FI72225C - Laogtryckskvicksilveraongurladdningslampa. - Google Patents

Description

9 0 9 9 5 I i~ C.

Matalapaineinen elohopeahöyrypurkauslamppu

Esillä oleva keksintö kohdistuu matalapaineiseen elohopeahöyrypurkauslamppuun, jolla on tyydyttävä värin-5 toisto, jonka emittoiman valkoisen valon värilämpötila on ainakin 2800 K ja jonka väripiste (xT, yT) sijaitsee Pianokin uralla tai lähellä sitä, jossa on kaasutiivis säteilyä läpäisevä säiliö, joka sisältää elohopeaa ja jalokaasua, ja joka on varustettu luminoivalla kerrok-10 sella, joka sisältää luminoivaa halogeenifosfaattia.

Ilmaisun "tyydyttävä värintoisto" on ymmärrettävä tarkoittavan esillä olevassa selostuksessa ja mukana seu-raavissa patenttivaatimuksissa sitä, että keskimääräinen värintoistoindeksi (average colour rendering index) Ra 15 (kahdeksan testivärin toistoindeksien keskimääräinen arvo, kuten "Commission Internationale d'Eclairage" on määrittänyt; julkaisu CIE nro 13.2 (TC-3.2), 1974) on ainakin 80.

Näkyvän säteilyn väriä luonnehditaan värikoordi-naateilla (x, y), jotka määräävät väripisteen värikolmios-20 sa (vertaa julkaisu CIE nro 15 (E-l-3-1), 1971). Yleisiin valaisutarkoituksiin tarkoitettujen lamppujen tulisi emittoida valoa, jota voidaan pitää "valkoisena". Valkoinen säteily löytyy värikolmiossa väripisteissä, jotka sijaitsevat Pianokin uralla. Tämä käyrä, jota viitataan 25 myös mustien säteilijöiden käyränä ja jota tästä eteenpäin merkitään käyränä P, käsittää täysin mustan kappaleen säteilemän säteilyn väripisteet eri lämpötiloissa (niin kutsuttu värilämpötila). Kun valkoisen säteilyn värilämpötila kasvaa, on väripisteen x-koordinaatilla, ja noin 30 2500 K:n värilämpötilasta lähtien myös y-koordinaatilla, pienempi arvo. Tiettyä värilämpötilaa ei määritellä vain tietylle pisteelle käyrällä P vaan myös säteilylle, jonka värikoordinaatit sijaitsevat viivalla, joka leikkaa käyrän P tässä pisteessä (katso mainittua julkaisua CIE nro 15). 35 Jos tällä säteilyllä on väripiste lähellä käyrää P, pide- 2 72225 tään tätä säteilyä myös valkoisena valona, jolla on tämä tietty värilämpötila. Esillä olevassa selostuksessa ja mukana seuraavissa patenttivaatimuksissa ilmaisun "väri-piste lähellä käyrää P” tulee ymmärtää tarkoittavan, 5 että etäisyys väripisteestä pisteeseen käyrällä P, jolla on sama värilämpötila, on enintään 20 MPCD. MPCD ("minimum Perceptible Colour Difference", pienin havaittavissa oleva väriero) on värieron yksikkö; katso J.J. Rennilson, julkaisu "Optical Spectra", lokakuu 1980, sivu 63.

10 Suuri osa matalapaineisten elohopeahöyrypurkauslamp pujen suoritusmuodoista, jotka ovat olleet tunnettuja kymmeniä vuosia ja ovat silti paljolti käytössä, sisältää luminoivaa ainetta Sb^+:n ja Mn^+:n aktivoimista maa-al-kalimetallien halogeenifosfaattien ryhmästä. Näillä lam-15 puilla on se etu, että ne ovat halpoja ja että ne emittoivat tyydyttävän suuren valovirran. Suuri haitta näillä lampuilla on kuitenkin se, että niiden värintoisto jättää paljon toivomisen varaa. Yleensä niiden Ra-arvot ovat luokkaa 50...60 ja vain lampuilla, joilla on korkea väri-20 lämpötila (esimerkiksi 5000 K) on Ra:n arvoksi saatu noin 75, jota ei vielä voida pitää tyydyttävänä värintoistona.

Kauan aikaa on tunnettu lamppuja, joilla on tyydyttävä tai hyvin tyydyttävä värintoisto ja jotka on varustettu erityisillä luminoivilla aineilla. Nämä lamput si-25 sältävät tina-aktivoitua punaista luminoivaa strontium-ortofosfaattiin perustuvaa ainetta, tavallisesti yhdessä Sb^+:lla aktivoidun sinistä emittoivan halogeenifosfaatin kanssa, erityisesti strontiumhalogeenifosfaatin kanssa. Mainittu strontiumortofosfaatti luminoi hyvin laajalla 30 kaistalla, joka ulottuu syvään punaiseen. Näillä tunnetuilla lampuilla on haittapuolia, jotka liittyvät mainittujen strontiumia sisältävien luminoivien materiaalien käyttöön, kuten suhteellisen pieni valovirta ja valovirran huono ylläpidettävyys lampun eliniän aikana. On huomattu, että 35 jälkimmäinen haittapuoli tekee näiden materiaalien käytön käytännössä lähes mahdottomaksi elohopean purkauksen emit- 3 7 O o 9 ς / Z.

toiman säteilyn aiheuttamalla suurella kuormituksella.

Tosin voidaan saavuttaa suuria valovirtoja ja tyydyttävä värintoisto lampuilla, jotka sisältävät kolmea luminoivaa ainetta, jotka emittoivat kolmella suhteelli-5 sen kapealla kaistalla (vertaa hollantilainen patenttijulkaisu 164697 (PHN 7137)). Vaikka näillä, lampuilla on suuri Ra-arvo, toistuvat tietyt värit vähemmän tyydyttävästi johtuen punaisen säteilyn puutteesta yli 620 nm:n suuruisilla aallonpituuksilla. Tämä tulee esille erityi-10 sesti R9:n pienessä arvossa (toistoindeksi syvän punaiselle testivärille nro 9).

