenvervielfachung aussendet.

Eine solche Leuchtstoffschicht führt eine Fotokonversion des eingestrahlten Lichtes mit hohem Wirkungsgrad durch Ausnutzung der Multi-Quantenemission durch und wird beispielsweise am Umfang einer Röhre angeordnet, welche die strahlende Lichtquelle umgibt, also am Innen- oder Außenumfang einer Lampenröhre, wenn eine gestreckte Lampe betrachtet wird. Eine solche Leuchtstoffschicht ist also insbesondere zur Anwendung bei Lampen und dergleichen geeignet.

Ein Beispiel einer allgemein angewandten Leuchtstoffschicht sind fluoreszierende Substanzen, die in Leuchtstofflampen verwendet werden. In diesen Leuchtstofflampen, bei denen eine fluoreszierende Substanz als Leuchtstoff verwendet wird, erreicht die Lichtausbeute etwa 80 lm/W, was für die derzeit verfügbaren Lampen relativ hoch ist. Dennoch können die herkömmlichen Leuchtstofflampen nur etwa 1/4 der eingesetzten Energie umsetzen. In einer Leuchtstofflampe werden etwa 60% der Lampen-Eingangsleistung in Ultraviolettstrahlung im Inneren der Lampe umgesetzt, und nur etwa 40% der ultravioletten Strahlungsenergie wird durch die Leuchtstoffsubstanz in sichtbares Licht umgesetzt.

Eine Verdopplung der Lichtausbeute würde eine erhebliche direkte Energieeinsparung bedeuten. Es besteht daher ein großer Bedarf für verbesserte Leuchtstoffschichten, durch welche die Lichtausbeute gesteigert werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtstoffschicht mit einem Leuchtstoff zu schaffen, der imstande ist, für jedes anregende Photon zwei oder mehr Photonen auszusenden, was als Multi-Quantenemission bezeichnet wird und eine erhebliche Steigerung der Lichtausbeute bei entsprechender Energieeinsparung zur Folge hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Leuchtstoffschicht durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst. Ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht besteht darin, daß die Leuchtstoffe innerhalb transparenter Zwischensubstanzen so verteilt sind, daß sie eine atomartige Beschaffenheit bewahren und individuell voneinander isoliert sowie fest eingebunden sind. Die Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht zeigen die Anregungs-Energieniveaus der freien Atome dieser Stoffe und sind nur Multi-Quantenemission im sichtbaren Spektrum fähig.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Fotokonversionsprinzips, auf dem die Erfindung beruht;

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Fotokonversionsprinzips bei herkömmlichen Leuchtstoffen, zum Vergleich zu Fig. 1;

Fig. 3 ein Modell der erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht;

Fig. 4 ein Modell eines herkömmlichen Leuchtstoffes im Vergleich zu Fig. 3;

Fig. 5 ein X-Y-Farbartdiagramm;

Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht einer Lampe, bei welcher die in Fig. 3 gezeigte Leuchtstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;

Fig. 7 eine Schnittansicht der Lampe nach Fig. 6;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt der Leuchtstoffschicht bei der Lampe nach Fig. 6;

Fig. 9A-9C Diagramme zur Veranschaulichung der Herstellung der in Fig. 6 gezeigten Leuchtstoffschicht nach einem Langmuir-Filmbildungsverfahren;

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Struktur der durch die in Fig. 9 gezeigten Verfahrensschritte hergestellten Leuchtstoffschicht;

Fig. 11 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Quecksilbers bei Quecksilberdampf-Entladungslampen zeigt, wie sie in Verbindung mit der in Fig. 6 gezeigten Leuchtstoffschicht als Strahlungsquelle verwendet werden können;

Fig. 12 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Natriums zeigt, welches als Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 13 ein Diagramm, welches die Energieniveaus von Sr zeigt, welches als anderer Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 14 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Xe für Xenon-Entladungslampen zeigt, wie sie als andere Strahlungsquelle in Verbindung mit der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden können;

Fig. 15 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Zn zeigt, welches als weiterer Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 16 ein Spektraldiagramm einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, die als weitere Strahlungsquelle in Verbindung mit der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 17 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Cs zeigt, welches als weiterer Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 18 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Mg zeigt, das im atomarigen Zustand als weiterer Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 19 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Mn zeigt, das im atomartigen Zustand als weiterer Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 20 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der Leuchtstoffschicht nach Fig. 6 durch ein Vakuum- Niederschlagsverfahren;

