FI60087C - Gasurladdningslampa - Google Patents

Description

[Γ5«Τη ΓβΙ (111 kuulutusjulka.su ,λλοπ

Agee l»j <”) UTLACGNINOSSKIIIFT oUOÖ/ C(45) ' i; ** ' 1 's ^ (51) Kv.ik.3/Int.ci.3 H 01 J 61/46 SUOMI —FINLAND (21) Pst.nttlhik.mus — Pat*nUfU0knlng 751300 (22) Htkemispthrl — Ansflknlngsdag 30.0U.75 * (13) AlkupUvt— GthlghMsdkg 30.0U.75 (41) Tullut luikituksi — Blivlt offuntllg 07.11.75

Patentti· ja rekisterihallitus ......... .. .

_ ^ ^ . . _ (44) Nlhttvtkslpunon ja kuuLjulktlsun pvm. —

Patent- OCh registerstyrelsen Ans6k»n utlegd och utl.skrtftun pubUcenul 31.07.8l

(32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird priorltet 06.05.7U

Hollanti-Holland(NL) 7U06035 (71) N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, Hollanti-Holland(NL) (72) Willem Lambert us Wanmaker, Eindhoven, Lambertus Wilhelmus Johannes Manders, Eindhoven, Johannes Wilhelmus Ter Vrugt, Eindhoven,

Hollanti-Holland(NL) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Kaasupurkauslamppu - Gasurladdningslampa

Keksintö koskee kaasupurkauslamppua, jossa kaasussa tapahtuvan sähköpurkauksen säteilyenergia muunnetaan pitkäaaltoiseksi säteilyksi alustalle levitetyn rakeisen loisteaineen avulla. Keksintö koskee erityisesti kaasupurkauslamppua , joissa purkaus synnytetään pienpaineisessa tai suurpaineisessa elohopea-höyryssä. Edellisessä lampputyypiesä loisteaine asetetaan tavallisesti varsinaisen purkaustilan seinämän sisäpinnalle ja jälkimmäisessä lampputyypiesä se tavallisesti asetetaan varsinaista purkausputkea ympäröivälle kuvulle.

Illä mainitun tyyppisissä lampuissa pyritään suureen hyötysuhteeseen» ts. tarkoituksena on muuttaa mahdollisimman suuri osa lamppuun syötetystä sähköenergiasta halutuksi säteilyksi. Tämä hyötysuhde (ns. valotehokkuus) riippuu monista tekijöistä mukaan lukien loisteaineen koostumus ja määrä.

Koska loisteaine, varsinkin jos se käsittää kalliita aineita, esim. siksi että ne sisältävät arvokkaita alkuaineita, kuten harvinaisia maametalleja, muodostaa verraten suuren osan lampun hinnasta, toisena tarkoituksena en vähentää tarvittu loisteainemäärä minimiin. Useimmissa tapauksissa eivät nämä sanonut kaksi vaatimusta ole yksinkertaisesti yhteensovitettavissa ilman erikoistoimenpiteitä. Tästä syystä on ryhdytty erikoisiin toimenpiteisiin loisteaineen määrän vähentämiseksi hyötysuhdetta alentamatta. Esim. brittiläinen patenttikirja 2 60087 603 326 esittää, että loisteaineen määrää voidaan vähentää sijoittamalla erittäin voimakkaasti ultraviolettisäteilyä heijastavaa ainetta loisteaineen ja sen alustan väliin. Tämä heijastuskerros heijastaa ultraviolettisäteilyä, jota ei suoraan muunneta loistekerroksessa, tähän juuri mainittuun kerrokseen, jossa se sitten muunnetaan pitempiaaltoiseksi säteilyksi. Tämän johdosta voidaan vähentää loisteaineen määrää loisteaine kerroksessa, ts. tämän kerroksen paksuus voi olla pienempi,kuin jos ei käytettäisi heijastuskerrosta. On kylläkin totta, että tällöin tarvitaan lisäainetta, so. ullraviolettisäteilyä heijastavaa ainetta, ja että on levitettävä kaksi kerrosta, mutta siitä huolimatta on saavutettavissa eäästöä lampun kokonaiskustannuksissa, koska tämä ultraviolettisäteilyä heijastava kerros voi muodostua halvasta aineesta, esim. magnesiumok-sidistä.