Jos halutaan saavuttaa suuri R9:n arvo, on tietty määrä punaista 620 nm:n yläpuolella välttämätöntä matala-paineisen elohopeahöyrypurkauslampun emittoiman säteilyn 15 spektrissä. Näin on asian laita myös emittoidun säteilyn korkeammilla värilämpötilan arvoilla, vaikkakin vaadittava punaisen määrä on suurempi värilämpötilan ollessa matalampi. Muun muassa tästä syystä mainittua tina-aktivoitua strontiumortofosfaattia käytetään edellä mainituissa lam-20 puissa, joilla on tyydyttävä tai erittäin tyydyttävä värintoisto. Tällä aineella on emissiomaksimi suunnilleen 625 nm:n kohdalla ja emissiokaistan puoliarvonleveys on noin 150 nm niin, että spektri on täytetty tyydyttävästi myös syvässä punaisessa.

25 Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada matalapaineinen elohopeahöyrypurkauslamppu, jolla on tyydyttävä värintoisto ja jolla erityisesti R9:n arvo on ainakin 60, ja jolla ei ole tunnettujen lamppujen mainittuja haittapuolia.

30 Siten keksinnön mukaisesti johdannossa mainitun tyyppinen matalapaineinen elohopeahöyrypurkauslamppu on tunnettu siitä, että luminoiva kerros sisältää (a) luminoivan harvinaisen maametallin metaboraatin, joka on aktivoitu kolmiarvoisella seriumilla ja kaksiarvoisella 35 mangaanilla ja jolla on monokliininen kiderakenne, jonka moots 4 / t~ <- <- perushila vastaa kaavaa Ln (Mg, Zn, Cd) Β,-Ο.^, missä Ln edustaa ainakin yhtä alkuaineista yttrium, lantaani ja gadolinium ja jossa B voidaan aina 20 mooli-%:iin saakka korvata Al:lla ja/tai Ga:lla, jossa metaboraatissa esiintyy .. 2+ . .

5 punainen Mn -emissio, (b) luminoivan aineen, joka on aktivoitu kolmiarvoi-sella terbiumilla ja jossa esiintyy vihreä Tb^+-emissio, ja (c) ainakin yhden luminoivan halogeenifosfaatin ryhmästä, 10 joka käsittää kalsiumhalogeenifosfaatteja, jotka on aktivoitu kolmiarvoisella antimonilla ja kaksiarvoisella mangaanilla, ja jotka emittoivat valkoista valoa, jonka emittoidun säteilyn värilämpötila on ainakin 2900 K, ja sinistä luminoivia kalsiumhalogeenifosfaatteja, jotka 15 on aktivoinut kolmiarvoinen antimoni.

Kokeet, jotka ovat johtaneet esillä olevaan keksintöön, ovat yllättäen osoittaneet, että suuri R9:n arvo voidaan saavuttaa myös emissiolla, jolla on huomattavasti kapeampi kaista kuin tunnetulla luminoivalla strontium-20 ortofosfaatilla, mutta jonka emission maksimi sijaitsee oleellisesti samalla paikalla. On havaittu, että Ce"5 :n 2 + ja Mn :n aktivoimien harvinaisten maametallien metaboraat-tien emissio on erityisen sopiva tähän tarkoitukseen.

Nämä metaboraatit ovat sinänsä tunnettuja ja niitä on edel-25 leen esitetty hollantilaisissa patenttihakemuksissa nro 7905680 (PHN 9544) ja 8100346 (PHN 9942). Niillä on perushila, jolla on monokliininen kiderakenne kaavan Ln(Mg,Zn, Cd)B^O^Q mukaisesti. Ln on tässä ainakin yksi alkuaineista Y, La ja Gd. Boraatissa B:stä voidaan aina 20 mooli-%: 30 iin saakka korvata Ai :11a ja/tai Ga:lla, mikä, kuten alkuaineiden Mg, Zn ja/tai Cd valinta, tuskin huomattavasti vaikuttaa luminoiviin ominaisuuksiin. Ce-aktivaattori asetetaan Ln-sijaan (ja se miehittää vieläpä kaikki Ln-sijat) ja se absorboi virittävän säteilyenergian (pääasiassa 254 35 nm matalapaineisessa elohopeahöyrypurkauslampussa) ja siir-

II

, 72225 b tää sen Mn-aktivaattorille, joka on sijoitettu Mg-(ja/tai Zn- ja/tai Cd-) sijaan. Näillä boraateilla esiintyy hyvin tehokas emissio, joka syntyy Mn^+:lta kaistalla, jolla on maksimi noin 630 nm:n kohdalla ja 5 jonka puoliarvon leveys on noin 80 nm.

Suurena etuna näiden metaboraattien käyttämisellä lampussa keksinnön mukaisesti on muun maussa se, että johtuen suhteellisen pienestä säteilyenergian määrästä spektrin syvän punaisessa osassa voidaan saavuttaa suu-10 ria valovirtoja. On edelleen havaittu, että näillä meta-boraateilla on hyvin edullinen lamppukäyttäytyminen. Tämä tarkoittaa, että ne säilyttävät edulliset luminointiomi-naisuutensa lamppuun sijoitettuna ja että niillä esiintyy vain pieni valovirran aleneminen lampun eliniän aikana.

15 Tämä pätee myös suhteellisen suurella säteilykuormalla, esimerkiksi lampussa, jolla on pieni halkaisija, esimerkiksi 24 mm. Tulee huomata, että tunnetun luminoivan stron-tiumortofosfaatin käyttö rajoittuu käytännössä lamppuihin, joilla on suuri halkaisija (36 mm) valovirran suuresta 20 alenemisesta johtuen, erityisesti raskaalla kuormalla.