Fig. 21 einen Teilschnitt zur Erläuterung der Struktur der Leuchtstoffschicht, welche durch das Verfahren nach Fig. 20 hergestellt wurde; und

Fig. 22 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Leuchtstoffschicht nach Fig. 3 bei einer Lampe angewendet wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt der technische Gedanke zugrunde, daß eine Leuchtstoffschicht beim Auftreffen einer Strahlung, beispielsweise aus einer Ultraviolett-Strahlungsquelle, zwei oder mehr Photonen für jedes anregende Photon aussendet. In der Fig. 1 sind nur zwei emittierte Photonen gezeigt. Dieser Vorgang wird im folgenden als Multi-Quantenemission bezeichnet, wobei es sich um eine Emission handelt, bei der zwei oder mehr Quanten ausgesendet werden. Bei einer herkömmlichen Leuchtstoffschicht, die durch einen üblichen Leuchtstoff gebildet und in Fig. 2 verdeutlicht ist, treten bei der Erregung durch ankommendes Licht Wärmeverluste aufgrund von Gitterschwingungen und dergleichen auf, so daß lediglich ein einziges Photon für jedes anregende Photon emittiert werden kann. Die erfindungsgemäß angewendete Multi-Quantenemission beruht also gegenüber den herkömmlichen Leuchtstoffschichten auf einem vollständig neuartigen Lichtemissionsprinzip. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der Multi-Quantenemission wird eine Verdoppelung der Lichtausbeute erzielt.

Die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht ist als Schicht oder Film ausgebildet und enthält Zwischensubstanzen und Leuchtstoffe, die jeweils durch die Zwischensubstanzen eingeschlossen sind. Es wird nun das in Fig. 3 gezeigte Modell betrachtet. Bei der erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht sind die als Kreise "○" dargestellten Leuchtstoffe jeweils in den transparenten Zwischensubstanzen verteilt, die durch das Zeichen "X" verdeutlicht sind; die Leuchtstoffe sind individuell voneinander isoliert und über die Zwischensubstanzen miteinander verbunden. In dieser Leuchtstoffschicht bewahren die Leuchtstoffe in optimaler Weise die Eigenschaften eines Atoms, d. h. den Zustand des atomaren Energieniveaus bzw. wenigstens einen "atomartigen" Zustand, der den kondensiert-molekularen Zustand einschließt. Unter dem "atomartigen" Zustand wird hier ein Zustand verstanden, bei welchem die Leuchtstoffe nicht notwendigerweise als vollständig isolierte Atome vorliegen, sondern zumindest einen Zustand aufweisen, der an den Zustand des atomaren Energieniveaus angenähert ist, wobei der Leuchtstoff lediglich neben der Zwischensubstanz vorhanden ist, ohne in Reaktion mit dieser zu treten oder eine Kombination mit ihr einzugehen oder zumindest nur eine schwache Kombination mit der Zwischensubstanz und anderen Substanzen einzugehen, so daß der molekülartige Zustand vermieden wird. Wenn die Bedingung erfüllt ist, daß die Leuchtstoffe zumindest im "atomartigen" Zustand sind, können beim Auftreffen eines Strahls auf der Leuchtstoffschicht aus einer Strahlungsquelle zwei oder mehr Photonen durch die jeweiligen Leuchtstoffe emittiert werden, die in den Zwischensubstanzen der Leuchtstoffschicht verteilt sind. In dem Leuchtstoff einer herkömmlichen Leuchtstoffschicht, die als Schicht oder Film vorliegt, wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird jeweils ein durch ein Kreuz "X" in jedem durch das Zeichen verdeutlichten Matrixmolekül dargestelltes Element durch ein einen Lichtbeitrag lieferndes Element ersetzt, welches durch einen Punkt "·" verdeutlicht wird, so daß Leuchtmoleküle gebildet werden, die durch das Zeichen dargestellt und in den transparenten, keinen Lichtbeitrag liefernden Matrixmolekülen verteilt sind. Das den Lichtbeitrag liefernde Element "·" in den Leuchtmolekülen besitzt hier nur ein Anregungs-Energieniveau für das Molekül, welches weit von dem Energieniveau des atomaren oder atomartigen Zustandes entfernt ist. Aus diesem Grunde kann der Leuchtstoff in dem jeweiligen Leuchtmolekül nur ein einziges Photon aussenden, wenn ein Photon aus der Strahlungsquelle auf dem Leuchtstoff auftrifft.

