DE69713731T2

DE69713731T2 - Fluoreszenzlampe mit justierbarer Farbtemperatur

Info

Publication number: DE69713731T2
Application number: DE69713731T
Authority: DE
Inventors: Munisamy Anandan; Joseph Connolly; Jagannathan Ravi; Michael J. Shea
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: DE69713731D1; JPH10189280A; EP0851462A2; EP0851462B1; US5852343A; EP0851462A3

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluoreszenzlampe mit Farbtemperaturen, die eingestellt werden können, um den Beleuchtungsanforderungen in einem besonderen Raum beziehungsweise zu einem besonderen Zeitpunkt zu entsprechen. Insbesondere betrifft sie eine Fluoreszenzlampe in Kombination mit einem Steuerkreis, der wesentlichen Gebrauch von vorhandener Technologie macht.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND

Lampen zur allgemeinen Beleuchtung sind gestaltet, um "weißes" Licht zu erzeugen, das heißt, deren Lichtemission weist ein Farbspektrum beziehungsweise ein Farbengemisch auf, das "weiß" erscheint. In Glühlampen wird der Glühfaden auf eine Temperatur von ungefähr 2800K erhitzt, um weißes Licht zu erzeugen. Die Glühlampe gibt ein kontinuierliches Farbspektrum ab, das sich miteinander mischt und weißes Licht ergibt. Weißes Licht kann auch durch Mischen einiger spezieller Farben, wie zum Beispiel Rot, Grün und Blau erzeugt werden. Eine Eigenschaft von Farbe ist die "korrelierte Farbtemperatur" beziehungsweise einfacher Farbtemperatur, die der Temperatur einer Schwarzkörperquelle entspricht, die zu der Farbe paßt. Die Farbtemperatur einer Weißlichtquelle erstreckt sich über den Bereich von ungefähr 2500K bis 8000K; wobei der bevorzugte Bereich von 3000K bis 6000K geht.
Die Farbtemperatur einer Lampe wird zum Zeitpunkt der Herstellung festgelegt. Bei Niederdruckfluoreszenzlampen wird die Farbtemperatur durch eine Phosphorbeschichtung auf der Röhre bestimmt. Typischerweise stehen einige diskrete Farbtemperaturwahlen, wie zum Beispiel "warmes Weiß" (3000K), "neutral" (3500K), "kaltes Weiß" (4100K) und "Tageslicht" (5000K), zur Verfügung. Die Bevorzugung einer besonderen Farbtemperatur hängt von einer Vielzahl von psychologischen und evolutionären Faktoren ab. Menschen in nördlichen Breiten favorisieren wärmere Farbtemperaturen, aber neigen zum "kaltem Weiß" für die Arbeitsumgebung. Zusätzlich zur menschlichen Anlage werden somit Farbtemperaturen in Abhängigkeit von der Atmosphäre beziehungsweise Stimmung des Lebensbereiches gehalten. Ein Beleuchtungssystem, das zulassen würde, die Farbtemperatur auf einfache Weise zu ändern, würde es ermöglichen, den Beleuchtungsanforderungen von Personen zu entsprechen. Das System würde flexibel sein und zur erhöhten Produktivität und Lebensqualität beitragen.
Es sind viele Versuche unternommen worden, eine praktische Fluoreszenzlampe mit variabler Farbtemperatur in die Praxis umzusetzen. Keiner davon ist kommerziell erfolgreich geworden, da in allen Fällen zahlreiche Entwürfe nicht wirtschaftlich, zur effizienten Herstellung geeignet gewesen sind oder Leistungsgrenzen aufwiesen. Alle Hauptentwürfe, die vorgeschlagen worden sind, verwenden Farbmischen und können in zwei Kategorien unterteilt werden; mehrere einzelne Lampen in einer Haltevorrichtung oder eine Einzellampe, die pulsangeregt ist. Das erstgenannte Verfahren (siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 5,384,519) erfordert wenigstens drei spezielle Lampen, Steuerkreise und eine zugehörige Haltevorrichtung. Die Leistung wird zwischen den Lampen aufgeteilt, um die gewünschte Farbtemperatur zu erzeugen. Die Einzellampenkategorie erfordert ausnahmslos die Verwendung eines Stoßerregungsstabilisierungsschaltkreises. In einer Einrichtung wird Neon als Füllgas verwendet. Mit geeigneter Anregung mischt sich die rote Emission von Neon mit den Quecksilber/Phosphor-Emissionen, um die Farbtemperatur herunterzudrücken (US-Patent Nr. 5,410,216). In einer anderen beschriebenen Lampe wird die Quecksilber- und Xenon-UV- Strahlung unter Verwendung einer Impulssteuerung erzeugt. Die Emission von zwei unterschiedlichen Phosphoren, die jeweils für die Quecksilber- und Xenon-UV-Strahlung empfindlich sind, liefern die Farbtemperaturvariationen (von M. Aono et al. beschrieben, The 7 International Symposium on the Science & Technology of Light Sources). Eine andere Lampe mit selektiven