DE1002081B - Entladungslampe, insbesondere Hochdruckquecksilberdampflampe mit farbkorrigierender Leuchtstoffschicht - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Entladungslampen, insbesondere auf solche mit einem Quecksilberdampfhochdruckbrenner, mit einem ultraviolett- und lichtdurchlässigen Entladungsrohr und einem dieses umfangenden lichtdurchlässigen Kolben, der auf seiner Innenseite eine farbkorrigierende Leuchtstoffschicht trägt. Durch diesen Belag werden die Ultraviolettstrahlen der Lichtquelle in sichtbare Strahlen umgewandelt, insbesondere in solche des Rotbereichs des Spektrums. Dadurch wird das von der Quecksilberdampflampe allein ausgestrahlte bläuliche Licht verbessert. Es wird durch die Vermischung mit dem Rotlicht »weißer«. Der Leuchtstoffbelag, welcher vorzugsweise aus Magnesiumfluorgermanat besteht, hat dabei zwei Aufgaben, nämlich erstens liefert er Rotlicht, welches die normaleQuecksilberstrahlung, der Rot mangelt, ergänzt, zweitens zerstreut er das Licht der Röhre derart, daß eine mehr einheitliche Oberflächenhelligkeit der Lampe erzeugt wird, als sie lediglich durch innenseitige Aufrauhung der Lampenhülle gewonnen wird.

Der erwähnte Leuchtstoffbelag löst die erstgenannte Aufgabe in vollem Umfang. Die zweite Aufgabe wird jedoch nicht vollkommen erfüllt und bedarf einer Verbesserung, da die Umrisse der hellen inneren Entladungsröhre nach wie vor sichtbar sind. Dies trifft selbst dann noch zu, wenn die Innenseite des umfassenden, lichtdurchlässigen Kolbens, die den Leuchtstoffbelag trägt, aufgerauht ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf jedem einzelnen Teilchen des Leuchtstoffs durch einfaches Mischen Siliziumdioxyd von hohem Reinheitsgrad in feinster Verteilung niedergeschlagen ist, derart, daß jedes Leuchtstoffteilchen allseits von Siliziumdioxyd mehr oder weniger lückenlos umgeben ist. Es wurde festgestellt, daß die mechanische Zumischung von feinen Siliziumdioxydteilchen zu dem Leuchtstoff nicht nur die streuenden Eigenschaften des Überzuges, sondern vielmehr auch die Farbe der Lichtquelle erheblich verbessert und diese im Vergleich mit der Farbe einer bekannten Lampe, welche einen leichten gelbgrünen Stich aufweist, mehr weiß gestaltet. Dazu kommt noch die erhebliche Einsparung an dem sehr kostspieligen Germanat, welches in bekannter Weise als Leuchtstoff benutzt wird. Es ergibt sich eine 30- bis 40%ige Verminderung des Bedarfes an reinem Leuchtstoff, wenn man den gleichen Grad von Farbkorrektur erhalten will, der mit einem Leuchtstoffbelag ohne Gehalt an Kieselsäure festzustellen ist. Um ein Beispiel zu erwähnen, sind bisher für eine -Watt-Hochdruckquecksilberdampflampe der in Fig. 1 gezeichneten Art 0,8 g Fluorgermanat für den Leuchtstoffbelag notwendig. Eine Lampe mit einem Belag von 1 g eines Gemisches, das gewichtsmäßig zur Hälfte aus Siliziumdioxyd und Leuchtstoff besteht, zeigt eine gleichmäßigere Kolbenhelligkeit und eine mehr weiße Farbe, bei gleicher Leuchtwirkung und Gehalt an zugegebenem Entladungslampe, insbesondere Hochdruckquecksilberdampflampe mit farbkorrigie-

render Leuchtstoffschicht

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr. A. Weickmann, Patentanwälte,

München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Dezember 1953

Luke Thorington, Glen Gardner, N. J.,

und Robert E. Peterson, Cedar Grove, N. J. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Rotlicht. Die Erklärung dafür, daß man bei Verwendung von weniger Leuchtstoff den gleichen Gehalt an Rotlicht zu verzeichnen hat, beruht auf der wirksameren Ausnutzung des Ultravioletts. Diese ist darauf zurückzuführen, daß ein wiederholtes Streuen und Umlenken der Ultraviolettstrahlen innerhalb des Leuchtstoffs infolge des Vorhandenseins des Siliziumdioxydes eintritt.