Für allgemeine Beleuchtungszwecke wird weißes Licht bevorzugt, dessen Farbart durch die schraffierte Zone A in Fig. 5 verdeutlicht ist.

Die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht wird nun anhand einer Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Leuchtstoffschicht auf eine röhrenförmige Beleuchtungslampe angewendet ist. Es wird auf die Fig. 6 bis 8 Bezug genommen. Dort ist eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe gezeigt, die für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, beispielsweise wie eine Desinfektionslampe. Bei einer solchen Lampe ist eine mit Vorheizelektroden PF versehene Entladungsröhre LT entweder auf der Innen- oder auf der Außenoberfläche mit einer filmartigen Leuchtstoffschicht PSL versehen, die in der in Fig. 8 im Schnitt gezeigten Weise eine dünne feste Schicht STL umfaßt, die Na als einen der anwendbaren Leuchtstoffe enthält, wobei das Na durch eine Grundsubstanz gehalten wird, welche die Zwischensubstanzen bildet, und wobei das Na sich im atomartigen Zustand befindet. Die dünne feste Schicht STL ist auf ihrer Rückseite mit einem Harzfilm RF1 bedeckt, welcher für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, und auf ihrer Vorderseite mit einem Harzfilm RF2 bedeckt, der für sichtbares Licht durchlässig ist.

Zur Herstellung der dünnen festen Schicht STL in der Leuchtstoffschicht PSL kann jegliches Arbeitsverfahren angewendet werden, das als geeignete Form des Langmuir- Filmerzeugungsverfahrens angesehen werden kann, ein Verfahren zur Bildung von ultrafeinen Teilchen, ein Superlegierungsverfahren, ein Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Filmen und dergleichen. Es wird nun eine Ausführungsform beschrieben, bei der das Langmuir-Filmbildungsverfahren angewendet wird. Bei diesem Verfahren werden Moleküle wie Stearinsäure

[CH₃(CH₂)₁₆COOH]

zunächst in Wasser "w" eingetaucht. Dann wird an der Wasseroberfläche eine Molekülschicht in Form eines einzigen dünnen Filmes gebildet. Dabei befindet sich die hydrophile Gruppe "f" der Moleküle auf der Wasserseite, während die hydrophobe Gruppe "1" vom Wasser fortgewendet ist, wie in Fig. 9A verdeutlicht ist. Wenn anschließend ein geeignetes Substrat BP aus Harz oder dergleichen in das Wasser "w" eingetaucht und aus diesem herausgezogen wird, wie in Fig. 9B verdeutlicht ist, haftet die Molekülschicht an dem Substrat BP fest. Dieses Verfahren wird wiederholt, um mehrere Molekülschichten auf dem Substrat BP zu bilden, wie in Fig. 9C verdeutlicht ist.

Durch Verwendung von Substanzen, die ein metallisches Leuchtstoff-Matrixelement wie Na enthalten, sowie durch chemische Behandlung der so auf dem Substrat BP gebildeten Molekülschichten werden diese Molekülschichten veranlaßt, unter Bildung eines metallischen Salzes zu reagieren. Anschließend wird das metallische Salz reduziert, um das ionisierte Metall zu einem neutralen Metall zu neutralisieren. Eine dünne feste Schicht STL, die den oben beschriebenen Multi-Quantenemissionseffekt zeigt, kann auf diese Weise hergestellt werden. In einer solchen Schicht sind die Na-Atome AT relativ zu den transparenten Zwischensubstanzen festgelegt, verbleiben jedoch in ihrem atomartigen Zustand. Die Zwischensubstanzen können durch das Substrat BP aus lichtdurchlässigem Harz gebildet sein, in welchem die Atome derart verteilt sind, daß sie voneinander im wesentlichen unabhängig sind.