Esillä oleva keksintö perustuu edelleen sen tosiasian havaitsemiseen, että näillä metaboraateilla ei saavuteta vain suuria R9:n arvoja, vaan että tyydyttävä yleinen värintoisto (Ra on ainakin 80) on myös mahdollinen, 25 jos lampun luminoivassa kerroksessa metaboraatti (aine a) yhdistetään toisen ja kolmannen luminoivan aineen (aineet b ja c, vastaavasti) kanssa. Aineen b tulisi olla vihreätä luminoivaa ainetta, jonka aktivoi kolmiarvoinen terbium, kun taas aineen c tulisi olla ainakin luminoiva halogeeni- 30 fosfaatti kalsiumhalogeenifosfaattien ryhmästä, jotka emit- 3+ 2 + toivat valkoista valoa ja jotka aktivoi Sb ja Mn ja jonka värilämpötila on ainakin 2900 K, ja sinistä luminoi- via kalsiumhalogeenifosfaatteja, jotka aktivoi Sb^+. Yh- 2 + distämällä sopivat määrät metaboraatin punaista Mn -emis-35 siota ja vihreätä Th^+-emissiota (aineet a ja b) aikaan- c 72225 saadaan lamppu, jonka säteilyllä on hyvin alhainen värilämpötila (noin 2850 K käyrällä P olevassa veripisteessä). Kyseisellä lampulla Ra-arvo on 80 ja R9:n arvo on myös noin 80. Ei voitu odottaa, että lisäämällä luminoiva kal-5 siumhalogeenifosfaatti (ryhmä c) kyseiseen yhdistelmään saadaan lamppuja, joilla on mikä tahansa värilämpötila, jota käytetään tavallisissa valaisutarkoituksissa alkaen 2800 K:sta, että suuri Ra:n arvo 80 voidaan ylläpitää tai vieläpä huomattavasti ylittää ja että R9:n hyvin suu-10 ri arvo laskee vain hieman (ollen ainakin 60) tai kyetään vieläpä pitämään ennallaan. Tosiasiassa, kun näitä halo-geenifosfaatteja käytettiin yksinään lampuissa saatiin Ra:lie arvoja 50:stä korkeintaan noin 75:een ja R9:lle voitiin saada jopa negatiivisia arvoja (esimerkiksi -40... 15 -HO).

Tb^+:n aktivoimien luminoivien aineiden käytöllä on se etu, että kyseisen tyyppiset vihreätä luminoivat aineet ovat yleensä hyvin tehokkaita ja ovat voimakkaasti osallisena lampun emittoimassa valovirrassa. Mate-20 riaalina b voidaan edullisesti käyttää esimerkiksi Tb:n aktivoimaa tunnettua seriummagnesiumaluminaattia (katso hollantilainen patenttijulkaisu nro 160 869 (PHN 6604)) tai seriumaluminaatteja (katso hollantilainen patenttihakemus nro 7216765 (PHN 6654)), joilla aluminaateilla 25 on saman tyyppinen heksagonaalinen kiderakenne kuin magne-toplumbiiteilla. Hyvin sopiva on myös Ce- ja Tb-aktivoitu metaboraatti, jonka perushila on samanlainen kuin niillä metaboraateilla, joilla esiintyy punainen Mn +-emissio (aine a). Näissä tunnetuissa boraateissa (katso edellä mai-30 nitut hollantilaiset patenttihakemukset nro 7905680 ja 8100346) Ce ja Tb ovat sijoitetut Ln-sijaan ja serium absorboi virityssäteilyn ja siirtää sen terbium-akti-vaattorille. Kaikilla mainituilla Tb-aktivoiduilla aineilla on se etu, että niillä on hyvin edullinen lamppu-35 käyttäytyminen ja erityisesti niillä on niiden suuren valo- *7909 i:; 7 . i.. , . - virran korkea säilyvyys lamppujen toiminnan aikana. LUminoivien kalsiumhalogeenifosfaattien käyttöön (materiaalina c) liittyvänä etuna on se, että myös niillä on edullinen lamppukäyttäytyminen. Erityisesti ne pystyvät 5 paremmin ylläpitämään valovirran suurena lampun eliniän ajan, varsinkin kuormituksen ollessa suuri, kuin esimerkiksi luminoivat strontiumhalogeenifosfaatit ja stron-tiumortofosfaatit. Kalsiumhalogeenifosfaattien etuna on lisäksi se, että niillä voidaan saavuttaa mikä tahansa 10 haluttu emittoidun säteilyn värilämpötila (lähtien noin 2900 K:sta), esimerkiksi käyttämällä kahden eri värilämpötilan omaavan halogeeni fosfaatin sekoituksia. Siten lamppujen optimointi esillä olevan keksinnön mukaisesti on hyvin helposti aikaansaatavissa, mitä selostetaan seuraa-15 vassa tarkemmin.

Keksinnön mukaisen lampun edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että luminoiva metaboraatti a aktivoidaan lisäksi kolmiarvoisella terbiumil.1 a, metaboraatin a ollessa samanaikaisesti aine b ja vastaten kaavaa 20 (Y,La,Gd). Ce Tb (Mg,Zn,CdK Mn B,0,n, 1-x-y x y ' 1—p p 5 10 missä 0,01 £ x ^1-y 0,01 4 y 4 0,75 25 0,01 p ^ 0,30 ja missä B voidaan korvata 20 mooli-%:iin asti AI :11a ja/tai Garlla. Tällä on se huomattava etu, että yksi luminoiva aine syöttää sekä punaisen Mn^+- että vihreän 30 Tb^+-emission. Siten valmistus on luonnollisesti huomattavasti yksinkertaisempaa, koska kolmen sijasta tarvitaan vain kahta luminoivaa ainetta. Homogeeniset luminoivat kerrokset voidaan esimerkiksi muodostaa helpommin, koska seos-ongelmia esiintyy huomattavasti pienemmässä mää-35 rässä. Näissä lampuissa haluttu suhteellinen punainen π O O O C.