Keksinnön mukaisessa kaasupurkauslampussa on kerros rakeista loisteainetta asetettu purkaustilaan päin kääntyneelle alustan pinnalle ja sille on tunnusomaista, että tämä kerros käsittää ainakin kaksi päällekkäistä komponettiker-rosta, jotka purkaustilaan päin kääntynyttä komponenttikerrosta lukuun ottamatta muodostavat loisteaineen ja valkoisen aineen seoksesta.joka valkoinen aine ei ole loisteainetta ja sillä on yli 240 nm aallonpituuksisen ultraviolettisäteilyn absorptio, joka on pienempi kuin 20 ia loisteaineen sen komponentin vastaavan säteilyn absorptiosta, jolla on pienin tämän säteilyn absorptio, jolloin valkoisen aineen määrän suhde loisteaineen määrään komponenttikerroksessa kasvaa tämän kerroksen etääntyessä purkauksesta.

Ero brittiläisessä patsmttikirjassa 603 326 kuvattuun kaasupurkauslamppuun nähden on, että purkaukseen päin kääntyneen loisteainekerroksen ja alustan väliin on asetettu ainakin yksi kerros, joka ei sisällä vain ainetta, joka voimakkaasti heijastaa ultraviolettisäteilyä, vaan sisältää tämän aineen ja loisteaineen seosta.

Laskemat ja kokeet ovat osoittaneet, että jos täytetään yllä mainittu vaatimus valkoisen aineen ultravioltettisäteilyn absorption suhteen, samalla kun lampun säteilyteho pidetään yhtä suurena tai joissakin tapauksissa sitä vielä suurennetaankin, niin lampun hintaa voidaan laskea enemmän kuin käytettäessä mainitun brittiläisen patenttikirjan mukaista työvaihetta tai toimenpidettä, koska tarvitaan vähemmän loisteainetta ja/tai ultraviolettisäteilyä heijastavaa ainetta. Tämä näytetään toteen jäljempänä esimerkkien ja piirustusten yhteydessä.

Valkoinen aine on sellaista ainetta, että se absorboi näkyvää valoa hyvin vähäisesti. Tämä ei ilmeisesti ole sama kuin ultraviolettisäteilyn pieni absorptio. Päinvastoin aineella* jolla on pieni ultraviolettisäteilyn absorptio, on ainakin yhtä pieni näkyvän säteilyn absorptio.

On tunnettua varustaa pienpaino-elohopealamput loistepinnalla (luminescent screen), joka käsittää loisteainetta, johon on sekoitettu lisäainetta, 5 60087 kuten piidioksidia tai alumiinioksidia. Jälkimmäiset aineet lisätään pienissä määrissä tarttuvuuden parantamiseksi.

Keksinnön mukaan valitaan valkoiseksi aineeksi mieluimmin sellainen, jonka aallonpituudeltaan yli 240 nm:n ultraviolettisäteilyn absorptio on pienempi kuin 10% sen loisteaineen vastaavan' säteilyn absorptiosta, jolla on pienin ko. säteilyn absorptio.

Keksinnön periaatteen käyttö on erityisen tärkeätä, kun purkaukseen päin kääntynyt loisteainekerros muuttaa 80-90 % suoraan purkauksen synnyttämästä ultraviolettisäteilystä. Tämä muutosprosentti, joka luonnollisesti halutaan suurisäteilytehoisen lampun toteuttamiseksi, on saavutettavissa käyttäen aineita, joilla on hyvin suuri ultraviolettisäteilyn absorptiof täten kerros voi olla ohut ja siksi halpa. Hyvin ohut kerros lähettää kuitenkin tietyn määrän ultraviolettisäteilyä, koska raerakenteen vuoksi ei ole mahdollista valmistaa täysin tiivistä kerrosta.