Phosphoren und Impulssteuerung verwendet die UV-Strahlung von Quecksilber und Argon, um Farbtemperaturvariationen zu erzielen (von 5. Tanimizu et al. beschrieben, The 7th Symposium on the Science & Technology of Light Sources). Während alle obigen Lösungen eine Farbtemperaturänderung in einer Einzellampe beschreiben, sind weiterhin Hürden, wie zum Beispiel geringe Lichtausbeute, Verfügbarkeit von speziellen Phosphoren, die Notwendigkeit einer komplexen und teuren Stabilisierung und geringen Lampenlebensdauer aufgrund der schädigenden Wirkung des Pulsens auf Kathoden, zu überwinden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Somit besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe mit justierbarer Farbtemperatur zu liefern, die die vorangehenden Probleme überwinden wird. Sowohl die Lampe als auch der Stabilisierungsschaltkreis wird einfach und kostengünstig sein, da von bestehender Technologie Gebrauch gemacht wird und somit keine sehr speziellen Haltevorrichtungen erforderlich sind, da die Wirkung in einer Einzellampenanordnung erzielt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fluoreszenzlampenanordnung nach Anspruch 1. Wegen der Geometrie der Anordnung ist das Licht der zwei Röhren gut gemischt. Jede Entladungsröhre wird von einem geeigneten Abblendwiderstand angesteuert und eine Steuereinheit stellt die Aufteilung von Leistung zwischen den zwei Röhren sicher, um eine gewünschte Farbtemperatur zu realisieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine vereinfachte Seitenschnittansicht der aus zwei Entladungsröhren, die ohne eine Phosphorbeschichtung gezeigt sind, zusammengebauten Floureszenzlampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Lampe entlang der Linie A-A;
Fig. 3a und 3b sind Querschnittsansichten, die zwei alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, die ein Farbmischen von den zwei Entladungsröhren verbessern können;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Lampensteuerwiderstände und eine Steuereinheit für die obige Lampe zeigt; und
Fig. 5a und Sb sind Querschnittsansichten, die zwei zusätzliche Ausführungsformen von Lampen mit justierbarer Farbtemperatur der vorliegenden Erfindung zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt eine Fluoreszenzlampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Entladungsröhren mit unterschiedlichen Durchmessern. Das Umhüllungsmaterial für die Röhren ist Glas. Eine Röhre 10 mit größerem Durchmesser weist eine entlang ihrer Rückseite parallel zu ihrer Längsachse verlaufende Nut 12 auf. Die Röhre 20 mit kleinerem Durchmesser, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist in der Nut der größeren Röhre angeordnet und an ihrem Platz angebracht. Beide Röhren enthalten Füllgase 14 und 24 aus Quecksilber und Edelgas, typischerweise Argon, und sind auf deren Innenwänden zur Umwandlung der Quecksilber-Ultraviolett-Strahlung in sichtbares Licht mit Phosphor beschichtet. Die Entladungsröhren weisen auch herkömmliche Elektroden 16 und 26 an jedem Ende auf. Die zwei Entladungsröhren bilden somit gemeinsam eine Einzellampenanordnung.
Die Nut 12 in der Oberfläche der größeren Röhre 10 erstreckt sich nicht über den gesamten Weg zu den Enden, da ein kreisförmiger Querschnitt an den Enden das Abdichten von Füßen erleichtert, die die Elektroden und Zuleitungsdrähte halten. Die Länge der kleineren Röhre 20 sollte derart sein, daß sie in etwa der Röhre mit größerem Durchmesser entspricht, so daß eine beobachtbare Farbdifferenz der zwei Röhren minimiert wird. Ein Querschnitt der Lampenanordnung in der Mitte (Schnitt A-A' von Fig. 1) ist in der Fig. 2 gezeigt. Die Nut 12 weist einen Krümmungsradius auf, der etwas größer als der Außenradius der kleineren Röhre 20 ist. Ferner ist die Tiefe der Nut derart, daß die kleinere Röhre 20 wenigstens bis zu ihrem Durchmesser in der Nut einsinkt. In der Tat ist es vorteilhafter, wenn die kleinere Röhre vollständig in der Nut untergetaucht ist. Neben der ästhetischen Erscheinung eines nahezu runden Querschnitts für die Umhüllung der Lampenanordnung ist ein weiteres wünschenswertes Merkmal, daß mehr Strahlung von der kleineren Röhre in die größere Röhre injiziert wird.