Was die Leuchtstoffe betrifft, welche im Gemisch mit feinverteiltem Siliziumdioxyd zur Anwendung kommen, so sind diese in der USA.-Patentschrift 2 447 448 ebenso wie in der französischen Patentschrift 997 753, beschrieben. Der Leuchtstoff kann folgende Zusammensetzung haben:

Molanteil

MgO 3,5

BeO 0,5

(ein besonderes Beispiel für
einen Austausch gegen MgO)

GeO₂ 1,0

Mn 0,01

Ein solcher Leuchtstoff erzeugt Rotlicht im Bereiche zwischen 0,62 und 0,68 μ in Ergänzung zu dem Queck-

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silberlicht zwischen 0,40 und 0,58 μ, derart, daß das Quecksilberlicht als weißes Licht erscheint. Das Magnesiumoxyd in einem derartigen Leuchtstoff kann zwischen 2 und 6 Mol variieren. Es ist möglich, von 1,9 bis 0,1 Mol Berylliumoxyd an Stelle des Magnesiumoxyds einzusetzen, ohne daß die Fähigkeit des Leuchtstoffes, auch bei höheren Betriebstemperaturen, wie sie leicht auftreten, wenn, er ultravioletter Bestrahlung ausgesetzt wird, optimal zu strahlen," in irgendeiner Waise berührt

Durchmesser der Zylinder ist derart, daß federnde Finger 24 der tragenden Stützen 15 und 16 mit der Innenwand der Zylinder in Eingriff zu treten vermögen, um den Brenner 12 in einer gegebenen Lage innerhalb des Kolbens 22 zu halten. Der Zwischenraum zwischen dem Brenner 12 und dem Kolben 22 ist, wenn erforderlich, evakuiert. Zumindest der ellipsoide Bereich des Kolbens 22 ist auf der Innenseite mit einem farbkorrigierenden Leuchtstoff belag versehen, der wesentliche Mengen

wird. Es kann auch Magnesium gegen Beryllium zwischen io feinverteilter Kieselsäure enthält. Die Innenwandung des 4 Molprozent und etwas weniger als 40 Molprozent aus- Kolbens 22 kann vor dem Aufbringen des Leuchtstoffgetauscht werden. Das Mangan liegt im Bereich zwischen belages, wenn erforderlich, aufgerauht sein. Um eine ge-0,001 und 0,1 Mol vor. eignete optimale Arbeitstemperatur (etwa 35O⁰C oder

Auch läßt sich zusätzlich, oder alternativ ein Austausch zwischen 150 und 400° C) des Leuchtstoff belages 34, wenn von Sauerstoff gegen Fluor zwischen 0,1 und 2 Mol, aber 15 als solcher Magnesiumfluorgermanat mit zugemischter, nicht mehr als das Doppelte der Menge des verbleibenden feinverteilter Kieselsäure verwendet ist, zu gewährleisten, Sauerstoffes, vornehmen. Ein solcher Austausch übt eine
Wirkung auf die Temperaturstabilität aus, ähnlich derjenigen des Berylliurnoxydss allein und dies zusätzlich
zur besonderen Wirkung als schmelzpunkterniedrigendes 20
Flußmittel bei der Herstellung des Leuchtstoffes. Die
"Verwendung von Fluor ist von besonderem Wert im Hinblick auf die bekannteToxizität der Berylliumverbindung.
Statt des Einsatzes von Fluor an Stelle von Beryllium
kann Fluor auch zusätzlich neben Beryllium eingesetzt 25 Sauerstoffatome enthalten. Geeignete Verbindungen zur werden, was zu einem Magnesium-Beryllium-Fluor- Herstellung solcher Kieselsäure sind Äthylorthosilikatj

