HU204143B - Low pressure mercury vapour discharge lamp without electrode with luminiscent layers - Google Patents

Description

A találmány elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpára vonatkozik lumineszcens rétegekkel, amelynek sugárzást átengedő és első lumineszcens réteggel ellátott hurából, továbbá egymásodiklumineszcens réteggel ellátott üregből álló, gázzáró módon lezárt, higanyt, valamint nemesgázt tartalmazó kisülőedénye, és az üregben mágneses anyagú magja és ezen magkörül, nagyfrekvenciás tápegységhez csatlakoztatott huzalhurka van, és két vagy több lumineszcens anyag lehet jelen a lámpában.

Afentleírt fajtájúlámpa ismertaUS4298 828 sz. amerikaiszabadalmileírásból.

Az elektrődanélkülilámpa üzemelése alatt az aktuális kisülési téren kívül, de az azt körülölelő huzalhurokkal együtt a kisülőedény üregében lévő mágneses anyagú magban a huzalhoz csatlakoztatott nagyfrekvenciás tápegység nagyfrekvenciás mágneses térerőt kelt. Amágneses térerő a kisülőedényen helül villamos térerőt indukál, és így az edényben kialakul a villamos kisülés. Hyen módon keletkezik rövid, nagyobb részben 254π m, kisebb részben 185 nm hullámhosszú ultraibolya sugárzás (higany rezonancia vonal). Akisülőedény belső falánlévő lumineszcensrétegsegítségével alakul át ez az ultraibolya sugárzás hosszabb hullámhosszú, mégpedig látható sugárzássá. A kibocsátott sugárzás spektruma a lumineszcens rétegben lévő lumineszcens anyagtólfügg.

Mivel az ismert elektróda nélküli lámpáknál a lumineszcens réteg nemcsak a bura falát vonja be, hanem kiterjed az üreg falára is, ezért az üregen lévő lumineszcens anyag is hozzájárul az ultraibolya sugárzásnaklátható sugárzássá való alakulásához, amialámpa teljes fénykibocsátási hatásfoka szempontjából kedvező.

A már hivatkozott US 4 298 828 sz. szabadalmi leírásban a továbbiakban megemlítik, hogy például a standard halofoszfátok használhatók lumineszcens anyagként a lumineszcens rétegben, vagy ritkaföldfémekkel aktivált, háromféle fénypor keveréke is használható, amint ez az US 3 937 998 sz. amerikai szabadalmileírásban olvasható.

Az ismert általános világítási célra szolgáló kisnyomású higanygőz kisülési lámpáknál használatos lumineszcens réteg széles sávban sugárzó halofoszfátból, például antimonnal és mangánnal aktivált kalciumhalofoszfátból áll, így lényegében fehér fényt sugároz. Ezek a lámpák mindazonáltal csak mérsékelt színvisszaadásűak (szíhvisszaadási mdexR(a,8) 50+60).

Afent említett US 3 937 998 sz. szabadalmi leírásból ismert általános világítási célra szolgáló kisnyomású higanygőz kisülési lámpák főleg három viszonylag keskeny spektrum sávban sugároznak, és ezért ezek az úgynevezett háromsávos fénycsövek. Ezeknek a lámpáknak azazelőnyük, hogy az általános színvisszaadásuk jó (színvisszaadási indexR(a,8) > 80) és a fényhasznosításuk is nagy (egészen 90 Ixn/W értékig vagy még azon is túl).Ez azért lehetséges mert ezenlámpák sugárzása főleg három viszonylag keskeny spektrum sávrakoncentrálódikEnnekérdekébenezekalámpák főleg 590-630 nm hullámhosszon, vagyis vörösen sugárzó vörös lumineszcens anyagot és főleg 430490 nm hullámhosszon, vagyis kéken sugárzó kék lumineszcens anyagot tartalmaznak. Ezek a lámpák meghatározott színhőmérsékletűfehér fényt sugároz5· nak, azaz a kibocsátott sugárzás színpontjai (a CJJE, kromatikusdiagrammX, Ykoordinátái) aPIanck-féle helyen vagy annakközelébenhelyezkednekel.Egy háromsávos fluorescens lámpa (fénycső) által kibocsátott fény kívánt színhőmérsékletét a teljes emissziót 10 alkotó három spektrum tartomány egymáshoz viszonyított intenzitásainakmegfelelő beállításával érik el.

Az ismert elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpákban két vagy több lumineszcens réteg, valamint az üregen lévő második lumineszcens réteg 15 azonosak, azaz ugyanazon lumineszcens anyagokat

Az ismert lámpák problémája alumen tartása, azaz hogy a lámpa élettartama folyamán kibocsátott összfényáram ne csökkenjen. Azt tapasztaltuk, hogy az is20 mert lámpák által kibocsátott fényáram aránylag erősen csökken a lámpa élete során, és ehhez még, a Iunineszcens anyagoktól függően, a lámpa által kibocsátott sugárzás szinpontjának ugyanúgy nem kívánatos eltolódása is társulhat.

