DE975254C

DE975254C - Leuchtstoffgemisch, insbesondere fuer eine im Strahlengang einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe angeordnete Leuchtstoffschicht

Info

Publication number: DE975254C
Application number: DE1952P0007680
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Kressin
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1952-05-22
Filing date: 1952-05-22
Publication date: 1961-10-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leuchtstoffgemisch, das einen durch langwelliges UV, vorzugsweise bei 365 ηιμ, erregbaren, mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff enthält. Dieser Leuchtstoff wird insbesondere im Strahlengang einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe angeordnet, in der die Leuchtstoffschicht auf der Innenseite eines die eigentliche' Entladungslampe umgebenden Außenkolbens aufgebracht ist. Bekanntlich weisen Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen ein Lichtspektrum auf, das in einigen Farbbereichen, insbesondere im roten, aber auch im blauen Bereich, starke Lücken besitzt und daher beispielsweise für Allgemeinbeleuchtung nicht befriedigt. Es ist bekannt, eine Rotkorrektur bei Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen dadurch zu bewirken, daß zum Quecksilber Cadmiummetalldampf zugesetzt wird. Solche Lampen zeigen jedoch eine schlechte Lichtausbeute und geringe Lebensdauer. Ferner hat man bereits zur Erzielung einer Farbkorrektur rotemittierende Leuchtstoffe, wie Zn-Cd-Sulfid, Cd-Silicat und Zn-Be-Silicat, verwendet, die jedoch teils nicht temperaturbeständig waren oder an sich bei längerer Brenndauer der Lampe in der Intensität stark abnahmen.

Als besonders geeignete Leuchtstoffe haben sich für Rotkorrektur von Hochdruckquecksilber dampfentladungslampen manganaktiviertes Magnesium-

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Fluoro-Germanat oder Magnesium-Arsenat oder Magnesium-Titanat erwiesen, die als Aktivator vierwertiges Mangan enthalten. Auch bei diesen Leuchtstoffen hat sich gezeigt, daß schon nach einigen ioo Brennstunden ein erheblicher Lichtabfall eintritt, was offenbar dadurch hervorgerufen wird, daß das Mangan aus dem vierwertigen in einen niedrigerwertigen Zustand übergeht.

Zur Lösung des Problems bei Verwendung von ίο Magnesium-Arsenat (Mn) als Überzug auf der Innenseite des Hüllkolbens von Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen die Reduktion des nur in der vierwertigen Form aktivierenden Mangans zu verhindern, ist bereits vorgeschlagen worden, den Hüllkolben mit Kohlendioxyd zu füllen. Das Kohlendioxyd hat einen geringen Sauerstoffpartialdruck, der ausreicht, das Mangan in der vierwertigen Stufe zu erhalten. Eine unliebsame Verkürzung der Lebensdauer des Hochdruckentladungsbrenners kann jedoch dadurch eintreten, daß der Sauerstoff auch auf die Molybdänfolieneinschmelzung einwirkt.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, um einen auch über längere Betriebsdauer stabilen, mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff zu erhalten. Sie erstreckt sich auf ein Leuchtstoffgemisch, insbesondere für eine im Strahlengang einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe angeordnete Leuchtstoffschicht, das einen durch langwelliges UV, vorzugsweise bei 365 ηιμ, erregbaren, mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff, z. B. ein vierwertiges Mn enthaltendes Magnesium-Fluoro-Germanat oder Magnesium-Arsenat oder Magnesium-Titanat, enthält, dem ein manganantimonaktiviertes Calcium-Halophosphat zugemischt ist, dem eine geringe Menge Halogenwasserstoff anhaftet. Gegebenenfalls kann dem Leuchtstoffgemisch noch ein mangan-bleiaktiviertes Calcium-Strontium-Silicat zugesetzt sein. Vorteilhafterweise besteht das Leuchtstoffgemisch aus etwa 15 bis 60%, vorzugsweise 30% Magnesium-Fluoro-Germanat (Mn) und 20 bis 85 %, vorzugsweise 40% Calcium-Halophosphat (Mn+ Sb), dem gegebenenfalls noch 20 bis 65 %>, vorzugsweise +5 3o°/o Calcium-Strontium-Silicat (Mn+Pb) zugegeben sind. Das Magnesium-Fluoro^Germanat entspricht vorzugsweise der Formel 3 bis 3,5 MgO · 0,5 bis ι MgF₂ · ι GeO₂ · 0,01 Mn, während das Calcium-Halophosphat vorzugsweise in der Zusammensetzung 3 Ca₃(PO₄)₂ · 1 CaF₂ + ο bis 10 Gewichtsprozent Mn+ 2 bis 6 Gewichtsprozent Sb hergestellt ist. Das Calcium-Strontium-Silicat enthält vorteilhaft einen Anteil von etwa 1 bis 5 Molprozent SrO und 1 bis 3 Gewichtsprozent Mn und ι bis 3 Gewichtsprozent Pb, vorzugsweise etwa 2,4 Gewichtsprozent Mn und 1,6 Gewichtsprozent Pb.

