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Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose
Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem gasdicht geschlossenen, Quecksilber und Edelgas
enthaltenden Entladungsgefäß, das eine Strahlung durchlassende Hülle und eine Einstülpung
enthält, in die ein Kern aus magnetischem Material und eine um den Kern angeordnete
Drahtwicklung aufgenommen sind, die mit einer Hochfrequenzspeiseeinheit verbunden
ist, wobei die Hülle mit einer ersten Leuchtstoffschicht und die Einstülpung mit einer
zweiten Leuchtstoffschicht versehen sind, und wobei zwei oder mehrere Leuchtstoffe
vorhanden sind.
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Eine Lampe der erwähnten Art ist aus der amerikanischen Patentschrift
US-A-4 298 828 bekannt.
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Im Betrieb der elektrodenlosen Lampe wird in dem Kern aus
magnetischem Material, der sich zusammen mit der um ihn angeordneten Drahtwicklung in der
Einstülpung des Entladungsgefäßes jedoch außerhalb des wirklichen Entladungsraums
befindet, ein Hochfrequenzmagnetfeld mit der Hochfrequenzspeiseeinheit erzeugt, die
mit der Drahtwicklung verbunden ist. Das Magnetfeld induziert ein elektrisches Feld im
Entladungsgefäß, wodurch in diesem Gefäß eine elektrische Entladung aufrechterhalten
wird. Dabei wird Kurzwellenultraviolettstrahlung, d.h. für einen verhältnismäßig großen
Teilstrahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm und in geringerem Außmaß Strahlung
mit einer Wellenlänge von 185 nm (Quecksilberresonanzlinien), erzeugt. Diese
Ultraviolettstrahlung wird in der auf der Innenwand des Entladungsgefäßes angebrachten
Leuchtstoffschicht in Langwellenstrahlung umgesetzt, insbesondere in sichtbare
Strahlung. Das Spektrum der emittierten Strahlung ist von den in der Leuchtstoffschicht
vorhandenen Leuchtstoffen abhängig.
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Da bei der bekannten elektrodenlosen Lampe die Leuchtstoffschicht nicht
nur die Wand der Hülle bedeckt, sondern sich auch über die Wand der Einstülpung
erstreckt, trägt auch der Leuchtstoff auf der Einstülpung zum Umsetzen von
Kurzwellenultraviolettstrahlung in sichtbare Strahlung bei, was für die Gesamtlichtausbeute der
Lampe vorteilhaft ist.
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In der amerikanischen Patentschrift US-A-4 298 828 ist weiter angegeben,
daß als Leuchtstoff für die Leuchtstoffschicht beispielsweise die Standard-Halophosphate
dienen können, oder daß eine Mischung von drei mit Seltenerden aktivierten
Leuchtstoffen nach der Beschreibung in der amerikanischen Patentschrift US-A-3 937 998
verwendet werden kann.
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Bekannte Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen für allgemeine
Beleuchtungszwecke, deren Leuchtstoffschicht aus einem Halophosphat mit breiten
Emissionsbändern besteht, beispielsweise aus dem mit Antimon und Mangan aktivierten
Calciumhalophosphat, senden nahezu weißes Licht aus. Derartige Lampen haben jedoch
eine mäßige allgemeine Farbwiedergabe (Farbwiedergabeindex R(a,8) 50-60).
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Die aus der erwähnten amerikanischen Patentschrift US-A-3 937 998
bekannten Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen für allgemeine
Beleuchtungszwecke weisen Emission hauptsächlich in drei ziemlich schmalen Spektralgebieten auf
und werden daher auch mit Dreibänder-Fluoreszenzlampen bezeichnet. Derartige
Lampen bieten den Vorteil, daß sie sowohl eine gute allgemeine Farbwiedergabe
(Farbwiedergabeindez R(a,8) von wenigstens 80) als auch einen hohen spezifischen
Lichtstrom besitzen (bis zu Werten von 90 Lumen/W und darüber). Dies ist möglich, da
sich die Emission dieser Lampen im wesentlichen in drei ziemlich schmalen
Spektralbändern konzentriert. Dazu enthalten die Lampen einen rotleuchtenden Stoff mit der
Emission vorwiegend im Wellenlängenbereich von 590...630 nm, einen grünleuchtenden
Stoff mit der Emission vorwiegend im Wellenlängenbereich von 520.. .565 nm und
einen blauleuchtenden Stoff mit der Emission vorwiegend im Wellenlängenbereich von
430...490 nm. Die Lampen strahlen bei einer bestimmten Farbtemperatur weißes Licht
aus, d.h. der Farbpunkt (X,Y im IEC-Farbkoordinatendiagramm) der ausgesandten
Strahlung liegt auf oder nahe bei der Ortskurve der schwarzen Strahlen. Eine
gewünschte Farbtemperatur des von einer Dreibänder-Fluoreszenzlampe ausgestrahlten Lichts
wird durch geeignete Einstellung der relativen Beiträge in den drei Spektralgebieten zur
Gesamtemission der Lampe erhalten.
