NL8203040A - Lagedrukkwikdampontladingslamp. - Google Patents

Description

<·· if ** u * * PHN 10.409 1

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENEABKEEKEN TE EINDHOVEN

"Iagedrukkwikdampontladingslamp"

De uitvinding heeft betrekking qp een lagedrukkwikdampont-ladingslamp met goede leurweergave, met kleurternperatuur van het uitgezonden witte licht van tenminste 2800 K en met kleurpunt (x^rYj) op of nabij de kurve van Planck, voorzien van een gasdichte, straling door-5 latende omhulling die kwik en edelgas bevat, en voorzien van een lumines-cerende laag die een luminescerend halofosfaat bevat.

Onder "een goede kleurweergave” wordt in deze beschrijving en conclusies verstaan, dat de gemiddelde kleurweergave-index Ra (gemiddelde van de weergave-indices van acht testkleuren, als gedefinieerd door de 10 Commission Internationale d'Eclairage: Publikatie CIE, No. 13.2 (TC-3.2), 1974) een waarde heeft van tenminste 80.

De kleur van zichtbare straling wordt gekarakteriseerd door de kleurkoördinaten (x,y) die het kleurpunt bepalen in de kleurendriehoek (zie Publikatie CIE, No. 15 (E-1.3.1), 1971). Lampen voor algemene 15 verlichtingsdoeleinden dienen licht uit te zenden, dat als "wit" aangemerkt kan worden. Witte straling vindt men in de kleurendriehoek bij kleurpunten gelegen op de kurve van Planck. Deze kurve, ook wel lijn der zwarte stralers genoemd en in het vervolg aangeduid als de kurve P, bevat de kleurpunten van de straling uitgezonden door een volkomen zwart 20 lichaam bij verschillende temperatuur (de z.g. kleur temperatuur). Naarmate de kleurternperatuur van witte straling hoger is hebben de x-koördi-naat en, vanaf een kleurternperatuur van circa 2500 K, ook de y-koördi-naat van het kleurpunt een kleinere waarde. Een bepaalde kleurtempera-tuur wordt, behalve aan een bepaald punt qp kurve P, ook toegekend aan 25 straling met kleurkoördinaten gelegen qp een lijn, die de kurve P in dat punt snijdt (zie de genoemde Publikatie CIE, No. 15). Indien deze straling een kleurpunt heeft nabij de kurve P wordt deze straling ook als wit licht beschouwd met die bepaalde kleurternperatuur. In deze beschrijving en conclusies wordt met "een kleurpunt nabij de kurve P" 30 bedoeld, dat de afstand van het kleurpunt tot het punt op de kurve P met dezelfde kleurternperatuur ten hoogste 20 MPCD bedraagt. MPCD (minimum perceptible colour difference) is de eenheid van kleurverschil, zie de publikatie van J.J. Rennilson in Optical Spectra, okt. 1980, blz. 63.

S2Üij 040 ΕΗΝ 10.409 2 i T· '%

Een groot aantal uitvoeringen van lagedrukkwikdampontladings- lampen, die reeds tientallen jaren bekend zijn en nog veelvuldig worden 3+ toegepast, bevat een luminescerende stof uit de groep der met Sb en 2+

Mn geaktiveerde aardalkalimetaalhalofosfaten. Deze lampen hebben het 5 voordeel, dat zij goedkoop zijn en een bevredigend hoge lichtstroom uitzenden. Een groot bezwaar van deze lampen is echter, dat hun kleurweer-gave veel te wensen overlaat. Zij bezitten in het algemeen Ra-waarden van de orde 50 a 60 en slechts bij lampen met hoge kleurtemperatuur (bijvoorbeeld 5000 K) wordt een Ra bereikt van circa 75, hetgeen nog niet 10 als een goede kleurweergave wordt beschouwd.

Lampen zijn reeds lange tijd bekend, waarmee een goede tot zeer goede kleurweergave bereikt wordt en die zijn voorzien van bijzondere luminescerende stoffen. Deze lampen bevatten namelijk een met tin geaktiveerde, rood luminescerende stof op basis van strontiumorthofosfaat, 15 veelal gekcmbineerd met een blauw emitterend met Sb^+ geaktiveerd halo-fosfaat, in het bijzonder een dergelijk strontiumhalofosfaat. Het genoemde strontiumorthofosfaat luminesceert in een zeer brede band, die zich tot in het diepe rood uitstrekt. Deze bekende lampen hebben de met het gebruik van de genoemde, strontium bevattende luminescerende stoffen ver-20 bonden nadelen van een betrekkelijk geringe lichtstroom en van een slecht behoud van de lichtstroom tijdens de levensduur van de lamp. Gebleken is, dat het laatstgenoemde nadeel het gebruik van deze stoffen in de praktijk bij hogere belasting door de door de kwikontlading uitgezonden straling niet goed mogelijk maakt.

25 Hoge lichtstromen en een goede kleurweergave kunnen weliswaar bereikt worden met lampen, die drie luminescerende stoffen bevatten, die emitteren in drie betrekkelijk smalle banden (zie het Nederlandse octrooi-schrift 164.697 (EHN 7137)). Hoewel deze lampen een hoge Ra-waarde bezitten, worden bepaalde kleuren wegens het gebrek aan rode straling met 30 golflengten boven 620 nm minder goed weergegeven. Dit komt in het bijzonder tot uiting in een lage waarde van R9 (weergave-index voor de diep-rode testkleur nr. 9).

