HU194650B

HU194650B - Low-pressure mercury vapour discharge lamp

Info

Publication number: HU194650B
Application number: HU876A
Authority: HU
Inventors: Cornelis Huiskes; Evert D Schutten
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-01-08
Filing date: 1987-01-02
Publication date: 1988-02-29
Also published as: JPS62167387A; DD253116A5; CA1267186A; JP2505784B2; FI870031A; ES2009786B3; NL8600023A; HUT42885A; DE3662959D1; EP0229428A1; EP0229428B1; FI870031A0; US4716337A

Description

A találmány tárgya kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, amelynek igen jó színvisszaadási indexe van, a kibocsátott fehér fény színhőmérséklete 2300—3300 K tartományban van, szinpontja a Planck görbén vagy annak közelében van, és amelynek gáztömör sugárzást kibocsátó burájában higany és nemesgáz töltés van, és a burán lumineszcens réteg van, amely tartalmaz:

a) legalább egy, háromvegyértékű antimonnal és kétvegyértékű mangánnal aktivált lumineszcens alkáli-földfémet, amely által kibocsátott sugárzás színhőmérséklete 2900-5000 K tartományban van;

b) legalább egy, kétvegyértékű európiummaj aktivált lumineszcens anyagot, amelynek sugárzási maximuma 470-500 nm tartományban van, és a sugárzás félérték sávszélessége nem haladja meg a 90 nm-t;

c) egy háromvegyértékű cériummal és kétvegyértékű mangánnal aktivált lumineszcens ritka földfémmelaborátot, amelynek monoklin kristályszerkezete van, és alap kristályszerkezetét az Ln(Mg, Zn, Cd)B₅O_]0 képlet határozza meg, ahol Ln jelentése az ittrium- hintán és gadolinium elemek legalább egyike, cs amelyben a B legfeljebb 20 mól%-ig Al-iel és/vagy Ga-val helyettesíthető, és amely metaborátnak Mn¹⁺ piros sugárzása van; és

d) egy háromvegyértékű cériummal aktivált lumineszcens aluminátot, amelynek gránát kristályszerkezete legalább részben elnyeli a 480 nm alatti kék sugárzás hullámhosszait.

ilyen lámpák ismeretesek a 8 301 445 számú holland szabadalmi bejelentésből. Ezeknek a lámpáknak igen jó színvisszaadásuk van, vagyis az átlagos színvisszaadás! index R(a, 8) értéke legalább 85 a lámpa által kibocsátott sugárzás alacsony színhőmérsékleten A gyakorlatban az R(a, 8) értékére 95-öt vagy még enné! is nagyobbat el lehet érni. Ilyen sugárzás eléréséhez ezekben a lámpákban nagyszámú lumineszcens anyagot kell kombinálni. Mindenekelőtt a lámpák tartalmaznak egy lumineszcens inetaborátot, amelynek piros Mn²⁺ sugárzása van, valamint egy kétvegyértékű európiummal aktíváit anyagot, amelynek a sugárzási maximuma 470 - 500 nm hullámhossz tartományban van, és félérték sávszélességük nem haladja meg a 90 nm-t (6 anyag), és egy lumineszcens halofoszfátol (a anyag). Hozzávetőlegesen 3200 K. vagy ennél nagyobb színhőmérsékletű lámpák ezen lumineszcens anyagok kombinációjával elkészíthetők. Annak érdekében, hogy alacsonyabb színhőmérsékleteket érjünk el, a lámpákat másodsorban háromvegyértékű cériummal aktivált lumineszcens alumináttal is el kell látni, amelynek gránát szerkezete van (d anyag), amely arra a célra szolgál, hogy a kék sugárzást elnyelje, és átalakítsa nagyobb hullámhoszszúságú hasznos sugárzássá.

Ezeknek az ismert lámpáknak nagy előnyük, hogy nagyon nagy a fényfluxusuk, és ez a fényfluxus az élettartamuk során csak nagyon kis mértékben csökken. Ugyanez az eset forog fenn olyan kis átmérőjű lámpáknál, amelyeknek viszonylag nagy a sugárterhelésük, például, amelyeknek a belső átmérője 24 mm Egy további előny, hogy nagyon alacsony a színhőmérsékletük (hozzávetőlegesen 2300 K). Ez különösen igaz akkor, ha a lumineszcens réteghez Tb³⁺-mal aktivált anyagot adunk. Valamennyi említett lumineszcens anyag homogén keverékként adható a lurm o

neszcens rétegbe. A lumineszcens réteget fel lehet építeni rész-rétegekből is, amely rétegben egy vagy több lumineszcens anyag van beadagolva, amely réteget egy második réteg von be, amely a többi anyagot tartalmazza. Például, a kék sugárzást elnyelő lumineszcens gránátot a lámpa burájának belső falára vihetjük fel, vékony réteg formájában, és erre vihetjük fel a többi lumineszcens anyagöt tartalmazó, homogén keverékből álló réteget.

