DK141421B - Lavtrykskviksølvdampudladningslampe. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 141421 ^5**^ DANMARK (5i) Int.Cl.3 H 01 J 61/44 (21) Ansøgning nr. 51 81 /74 (22) Indleveret den 2. Okt. 1 m (23) 2* °kt* 1974 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 10. Ιΰ8Γ. t*980

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

5. okt. 1973, 7315694, NL

(71> N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFAERIEKEN, Etnmasingel 29, Eindhoven, NL.

(72) Opfinder: Judious Marinus Pieter Jan Verstegen, Emmaeingel, Eind=: hoven, NL: Dragutin Radielovic, EmmasTngel, Eindhoven, NL: Lamber= tus Wilhelmus Johannes Manders, Emmasingel, Eindhoven, NL.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Internationalt Patent-Bureau._ (54) Lavtrykskviksølv dampudladnings lampe.

Opfindelsen angår en lavtrykskviksølvdampudladningslampe, der omfatter en kolbe, som indeholder en mængde kviksølv og en mængde sjældne gasarter og er udstyret med elektroder, mellem hvilke udladningen finder sted under driften, og med en luminescerende belægning, der afgiver synligt lys, når den påvirkes af den ultra-violette stråling i kviksølvdampudladningen. Opfindelsen hår navnlig Relation til en sådan lampe til almindeligt belysningsformål, hvor farvetemperaturen for den afgivne stråling ligger mellem 2300 K og 8000 K, og hvor der opnås både en høj lyseffekt og en tilfredsstillende farvegengivelse.

Fra en artikel af M. Koedam og J.J. Opstelten i "Lighting Research and Technology", bind 3 nr. 3 (1971), side 205, er det kendt, at der kan opnås en tilfredsstillende gengivelse af farverne på en genstand, når genstanden belyses med en stråling, hvis spektrale fordeling består af tre spektrale linjer. I denne forbindelse skal man ved udtrykket "tilfredsstillende farvegengivelse" forstå, at farve- 2 141421 gengivelsesindeksen Ra (jfr. Commission Internationale de 1'Eclairage, publikationen nr. 13 af 1965) har en høj værdi på for eksempel 80 eller mere. Til opnåelse af denne tilfredsstillende farvegengivelse må de nævnte spektrale linjer være beliggende inden for tre specifikke spektrale områder, nemlig én linje i den blå del af spektret mellem 455 og 485 nm, én linje i den grønne del af det midterste område mellem 525 og 560 nm og én linje i den røde del af spektret mellem 595 og 620 nm. Den optimale beliggenhed af hver linje i de nævnte spektrale områder bestemmes af den ønskede farvetemperatur for strålingen, idet det bemærkes, at den optimale beliggenhed af disse tre spektrale linjer ved aftagende værdier af farvetemperaturen befinder sig ved længere bølgelængder i de tre områder. Ved et passende valg af beliggenheden af de tre spektrale linjer kan man, som det fremgår af nævnte artikel af Koedam og Opstelten, opnå værdier af farvetemperaturen på tilnærmelsesvis 6800 og 2300 K, hvor farvegengivelsesindeksen i alle tilfælde har en værdi på 79 eller mere.

Det er i høj grad ønskeligt at anvende det ovenfor nævnte princip på en strålingskilde, der udsender i tre spektrale linjer i praktisk anvendelige lamper, eftersom en tilfredsstillende farvegengivelse i kombination med on høj lyseffekt i så fald kan opnås. Der opnås en lyseffekt, der er større end ved de kendte lamper, der sikrer en tilfredsstillende farvegengivelse og en kontinuerlig spektral fordeling af den udsendte stråling. Denne praktiske anvendelse er for eksempel mulig i lavtrykskviksølvdampudladningslamper med luminescerende materialer i de ønskede b ølg elængde områder.

Når der til det ønskede formål anvendes luminescerende materialer i en lavtrykskviksølvdampudladningslampe, skal der tages hensyn til den omstændighed, at de fleste luminescerende materialer ingen linjeemission udviser. Mange af disse materialer emitterer i en udvidet linje eller i et bånd. Det kan også ske, at et luminescerende materiale emitterer i en gruppe af linjer, der tilsammen danner et emissionsbånd, eller i flere linjegrupper eller i flere emissionsbånd. Det har vist sig, at der kan opnås en tilfredsstillende farvegengivelse også ved sådanne spektrale fordelinger, der afviger fra linjeformen. Imidlertid er der i så fald den betingelse, at der ingen overlapning eller kun en ringe grad af overlapning er mellem emissionerne i de tre ovenfor nævnte spektrale områder. Der stilles det krav, at de materialer, der udsender lys i det grønne og det røde område, har deres emission i hovedsagen i bølgelængdeområdet mellem 520 og 565 nm, henholdsvis 590 og 630 nm, dvs. at mindst 50% af strålingsenergien udsendt fra disse materialer befinder sig i de nævnte områder. For det materiale, der udsender i det blå område, findes der i praksis materialer med båndemission. For sådanne materialer stilles det krav, at båndbredden på halvværdien, dvs. bredden af båndet målt ved en strålingsstyrke, der er 50% af den maksimale styrke, er mindre end 100 nm.

