NL8200270A - Boogontladingslamp met een verbeterd behoud van lichtopbrengst. - Google Patents

Description

i „ «* - ι -

Boogontladingslamp met een verbeterd behoud van lichtopbrengst.

De uitvinding heeft betrekking op boogontladings-lampen waarbij in de ontladingskamer fosforen worden gebruikt en in het bijzonder op dergelijke lampen met een verbeterd behoud van lichtopbrengst.

5 Boogontladingslampen, zoals fluorescentielampen waarbij in een ontladingskamer die ook een ioniseerbaar medium tezamen met kwikdamp bevat, fosforen worden gebruikt, lijden aan een geleidelijke afname van de lichtopbrengst naarmate ze ouder worden. Verschillende factoren dragen bij tot deze afname van de 10 lichtopbrengst tijdens het in bedrijf zijn van de lampen en enkele daarvan zijn mogelijk het gevolg van afzetting van verontreinigingen uit de kathode, van de vorming van verschillende kwikverbindingen, van veranderingen in de fosfor zelf en van veranderingen in het glasomhulsel, in het bijzonder als dit blootstaat aan ultraviolette 15 straling. Het vermogen van dergelijke lampen om weerstand te bieden aan een afname in de lichtopbrengst wordt in het algemeen aangeduid als behoud van lichtopbrengst en wordt uitgedrukt in de verhouding van de lichtopbrengst na een gegeven levensduur in vergelijking met een begin lichtopbrengst, welke verhouding daarbij wordt uitgedrukt 20 als percentage. Daar de lichtopbrengst van een nieuwe lamp veelal sterk varieert tot de lamp enige tijd in bedrijf is geweest, is het gebruikelijk om metingen van het behoud van lichtopbrengst te beginnen vanaf een of ander ander tijdstip dan het tijdstip nul.

Hoewel de afname van de lichtopbrengst met verloop 25 van tijd een verschijnsel is dat optreedt bij alle fluorescentielampen, is het veel meer een probleem voor lampen met een groot en lampen met een zeer groot vermogen dan voor lampen met een normaal vermogen of normale belasting.

Hoewel alle bovengenoemde omstandigheden in meer-30 dere of mindere mate kunnen bijdragen tot de vermindering van de lichtopbrengst, wordt tegenwoordig aangenomen dat de vorming van kwikverbindingen, in het bijzonder op het oppervlak van de fosfor, een van de hoofdfactoren van lichtvermindering is, 8200270 k » - 2 -

Gemeend wordt dat deze kwikverbindingen een ultraviolette straling absorberend laagje vormen dat verhindert dat de fosfor een voldoende hoeveelheid exciterende straling van de kwik- 6 ontlading ontvangt om een maximale lichtopbrengst te breiken.

5 Er zijn verschillende toepassingen van aluminium- oxyde in dergelijke lampen voorgesteld om deze situatie te verzachten. Bijvoorbeeld wordt in de Amerikaanse octrooischriften 4.079.288 en 4.058.639 en ook in andere octrooischriften het gebruik beschreven van een laag van aluminiumoxyde op het inwendige van de 10 wand van de ontladingsbuis en het aanbrengen van fosfor daarop.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.886.396 leert de toepassing van een dunne, poreuze, discontinue laag van aluminiumoxyde aangebracht over de fosforlaag. Hoewel al deze technieken enig voordeel bieden, is een verdere verhoging van het behoud van 15 lichtopbrengst gewenst.

De uitvinding heeft dan ook ten doel te voorzien in een lamp met een verbeterd behoud van lichtopbrengst. Een ander doel van de uitvinding is, te voorzien in een werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijke lamp.

20 Deze doelstellingen worden volgens één aspect van de uitvinding bereikt door te voorzien in een boogontladingslamp met een licht-emitterend omhulsel dat een ioniseerbaar medium bevat waaronder kwikdamp en dat is voorzien van elektroden aangebracht in de uiteinden ervan. De lamp heeft een laag van fosfor op het 25 inwendige oppervlak van het omhulsel. Een laag van aluminiumoxyde met een deeltjesgrootte kleiner dan 1 ^m ligt over de laag van fosfor heen, waarbij het gewicht aan aluminiumoxyde groter is dan 160 f*g/cm2.