8 / Z ZiJ

Mn^+-määräosa ja vihreä Tb^+-määräosa voidaan sovittaa muuttamalla metaboraatissa Mn:n ja Tb:n konsentraatioi-ta. On selvää, että mainittujen suhteellisten määräosien suuruus riippuu lampun halutusta väripisteestä ja käy-5 tetystä kalsiumhalogeenifosfaatista. Nyt on mahdollista helposti valmistaa ja optimoida yksittäinen luminoiva me-taboraatti, jonka Mn^+-emission ja Tb'i+-emission välisellä suhteella on haluttua keskimääräistä arvoa lähellä oleva arvo, ja suorittaa tarvittaessa korjaus tiettyä lam-10 pun käyttösovellutusta silmälläpitäen (riippuen halutusta väripisteestä tai värilämpötilasta ja käytetystä kalsiumhalogeenifosfaatista) käyttäen joko pientä määrää Ce- ja Μη-aktivoitua metaboraattia tai pientä määrää Tb-aktivoitua luminoivaa ainetta (esimerkiksi Tb-aktivoitua 15 seriummagnesiumaluminaattia ja Ce- ja Tb-aktivoitua metaboraattia) .

Edullisella keksinnön mukaisella lampulla on emittoidun säteilyn väripiste (xT,yT) ja värilämpötila T, missä 2800 K T ^ 7500 K, ja se on tunnettu siitä, että 20 kalsiumhalogeenifosfaatilla on emittoidun säteilyn väri-piste missä 0,210 ^ xH «ξ.0,440 ja että yhdistel mä χ^,Τ sijaitsee kuvan 2 kuvion alueella, joka on osoitettu kuusikulmiolla ABCDEF, ja että aineiden a ja b yhdessä emittoiman säteilyn väripiste sijaitsee värikolmios-25 sa (xH,yH):n ja (x^,y^):n yhdysviivalla.

Tämän selventämiseksi viitataan nyt piirustusten kuvaan 1. Tässä kuvassa esitetään osa värikolmiosta (x,y)-värikoordinaattitasossa. Väripisteen x-koordinaatti on merkitty abskissalle ja y-koordinaatti on merkitty ordi-30 naatalle. Värikolmion itsensä sivusta, jolla monokromaattisen säteilyn väripisteet sijaitsevat, vain M:llä merkitty osa on näkyvissä kuvassa 1. Kuva 1 esittää värilämpötiloja noin alueella 2500...9000 K ja Pianokin ura on merkitty P:llä. Pilkkuviivalliset käyrät, jotka on merkit-35 ty merkinnöillä +20 MPCD ja -20 MPCD, käsittävät säteilyn Q 7 9 9 9 5 ne väripisteet, jotka sijaitsevat etäisyyden 20 MPCD päässä käyrän P ylä- tai alapuolella, vastaavasti. Väripisteet, joilla on vakio värilämpötila, sijaitsevat viivoilla, jotka leikkaavat käyrän P. Useita näitä 5 viivoja on piirretty ja merkitty niihin liittyvillä värilämpötiloilla 2500 K, 3000 K, ..... 8000 K. Edelleen, kuvassa 1 numerot ja kirjaimet merkitsevät useiden lamppujen ja luminoivien aineiden väripisteitä. Esillä olevassa selityksessä ja mukana seuraavissa patenttivaati-10 muksissa luminoivan aineen väripisteellä tulee ymmärtää tarkoitettavan matalapaineisen elohopeanöyrypurkaus-lampun väripistettä, jonka lampun pituus on noin 120 cm ja halkaisija noin 24 mm ja joka toimii 36 W:n gehonkulu-tuksella, joka lamppu on varustettu luminoivalla kerrok-15 sella, joka käsittää vain mainitun luminoivan aineen, kerroksen paksuuden ollessa valittu niin, että se omaa optimiarvon valovirran suhteen. Siksi luminoivien aineiden väripisteiden yhteydessä otetaan matalapaineisen elohopeahöyrypurkauslampun itsensä emittoiman näkyvän 20 säteilyn vaikutus muuttumattomana huomioon. Tulee huomata, että luminoivan aineen tehokkuuden suuruus vaikuttaa vielä hieman väripisteen sijaintiin. Luminoivien aineiden käyttö muissa matalapaineisissa elohopeahöyry-purkauslampuissa kuin mainitussa 36 W:in tyyppisessä lam-25 pussa aiheuttaa yleensä vain hyvin pienen väripisteiden siirtymän tässä esitettyihin nähden. Kuvassa 1 merkitsee a punaista luminoivan Ce- ja Mn-aktivoidun metaboraa-tin väripistettä, jonka värikoordinaatit ovat (x,y) = (0,546: 0,301). b merkitsee vihreätä luminoivan Tb-30 aktivoidun aineen väripistettä.

Aineiden a ja b avulla voidaan saavuttaa kaikki a:n ja b:n yhdysviivalla L olevat väripisteet. Viivalla L sijaitsevan väripisteen paikka lampuissa, jotka on varustettu vain aineilla a ja b, on muuttumattomasti mää-35 rätty aineiden a ja b suhteellisilla määräosuuksilla

'7 9 9 9 S

10 , - - - lampun emittoimaan säteilyyn nähden. Lampun väripisteen etäisyys pisteestä b jaettuna pisteiden a ja b välisellä etäisyydellä on verrannollinen aineen a suhteelliseen määräosuuteen ja aineen a syöttämään suhteelliseen valo-5 virtaan (lm/W), jos se on lampussa ainoana luminoivana aineena, ja on edelleen kääntäen verrannollinen aineen a väripisteen y-koordinaattiin. Analoginen suhde pätee väripisteen etäisyydelle pisteestä a. Käytettäessä annettuja aineita a ja b, joiden suhteellinen valovirta ja 10 y-koordinaatti ovat vastaavasti määrätyt, vain suhteelliset määräosuudet määräävät lampun väripisteen. Näille aineille a ja b ovat silloin vaadittavat suhteelliset määräosuudet tunnettu jos halutaan tietty lampun väripiste.