Indien men een hoge waarde voor R9 wil bereiken is in het spektrum van de uitgezonden straling van een lagedrukkwikdampontladings-35 lamp een zekere bijdrage in het rood boven 620 nm noodzakelijk. Dit is ook het geval bij hogere waarden van de kleurtemperatuur van de uitgezonden straling, hoewel het vereiste rood-aandeel des te groter is naarmate de kleurtemperatuur lager is. Mede cm deze reden werd in de boven be- 8203040 EHN TO.409 3 > sproken lampen met goede tot zeer goede kleurweergave het genoemde met tin geaktiveerde strontiumorthofosfaat toegepast. Deze stof heeft namelijk een emissiemaximum bij circa 625 nm en een halfwaardébreedte van de emissieband van circa 150 nm, zodat het spektrum ook in het diepe 5 rood goed wordt opgevuld.

De uitvinding heeft nu tot doel lagedrukkwikdairpontladings lampen te verschaffen met een goede kleurweergave,en in het bijzonder met R9 van tenminste 60, die de genoemde nadelen van de bekende lampen niet bezitten.

10 Daartoe is een lagedrukkwikdanpontladingslamp van de in de aan hef genoemde soort volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de luminescerende laag bevat a een met het driewaardig cerium en met tweewaardig mangaan ge activeerd luminescerend zeldzaam-aardmetaalmetaboraat met monokliene 15 kristalstruktuur, waarvan het grondrooster voldoet aan de formule Ln (Mg, Zn, Cd) Β^010, waarin Ln tenminste een der elementen yttrium, lanthaan en gadolinium voorstelt, en waarin tot 20 mol.% van het B door A1 en/of Ga vervangen kan zijn, welk metaboraat rode Mn -emissie vertoont, 20 b een met driewaardig terbium geaktiveerde luminescerende stof, 3+ die groene Tb -emissie vertoont, en c tenminste een luminescerend halofosfaat uit de groep, die de wit licht emitterende met driewaardig antimoon en met tweewaardig mangaan geaktiveerde calciumhalofosfaten met kleurtenperatuur van de 25 uitgezonden straling van tenminste 2900 K en blauw luminescerend met driewaardig antimoon geaktiveerd calciumhalofosfaat cmvat.

Uit proeven, die tot de uitvinding hebben geleid is verrassenderwijs gebleken, dat een hoge waarde voor R9 ook verkregen kan worden met een emissie, die veel smalbandiger is dan die van het bekende 30 luminescerende strontiumorthofosfaat, maar waarvan het emissiemaximum gelegen is op nagenoeg dezelfde plaats. Gevonden is, dat de emissie 3+ 2+ van met Ce en Mi geaktiveerd zeldzaam-aardmetaalmetaboraat voor dit doel zeer geschikt is. Dit metaboraat is op zich bekend en nader beschreven in de Nederlandse octrooiaanvragen 7905680 (EHN 9544) en 35 8100346 (EHN 9942). Het heeft een grondrooster met monokliene kristal struktuur, volgens de formule Ln (Mg, Zn, Cd) B^O^. Hierin is Ln tenminste een der elementen Y, La en Gd. In het boraat kan tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen worden, hetgeen weinig invloed 8203040

v * V

« EHN 10.409 4 heeft op de luminescentie-eigenschappen, evenmin als de keuze van de elementen Mg, Zn en/of Cd. De Ce-aktivator is op een Ln-plaats ingebouwd (en kan zelfs alle Ln-plaatsen bezetten) en absorbeert de exciterende stralingsenergie (voornamelijk 254 nm in een lagedrukkwikdampont-5 ladingslamp) en draagt deze over op de Mn-aktivator die qp een Mg (en/of

Zn en/of Cd)-plaats is ingebouwd. Het boraat vertoont een zeer efficiënte, 2+ van Mn afkomstige emissie in een band met maximum bij circa 630 nm en halfwaardébreedte van circa 80 nm.

Een groot voordeel van toepassing van het metaboraat in een lamp 10 volgens de uitvinding is, dat mede als gevolg van de relatief geringe hoeveelheid stralingsenergie in het diep rode deel van het spektrum hoge lichtstromen verkregen kunnen warden. Voorts is gebleken, dat de metabo-raten een zeer gunstig lampgedrag vertonen. Dat wil zeggen dat zij bij het aanbrengen in een lamp hun goede luminescentie-eigenschappen behouden 15 en dat zij gedurende de levensduur van de lamp een slechts geringe terugval van de lichtstroom vertonen. Dit is ook het geval bij relatief hoge stralingsbelasting, bijvoorbeeld in lampen met een kleine diameter, bijvoorbeeld 24 nm. Opgemerkt wordt, dat de toepassing van het bekende luminescerende strontiumorthofosfaat vanwege de hoge terugval van de 20 lichtstroom, in het bijzonder bij hoge belasting, in de praktijk veelal beperkt blijft tot lampen met een grote diameter (36 mm).