A találmány javított, a fenti hátrányoktól legalább lényegében mentes elektróda nélküli kisnyomású higanygőzkisüiésilámpára vonatkozik.

A találmány értelmében a bevezető bekezdésben leírt elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési 30 lámpa azzal jellemezhető, hogy a leggyorsabban öregedő lumineszcens anyag kizárólag az első lumineszcens rétegben van.

Az „öregedés” fogalmának meghatározásához egy szokásos kisnyomású higanygőz kisülési lámpát — 35 fénycsövet — vesznek alapul, amelyben a lumineszcens anyag a cső belső falára felvitt lumineszcens rétegben van (a lámpaedény egy a két végén lezárt egyenes cső, amelynek belsejében a cső két végében vannak elhelyezve az elektródok). Szokásos lámpaként példá40 ul egy 36 WIL.J)” jelű lámpát vehetünk (csőhossz 120 cm, a cső belső átmérője 24 mm).

Alumineszcens anyag öregedésén most azt a százalékban mért fényáram csökkenést értjük, ami a lámpa 5000 órás égetése után tapasztalható, ha ezen anyag 45 100 órás égetése után szolgáltatott fényáramához hasonlítjuk. Minden lumineszcens anyagnak van saját . öregedési görbéje (a fényáram értéke (%-ban) a lámpa égetési óráinak függvényében). Ha nagy falterhelésű szokásos (standard) lámpát választunk (a kisülési osz50 lopból kiáramló energiának a fal felületéhez viszonyított arányát értjük a fal terhelésen), akkor az öregedés gyorsabban következik be, de minden egyes lumineszcens anyagnak mégis saját jellemző öregedési görbéje van.

Azöregedésfőokánakazttartják,hogyalumineszcens anyag ki van téve a gerjesztett higanyatomokkal és a kisülésből származó higanyionokkal való összeütközésnek és ennek következtében a higany kémiailag reagál a lumineszcens anyaggal és/vagy lerakódik azon.

HU 204143 Β

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a higanykisülés az üreg fala közelében intenzívebb, mint a bura falánál az elektróda nélküli kisnyomású kisülési lámpa speciális alakú Idsülőedényénekkövetkeztében, ami miatt a mágneses anyagú mag az őt körülölelő huzalhurokkal együtt az üregben, de az aktuális (tulajdonképpeni) kisülési térenkívül van. Ennek az az eredménye, hogy az üreg falán lévő második lumineszcens réteg nagyobb számban ütközik a nagy energiájú higany részecskékkel, mint a bura falán lévő első lumineszcens réteg, így a második lumineszcens rétegben lévő lumineszcens anyag gyorsabban öregedik, mint az első rétegben lévő.

Ezen tény miatt és a találmány értelmében a jelenlévő lumineszcens anyagokközül a leggyorsabban öregedő kizárólag a burán lévő első rétegben helyezkedik el, ez elősegíti a lámpa élettartama alatti lumen-tartás javulását, és hogy a lámpa által kibocsátott sugárzás színpontja kisebb mértékben tolódjék el.

A találmány szerinti előnyös kivitelű elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpában főleg 590-630 nm hullámhosszon vörösen sugárzó vörös lumineszcens anyag, főleg 520-565 nm hullámhosszon zölden sugárzó zöld lumineszcens anyag és főleg 430490 nm hullámhosszon kéken sugárzó kék lumineszcens anyag van és azzal van jellemezve, hogy a kék lumineszcens anyag kizárólag az első lumineszcens rétegben van jelen.

Azt tapasztaltuk, hogy az ismert megfelelő anyagok közül a kék lumineszcens anyag öregedése a leggyorsabb, így a színpont a sárga felé tolódik el.

A találmány szerinti további előnyös kivitelnél az első lumineszcens réteg háromértékű europiummal aktivált ritkaföldfém-oxid, három értékű terbiummal aktivált lumineszcens anyag és kétértékű europiummal aktivált lumineszcens anyag keveréke, míg a második lumineszcens réteg három értékű europiummal aktivált ritkaföldfém-oxid és három értékű terbiummal aktivált lumineszcens anyag keveréke.

A kétértékű europiummal aktivált lumineszcens anyag öregedése viszonylag nagymértékű.

A találmány szerinti további előnyös kivitelű elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpa esetén első lumineszcens réteg háromértékű europiummal aktivált yttrxum-oxid, háromértékű tervxummal aktivált cérium-magnézium-aluminát és kétértékű europiummal aktivált bárium-magnézium-aluminát keveréke, míg a második lumineszcens réteg háromértékű europiummal aktivált yttrium-oxid és háromértékű terbiummal aktivált cérium-magnézium-aluminát keveréke.