Gevonden werd dat betrekkelijk grote hoeveelheden 30 aluminiumoxyde het behoud van lichtopbrengst van lampen van het fluorescentie-type aanzienlijk vergroot; er worden bij vele typen lampen waarden voor het behoudvan lichtopbrengst bereikt van meer dan 90 %.

De uitvinding wordt hierna nader beschreven en 35 toegelicht met vermelding van de voordelen en bereikte resultaten, 8200270 - 3 - <i 4 aan de hand van de tekeningen.

Fig. 1 geeft een beeld van een fluorescentielamp, gedeeltelijk in doorsnede, dat de uitvinding illustreert; fig. 2 geeft een dwarsdoorsnede weer van de lamp 5 van fig. 1.

In fig. 1 is een boogontladingslamp 10 van het fluorescentie-type weergegeven. De lamp 10 omvat een langwerpige glazen buis 12 met een ronde doorsnede. Ze is voorzien van de gebruikelijke elektroden 14 en 16 aan weerseinden die zijn verbon-10 den met aansluitdraden 18,20 respectievelijk 22, 24, die door een laag samengedrukt glas 26, 28 heen lopen van montagesteunen 30, 32, naar de contacten in de lampvoeten 34,36 die zich aan de uiteinden van de lampen bevinden.

De afgesloten buis is gevuld met een inert gas 15 . bijvoorbeeld argon of een mengselvan argon en neon onder lage druk, bijvoorbeeld 2 Torr (0,267 kPa) en met een kleine hoeveelheid kwik, tenminste voldoende om een lage dampdruk te geven tijdens het in bedrijf zijn van de lamp van cirka 6 jim kwikdruk (0,8 Pa). Het inwendige van de buis 12 is bekleed met een laag fosfor 38 bijvoor-20 beeld een calciumhalogeenfosfaat geactiveerd met antimoon en mangaan.

Deze lamp kan bijvoorbeeld als volgt worden vervaardigd: er wordt een fosforbekledingssuspensie bereid 25 door de fosfordeeltjes te dispergeren in een systeem op waterbasis onder toepassing van polyethyleenoxyde als bindmiddel en water als oplosmiddel.

De fosforsuspensie wordt op de gebruikelijke wijze aangebracht door de suspensie over het binnenoppervlak van de buis 30 (omhuis of ballon) omlaag te laten vloeien en het water te laten verdampen waardoor het bindmiddel en de fosfordeeltjes aan de wand van de buis (omhulsel of ballon) blijven hechten. De met fosfor beklede buis (omhulsel of ballon) wordt daarna gebakken in een oven om de organische componenten weg te branden waarbij de fosfor-35 deeltjes op de wand van de buis (het omhulsel of de ballon) achter- 8200270 - 4 - blijven.

De fosforlaag 38 wordt dan bekleed met een betrekkelijk dikke laag 40 van aluminiumoxyde met een deeltjesgrootte van minder dan 1^m, bijvoorbeeld aluminiumox de C, dat geleverd wordt 5 door Degussa, Ine. Dit materiaal heeft een deeltjesgrootte in het traject van 0,01-0,04 fm en een specifiek oppervlak van cirka 100 m /g. Met de term "betrekkelijk dikke" laag wordt bedoeld een laag 2 met een gewicht aan aluminiumoxyde van meer dan 160 ^g/cm .

De laag van aluminiumoxyde 40 kan ook worden aan-10 gebracht uit een suspensie; de suspensie omvat bijvoorbeeld alumi-niumoxydedeeltjes in een vehikel op waterbasis, bestaande uit een bindmiddel zoals polyethyleenoxyde en/of hydroxyethylmethylcellulose opgelost in water. De aluminiumoxyde-suspensie met een variabele concentratie wordt dan opgebracht door de bekledingssuspensie over 15 de fosfordeeltjes te laten vloeien tot de overmaat aluminiumoxyde-bekledingsmengsel onder uit de buis (het omhulsel of de ballon) druipt wat betekent dat de fosfor volledig is bedekt. De met aluminiumoxyde beklede buis (omhulsel of ballon) wordt dan opnieuw gebakken ter verwijdering van de organische componenten van het bindmid-20 del en verder verwerkt tot fluorescentielampen door toepassing van de conventionele technieken voor de vervaardiging van dergelijke lampen.