Ved valget af de luminescerende materialer, der skal anvendes, spiller følgende 14U21 3 faktorer en rolle: Den spektrale fordeling og farvepunktet for den udsendte strå ling, virkningsgraden af omsætningen af den aktiverende ultraviolette stråling til synlig stråling, belægningens modstandsdygtighed (såkaldt application resistance) og lampens faldende virkning (såkaldt decline). Ved udtrykket "belægningens modstandsdygtighed" forstås det luminescerende materiales evne til at bibeholde sine lunimescensegenskaber, navnlig sin effektivitet, når det anbringes i og bearbejdes i en lampe. Ved udtrykket "lampens aftagende funktion" skal forstås formindskelsen af det luminescerende materiales lysflux under lampens levetid.

Hvad angår det materiale, der afgiver lys i det grønne område, ligger valget i et antal kendte luminescerende materialer. Specielt er materialer, der er aktiveret af bivalent mangan eller af terbium, velegnede. Som grønt luminescerende materiale til det tilsigtede formål omtaler den hollandske patentansøgning 7109983 et zink-silikat aktiveret af bivalent mangan, Zn2Si0^:Mn, hvilket materiale har en høj effektivitet. Der kan også anvendes andre materialer, der har lignende egenskaber, men er relativt kostbare, f.eks. et mangan-aktiveret magnesiumgallat (Mg ΰ32θ^:Μη) eller et mangan-aktiveret magnesiumgallataluminat (Mg(Ga,Al)20^:Mn).

Brugen af ovennævnte mangan-aktiverede zinksilikat, såkaldt willemit , har et antal alvorlige ulemper. Dette materiale fører til en ustabil funktion for lampen som følge af den ofte meget store forringelse af lysfluxen under lampens levetid og som følge af en ikke-optimal og dårligt reproducerbar modstandsdygtighed for belægningen. Derfor kan lamper, der indeholder willemit, udvise en meget forstyrrende farvevariation af den udsendte stråling under deres levetid. Desuden viser det sig, at emissionen fra willemit er alt for kortbølget, hvorfor der ikke nemt kan opnås en tilfredsstillende farvegengivelsesindeks, specielt ved lave farvetemperaturer.

Opfindelsen tager sigte på en lampe, der bygger på det ovenfor nævnte princip, og som omfatter et materiale, der med stor effektivitet afgiver lys i det grønne spektrale område, og hvor ulemperne ved brugen af willemit er afhjulpet. Opfindelsen tager endvidere sigte på en sådan kombination af luminescerende materiale til sådanne lamper, at der for den udsendte stråling kan opnås farvetemperaturer i hele området fra 2300 til 8000 K.

Med henblik herpå er en lavtrykskviksølvdampudladningslampe, der omfatter en vakuumtæt, strålingstransparent kolbe, som indeholder en mængde kviksølv og en mængde sjældne gasarter og er udstyret med elektroder, mellem hvilke udladningen finder sted under driften, og med en luminescerende belægning omfattende tre materialer, hvoraf det første har et emissionsbånd med et maksimum i bølgelængdeområdet mellem 430 og 490 nm og en båndbredde ved det halve af den maksimale amplitude på mindre end 100 nm, og det andet materiale har et emissionsbånd i hovedsagen i bølgelængdeområdet mellem 520 og 565 nm, og det tredje materiale har-et emissionsbånd i hovedsagen i bølgelængdeområdet mellem 590 og 630 nm, ifølge op- 4 141421 findelsen ejendommelig ved, at det første luminescerende materiale er aktiveret af bivalent europium, at det andet luminescerende materiale er terbium-aktiveret og defineret ved den ene eller den anden af følgende formler: (a) Ce1 La Tb MgAl., ,01n 1-x-y x y ° 11 19 (b) (Ce. La Tb )_0,·ηΑ1 0q3 1-x-y x y 2 3 23 hvor 0 4 χ·ζ 0,50 0,20 4 y ζ 0,50 x*y ^ 0,90 10 < n 4 12, og hvori op til et maksimum på 25at2> af aluminiumet kan være erstattet med gallium og/eller scandium, og hvori magnesiumet helt eller delvis kan være erstattet med zink og/eller byryllium, og at det tredje luminescerende materiale er et oxid af sjældne jordarter aktiveret med trivalent europium i henhold til formlen Ln203:Eu3+, hvori Ln repræsenterer mindst et af elementerne yttrium, gadolinium eller lutetium.

De materialer, der i henhold til opfindelsen anvendes for den grønne emission, har en meget høj effektivitet, der kan sammenlignes med eller er endnu højere end effektiviteten ved brug af willemit. Disse materialer har et gitter på basis af aluminat med en krystalstruktur, som er analog med strukturen for hexagonal mag-netoplumbit og i øvrigt er omtalt i de hollandske patentansøgninger 7214862 (formel (a)) og 7216765 (formel (b)). De nævnte grønt luminescerende aluminatforbindelser udviser ikke alene en høj effektivitet, men også en meget tilfredsstillende modstandsdygtighed for belægningen og en meget langsom forringelse af lysfluxen i lampen.