Az ismert lámpáknak az a hátrányuk, hogy a kibocsátott sugárzás színpontjának kölcsönös eltérései lehetnek. Ez a lumineszcens gránát jelenlétének az eredménye. Valójában azt találtuk, hogy amennyiben a gyártás során a lumineszcens réteg vastagsága csak kis mértékben is megnő, akkor ez az említett színpontdifferenciákhoz vezet; pontosabban, nagyobb mértékben, mint ahogy a réteg a nagyobb mennyiségű gránátot tartalmazza.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan kisnyomású higanygőz kisülő lámpa kidolgozását, amelynek igen jó színvisszaadása van alacsony színhőmérsékleten, amelynél azonban a színpont-széttolódás okozta hátrány gyakorlatilag kiküszöbölhető, de legalábbis minimálisra csökkenthető.

A kitűzött célt a bevezetőben körülírt kisnyomású higanygőz kisülő lámpával a találmány szerint úgy értük el, hogy a lumineszcens réteg tartalmaz továbbá:

e) kétvegyértékű mangánnal aktivált, zölden lumineszkáló anyagot, amelynek sugárzási maximuma 510 — 535 nm tartományban van.

Azt találtuk, hogy a lámpa által kibocsátott sugárzás egy adott színpontjáná! a sugárzáshoz Mn²⁺ zöld sugárzást hozzáadva az e anyag segítségével lecsökken a lumineszcens gránát mennyisége. Az R(a, 8) magas értékét megtartjuk, amely előre egyáltalán nem volt várható. Valójában az derül ki az előbb említett 8 301 445 számú holland szabadalmi bejelentésből, hogy az előnyösen jelenlevő zöld Tb^{3 +} sugárzás előnyösen a lumineszcens gránát mennyiségének csökkenéséhez vezet, de ezzel együtt az R(a, 8) érték elfogadhatatlan mértékben csökken. A találmány szerinti lámpák előnye abban van, hogy a lumineszcens gránát mennyiségének lecsökkenése következtében a lumineszcens réteg vastagságának kisebb lesz a befolyása a kibocsátott sugárzás szíripontjára, így az egyes lámpák színpontja közötti eltérések minimálisra csökkenthetők.

A találmány szerinti lámpáknál előnyösen a lumineszcens réteg egy olyan lumineszcens anyagot is tartalmaz (/anyag), amely háromvegyértékü terbiummal aktiválva van, és Tb³⁺ zöld sugárzása van. Az ismert lámpáknál is fennáll az, hogy egy ilyen/anyagnak az előnye, hogy nagyobb fénylluxus érhető el ezekkel a lámpákkal, ugyanakkor alacsonyabb színhőmérséklet érhető el. A találmány szerinti lámpákban a zonban a spektrum zöld sugárzásának a hozzájárulása a teljes sugárzáshoz az Mn^{2 +} -szal aktivált e anyagból származik, ily módon az R(a, 8) magas értéke biztosítva' van.

Előnyösen alkalmazhatók azok a találmány szerinti lámpák, amelyekben a r lumineszcens metaborát háromvegyértékű terbiummal is aktiválva van, és a c metaborát egyben az/anyag, és amelyet a következő képlet határoz meg:

194 650 (L, La, GdV^CeJb/Mg, Zn, Cdh^Mn^O,,,, ahol

0,01<x<l— y 0,01 <y <0,75 0,01 <p <0,30, és amelyben a B legfeljebb 20 mól%-ig Al-lel és/vagy Ga-val helyettesíthető. Ezeknek a lámpáknak az az előnyük, hogy mind az Mn^{2 +} piros sugárzás, és a Tb³⁺ zöld sugárzás egyetlen lumineszcens anyaggal van biztosítva. Ezeknek a sugárzásoknak a kívánt relatív hozzájárulásuk az Mn-nek és Tb-nek a metaborátban levő koncentrációjának változtatásával állítható be.

Előnyösek azok a találmány szerinti lámpák, amelyeknél a d anyag a következő képlettel van meghatározva :

Ln₃ _ jCejAL _ _p _ _qGa_pSc_qO _{t 2}, ahol Ln jelentése az ittrium- gadolinium, lantán és lutécium elemek legalább egyike, és amelyben

0,0I<x<0,15

0<p<3

0<q< I.