Nämä määräosuudet ovat ensisijaisesti mitta käytettävien 15 aineiden a ja b määrille. Määrättäessä näitä määriä, tulee aineiden a ja b virityssäteilyn määrällinen tehokkuus ja absorbtio ja edelleen sellaiset tekijät kuin esimerkiksi käytettyjen aineiden hiukkaskoko, ottaa huomioon. Jos käytetään luminoivia kerroksia, jotka eivät muodosta ai-20 neiden a ja b homogeenisia seoksia, erityisesti jos aineet ovat erillisissä rinnakkaisissa kerroksissa, voi suuria eroja luonnollisesti esiintyä aineiden a ja b virityssäteilyn absorbtioissa. Tuloksena on, että määräosuuksien ollessa samoja voivat aineiden a ja b suhteelliset 25 määrät erota suuresti verrattuna tilanteeseen, jossa käytetään homogeenisia seoksia. On yleensä hyvä tarkistaa muutamilla testilampuilla, onko halutut suhteelliset määräosuudet saavutettu valituilla luminoivien aineiden määrillä.

30 Kuvan 1 kuviossa väripisteet on edelleen merkitty useille kalsiumhalogeenifosfaateille, jotka emittoivat valkoista valoa ja joilla on eri värilämpötiloja (pisteet 7, 8, 9 ja 15) ja sinistä luminoivalle Sb-aktivoidulle kalsiumhalogeenifosfaatille (piste 19). Halogeenifosfaa-35 tin värilämpötila (ja väripiste) määräytyy (määräytyvät)

II

n O 9 9 5 il tunnetusti muun muassa suhteesta Sb:Mn. Muut kuin tässä osoitetut värilämpötilat voidaan saavuttaa muuttamalla mainittua suhdetta. On kuitenkin myös mahdollista saavuttaa muita värilämpötiloja käyttämällä halogeenifos-5 faattien seoksia. Siten 01, 02, 03 ja 04 kuvassa 1 osoittavat aineiden 15 ja 9 seoksien väripisteitä, kun taas 05, 06, 07 ja 08 osoittavat aineiden 15 ja 19 seoksien väripisteitä. Seuraava taulukko 1 osoittaa mainittujen halogeenifosfaattien värilämpötilat. Seoksille on lisäk-10 si esitetty aineen 15 suhteellinen määräosuus.

Taulukko 1 ; i x y T(k) Suhteellinen osuus 15 15 7 o Λ37 0, 397 709 5 S, 01399 0, 380 3505 9 : O,308 0,373 9 335 15 . 0,317 O, 332 6505 19 0,216 0,273 >20000 20 01 0,357 0,365 969o 0,202 02 0,396 0,357 5000 o,9o9 03 0, 339 0,399 5920 0,60 9 o9 0,323 o,391 5900 o,S02 05 0,293 0,321 7800 0,803 25 06 0,279 0,309 9650 0,605 07 0.255 0,297 12500 0,905 08 0,236 0,285 18200 0,209 30 Kuva 1 esittää esimerkin vuoksi muutamien keksin nön mukaisten lamppujen väripisteitä. Lampulla, joka on merkitty merkinnällä u, on värilämpötila 4000 K ja väri-piste on noin 10 MPCD:n etäisyydellä käyrän P alapuolella. Tällä lampulla on luminoiva kerros, joka koostuu ainei-35 den a, b ja c seoksesta. Tässä tapauksessa aine a on Ce- 12 72225 ja Μη-aktivoitu harvinaisen maametallin metaboraatti (väripiste x = 0,546 ja y = 0,301), aine b on Ce- ja Tb-aktivoitu harvinaisen maametallin metaboraatti (väri-piste on x = 0,324 ja y = 0,535) ja aine c on kalsium-5 halogeenifosfaatti 15 (T = 6505 K). Väripiste u voidaan saavuttaa, kuten ilmenee kuvasta 1, jos a:n ja b:n suhteelliset määräosuudet on valittu niin, että a:n ja b:n yhdessä emittoiman säteilyn väripiste (piste u') sijaitsee käytetyn halogeenifosfaatin (15) väripisteen ja pis-10 teen u yhdysviivalla. Aineiden a, b ja 15 suhteelliset määräosuudet tässä lampussa ovat 0,390, 0,185 ja 0,425 vastaavasti. Lamppu saa aikaan suhteellisen valotiheyden arvoltaan 69 lm/W ja sen Ra-arvo on 87 ja R9:n arvo on 84.

Lampun, joka on merkitty merkinnällä v, värilämpö-15 tila on 3200 K (käyrällä P) ja se käsittää samojen aineiden a ja b seoksen kuin edellisessä esimerkissä sekä lisäksi halogeeni fosfaatin 9 (T = 4335 K). Aineiden a ja b suhteelliset määräosuudet ovat 0,527 ja 0,265, minkä tuloksena piste ν' saavutetaan. Aineen 9 suhteellinen mää-20 räosuus on 0,208. Tämä piste ν’ sijaitsee pisteiden 9 ja v yhdysviivalla. Tämä lamppu aikaansaa suhteellisen valo-virran 73 lm/W ja sen Ra-arvo on 82 ja R9:n arvo on 82. Väripisteen v omaava lamppu voidaan myös saavuttaa, esimerkiksi kuten on osoitettu kuvassa 1 halogeenifosfaatin 25 02 kanssa. Tässä tapauksessa tulee aineiden a ja b suh teellisiksi määräosuuksiksi valita vastaavasti 0,561 ja 0,287, minkä tuloksena saavutetaan piste v". Aineen 02 määräosuus on tällöin 0,152. Tässä tapauksessa lamppu antaa 71 lm/W ja Ra = 82 ja R9 = 97. Kuva 1 esittää esimer-30 kin vuoksi värilämpötilan 6500 K (käyrällä P9) omaavan lampun väripisteen w. Lamppu käsittää aineiden a, b ja 07 seoksen suhteellisten määräosuuksien ollessa vastaavasti 0,273, 0,100 ja 0,628, ja aikaansaa 63 lm/W sekä Ra = 91 ja R9 = 95.