En væsentlig fordel ved brugen af de grønt luminescerende aluminatforbindelser til lamper, som emitterer i de tre spektrale områder, er, at der kan opnås meget lave farvetemperaturer (fra ca. 2300 K) for den af lampen afgivne stråling, samtidigt med at man opretholder høje værdier for farvegengivelsesindeksen. Brugen af willemit i sådanne lamper fører til en utilfredsstillende farvegengivelse ved lave farvetemperaturer, fordi emissionen fra willemit, som tidligere nævnt, er alt for kortbølget. Det har ved forsøg vist sig, at selv om emission fra trivalent terbium-ion i princippet kan anvendes som grøn komposant, er det dog ikke alle terbium-aktiverede luminescerende materialer, der er velegnede, hvis der skal opnås lave farvetemperaturer. Dette fremgår af fig, 1, som viser farvediagrammet i G.I.E.'s x-y-koordinatsystem. Diagrammet viser kurven for sorte legemer ved farvetemperaturerne 2500, 3000, 4000, 5000 og 6000 K. Ved betegnelsen Hg betegnes farvepunktet 5 141421 i det synlige spektrum for lavtrykskviksølvdampudladningen. Dette kviksølvspektrum skal altid tages i betragtning, når man opstiller en blanding af luminescerende materialer til en lavtrykskviksølvdampudladningslampe, eftersom en vis del, selv om den er lille (f.eks. 7%, når man anvender luminescerende materialer med høj effektivitet) , af den fra lampen udsendte stråling består af en synlig kviksølvstråling. Indflydelsen af kviksølvspektret på et luminescerende materiales farvepunkt kommer klart til udtryk ved en forskydning af dette farvepunkt i retningen mod punktet Hg. Denne indflydelse er desto større, som effektiviteten af det luminescerende materiale er lavere. Endvidere er forskydningen af det oprindelige farvepunkt for det luminescerende materiale i x-y-planet større, når dette oprindelige punkt ligger fjernere fra punktet Hg. Farvepunkteme R og G for to luminescerende materialer, der er velegnede til dannelse af henholdsvis den røde og den grønne komposant i en lampe ifølge opfindelsen, er vist i fig. 1 under hensyntagen til det synlige kviksølvspektrum. En lampe, der har en farvetemperatur på mindre end 2500 K, kan fremstilles ved hjælp af de luminescerende materialer med farvepunkteme R og G, eftersom den linje, der forbinder punkterne R og G i farvediagrammet, skærer kurven for de sorte legemer på højre side af punktet 2500 K. Denne betragtning indebærer, at et antal krav skal opfyldes af et terbium-aktiveret, luminescerende materiale.

For det første må materialet have en stærkt dominerende grøn emission. Emissionen af terbiumionen består af mindst fire linjer, beliggende tilnærmelsesvis ved 543, 490, 570 og 610 nm. De to første linjer er sædvanligvis de stærkeste linjer, og af disse to er 543 nm-linjen sædvanligvis den stærkeste. Forholdet mellem den grønne (543 nm) og den blå (490 nm) emission fra et terbium-aktiveret materiale fastlægger også materialets brugbarhed. Hvis grøn/blå-forholdet er for lille, kan der opstå den situation, at linjen RG ikke skærer kurven for de sorte legemer på højre side af 2500 K-punktet. For det andet må materialet udvise en høj effektivitet, eftersom indflydelsen af kviksølvspektret på materialets farvepunkt er ret stor ( punktet G ligger i stor afstand fra punktet Hg). Hvis effektiviteten er for lille, kan linjen RG igen være forskudt på en sådan måde, at der ikke længere opnås en farvetemperatur på mindre end 2500 K. Til sidst må materialet udvise en tilstrækkelig modstandsdygtighed og føre til en langsom forringelse i lampen. Hvis disse krav ikke opfyldes, vil lampen ændre sin farve under sin levetid.

Det har vist sig, at de foreslåede terbium-aktiverede aluminatforbindeIser til lamper ifølge opfindelsen fuldt ud opfylder de ovenfor nævnte krav. Når der anvendes et passende blåt luminescerende materiale, er det desuden muligt at fremstille lamper med en farvetemperatur i den udsendte stråling i hele området fra 2300 til 8000 K.

En yderligere fordel ved brugen af terbium-aktiverede aluminater i forhold til brugen af det kendte willemit er, at den ækvivalente luminans for den af alu-minaterne afgivne stråling er større end for willemit, således at der opnås en 6 141421 højere lyseffekt. Endvidere er afstanden mellem farvepunktet for aluminaterne og kurven for de sorte legemer kortere end afstanden mellem farvepunktet for willemit (punktet W i fig. 1) og denne kurve. Når man anvender aluminater i en blanding af rødt og grønt lumineseerende materialer, må man derfor anvende en relativt større mængde af dette grønt luminescerende materiale for at nå kurven for de sorte legemer end i det tilfælde, hvor man anvender willemit. Dette er meget fordelagtigt, eftersom det grønt luminescerende materiale i høj grad bidrager til lyseffekten, således at man opnår større lyseffekt, når man anvender aluminater, end når man anvender willemit.

