FR2980912A1

FR2980912A1 - Gas discharge lamp, has casing comprising active gas containing oxygen and/or nitrogen oxide, where mixture of plasma gas and active gas emits UV or visible radiation and mercury content in casing is zero

Info

Publication number: FR2980912A1
Application number: FR1251672A
Authority: FR
Inventors: Jacques Pelletier; Ana Lacoste; Michel Moisan
Original assignee: Universite de Montreal; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Universite de Montreal; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-04-05

Abstract

The lamp has a casing (1) that is transparent to UV or visible radiation, and an inductive-type radio frequency applicator (2) is utilized for applying an electric field that is adapted to generate discharge in plasma gas i.e. argon, that comprises nitrogen. The casing comprises active gas containing oxygen and/or nitrogen oxide, where a mixture of plasma gas and active gas emits UV or visible radiation, and mercury content in the casing is zero.

Description

LAMPE A DECHARGE GAZEUSE SANS MERCURE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les lampes à décharge gazeuse sans mercure, produisant une lumière dans le domaine visible ou dans le domaine ultra-violet (UV). ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans le cadre des économies d'énergie pour la lutte contre le réchauffement climatique, différents types de lampes dites à basse consommation ont été développées afin de remplacer les lampes à incandescence, dont plus de 90% de l'énergie consommée n'est pas convertie en lumière. Parmi ces nouveaux types de lampes à basse consommation se trouvent les lampes à décharge gazeuse, comprenant notamment les lampes à fluorescence. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to mercury-free gas discharge lamps producing light in the visible range or in the ultraviolet (UV) range. BACKGROUND OF THE INVENTION In the context of energy saving for the fight against global warming, various types of so-called low-consumption lamps have been developed in order to replace incandescent lamps, of which more than 90% of the energy consumed is not converted to light. Among these new types of low consumption lamps are gas discharge lamps, including fluorescent lamps.

Une lampe à décharge gazeuse comprend typiquement une enveloppe (tube, ampoule, etc.) en un matériau transparent au rayonnement (UV ou visible) à émettre, contenant un gaz plasmagène, dans lequel on génère une décharge par l'application d'un champ électrique. Pour l'émission de lumière visible à partir de photons UV, la paroi intérieure de l'enveloppe est tapissée d'une couche de luminophores aptes à convertir les photons UV émis lors de la décharge en lumière visible. Un plasma est généré par un dispositif d'application d'un champ électrique (ou applicateur) apte à produire une décharge dans le gaz plasmagène. Dans le cas des "tubes néon" et des lampes fluorescentes compactes à électrodes, ledit champ électrique est généré par un courant alternatif (CA) basse fréquence (généralement 50 ou 60 Hz) appliqué entre les deux extrémités du tube contenant le gaz plasmagène. Parmi les autres applicateurs connus dans le domaine de l'éclairage, on peut citer les applicateurs radiofréquence (RF) et, plus généralement, les applicateurs HF, qui incluent les applicateurs RF et les applicateurs micro-onde. Le gaz plasmagène est généralement un gaz rare, principalement de l'argon, à une pression de quelques torrs (1 torr = 133 pascals (Pa)), auquel est ajoutée une faible teneur (quelques mtorr) de mercure. La décharge a pour effet d'exciter et d'ioniser les atomes du gaz contenu dans l'enveloppe, et en particulier d'exciter les atomes de mercure qui émettent un rayonnement ultra-violet (UV), qui, le cas échéant, est transformé en rayonnement visible par des luminophores qui tapissent l'intérieur de l'enveloppe. A gas discharge lamp typically comprises an envelope (tube, bulb, etc.) of a material transparent to the radiation (UV or visible) to be emitted, containing a plasma gas, in which a discharge is generated by applying a field electric. For the emission of visible light from UV photons, the inner wall of the envelope is lined with a layer of phosphors capable of converting the UV photons emitted during the discharge in visible light. A plasma is generated by an application device of an electric field (or applicator) capable of producing a discharge in the plasma gas. In the case of "neon tubes" and compact fluorescent lamps with electrodes, said electric field is generated by a low frequency alternating current (AC) (generally 50 or 60 Hz) applied between the two ends of the tube containing the plasma gas. Other known applicators in the field of lighting include radiofrequency (RF) applicators and, more generally, RF applicators, which include RF applicators and microwave applicators. The plasma gas is generally a rare gas, mainly argon, at a pressure of a few torr (1 torr = 133 pascals (Pa)), to which is added a low content (a few torr) of mercury. The discharge has the effect of exciting and ionizing the atoms of the gas contained in the envelope, and in particular of exciting the mercury atoms that emit ultraviolet (UV) radiation, which, where appropriate, is transformed into visible radiation by luminophores lining the inside of the envelope.

Le mercure présente l'avantage d'être, comme l'argon, un gaz atomique, de posséder un potentiel d'ionisation faible (10,44 eV contre 15,76 eV pour l'argon) et d'émettre de nombreuses raies dans le domaine UV. En effet, les principales raies d'émission UV du mercure se situent à 254 nm, 297 nm, 313 nm et 365 nm (liste non exhaustive), qui sont des longueurs d'onde pour lesquelles les rendements de fluorescence, c'est-à-dire de conversion des photons UV en lumière visible sur les luminophores qui recouvrent la paroi intérieure de l'enveloppe, sont les plus élevés. Cependant, le mercure présente un inconvénient majeur qui est d'être extrêmement nuisible à l'environnement et toxique pour l'homme lorsqu'il est libéré dans l'atmosphère. Or, malgré la faible quantité de mercure utilisée dans chaque lampe (typiquement, de 1 à 25 mg par lampe), le volume de production mondial de ces lampes est tel qu'il implique la mise en oeuvre de 300 à 400 tonnes de mercure par an dans le monde. Dans le domaine de l'éclairage par décharge gazeuse, une avancée cruciale passe donc par l'élimination totale du mercure dans les lampes et son remplacement par des solutions alternatives ne présentant pas de danger pour l'homme et son environnement. Parmi les solutions permettant d'éviter l'utilisation du mercure, l'emploi du xénon pourrait être envisagé. Ainsi, le document US 5,866,984 propose de supprimer le mercure dans les lampes 20 fluorescentes en provoquant une décharge de plasma dans un tube contenant du xénon et/ou du krypton. Cependant, outre le coût très élevé du xénon, le rayonnement VUV (c'est-à-dire correspondant à des photons UV de longueur d'onde inférieure à 180 nm, qui sont fortement absorbés dans un milieu tel que l'air mais pas sous vide) émis par le xénon 25 (longueur d'onde : 147 nm) ne procure pas de rendements de fluorescence élevés et entraîne la dégradation des luminophores. Il a également été envisagé d'utiliser un plasma à base de vapeur d'eau [1]. En effet, dans un tel plasma, une intense émission UV obtenue par la décharge plasma intervient à une longueur d'onde principale de l'ordre de 306 nm et au-dessus, qui 30 est située dans une plage dans laquelle le rendement de conversion des luminophores est optimum. Cependant, en raison de la réactivité de la vapeur d'eau vis-à-vis des électrodes des dispositifs d'application du champ électrique alternatif (CA à 50 ou 60 Hz), l'utilisation de mélanges de gaz contenant de la vapeur d'eau comme molécule active pose de 35 nombreux problèmes (allumage, durée de vie). Par ailleurs, la vapeur d'eau réagit avec les luminophores et les dégrade rapidement. Mercury has the advantage of being, like argon, an atomic gas, to have a low ionization potential (10.44 eV against 15.76 eV for argon) and to emit numerous lines in the UV domain. Indeed, the main lines of UV emission of mercury are at 254 nm, 297 nm, 313 nm and 365 nm (non-exhaustive list), which are wavelengths for which the fluorescence yields, ie that is, conversion of the UV photons into visible light on the phosphors covering the inner wall of the envelope, are the highest. However, mercury has a major disadvantage that is extremely harmful to the environment and toxic to humans when released into the atmosphere. However, despite the small amount of mercury used in each lamp (typically from 1 to 25 mg per lamp), the global production volume of these lamps is such that it involves the use of 300 to 400 tonnes of mercury per minute. year in the world. In the field of gas discharge lighting, a crucial step is therefore the total elimination of mercury in the lamps and its replacement by alternative solutions that do not pose a danger to humans and their environment. Among the solutions to avoid the use of mercury, the use of xenon could be considered. Thus, US 5,866,984 proposes to remove mercury in fluorescent lamps by causing a plasma discharge in a tube containing xenon and / or krypton. However, in addition to the very high cost of xenon, VUV radiation (that is to say corresponding to UV photons of wavelength below 180 nm, which are strongly absorbed in a medium such as air but not under vacuum) emitted by the xenon (wavelength: 147 nm) does not provide high fluorescence yields and leads to degradation of the phosphors. It has also been envisaged to use a steam-based plasma [1]. Indeed, in such a plasma, an intense UV emission obtained by the plasma discharge occurs at a main wavelength of the order of 306 nm and above, which is situated in a range in which the conversion efficiency phosphors are optimum. However, due to the reactivity of the water vapor with respect to the electrodes of the alternating electric field application devices (AC at 50 or 60 Hz), the use of gas mixtures containing Water as an active molecule poses many problems (ignition, lifetime). In addition, water vapor reacts with phosphors and degrades them rapidly.