Jos purkauksen puoleisella kerroksella ei ole hyvin suurta ultraviolettisäteilyn absorptiota, sen on oltava paksumpi. Jotta tämä kerros kykenisi absorboimaan hyvin paljon ultraviolettisäteilyä, sen tulisi olla hyvin paksu. Tällainen paksu kerros tuottaa kovasti vaikeuksia tarttuvuuden suhteen ja siitä tulee ilmeisesti kallis. Tästä syyttä asetetaan käytännön rajat kerroksen paksuudelle ja tämän johdosta se lähettää kuitenkin tietyn määrän ultraviolettisäteilyä. Keksinnön mukaan muunnetaan purkaustilaan rajoittumattomassa kerroksessa tai kerroksissa osa lähetetystä ultraviolettisäteilystä halutuksi säteilyksi, samalla kun valkoinen aine heijastaa toisen osan takaisin purkausta kohti ja purkaustilaan päin kääntynyt kerros muuntaa tämän toisen osan ensimmäisen osan mukana halutuksi säteilyksi.

Koska halutuksi säteilyksi muunnettavissa olevan ultraviolettisäteilyn määrä pienenee välimatkan kasvaessa purkauksesta, valkoisen aineen määrän suhteen loisteaineen määrään täytyy suureta purkauksesta kauempana sijaitsevissa komponenttikerroksissa. Teoriassa tämän suhteen tulisi suureta jatkuvasti purkauksesta alustaan päin mentäessä. Tämä on kuitenkin käytännössä vaikeasti saavutettavissa ja siitä syystä käytetään komponenttikerroksia. Yleensä käytetäänkin vain kahta komponenttikerrosta, joista toinen sisältää ultraviolettisäteilyä heijastavaa valkoista ainetta,mutta toinen ei, sillä on tavanomaista muodostaa kaksi komponenttikerrosta loistelamppuja valmistettaessa.

Keksintö antaa maksimitehon, kun absorptio on purkaukseen päin kääntyneessä komponenttikerroksessa n. 90-99%· Jos absorptio ylittää 99%, niin seu- 4 60087 ra&van tai seuraavien komponenttikerrosten teho voi ilmeisesti olla vain hyvin vähäinen.

Komponenttikerroksissa olevan valkoisen aineen raekoko vaikuttaa ultraviolettisäteilyn heijastumiseen ja näiden kerrosten tarttumiseen. Valkoisen aineen keskiraekoko on edullisesti pienempi kuin loisteaineen keskiraekoko.

Keksintöä ei rajoiteta lamppuihin» jotka on tarkoitettu lähettämään eli emittoimaan näkyvää säteilyä. Se soveltuu myös lamppuihin, jotka lähettävät ultraviolettisäteilyä, jonka aallonpituus on suurempi kuin purkauksessa syntyneen ultraviolettisäteilyn. Esimerkkejä tällaisista lampuista ovat valkokemial-lisissa prosesseissa, kuten lakan koventtamisessa, painovärin kuivaamisessa ym. käytettävät lamput. Keksintöä voidaan luonnollisesti soveltaa myös kauneudenhoidossa käytettäviin lamppuihin.

Keksinnön erityisen tärkeä käyttöalue ovat pienpaine-elohopea(höyrypur-kaus)lamput, joissa kerrokset sijoitetaan purkaustilaa ympäröivän lasiseiaämän sisäpinnalle, mutta sitä voidaan käyttää myös suurpaineelohopealampuissa, joissa alusta on varsinaista purkausputkea ympäröivä kupu.

Valkoiset aineet, jotka ovat erityisen sopivia keksinnön periaatteen soveltamiseen, ovat hariumsulfaatti ja kalsiumpyrofosfaatti. Mutta hyviin tuloksiin voidaan myös päästä magnesiumoksidillä. Keskiraekoko on edullisesti 1-5 mikronia, koska tavallisimmin käytetyillä loisteaineilla on juuri tämä keski· raekoko.