35 Esillä olevan keksinnön mukaisen lampun edellä mai-

9 9 9 9 S

13 ' *- z ° nitussa edullisessa suoritusmuodossa, joka omaa väripis-teen (xT,yT) ja värilämpötilan T (2800 K-^Lt ^.7500 K), käytettiin kalsiumhalogeenifosfaattia, joka omaa väri-pisteen (χΗ»ΥΗ) ja jossa yhdistelmä x^T sijaitsee kuvan 5 2 kuvion kuusikulmion ABCDEF alueella. Kuten edellä on esitetty, aineiden a ja b yhdessä emittoiman säteilyn väripisteen tulee sijaita väripisteiden (χ^'ja (χι/^ι^ yhdysviivalla, jotta kyettäisiin saavuttamaan lampun väri-piste (x_,yT). Kuvan 2 kuviossa xu on merkitty abskissalle. 10 Keksinnön mukaisen lampun värilämpötila T (kelvineissä) on merkitty ordinaatan vasemmalle puolelle, x-koordinaat-ta on merkitty ordinaatan oikealle puolelle, voidaan huomata, että annetut x-arvot vastaavat niihin liittyviä T-arvoja vain väripisteissä (XL/YL) käyrällä P. Kuvasta 15 2 ilmenee, mitä halogeenifosfaatteja tulee edullisesti käyttää keksinnön mukaisesti, jos pitää valmistaa lamppu, jolla on haluttu värilämpötila T. Etsittävä alue ABCDEF määräytyy seuraavista (xH;T) arvoista: A = (0,210; 2800) B = (0,210; 7500) C = (0,285; 7500) 20 D = (0,330; 3875) E = (0,440; 2950) F = (0,440; 2800)

Alue ABCDEF käsittää mahdolliset yhdistelmät x0;T lampuille, Π joiden väripiste sijaitsee lähellä käyrää P. Jos nämä yhdistelmät rajoittuvat itse käyrällä P oleviin väripistei-siin (xT,yT), on erityisesti se osa, joka ei ulotu alueen 25 ABCDEF harmaaseen hyväksyttävissä. Harmaa alue SFrssä on paremmin sopiva niille keksinnön mukaisille lampuilla, joiden väripiste sijaitsee suhteellisen kaukana käyrän P alapuolella (aina etäisyydelle -20 MPCD saakka). Sopivia yhdistelmiä näitä lamppuja varten löytyy myös CD:ssä ole-30 vasta harmaasta osasta. Sellaisille lampuille, joiden väri-piste on käyrän P alapuolella, erityisesti harmaalla alueella kulmassa B, ei kuitenkaan löydy mitään sopivaa xH,T yhdistelmää. Edelleen, keksinnön mukaisia lamppuja, joiden väripiste on etäisyydellä noin -20 MPCD, ei voida saavut-35 taa halogeenifosfaateilla, joilla xH on suurempi kuin noin ,, 72225 14 0,375. Harmaa alue AF:ssä on vähemmän sopiva lampuille, joiden väripiste on käyrän P yläpuolella, ja vielä vähemmän sopiva suhteellisen suurilla poikkeamilla (aina arvoon + 2 0 MPCD saakka). Etäisyydellä +20 MPCD ei ole olemassa 5 mitään sopivaa yhdistelmää lampuille, joiden värilämpötila on alle noin 3500 K. Harmaata aluetta B:ssä voidaan päinvastoin sopivasti käyttää lampuille, joiden väripiste on käyrän P yläpuolella, erityisesti väripisteen ollessa suhteellisen kaukana käyrän P yläpuolella (aina etäisyydelle 10 +20 MPCD saakka). On havaittu että harmaa alue DE:ssä voi olla sopiva käytettäväksi lampuissa, joilla on pieni väri-pisteen poikkeama käyrän P yläpuolella (aina etäisyydelle noin +10 MPCD saakka).

Suurelle määrälle keksinnön mukaisia lamppuja yh-15 distelmä χ^,Τ on osoitettu kuvan 2 kuviossa pisteellä alueella, joka ei ulotu kuusikulmion ABCDEF harmaaseen alueeseen. Kussakin pisteessä numero ilmaisee saavutettavissa olevan R9:n arvon näissä lampuissa siinä tapauksessa, että näiden lamppujen väripisteet (x^,y^) sijaitsevat kaik-20 ki käyrällä P. Tulee huomata että kaikille esitetyille xfl,T yhdistelmille Ra-arvo on ainakin 80. Näissä lampuissa käytetyt kalsiumhalogeenifosfaatit ovat samoja kuin ne, joiden väripiste on merkitty kuvassa 1. Jos nyt pitää valmistaa keksinnön mukaisesti lamppu, jolla on tietty väri-25 lämpötila T, voidaan kuvasta 2 lukea, mitkä vaihtoehdot useista halogeenifosfaateista ovat mahdollisia. Kun kyseinen lamppu on optimoitu, on mahdollisesti saavutettu R9:n arvo luonnollisesti tärkeä. On kuitenkin olemassa myös muita huomioon otettavia seikkoja, joilla on merkitystä, 30 kuten käytettävien luminoivien aineiden kustannukset, haluttu lampun suhteellinen valovirta ja vastaavia. Tietylle arvolle T lamppu käsittää suhteellisesti suuremman määrän kalsiumhalogeenifosfaatteja, koska arvo xu valitaan Π suuremmaksi, koska se on tavallisesti halvempaa ja sillä 35 on hieman suurempi suhteellinen valovirta. Kuitenkin liian suuri Xjjin arvo vaatii kustannuksenaan pienemmän R9:n arvon.

9 9 9 9 5 1 cL.

15

On havaittu että optimoidut lamput (joiden väripiste on käyrällä P) saavutetaan yhdistelmillä x ,T alueella, jon-ka rajaa katkoviivat p ja q.

Jos lampun tietyllä halutulla T:n arvolla on teh-5 ty valinta käytettävän kalsiumhalogeenifosfaatin suhteen, voidaan halutun arvon T, halutun väripisteen (xT,yT) ja valitun nalogeenifosfaatin väripisteen (xu,yu) kautta var-mistaa tavalla, joka on esitetty kuvan 1 selostuksessa, mikä väripiste luminoivien aineiden a ja b yhdistelmällä 10 tulee olemaan. Jos tietyt aineet a ja b on valittu, on mahdollista määrittää edellä esitetyllä tavalla näiden aineiden suhteelliset määräosuudet. Sen jälkeen valitun halogeenifosfaatin kalsiumhalogeenifosfaatin suhteellinen määräosuus määrätään analogisella tavalla. Lopuksi lumi-15 noivien aineiden a, b ja c suhteelliset määrät määritetään löydettyihin suhteellisiin määräosuuksiin vedoten, kuten edellä on osoitettu.