D'autre part, la vapeur d'eau ne permet pas de fonctionner dans une gamme étendue de conditions opératoires. En effet, au-dessous de 0°C, la pression partielle de l'eau diminue rapidement et la densité de molécules disponibles ne permet plus d'allumer la décharge ou d'obtenir une densité de plasma suffisante pour générer un flux important de photons UV. Un but de l'invention est donc de proposer pour les lampes à décharge gazeuse des mélanges de gaz ne contenant pas de mercure ni d'autre élément potentiellement dangereux pour l'homme et/ou l'environnement, mais qui présentent un rendement lumineux au moins équivalent à celui des lampes existantes. On the other hand, the water vapor does not operate in a wide range of operating conditions. Indeed, below 0 ° C, the partial pressure of water decreases rapidly and the density of available molecules no longer makes it possible to ignite the discharge or to obtain a plasma density sufficient to generate a large flow of photons UV. An object of the invention is therefore to propose gas-discharge lamps mixtures of gases containing no mercury or other element potentially dangerous for humans and / or the environment, but which have a luminous efficiency at less equivalent to existing lamps.

Lesdits mélanges doivent également pouvoir être utilisés dans toutes les technologies de lampes, c'est-à-dire quel que soit le dispositif d'application du champ électrique. Notamment, lesdits mélanges gazeux ne doivent pas dégrader, le cas échéant, les électrodes de l'applicateur de champ électrique ni les luminophores. Un autre but de l'invention est de proposer des mélanges de gaz présentant des spectres d'émission optimaux en fonction du domaine (visible ou UV) que la lampe doit émettre. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé une lampe à décharge gazeuse, 20 comprenant - une enveloppe transparente au rayonnement ultraviolet ou visible, contenant un gaz plasmagène, - un dispositif d'application d'un champ électrique adapté pour générer une décharge dans ledit gaz plasmagène, 25 ladite lampe étant caractérisée en ce que : - ledit gaz plasmagène comprend de l'azote, - l'enveloppe contient en outre un gaz actif comprenant du dioxygène et/ou un oxyde d'azote, de sorte que sous l'effet d'une décharge, le mélange dudit gaz plasmagène et du gaz actif émet un rayonnement ultraviolet ou visible, et 30 - la teneur en mercure dans l'enveloppe est nulle. Selon un mode de réalisation de l'invention, le gaz plasmagène comprend en outre un gaz rare, tel que de l'argon. Dans une forme particulière d'exécution de l'invention, l'enveloppe transparente comprend une chambre de décharge et une chambre de post-décharge séparée de la 35 chambre de décharge par une cloison perforée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le pourcentage en oxygène dans la décharge en termes de pression partielle de dioxygène est compris entre 0,002% et 5% de la pression d'azote, de préférence entre 0,005% et 3%, de sorte que sous l'effet de la décharge le mélange de gaz produise un rayonnement contenu dans le spectre ultraviolet s'étendant entre 200 et 400 nm. Au moins une partie de la paroi intérieure de l'enveloppe peut être couverte d'une couche de luminophores aptes à émettre un rayonnement visible lorsqu'ils sont excités par un rayonnement ultraviolet du mélange de gaz. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le pourcentage du gaz actif en termes de pression partielle de dioxygène ajouté au gaz plasmagène est supérieur à 10 % de sorte que sous l'effet de la décharge le mélange de gaz produise un rayonnement contenu dans le spectre visible. Said mixtures must also be able to be used in all lamp technologies, that is to say whatever the device for applying the electric field. In particular, said gaseous mixtures must not degrade, if necessary, the electrodes of the electric field applicator nor the phosphors. Another object of the invention is to provide gas mixtures having optimal emission spectra according to the domain (visible or UV) that the lamp must emit. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the invention, there is provided a gas discharge lamp, comprising a transparent envelope with ultraviolet or visible radiation, containing a plasma-forming gas, a device for applying a suitable electric field. to generate a discharge in said plasma gas, said lamp being characterized in that: - said plasma gas comprises nitrogen, - the casing further contains an active gas comprising oxygen and / or nitrogen oxide, so that under the effect of a discharge, the mixture of said plasma gas and the active gas emits ultraviolet or visible radiation, and the mercury content in the envelope is zero. According to one embodiment of the invention, the plasmagenic gas further comprises a rare gas, such as argon. In a particular embodiment of the invention, the transparent envelope comprises a discharge chamber and a post-discharge chamber separated from the discharge chamber by a perforated partition. According to one embodiment of the invention, the oxygen percentage in the discharge in terms of partial pressure of oxygen is between 0.002% and 5% of the nitrogen pressure, preferably between 0.005% and 3%, so that under the effect of the discharge the gas mixture produces a radiation contained in the ultraviolet spectrum extending between 200 and 400 nm. At least a portion of the inner wall of the envelope may be covered with a layer of phosphors capable of emitting visible radiation when excited by ultraviolet radiation of the gas mixture. According to another embodiment of the invention, the percentage of the active gas in terms of partial pressure of oxygen added to the plasma gas is greater than 10% so that under the effect of the discharge the gas mixture produces a contained radiation. in the visible spectrum.

De manière avantageuse, le mélange de gaz contenu dans l'enveloppe comprend en outre un émetteur atomique ou moléculaire choisi pour ajuster l'indice de rendu des couleurs. Ledit émetteur contenu dans le mélange de gaz est avantageusement le soufre. Par exemple, le soufre contenu dans le mélange de gaz se présente sous forme d'oxyde de soufre gazeux. Par ailleurs, le dispositif d'application du champ électrique peut comprendre : - un dispositif d'application d'un champ électrique alternatif à une fréquence de 50 ou 60 Hz, - un applicateur radiofréquence, la fréquence du champ électrique étant comprise entre 1 et 100 MHz, - un applicateur micro-onde, la fréquence du champ électrique étant comprise entre 100 MHz et 2,45 GHz. Dans ces deux derniers cas, le dispositif d'application du champ électrique peut être un applicateur de type coaxial. Advantageously, the gas mixture contained in the envelope further comprises an atomic or molecular emitter chosen to adjust the color rendering index. Said emitter contained in the gas mixture is advantageously sulfur. For example, the sulfur contained in the gas mixture is in the form of gaseous sulfur oxide. Moreover, the electric field application device may comprise: a device for applying an alternating electric field at a frequency of 50 or 60 Hz; a radiofrequency applicator, the frequency of the electric field being between 1 and 100 MHz, - a microwave applicator, the frequency of the electric field being between 100 MHz and 2.45 GHz. In the latter two cases, the electric field application device may be a coaxial type applicator.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1A présente un schéma d'un mode de réalisation d'une lampe à décharge gazeuse, dans laquelle on applique au mélange gazeux un champ électrique entre deux électrodes situées dans l'enveloppe, - la figure 1B présente un schéma d'un mode de réalisation d'une lampe à décharge gazeuse, dans lequel on applique extérieurement (à travers une enveloppe diélectrique transparente) un champ électrique radiofréquence (RF), - la figure 1C présente un schéma d'un mode de réalisation d'une lampe à décharge gazeuse, dans lequel on applique un champ électrique radiofréquence (RF) dans une autre configuration que celle illustrée à la figure 1B, - la figure 1D présente un schéma d'un mode de réalisation d'une lampe à décharge gazeuse, dans lequel on applique un champ électrique HF ou micro-onde, par exemple à partir d'une structure coaxiale, - la figure 2 présente un spectre d'émission d'un plasma de post-décharge N2- 5 02, - la figure 3 est un graphe présentant l'intensité de l'émission UV par les molécules NO formées dans un plasma à base d'azote en fonction de la concentration d'oxygène introduite dans l'azote, à différentes pressions, - les figures 4A à 4C présentent des spectres d'émission de plasmas différés 10 d'azote produits par décharge micro-onde à 915 MHz avec différentes teneurs en oxygène, - la figure 5 est un graphe illustrant la concentration en atomes d'azote dans une décharge d'azote en fonction de la puissance absorbée, à différentes fréquences du champ électrique HF, 15 - la figure 6 illustre de manière schématique une forme d'exécution de la lampe dans laquelle le volume de l'enveloppe est cloisonné intérieurement. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On décrira, dans les exemples non limitatifs qui vont suivre, des mélanges de gaz 20 pour lampes à décharge gazeuse telles que celles illustrées sur les figures 1A à 1D. La structure des enveloppes et celle des dispositifs d'application du champ électrique sont connues en elles-mêmes. Les figures 1A à 1D illustrent donc des représentations schématiques simplifiées de lampes dans lesquelles le mélange de gaz décrit plus bas peut être employé. 25 Comme illustré aux figures 1 A à 1D, la lampe comprend une enveloppe 1, qui est en un matériau transparent au rayonnement lumineux à émettre (visible ou UV). Ainsi, l'enveloppe 1 peut être en verre, en quartz, en silice (fondue), etc. L'enveloppe 1 peut présenter toute forme appropriée en fonction de la destination de la lampe. 30 Ainsi, l'enveloppe peut présenter une forme de tube (par exemple tube néon linéaire ou recourbé), une forme d'ampoule (bulbe), etc. L'enveloppe 1 est remplie d'un mélange de gaz 10 dont la teneur en mercure est nulle. L'enveloppe 1 est scellée après son remplissage, de sorte que le mélange de gaz 35 10 y est confiné et ne peut s'en échapper. Dans certains modes de réalisation, la paroi intérieure de l'enveloppe 1 peut éventuellement être recouverte, dans sa partie utile, d'une couche de luminophores (non illustrée ici). BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1A shows a diagram of an embodiment of a discharge lamp gas, in which an electric field is applied to the gas mixture between two electrodes located in the envelope, - Figure 1B shows a diagram of an embodiment of a gas discharge lamp, in which is applied externally (through a transparent dielectric envelope) a radiofrequency (RF) electric field, - Figure 1C shows a diagram of an embodiment of a gas discharge lamp, in which a radiofrequency (RF) electric field is applied in a different configuration than 1D shows a diagram of an embodiment of a gas discharge lamp, in which a field el HF or microwave electric, for example from a coaxial structure, - Figure 2 shows an emission spectrum of a post-discharge plasma N2-02, - Figure 3 is a graph showing the intensity of the UV emission by the NO molecules formed in a nitrogen-based plasma as a function of the oxygen concentration introduced into the nitrogen, at different pressures; FIGS. 4A to 4C show emission spectra of Nitrogen deferred plasmas produced by microwave discharge at 915 MHz with different oxygen contents, - Figure 5 is a graph illustrating the concentration of nitrogen atoms in a nitrogen discharge as a function of the absorbed power, Different frequencies of the electric field HF, Figure 6 schematically illustrates an embodiment of the lamp in which the volume of the envelope is internally partitioned. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the nonlimiting examples which follow, gas mixtures for gas-discharge lamps such as those illustrated in FIGS. 1A to 1D will be described. The structure of the envelopes and that of the electric field application devices are known per se. FIGS. 1A to 1D thus illustrate simplified schematic representations of lamps in which the gas mixture described below can be employed. As illustrated in FIGS. 1A to 1D, the lamp comprises an envelope 1, which is made of a material that is transparent to the light radiation to be emitted (visible or UV). Thus, the envelope 1 can be made of glass, quartz, silica (fused), etc. The envelope 1 may have any appropriate shape depending on the destination of the lamp. Thus, the envelope may have a tube shape (eg linear or curved neon tube), a bulb shape (bulb), etc. The casing 1 is filled with a mixture of gases 10 whose mercury content is zero. The casing 1 is sealed after filling, so that the gas mixture 10 is confined and can not escape. In some embodiments, the inner wall of the casing 1 may optionally be covered, in its operative part, with a layer of phosphors (not shown here).