Er werden op de beschreven wijze een aantal lampen vervaardigd. Er werden voorts op een identieke wijze vergelijkings-25 lampen vervaardigd waarbij alleen geen deklaag van aluminiumoxyde over de fosfor werd aangebracht.

Een aantal-verschillende fluorescentie lamp-typen werd vervolgens onderzocht ter beoordeling van de kwaliteit bij verschillende concentraties van de bekledingslaag van aluminium-30 oxyde, en daarbij vergeleken met vergelijkingslampen; de resultaten zijn samengevat in de tabellen A t/m D. In al deze tabellen is het behoud van lichtopbrengst berekend als de verhouding van de lichtopbrengst aan het einde van de proefperiode ten opzichte van de lichtopbrengst na een bedrijfsduurvan 100 h. De vergelijkingen 35 werden gemaakt op basis van het beginpunt na een bedrijfsduur van 100 h, vanwege de zeer snelle daling in het begin van de periode dat 8200270 5 - 5 - de lamp in bedrijf is die anders tot een verdraaiing van de cijfers voor het behoud van lichtopbrengst zou leiden.

8200270 » - 6 - Λ # Ο I ο ft .μ ο en ρ1 ο Ό Ο ffl Ά »%% # 3 -Μ ft I ® « ^ ο Λ β ο νο γ- σ> ·Ρ χ: ο « ο m

JI Ή ^ S' C

Β Η Λ G Λ Φ Ο Μ Ο Ο Λ ο go νβνοΓ·1 ft ο ui tn σι νο r-· 0) V0 .β f" «Η ft 0 Μ «,«,«.1.«, g cm νο νο +) ft σι »μ cm σι am η η η ,β I f- co ft ft ft (J C ο *τΗ Ο Η Ο +> 1-> Ό — Λ <1> X 2 υ ο •η -μ Ο Λ η οι ο σι CD ρ1 Φ

ft Ο 1 1 « W

>σ c μγ ·5Γ ·η cm

3 Φ I to si -U

ο μ ο 3 -μ λ λ ° « (Ö Φ α-< 1« ns mo— 2 ιμ ο 01 Ή Φ ο ο c c ίι ο φ Λ σι ft co cm es g CO VO Γ-’ Γ·· φ β CO Γ"> 1-4 00 ΟΟ Μ Μ ra1 Ο UI VO ϋιφΟΓ-ΓΊπηπΕΝ Φ ε Λ ιη αο r· ο SO σι ·31 +< +< -a1 ft 3 <β σ γο η 1μ 3 ο 0 ι-5 « ιβ μ} η η Λ Λ V, ι β Ό +) « Φ β Λ <1 Λ _> < Φ U W Φ > ·η ·μ ο , θ' _ μι Φ η οι ο Η . 2 wo ö ο si a 1» w +> β _ _ CQ Ofirn — - » ® β d ο ί ο μ <1 + 3 Φ I 51 ί ^ <5 C Β Ο 03 ft σ Γ·» ^ μ; ο M Ο t- co ft f-μ® r- μ- r- r- ft ΟΛΛΟ rH go M" rj rr ry -a1 •μ φ a-< „ 3° η λ ο ^ ·μ w *Η +1 > •Η Ο ? ο s 1 β Ο (Ν Ί μ μ ν ® m rj1 ο η ιβ

•μ ε λ μ ο o S

S 3 β η 5Γ η ^ J fi w co a > -μ f Ο co c Ο ij μ co -wcm

Ρη ® «-1 co-Hvfl ft 3 S

oo ε vo μ o φ o

Irt 3 (Β «1 rs1 «ή1 ·· ft \ O 00 CM CM ra1 j g φ ft r- vo o ft «. ft n j 1-1 cm cm