De uitvinding berust op het verdere inzicht, dat met het metaboraat niet alleen hoge waarden voor R9 verkregen kunnen worden, maar dat ook een goede algemene kleurweergave (Ra tenminste 80) mogelijk is, 25 indien in de luminescerende laag van de lamp het metaboraat (de stof a) gekcmbineerd wordt met een tweede en een derde luminescerende stof (respektievelijk de stoffen ben c). Daarbij dient als de stof b een met driewaardig terbium geaktiveerde, groen luminescerende stof gekozen te worden en als de stof c tenminste een luminescerend halofosfaat uit 3+ 2+ 30 de groep der wit licht emitterende met Sb en Mn geaktiveerde calcium- halofosfaten met kleurtemperatuur van tenminste 2900 K en blauw-lumines- cerend met Sb^+ geaktiveerd calciuirihalofosfaat. De koribinatie van ge- 2+ schikte hoeveelheden van alleen de rode Mn -emissie van het metaboraat en de groene Tb^+-emissie (de stoffen a en b) levert in een lamp straling 35 qp met een zeer lage kleurtemperatuur (circa 2850 K bij een kleurpunt qp de kurve P). Een dergelijke lamp heeft een Ra-waarde van 80 en ook de waarde van R9 bedraagt circa 80. Het was geenszins te verwachten, dat bij toevoeging aan een derge- 8203040 r> , * » > PHN 10.409 5 lijke kanbinatie van een luminescerend calciumhalofosfaat (de stof c) lampen verkregen kunnen worden met elke in de praktijk voer algemene verlichting toegepaste kleurtenperatuur vanaf 2800 K# waarbij de hoge Ra-waarde van 80 behouden blijft of zelfs aanzienlijk overschreden 5 wordt en waarbij de zeer hoge waarde voor R9 slechts weinig daalt (tot tenminste 60) of zelfs behouden blijft. Enters de toe te passen halo-fosfaten zelf leveren in lampen Ra-waarden van 50 tot ten hoogste circa 75 en waarden voor R9,die aelfs negatief zijn (bijvoorbeeld -40 tot -110).

Toepassing van met Tb^+ geaktiveerde luminescerende stoffen 10 heeft het voerdeel, dat dergelijke groen luminescerende stoffen in het algemeen zeer efficiënt zijn en een grote bijdrage leveren aan de door de lamp uitgezonden lichtstroom. Als stof b kunnen met voordeel gebruikt worden, bijvoorbeeld, de pp zich bekende met Tb geaktiveerde cerium- magnesiumaluminaten (zie het Nederlandse octrooischrift 160.869 (PHN 6604)) 15 of ceriumaluminaten (zie de Nederlandse octrooiaanvrage 7216765 (PHN 6654)), welke aluminaten een hexagonale aai magnetoplumbiet verwante kristal- struktuur bezitten. Eveneens zeer geschikt is een met Ce en Tb geakti- veerd metator aat, waarvan het grondrooster hetzelfde is als dat van 24 de metaboraten met rode Mn -emissie (de stof a). In deze op zich be-20 kende boraten (zie de hiervoor reeds genoemde Nederlandse octrooiaanvragen 7905680 en 8100346) zijn Ce en Tb ingebouwd op een Ln-plaats en wordt de exciterende straling geabsorbeerd door het cerium en overgedragen naar de terbiumraktivator. De genoemde met Tb geaktiveerde stoffen hebben alle het voordeel, dat zij een zeer goed lairpgédrag vertonen en 25 met name een goed behoud van hun hoge lichts troon hebben gedurende het branden van de lampen. Een voordeel, verbonden aan het gebruik van de luminescerende calciumhalofosfaten (als stof c) is, dat ook zij een gunstig lairpgédrag hebben. Met name hebben zij een beter behoud van de lichtstroom tijdens de levensduur van de lamp, in het bijzonder bij 30 hogere belasting, dan bijvoorbeeld de luminescerende strontiuirihalofos-faten en strontiumorthofosfaten. Een verder voordeel van de calciumhalofosfaten is, dat zij verkregen kunnen worden met iedere gewenste kleurteirperatuur van de uitgezonden straling (vanaf circa 2900 K), bijvoorbeeld door mengsels toe te passen van twee halofosfaten net verschillen-35 de kleurtenperatuur. Dit maakt optimalisatie van de lampen volgens de uitvinding zeer goed mogelijk, hetgeen in het vervolg nog zal worden toegelicht.

Een uitvoeringsvorm van een lamp volgens de uitvinding, waaraan 8203040 PHN 10.409 6 * * * de voorkeur gegeven wordt, is daardoor gekenmerkt, dat het lumines-cerende metahoraat a voorts met driewaardig terbium geaktiveerd is, waarbij het metahoraat a tevens de stof b is en voldoet aan de formule 5 (Y,La,Gd) ^.yCe^by (Mg,Zn,Cd) ^Mn^O^, waarin 0,01 ^ x ^ 1-y 0,01 ^ y £ 0,75 0/01 £ p ^ 0,30, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of

Ga vervangen kan zijn. Deze lamp heeft het grote voordeal, dat zowel de 2+ 3+ 10 rode Mh -emissie als de groene Tb -emissie door één luminescerende stof geleverd worden. Dit maakt de produktie van de lampen uiteraard aanzienlijk eenvoudiger, omdat slechts twee in plaats ^n drie luminescerende stoffen nodig zijn. Het maken van homogene luminescerende lagen, bijvoorbeeld,is gemakkelijker, omdat ontmengingsproblemen in veel min- ic dere mate kunnen optreden. In deze lampen kan de gewenste relatieve 2+ 3+ rode Mn -bijdrage en groene Tb -bijdrage ingesteld worden door de koncentraties Mn en Tb in het metahoraat te variëren. In het vervolg zal nog blijken, dat de grootte van de genoemde relatieve bijdragen afhankelijk is van het gewenste kleurpunt van de lamp en van het ge- 2Q hruikte calciumhalofosfaat. Het is nu zeer wel mogelijk één luminescerend metahoraat te maken en te cptimalizeren, waarvan de verhouding van de 2+ 3+

Mi -emissie tot de Tb -emissie een waarde heeft nabij de gemiddeld gewenste, en bij een bepaalde lanptoepassing een korrektie uit te voeren (afhankelijk van het gewenste kleurpunt of kleurterrperatuur en het 25 gebruikte-calciumhalofosf aat) met hetzij een geringe hoeveelheid van het met Ce en Mi geaktiveerde metahoraat, hetzij een geringe hoeveelheid van een met Tb geaktiveerde luminescerende stof (bijvoorbeeld met Tb geaktiveerd ceriumragnesiumaluminaat of met Ce en Tb geaktiveerd meta-boraat).