Bei einer solchen Entladungsröhre LT, die mit einer die dünne feste Schicht STL enthaltenden Leuchtstoffschicht PSL versehen ist, ist der größte Teil des vom Quecksilber ausgesendeten Lichtes Ultraviolettlicht bei 253,7 nm, für eine Niederdruck-Entladungszone, die etwa 40°C aufweist. Dies ist in Fig. 11 verdeutlicht, die das atomare Energieniveau von Quecksilber zeigt. Natrium Na emittiert im wesentlichen zwei Resonanzlinien im gelben Bereich in der Umgebung von 590 nm, wie im Diagramm der Fig. 12 gezeigt ist. Mit zunehmender Anregung treten zahlreiche Emissionsspektren im sichtbaren Bereich auf. Wenn eine Quecksilberdampfentladung stattfindet, trifft hauptsächlich die Ultraviolettstrahlung bei 254 nm auf der festen dünnen Schicht STL durch die Röhre LT und den Harzfilm RF1 hindurch auf. In der festen dünnen Schicht STL, in welcher das Natrium im atomartigen Zustand erhalten ist, wird das auftreffende Ultraviolettlicht absorbiert, wodurch das Natrium ein angeregtes Energieniveau annimmt. Da die Ultraviolettenergie bei 254 nm etwa 4,9 eV entspricht, wird angenommen, daß die Anregungsniveaus der Natriumatome mit großer Wahrscheinlichkeit auf die Niveaus ²S_1/2, ²P_3/2, ²P_1/2, ²D_5/2, ²D_3/2 oder ähnliche Niveaus konzentriert sind. Ein durch Emission verursachter Übergang erfolgt von den jeweiligen Anregungsniveaus bis zu dem vorbestimmten niedrigeren oder bis zum Grundniveau, wobei als sehr wahrscheinlich angenommen wird, daß die durch die Emission verursachten Übergänge folgendermaßen ablaufen: Übergänge höherer Ordnung wie

9²S_1/2 → 3²P_3/2, 3²P_1/2 und ²D_5/2, ²D_3/2 → 3²P_3/2, 3²P_1/2

treten mit hoher Wahrscheinlichkeit auf, so daß die Energiedifferenz zwischen 3²P_3/2 und 3²P_1/2 etwa 2,8 eV beträgt, so daß das emittierte Licht eine Wellenlänge von etwa 450 nm aufweist; die weiteren Übergänge höherer Ordnung ²P_3/2, ²P_1/2 → 3²S_1/2 (Grundniveau) führen im wesentlichen zu einer Reemission der absorbierten Energie als Ultraviolettstrahlung bei etwa 254 bis 260 nm, und diese erneut absorbierte Strahlung kann gegebenenfalls zur Anregung höherer Ordnungen S_1/2, D_5/2, D_3/2 führen.

Bei den Übergängen 3²P_3/2, 3²P_1/2 + 3²S_1/2 (Grundniveau), die auf der Sekundäremission beruhen, wird anschließend eine D-Linie (gelb) bei etwa 590 nm (etwa 2,1 eV) emittiert. Das Verhältnis der blauen Emission bei etwa 450 nm zu gelbem Licht bei etwa 590 nm beträgt und dann etwa 1 : 1. Nach der Sichtbarkeitskorrektur liegt die Farbart für eine solche Zwei-Quanten-Emission nahe beim Punkte "m" in Fig. 5. Wenn noch sichtbares Licht, das durch die Quecksilberdampfentladung entsteht, hinzugefügt wird, so entspricht die Farbart etwa dem Punkte "n" innerhalb der weißen Zone A. Die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht ist imstande, eine Lichtausbeute von etwa 160 lm/W herzustellen, also den zweifachen Wert der Lichtausbeute von 80 lm/W bei herkömmlichen Leuchtstoffen.

Verschiedene andere Leuchtstoffe können in der dünnen festen Schicht STL der erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht verwendet werden. Wenn beispielsweise Strontium Sr zur Bildung der dünnen festen Schicht STL verwendet wird, so wird das Sr beispielsweise von einem metallabsorbierenden Chelat-Harz wie

eingefangen und wird dann mit gasförmigem Wasserstoff oder einem anderen geeigneten Reduziermittel reduziert, um

zu ergeben, wodurch das Strontium Sr herausgelöst und als neutrales Atom innerhalb einer molekularen Struktur festgelegt wird. Bei einer solchen Ausführungsform absorbiert das Strontium Sr in der festen dünnen Schicht STL die Strahlung einer Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe und wird durch deren Ultraviolettstrahlung angeregt, da die Carboxylgruppe für sichtbare und ultraviolette Strahlung durchlässig ist. Das Strontium Sr wird also auf ein höheres Energieniveau von 5P angeregt und gelangt dann auf das Niveau 4d unter Aussendung von Licht bei 655 nm, um schließlich unter Lichtemission bei 461 nm in den Grundzustand zu gelangen, wie in dem Energiediagramm der Fig. 13 für Sr dargestellt ist.