Az említett lumineszcens anyagok önmagukban ismertek.

Ezen a módon egy érdekes három sávú, elektróda nélküli fluorescens lámpa (fénycső) állítható elő, amely jó általános színvisszaadású, nagy hatásfokkal sugároz, és amelynek élettartama folyamán az általa kibocsátott sugárzás színpontja alig tolódik el.

A találmány szerinti elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpa egyik kiviteli alakját részletesebben leírjuk egyben a rajzra is hivatkozunk.

Az ábra vázlatosan (részben metszetben, részben nézetben), de nem méretarányosan bemutat egy elektróda nélküli kisnyomású higanygőz kisülési lámpát, amelynek higanyt és nemesgázt tartalmazó gázbiztos módon lezárt üveg 1 kisülőedénye van. Az 1 kisülőedénynek 2 burája és 3 ürege van. A 3 üreg magábaf oglal egy mágneses anyagú (ferrit), és rúdalakú 4 magot és a 4 mag körül 7,8 huzalokon át a nagyfrekvenciás 6 tápegységhez csatlakoztatott 5 huzalhurkot. A villamos 6 tápegység egy szintetikus anyagú 9 ház belsejében helyezkedik el, és egyik végével az 1 kisülőedényhez kapcsolódik, míg a másik vége Edison féle 10 lámpafejeléssel van ellátva, és ezzel villamosán csatlakozik a 6 tápegységhez.

All első lumineszcens réteg az 1 kisülőedény belsejében a 2 bura falán van, míg a 12 másodiklumineszcens réteg 3 üreg falán van. Mielőtt a 2 burát a 3 üreggel gáztömör módon összekötnénk a szokásos módon ellátjuk őket a két lumineszcens réteggel, például lumineszcens anyagokat tartalmazó szuszpenziókat használva.

Ha kívánt, akkor a 2 burát még all első lumineszcens réteg felvitele előtt részben elláthatjuk reflektáló réteggel is. Mielőtt a 3 üreget a 12 második lumineszcens réteggel bevonnánk annak a falára is felvihetünk például egy reflektáló réteget.

A 2 bura falán lévő 11 első lumineszcens réteg három lumineszcens anyag keverékét tartalmazza, így a vörösen sugárzó három értékű, europiummal aktivált yttrium-oxidot (Y₂O₃:Eu³⁺)s a zölden sugárzó, három értékű terbiummal aktivált eérium-magnézíum-aluminátot (CeMgAluQi9:Tb³⁺) és a kéken sugárzó, kétértékű europiummal aktivált bárium-magnézium-aluminátot (BaMgAl10O₁₇:Eu²⁺). A 3 üreg falán lévő 12 második lumineszcens réteg két lumineszcens anyag keverékét tartalmazza: a vörösen sugárzó, három értékű europiummal aktivált yttrium-oxidot (Y2O3:Eu³⁺) és a zölden sugárzó, három értékű terbiummal aktivált cérium-magnézium-aluminátot (CeMgAi11O₁₉:Tb³⁺). A kéken sugárzó, kétértékű europiummal aktivált bárium-magnézium-aluminát tehát kizárólag csak a 2 bura falán lévő 11 első lumineszcens rétegben van jelen. Ez az anyag az a három említett lumineszcens anyag közül, amely a leggyorsabban öregszik.

A lámpa üzemelése alatt a 6 tápegységhez csatlakoztatott 5 huzalhurok segítségével a mágneses anyagú 4 magban nagyfrekvenciás mágneses térerőt keltünk. A mágneses térerő az 1 kisülőedényben villamos térerőt indukál, amely az 1 kisülőedényen belül higanykisülést tart fenn, és ennek révén ultraigolya sugárzás keletkezik. Ennek az ultraibolya sugárzásnak a túlnyomó részét all első lumineszcens rétegben lévő három lumineszcens anyag és a 12 második lumineszcens rétegben lévő két lumineszcens anyag látható sugárzássá alakítja.

Mivel a 4 maghoz közel lévő 3 üreg közelében a higany kisülés intenzívebb, mint a 4 üregtől távolabb lévő 2 bura közelében, ezért a 12 második lumineszcens

HÜ 204143 Β rétegbenlévőlummeszcens anyagokgyorsabban öregszenek, mint a 11 első lumineszcens rétegben lévők. Mivel a kétértékű, europiummal aktivált kéken sugárzó bárium-magnézium-aluminát kizárólag a 2 burán lévő 11 első lumineszcens rétegben van jelen, ott ahol kevésbé erős a higanykisülés befolyása, ezért az egész lámpa javított lumentartású és a lámpa élettartama alatt kibocsátott sugárzás színpontja kevésbé tolódik el a sárgafelé.