30 De voorkeur wordt gegeven aan een lamp volgens de uitvinding met een kleurpunt van de uitgezonden straling (χ^,γ^) en een kleurtem-peratuur T, waarbij T gekozen is in het bereik 2800 T é 7500 K, en die daardoor gekenmerkt is, dat het calciumhalof osfaat een kleurpunt van de uitgezonden straling (^/¾) heeft, waarbij x^ gelgen is in het 35 bereik 0,210 ^ =1 0,440 en waarbij de kombinatie (Τ,χ^) gelegen is in het door de zeshoek ABCDEF aangegeven gebied van de grafiek van Fig. 2, en dat het kleurpunt van de door de stoffen a en b tezamen uitgezonden straling in de kleurendriehoek gelegen is op de verbindings- 8203040 4 EHN 10.409 7 c lijn van (a^,yH) en ,yL).

Ter toelichting wordt nu eerst verwezen naar figuur 1 van de tekening. In deze figuur is een gedeelte van de kleurendriehoek in het (x,y) -kleurkoördinatenvlak weergegeven. Op de horizontale as is de 5 x-koordinaat en cp de vertikale as de y-koordinaat van het kleurpunt afgezet. Van de zijden van de kleurendriehoek zelf, waarop de kleur-punten van monochromatische straling zijn gelegen, is in figuur 1 alleen het net M aangegeven gedeelte zichtbaar. De figuur toont voor kleurtem-peraturen van circa 2500 tot circa 8000 K de net P aangeduide kurve van 10 Planck. De net +20 MPCD en -20 MPCD aangegeven, gestippelde kurven bevatten de kleurpunten van straling die op een afstand van 20 MPCD gelegen zijn respektievelijk boven en beneden de kurve P. Kleurpunten net kon-stante kleurtemperatuur zijn gelegen op lijnen die de kurve P snijden.

Een aantal van deze lijnen is getekend en aangegeven met de erbij be- 15 harende kleurtenperatuur: 2500 K, 3000 K, ........8000 K. Met cijfers en letters is in figuur 1 voorts het kleurpunt aangegeven van een aantal lampen en luminescerende stoffen. In deze beschrijving en in de conclusies wordt onder het kleurpunt van een luminescerende stof verstaan het kleurpunt van een lagedrukkwikdanpontladings lamp, die een lengte 20 van circa 120 cm en een inwendige diameter van circa 24 mm heeft en bedreven wordt met een opgenonen vermogen van 36 W, welke lamp voorzien is van een luminescerende laag, die alleen de genoemde luminescerende stof bevat, waarbij de laagdikte optimaal gekozen is voor wat betreft de relatieve lichtstroom. Derhalve wordt bij de kleurpunten van lumines-25 cerende stoffen steeds rekening gehouden met de invloed van de door een lagedrukkwikdampontlading zelf uitgezonden zichtbare straling. Opgemerkt wordt, dat de grootte van het rendement van de luminescerende stof nog enige invloed heeft cp de ligging van het kleurpunt. Toepassing van de luminescerende stoffen in andere lagedrukkwikdairpontladingslampen dan 30 het genoemde 36 W-type zal in het algemeen slechts een zeer geringe verschuiving van de kleurpunten ten opzichte van de hier getoonde opleveren. In figuur 1 is met a aangegeven het kleurpunt van een rood luminescerend met Ce en Mn geaktiveerd metaboraat, dat de kleurkoördinaten (x,y)=(0,546; 0,301) heeft. Met b is aangegeven het kleurpunt van een groen luminesce-35 rende met Tb geaktiveerde stof.

Met de stoffen a en b kunnen alle kleurpunten op de verbindingslijn L van a en b bereikt worden. De plaats van het op de lijn L gelegen kleurpunt van lampen, voorzien van alleen de stoffen a en b, wordt steeds 8203040 EHN 10.409 8 bepaald door de relatieve kwantenbij dragen van de stoffen a en b tot de door de lamp uitgezonden straling. De afstand van het. kleurpunt van de lamp tot het punt b gedeeld door de afstand tussen de punten a en b is namelijk evenredig met de relatieve kwantenbijdrage van de stof a 5 en met de relatieve lichtstroom (lm/W) die stof a oplevert indien zij als enige luminescerende stof in de lamp wordt aangebracht, en voorts omgekeerd evenredig met de y-koördinaat van het kleurpunt van de stof a. Voor de afstand van het kleurpunt tot het punt a geldt een analoge relatie. Bij gebruik van bepaalde stoffen a en b (waarvoor dus de rela-10 tieve lichtstroom en de y-koördinaat vastliggen) zijn derhalve alleen de relatieve kwantenbijdragen bepalend voor het kleurpunt van de lamp.