Φ >i O

Sjj -μ tN

Λ n H

μ υ ft < •μ cm Ε ft S S « ε φ υ μ? (β ft \ Ο 1·< Ό1 ►0 ft νο cd η1 "» ο CM _ Η ιη π m m γπ η < μοο μ ο ο ο ο

Ο CM CM 0 CM CM CM CM

<n h r-< ^ 'i Ί Ί oirtjrt; m < < < < Οι 0 ft 0 g 4-)++ β 4-1 + + + + 8200270 o βμμ ό 5.¾¾¾¾ 4) Φ00 Φ Φ Ο 0 Ο Ο Η φ 44 44 Η φ 44 44 +1 4-1 Μ μ η η Μ η οι οι οι οι 01 Η ο 0 Φ Η Ο Ο 0 Ο 00 tgftft ff! «Cfcfcfcfe - 7 -

TABEL C

Lamp type: 96T12 H.0. koud wit licht gevend halogeenfosfaat

Bekleding Al„0_ gewicht Lumen na Lumen na Behoud licht- ztg/cm^ 100 h 2000 h opbrengst % (100-2000 h) 5 ---

Alleen fosfor 0 8971 7908 88,2

Fosfor + A1203 287 8851 8340 94,2 10

TABEL D

Lamp Type: 96T12 VHO koud wit licht gevend halogeenfosfaat

Bekleding A^O, gewicht Lumen na Lumen na Behoud licht- ^g/cm2 100 h 2378 h opbrengst % 15 (100-2378 h)

Alleen fosfor 0 12170 11584 81,8

Fosfor + A12Q3 333 14894 13277 89,1 20

Wanneer men de in de tabellen vermelde resultaten nagaat blijkt dit bekledingslagen van aluminiumoxyde met een laag-gewicht variërend van 0 (vergelijkingsbuizen) tot 484 ^g/cm werden toegepast. Zoals viel te verwachten uit hetgeen in het Amerikaanse 25 octrooischrift 3.886.396 wordt geopenbaard, leverden de betrekkelijk grote laaggewichten lampen op waarvan de helderheid aan het begin kleiner was dan die van de vergelijkingslanden. (De uitzondering in tabel D is naar gemeend wordt een aberratie). Volkomen onverwacht en verrassend is echter het feit, dat na 2000-6000 branduren (af-30 hankelijk van het lamp-type en het laaggewicht) niet slechts het behoud van lichtopbrengst bij de lampen die waren bekleed met een betrekkelijk dikke bekledingslaag beter was dan van de vergelijkingslanden, maar dat ook de werkelijke lichtopbrengst groter was. Er werden zo cijfers voor het behoud van lichtopbrengst verkregen die 35 in de buurt lagen van en in de meeste gevallen groter waren dan 8200270 -8 - 90 %, na een brandduur van de lampen tot 6000 h toe.

De proeven werden uitgevoerd door de lichtopbrengst van de lampen fotometrisch te bepalen in een standaard fotometrische ballon, zowel aan het begin als op de vermelde tijd-5 stippen.

Men ziet dat verbeterde lampen worden verkregen door een betrekkelijk dikke bekledingslaag van aluminiumoxyde toe te passen. Toepassing van een bekledingslaag met een bindmiddel in organisch oplosmiddel, bijvoorbeeld microcellulose als bindmiddel 10 en butylacetaat als oplosmiddel voor de fosfor en van ethylcellu-lose als bindmiddel met xyleen als oplosmiddel voor het aluminium-oxyde leverde soortgelijke resultaten op.

Dezelfde gunstige resultaten werden voorts verkregen ongeacht of het bindmiddel van de fosfor werd verwijderd vóór 15 het aanbrengen van het aluminiumoxyde of dat een enkele bakbehan-deling werd toegepast.