Als Strahlungsquelle für die Leuchtstoffschicht können andere Substanzen verwendet werden. Insbesondere kann auch Xenon Xe verwendet werden, dessen Energieniveaus in Fig. 14 dargestellt sind, in Kombination mit Zink Zn, dessen Energieniveaus in Fig. 15 gezeigt sind. Diese Stoffe können als Leuchtstoff in der dünnen festen Schicht STL der Leuchtstoffschicht verwendet werden. Eine Xenonentladung erzeugt eine Ultraviolettstrahlung bei einer Wellenlänge von etwa 147 nm und einer Energie von etwa 8,2 eV. Dieses Licht wird von Zink Zn absorbiert, so daß dieses in großem Ausmaß auf das 4d-Niveau angeregt wird. Von diesem Niveau ausgehend erfolgt unmittelbar ein Übergang zu dem niedrigeren Niveau 4P unter Aussendung von Licht bei etwa 330 nm, mit anschließendem Übergang in das Grundniveau unter Lichtemission bei etwa 300 nm. Auf diese Weise kann die ferne ultraviolette Strahlung bei 147 nm mit gutem Wirkungsgrad in das nahe Ultraviolettgebiet bei etwa 300 bis 330 nm durch den Zwei-Quanten-Emissionseffekt umgesetzt werden.

Als Strahlungsquelle für die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht kann auch eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladung verwendet werden; in der festen dünnen Schicht STL wird dann Cäsium Cs verwendet. Das Spektrum einer solchen Hochdruck- Quecksilberdampf-Entladung ist in Fig. 16 gezeigt; die Energieniveaus von Cäsium Cs sind in Fig. 17 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform strahlt die Hochdruck-Quecksilberdampf- Entladung im nahen Ultraviolettgebiet bei etwa 365 nm (etwa 3,4 eV) und im sichtbaren Bereich von 405 nm (etwa 3,1 eV), 436 nm (etwa 2,9 eV) und 546 nm (etwa 2,3 eV); diese Strahlung wird vom Cäsium Cs absorbiert. Die Cäsiumatome besitzen angeregte Niveaus nahe bei 365 nm, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Sie absorbieren daher den größten Teil der eingestrahlten Energie und emittieren gelbes Licht mit etwa 2,1 eV und Infrarotlicht bei etwa 1,3 eV in zwei Stufen, wobei ein Resonanz-Energieniveau bei etwa 1,3 eV dazwischenliegt. Für die sichtbare Strahlung von 405 nm findet eine Rotlichtemission bei etwa 1,8 eV und eine Infrarotlichtemission bei etwa 1,3 eV statt; bei einer Strahlung von 436 nm findet eine Zwei-Quanten-Emission im Infrarotbereich von etwa 1,4 bis 1,5 eV und etwa 1,3 eV statt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe wie eine Desinfektionslampe als Strahlungsquelle in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht verwendet. Dabei wird Lithium Li in der festen dünnen Schicht STL verwendet. Bei dieser Ausführungsform strahlt die Quecksilberdampfentladung ultraviolettes Licht bei 254 nm; diese Strahlung wird in hohem Grade von Lithium Li absorbiert, wodurch dieses angeregt wird und blaues Licht bei 427 nm aussendet; das entsprechende angeregte Niveau geht anschließend in das Grundniveau unter Aussendung von rotem Licht bei 671 nm über. Bei dieser Ausführungsform ist das Lithium Li vorzugsweise in der dünnen festen Schicht STL in Form eines Filmes vorhanden, im wesentlichen in gleicher Weise wie für die Verwendung von Natrium Na. Eine Leuchtstoffschicht PSL, bei dem Li als Leuchtstoff verwendet wird, ist besonders geeignet zur Anwendung bei der Erzeugung von künstlichem Licht für Pflanzen, die tagsüber dem Tageslicht ausgesetzt werden sollen und über Nacht künstliches Licht erhalten, um ihr Wachstum zu fördern. Es wurde gefunden, daß die wichtigsten Wellenlängenbereiche zur Förderung des Pflanzenwachstums im blauen Bereich von 400 bis 500 nm und roten Bereich von 600 bis 700 nm liegen; an diese Wellenlängenbereiche ist die Zwei-Quanten-Emission die erfindungsgemäßen lithiumhaltigen Leuchtstoffschicht besonders angepaßt.