Anégy kísérleti elektróda nélküli higanygőz kisülési lámpa buraátmérője 110 mm volt, és a higanyon kívül a töltetben 33 Pa nyomású argon volt. A lámpa általiogyasztott teljesítmény 70 W volt.

Két lámpa esetében a 2 buráikon lévő 11 első lumineszcensrétegekés a3 üregeikfelületénlévő ^második lumineszcens rétegek 6,3 íömeg% BaMgAI₁₀O_l7íEu²⁺, 34,3 tömeg% CeMgAl₁₁O_ig:Tb³⁺ és

59,4 tömeg% Y₂O₃£u³⁺keverékéből álltak. A rétegvastagság a 2 burán · 3,3 mg/cm², az üregen

3,12 mg/cm² volt. 100 órás égetés után a lámpák színpontjainak színkoordinátái: x= 0,410 ésy= 0,380 voltak.

A másik két lámpában a 2 burán lévő 11 első lumineszcensrétegugyanolyan összetételű volt, minta fentemlített két lámpában. Ezen réteg rétegvastagsága

3,3 mg/cm² volt. A 3 üregen lévő 12 második lumineszcens réteg viszont 23 tömeg% CeMgAli1Oig:Tb³⁺és 77 tömeg% YjC^iEu^keverékébőí állt (tehát BaMgAl10O₁₇iEu²⁺ nem volt jelen). Ezen rétegrétegvastagsága: 10,3 mg/cm² volt. 100 órás égetés után ezen lámpák szmpontjainak színkoordinátái: x-0,417 és y-0,383voltak.

100 és 2000 órás égetés között a szmpont azy koordináta felénagyobb mértékben íolódikel (azaza CXE. színháromszögben a sárga/zöld tartomány felé); a dél- ^: ta-y« 0,002 értékű volt a 3 üregükön BaMgAl₁₀O_l7íEu²⁺lumineszcens anyagot tartalmazó és 3 üregükön ezen lumineszcens anyagot nélkülöző lámpák között, és ezen különbség hosszabb üzemelési periódus után megnövekszik. ²

Claims (4)

1. Elektróda nélküli kisnyomású, higanygőz kisülési lámpa lumineszcens rétegekkel, amelyben két vagy 5 több lumineszcens anyag van, és amelynek gáztömör módon lezárt kisülőedénye sugárzást áteresztő és egy első lumineszcens réteggel ellátott burából, valamint egy másodiklumineszcens réteggel ellátott üregből áll, és amelynekidsülöedénye higanyt és nemesgázt tartal[ 0 máz, és amelynek üregében mágneses anyagú mag és ezen mag körül nagyfrekvenciás tápegységhez csatlakoztatott huzalhurok van, azzaljellemezve,hogy alsggyorsabban öregedő lumineszcens anyag kizárólag az elsőlumineszcensrétegben (ll)van.

5

2. Az 1. igénypont szerinti elektróda nélküli kisnyomásúhiganygőzkisülésilámpa, azzaljellemezve, hogy főleg590-630 nm hullámhosszon vörös fényt sugárzó vörös lumineszcens anyagot, főleg 520-565 nm hullámhosszon zöld fényt sugárzó zöld lumineszcens

0 anyagotésfőleg430-490nmhuliámhosszönkékfényt sugárzó kék lumineszcens anyagot tartalmaz, és a kék lumineszcens anyag kizárólag az első lumineszcens rétegben (ll)van.

3. A 2. igénypont szerinti elektróda nélküli kisnyo5 másúhiganygőzkisülésilámpa, azzaljellemezve, hogy az első lumineszcens réteg (11) háromértékű europiummal aktivált ritkafÖldfém-oxid, háromértékű terbiummal aktivált lumineszcens anyag és kétértékű europiummal aktivált lumineszcens anyag keveréke, és

3 hogy a második lumineszcens réteg (12) háromértékű europiummal aktiváltritkaföldfém-oxid ésháromértékű terbiummal aktivált lumineszcens anyag keveréke.

4. A 3. igénypont szerinti elektróda nélküli kisnyomásúhiganygőz kisülési lámpa, azzaljellemezve, hogy ) az első lumineszcens réteg (11) háromértékű europiummal aktivált yttrium-oxid, háromértékű terbiummal aktivált cerium-magnézium-alummát és kétértékű europiummal aktivált bárium-magnézium-aluminát keveréke, és hogy a második lumineszcens réteg (12)

I háromértékű europiummal aktivált yttrium-oxid és háromértékű terbiummal aktivált cérium-magnéziumaluminátkeveréke.