Das günstige Verhalten des Leuchtstoffgemisches nach der Erfindung kann folgendermaßen gedeutet werden:

Im Außenkolben der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe muß eine schwach oxydierende Atmosphäre vorhanden sein, damit die Reduktion des Mangans aus dem vierwertigen in einen niedrigerwertigen Zustand vermieden wird. Das Calcium-Halophosphat besitzt eine schwache Fluorwasserstoff- bzw. Halogenwasserstoffadhäsion. Offenbar wird aus dem adhärierenden Halogenwasserstoff durch Photoreaktion infolge der energiereichen UV-Strahlung freies Halogen gebildet, das eine Reduktion des vierwertigen Mangans verhindert bzw. die Oxydation zu dem vierwertigen Mangan besorgt.

Das Leuchtstoffgemisch nach der Erfindung hat gegenüber anderen bei Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen bisher verwendeten Leuchtstoffen noch den Vorteil, daß es keine Eigenfarbe hat, sondern weiß aussieht und folglich keine Verlustabsorption durch die Eigenfarbe des Leuchtstoffes aufweist. Da die maximale Anregung der Einzelleuchtstoffe des Gemisches bei verschiedenen Wellenlängen erfolgt, wird durch Anwendung des Gemisches nach der Erfindung auch eine höhere Lichtausbeute erzielt. Außerdem ist dadurch, daß die Emission des Leuchtstoffgemisches nach der Erfindung über fast das ganze Spektrum verteilt ist, die Wiedergabe aller Farben im Licht der Lampen gut.

Das erfindungsgemäße Leuchtstoffgemisch eignet sich besonders zur Verwendung in einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe, deren Hochdruckentladungsbrenner in einem Außenkolben untergebracht ist, der mit einer vorteilhaft auf dessen Innenseite aufgebrachten, einen mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff enthaltenden Leuchtstoffschicht versehen ist. Der Erfindung gemäß besteht die Leuchtstoffschicht aus einem Gemisch von einerseits einem Magnesium-Fluoro-Germanat oder einem Magnesium-Arsenat oder einem Magnesium-Titanat und andererseits einem mangan-antimonaktivierten Calcium-Halophosphat und gegebenenfalls einem Zusatz eines mangan-bleiaktivierten Calcium-Strontium-Silicats, vorzugsweise in den beschriebenen Zusammensetzungen und Mengenverhältnissen. '

In der Zeichnung ist eine solche Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe beispielsweise veranschaulicht. Die Lampe enthält eine Hochdruckentladungsröhre ι aus UV-durchlässigem Glas oder Quarz von verhältnismäßig geringen Abmessungen. Beispielsweise beträgt der Innendurchmesser der Röhre 6 mm und der Außendurchmesser 8 mm. Die an den Enden der Entladungsröhre 1 eingeschmolzenen Elektroden 2 und 3, deren Abstand voneinander etwa 20 mm beträgt, sind mittels Stromzuführungsdrähten 4 und 5 im Quetschfuß 6 der Lampe befestigt. In der Entladungsröhre 1 befindet sich eine die Zündung einleitende Edelgasgrundfüllung, z. B. Argon, und eine solche Menge Quecksilber, daß beim Brennen der Lampe ein hoher Dampfdruck von etwa 3 bis 5 Atm. entwickelt wird. In an sich bekannter Weise befindet sich vor dem Quetschfuß 6 ein vorteilhaft aus Glimmer bestehender Schirm 7 als Wärmeschutz für den Sockel. Die Hochdruckentladungsröhre 1 wird von einem Außenkolben 8 umschlossen, auf