Es wird als wahrscheinlich angesehen, daß die Unabhängigkeit und Isolierung der Atome des Leuchtstoffes in der festen dünnen Schicht STL der erfindungsgemäßen Leuchtstoffschicht PSL beeinträchtigt werden durch die Anwendung bestimmter chemischer oder/und physikalischer Kräfte. Man nimmt an, daß dann eine Kopplungskraft von der Größenordnung einiger zehn Elektronenvolt auf die Leuchtstoffe einwirkt. Bei einer anderen Ausführungsform wird daher eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe als Strahlungsquelle verwendet, mit Magnesium Mg, dessen Energieniveaus in Fig. 18 gezeigt sind, oder Mangan Mn, dessen Energieniveaus in Fig. 19 gezeigt sind, als feste dünne Schicht STL, unter Berücksichtigung der besonderen Kopplungskraft für die einfallende Ultraviolettstrahlung bei 254 nm. Wenn eine Kopplungskraft von einigen zehn Elektronenvolt beispielsweise auf Magnesium Mg einwirkt, so sinkt das 4S-Niveau etwas unter 4,9 eV ab, wobei gewisse Schwankungen auftreten, die in Fig. 18 durch die kreuzschraffierte Zone verdeutlicht sind, so daß ein etwas breiteres blaues Spektrum B in Erscheinung tritt; bei dem niedrigeren Anregungsniveau findet ein ähnliches Absinken mit einer gewissen Schwankung statt, die durch eine weitere kreuzschraffierte Zone in der Zeichnung verdeutlicht ist. Es tritt daher ein etwas breiteres Spektrum von gelb bis rot (Y-R) in Erscheinung, wodurch eine besonders günstige Farbzusammensetzung erreicht wird. Bei der Ausführungsform mit Mangan Mn verursacht die darauf einwirkende Kopplungskraft von einigen zehn eV ein Absinken des 5S- Niveaus leicht unterhalb 5,0 eV mit einer gewissen Schwankung, die im linken Teil der Fig. 19 durch eine kreuzschraffierte Zone verdeutlicht ist, wodurch ein etwas breiteres Spektrum von blau bis grün (B-G) in Erscheinung tritt. Das niedrigere Anregungsniveau wird ebenfalls abgesenkt, wie durch eine weitere kreuzschraffierte Zone in der Zeichnung verdeutlicht ist, so daß ein etwas breiteres Spektrum von rot bis gelb (R-Y) in Erscheinung tritt; in ähnlicher Weise wie bei Magnesium Mg wird daher auch bei dieser Ausführungsform eine günstige Farbzusammensetzung des weißen Lichtes erreicht.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei welchem das Vakuum-Niederschlagsverfahren angewendet wird, um die Leuchtstoffschicht PSL nach der Erfindung herzustellen. Es wird auf die Fig. 10 und 21 Bezug genommen. Bei dem Vakuum-Niederschlagsverfahren wird ein geeigneter transparenter Grundkörper TB in ein evakuiertes glockenförmiges Gefäß 100 eingebracht, worin Tiegel 101 und 101a angeordnet sind, von denen der eine den abzulagernden Stoff S₁, nämlich den Leuchtstoff Na, und der andere den aufzubringenden Stoff S₂ enthält, nämlich ein Material, welches gegenüber dem Leuchtstoff Na sowie Luft und Wasser inaktiv ist und für sichtbare Strahlung durchlässig ist. Die Beheizung der Tiegel 101 und 101a durch Heizeinrichtungen 102, 102a wird durch eine Temperaturregelung 103 gesteuert. Die Verdampfungsmenge der Substanzen S₁ und S₂ wird durch einen durch eine gestrichelte waagerechte Linie verdeutlichen Schirm eingestellt, der durch eine Schirm-Steuerung 104 gesteuert wird. Die Temperatursteuerung 103 und die Schirm-Steuerung 104 werden durch die Ausgangssignale eines Zustandsdetektors 105 aktiviert, welcher den Zustand der auf dem Grundkörper TB abgelagerten Substanzen überwacht. Zunächst wird die Substanz S₂ verdampft und auf dem Grundkörper TB niedergeschlagen, um darauf eine dünne Schicht TF1 zu bilden. Anschließend wird der Leuchtstoff S₁ verdampft und auf der Schicht TF1 in einem solchen Verhältnis niedergeschlagen, daß das Dichteverhältnis zwischen den niedergeschlagenen Substanzen S₁ und S₂ optimal in solcher Weise wird, daß die Leuchtstoffe aus der Quelle S₁ im atomaren Zustand sind oder zumindest einen atomartigen Zustand aufweisen und in der aufgebrachten Substanz S₂, welche die Zwischensubstanzen bildet, verteilt sind, so daß eine Hybridschicht HF mit der in Fig. 3 verdeutlichten Struktur gebildet ist. Anschließend werden nur die Substanzen aus der Quelle S₂ verdampft und auf der Hybridschicht HF aufgebracht, um eine weitere dünne Schicht TF2 zu bilden; auf diese Weise wird die Leuchtstoffschicht auf dem Grundkörper TB hergestellt.