Az ilyen lumineszcens gránátoknak kiváló elnyelő tulajdonságaik vannak a spektrum kék tartományában, és kielégítően hozzájárulnak a lámpa fényfluxusához, különösen, ha p = q = 0 értéket választjuk.

A találmány szerinti lámpa egy előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy az e anyag a kétvegyértékű mangánnal aktivált cink-ortoszilikátok, a kétvegyértékíí curópiummal és kétvegyértékű mangánnal aktivált, hexagonáiis krislályszcrkczetü bárium-aluminátok, továbbá kétvegyértékű európiumma! és kétvegyérlékű mangánnal aktivált, hexagonáiis kristályszerkezetű bárium-magnézium-aluminátok csoportjának legalább egyik anyaga. Az említeti szilikátok (Zn₂SiO₄; Mn^{2 +}, willcmil), és a hexagonáiis aluminátok ismert lumineszcens anyagok, amelyeknek nagyon hatásos, viszonylag keskenysávú Mn²⁺ sugárzásuk van, amelynek a maximuma az 510-535 nm hullámhossz-tartományba esik. Ezek a lámpák előnyösek, ha a lumineszcens réteg az e anyagot 1 -20 tömeg% mennyiségben tartalmazza.

Előnyösek azok a találmány szerinti lámpák, amelyeket az jellemez, hogy a lumineszcens réteg a lumineszcens anyagok homogén keverékét tartalmazzák. Egy ilyen keveréket tartalmazó lumineszcens réteg sokkal könnyebben vihető fel a lámpába, mint lumineszcens anyagot tartalmazó, különböző rétegek.

A találmány szerinti lámpa egy nagyon előnyös kiviteli alakjánál, amelynél a lumineszcens réteg homogén keverékből áll, és amely a bura belső falára van felvive, egy második lumineszcens réteg helyezkedik el a lumineszcens réteg és a bura között, amely második lumineszcens réteg egy háromvegyértékű antimonnal és kétvegyértékű mangánnal aktivált lumineszcens alkáli-földfém-halofoszfát keverékét tartalmazza, és a kibocsátott sugárzás színhőmérséklete 2900-5000 K, valamint tartalmaz egy háromvegyértékű cériummal aktivált, lumineszcens aluminátot, amelynek gránát kristályszerkezete van. Egy ilyen lámpának az az előnye, hogy az első lumineszcens réteg vastagsága kisebb lehet, így a viszonylag költséges lumineszcens anyagokból kisebb mennyiségre van szükség az egyes lámpák rétegében. A második lumineszcens rétegben jelenlevő lumineszcens gránát mennyiségét előnyösen úgy választjuk meg, hogy az lényegében egyenlő legyen az első lumineszcens rétegben levő gránát mennyiségével, és a második lumineszcens réteg által kibocsátott sugárzás színpontja a lámpa kívánt színpontjához olyan közel essen, amennyire csak lehetséges. A találmány szerinti lámpa kiviteli alakjait az alábbiakban a mellékelt rajz segítségével ismertetjük részletesebben. A rajzon egy találmány szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa metszete látható.

Az I. ábrán látható kisnyomású higanygőz kisülő lámpának üvegből levő 1 fala van. A lámpa végein 2 és 3 elektródák vannak, amelyek között a lámpa működése közben kisülés jön létre. A lámpának nemesgáz töltése van, amely gyújtógázként szolgál, továbbá tartalmaz kis mennyiségű higanyt is. A lámpa hossza 120 cm, és belső átmérője. 24 mm, működés közben felvett teljesítménye 36 W. A bura 1 falának belső oldalát 4 lumineszcens réteggel vontuk be, amely az a, b, c.dése lumineszcens anyagokat tartalmazza. A 4 lumineszcens réteget hagyományos módon lehet felvinni az 1 falra, például a lumineszcens anyagokat tartalmazó szuszpenzió segítségével.

A következőkben ismertetésre kerülő, találmány szerinti lámpák kiviteli alakjait a lumineszcens anyagok összehasonlítására készítettük, amely lumineszcens anyagokat az alábbi táblázat tartalmazza. Az egyes anyagok képletén túlmenően, a táblázat tartalmazza az egyes anyagok által kibocsátott sugárzás szinpontját (x, y), ha az anyagot csak önmagában alkalmaztuk a lámpában. A táblázatban felsorolt anyagokon túlmenően alkalmaztunk továbbá egy Y_{2 9}Ce_0-1Al₅O₁₂ képlet által meghatározott lumineszcens gránátot (YAG) is.