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Bei der bekannten elektrodenlosen
Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit zwei oder mehreren Leuchstoffen sind die erste Leuchtstoffschicht auf
der Hülle und die zweite Leuchtstoffschicht auf der Einstülpung identisch, d.h. sie
enthalten dieselben Leuchtstoffe.
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Ein Problem bei dieser bekannten Lampe bildet die Luminanzerhaltung,
unter der das Festhalten des von der Lampe ausgestrahlten Gesamtlichtstroms während
der Lebensdauer der Lampe verstanden sei. Es hat sich gezeigt, daß bei der bekannten
Lampe der ausgesandte Lichtstrom während der Lampenlebensdauer verhältnismäßig
stark abnimmt, und daß dies je nach den benutzten Leuchtstoffen von einer ebenfalls
unerwünschten Verschiebung des Farbpunkts der von der Lampe ausgesandten Strahlung
begleitet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile
wenigstens zum größten Teil beseitigt sind.
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Eine elektrodenlose Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe der
eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der
Leuchtstoff mit der größten Herabsetzung sich vorwiegend in der ersten Leuchtstoffschicht
befindet.
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Für die Definition des Begriffs Herabsetzung sei von einer herkömmlichen
Standard-Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe ausgegangen (Lampenkolben als
geschlossenes gerades Rohr ausgeführt, in dem an den Rohrenden Elektroden
angeordnet sind), wobei der Leuchtstoff als Leuchtstoffschicht auf der Innenwand des Rohrs
angebracht ist. Als Standardlampe kann beispielsweise ein 36W TLD-Lampe gewählt
werden (Rohrlänge 120 cm, Innenrohrdurchmesser 24 mm).
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Unter Herabsetzung des Leuchtstoffes sei jetzt der Prozentualabfall des
von diesem Leuchtstoff bei 100 Brennstunden gelieferten Lichtstroms nach 5000
Brennstunden der Lampe verstanden. Jeder Leuchtstoff hat seine eigene
Herabsetzungskurve (Lichtstrom (in %) abhängig von der Brennstundenzanl der Lampe). Wird von
einer Standardlampe mit einer höheren Wandbelastung in der Definition als das
Verhältnis der in die Entladungssäule aufgenommenen Leistung zur Wandoberfläche
ausgegangen, so verläuft der Prozeß der Herabsetzung zwar schneller, aber jeder
Leuchtstoff weist wieder seine eigene kennzeichnende Herabsetzungskurve auf.
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Als Hauptursache der Herabsetzung wird der Umstand gesehen, daß der
Leuchtstoff Zusammenstöße mit angeregten Quecksilberatomen und Quecksilberionen
aus der Entladung unterworfen ist, wodurch das Quecksilber mit dem Leuchtstoff
chemisch reagiert und/oder sich darauf abscheidet.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der elektrodenlosen
Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit ihrer besonderen Geometrie des
Entladungsgefäßes, bei der der Kern aus magnetischem Material mit darum herum
angeordneten Drahtwicklung sich in der Einstülpung, jedoch außerhalb des eigentlichen
Entladungsraums befindet, die Stärke der Quecksilberentladung in der Nähe der
Einstülpungswand größer ist als in der Nähe der Umhüllungswand. Hierdurch erfährt
die zweite Leuchtstoffschicht auf der Einstülpungswand viel mehr Zusammenstöße mit
Quecksilberteilchen mit hoher Energie als die erste Leuchtstoffschicht auf der
Umhüllungswand, und es werden Leuchtstoffe in der zweiten Leuchtstoffschicht schneller
herabgesetzt als die in der ersten Leuchtstoffschicht.
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Da nunmehr erfindungsgemäß von den vorhandenen Leuchtstoffen der
Stoff mit der größten Herabsetzung sich ausschließlich in der ersten Leuchtstoffschicht
auf der Umhüllungswand befindet, ist damit erreicht, daß die Wartung der Lampe
verbessert ist, und daß während der Lebensdauer der Lampe eine geringere
Verschiebung des Farbpunkts der von der Lampe ausgesandten Strahlung auftreten kann.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
elektrodenlosen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem rotleuchtenden
Stoff mit der Emission vorwiegend im Wellenlängenbereich von 590...630 nm, einem
grünleuchtenden Stoff mit der Emission vorwiegend im Wellenlängenbereich von
520...565 nm und einem blauleuchtenden Stoff mit der Emission vorwiegend im
Wellenlängenbereich von 430...490 nm ist dadurch gekennzeichnet, daß der
blauleuchtende Stoff ausschließlich in der ersten Leuchtstoffschicht vorhanden ist.