dessen Innenseite ein Leuchtstoffgemisch nach der Erfindung, vorzugsweise ein Gemisch von etwa 3o°/o Magnesium-Fluoro-Germanat (Mn) und 40% Calcium-Halophosphat (Mn+Sb) und 30% CaI-cium-Strontium-Silicat (Mn+Pb), als gut haftende Schicht 9 aufgebracht ist. Der Außenkolben 8 ist in bekannter Weise mit einem Schraubsockel 10 versehen. Ebensogut kann natürlich eine andere Sockelausführung, z. B. ein Bajonettsockel, benutzt werden. Der Durchmesser des Kugelteils des Außenkolbens 8 beträgt nur etwa 80 bis 90 mm, da das Leuchtstoffgemisch nach der Erfindung noch bei Temperaturen von etwa 300 bis 350⁰ C temperaturbeständig ist. Bei Verwendung von weniger temperaturbeständigen Leuchtstoffen mußte bisher ein größerer Außenkolben benutzt werden, um die Wärmeabfuhr zu vergrößern und die Temperatur an der die Leuchtstoffschicht tragenden Kolbenwand zu verringern. Der Außenkolben kann auch eine andere Form, z. B. die einer Birne oder eines Umdrehungsellipsoids, aufweisen, um eine gleichmäßige Temperatur der Kolbenwand und damit eine gleichmäßige Emissionshelligkeit der Leuchtstoffschicht zu erreichen.

Ferner ist es möglich, die Hochdrucklampe als Mischlichtlampe auszubilden, bei der in bekannter Weise innerhalb des Außenkolbens noch eine Glühwendel dem eigentlichen Entladungshochdruckbrenner als Vorwiderstand vorgeschaltet ist. In diesem Falle kann der Anteil des durch den Hochdruckbrenner gelieferten Lichtstromes gegenüber den üblichen Mischlichtlampen erhöht werden, ohne daß eine Farbverschlechterung eintritt, da zu dem Rot des Glühfadens noch das vom Leuchtstoffgemisch gelieferte Rot hinzukommt. Das Leuchtstoffgemisch nach der Erfindung weist auch in der Mischlichtlampe eine ausreichende Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer auf und gestattet die Erzielung der gewünschten Farbkorrektur.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Leuchtstoffgemisch, insbesondere für eine im Strahlengang einer Hochdruckquecksilberdampf entladungslampe angeordnete Leuchtstoffschicht, das einen durch langwelliges UV, insbesondere bei 365 ΐημ, erregbaren, mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff, z. B. ein vierwertiges Mangan enthaltendes Magnesium-Fluoro-Germanat oder Magnesium-Arsenat oder Magnesium-Titanat, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit vierwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff ein manganantimonaktiviertes Calcium-Halophosphat zugemischt ist, dem eine geringe Menge Halogenwasserstoff anhaftet.
2. Leuchtstoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus etwa 15 bis 60%, vorzugsweise 30% Magnesium-Fluoro-Germanat (Mn) und 20 bis 85%, vorzugsweise 40% Calcium-Halophosphat (Mn+ Sb) besteht, dem gegebenenfalls noch 20 bis 65%, vorzugsweise3o°/oCalcium-Strontium-Silicat(Mn + Pb) zugegeben sind.
3. Leuchtstoffgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium-Fluoro-Germanat der Formel 3 bis 3,5 MgO· 0,5 bis ι MgF₂ · ι GeO₂ · ο,οΐ Mn entspricht.
4. Leuchtstoffgemisch nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium-Halophosphat der Zusammensetzung 3 Ca₃ (P O₄) ₂ · ι Ca F₂ +ο bis 10 Gewichtsprozent Mn + 2 bis 6 Gewichtsprozent Sb entspricht.
5. Leuchtstoffgemisch nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium-Strontium-Silicat einen Anteil von etwa ι bis 5 Molprozent SrO und etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2,4 Gewichtsprozent Mangan und etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,6 Gewichtsprozent Pb enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 684 297, 695 229, 520, 851235;

Journal of the Optical Society of America,

Vol.40 (1950), S. 579 bis 583;

Philips' Technische Rundschau, Bd. 13 (1951),

S. 113 bis 123.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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