194 650

Lumineszcens anyag	Képlet	X	y
CBTM	Ceo^GdouTbo^Mgog jMn₀r)9^— B_sOi₀	0,518	0,345
CBT	Ce₀,₂Gd_0i6Tb₀,2MgB₅0\|₀	0,324.	0,535
SAE	Sr₀,9gEUo_i02Al3_i;0₆25	0,151	0,364
Haló 2900	Cag^jCdj, ₁₂(PO₄)₆F i,-G1o,4Í Sb_Oil2^vín_Oi3₅	0,437	0,402
wilfemitc	Zn₂SiO₄;Mn^{2 +}	0,246	0,614

/. példa

A rajzon bemutatott típusú lámpát az alábbi, homogén keverékből álló lumineszcens réteggel (hozzávetőlegesen 4 g lámpánként) láttunk el:

71,4 tömeg% CBTM 9 tömeg % SAE 15 tömeg% Haló 2900 4,6 tömeg% willemite.

A keverék ezen túlmenően tartalmazott ezen anyagok 100 g-jához 10 g YAG-t is.

Ezeknél a lámpáknál hozzávetőlegesen 2700 K színhőmérsékletet és R(a, 8) színvisszaadási indexnek 93-at mértünk. A színpont színkoordinátáinak átlagértékeit x= 0,461 és y = 0,414 értéknek mértük. Az egyes lámpák x és y értékeinek szórása kisebb volt mint 0,005, így nem volt megfigyelhető zavaró színpont-eltércs.

2. példa

Az 1. példa szerinti lámpával azonos lámpát egy homogén keveréket tartalmazó lumineszcens réteggel (hozzávetőlegesen 4 g lámpánként) láttunk el, amelynek összetétele tömeg% CBTM 9 tömeg% SAE tömeg% Haló 2900 5 tömeg % willemite.

Ezen túlmenően, a keverék az említett anyagok 100 g-jára vonatkoztatva 9 g YAG-t is tartalmazott.

Ezeknél a lámpáknál a mért színhőmérséklet hozzávetőlegesen 2700 K, és az R(a, 8) színvisszaadási index értéke 93 volt. A színpont koordinátái x - 0,461 és y = 0,411, amelynek szórása ismét 0,005-néI kisebb volt.

Összehasonlítási példák

Összehasonlítás céljára több sorozat lámpát készítettünk, amelyek nem tartalmazták az Mn²⁺-szal aktivált zöld lumineszcens anyagot (nem a találmány szerinti), amelyek egyébként teljesen megfeleltek az 1.

és 2. példák szerinti lámpáknak (ugyanazzal a hozzávetőlegesen 2700 K színhőmérséklettel, s lényegében azonos színponttal).

(a) Lámpákat az alábbi összetételű homogén keverékkel láttunk el :

tömeg% CBTM

19 tömeg% SAE tömeg % Haló 2900, amelyből készített lumineszcens réteg (lámpánként mintegy 4 g) 100 g lumineszcens anyagra viszonyítva

16 g YAG-t is tartalmazott. Az YAG-nek ez a viszonylag nagy mennyisége ahhoz volt szükséges, hogy a kívánt színpontot elérjük. Ezeknek a lámpáknak az R(a, 8) értéke hozzávetőlegesen 95 volt. A lámpák színpontjának x és y koordinátái egyaránt mintegy

0,008 nagyságú szórást mutattak, így a lámpák színpontja közötti különbségek nagyok voltak.

(b) Lámpákat az alábbi összetételű homogén keverékkel láttunk el:

69,1 tőmeg% CBTM 10 tömeg % SAE 18 tömeg % Haló 2900 2,9 tömeg % CBT.

A CBT hozzáadásával a spektrum zöld részéhez való külön hozzájárulás eredményeként kisebb menynyiségű YAG-re volt szükség (nevezetesen 100 g lumineszcens anyaghoz 13 g-ra), ahhoz, hogy ezeknél a lámpáknál a kívánt színpontot elérjük az (a) sorozat szerinti lámpákkal összehasonlítva. Az YAG mennyisége jóllehet, még mindig olyan nagy volt, hogy a színpont szórása zavaró mértékű volt. Ezen túlmenően, az R(a, 8) értéke 92-re csökkent.

(c) Olyan lámpákat készítettünk, amelyeket a következő összetételű homogén keverékkel láttunk el:

68,3 tömeg% CBTM

9 tömeg % SAE tömeg% Haló 2900 4,7 tömeg% CBT.