(C₂H^)₄SiO₄, Siliziummethan, Siliziumäthan oder andere Verbindungen dieser Reihe, Methylsilican (Silican-iSiliziumwasserstoff), Äthylsilican u. dgl. Es ist jedoch nicht ratsam, solche Ausgangsmaterialien zu verwenden, welche zuviel organische Substanzen enthalten, die eine Verunreinigung mit freiem Kohlenstoff zur Folge haben könnten. Eine optimale Lichtdiffusion und eine minimale oder zu vernachlässigende Absorption ist gewährleistet, wenn man eine Teilchengröße des Siliziumdioxydes zur Anwendung bringt, die ein Teil eines Mikrons

ist die Länge des ellipsoiden Kolbenteiles 22 bei Verwendung einer 400-Watt-Lampe etwa 20 cm und der größte Durchmesser etwa 15 cm.

Das mit dem Leuchtstoff vermischte Süiziumdioxyd liegt nicht nur in feinverteilter Form vor, sondern ist zweckmäßig sogar amorph, wie es durch Verbrennen von Siliziumverbindungen gewonnen wird, deren Moleküle ausschließlich Silizium-, Kohlenstoff-, Wasserstoffe und

germanat führt. Ein solcher Leuchtstoff besitzt etwa die Formel

3,7 MgO · 0,1 MgF₂ ■ 0,2 BeO ■ GeO₂: 0,01 Mn.

Darüber hinaus kann ein Teil des Magnesiums durch ¹Z₂ Mol Zink ersetzt werden.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe, und zwar Fig. 1 eine Lampe im Aufriß und teilweisen Schnitt;

Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Vergrößerung von Leuchtstoffbelagen, und zwar Fig. 2 einen Leuchtstoff belag ohne Zusatz von Kieselsäure, Fig. 3 einen Leuchtstoffbelag,

ist. Vorzugsweise soll der durchschnittliche Durchmesser eines Teiles im Bereich von ¹J₅ bis ³/₅ μ liegen. Die Größe des einzelnen Teilchens soll zwischen etwa 9000

.von dem jeder Kristall einen Überzugsfilm aus Kiesel- 40 bis 30 Ä und weniger liegen. Die Art der Siliziumteilchen, säure aufweist, Fig. 4 das mechanische Gemisch eines die dem Leuchtstoff zugemischt werden, soll, mit anderen

Worten, so sein, wie sie für Innenüberzüge von Lampenkolben benutzt wird.

Fig. 2 stellt die erhebliche Vergrößerung von Teilchen

Leuchtstoffes mit feinverteilter Kieselsäure.

Eine farbkorrigierende Hochdruckquecksilberdampflampe 11 besitzt gemäß Fig. 1 einen inneren Quarzmantel 12, dessen Enden durch Glimmerplatten 13 und 14 45 oder Kristallen 35 eines Leuchtstoffes, z. B. Magnesiumgetragen sind. Diese Glimmerplatten sind durchsetzt von fluorgermanat, dar, wie er als Belag der Innenoberfläche tragenden Drähten 15 und 16, welche an eine aus dem des äußeren Kolbens der Lampe 11 verwendet wird. Ein Preßstück 19 nahe dem Sockel 21 des äußeren Kolbens 22 auf einem Leuchtstoffkristall 35 auftreffender Ultrasich erstreckende Stromzuführung 17 angeschweißt sind. violettstrahl 36 durchsetzt diesen und den benachbarten Eine im Halsteil 32 befindliche und durch die Strom- 50 Kristall 35, erzeugt, wie durch Pfeil 37 angedeutet, auf zuführungsdrähte 17 und 18 getragene Glimmerscheibe 23 seinem Wege durch die Kristalle Lumineszenz und tritt schützt das Preßstück gegen zu hohe Temperaturen beim schließlich in Form des Strahles 38 wieder aus. Der Teil Betrieb. Die Lampe 11 besitzt auf der dem Sockel ab- des Strahles, der die Leuchtstoffkristalle ohne Umwandgewandten Seite die eine Hauptelektrode 25, die über die lung in sichtbares Licht durchsetzt, ist verloren, denn Stromzuführung 25 mit den tragenden Drähten 15 und 16 55 er wird entweder durch das Kolbenglas absorbiert, oder verbunden ist. Die andere Hauptelektrode 27 in Sockel- er durchsetzt dieses, ohne sichtbares Licht darzustellen, nähe ist an die Stromzuführung 18 vermittels eines bieg- Die Fig. 3 entspricht der Fig. 2 mit der Abweichung,