Par « partie utile » on entend dans le présent texte la partie de l'enveloppe entourant les régions dans lesquelles la décharge et la post-décharge de plasma - qui sont les plus fortement émettrices de photons - se produisent. Par ailleurs, la lampe comprend également un dispositif 2 d'application du champ électrique permettant de générer la décharge dans le domaine de fréquence souhaité. Le champ électrique appliqué peut être à une fréquence CA (courant alternatif) de 50 ou 60 Hz, radiofréquence, micro-onde ou une combinaison de tels champs. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1A, le dispositif 2 comprend deux électrodes 20 et 21 placées chacune à une extrémité de l'enveloppe, en contact avec le mélange de gaz 10, alimentées par un courant alternatif (CA à 50 ou 60 Hz). Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le document US 5,866,984. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 B, le dispositif 2 est un applicateur RF de type inductif alimenté par une source RF, elle-même alimentée par une source CA ou continue, et entourant une partie de l'enveloppe 1, définissant la région dans laquelle la décharge est produite par le champ électrique appliqué. La post-décharge se situe généralement dans la région complémentaire de l'enveloppe où règne un champ électrique négligeable et où diffusent les espèces (espèces ionisées et excitées) produites dans la région de la décharge. Le domaine RF est ici défini comme s'étendant entre 1 et 100 MHz. By "useful part" is meant in this text the part of the envelope surrounding the regions in which the plasma discharge and post-discharge - which are the most strongly photon emitting - occur. Furthermore, the lamp also comprises a device 2 for applying the electric field to generate the discharge in the desired frequency range. The applied electric field may be at an AC (alternating current) frequency of 50 or 60 Hz, radio frequency, microwave or a combination of such fields. In the embodiment illustrated in FIG. 1A, the device 2 comprises two electrodes 20 and 21 each placed at one end of the envelope, in contact with the gas mixture 10, fed by an alternating current (AC at 50 or 60 Hz). An example of such a device is described in US 5,866,984. In the embodiment illustrated in FIG. 1B, the device 2 is an inductive type RF applicator powered by an RF source, itself powered by a DC or DC source, and surrounding a part of the envelope 1, defining the region in which the discharge is produced by the applied electric field. The post-discharge is generally located in the complementary region of the envelope where there is a negligible electric field and where the species (ionized and excited species) produced in the region of the discharge are diffused. The RF domain is here defined as extending between 1 and 100 MHz.

Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1C, le dispositif 2 comprend aussi un applicateur RF de type inductif alimenté par une source RF, elle-même alimentée par une source CA ou continue. Dans cette configuration, le mélange gazeux 10 contenu dans l'enveloppe 1 entoure l'applicateur, ce qui présente l'avantage, par rapport au mode de réalisation illustré à la figure 1B, que le rayonnement électromagnétique est absorbé par le plasma. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le document US 2,030,957. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1D, le dispositif 2 est un applicateur micro-onde coaxial alimenté à partir d'une source micro-onde, elle-même alimentée à partir d'une source CA ou continue Le domaine micro-onde est ici défini comme s'étendant de préférence entre 100 MHz et 2,45 GHz. Des exemples de ce type de dispositif sont décrits dans les documents FR 2 840 451 et FR 2 938 150. De manière particulièrement avantageuse, le mélange de gaz 10 comprend un gaz plasmagène et un gaz actif. Le gaz plasmagène comprend de l'azote (N2), éventuellement mélangé à un gaz rare, tel que de l'argon et/ou du krypton. In the embodiment illustrated in FIG. 1C, the device 2 also comprises an inductive type RF applicator powered by an RF source, itself powered by a DC or DC source. In this configuration, the gaseous mixture contained in the casing 1 surrounds the applicator, which has the advantage, compared to the embodiment illustrated in FIG. 1B, that the electromagnetic radiation is absorbed by the plasma. An example of such a device is described in US 2,030,957. In the embodiment illustrated in FIG. 1D, the device 2 is a coaxial microwave applicator fed from a microwave source, itself powered from a DC or DC source. The microwave domain is defined here as extending preferably between 100 MHz and 2.45 GHz. Examples of this type of device are described in documents FR 2 840 451 and FR 2 938 150. Particularly advantageously, the gas mixture 10 comprises a plasmagenic gas and an active gas. The plasma gas comprises nitrogen (N2), optionally mixed with a rare gas, such as argon and / or krypton.