Keksinnön mukaisten lamppujen suoritusesimerkkejä selostetaan nyt tarkemmin kuvaan 3 viitaten, joka on ma-20 talapaineisen elohopeahöyrypurkauslampun kaaviollinen pit-kittäispoikkileikkaus, ja luminoivien kerroksien erityisiin kokoonpanoihin ja näillä kerroksilla varustetuilla lampuilla suoritettuihin mittauksiin viitaten.

Kuvassa 3 viitenumero 1 merkitsee keksinnön mukai-25 sen matalapaineisen elohopeahöyrypurkauslampun lasiseinää. Lampun päihin on sijoitettu elektrodit 2 ja 3, joiden välissä purkaus tapahtuu lampun toiminnan aikana. Lampussa on jalokaasua, joka toimii sytytyskaasuna, sekä lisäksi pieni määrä elohopeaa. Lampun pituus on 120 cm ja sisähal-30 kaisija 24 mm ja sen tarkoitus on toiminnan aikana kuluttaa tehoa 36 W. Seinä 1 on päällystetty sisäpuoleltaan lu-minoivalla kerroksella 4, joka sisältää luminoivia aineita a, b ja c. Kerros 4 voidaan aikaansaada tavallisella tavalla seinään 1, esimerkiksi luminoivat aineet sisältä-35 vän suspension muodossa.

16 72225

Seuraavat esimerkit liittyvät lamppuihin, jotka ovat edellä kuvan 3 yhteydessä selostetun tyyppisiä (tyyppiä 36 W). Näissä esimerkeissä käytetään luminoi- via metaboraatteja (boraatti 1 .... boraatti 4), jotka 5 sisältävät sekä Mn:ia että Tb:ia niin, että yksi aine 2+ 3+ voi syöttää sekä punaisen Mn - että vihreän Tb -emission. Käytettävä kalsiumhalogeenifosfaatti on tehty kahdesta valkoista valoa luminoivasta halogeenifosfaatista (9 ja 15) ja sinistä luminoivasta Sb-aktivoidusta kalsiumhalo-^q geenifosfaatista (19). Näiden aineiden kaavat on annettu taulukossa 2.

Taulukko 2

Aine Kaava

boraatti 1 C°o. 2Gd0 . bTb0.2MfI0.9 575>lnO. 04 2 3D5° 10 J

2 Ce0.2Gd0.6Tb0.2Mff0.955ΜηΟ.0^5Β5°10 ! 3 Ce0.2Gd0.6Tb0.2Me0.97>lnO. 03Dj° 10 | 20 4 Ce0.2Gd0.6Tb0.2^0.9r>^Mn0.0356B5°10 halogeeni 9 Ca9.52i+Cdo . 04 ^ PCM bF 1.7 3C10.22b 5 Sb0.09>ln0. 1 Sb

Ca9.6k1Cd0.025^POU^6F1.584C1o.3b;Sb0.09Mn0.0S4 19 Ca9.S0(P(V6F1.9^Sb0.12 2 5 ________

Kunkin näiden aineen ominaisuuksien määrittämiseksi valmistettiin ensin lamppuja (36 W), joissa oli vain relevanttia luminoivaa ainetta. Suhteellinen valovirta Tl (lm/W), 30 värilämpötila T (K), väripiste (x,y) ja värintoistoindek-sit Ra ja R9 mitattiin. Tulokset on esitetty taulukossa 3.

Il

Taulukko 3 17 7 2 2 2 5

Aine 7 T x y | Ra } li 9 5 boraatti l 68 2680 0,1*53 0,1*03 j SO . 82 boraatti 2 63 2^60 0,'*65 0,388 j 82 j 82 boraatti 3 73 3250 0,1+31 0,1+22 j 78 90 boraatti 4 71 2960 o.hki O.U12 ; 79 83 halogeeni 9 ^335 j 0f 308 ! 0,373 ; 62 ~90 10 15 70 6505 0,312 | 0,332 ; 77 -36 _>·_ 19 57 20000 0T 216 | 0,273 | 59 -126

Es ime rkki __1

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros kä-15 sittää seoksen, joka sisältää 12 paino-% halogeenifos-faatti 9:ää ja 88 paino-%:ia boraattia 1.

Luminoivan kerroksen paino lampussa ooi 4,1 g. Lampulle suoritetut mittaukset sisälsivät värilämpötilan T (K), väripisteen (x,y), käyrän P poikkeaman (P, yksik-20 könä MPCD), värintoistoindeksien Ra ja R9 ja suhteellisen valovirran (lm/W) mittauksen lampun 0, 100, 1000 ja 2000 käyttötunnin jälkeen ( Tt0 ' ΐ 100 ' ^1000 ^2000 vas_ taavasti). Mittaustulokset on esitetty taulukossa 4.

Esimerkki 2 25 Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros (5,74 g) muodostuu seoksesta, joka sisältää 4 paino-%:ia halogeenifosfaattia 15, 50 paino-%:ia boraattia 2 ja 46 paino-%:ia boraattia 3. Tälle lampulle suoritetut mittaukset on esitetty taulukossa 4.

30 Esimerkki 3

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros (5,78 g) muodostuu seoksesta, joka sisältää 9,5 paino-%:ia halogeenifosfaattia 9, 51,5 paino-%:ia boraattia 2 ja 39 paino-%:a boraattia 3. Tälle lampulle suoritetut mittaukset on esi-35 tetty taulukossa 4.

72225 18

Esimerkki 4

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros muodostuu seoksesta, joka sisältää 21 paino-%:ia halo-geenifosfaattia 15 ja 79 paino-%:ia boraattia 1. Mittaus-5 tulokset on esitetty taulukossa 4.