Det skal bemærkes, at en lav farvetemperatur på f.eks. 2500 K ved lamper, der udviser en tilfredsstillende farvegengivelse og en kontinuerlig spektralfordeling af den udsendte stråling, kun er mulig, såfremt der anvendes separate absorptionslag, hvilket naturligvis har en meget skadelig indflydelse på lampens lysflux.

I de grønt luminescerende aluminater, der anvendes i lampen i henhold til opfindelsen, overføres aktiveringsenergien fra cerium-til terbiumaktivatoren. Det har vist sig, at cerium delvis kan erstattes med lanthan. Imidlertid vil dette sædvanligvis ikke give fordele. Man vil normalt ikke erstatte mere end 50% af cerium med lanthan, fordi man i så fald vil opnå en for lav absorption af aktiveringsstrålingen. Af denne grund vil erstatningen af cerium med lanthan kombineret med en terbiumaktivator vælges således, at den ikke overstiger 90% (x+y 4 0,90). Ter-biumindholdet y vælges mellem grænseværdierne 0,20 og 0,50, fordi man i så fald opnår en høj kvanteffektivitet.

I lavtrykskviksølvdampudladningslampen ifølge opfindelsen anvendes et materiale, som aktiveres med bivalent europium, som første (blå) luminescerende materiale, fordi sådanne materialer har et meget velegnet emissionsspektrum. Endvidere anvendes som tredje (rød) luminescerende materiale et sjældent jordoxid, som 3+ er aktiveret med trivalent europium i henhold til formlen :Eu , hvor Ln repræsenterer mindst ét af stofferne yttrium, gadolinium og lutetium, fordi disse sjældne jordoxider er meget effektive rødt luminescerende materialer med en meget passende emission til det tilsigtede formål.

I en lampe ifølge opfindelsen anvendes som det andet grønt luminescerende materiale fortrinsvis et aluminat af formlen Ce. La Tb MgAl., .O., hvor 1-x-y x y 11 19’ 0^ x^0,20 og 0,20 4y 4 0,40. Faktisk viser det sig, at de højeste lysflux-værdier opnås med disse materialer.

Et materiale, der er kendt til brug som blåt luminescerende materiale, er strontiumchloroapatit aktiveret med bivalent europium, jf. ovennævnte hollandske patentansøgning nr. 7109983, idet 7 UU21 dette materiales emissionsspektrum på tilfredsstillende måde opfylder de stillede krav. En ulempe ved dette materiale er dets relativt lille effektivitet og desuden en ikke alt for god modstandsdygtighed for belægningen samt en ret stor forringelse under lampens levetid. Disse ulemper er særlig markante, hvis materialet anvendes i lamper, der har relativt høje farvetemperaturer, f.eks. over 4000 K.

Ulemperne ved brugen af det kendte strontiumchloroapatit kan afhjælpes, når der i henhold til en hensigtsmæssig udførelsesform for lampen ifølge opfindelsen som et første luminescerende materiale anvendes et aluminat af barium og/eller. strontium aktiveret med bivalent europium eller med bivalent europium og bivalent mangan, hvilket aluminat har en hexagonal krystalstruktur magen til strukturen i hexagonale ferriter. Eksempelvis defineres sådanne materialer af formlen

Ba Sr Eu Al, CL«, hvori x+y+p * 1 og 0,001 ^ p ^0,1 x y p 12 19 (jfr. hollandsk patentansøgning 6715823) eller af formlen

Ba^Sr^EUpMn^Al^O^g, hvori x+y+p+q * 1, 0,00l 4p é 0,1 og 0,00l < q é0,15 (jfr. hollandsk patentansøgning 7214860), Disse aluminater har samme krystalstruktur som magnetoplumbit og som hexagonale ferriter og udviser en tilfredsstillende modstandsdygtighed og en langsom forringelse for lampen.

Som aluminat aktiveret med europium og eventuelt også med mangan, og soti har en meget høj effektivitet, kan man nævnt temære aluminater af barium og/eller strontium og af magnesium, som har en hexagonal ferritstruktur, og hvori aluminiumets atomfraktion er større end 1,8 gange magnesiumets atorafraktion og også er større end 3,7 gange atomfraktionen for barium og/eller strontium, og hvori op til et maksimum på 25 atomprocent af aluminium er erstattet med gallium og/eller scandium, og magnesium helt eller delvis kan være erstattet med zink og/eller beryllium. Disse ternære aluminater, som omtales i den hollandske patentansøgning 7214862, vil derfor hensigtsmæssigt vælges som det første luminescerende materiale i en lampe ifølge opfindelsen.