Le gaz actif comprend quant à lui de l'oxygène (02 ou dioxygène) et/ou un oxyde d'azote (tel que du protoxyde d'azote N20 par exemple, mais aussi NO, N20, N204, NO2, etc.). Naturellement, le pourcentage d'oxyde d'azote équivalent à celui du dioxygène doit tenir compte de la stoechiométrie de l'oxyde d'azote. Ainsi, il faut un pourcentage en protoxyde d'azote N20 double de celui de l'oxygène pour obtenir un même pourcentage d'oxygène dans la décharge. Le gaz actif ne contient en revanche pas d'eau, qui serait susceptible d'endommager les électrodes et, le cas échéant, le luminophore recouvrant la paroi intérieure de l'enveloppe. Sous l'effet de la décharge, il se produit une dissociation des molécules, ainsi qu'une excitation et ionisation des atomes et molécules issues du mélange de gaz contenu dans l'enveloppe et, dans certaines conditions opératoires, une réaction entre l'azote atomique du gaz plasmagène et l'oxygène du gaz actif, qui produit des molécules de monoxyde d'azote (NO) dans des états excités. En se désexcitant, les atomes et les molécules émettent un rayonnement UV ou visible, ce qui est le cas des molécules et atomes d'azote et/ou d'oxygène (cf. spectres des figures 4A et 4C décrites plus bas) où les spectres d'azote pur et de mélanges N2-02 se situent principalement dans le domaine visible. The active gas comprises, for its part, oxygen (O 2 or oxygen) and / or nitrogen oxide (such as nitrous oxide N 2 O, for example, but also NO, N 2 O, N 2 O 4, NO 2, etc.). Naturally, the percentage of nitrogen oxide equivalent to that of oxygen must take into account the stoichiometry of nitrogen oxide. Thus, it takes a percentage of nitrous oxide N20 double that of oxygen to obtain the same percentage of oxygen in the discharge. On the other hand, the active gas does not contain water, which could damage the electrodes and, where appropriate, the phosphor covering the inner wall of the envelope. Under the effect of the discharge, there is a dissociation of the molecules, as well as an excitation and ionization of the atoms and molecules resulting from the gas mixture contained in the envelope and, under certain operating conditions, a reaction between the nitrogen atomic plasma gas and oxygen active gas, which produces nitrogen monoxide (NO) molecules in excited states. By de-energizing, the atoms and the molecules emit UV or visible radiation, which is the case of the molecules and atoms of nitrogen and / or oxygen (see spectra of FIGS. 4A and 4C described below) where the spectra Pure nitrogen and N2-02 mixtures are mainly in the visible range.

Suivant les conditions opératoires et la composition du gaz, les molécules de NO formées dans un mélange de gaz à faible pourcentage d'oxygène émettent un rayonnement ultraviolet (cf. spectre de la figure 4B décrite plus bas). Parmi les états excités, les états NO(A) et NO(B) sont responsables d'une émission importante de photons UV, en particulier dans le domaine UV de 200 à 400 nm. Depending on the operating conditions and the composition of the gas, the NO molecules formed in a mixture of gases with a low percentage of oxygen emit ultraviolet radiation (see spectrum of FIG. 4B described below). Among the excited states, the NO (A) and NO (B) states are responsible for a large emission of UV photons, in particular in the UV range of 200 to 400 nm.

On pourra à cet égard se référer à la figure 2, qui présente l'intensité du spectre d'émission d'un plasma de post-décharge N2-02 à très faible pourcentage d'oxygène. Le spectre présenté à la figure 2 a été tracé pour un mélange N2-02 sous une pression de 5 torrs, et dont la concentration en oxygène est de 0,3%. Ce spectre permet d'identifier les longueurs d'onde principales des systèmes moléculaires NO dans le domaine compris entre 200 et 400 nm, pour ledit mélange. Les bandes moléculaires du système moléculaire NOp correspondent à l'état excité NO(A) tandis que les bandes moléculaires du système NOy correspondent à l'état excité NO(B). La nature exacte du gaz actif introduit dans l'enveloppe (c'est-à-dire le fait qu'il soit sous forme d'oxygène pur et/ou sous forme d'oxyde d'azote) n'a pas d'implications significatives quant à l'efficacité de l'invention mise en oeuvre. C'est le pourcentage d'oxygène réellement introduit dans le mélange qui compte. In this respect, reference can be made to FIG. 2, which shows the intensity of the emission spectrum of a N2-02 post-discharge plasma with a very low percentage of oxygen. The spectrum shown in Figure 2 was plotted for an N2-02 mixture at a pressure of 5 torr and an oxygen concentration of 0.3%. This spectrum makes it possible to identify the main wavelengths of the NO molecular systems in the range between 200 and 400 nm, for said mixture. The molecular bands of the NOp molecular system correspond to the excited state NO (A) while the molecular bands of the NOy system correspond to the excited state NO (B). The exact nature of the active gas introduced into the envelope (i.e., whether in the form of pure oxygen and / or in the form of nitrogen oxide) has no implications significant in the effectiveness of the invention implemented. It is the percentage of oxygen actually introduced into the mixture that counts.

En effet, dans la mesure où l'enveloppe est scellée, le plasma dissocie les molécules initialement présentes pour aboutir à un équilibre qui ne dépend que du nombre respectif d'atomes de chaque espèce introduits dans l'enveloppe lors de sa fabrication. Indeed, insofar as the envelope is sealed, the plasma dissociates the molecules initially present to achieve an equilibrium that depends only on the respective number of atoms of each species introduced into the envelope during its manufacture.

Ainsi, l'homme du métier détermine, en fonction des conditions dans lesquelles la lampe doit fonctionner, les pressions partielles d'azote et d'oxygène dans le gaz plasmagène et le gaz actif, de sorte à obtenir le spectre désiré, et, pour le spectre UV, une concentration donnée en molécules de NO. Un avantage du mélange gazeux contenu dans l'enveloppe est qu'il ne présente aucun danger pour l'homme et l'environnement, même en cas de bris de l'enveloppe. Par ailleurs, l'azote et l'oxygène sont des gaz disponibles sans limitation, bien entendu recyclables, et peu onéreux, donc sans incidence négative sur le prix de revient des lampes. Un autre avantage du mélange gazeux contenu dans l'enveloppe est qu'il est gazeux sur toute la plage de conditions opératoires envisageables dans le domaine de l'éclairage visible ou UV, c'est-à-dire depuis de basses températures (très inférieures à 0°C) jusqu'à de plus hautes températures, et sur une vaste gamme de pression, c'est-à-dire depuis une fraction de mtorr jusqu'à la pression atmosphérique. Comme indiqué plus haut, le gaz plasmagène peut comprendre, en plus de l'azote, un gaz rare. L'intérêt de l'addition d'un gaz rare est, grâce à sa nature atomique, de faciliter l'allumage du plasma. En particulier, l'argon, qui est en outre peu coûteux, est le principal gaz plasmagène employé dans les lampes à décharge actuelles. Thus, the skilled person determines, depending on the conditions under which the lamp must operate, the partial pressures of nitrogen and oxygen in the plasma gas and the active gas, so as to obtain the desired spectrum, and, for the UV spectrum, a given concentration of NO molecules. An advantage of the gaseous mixture contained in the casing is that it presents no danger to man and the environment, even in case of breakage of the casing. Furthermore, nitrogen and oxygen are gases available without limitation, of course recyclable, and inexpensive, so without negative impact on the cost of lamps. Another advantage of the gaseous mixture contained in the envelope is that it is gaseous over the entire range of operating conditions that can be envisaged in the field of visible or UV lighting, that is to say at low temperatures (much lower at 0 ° C) to higher temperatures, and over a wide pressure range, i.e. from a fraction of mtorr to atmospheric pressure. As indicated above, the plasma gas may comprise, in addition to nitrogen, a rare gas. The advantage of the addition of a rare gas is, thanks to its atomic nature, to facilitate the ignition of the plasma. In particular, argon, which is also inexpensive, is the main plasma gas used in current discharge lamps.

Cependant, les gaz rares présentent l'inconvénient d'émettre des photos UV de très courte longueur d'onde. A titre d'exemple, la longueur d'onde de tels photons est de 147 nm pour le xénon, de 124 nm pour le krypton et de 105 et 107 nm pour l'argon. Or, ces photons ont de mauvais rendements de conversion et sont responsables du vieillissement des luminophores. Par conséquent, il peut être avantageux de minimiser ou annuler la teneur en gaz rare dans le gaz plasmagène, de manière à minimiser ou éviter la production de photons UV de très courte longueur d'onde. Les technologies en cours de développement devraient permettre d'allumer plus facilement les plasmas de gaz moléculaires comme les plasmas à base d'azote pur Selon un mode de réalisation de l'invention, le gaz plasmagène est constitué exclusivement d'azote. However, rare gases have the disadvantage of emitting UV photos of very short wavelength. By way of example, the wavelength of such photons is 147 nm for xenon, 124 nm for krypton and 105 and 107 nm for argon. However, these photons have poor conversion efficiencies and are responsible for aging phosphors. Therefore, it may be advantageous to minimize or cancel the rare gas content in the plasma gas, so as to minimize or avoid the production of very short wavelength UV photons. The technologies under development should make it easier to ignite molecular gas plasmas such as pure nitrogen-based plasmas. According to one embodiment of the invention, the plasmagenic gas consists exclusively of nitrogen.

Par ailleurs, les raies d'émission du mélange de gaz contenu dans l'enveloppe dépendent de la composition dudit gaz, et notamment de la concentration en oxygène. Avec une pression donnée et une faible concentration en oxygène, c'est-à-dire à partir de 0,002%, de préférence supérieure ou égale à 0,005%, et inférieure à ou de l'ordre de 3%, de préférence inférieure à ou de l'ordre de 1%, on peut donc produire une émission maximale (figure 3) de photons exclusivement dans le domaine UV, tandis qu'avec une concentration en oxygène élevée, c'est-à-dire de l'ordre de ou supérieure à 10% comme indiqué à la figure 4C, on obtient une émission de photons exclusivement dans le domaine visible. Furthermore, the emission lines of the gas mixture contained in the envelope depend on the composition of said gas, and in particular the oxygen concentration. With a given pressure and a low oxygen concentration, that is to say from 0.002%, preferably greater than or equal to 0.005%, and less than or of the order of 3%, preferably less than or equal to of the order of 1%, it is therefore possible to produce a maximum emission (FIG. 3) of photons exclusively in the UV range, whereas with a high oxygen concentration, that is to say of the order of greater than 10% as shown in Figure 4C, we obtain a photon emission exclusively in the visible range.