samen Leiters 28 angeschlossen. Schließlich und endlich daß jedes Leuchtstoff teilchen einen Überzug 39 eines ist eine Startelektrode 29 vorgesehen, welche über einen dünnen, klaren SiliziumdioxydfUmes besitzt, was an sich Widerstand 31 an die Stromzuführung 17 angeschlossen 60 bekannt ist. Ein auf dem einzelnen Kristall auftreffender ist. Der Brenner 12 enthält, wie bei Lampen dieser Art Ultraviolettstrahl 35° verhält sich nicht anders als vorüblich, eine gewisse Menge Quecksilber und inertes Gas. beschrieben. Er durchsetzt die Kristalle 35°, erzeugt

Der Kolben 22 ist zur Verwendung der Lampe in während seines Durchganges die sichtbaren Lichthorizontaler Lage ausgebildet und hat ellipsoide Form. strahlen 37^a und tritt als unsichtbarer Strahl 38^a wieder Die große Achse des Ellipsoids liegt in der Längsachse 65 aus. Im Gegensatz zu Fig. 2 und 3 sind erfindungsgemäß, der Lampe 11, derart, daß diese so gut als möglich iso- wie in der Fig. 4 dargestellt, die Leuchtstoffkristalle 41 thermisch zu arbeiten in der Lage ist. Der dem Sockel 21 mit feinverteilter Kieselsäure untermischt. Die einzelnen gegenüberliegende Endteil 33, ebenso wie der Halsteil 32, Kieselsäureteilchen sind mit 42 bezeichnet. Ein einen hat zylindrische Form. Die Achse der beiden Zylinder Leuchtstoffkristall41 durchsetzender Ultraviolettstrahl43 ist etwa identisch mit der Achse des Brenners 12. Der 70 trifft nicht unmittelbar auf den benachbarten Leucht-

stoffkristall 41 auf, sondern wird im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 durch ein zwischenliegendes Kieselsäureteilchen 42 zerstreut, wie durch die Pfeile 44 angedeutet. Der Strahl durchsetzt also nicht unmittelbar die Wandung des Kolbens 22, wird vielmehr wiederholt umgelenkt und gestreut,- so daß er in großem Umfang zur Erzeugung sichtbaren Lichtes in den Leuchtstoffkristallen nutzbar angewendet wird, so daß praktisch alle Ultraviolettstrahlen zur Erzeugung sichtbaren Lichtes ausgewertet werden und kaum ein Ultraviolettstrahl die Wandung des Lampenkolbens 22 durchsetzt. Schon ehe ein Ultraviolettstrahl 43" in einen Leuchtstoffkristall eintritt, kann er durch ein Kieselsäureteilchen 42 zum Teil gestreut werden, um schon im ersten Kristall in großem Umfange sichtbares Licht zu erzeugen. Der nicht zerstreute Strahlenteil tritt in den benachbarten Leuchtstoffkristall ein und wird dort schließlich voll und ganz ausgewertet.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß erstens nicht nur die sichtbaren Strahlen erheblich gestreut werden, um so eine gleichförmige Lampenhelligkeit zu erzeugen, sondern daß auch zweitens die Ultraviolettstrahlen der Entladung mit einem Mindestmaß an Verlust gestreut werden, um so zur wiederholten Durchsetzung der Leuchtstoffkristalle veranlaßt zu werden. Bei Verwendung des Leuchtstoffs ohne Siliziumdioxydgehalt ist die Streuung nicht annähernd in diesem Maße vorhanden.