I henhold til en hensigtsmæssig udførelsesform for lampen ifølge opfindelsen består det første luminescerende materiale af en sådan ternær aluminatforbindelse, som defineres af en af følgende formler: (C) Al-pEUpMS2-qMnqA116°27 (d) B5.5-xEuxMs6-yMnyA155°94 ’ hvori A og B repræsenterer mindst ét af elementerne barium og strontium, og hvori 0,05^ 0,20 0,25 ^ x é 1,50 0 é q/p é 1j5 0 ^ y/x éz 1,5

Det har vist sig, at i den store gruppe af luminescerende temære aluminater 8 141421 med hexagonal ferritstruktur, er det de materialer, der defineres af formlerne (c) og (d), der har de bedste egenskaber til brug i den pågældende lampe. Dette er specielt tilfældet, hvis mindst 50 atomprocent af elementet A er barium, og mindst 50 atomprocent af elementet B er strontium.

Af det foregående fremgår det, at de luminescerende luminater, der har en hexagonal krystalstruktur magen til strukturen for hexagonale ferriter, i en lampe i-følge opfindelsen ikke alene må omfatte europium, men også mangan som aktivator.

Hvis disse aluminater omfatter mangan, vil en del af aktiveringsenergien overføres fra europium til mangan. I så fald emitterer aluminatet ikke alene i europium-båndet, men også i båndet for bivalent mangan (maximum ved tilnærmelsesvis 515 nm). Aktiveringen af det luminescerende aluminat med mangan har den fordel, at lampens farvegengivelsesindeks forøges. I så fald får man en lidt svagere lysflux. En lampe i henhold til opfindelsen giver mulighed for at vælge en optimal lysflux (aluminat aktiveres kun af europium) eller en optimal farvegengivelse (aktivering med europium og mangan). Forholdet mellem manganindholdet og europiumindholdet vælges fortrinsvis større end 1,5 (jfr. den øvre grænse for q/p i formlen (c) og for y/x i formlen (d)). Ved større værdier for dette forhold er manganbåndet dominerende, og der opnås ikke alene en yderligere formindskelse af lysfluxen, men også en formindskelse af farvegengivelsesindeksen.

I en lampe ifølge opfindelsen kan den luminescerende belægning ikke alene omfatte de tre luminescerende materialer, men også ét eller flere af følgende luminescerende materialer i en mængde på ikke mere end 50 vægtprocent: Antimon-aktiveret alkalisk jordhalofosfat, antimon- og mangan-aktiveret alkalisk jordhalofosfat, tin-aktiveret alkalisk jordmagnesium-orthofosfat, mangan-aktiveret magnesiumarsenat og mangan-aktiveret magnesiumgerma-. nat. En udskiftning af en del af de tre luminescerende materialer, der emitterer i de ovenfor nævnte spektrale områder med de nævnte konventionelle luminescerende materialer, viser sig overraskende at have en relativt lille indflydelse på lysfluxen og på lampens farvegengivelse. Fordelen herved er dog, at man herved gør lampen billigere. Hvis det luminescerende overtræk i lampen indeholder mere end 50 vægtprocent af disse nævnte konventionelle luminescerende materialer, får man en uønsket formindskelse af lysfluxen og/eller af farvegengivelsesindexen.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser det tidligere nævnte farvediagram i x-y-koordinatsysteraet, fig. 2 viser en skematisk afbildning af en lavtrykskviksølvdampudladningslampe i henhold til opfindelsen, og fig. 3 viser et diagram, der angiver den spektrale energifordeling for den af lampen afgivne stråling.

9 141421 I fig. 2 betegnes lampens kolbe ved 1. Ved begge ender af lampen findes der elektroder 2 og 3, mellem hvilke udladningen finder sted under driften. Lampen indeholder en blanding af sjældne gasarter, som virker som antændingsgas, og desuden en lille mængde kviksølv. Indersiden af kolben 1 er belagt med et luraine-scerende overtrade 4, der består af en blanding af de tre luminescerende materialer i henhold til opfindelsen. Denne blanding kan påføres kolben 1 på konventionel måde, eksempelvis ved en opslæmning omfattende de tre luminescerende materialer.

Et for synlig stråling reflekterende lag kan på i og for sig kendt måde påføres lampen ifølge opfindelsen, nemlig mellem glaskolben 1 og det luminescerende overtræk 4, hvilket reflekterende lag strækker sig over en del af kolben 1. Det er også muligt at forme lampen på anden måde end som et rør som vist i fig. 2, idet lampen også kan formes som et krumt rør, f.eks. som en torus. Fordelen ved opfindelsen er, at et sådant reflekterende lag eller en krum form for røret også gælder for lamper, der har en meget tilfredsstillende farvegengivelse ved en lav farvetemteratur for den afgivne stråling. Hidtil har en sådan kombination af en lav farvetemperatur og en tilfredsstillende farvegengivelse kun været mulig for lamper, der ikke alene havde det luminescerende overtrådt, men også et yderligere absorptionslag. I praksis er det yderst vanskeligt at forsyne en sådan lampe med dobbelt overtræk med et reflekterende lag. Desuden viser det sig i praksis, at det ikke er nemt at meddele disse lamper en krum form.