En effet, comme le montre la figure 3, l'intensité UV émise devient négligeable lorsque l'on atteint un pourcentage en oxygène de l'ordre de 5%, et ce, quelle que soit la pression totale du mélange. Le mélange gazeux permet donc de définir un spectre d'émission optimal dans le domaine souhaité, puisque l'ajustement de la pression et/ou de la concentration en oxygène permet de générer un spectre d'émission contenu dans un unique domaine (visible ou UV) et ne s'étalant pas sur plusieurs domaines, étant entendu que le domaine visible s'étend entre 400 et 900 nm et que le domaine UV s'étend entre 200 et 400 nm pour les mélanges N2/02. Un avantage du spectre optimal ainsi obtenu, qu'il soit dans le domaine UV ou dans le domaine visible, est qu'il procure un rendement amélioré puisqu'il ne contient pas de longueurs d'ondes inutilisables pour la production de la lumière recherchée, et qui seraient donc perdues. La figure 3 est un graphe illustrant l'intensité de l'émission UV émise par les molécules NO formée dans un plasma à base d'azote, en fonction du pourcentage d'oxygène (exprimé en ppm) introduit dans l'azote à différentes pressions. Une concentration de 10000 ppm correspond à un pourcentage de 1%. La figure 3 concerne donc essentiellement les mélanges N2-02 à faible teneur en oxygène. Comme on peut le voir sur cette courbe, à une pression donnée, l'intensité d'UV passe par un maximum en fonction du pourcentage d'oxygène dans le plasma, mais ce maximum diminue au fur et à mesure que la pression totale diminue. Par ailleurs, ce pourcentage d'oxygène décroît lorsque la pression du plasma augmente. En revanche, la pression partielle d'oxygène atomique correspondant à ce maximum d'intensité est sensiblement indépendante de la pression totale et est de l'ordre de 20 mtorr (ou 30 mtorr pour une pression totale de 760 torr). Les figures 4A à 4C mettent en évidence l'influence du pourcentage d'oxygène sur les spectres d'émission des plasmas à base d'azote. In fact, as shown in FIG. 3, the UV intensity emitted becomes negligible when an oxygen percentage of the order of 5% is reached, regardless of the total pressure of the mixture. The gaseous mixture thus makes it possible to define an optimum emission spectrum in the desired range, since the adjustment of the pressure and / or the oxygen concentration makes it possible to generate an emission spectrum contained in a single domain (visible or UV ) and not spread over several domains, it being understood that the visible range extends between 400 and 900 nm and that the UV range extends between 200 and 400 nm for the N 2 / O 2 mixtures. An advantage of the optimal spectrum thus obtained, whether in the UV range or in the visible range, is that it provides an improved yield since it does not contain unusable wavelengths for the production of the desired light, and that would be lost. FIG. 3 is a graph illustrating the intensity of the UV emission emitted by the NO molecules formed in a nitrogen-based plasma, as a function of the percentage of oxygen (expressed in ppm) introduced into the nitrogen at different pressures. . A concentration of 10000 ppm corresponds to a percentage of 1%. FIG. 3 therefore essentially concerns N 2-02 mixtures with a low oxygen content. As can be seen on this curve, at a given pressure, the intensity of UV passes through a maximum as a function of the percentage of oxygen in the plasma, but this maximum decreases as the total pressure decreases. Moreover, this percentage of oxygen decreases when the plasma pressure increases. In contrast, the atomic oxygen partial pressure corresponding to this maximum intensity is substantially independent of the total pressure and is of the order of 20 mtorr (or 30 mtorr for a total pressure of 760 torr). FIGS. 4A to 4C show the influence of the percentage of oxygen on the emission spectra of the nitrogen-based plasmas.

Dans les trois cas, le plasma est un plasma différé (post-décharge) issu d'une décharge micro-onde à 915 MHz et la pression d'azote est de 6 torrs. La figure 4A présente un spectre d'émission d'un plasma d'azote pur. Comme on peut le voir, il existe une raie importante à une longueur d'onde légèrement inférieure à 400 nm, la plupart des autres raies étant à des longueurs d'ondes supérieures à 550 nm. La figure 4B présente le spectre d'émission d'un plasma d'azote auquel est ajouté 0,4% d'oxygène. On peut constater que la majorité des raies d'émission se trouve dans le domaine de longueur d'onde allant de 200 à 400 nm. Enfin, la figure 4C présente le spectre d'émission d'un plasma d'azote auquel est ajouté 10% d'oxygène. On constate que la forme du spectre est nettement différente de celui de la figure précédente, avec des raies d'émissions à des longueurs d'ondes comprises entre 400 et 900 nm, c'est-à-dire essentiellement dans le domaine visible. Il en va de même pour les pourcentages en oxygène supérieurs à 10 %. Par conséquent, en fonction du domaine de longueur d'onde d'émission souhaité (UV ou visible), on ajuste le pourcentage d'oxygène à introduire dans le gaz plasmagène. Les lampes ainsi constituées peuvent permettre différentes applications. In all three cases, the plasma is a delayed plasma (post-discharge) from a microwave discharge at 915 MHz and the nitrogen pressure is 6 torr. Figure 4A shows an emission spectrum of a pure nitrogen plasma. As can be seen, there is a significant line at a wavelength slightly less than 400 nm, most of the other lines being at wavelengths greater than 550 nm. Figure 4B shows the emission spectrum of a nitrogen plasma to which 0.4% oxygen is added. It can be seen that the majority of the emission lines are in the wavelength range of 200 to 400 nm. Finally, FIG. 4C shows the emission spectrum of a nitrogen plasma to which 10% of oxygen is added. It can be seen that the shape of the spectrum is clearly different from that of the previous figure, with emission lines at wavelengths between 400 and 900 nm, that is to say essentially in the visible range. The same is true for oxygen percentages greater than 10%. Therefore, depending on the desired emission wavelength range (UV or visible), the percentage of oxygen to be introduced into the plasma gas is adjusted. The lamps thus formed may allow different applications.

Selon un premier mode de réalisation, la lampe peut être destinée à de l'éclairage UV, par exemple pour des applications destinées au grand public (telles que des lampes à bronzer) ou à des applications industrielles (par exemple des lampes UV destinées à de la polymérisation). Dans ce cas, la paroi de l'enveloppe est adaptée pour laisser passer directement ce rayonnement ultraviolet, et l'on ajoute au gaz plasmagène un faible pourcentage d'oxygène (inférieur à 5% et de manière préférée inférieur à 3%) pour obtenir des raies émettant dans le domaine UV souhaité. Si la lampe est destinée à émettre un rayonnement visible, c'est-à-dire compris principalement entre 400 et 800 nm, une première forme d'exécution consiste à sélectionner un pourcentage en oxygène adapté pour émettre, sous l'effet de la décharge, des raies dans le domaine visible. A cet effet, on ajoute au gaz plasmagène un pourcentage élevé d'oxygène, c'est-à-dire de l'ordre de ou supérieur à 10%. Le matériau de l'enveloppe est alors choisi transparent au rayonnement visible qui est émis directement par le mélange de gaz sous l'effet de la décharge. De manière alternative, on sélectionne un pourcentage en oxygène adapté pour émettre, sous l'effet de la décharge, des raies dans le domaine UV. According to a first embodiment, the lamp may be intended for UV lighting, for example for applications intended for the general public (such as tanning lamps) or for industrial applications (for example UV lamps intended for polymerization). In this case, the wall of the envelope is adapted to pass this ultraviolet radiation directly, and a small percentage of oxygen (less than 5% and preferably less than 3%) is added to the plasma gas to obtain lines emitting in the desired UV range. If the lamp is intended to emit visible radiation, that is to say mainly comprised between 400 and 800 nm, a first embodiment consists in selecting a percentage of oxygen adapted to emit, under the effect of the discharge. , rays in the visible range. For this purpose, a high percentage of oxygen, that is to say of the order of or greater than 10%, is added to the plasma gas. The material of the envelope is then chosen transparent to the visible radiation which is emitted directly by the gas mixture under the effect of the discharge. Alternatively, a percentage of oxygen adapted to emit, under the effect of the discharge, lines in the UV range is selected.