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Es wurde gefunden, daß von den bekannten geeigneten Leuchtstoffen die
blauleuchtenden Stoffe die größte Herabsetzung aufweisen und dadurch ebenfalls eine
Verschiebung des Farbpunkts nach Gelb hin verursachen.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
elektrodenlosen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe ist dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Leuchtstoffschicht eine Mischung eines mit dreiwertigem
Europium aktivierten leuchtenden Seltenerdmetalloxids, eines mit dreiwertigem Terbium
aktivierten Leuchtstoffs und eines mit zweiwertigem Europium aktivierten Leuchtstoffs
enthält, und daß die zweite Leuchtstoffschicht eine Mischung eines mit dreiwertigem
Europium aktivierten leuchtenden Seltenerdmetalloxids und eines mit dreiwertigen
Terbium aktivierten Leuchtstoffs enthält.
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Die mit zweiwertigem Europium aktivierten Leuchtstoffe weisen im
allgemeinen eine verhältnismäßig große Herabsetzung auf.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
elektrodenlosen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe ist dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Leuchtstoffschicht eine Mischung eines mit dreiwertigem
Europium aktivierten Yttriumoxids, eines mit dreiwertigem Terbium aktivierten Cerium-
Magnesiumaluminats und eines mit zweiwertigem Europium aktivierten Barium-
Magnesiumaluminats enthält, und daß die zweite Leuchtstoffschicht eine Mischung von
mit dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid und mit dreiwertigem Terbium
aktiviertem Cerium-Magnesiumaluminat enthält.
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Die erwähnten Leuchtstoffe sind an sich bekannt.
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Auf diese Weise ist eine interessante elektrodenlose
Dreibänder-Fluoreszenzlampe erhalten, die eine gute allgemeine Farbwiedergabe, einen hohen
spezifischen Lichtstrom und eine gute Lumenerhaltung aufweist und wenig
Farbpunktverschiebung der emittierten Strahlung während der Lebensdauer der Lampe zeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrodenlosen
Niederdruckquecksilberdampfenfladungslampe wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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In der Figur ist schematisch (zum Teil im Querschnitt und zum Teil in der
Ansicht) und nicht maßstabgerecht eine elektrodenlose
Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem gasdicht abgeschlossenen Glasentladungsgefäß 1 dargestellt,
das Quecksilber und Edelgas enthält. Das Entladungsgefäß 1 enthält eine Hülle 2 und
eine Einstülpung 3. In die Einstülpung 3 sind ein stabförmiger Kern 4 aus
magnetischem Material (Ferrit) und eine um den Kern angebrachte Drahtwicklung 5
aufgenommen, die mit einer elektrischen Hochfrequenzspeiseeinheit 6 über Zuführungsdrahte 7
und 8 verbunden ist. Die elektrische Speiseeinheit 6, die eine elektrische Schaltung
enthält, wie beispielsweise nach der Beschreibung in der amerikanischen Patentschrift
US-A-4 415 838 (niederländische Patentanmeldung 8 004 175), ist in einem
Kunststoffgehäuse 9 angeordnet, das einerseits mit dem Entladungsgefäß 1 und andererseits mit
einem Edison-Lampensockel 10 verbunden ist, mit dem die Speiseeinheit 6 elektrisch
verbunden ist.
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An der Innenseite des Entladungsgefäßes 1 befindet sich auf der Wand der
Hülle 2 eine erste Leuchtstoffschicht 11 und auf der Wand der Einstülpung 3 eine
zweite Leuchststoffschicht 12. Vor dem gasdichten Verschmelzen der Hülle 2 und der
Einstüpung 3 sind die beiden Leuchtstoffschichten auf übliche Weise angebracht,
beispielsweise mittels einer Suspension, die die benutzten Leuchtstoffe enthält. Nach
Bedarf kann vor dem Anbringen der ersten Leuchstoffschicht 11 die Hülle 2
beispielsweise zum Teil mit einer Reflexionsschicht versehen werden. Auch kann auf der Wand
der Einstülpung 3 beispielsweise eine Refiexionsschicht angebracht werden, bevor die
zweite Leuchtstoffschicht 12 verwirklicht wird. Die erste Leuchtstoffschicht 11 auf der
Hülle 2 enthält eine Mischung aus drei Leuchtstoffen, d.h. aus rotleuchtendem mit
dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;:Eu³&spplus;), aus grünleuchtendem
mit dreiwertigem Terbium atttiviertem Cerium-Magnesiumaluminat
(CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub0;:Tb³&spplus;) und aus blauleuchtendem mit zweiwertigem Europium
aktiviertem Barium-Magnesiumaluminat (BaMgAl&sub1;&sub0;O&sub1;&sub7;:Eu²&spplus;). Die zweite Leuchtstoffschicht
12 auf der Einstülpung 3 enthält eine Mischung aus zwei Leuchtstoffen, d.h. aus
rotleuchtendem mit dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;:Eu³&spplus;) und
aus grünleuchtendem mit dreiwertigem aktiviertem Cerium-Magnesiumaluminat
(CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb³&spplus;). Das blauleuchtende mit zweiwertigem Europium aktivierte
Barium-Magnesiumalurninat befindet sich also ausschließlich in der ersten
Leuchtstoffschicht 11 auf der Hülle 2. Von den drei genannten Leuchtstoffen weist dieser Stoff die
größte Herabsetzung auf.