Voor deze stoffen a en b kent men dan de vereiste relatieve kwantenbijdragen indien een zeker kleurpunt van de lamp gewenst is. Deze kwantenbijdragen zijn in eerste instantie een maat voor de te gébruiken hoeveel-15 heid van de stoffen a en b. Bij het vastleggen van deze hoeveelheden dient men rekening te houden met het kwantumrendement en de absorptie van exciterende straling van de stoffen a en b en voorts met faktoren zoals, bijvoorbeeld, de korrelgrootte van de gébruikte stoffen. Indien men luminescerende lagen toepast die geen homogeen mengsel van de stoffen 20 a en b vormen, met name indien men de stoffen in gescheiden, qp elkaar liggende lagen aanbrengt, kunnen er uiteraard grote verschillen optreden in absorptie van exciterende straling in de stoffen a en b. Daardoor kunnen, bij dezelfde relatieve kwantenbijdragen, de relatieve hoeveelheden van de stoffen a en b veel verschillen van die bij gebruik van 25 homogene mengsels. Het zal in het algemeen gewenst zijn aan de hand van enkele proeflampen te verifiëren of met de keuze van de hoeveelheden van de luminescerende stoffen de gewenste relatieve kwantenbijdragen bereikt zijn.

In de grafiek van figuur 1 zijn voorts de kleurpunten qpge-30 nemen van een aantal gangbare, wit licht emitterende calciumhalofosfaten met verschillende kleurtemperatuur (de punten 7, 8, 9 en 15) en van blauw-luminescerend met Sb geaktiveerd calciumhalofosfaat (punt 19). De kleurtemperatuur (en het kleurpunt) van een halofosfaat wordt, zoals bekend, onder andere bepaald door de Sb:Mn-verhouding. Andere kleur-35 temperaturen dan de hier getoonde zijn mogelijk door variatie in de genoemde verhouding. Het is echter ook mogelijk andere kleurtemperaturen te bereiken door mengsels van halofosfaten toe te passen. Zo geven 01, 02, 03 en 04 in figuur 1 de kleurpunten aan van mengsels van de stoffen 8203040 ‘ * I* i

N

FHN 10.409 9 15 en 9 en geven 05, 06, 07 en 08 de kleurpunten van mengsels van de stoffen 15 en 19. Hieronder volgen in Tabel 1 de kleurkoördinaten en de kleurtenperatuur van de genoemde halofosfaten. Voor de mengsels wordt voorts de relatieve kwantenbijdrage van de stof 15 vermeld.

5 Tabel 1 * , x y T(K) rel. bijdrage 15 7 0,437 0,397 2945 - j 10 8 0,399 0,380 3565 9 0,368 0,373 4335 15 0,312 0,332 6505 19 0,216 0,273 >20.000 01 0,357 0,365 4640 0,202 1S 02 0,346 0,357 5000 0,404 03 0,334 0,349 5420 0,604 04 0,323 0,341 5900 0,802 05 0,293 0,321 7800 0,803 06 | 0,274 0,309 9650 0,605 20 07 0,255 0,297 12.500 0,405 08 0,236 0,285 18.200 0,204 f

Figuur 1 tooit, bij wijze van voorbeeld, het kleurpunt van enkele lampen volgens de uitvinding. De met u aangegeven lamp heeft een kleur-25 temperatuur van 4000 K en een kleurpunt op een afstand van circa 10 MPCD onder de kurve P. Deze lamp heeft een luminescerende laag bestaande uit een mengsel van de stoffen a, b en c. Daarbij is de stof a met Ce en Mi geaktiveerd zeldzaanraardmetaalmetaboraat (kleurpunt x - 0,546 en y = 0,301), de stof b met Ce en Tb geaktiveerd zeldzaam-30 aardmetaalmetaboraat (kleurpunt x = 0,324 en y = 0,535), en de stof c is het calciumhalofosfaat 15 (T = 6505 K). Het kleurpunt u kan bereikt worden, zoals uit de figuur blijkt, indien de relatieve kwantenbijdragen van a en b zodanig gekozen worden dat het kleurpunt van de door a en b tezamen uitgezonden straling (het punt u') is gelegen op de ver bindings-35 lijn van het kleurpunt van het gebruikte halofosfaat (15) en het punt u.

De relatieve kwantenbijdragen van a, b en 15 in deze lamp zijn respek-tievelijk 0,390, 0,185 en 0,425. De lamp levert een relatieve lichtstroom van 69 Im/W en heeft een Ra-waarde van 87 en een R9-waarde van 8203040 PHN 10.409 10 * 84. De met v aangegeven lamp heeft een kleurtemperatuur van 3200 K (op de kurve P) en bevat een mengsel van dezelfde stoffen a en b als in het voorgaande voorbeeld tezamen met het halofosfaat 9 (T = 4335 K). De relatieve kwantenbijdragen van a en b bedragen 0,527 en 0,265, waarmee 5 het punt v' bereikt wordt. De relatieve kwantenbijdrage van 9 is 0,208.

Het punt v' ligt qp de verbindingslijn van 9 en v. Deze lamp levert 73 Im/W en heeft Ra = 82 en R9 = 82. Een lamp met het kleurpunt v kan, bijvoorbeeld, ook verkregen worden zoals aangegeven in de figuur met het halofosfaat 02. Dan moeten de relatieve kwantenbijdragen van a en b respek-10 tievelijk 0,561 en 0,287 gekozen worden, waarmee het punt v" bereikt wordt. De bijdrage van 02 is dan 0,152. In dit geval levert de lamp 71 lm\/W en is Ra = 82 en R9 = 97. Tenslotte geeft figuur 1 als voorbeeld het kleurpunt w van een lamp met kleurterrperatuur 6500 K (op de kurve P).