Den følgende tabel I angiver formlerne for et antal luminescerende materialer, der kan anvendes i en lampe ifølge opfindelsen. Den første søjle angiver de lumi-nescerende materialer med et bogstav og et tal. De samme angivelser vil i det følgende blive anvendt for de pågældende luminescerende materialer. Foruden formlerne, som angives i søjlen 2, angiver tabel I også resultaterne af målinger på lamper, der har et overtræk bestående af disse materialer. Først angives x- og y-koordina-teme for farvepunktet i en lampe, der har det pågældende luminescerende materiale. Derefter angives lysfluxen (LO) i lm/W efter 100 arbejdstimer. Ved betegnelsen QR betegnes den numeriske kvanteffektivitet i procent ved aktivering af materialet med en kortbølget ultraviolet stråling (predominerende effekt ved 254 nm),. Søjlerne Λ og hwb angiver beliggenheden af maksimummet af den afgivne stråling i max spektret og båndbredden ved halv amplitude i det stærkeste emissionsbånd. Farvepunktet for et antal luminescerende materialer, som angives i tabel I, er vist i fig. 1.

141421 ίο y—v η tf Γ-»

•S g oOCJCMCMOmOincMOiO

,£ w m co co vo « “"i co U0

CM

«'g'n^-H-rHOlOO'A^OS

Bp'irlrlrlin'iOO'O " >0 ^ win vovDvo-d-'i-d'-srOMr-cr in •d· οίίίοοσισ'σ'ΐηοηοσ'Ο'Ο'π O'wi^O'O'O'CJ'r^oocyiO'CJ'in 1¾ '-^vDvOinvOWO'OOOOOMOCM OS OMD\OM3CMCM-d-<d-vOCMi-) ►4 “· *-· 'w'

Q\ tH vD Γ->* Γ"- Ή lO

r- co vo <1· m oo cm

^ lo I I CO O OM i-l 04 I I

4J η η λ λ « Λ ft Η,ϋ Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο η S Γ*·*

Η Λ S

m ω S

«ί > S

(rt ΙΟ Is» Η Η σν οχ ο 1¾ σ\ σ> lo »sQ νο <ί* <ί“ νοΓ>» CM LP) Τ—I τ-i I 1 Γ-- X *11 λλλολλΙΙ tn Μ ο οοοοοο » 3 CO ·Η 04 3 ο ω " Ό.

04 W

C

Γ"*- 4J <0

y-v CM M-l 4J

iH cm Ο ·η β vO M0)

^ r-s ^ 4J

q\ ι-t cm w co -»η <j O «—* 4J Λ o CM rH v£) o C , tH O ·» t—( CO OJ Λί

τ-4 vO O'1 O *—· y*-' 4-1 CO

*—1 i-f tH CO O 3 <5 <ί* (U <* t-J ο lO ^ CM O CUC3 £ 00 <J CM CO *0 Ή £0 p_i «0 U 'X co co cm -π θ’-1 Λ 2 ^ -¾ *“1 O CO O O 00 CO CM <3 O -d* O; £ of

Cn CO ίΠ 00 CO S CM P-1 vD 3 rMO

λ Ο Ο O t—1 «—ί CD 00 W λλ W Æ ο « λτη * < co s σ' ο ο JD ΟΟ * Ο * X ^ "33 · ·

Η 3 3 0333 «ντΗκίΜ u U

r^- ω &α 3 ω w ω οοο ο co M-jm νο m CM Cd O' x x 3 2 CO ox ·*->·»-> Λσ*σχσν *» i iw οχ Λ·» Ο λ λ λ ο νΗ CM LT) * ο <f* Ο τ-1 r-4 1-1 3 3 ed Μ Ο cfl *4 ζ^ΝΡ-Ν

U>-ti>i>-ipQeQfflCOcerøCO rHCM

PQ

<D

τ—i

CO

•Η μ ^T-icMcnr-icMin<l'1ovor^

<1) OpcJpi;pieQ««facQMM

4J

id a 11 141421

For at kontrollere lampernes opførsel og navnlig forringelsen af lysfluxen under lampens levetid for nogle af de luminescerende materialer, der kan anvendes, blev der foretaget et antal forsøg med en 40 watt-lampe, hvilke forsøg alle blev foretaget med kun et enkelt luminescerende materiale. Tabel II angiver for hver undersøgt lampe den målte værdi af lysfluxen i lm/W efter 0, 100, 1000 og i visse tilfælde 2500 arbejdstimer. Et klart billede af omfanget af lampens forringelse opnås på grundlag af værdien af lysfluxen udtrykt som en procentdel af lysfluxen efter 100 timer. Den første søjle i tabel II angiver det spektrale område, hvori materialet emitterer. Det anvendte luminescerende materiale angives i anden søjle med de ovenfor nævnte bogstaver og tal.

TABEL II

Farve lum.mat. 0 u % l00 u % 1000 u % 2500u %

Gi 108,9 102,3 106,4 100 104,4 98,1

Grøn G2 1) 104,5 102,0 102,5 100 99,7 97,3 96,7 94,3 (W) 2) 105,0 111,0 94,0 100 83,7 89,0 69,0 73,4

Bl 21,5 101,9 21,1 100 19,9 94,3 19,5 92,4

Blå B6 26,0 101,6 25,6 100 24,4 95,3 B7 12,5 105,1 11,9 100 - RI 69,2 104,5 66,2 100 61,9 93,5 Rød R2 66,6 102,9 64,7 100 62,2 96,1 R3 68,1 103,7 65,7 100 63,0 95,9 1 2

Det luminescerende materiale G2 defineres med samme formel som materialet Gi, men hører til et andet produktionsparti.