Esimerkki 5

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros (4,75 g) muodostuu seoksesta, joka sisältää 45 paino-%:ia halogee-nifosfaattia 15 ja 55 paino-%:ia boraattia 1. Tälle lam-10 pulle saadut mittaustulokset on esitetty taulukossa 4.

Esimerkki 6

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros (4,55 g) muodostuu seoksesta, joka sisältää 28 paino-%:ia halogeeni-fosfaattia 9, 18 paino-%:ia halogeenifoafaattia 19 ja 54 15 paino-%:ia boraattia 1. Tälle lampulle saadut mittaustulokset on myös esitetty taulukossa 4.

Esimerkki 7

Aikaansaatiin lamppu, jonka luminoiva kerros (5,51 g) muodostuu seoksesta, joka sisältää 45 paino-%:ia halogeeni-20 fosfaattia 15 ja 55 paino-%:ia boraattia 4. Tälle lampulle saadut mittaustulokset on esitetty taulukossa 4.

Taulukko 4

Esim. ; ~ Π " I

T x V I O.P Ra R9 '1 V V \Π

25___y I___y ‘O *100 HOOOrTOOP

1 2850 0,¾¾¾ Q,hoo -7 S3 95 b8 6? 66 63.5 2 2930 0^39 0,li00 -5 S1 82 j 68 67 65 62 3 2965 0^36 0,398 -7 83 97 69 | 68,3 67 6¾ 4 3300 0, *H1 0;382 -16 87 98 67 30 5 3790 0,386 0,369 -1¾ 87 85 66 6 3860 0,383 0,369 -1 ¾ 87 86 69 67 66 6¾ 7 -+230 0.371 0, 368 -2 8¾ 66 70; 69 67 6k _____]_

Vertailun avulla viitataan lopuksi siihen tosi-35 asiaan, että tunnetuilla lampuilla, joilla on hyvin tyy-

II

19 72225 dyttävä värintoisto (jotka lamput sisältävät luminoivaa strontiumortofosfaattia), on noin 3000 K:n ja 4000 K:n suuruisissa värilämpötiloissa Ra:n arvo vastaavasti luokkaa 85 ja 95, ja R9:n arvo on vastaavasti luokkaa 65 ja 5 95. Näiden tunnettujen lamppujen suhteellinen valovirta on vastaavasti vain 55 ja 50 lm/W. Siksi havaitaan, että esillä olevan keksinnön mukaisilla lampuilla voidaan suhteellisessa valovirrassa saavuttaa lisäys, joka on luokkaa 15...30 %. Lisäksi valovirran ylläpito eliniän aikana 10 esillä olevan keksinnön mukaisissa lampuissa (erityisesti suhteellisen raskaasti kuormitetuissa lampuissa, joiden halkaisija on 24 mm) on paljon parempi kuin tunnetuissa lampuissa.

Claims (3)

20 7 2 2 2 5

1. Matalapaineinen elohopeahöyrypurkauslamppu, jolla on tyydyttävä värintoisto, jonka emittoiman val- 5 koisen valon värilämpötila on vähintään 2800 K ja väri-piste (x ,y ) sijaitsee Pianokin uralla tai lähellä sitä, jossa on kaasutiivis säteilyä läpäisevä säiliö, joka sisältää elohopeaa ja jalokaasua, ja jossa on luminoiva kerros, joka sisältää luminoivaa halogeeni fosfaattia, 10 tunnettu siitä, että luminoiva kerros sisältää (a) kolmiarvoisen seriumin ja kaksiarvoiden mangaanin aktivoimaa luminoivaa harvinaisen maametallin metaboraattia, jolla on monokliininen kiderakenne, jonka perushila vastaa kaavaa Ln(Mg,Zn,Cd)B^0yQ,missä Ln edustaa ainakin yhtä al- 15 kuaineista yttrium, lantaani ja gadolinium ja missä B voidaan aina 20 mooli-%:iin saakka korvata Alilla ja/tai Ga:lla, jossa metaboraatissa esiintyy punainen Mn2+-emissio, (b) luminoivan aineen, joka on aktivoitu kolmiarvoisella terbiumi.lla ja jossa esiintyy vihreä Tb^+-emissio, ja 20 (c) ainakin yhden luminoivan halogeenifosfaatin ryhmästä, joka käsittää kalsiumhalogeenifosfaatteja, jotka on aktivoitu kolmiarvoisella antimonilla ja kaksiarvoisella mangaanilla ja jotka emittoivat valkoista valoa, jonka emittoidun säteilyn värilämpötila on ainakin 2900 K, ja 25 sinistä luminoivan kalsiumhalogeenifosfaatin, joka on aktivoitu kolmiarvoisella antimonilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lamppu, tunnet-t u siitä, että luminoiva metaboraatti a on lisäksi aktivoitu kolmiarvoisella terbiumilla, metaboraatin a ollessa 30 samanaikaisesti ainetta b ja vastatessa kaavaa (Y,La,Gd)i_x_yCexTby(Mg,Zn,Cd)1_ρΜηρΒ50χο' missä 0,01<. x 1-y 0,01 y <^.0,75 0,01^0,30 35 ja missä B voidaan aina 20 mooli-%:iin saakka korvata Alilla ja/tai Gailla. Il noo 25 21 ' *- ^

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lamppu, jonka emittoiman säteilyn väripiste on (x ,y ) ja väri- L» li lämpötila on T, missä 2800 K^.T^. 7500 K, tunnet-t u siitä, että kalsiumhalogeenifosfaatin emittoiman 2 säteilyn väripiste on <, missä 0,210 x^ ^ 0,440 ja että yhdistelmä x ,T sijaitsee kuvan 2 kuvion alueel- n la, joka on merkitty kuusikulmiolla ABCDEF, ja että aineiden a ja b yhdessä emittoiman säteilyn väripiste sijaitsee värikolmiossa (x ,y ):n ja (x ,y ):n yhdysviivalla. H Π 1j L· 22 72225