De lamp bevat een mengsel van de stoffen a, b en 07 met relatieve kwanten-15 bijdragen respektievelijk 0,273, 0,100 en 0,628, en levert 63 Im/W bij een Ra = 91 en R9 = 95.

In de eerder genoemde voorkeursuitvoering van een lamp . volgens de uitvinding met kleurpunt (¾¾) en kleurterrperatuur T (2800 T ^ 7500 K) wordt een calciumhalofosfaat toegepast met kleur-20 punt (2^/¾) en is de kanbinatie (Τ,χ^) gelegen in het gebied van de zeshoek ABCDEF van de grafiek van figuur 2. Daarbij dient, zoals boven toegelicht, het kleurpunt van de door de stoffen a en b tezamen uitgezonden straling te liggen op de verbindingslijn van de kleurpunten (χ^,γ^) en (¾¾) teneinde met de lamp het kleurpunt (χ^,γ^) te kunnen bereiken.

25 in de grafiek van figuur 2 is qp de horizontale as x^ uitgezet. Op de vertikale as staat links de kleurtemperatuur T ( in K) van de lamp volgens de uitvinding afgezet. Rechts qp de vertikale as staat de x-koördinaat, vermeld, waarbij opgemerkt wordt dat de gegeven x^,-waarden slechts overeenstemmen met de ernaast gegeven T-waarden bij 30 kleurpunten op de kurve P. Uit figuur 2 blijkt nu welke halo- fosfaten volgens de uitvinding bij voorkeur toegepast worden, indien men een lamp wil maken met een gewenste kleurtemperatuur T. Het gevonden gebied ABCDEF is bepaald door de volgende (χ^,-Τ)-waarden: A = (0,210,-2800) B = (0,210,-7500) C = (0,285,-7500) 35 D = (0,330,-3875) E = (0,440,-2950) F = (0,440,-2800)

Het gebied ABCDEF bevat ook de mogelijke kcmbinaties (Τ,χ^) voor lampen met kleurpunt gelegen nabij de kurve P. Indien men zich beperkt tot kleurpunten (¾¾) op de kurve P zelf geldt meer in het bijzonder het 8203040

> fN

% Ψ- PHN 10.409 11

niet grijs gearceerde gedeelte van het gebied ABCDEF. Het grijze gebied bij AF geldt mede In het bijzonder voor lampen volgens de uitvinding, die een kleurpunt hebben relatief ver onder de kurve P (tot -20 MPCD). Voor déze lampen vindt men eveneens geschikte kanbinaties in het grijze 5 gebied bij CD. Voor dergelijke lampen met kleurpunt onder de kurve P

bevat echter met name het grijze gebied bij het hoekpunt B geen geschikte (Τ,χ^) -kanbinaties. Voorts kunnen lampen volgens de uitvinding met een kleurpunt op circa -20 MPCD niet verkregen worden met halofosfaten met Xg groter dan circa 0,375. Het grijze gebied bij AF is minder geschikt 10 voor lampen met een kleurpunt boven de kurve P, vooral niet bij relatief grote afwijkingen (tot +20 MPCD) „ Bij een afstand van +20 MPCD zijn er zelfs geen geschikte kanbinaties voor lampen met een kleurterrperatuur beneden circa 3500 K. Het grijze gebied bij B daarentegen is zeer wel bruikbaar voor dergelijke lampen met kleurpunt boven de kurve P, in het 15 bijzonder kleurpunten relatief ver boven de kurve P (tot +20 MPCD). Van het grijs aangegeven gebied bij DE is gevonden, dat get bruikbaar is voor lampen met een geringe afwijking van het kleurpunt boven de kurve P (tot circa +10 MPCD).

Van een groot aantal lampen volgens de uitvinding is in de 20 grafiek van figuur 2 de (T ,x^) -kcmbinatie met een punt aangegeven in het niet grijs gearceerde gebied van zeshoek ABCDEF. Bij ieder punt is met een getal aangegeven de met deze lampen te behalen waarde van R9, in het geval de kleurpunten (χ^,γ^) van deze lampen alle op de kurve P zijn gelegen. Opgemerkt wordt, dat voor alle getoonde (T,^)-kanbinaties 25 de Ra-waarde tenminste 80 bedraagt. De in deze lampen te gebruiken cal-ciumhalofosfaten zijn dezelfde als die waarvan het kleurpunt in figuur 1 is opgencmen. Indien men nu een lamp volgens de uitvinding met een bepaalde kleurterrperatuur T wil maken, kan men uit figuur 2 af lezen welke mogelijkheden de diverse halofosfaten bieden. Bij optimalisatie 30 van een dergelijke lamp is uiteraard de mogelijk te bereiken waarde van R9 van belang. Er zijn echter ook andere overwegingen die een rol spelen, zoals kostprijs van de te gebruiken luminescerende stoffen, gewenste relatieve lichtstroom van de lamp e.d. Voor een bepaalde waarde van T zal de lamp relatief meer calciumhalofosfaat bevatten naarmate de x^-35 waarde hoger gekozen wordt, en derhalve in het algemeen goedkoper zijn en een iets hogere relatieve lichtstroom vertonen.Een te hoge x^-waarde gaat echter ten koste van de waarde van R9. Gevonden is, dat optimale lampen (met kleurpunt op de kurve P) verkregen worden met (Τ,χ^-kcmbina- 8203040 EHN 10.409 12 ties in de strook begrensd door de stippellijnen p en g.