Microfoto's van de beklede lampen gemaakt met een rasterelektronen microscoop bij een vergroting van 10.000 x liet zien dat de aluminiumoxyde-deeltjes het oppervlak van de 20 fosfordeeltjes over de gehele dikte van de laag bedekten en dat ze doordrongen tot op het glasoppervlak.

Hoewel hiervoor de uitvoeringsvormen zijn vermeld die op het ogenblik als voorkeursuitvoeringsvormen gelden, zal het duidelijk zijn dat er allerlei variaties en modificaties 25 kunnen worden toegepast zonder buiten het kader van de uitvinding te komen.

30 8200270

Claims (9)

1. Boogontladingslamp met een licht-emitterend omhulsel dat een ioniseerbaar medium bevat waaronder kwikdamp en is voorzien van aan de uiteinden aangebrachte elektroden en omvat- 5 tende een laag fosfor op het inwendige oppervlak van dat omhulsel* met het kenmerk» dat zich over de laag fosfor heen een laag aluminiumoxyde met een deeltjesgrootte van minder dan 1 fm bevindt* welke laag van aluminiumoxyde een gewicht heeft van meer dan 160 ^.g/cm^.

2. Ontladingslamp volgens conclusie 1» met het kenmerk* dat het gewicht van de laag aluminiumoxyde ligt in het 2 traject van meer dan 160 tot cirka 300 /*g/cm .

3. Ontladingslamp volgens conclusie 1* met het kenmerk* dat het gewicht van de laag aluminiumoxyde ligt in het 2 15 traject van cirka 300-500 ^tg/cm .

4. Ontladingslamp volgens conclusie 1* 2 of 3* met het kenmerk* dat de ontladingslamp een fluorescentielamp is.

5. Fluorescentielamp* omvattende een licht-emitterend* hermetisch gesloten omhulsel dat een medium bevat dat 20 een lichtboog ontwikkelt en onderhoudt waaronder kwikdamp en welk omhulsel is voorzien van aan de uiteinden bevestigde elektroden en is voorzien van een laag fosfor op het inwendige oppervlak van dat omhulsel met het kenmerk* dat een het behoud vein de lichtopbrengst verbeterende bekleding van aluminiumoxyde met een deeltjes- 25 grootte van minder dan 1 aanwezig is over de laag van de fosfor heen* waarbij het gewicht van het aluminiumoxyde een hoeveelheid bedraagt die effectief is ter verkrijging van een behoud van lichtopbrengst van cirka 90 % na 2000 h ten opzichte van de begin lichtopbrengst na 100 h.

6. Lamp volgens conclusie 5* met het kenmerk* dat de fosfor een calciumhalogeenfosfaat is.

7. Lamp volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk* dat de effectieve hoeveelheid aluminiumoxyde een behoud van lichtopbrengst geeft van cirka 90 % na 3000 h ten opzichte van de begin 35 lichtopbrengst na 100 h. 8200270 % - 10 -

8. Lamp volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de effectieve hoeveelheid aluminiumoxyde een behoud van lichtopbrengst geeft van cirka 90 % na 6000 h ten opzichte van een begin lichtopbrengst na 100 h.

9. Werkwijze voor de vervaardiging van een fluorescentielamp met een behoud van lichtopbrengst van (tenminste) cirka 90 % na tenminste 2000 bedrijfsuren, ten opzichte van een begin lichtopbrengst na 100 h, met het kenmerk» dat men een laag fosfor op het inwendige oppervlak van een langwerpig glazen# licht-10 emitterend omhulsel aanbrengt# een suspensie vormt van aluminiumoxyde met een deeltjesgrootte van minder dan 1 micron in een dragend vehikel van polyethyleenoxyde en/of hydroxyethylmethylcellulose en water# waarbij de hoeveelheid aluminiumoxyde in de suspensie voldoende is om de laag fosfor te bekleden met een laag aluminium-15 oxyde met een gewicht van meer dan 160 g/cm # het aluminiumoxyde over de laag fosfor aanbrengt# het omhulsel bakt ter verwijdering van de organische componenten en het omhulsel verder verwerkt tot een fluorescentielamp. 20 8200270