A cet effet, on introduit dans le gaz plasmagène un faible pourcentage d'oxygène, inférieur à ou de l'ordre de 1% (dans tous les cas inférieur à 5%, de préférence inférieur à 3%). Par ailleurs, la paroi intérieure de l'enveloppe est recouverte dans sa partie utile par une couche de luminophores qui sont destinés à convertir un photon UV (généré par la décharge plasma) qui le frappe en lumière visible. Parmi les luminophores préférés, à base de terres rares, on peut citer, de manière non limitative : Y203 :Eu3+ (rouge), (La,Ce)PO4 : Tb3+ (vert), BaMgAI10O17: Eu2+ (bleu). L'oxygène ajouté au gaz plasmagène présente en outre l'avantage de compenser la photo-désorption de l'oxygène des luminophores par les photons UV et donc de maintenir leur stoechiométrie, ce qui permet de maintenir leur rendement de conversion des photons UV en photons visibles et d'augmenter leur durée de vie. De même, pour les lampes contenant des cathodes à oxydes, lesdites cathodes conservent aussi leur stoechiométrie malgré l'effet du bombardement ionique, ce qui permet de prolonger la durée de vie et l'efficacité des cathodes. Le pourcentage d'oxygène à ajouter au gaz plasmagène est choisi de manière à optimiser, c'est-à-dire rendre maximum, la production de photons UV ou visibles dans le domaine spectral visé. Dans le cas d'une lampe destinée à procurer un rayonnement visible par l'intermédiaire de luminophores, le domaine spectral visé est celui qui correspond à une conversion optimale des photons UV en photons visibles par les luminophores tapissant la paroi intérieure de l'enveloppe. Pour réaliser cette optimisation de l'intensité d'émission UV, on peut, par exemple, favoriser le domaine spectral de l'un ou l'autre des systèmes moléculaires NOy et NOp en ajustant la pression totale du gaz plasmagène dans la décharge, dans les conditions de fonctionnement standard de la lampe. De manière générale, les densités des états excités NO(A) et NO(B) émettrices d'UV sont contrôlées par la concentration en atomes de carbone d'azote N et d'oxygène 0 dans la décharge [4]. For this purpose, a small percentage of oxygen, less than or of the order of 1% (in all cases less than 5%, preferably less than 3%) is introduced into the plasma gas. Furthermore, the inner wall of the envelope is covered in its useful part by a layer of phosphors which are intended to convert a UV photon (generated by the plasma discharge) which strikes it in visible light. Among the rare earth-based phosphors that may be mentioned, in a nonlimiting manner: Y 2 O 3: Eu 3 + (red), (La, Ce) PO 4: Tb 3+ (green), BaMgAl 2 O 17: Eu 2+ (blue). The oxygen added to the plasma gas additionally has the advantage of compensating for the photo-desorption of oxygen from the phosphors by the UV photons and thus of maintaining their stoichiometry, which makes it possible to maintain their conversion efficiency from the photons UV to photons. visible and increase their lifespan. Similarly, for lamps containing oxide cathodes, said cathodes also retain their stoichiometry despite the effect of ion bombardment, which allows to extend the life and efficiency of the cathodes. The percentage of oxygen to be added to the plasma gas is chosen so as to optimize, that is to say maximize, the production of UV photons or visible in the spectral range targeted. In the case of a lamp for providing visible radiation through phosphors, the target spectral range is that which corresponds to an optimal conversion of UV photons into visible photons by the phosphors lining the inner wall of the envelope. To achieve this optimization of the UV emission intensity, it is possible, for example, to promote the spectral range of one or the other of the molecular systems NOy and NOp by adjusting the total pressure of the plasma gas in the discharge, in the standard operating conditions of the lamp. In general, the densities of the UV-emitting excited states NO (A) and NO (B) are controlled by the concentration of carbon atoms of nitrogen N and oxygen 0 in the discharge [4].

Par ailleurs, la densité relative des états excités NO(B) par rapport aux états excités NO(A) augmente lorsque la pression augmente au-delà de 2 torrs [3]. En revanche, les états excités NO(B) ne sont plus présents à la pression atmosphérique [4]. Ainsi, pour maximiser l'intensité d'émission UV des têtes de bande du système N0p, on opère à 2 torrs [5], pression à laquelle la densité des molécules NO(A) est grande devant la densité des molécules NO(B). En revanche, pour maximiser l'émission des têtes de bande du système N0y, on opère à une pression de 5 torrs. Moreover, the relative density of NO excited states (B) compared to NO excited states (A) increases when the pressure increases beyond 2 torr [3]. On the other hand, excited NO (B) states are no longer present at atmospheric pressure [4]. Thus, in order to maximize the UV emission intensity of the N0p system band heads, the operation is carried out at 2 torr [5], at which the density of the NO (A) molecules is high compared to the density of the NO (B) molecules. . On the other hand, to maximize the emission of the N0y system headers, a pressure of 5 torr is operated.

Pour obtenir de la lumière visible, l'optimisation passe par l'ajustement de la pression totale en fonction de la technologie du système d'éclairage. En effet, la gamme de pourcentage appropriée - supérieure à 10 % d'oxygène - est très large, beaucoup moins critique que pour le cas de la production d'UV à partir des molécules NO. Ce pourcentage peut ainsi dépasser, sans limitation, les 10% d'oxygène dans le mélange N2/02. Ainsi, le pourcentage d'oxygène peut être choisi en fonction de l'indice de rendu des couleurs (IRC) souhaité : couleur plus rose à faible pourcentage d'oxygène et plus blanche à fort pourcentage d'oxygène. In order to obtain visible light, optimization is achieved by adjusting the total pressure according to the technology of the lighting system. Indeed, the appropriate percentage range - greater than 10% oxygen - is very wide, much less critical than for the case of UV production from NO molecules. This percentage may thus exceed, without limitation, the 10% oxygen in the N 2 / O 2 mixture. Thus, the percentage of oxygen can be chosen according to the desired color rendering index (CRI): pink color with a lower percentage of oxygen and whiter with a high percentage of oxygen.

L'indice IRC de rendu des couleurs peut aussi être modifié par l'ajout dans le mélange N2/02 d'émetteurs atomiques ou moléculaires. Par « émetteurs atomiques ou moléculaires », on entend des atomes ou molécules émetteurs de photons. A titre d'exemple, l'ajout de soufre dans le mélange, soit sous forme solide, soit sous forme de composé gazeux contenant de l'oxygène (à prendre en compte dans le pourcentage d'oxygène) comme SO2, permet un ajustement de l'indice de rendu des couleurs de la lampe. En effet, le soufre est connu pour émettre une lumière blanche présentant un bon indice de rendu des couleurs. La figure 5 est un graphe illustrant la concentration en atomes d'azote dans une décharge d'azote à une pression de 4 torr, en fonction de la puissance absorbée PA, pour différentes fréquences du champ électrique, respectivement de 2,45 GHz (courbe (a)), 440 MHz (courbe (b)), 40,68 MHz (courbe (c)) et 13,56 MHz (courbe (d)). On observe sur ce graphe que, pour une puissance absorbée donnée, la concentration d'azote atomique dans une décharge d'azote augmente de manière significative avec la fréquence d'excitation de la décharge. Par conséquent, une excitation dans le domaine micro-onde, par exemple à 433 MHz, 915 MHz ou encore 2,45 GHz est particulièrement avantageuse, notamment lorsque l'on travaille à faible puissance. On notera que la génération d'une décharge dans un gaz plasmagène constitué d'azote (N2) et de protoxyde d'azote (N20) dans des applications de stérilisation a déjà été décrite [1] [2]. Cependant, il s'agit là d'une application totalement différente de celle de l'éclairage. En particulier, dans l'enveloppe d'une lampe, les flux de gaz sont nuls puisqu'ils sont enfermés dans une enveloppe scellée, ce qui constitue des conditions expérimentales différentes de celles de la post-décharge utilisée dans les procédés de stérilisation. D'autre part, dans le procédé de stérilisation, on met en oeuvre une réaction chimique (c'est-à-dire une situation dynamique) en faisant réagir de l'oxygène atomique actif, et en produisant des produits de réaction (tels que CO, 002) qui doivent être évacués. Dans l'application à l'éclairage qui fait l'objet de la présente invention, on ne cherche pas à produire de l'oxygène atomique, mais soit des photons UV (à partir des molécules de NO) soit des photons de lumière visible. Par ailleurs, il s'agit d'une mise en oeuvre statique puisqu'il n'existe aucun flux de gaz. Enfin, la figure 6 illustre un mode de réalisation d'une lampe, dans laquelle le dispositif d'application du champ électromagnétique est similaire à celui de la figure 1C. The IRC color rendering index can also be modified by adding atomic or molecular emitters to the N2 / 02 mixture. "Atomic or molecular emitters" means atoms or molecules emitting photons. By way of example, the addition of sulfur in the mixture, either in solid form or in the form of gaseous compound containing oxygen (to be taken into account in the percentage of oxygen), such as SO 2, allows an adjustment of the color rendering index of the lamp. Indeed, sulfur is known to emit a white light having a good color rendering index. FIG. 5 is a graph illustrating the concentration of nitrogen atoms in a nitrogen discharge at a pressure of 4 torr, as a function of the absorbed power PA, for different frequencies of the electric field, respectively 2.45 GHz (curve (a)), 440 MHz (curve (b)), 40.68 MHz (curve (c)) and 13.56 MHz (curve (d)). It is observed on this graph that, for a given absorbed power, the atomic nitrogen concentration in a nitrogen discharge increases significantly with the excitation frequency of the discharge. Therefore, excitation in the microwave field, for example at 433 MHz, 915 MHz or 2.45 GHz is particularly advantageous, especially when working at low power. It will be noted that the generation of a plasma gas discharge consisting of nitrogen (N 2) and nitrous oxide (N 2 O) in sterilization applications has already been described [1] [2]. However, this is an application totally different from that of lighting. In particular, in the envelope of a lamp, the gas flows are zero since they are enclosed in a sealed envelope, which constitutes experimental conditions different from those of the post-discharge used in the sterilization processes. On the other hand, in the sterilization process, a chemical reaction (i.e., a dynamic situation) is carried out by reacting active atomic oxygen, and producing reaction products (such as CO, 002) to be evacuated. In the application to lighting that is the subject of the present invention, it is not intended to produce atomic oxygen, but is UV photons (from NO molecules) or photons of visible light. Moreover, it is a static implementation since there is no gas flow. Finally, FIG. 6 illustrates an embodiment of a lamp, in which the device for applying the electromagnetic field is similar to that of FIG. 1C.