2

Den lampe, der betegnes W, er kun nævnt af hensyn til sammenligning. Denne lampe indeholder på i og for sig kendt måde som luminescerende materiale wil-2+ lemit (Zn2Si0^-Mn ), hvilken lampe i så fald ikke er udformet i overensstemmelse med opfindelsen.

Tabel II viser klart, at de grønt luminescerende materialer, der skal anvendes i henhold til opfindelsen, udviser en meget høj lysflux og en langsomt aftagende forringelse af lysfluxen. Denne forringelse viser sig at være betydeligt bedre end ved lamper, der anvender willemit til det tilsigtede formål. Det fremgår desuden af denne tabel, at flere blåt luminescerende materialer til brug i en lampe ifølge opfindelsen giver gunstige resultater. Det ses også, at europium-aktiverede aluminater med hexagonal ferritstruktur (Bl, B6) er at foretrække over for det kendte europium-aktiverede strontium-chloroapatit (B7), fordi disse aluminater fører til en større lysflux og til en mindre ugunstig lysfluxforringelse. Målinger på lamper, der omfatter de rødt luminescerende materialer, viser, at disse materialer giver en høj lysflux og en udmærket lampefunktion.

Man har ved udregning kontrolleret, hvilke værdier af lysfluxen (lm/W) og 12 141421 farvegengivelsesindeksen (Ra) der opnås med en given kombination af luminescerende materialer i henhold til opfindelsen ved forskellige værdier af farvetemperaturen i den udsendte stråling. Denne udregning blev udført for fire forskellige blåt luminescerende materialer, nemlig materialerne Bl, B2, B3 og B4. Kombinationen omfatter i samtlige tilfælde materialerne Gi og R3 som henholdsvis grønt og rødt luminescerende materiale. Resultaterne vises i tabel III.

TABEL III

Blåt lum.mat. Farvetemperatur for den afgivne stråling

2500 K 3000 K 4000 K 6500 K

lra/W Ra lm/W Ra lm/W Ra Im/W Ra

Bl 80 83 79 82 77 80 70 76 B4 80 83 79 86 77 90 71 9o B2 79 83 77 83 72 83 - B3 79 84 77 87 71 91 -

Af denne tabel fremgår det, at der kan opnås lysfluxværdier fra tilnærmelsesvis 80 ved en lav farvetemperatur til 70 lm/W ved en høj farvetemperatur. I næsten samtlige tilfælde kan der opnås en farvegengivelsesindeks på 80 eller mere. En given værdi af farvetemperaturen opnås med en given kombination af luminescerende materialer, når man vælger den korrekte vægtprocentværdi for de tre materialer i kombinationen og dermed deres relative bidrag til lysfluxen. Tabellen viser, at man med en given kombination af luminescerende materialer kan fremstille lamper, med hvilke man kan dække hele området af de ønskede farvetemperaturværdier fra tilnærmelsesvis 2500 K til ca. 6500 K eller mere. Dette er naturligvis særligt fordelagtigt, eftersom blot tre luminescerende materialer, der vælges på optimal måde, er tilstrækkelige til fremstilling af lavtrykskviksølvdampudladningslamper og til opnåelse af alle lampetyper.

Eksempler A-D.

A. En lampe som vist i fig. 2 med en effekt på 40 watt under drift fremstilles med et luminescerende overtræk bestående af 3 vægt% af materialet Bl, 30 vægt% af materialet Gi og 67 vægt% af materialet R3. Målinger af farvetemperaturen (Tk), farvegengiveIsesindeksen(Ra), lysfluxen ved 0 timer (L0q i lm/W) og ved 100 timer (L01q0 i lm/W) fører til følgende resultater:

Tk Ra LO LO, o 100 2600 85 80,8 79,2 B. En lampe med det samme luminescerende materiale som lampen i henhold til eksempel A, men med følgende værdier, 7vægt% Bl, 29 vægt% Gi og 64 vægt% R3 gav følgende værd ier;

Tk Ra LO LO, o 100 3000 85 82,8 80,0 UU 21 13 C. En lampe med de samme luminescerende materialer som lamperne i henhold til eksemplerne A og B, men med følgende værdier, 18 vægt% Bl, 34 vægt% Gi og 48 vægt% R3 har givet følgende resultater:

Tk Ra LO L0,„n o 100 4000 85 83,5 80,5

Fig. 3 viser den spektrale energifordeling i den af lampen afgivne stråling. Bølgelængden A er angivet i nm på abscisseaksen i fig. 3. Den afgivne strålingsenergi E pr. konstant bølgelængdeinterval er angivet med arbitrære enheder på ordinataksen. Ved betegnelsen Hg betegnes de synlige kviksølvlinjer. Med henblik på sammenligning blev der fremstillet en lampe med en farvetemperatur på 4000 K, hvilken lampe i øvrigt var helt analog med den ovenfor beskrevne lampe, idet materialet Gi dog var erstattet med det kendte willemit. Den lampe, som ikke er udformet i henhold til opfindelsen, havde en farvegengivelsesindeks Ra * 80 og en lysflux ved 0 timer på L0Q »73,2 lm/W.