A CBT-nek a spektrum zöld részéhez történő, viszonylag nagy hozzájárulása következtében csak 9 g

194 650

YAG-re volt szükség 100 g lumineszcens anyaghoz, ahhoz, hogy ezeknél a lámpáknál a kívánt színpontot elérjük. Az R(a, 8) érték azonban lecsökkent hozzávetőlegesen 88-ra, ami elfogadhatatlanul alacsony olyan gyakorlati alkalmazásoknál, amikor nagyon szigorú követelmények vannak a színvisszaadással szemben.

Claims

1. Kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, amelynek jó színvisszaadási indexe van, a kibocsátott fehér fény színhőmérséklete 2300-3300 K tartományban van, színpontja a Pianck görbén vagy annak közelében van, és amelynek gáztömör sugárzást kibocsátó burájában higany és nemesgáz töltés van, és a burán lumineszcens réteg van, amely tartalmaz:

b) legalább egy, kétvegyértékű európiummal aktivált lumineszcens anyagot, amelynek sugárzási maximuma 470 - 500 nm tartományban van, és a sugárzás félérték sávszélessége nem haladja meg a 90 nm-t;

c) egy háromvegyértékű cériummal és kétvegyértékű mangánnal aktivált lumineszcens ritka földfém metaborátot, amelynek monoklin kristályszerkezete van, és alap kristályszerkezetét az Ln(Mg, Zn, Cd)B_sO₁₀ képlet határozza meg, ahol Ln jelentésé az ittrium, lantán és gadolinium elemek legalább egyike, és amelyben a B legfeljebb 20 mól%-ig Al-lel és/vagy Ga-val helyettesíthető, és amely metaborátnak Mn² ' piros sugárzása van, és

d) egy háromvegyértékű cériummal aktivált lumineszcens aluminátot, amelynek gránát kristályszerkezete legalább részben elnyeli a 480 nm alatti kék sugárzás hullámhosszait, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg (4) tartalmaz továbbá

e) kétvegyértékű mangánnal aktivált, zölden lumineszkáló anyagot, amelynek sugárzási maximuma 510-535 nm tartományban van.

2. Az 1. igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg (4) egy olyan lumineszcens anyagot is tartalmaz (/ anyag), amely háromvegyértékű terbiummal aktiválva van, és Tb^{3 +} zöld sugárzása van.

3. Λ 2. igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a c anyag, mely lumineszcens metaborát, háromvegyértékű terbium- 55 mai is aktiválva van, és a c anyag egyben az/anyag, amelyet a következő képlet határoz meg:

(Y, La, GdE-^-yCe/Tb/Mg, Zn, Cdj^pMnpBjO^, ahol

0,01<x< 1 -y ⁵ 0,01 ^y <0,75

0,0l<p<0,30,

Ιθ és amelyben a B legfeljebb 20 mól%-ig Al-lel és/vagy

Ga-val helyettesíthető.

4. Az 1 - 3. igénypontok bármelyike szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a danyag a következő képlettel van meghatároz15 va:

Ln₃ _ ,Ce,Al 5 _ _p _ _qG a_pSc_qO j ₂, ahol Ln jelentése az ittrium, gadolinium, lantán és 20 lutécium elemek legalább egyike, és amelyben 0,01<x<0,!5

0<p<3

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti kisnyomású hiaanvaöz kisülő lárnna. azzal jellemezve,

30 hogy az e anyag a kétvegyértékű mangánnal aktivált cink-ortoszilikátok, a kétvegyértékű európiummal és kétvegyértékű mangánnal aktivált, hexagonális kristályszerkezeíü bárium-aluminátok, továbbá kétvegyértékű európiummal és kétvegyértékű mangánnal ak35 tiváit, hexagonális kristályszerkezelü bárium-magnézium-aluminátok csoportjának legalább egyik anyaga,

6. Az 5. igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens

40 réteg (4) az e anyagot 1 - 20 tömeg % mennyiségben tartalmazza.

7. Az 1 - 6. igénypontok bármelyike szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg (4) a lumineszcens anyagok

45 homogén keverékét tartalmazza.

8. A 7. igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülő lámpa, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg (4) a bura belső falára van felvíve, és egy második lumineszcens réteg helyezkedik el a lumineszcens réteg és a bura között, amely második lumineszcens réteg egy háromvegyértékű antimonnal és kétvegyértékű mangánnal aktivált lumineszcens alkáli-földféinhalofoszfát keverékét tartalmazza, és a kibocsátott sugárzás színhőmérséklete 2900-5000 K, valamint tartalmaz egy háromvegyértékű cériummal aktivált lumineszcens aluminátot, amelynek gránát kristályszerkezete van.