A l'intérieur de l'enveloppe 1 on peut distinguer deux principales régions concernées par la décharge. Une première région est celle où le champ électrique est appliqué et où se produit la décharge. Cette région (à l'intérieur de la ligne en pointillés) est repérée par le signe R1 sur la figure 6. Les espèces ionisées et les nouvelles espèces produites dans cette région R1 diffusent alors depuis cette région vers une région adjacente à la première région qui est dite de « post-décharge ou de plasma différé (afterglow) » et qui est celle dans laquelle les molécules NO dans un état excité sont principalement produites et où le rayonnement UV sera le plus intense. Cette région de post-décharge (à l'extérieur de la ligne en pointillés susmentionnée) est repérée par le signe R2. Dans certains types de décharges, par exemple les décharges micro-onde, la région R1 est souvent limitée par la décroissance exponentielle du champ électrique sur une profondeur de pénétration appelée épaisseur de peau. Dans ce cas, la région R2 ne comporte que les espèces issues de la région R1 et qui diffusent dans la région R2. Mais, dans les cas où l'épaisseur de peau est plus grande que les dimensions de l'enveloppe, il peut être avantageux de cloisonner le volume intérieur de l'enveloppe 1 par une cloison perforée ou une grille séparant la région R1 de la décharge proprement dite de la région R2 de « post-décharge ». On matérialise ainsi dans l'enveloppe une chambre de décharge R1 et une chambre de post-décharge R2. Dans l'exemple illustré à la figure 6, la cloison est une grille 11 de grande transparence, par exemple supérieure à 95% de sorte à ne pas occulter le rayonnement émis, agencée autour de la région R1 qui entoure l'applicateur du champ électromagnétique RF. Inside the envelope 1 we can distinguish two main regions concerned by the discharge. A first region is where the electric field is applied and where the discharge occurs. This region (inside the dashed line) is indicated by the sign R1 in FIG. 6. The ionized species and the new species produced in this region R1 then diffuse from this region to a region adjacent to the first region which is called "post-discharge or afterglow" and that is the one in which the NO molecules in an excited state are mainly produced and where the UV radiation will be the most intense. This post-discharge region (outside the abovementioned dotted line) is marked by the sign R2. In certain types of discharges, for example microwave discharges, the R1 region is often limited by the exponential decay of the electric field over a penetration depth called skin thickness. In this case, the region R2 comprises only the species from the region R1 and which diffuse in the region R2. But, in cases where the skin thickness is greater than the dimensions of the envelope, it may be advantageous to partition the inner volume of the envelope 1 by a perforated partition or a grid separating the region R1 of the discharge proper of the R2 region of "post-discharge". A discharge chamber R1 and a post-discharge chamber R2 are thus embodied in the casing. In the example illustrated in FIG. 6, the partition is a grid 11 of high transparency, for example greater than 95% so as not to obscure the emitted radiation, arranged around the region R1 which surrounds the applicator of the electromagnetic field RF.

Eventuellement, la paroi de l'enveloppe 1 peut être couverte intérieurement d'une couche de luminophores (non illustrée ici), pour convertir les photons UV émis par le mélange de gaz en lumière visible. Ainsi, la source de plasma est séparée de la paroi de l'enveloppe qui est recouverte des luminophores. La ou les perforations de la cloison 11 peuvent prendre la forme d'un orifice de petites dimensions, d'un cône de restriction ou de tout autre moyen confinant les espèces chargées créées dans la région R1 de la région R2 de plasma différé. Ceci permet de faire disparaître lesdites espèces chargées qui sont de nature à dissocier les molécules de NO et endommager les luminophores. Naturellement, on pourra choisir toute autre forme de cloison en fonction de la géométrie de l'enveloppe et de la technologie d'application du champ électrique. Par ailleurs, on pourra choisir de ne pas cloisonner le volume intérieur de l'enveloppe sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Optionally, the wall of the envelope 1 may be covered internally with a layer of phosphors (not shown here) to convert the UV photons emitted by the gas mixture into visible light. Thus, the plasma source is separated from the wall of the envelope which is covered with phosphors. The perforation or perforations of the partition 11 may take the form of a small orifice, a restriction cone or any other means confining the charged species created in the region R1 of the deferred plasma region R2. This makes it possible to eliminate said charged species which are likely to dissociate the NO molecules and damage the phosphors. Naturally, it will be possible to choose any other form of partition according to the geometry of the envelope and the application technology of the electric field. Moreover, it will be possible to choose not to partition the interior volume of the envelope without departing from the scope of the present invention.

EXEMPLES D'APPLICATIONS On donne ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, trois exemples d'application dans lesquels les conditions opératoires sont très variées, notamment en termes de fréquences d'excitation, de pressions et de composition des décharges. EXAMPLES OF APPLICATIONS Three examples of application in which the operating conditions are very varied, in particular in terms of excitation frequencies, pressures and composition of the discharges, are given below by way of indication and in no way limitative.

Exemple n°1 La lampe est une lampe à décharge luminescente de type « tube néon », contenant un mélange d'azote, d'argon et de krypton à une pression de 2 torr. Ledit mélange contient 20 mtorr d'oxygène. Le gaz plasmagène est excité par une tension alternative de 50 ou 60 Hz. Example No. 1 The lamp is a "neon tube" type glow discharge lamp containing a mixture of nitrogen, argon and krypton at a pressure of 2 torr. Said mixture contains 20 mtorr of oxygen. The plasma gas is excited by an alternating voltage of 50 or 60 Hz.

La paroi intérieure de l'enveloppe est tapissée au moins en partie de luminophores pour convertir les photons UV générés par la décharge en lumière visible. Exemple n°2 La lampe est une lampe basse consommation de type inductif, contenant de l'azote avec un pourcentage d'oxygène de 0,5%. The inner wall of the envelope is lined at least in part with luminophores to convert the UV photons generated by the discharge into visible light. Example No. 2 The lamp is an inductive type low-consumption lamp containing nitrogen with an oxygen percentage of 0.5%.

Le gaz plasmagène est excité par une fréquence de quelques MHz, par exemple de l'ordre de 2 MHz. La paroi intérieure de l'enveloppe est tapissée au moins en partie de luminophores pour convertir les photons UV générés par la décharge en lumière visible. Exemple n°3 La lampe est une lampe basse consommation dans laquelle le gaz de décharge à la pression de 4 torr est un mélange de gaz contenant de l'azote et un pourcentage d'oxygène de 40% (soit 1,6 torr). Le gaz est excité par un dispositif à micro-ondes à 433 MHz, 915 MHz ou 2,45 GHz. The plasma gas is excited by a frequency of a few MHz, for example of the order of 2 MHz. The inner wall of the envelope is lined at least in part with luminophores to convert the UV photons generated by the discharge into visible light. Example No. 3 The lamp is a low-consumption lamp in which the 4 torr discharge gas is a nitrogen-containing gas mixture and an oxygen percentage of 40% (ie, 1.6 torr). The gas is excited by a microwave device at 433 MHz, 915 MHz or 2.45 GHz.

La lumière visible est directement émise et l'enveloppe ne contient pas de luminophores. Il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. Visible light is emitted directly and the envelope does not contain phosphors. It goes without saying that the examples which have just been given are only particular illustrations in no way limiting as to the fields of application of the invention.