Esimerkkejä sopivista loisteaineista ovat siniloisteinen, kaksivalenssi-sella europiumilla aktivoitu bariuminagnesiumaluminaatti (Ba_ 0Eut+,Mg_Al ,0„),

Ufl d lu d( viherloisteinen, kolmivalenssisella seriumilla ja terbiumilla aktivoitu mag-nesiumaluainaatti ja punaloisteinen, kolmivalenssisella europiumilla aktivoitu yttriumoksidi (^^EUq q^) · Näiden kolmen yhdisteen seoksen käyttö pienpaine-elohopealampusea mahdollistaa hyvin suuren valovirran ja korkealaatuisen värintoiston aikaansaamisen. Nämä aineet ovat kuitenkin hyvin kalliita, koska niissä on harvinaisia maametalleja. Keksintöä käyttäen voidaan vähentää näiden kalliiden aineiden kokonaismäärää loistekerroksisessa.

Purkaukseen päin kääntynyt komponenttikerros voi vaihtoehtoisesti sisältää huokeampia aineita, kuten kalsiumhalofosfaattoja, joilla on vähän pienempi ultraviolettisäteilyn absorptio. Kuten edellä mainittiin, tässäkin tapauksessa on edullista käyttää keksinnön periaatetta. On totta, että säästö on pienempi, mutta loisteaineen kokonaismäärää voidaan vielä enemmän vähentää. Ottamatta huomioon kustannussäästöä tämä vähennys voi olla edullinen valmistuksessa, sillä tartuntaongelmat suurenevat kerrospaksuuden lisääntyessä. Lisäksi voidaan aineiden raekokoa muutella laajemmissa rajoissa, koska purkauksen puoleisen kom- 5 60087 ponenttikerros voi olla ohuempi·

Keksinnön suoristusmuotoa selitetään nyt esimerkin avulla viitaten oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin* joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista 40 V pienpaine-elohopealamppua ja kuvio 2 on graafinen kaavio* jossa verrataan kuvion 1 mukaisten eri lamppujen valovirtoja.

Kuviossa 1 on viitenumerolla 1 merkitty n. 1 200 mmsn pituisen ja n.

58 mm:n halkaisijaisen purkauslampun seinämä. Tämän lampun purkaustilaan on järjestetty elektrodit 2 ja 5« Purkaus synnytetään elektrodien avulla purkaus-tilassa* joka on täytetty elohopeahöyryllä ja yhdellä tai useammilla jalokaa-suilla* kuten on tavallista tämän tyyppisissä lampuissa. Lampun seinämän 1 sisäpinta on päällystetty kahdella päällekkäisellä komponenttikerroksella 4 ja 5.

Kuten tiedetään* sopivilla jännitteillä saadaan yllä kuvatun lampun pur-kaustilassa syntymään purkaus* joka lähettää runsaasti ultraviolettisäteilyä* etenkin allonpituudella 254 nm. Tämä säteily virittää kerroksissa 4 ja 5 olevat loieteaineet. Näiden aineiden luonteesta riippuen kerrokset lähettävät haluttua spesifistä säteilyä* joka voi olla spektrin näkyvässä osassa ja/tai pitkä-aaltolsen ultraviolettisäteilyn osassa. Kerrokset 4 ja 5 sisältävät samaa loiste· ainetta tai loisteaineiden samaa seosta* mutta kerroksessa 4 on loisteaineeaeen sekoitettu ultraviolettisäteilyä heijastavaa valkoista ainetta* esim. barium-sulfaattia tai kalsiumpyrofosfaattia.

Kuvio 2 on graafinen kaavio* jonka abekissasea on kaksi esteikkoa.

Asteikko a osoittaa kerroksessa 4 olevan loisteaineen määrän ja asteikko b osoittaa kerrosten 4 ja 5 loisteaineen kokonaismäärän. Valovirta lumensissa on piirretty ordinaattaa pitkin.

Tunnetussa lampussa* joka oli varustettu yhdellä lolsteainekerroksella* joka oli mangaanilla ja antimonilla aktivoitua kalsiumhalofosfaattia* todettiin 6,5 e kerroksella saatavan n. 3 100 lm maksimivalovirta. Jos keksinnön mukaisesti loistekerros muodostetaan kahdesta komponenttikerroksesta (4 ja 5) kerroksen 5 sisältäessä 3 e loisteainetta ja kerroksen 4 sisältäessä muuttuvan määrän loisteainetta sekoitettuna bariumsulfaattiin tai kalsiumpyrofosfaattiin* jolla on sama raekoko (n. 4 mikronia)* niin saadaan kaaviossa esitetyt käyrät.