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Im Betrieb der Lampe wird im Kern 4 aus magnetischem Material ein
Hochfrequenzmagnetfeld mittels der mit der Speiseeinheit 6 verbundenen Drahtwicklung
5 erzeugt. Das vom Magnetfeld im Entladungsgefäß 1 induzierte elektrische Feld sorgt
dafür, daß im Entladungsgefäß eine Quecksilberentladung aufrechterhalten wird, wobei
Ultraviolettstrahlung erzeugt wird. Diese Ultraviolettstrahlung setzen die drei
Leuchtstoffe in der Schicht 11 und die zwei Leuchtstoffe in der Schicht 12 zum größten Teil in
sichtbare Strahlung um.
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Da die Quecksilberentladung in der Nähe der Einstülpung 3 nahe beim
Kern 4 stärker ist als in der Nähe der Hülle 2, also weiter vom Kern 4 entfernt, setzen
die Leuchtstoffe in der Schicht 12 sich schneller herab als die in der Schicht 11. Da
jedoch das blauleuchtende mit zweiwertigem Europium aktivierte
Barium-Magnesiumaluminat mit der verhältnismäßig größten Herabsetzung ausschließlich in der ersten
Leuchtstoffschicht 11 auf der Hülle 2 vorhanden ist und dort weniger kräftig von der
Quecksilberentladung beeinflußt wird, bedeutet dies für die Lampe insgesamt eine
verbesserte Lumenerhaltung und weniger Verschiebung nach Gelb des Farbpunkts der
von der Lampe ausgesandten Strahlung während der Lebensdauer der Lampe hin. Bei
Versuchen wurden vier elektrodenlose Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen
mit einem Kolbendurchmesser von 110 mm angefertigt, die neben einer
Quecksilbermenge Argon unter einem Fülldruck von 33 Pa enthalten. Der Stromverbrauch durch
die Lampen betrug 70 W.
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Sowohl die erste Leuchtstoffschicht 11 auf der Hülle 2 und die zweite
Leuchtstoffschicht 12 auf der Einstülpung 3 bei 2 Lampen bestand aus einer Mischung
von 6,3 Gew.% an BaMgAl&sub1;&sub0;O&sub1;&sub7;:Eu²&spplus;, 34,3 Gew.% an CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb³&spplus;, und
59,4 Gew. % an Y&sub2;O&sub3;:Eu³&spplus;. Das Pulverschichtgewicht auf der Hülle 2 betrug 3,3
mg/cm² und auf der Einstülpung 3 12 mg/cm². Beide Lampen hatten einen Farbpunkt
mit den Farbkoordinaten x = 0,410 und y = 0,380 nach 100 Brennstunden.
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In den beiden anderen Lampen bestand die erste Leuchtstoffschicht 11 auf
der Hülle 2 aus der gleichen Mischung wie in den oben genannten 2 Lampen. Das
Pulverschichtgewicht dieser Schicht betrug 3,3 mg/cm². Die zweite Leuchtstoffschicht
12 auf der Einstülpung 3 bestand jedoch hier aus einer Mischung von 23 Gew. % an
CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb³&spplus; und 77 Gew.% an Y&sub2;O&sub3;:Eu³&spplus; (also ohne BaMgAl&sub1;&sub0;O&sub1;&sub7;:Eu²&spplus;).
Das Pulverschichtgewicht dieser Schicht betrug 10,3 mg/cm². Diese beiden Lampen
hatten einen Farbpunkt mit den Farbkoordinaten x = 0,417 und y = 0,383 nach 100
Brennstunden.
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Zwischen 100 und 2000 Brennstunden erfolgte eine größere Verschiebung
im Farbpunkt nach der y-Koordinate (d.h. nach dem gelb-grünen Bereich im IEC-
Farbdreieck) von Δy = 0,002 für die Lampen mit BaMgAl&sub1;&sub0;O&sub1;&sub7;:Eu²&spplus; auf der
Einstülpung 3 im Vergleich zu den Lampen ohne diesen Leuchtstoff auf der Einstülpung
3 auf, und dieser Unterschied wird größer mit sich verlängernden Betriebszeiten.