Par ailleurs, il convient de noter que les exemples numériques cités sont issus de travaux réalisés dans des conditions expérimentales très variées en termes de flux de gaz, de vitesse de pompage, de forme et dimension de la décharge, de nature des parois en contact avec le plasma, etc. Par conséquent, les valeurs mentionnées ne constituent que des ordres de 10 grandeur. En particulier, la nature des parois peut influer fortement sur la recombinaison dite de surface des atomes ou la désexcitation des espèces excitées (par exemple, les espèces NO(A) et NO(B)). La composition optimale du mélange de gaz doit donc être déterminée 15 expérimentalement, au cas par cas, en appliquant les principes décrits plus hauts. La lampe décrite ci-dessus présente une efficacité énergétique au moins égale à celle d'une lampe à mercure conventionnelle. En effet, même si, après l'allumage du plasma, le maintien d'un plasma d'azote nécessite une puissance électrique plus élevée qu'un plasma d'argon et mercure, la 20 production d'UV est au moins égale à celle du mercure. D'autre part, l'ajustement du spectre UV au moyen de la concentration en oxygène permet une optimisation de la conversion des photons UV en photons visibles par les luminophores. Cette efficacité énergétique peut encore être améliorée grâce au développement 25 des lampes HF (hautes fréquences supérieures à 100 MHz, incluant donc les domaines radiofréquences et micro-onde) en raison de l'augmentation de la dissociation de l'azote avec la fréquence du champ électrique [6] - l'azote atomique étant un précurseur de la formation de NO. Par ailleurs, un autre avantage du mélange de gaz contenu dans l'enveloppe est qu'il 30 permet également, selon la concentration en oxygène, de produire directement une lumière visible, ce qui permet d'éviter la perte de rendement due à la conversion des UV en lumière visible par les luminophores. REFERENCES 35 [1] J.-S. Oh, K. Kawamura, B. K. Pramanik et A. Hatta, Investigation of Water-Vapor Plasma Excited by Microwaves as Ultraviolet Light Source, vol. 37, 2009, pp. 107-112. [2] K. Kutasi, V. Guerra, P. Sa et J. Loueiro, «UV radiation in Ar-02, N2-02 and Ar-02-N2 microwave discharges and post-discharges,» chez 29th ICPIG, Cancun, Mexico, July 12-17, 2009. [3] P. Levif, J. Séguin, M. Moisan, A. Soum-Glaude et J. Barbeau, Packaging materials for plasma sterilization with the flowing afterglow of an N2-02 discharge: damage assessment and inactivation efficiency of enclosed bacterial spores, vol. 44, 2011. [4] M. Boudam, M. Moisan, B. Saoudi, C. Popovici, N. Gherardi et F. Massines, Bacterial spore inactivation by atmospheric-pressure plasma in the presence or absence of UV photons as obtained with the same gas mixture, vol. 39, 2006, pp. 3494-3507. [5] K. Boudam, B. Saoudi, M. Moisan et A. Ricard, «Characterization of the flowing afterglows of an N2-02 reduced-pressure discharge: setting the operating conditions to achieve a dominant late-afterglow and correlating the NOb UV intensity variation with the N and O atom densities,» J. Phys. D, vol. 40, pp. 1694-1711, 2007. [6] P. Mérel, M. Tabbal, M. Chaker, M. Moisan et A. Ricard, «Influence of the field frequency on the nitrogen atom yield in the remote plasma of an N2 high frequency discharge,» Plasma Sources Sci. Technol., vol. 7, pp. 550-556, 1998. Furthermore, it should be noted that the numerical examples cited are the result of work carried out under very different experimental conditions in terms of gas flow, pumping speed, shape and size of the discharge, nature of the walls in contact with plasma, etc. Therefore, the values mentioned are only orders of magnitude. In particular, the nature of the walls can strongly influence the so-called surface recombination of atoms or the desexcitation of excited species (for example, the species NO (A) and NO (B)). The optimum composition of the gas mixture must therefore be determined experimentally, on a case by case basis, by applying the principles described above. The lamp described above has an energy efficiency at least equal to that of a conventional mercury lamp. Indeed, even if, after the ignition of the plasma, the maintenance of a nitrogen plasma requires a higher electrical power than an argon and mercury plasma, the UV production is at least equal to that mercury. On the other hand, the adjustment of the UV spectrum by means of the oxygen concentration makes it possible to optimize the conversion of the UV photons into visible photons by the phosphors. This energy efficiency can be further improved by the development of HF lamps (high frequencies above 100 MHz, thus including the radio frequency and microwave domains) due to the increase in nitrogen dissociation with the field frequency. electrical [6] - atomic nitrogen being a precursor to the formation of NO. Furthermore, another advantage of the gas mixture contained in the shell is that it also allows, depending on the oxygen concentration, to directly produce visible light, which makes it possible to avoid the loss of efficiency due to the conversion. UV in visible light by the phosphors. REFERENCES 35 [1] J.-S. Oh, K. Kawamura, B. K. Pramanik and A. Hatta, Investigation of Water-Vapor Plasma Excited by Microwaves and Ultraviolet Light Source, vol. 37, 2009, pp. 107-112. [2] K. Kutasi, V. Guerra, P. Sa and J. Loueiro, "UV radiation in Ar-02, N2-02 and Ar-02-N2 microwave discharges and post-discharges," at 29th ICPIG, Cancun, Mexico, July 12-17, 2009. [3] P. Levif, J. Seguin, M. Moisan, A. Soum-Glaude and J. Barbeau, Packaging materials for plasma sterilization with the flowing afterglow of an N2-02 discharge: Evaluation and inactivation of bacterial spores, vol. 44, 2011. [4] M. Boudam, M. Moisan, B. Saoudi, C. Popovici, N. Gherardi and F. Massines, Bacterial spore inactivation by atmospheric-pressure plasma in the presence or absence of UV photons as obtained the same gas mixture, vol. 39, 2006, pp. 3494-3507. [5] K. Boudam, B. Saoudi, M. Moisan and A. Ricard, "Characterization of the flowing afterglow of an N2-02 reduced-pressure discharge: setting the operating conditions to achieve a dominant late-afterglow and correlating the NOB UV intensity variation with the N and O atom densities, "J. Phys. D, vol. 40, pp. 1694-1711, 2007. [6] P. Mérel, M. Tabbal, M. Chaker, M. Moisan and A. Ricard, "Influence of the field frequency on the nitrogen atomic yield in the remote plasma of an N2 high frequency discharge , »Plasma Sources Sci. Technol., Vol. 7, pp. 550-556, 1998.

Claims

REVENDICATIONS1. A gas discharge lamp, comprising: - an envelope (1) transparent to ultraviolet or visible radiation, containing a plasmagene gas, - a device (2) for applying an electric field adapted to generate a discharge in said plasma gas, said lamp being characterized in that: - said plasma gas comprises nitrogen, - the casing (1) further contains an active gas comprising oxygen and / or nitrogen oxide, so that under the effect of a discharge, the mixture (10) of said plasma gas and the active gas emits ultraviolet or visible radiation, and - the mercury content in the envelope is zero.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that the plasmagenic gas further comprises a rare gas, such as argon.

3. Lamp according to one of claims 1 or 2, characterized in that the casing (1) comprises a discharge chamber (R1) and a post-discharge chamber (R2) separate from the discharge chamber (R1 ) by a perforated partition (11).

4. Lamp according to one of claims 1 to 3, characterized in that the oxygen percentage in the discharge in terms of partial pressure of oxygen is between 0.002% and 5% of the nitrogen pressure, preferably between 0.005% and 3%, so that under the effect of the discharge the gas mixture produces a radiation contained in the ultraviolet spectrum extending between 200 and 400 nm.

5. Lamp according to claim 4, characterized in that at least a portion of the inner wall of the envelope (1) is covered with a layer (12) of phosphors 30 able to emit visible radiation when they are excited by ultraviolet radiation of the gas mixture.

6. Lamp according to one of claims 1 to 3, characterized in that the percentage of the active gas in terms of partial pressure of oxygen added to the plasma gas is greater than 10% so that under the effect of the discharge the gas mixture produces radiation contained in the visible spectrum.

7. Lamp according to claim 6, characterized in that the gas mixture contained in the envelope (1) further comprises an atomic or molecular emitter chosen to adjust the color rendering index.

8. Lamp according to claim 7, characterized in that the emitter contained in the gas mixture is sulfur.

9. Lamp according to claim 8, characterized in that the sulfur contained in the gas mixture is in the form of sulfur oxide gas.

10. Lamp according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device (2) for applying the electric field is a device for applying an alternating electric field at a frequency of 50 or 60 Hz.

11. Lamp according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device (2) for applying the electric field is a radiofrequency applicator, the frequency of the electric field being between 1 and 100 MHz.

12. Lamp according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device (2) for applying the electric field is a microwave applicator, the frequency of the electric field being between 100 MHz and 2.45 GHz .

13. Lamp according to one of claims 11 or 12, characterized in that the device (2) for applying the electric field is a coaxial applicator.