Das Siliziumdioxydkorn muß äußerst fein sein. Es soll sich bezüglich seiner Größe der Wellenlänge des zu erzeugenden Lichtes nähern. Es soll außerdem von hohem Reinheitsgrad sein, derart, daß der Lichtdurchgang sowohl für Ultraviolettstrahlen als auch für sichtbare Strahlen sehr hoch ist. Zweckmäßig verwendet man amorphe Kieselsäure, was nicht ausschließt, daß auch feinverteilte Kieselsäurekristalle zur Anwendung kommen können. Das normale Verhältnis zwischen Kieselsäure und Leuchtstoff wird 50: 50 sein, es können jedoch auch andere Mischungsverhältnisse benutzt werden, vorzugsweise solche innerhalb eines Bereiches von 10 bis 80% Kieselsäure zu 90 bis 20% Leuchtstoff, der in einer Menge von 1,5 bis 2 mg-cm"² zur Anwendung kommt.

Der mit Kieselsäure untermengte Leuchtstoff ist nicht nur für Hochdruckquecksilberdampflampen geeignet, sondern auch. für andere Lampen, soweit bei solchen Leuchtstoff zur Anwendung kommt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Entladungslampe, insbesondere Quecksilberdampfhochdrucklampe mit einem ultraviolett- und lichtdurchlässigen Entladungsrohr und einem dieses umfangenden lichtdurchlässigen Kolben, der auf seiner Innenseite eine farbkorrigierende Leuchtstoffschicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem einzelnen Teilchen des Leuchtstoffes durch einfaches Mischen Siliziumdioxyd von hohem Reinheitsgrad in feinster Verteilung niedergeschlagen ist, derart, daß jedes Leuchtstoff teilchen allseits von Siliziumdioxyd mehr oder weniger lückenlos umgeben ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorwiegend rot fluoreszierende Leuchtstoff, der optimal etwa bei 350° C Betriebstemperatur arbeitet, gewichtsmäßig zur Hälfte durch das feinverteilte Siliziumdioxyd an seiner Oberfläche ersetzt ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Leuchtstoff nach der Grammmolekularformel χ MgO · GeO₂: y Mn, wobei χ eine Zahl im Bereich zwischen 2 und 6, y eine Zahl im Bereich zwischen 0,001 und 0,1 ist und in welcher mindestens eine Substitution vorgenommen ist, nämlich entweder an Stelle eines Teiles des Magnesiums 4 Molprozent bis etwas weniger als 40 Molprozent Beryllium oder ebenfalls an Stelle eines Teiles des Magnesiums 0,5 Mol Zink oder eine Fluorsubstitution an Stelle des Sauerstoffes des Magnesiumoxyds in einer Höhe zwischen 0,1 und 2 Mol, aber nicht mehr als das Zweifache der Menge des verbleibenden Sauerstoffes.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff nach der Grammolekularformel λ; Mg O · yMgF₂ · GeO₂: 2 Mn zusammengesetzt ist, in welcher χ eine Zahl im Bereich zwischen 2 und 6, y eine Zahl im Bereich zwischen 0,1 und 2 ist, wobei die Summe von χ und y die Zahl 6 nicht überschreitet, und ζ eine Zahl im Bereich zwischen 0,001 und 0,1 darstellt, wobei die angegebenen Grenzwerte selbst zum Bereich gehören.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 961 085, 996 271 ;
USA.-Patentschrift Nr. 2 151 496.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 769/211 1.