Die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht in seinen verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen kann den verschiedensten Anwendungen zugeführt werden und auch bei anderen Lampen als den in Fig. 6 und 7 gezeigten angewendet werden. Bei der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform sind zwei Entladungsröhren LT1 und LT2 koaxial angeordnet, und die äußere Entladungsröhre LT2 ist auf ihrer Innenoberfläche mit der Leuchtstoffschicht PSL versehen, während die Elektroden PF in der inneren Röhre LT1 angeordnet sind.

Claims (13)

1. Leuchtstoffschicht mit einem Leuchtstoff, der das aus einer Strahlungsquelle auftreffende Licht absorbiert, angeregt wird und Licht bei einer Wellenlänge aussendet, die größer als die des auftreffenden Lichtes ist, und der in einer Zwischensubstanz, die für sichtbares Licht durchlässig ist, eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff aus Stoffen besteht, die einen zumindest annähernd atomaren Zustand bewahren und die Anregungs-Energieniveaus der freien Atome dieses Stoffes aufweisen sowie zur Multi-Quantenemission im sichtbaren Spektrum fähig sind.

2. Leuchtstoffschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelagerten Stoffe aus Metall bestehen und die Leuchtstoffschicht als dünne feste Schicht (STL) ausgebildet ist.

3. Leuchtstoffschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Film (RF1) umfaßt, welcher auf einer Oberfläche der festen dünnen Schicht (STL) aufgebracht und für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, sowie einen zweiten Film (RF2) umfaßt, der auf der anderen Oberfläche der festen Schicht (STL) aufgebracht und für sichtbare Strahlung durchlässig ist.

4. Leuchtstoffschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eingelagerte Stoff aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Na, Li, Sr und anderen äquivalenten Metallen besteht.

5. Leuchtstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eingelagerte Stoff aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Mg, Mn, Cs, Zn und andere äquivalente Metalle enthält.

6. Verwendung der Leuchtstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Entladungslampe, die eine Entladungsröhre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (PSL) auf der Röhre (LT) in Form eines festen dünnen Films aufgebracht ist.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der feste dünne Film auf der äußeren Umfangsfläche der Entladungsröhre (LT) befestigt ist.

8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der feste dünne Film auf der inneren Umfangsoberfläche der Entladungsröhre (LT) befestigt ist.

9. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feste dünne Film mit einem auf seiner Innenoberfläche anhaftenden Harzfilm versehen ist, der für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, und auf seiner Außenoberfläche mit einem für sichtbare Strahlung durchlässigen anhaftenden Film versehen ist.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Niederdruck- Quecksilberdampf-Entladungslampe ist und als eingelagerter Stoff ein solcher verwendet wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Na, Li, Sr und anderen äquivalenten Metallen gebildet ist.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Niederdruck- Quecksilberdampf-Entladungslampe ist und als eingelagerter Stoff ein solcher verwendet wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Mg, Mn, Cs, Zn und anderen äquivalenten Metallen besteht.

12. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Edelgas-Entladungslampe ist und als eingelagerter Stoff ein atomares Metall verwendet wird.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe eine Xenon-Entladungslampe ist und als atomares Metall Zink verwendet wird.