Indien men nu bij een bepaalde gewenste waarde van T voor de lamp een keuze gemaakt heeft van het te gebruiken calciumhalofosfaat, kan men qp de wijze als aangegeven bij de toelichting op figuur 1 vast-5 stellen, via de gewenste waarde T, het gewenste kleurpunt (χ^,γ^) en het kleurpunt (χ^,γ^) van het gekozen halofosfaat, welk kleurpunt de kcmbinatie van de luminescerende stoffen a en b moet bezitten. Indien konkrete stoffen a en b gekozen zijn, kan men als in het voorgaande aangegeven bepalen wat de relatieve kwnatenbijdragen van deze stoffen 10 a en b moeten zijn. Op analoge wijze bepaalt men vervolgens de relatieve kwantenbijdrage van het gekozen calciumhalofosfaat. Tenslotte stelt men dan de relatieve hoeveelheden van de te gebruiken luminescerende stoffen a, b^enc vast aan de hand van de gevonden relatieve kwantenbijdragen, zoals eerder aangegeven.

15 Uitvoeringsvoorbeelden van lampen volgens de uitvinding zullen nu nader worden toegelicht aan de hand van figuur 3, die schematisch en in doorsnede een lagedrukkwikdarrpontladingslamp toont, en aan de hand van konkrete samenstellingen van luminescerende lagen en metingen aan lampen voorzien van die lagen.

20 In figuur 3 is 1 de glazen wand van een lagedrukkwikdampont- ladingslamp volgens de uitvinding. Aan de einden van de lamp bevinden zich elektroden 2 en 3 waartussen tijdens bedrijf van de lamp de ontlading plaatsvindt. De lamp is voorzien van edelgas, dat als ontsteekgas dient, en voorts van een kleine hoeveelheid kwik. De lamp heeft een lengte 25 van 120 cm en een inwendige diameter van 24 mm en is bestemd cm tijdens bedrijf een vermogen van 36 W op te nemen. De wand 1 is aan de binnenzijde bedekt met een luminescerende laag 4, die de luminescerende stoffen a, ben c bevat. De laag 4 kan op een gebruikelijke manier op de wand 1 worden aangebracht, bijvoorbeeld door middel van een suspensie, 30 die de luminescerende stoffen bevat.

De nu volgens uitvoeringsvoorbeelden betreffen lampen van de aan de hand van'figuur 3 beschreven soort (36 W-type). In deze voorbeelden zijn luminescerende metaboraten (boraat 1 tot en met boraat 4) toe- 2+ gepast, die zowel Mn als Tb bevatten, zodat zowel de rode Mn -emissie 35 als ook de groene Tb-emissie door één stof geleverd kunnen worden. Als calciumihalofosfaten zijn gebruikt twee wit luminescerende halofosfaten (halo 9 en halo 15) en een blauw luminescerend met Sb geaktiveerd calciumhalofosfaat (halo 19). De formules van deze stoffen worden gegeven in 8203040 ϊ· /£· ν - r ΕΗΝ 10.409 13 . Tabel 2.

Tabel 2 stof formule 5 boraat 1 Ceo ,2^0,6Tb0,2*% ,9575^0,0425B5°10 boraat 2 Ce0 , 20¾,6Tb0,2^0,955^0 f 045B5° 10 boraat 3 Ce0,2¾, 6Tb0, 2%, 97^0,03B5°10

boraat 4 Ce0 / 2GdQ ^ gTbQ ^ # 9644MnQ ^ 0356B501Q

haio 9 Ca9,524°¾,04 (P04 ^1, 73C10,226 ;Sb0,09^0,186 10 halo 15 ^,641^,025^4^1,584^0,36^0,09^0,084 halo 19 Ca9v80 ^4^1,94^0,12

Qn de eigenschappen van deze stoffen te bepalen werden eerst lampen gemaakt (36 W)die voorzien waren van alleen de betreffende 15 luminescerende stof. Gemeten werden dê relatieve lichtstroom (lm/W), de kleurtemperatuur T (K), het kleurpunt (x,y) en de kleurweergave-indices Ra en R9. De meetresultaten zijn qpgencmen in Tabel 3.

Tabel 3 20 stof Wf T x y Ra R9 boraat 1 '68 2680 0,453 0,403 80 82 boraat 2 63 2460 0,465 0,388 82 82 boraat 3 73 3250 0,431 0,422 78 90 25 boraat 4 71 2960 0,443 0,412 79 83 halo 9 83 4335 0,368 0,373 62 -90 halo 15 70 6505 0,312 0,332 77 -36 halo 19 57 >20.000 ' 0,216 0,273 59 -126

Voorbeeld 1 3Q -

Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag bestaande uit een mengsel van 12 gew.% halo 9 en 88 gew.% boraat 1.

Het gewicht van de luminescerende laag in de lamp bedroeg 4,1 'gram.

Aan de lamp werden gemeten de kleurtemperatuur T (in K), het kleurpunt (x,y), de afwijking van de kurve P [J&P in MPCD), de kleurweergave-35 indices Ra en R9, en de relatieve lichtstroom (in lm/W) na 0, 100, 1000 en 2000 branduren van de lamp (respektievelijk To-'W Vwo en ^2000^ * 00 resultaten van de metingen zijn samengevat in Tabel 4.

8203040 ΕΗΝ 10.409 14 τ

Voorbeeld 2

Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag (5,74 gram) bestaande uit een mengsel van 4 gew.% halo 15, 50 gew.% boraat 2 en 46 gew.% boraat 3.