Lähellä jokaista käyrää on esitetty kerroksessa 4 olevan valkoisen aineen määrä y (grammoissa). Kuten nähdään, tämä määrä vaihtelee arvosta y - 0 arvoon y - 6. Arvo y - 0 esiintyy lampussa, jossa kerros 4 ei sisällä heijastavaa valkoieta ainetta. Nämä kaksi komponenttikerrosta 4 ja 5 muodostavat silloin yhden kerroksen· Käyrä osoittaa, että 5 100 lm valovirta saadaan n. 6*5 g·:11a. Muut käyrät osoittavat, että sama valovirta on saavutettavissa käyttäen huomattavasti vähemmän loisteainetta kerroksessa 4. Tästä ilmeisesti seuraa* että vaadittu loisteaineen kokonaismäärä* jota edustaa abskisaan asteikko b, vähenee. Kuvio 2 6 60087 osoittaa lisäksi, että suurempiakin valovirtoja voidaan saavuttaa käyttämällä ultraviolettisäteilyä heijastavaa valkoista ainetta (pigmenttiä). Niinpä keksintöä käyttäen voidaan pienemmillä loisteainemlärillä saada lamppuja, joilla on samat tai jopa suuremmat valovirrat.

Valkoisen pigmentin määrää ei voida lisätä rajattomasti, koska silloin tultaisiin niin paksuun kerrokseen 4, että siitä seuraisi kiinnittymisen osalta voittamattomia vaikeuksia.

Claims (8)

1. Kaasupurkaus lamppu, joka on varustettu rakeisella loisteainekerroksella, joka on sijoitettu purkaukseen päin kääntyneelle alustan pinnalle, tunnettu siitä, että kerros käsittää vähintään kaksi päällekkäistä komponenttikerrosta (4, 5) jotka purkaukseen päin kääntynyttä komponenttikerrosta (4) lukuun ostamatta muodostuvat loisteaineen ja valkoisen aineen seoksesta, joka valkoinen aine ei ole loisteainetta, ja sillä on aallonpituudeltaan yli 240 nm ultraviolettisäteilyn absorptio, joka on alle 20 % loisteaineen sen aineosan, vastaavan säteilyn absorptiota jolla on pienin ko. säteilyn absorptio, jolloin komponenttikerroksen (5) valkoisen aineen määrän suhde loisteaineen määrään suurenee tämän kerroksen etääntyessä purkauksesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasupurkaus lamppu, tunnettu siitä, että valkoisella aineella on aallonpituudeltaan yli 240 nm ultraviolettisäteilyn absorptio, joka on alle 10 % loisteaineen sen aineosan ko. säteilyn absorptiosta, jolla on pienin ko. säteilyn absorptio.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaasupurkaus lamppu, tunnettu siitä, että purkaukseen päin kääntyneelle loiste-ainekomponenttikerrokselie (4) tulevan ultraviolettisäteilyn muunnettu osa on 80-90 % loisteainekerroksen muuntaman ultraviolettisäteilyn kokonaismäärästä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kaasupurkaus lamppu, tunnettu siitä, että prosenttimäärä on 90-99 %.

5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen kaasupurkaus-lamppu, tunnettu siitä, että valkoisen ei-itseloistavan aineen keskiraekoko on pienempi kuin loisteaineen keskiraekoko.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen kaasupur-kauslamppu, tunnettu siitä, että valkoinen ei-itse loista-va aine on bariumsulfaattia.

7. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen kaasupurkaus lamppu, tunnettu siitä, että valkoinen ei-itseloista-va aine on kalsiumpyrofosfaattia.

7 60087

8. Patenttivaatimuksen 1,2, 3, 4, 5, 6 tai 7 mukainen pienpaine-elohopeahöyrypurkauslamppu, tunnettu siitä, että loisteainekerros koostuu kahdesta komponenttikerroksesta (4, 5) . 8 60087