Das Merkmal der variablen Farbtemperatur dieser Lampe wird durch Farbmischen des Lichts von den zwei Entladungsröhren erzielt. Dementsprechend sind die Phosphormischungen in den zwei Röhren unterschiedlich. In Fig. 2 weist die größere Röhre eine Phosphorbeschichtung 18 auf, die die UV-Strahlung in ein "warmes" Farblicht mit niedriger Farbtemperatur von 3000K oder weniger, vorzugsweise 2700K, umwandelt. Zum Beispiel könnte eine Mischung aus rotem und grünem Phosphor, wie zum Beispiel eine Zusammensetzung, die unter dem Handelsnamen "NICHIA NP92" von NICHIA KAGAKU KOGYO, JAPAN erhältlich ist, für diesen Zweck verwendet werden. Die andere Entladungsröhre muß dann Licht mit sehr hoher Farbtemperatur von 10000K oder mehr emittieren. In dieser Ausführungsform ist eine Phosphorbeschichtung 28 der kleineren Röhre eine Mischung aus blauem und grünem Phosphor, näherungsweise im Verhältnis 70/30. Die Phosphormischungen sind derart gewählt, daß das emittierte Licht im wesentlichen an dem Schwarzkörperort für alle Farbtemperaturen liegt.
Es sollte anerkannt werden, daß die Größen und Geometrien der gezeigten zwei Entladungsröhren derart gewählt werden sollten, daß ein gutes Farbmischen möglich ist und die Lampenanordnung leicht herzustellen ist. Mit Ausnahme der Nut in der großen Röhre sind alle anderen mit dem Lampenherstellprozeß einhergehenden Schritte sehr ähnlich Während die mit Nuten versehene Lampe der vorliegenden Erfindung auch eine etwas höhere Spannung im Vergleich mit einer Lampe mit kreisförmigem Querschnitt mit demselben Umhüllungsdurchmesser aufweisen wird, ist der Effekt zufällig. Ferner ist unter dem Gesichtspunkt der Herstellung die Längsnut parallel zur Lampenachse in der vorliegenden Lampe einfacher gestaltet und leichter herzustellen, als die in den vorangehend zitierten Referenzen gezeigten Nutmuster. Wie es früher erklärt wurde, erlaubt das Vorliegen der Nut, daß eine Entladungsröhre mit kleinerem Durchmesser in die große Röhre einpaßbar ist und dadurch ein gutes Farbmischen des Lichts aus den zwei Röhren möglich macht.
Für eine Farbtemperaturvariation ist zusätzlich zur oben beschriebenen Lampenanordnung eine Lampenleistungssteuerung erforderlich. Jede Entladungsröhre wird von einem (Abblend-)Widerstand 51, 52 mit variabler Leistung angesteuert. Als ein Beispiel für die frühere detaillierte bevorzugte Ausführungsform kann die größere Röhre 10 von 20 W bis 8 W betrieben werden, während die kleinere Röhre 20 über den Bereich von 0 W bis 12 W betrieben wird. Die gewünschte Farbtemperatur wird von einer Steuereinheit 50 eingestellt, die die Leistung von den einzelnen Widerständen 51 und 52 derart justiert, daß die Gesamtleistung für die Lampenanordnung konstant (20 W) ist. Ein Blockdiagrammschema der Lampenansteuerung und Steuerung ist in der Fig. 4 gezeigt. Wieder kann das Ansteuersystem für die zwei Entladungsröhren vorhandene Technologie mit lediglich der Hinzufügung der Aufteilsteuereinheit 50 für die Farbtemperatursteuereinheit verwenden. Die Leistungsteilung zwischen den zwei Röhren führt zur Farbtemperaturvariation.
Die vorliegende Erfindung offenbart im wesentlichen eine Fluoreszenzlampe mit variabler Farbtemperatur, die zwei außen zusammengebaute Entladungsröhren umfaßt, von denen eine eine "warme" Farbstrahlung und die andere eine "kalte" Farbe erzeugt. Es ist auch möglich, die "warmen" und "kalten" Phosphorbeschichtungen auf den zwei Entladungsröhren umzukehren oder unterschiedliche Phosphormischungen zu haben. Einige der vielen möglichen Konfigurationen sind in den Fig. 5a und 5b gezeigt. In der Fig. 5a ist eine kleindimensionierte Röhre 20a mit einem recht halbmondförmigen Abschnitt auf einer komplementären Röhre 10A mit einer größeren Dimension plaziert, um eine einheitliche Lampenanordnung mit einem kreisförmigen Querschnitt zu ergeben. Phosphorbeschichtungen 18A und 28A mit unterschiedlichen Farbtemperaturen sind auf den Innenwandflächen der Röhren 10A und 20A vorgesehen. In der Fig. 5b ist eine zusätzliche Röhre 40B mit einem größeren Durchmesser mit einer gleichen Nut 42B über einer gleichen Röhre 30B mit kleinerem Durchmesser plaziert, um die Röhre 20B zwischen den zwei Röhren 10B und 40B mit größerem Durchmesser vollständig zu umgeben. Phosphorbeschichtungen 18B, 28B und 48B mit unterschiedlichen Farbtemperaturen sind auf den Innenwandflächen der einzelnen Röhren 10B, 20B und 40B vorgesehen. Die Phosphorbeschichtungen der zwei größeren Röhren 10B und 40B können dieselbe Farbtemperatur aufweisen.