D. En lampe med et luminescerende overtræk bestående af 26 vægt?, af materialet B5, 23 vægt% af materialet Gi og 51 vægt% af materialet R3 førte til følgende værdier:

Tk Ra LO L01on o 100 4000 87 80,0 77,5

Sammenligningen mellem lamperne ifølge opfindelsen i henhold til eksemplerne C og D viser indflydelsen af aktiveringen af de blåt luminescerende aluminater med mangan, idet lampen i henhold til eksemplet D har en højere farvegengivelsesindeks og en lidt svagere lysflux.

En erstatning af en del af kombinationen af dc tre luminescerende materialer i en lampe i henhold til opfindelsen med et eller flere konventionelle luminesce-rende materialer har relativt lille indflydelse på farvegengivelsesindeksen og på lysfluxen i lampen. Hvis man for eksempel i en lampe i henhold til opfindelsen med en farvetemperatur Tk » 3000 K erstatter en mængde på 25 vægt% af blandingen af de tre luminescerende materialer B4, Gi og R3 med antimon- og mangan-aktiveret calciumhalofosfat (farvetemperatur 3000 K), viser det sig, at lysfluxen ved 100 timer i det væsentlige har den samme værdi (tilnærmelsesvis 79 lm/W), og at farvegengivelsesindeksen Ra kun falder med ca. 5, nemlig fra 86 til tilnærmelsesvis 81.

En lampe med den samme kombination af luminescerende materialer B4, Gi og R3 med farvetemperatur Tk m 4000 K fører i det væsentlige til den samme lysflux (tilnærmelsesvis 78 lm/W) og til et fald i gengiveIsesindeksværdien på tilnærmelsesvis 5, nemlig fra 90 til ca. 85, ved den samme mængde halofosfat (25 vægt%). Ved en lampe med en farvetemperatur på 6500 K viser det sig, at man opnår den samme lysflux (71 lm/W) og den samme farvegengivelsesindeks Ra på ca, 92, når materialerne erstattes på lignende måde.

Claims (4)

141421 14 1» Lavtrykskviksølvdampudladningslampe, der omfatter en vakuumtæt,strålingstransparent kolbe, som indeholder en mængde kviksølv og en mængde sjældne gasarter og er udstyret med elektroder, mellem hvilke udladningen finder sted under driften, og med en luminescerende belægning omfattende tre materialer, hvoraf det første har et emissionsbånd med et maksimum i bølgelængdeområdet mellem 430 og 490 nm og en båndbredde ved det halve af den maksimale amplitude på mindre end 100 nm, og det andet materiale har et emissionsbånd i hovedsagen i bølgelængdeområdet mellem 520 og 565 nm, Qg det tredje materiale et emissionsbånd i hovedsagen i bølgelængdeområdet mellem 590 og 630 nm, kendetegnet ved, at det første luminesce-rende materiale er aktiveret af bivalent europium, at det andet luminescerende materiale er terbium-aktiveret og defineret ved den ene eller den anden af følgende formler: (a) Ce.. La Tb MgAl-.01Q 1-x-y x y a 11 19 (b) (Ce. La Tb )o0„.nAlo0. 1-x-y x y 2 3 23 hvor 0<x<G,S0 0,20Syso,5o X+y <0,90 10 < nSl2 og hvori op til et maksimum på 25% af aluminiumet kan være erstattet med gallium og/eller scandium, og hvori magnesiumet helt eller delvis kan være erstattet med zink og/eller beryllium, og at det tredje luminescerende materiale er et oxid af sjældne jordarter aktiveret med trivalent europium i henhold til formlen 3+ L^O^Eu , hvori Ln repræsenterer mindst et af elementerne yttrium, gadolinium eller lutetium.

2. Lampe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det andet luminesce-rende materiale defineres af formlen (a), og at 0<x 50,20 og 0,20Sy^-0,40.

3. Lampe ifølge krav 1 eller 2,kendetegnet ved, at det første luminescerende materiale udgøres af et aluminat af barium og/eller strontium aktiveret med bivalent europium eller med bivalent europium og bivalent mangan, hvilket aluminat har en hexagonal krystalstruktur magen til strukturen for hexagonale ferriter.

4. Lampe ifølge krav 3,kendetegnet ved, at det første luminesce-rende materiale er et ternært aluminat af barium og/eller strontium og af magnesium, hvori aluminiumets atomfraktion er større end 1,8 gange atomfraktionen for magnesium og er større end 3,7 gange atomfraktionen for barium og/eller strontium, og hvori op til et maksimum af 25 atomprocent af aluminium kan være erstattet med gallium og/eller scandium, medens magnesium helt eller delvis kan være erstattet