5 De metingen aan deze lamp zijn opgenanen in Tabel 4.

Voorbeeld 3

Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag (5,78 gram) bestaande uit een mengsel van 9,5 gew.% halo 9, 51,5 gew.% boraat 2 en 39 gew.% boraat 3.

10 voor de metingen aan deze lamp zie Tabel 4.

Voorbeeld 4

Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag bestaande uit een mengsel van 21 gew.% halo 15 en 79 gew.% boraat 1.

De meetresultaten zijn vermeld in Tabel 4.

15 Voorbeeld 5

Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag (4,75 gram) bestaande uit een mengsel van 45 gew.% halo 15 en 55 gew.% boraat 1.

Metingen aan deze lamp leverden de in Jabel 4 gegeven waarden op.

Voorbeeld 6 20 Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag (4,55 gram) bestaande uit een mengsel van 28 gew.% halo 9, 18 gew.% halo 19 en 54 gew.% boraat 1.

Tabel 4 vermeldt ook voor deze lamp de meetresultaten.

Voorbeeld 7 25 Een lamp werd voorzien van een luminescerende laag (5,51 gram) bestaande · uit een mengsel van 45 gew.% halo 15 en 55 gew.% boraat 4.

De resultaten van metingen aan deze lamp zijn samengevat in Tabel 4.

Tabel 4 k0·*·! τ I * I ï Up|na R9 (¾ 1^100 ^1000^/2000 vU _____ ______ 1 2850 0,444 0,400 -7 83 95 68 67 66 63,5 2 2930 0,439 0,400 -5 81 82 68 67 65 62 3 2965 0,436 0,398 -7 83 97 69 68,5 67 64 4 3300 0,411 0,382 -16 87 98 67 35 5 3790 0,386 0,369 -14 87 85 66 6 3860 0,383 0,369 -14 87 86 69 67 66 64 ; 7 4230 0,371 0,368 -2 84 66 70 69 67 64 j 8203040 EHN 10.409 15 τ

V

Bij wijze van vergelijking wordt tenslotte nog gewezen qp het feit, dat de bekende lampen net zeer goede kleurweergave (welke lampen een luminescerend strontiumorthofosfaat bevatten) bij een kleurtempera-tuur van circa 3000 respéktievelijk 4000 K een Ra hebben in de orde 5 van 85 respéktievelijk 95 en R9 in de orde van 65 respéktievelijk 95. Daarbij is de relatieve lichts troon van deze bekende lampen slechts circa 55 respéktievelijk 50 Im/W. Het blijkt derhalve, dat met lampen volgens de uitvinding een winst in relatieve lichtstroom in de orde van 15 a 30% behaald kan worden. Voorts is het behoud van de lichtstroom 10 tijdens de levensduur voor de lampen volgens de uitvinding (in het bijzonder in de relatief hoog belaste lampen met diameter van 24 mta) veel beter dan dat van de bekende lampen).

* 15 20 25 30 35 8203040

Claims (4)

1. Lagedrukkwikdampontladingslamp met goede kleurweergave, met kleurteirperatuur van het uitgezonden witte licht van tenminste 2800 K en met kleurpunt op of nabij de kurve van Planck, voorzien van een gasdichte, straling doorlatende omhulling die kwik en edelgas bevat, 5 en voorzien van een luminescerende laag die een luminescerend halofosfaat bevat, met het kenmerk, dat de luminescerende laag bevat; a een met driewaardig cerium en met tweewaardig mangaan geaktiveerd luminescerend zeldzaam-aardmetaalmetaboraat met monokliene kristalstruk- tuur, waarvan het grondrooster voldoet aan de formule Ln (Mg,Zn,Cd)B^0.jQ, 10 waarin Ln tenminste een der elementen yttrium, lanthaan en gadolinium voorstelt, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen 2+ kan zijn, welk metaboraat rode Mn -emissie vertoont, b een met driewaardig terbium geaktiveerde luminescerende stof, die ™ 3+ groene Tb -emissie vertoont, en 15. tenminste een luminescerend halofosfaat uit de groep, die de wit licht emitterende met driewaardig antimoon en met tweewaardig mangaan geaktiveerde calciumhalofosfaten met kleurtemperatuur van de uitgezonden straling van tenminste 2900 K en blauw luminescerend met driewaardig antimoon geaktiveerd calciumhalofosfaat omvat.

2. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lumines cerende metaboraat a voorts met driewaardig terbium geaktiveerd is, waarbij het metaboraat a tevens de stof b is en voldoet aan de formule (Y,La,Gd) q-x_yCexTby(^,Zn,Cd) ^Mn^O^ waarin 0,014 x 4 1-y 0,014' y 4 0,75 0,01 4 p 4 0,30, en waarin tot 20 mol.% van het B door Al en/of Ga vervangen kan zijn.

3. Lamp volgens conclusie 1 of 2, welke lamp een kleurpunt van de uitgezonden straling (χ^,γ^) en een kleurtemperatuur T heeft, waarbij T gekozen is in het bereik 2800 K

4 T 4 7500 K, met het kenmerk, dat het calciumhalofosf aat een kleurpunt van de uitgezonden straling heeft, waarbij Xr gelegen is in het bereik 0,210 Xr4 0,440 en waarbij de kcmbinatie (T,Xr) gelegen is in het door de zeshoek ABCDEF aangegeven gebied van de grafiek van figuur 2, en dat het kleurpunt van de 35 door de stoffen a en b tezamen uitgezonden straling in de kleurendrie-hoek gelegen is qp de verbindingslijn van (x^/Yg) en (x^,yL). 8203040