Claims

1. Fluoreszenzlampenanordnung mit einer justierbaren Farbtemperatur, umfassend:

wenigstens zwei längliche zylindrische Fluoreszenz-Entladungsröhren (10, 20), wobei jede Röhre eine Lampe bildet, eine Röhre (10) einen größeren Durchmesser als die andere Röhre (20) aufweist, wobei besagte Röhren in eine einzige Lampenanordnung montiert sind;

eine in der Röhre mit größerem Durchmesser angeordnete Nut (12), wobei besagte Nut parallel zu einer Längsachse der größeren Röhre verläuft;

wobei die Röhre mit kleinerem Durchmesser bündig und in engem Kontakt mit besagter Röhre mit größerem Durchmesser in besagte Nut eingepaßt ist;

ferner besagte Röhre mit größerem Durchmesser eine Phosphorbeschichtung (18) aufweist, die eine Farbtemperatur erzeugt, und besagte Röhre mit kleinerem Durchmesser eine Phosphorbeschichtung (28) aufweist, die eine andere Farbtemperatur erzeugt.

2. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorbeschichtung (18) besagter Röhre (10) mit größerem Durchmesser eine niedrige Farbtemperatur von 3000 K oder darunter emittiert und die Phosphorbeschichtung (28) besagter kleinerer Röhre (20) eine höhere Farbtemperatur von 10000 K oder mehr emittiert.

3. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe besagter Nut (12) derart ist, daß besagte Lampe (20) mit kleinerem Durchmesser wenigstens bis zu ihrem Durchmesser in besagter Nut einsinkt.

4. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsröhre (10, 20) in besagter Lampenanordnung von einem Widerstand (51, 52) mit variabler Leistung gespeist wird und ferner eine Steuereinheit (50) zum Einstellen der Betriebspunkte der individuellen Widerstände enthält derart, daß eine gewünschte Farbtemperatur bei einer nahezu konstanten Gesamtleistung erhalten wird.

5. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Phosphorbeschichtung (18) besagter Röhre (10) mit größerem Durchmesser an besagter Nut (12) nicht vorhanden oder an besagter Nut (12) dünner als an der Außenfläche in der gegenüberliegenden Seite vorhanden ist, um ein Farbmischen des Lichts von der Röhre mit kleinerem Durchmesser mit dem Licht von der Röhre mit größerem Durchmesser zu steigern.

6. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Röhre (20) mit kleinerem Durchmesser eine nicht mit besagter Röhre mit größerem Durchmesser in Kontakt befindliche freiliegende Fläche aufweist, wobei besagte freiliegende Fläche mit entweder einer inneren oder einer äußeren Reflexionsbeschichtung (32, 30) versehen ist, die aus der freiliegenden Fläche austretendes Licht für ein gesteigertes Farbmischen in besagte Röhre mit größerem Durchmesser lenkt.

7. Lampenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Röhre (20) mit kleinerem Durchmesser im wesentlichen die Länge der Röhre (20) mit größerem Durchmesser ist, wodurch die Emissionsfarbe der Lampe sich nicht wesentlich über die Länge der Lampe ändert.