DE2816069C2

DE2816069C2 - Entladungslampe mit einer Leuchtstoffschicht und Verwendung dieser Lampe

Info

Publication number: DE2816069C2
Application number: DE2816069A
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Kawasaki Kobuya; Kotaro Yokohama Koomoto; Toshio Nishimura; Tadao Omi; Kenichi Fujisawa Kanagawa Shimizu; Minoru Kawasaki Watanabe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1983-03-31
Also published as: US4208611A; AU3493378A; GB1587598A; JPS5927787B2; DE2816069A1; JPS53127384A; AU516142B2

Description

zSiO₂

in der

Ln wenigstens ein Seltenerdelement ausgewählt aus Yttrium, Lanthan, Gadolinium und Lutetium,

χ 1 χ 10-³ bis 3 χ 1O~¹ Grammatome je Grammatom der Gesamtmenge an Seltenerdelementen,

y 3 χ 10-² bis 3 χ 1O~¹ Grammatome je Grammatom der Gesamtmenge an Seltenerdelementen und

ζ 0,8 bis 2,2 Mole je Mol Seltenerdoxyd im Leuchtstoff bedeuten.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1 in Form einer Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein blaue Strahlung emittierender Leuchtstoff mit einer maximalen Emission innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 430 und 490 nm und ein rote Strahlung emittierender Leuchtstoff mit einer maximalen Emission innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 590 und 640 nm in der Leuchtstoffschicht enthalten sind.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 in Form einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein rote Strahlung emittierender Leuchtstoff einer maximalen Emission innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 580 und 650 nm in der Leuchtstoffschicht enthalten ist.

4. Verwendung der Entladungslampe nach Anspruch 1 für eine elektronische Kopiervorrichtung.

länge von 365 nm bemerkenswert niedrig.

In der japanischen Patentanmeldung 83 773/1973 ist eine Lichtpunktabtaströhre beschrieben, deren Leuchtstoffschicht aus einem mit Cer und Terbium koaktiviertem Yttriumsilikat besteht Der bei dieser Abtaströhre verwendete Leuchtstoff ist jedoch insofern unterschiedlich als er licht bei Anregung mit Elektronenstrahlen emittiert
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entladungslampe

ίο mit einer Leuchtstoffschicht bereitzustellen, die innerhalb eines breiten Wellenlängenbereichs eine grüne Strahlung hoher Intensität erzeugt

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der grüne Strahlung emittierende Leuchtstoff eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel

-^O₃ · ZSiO₂ :Ce2, · Tb₂,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Entladungslampe mit einer Leuchtstoffschicht, die wenigstens einen grüne Strahlung emittierenden Leuchtstoff enthält sowie auf die Verwendung dieser Lampe.

Es ist bekannt, daß einige Leuchtstoffe, die mit Seltenerdelementen, wie Terbium, aktiviert sind, grüne Strahlung bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung mit einem bestimmten Weiienlängenbereich emittieren. Die emittierte grüne Strahlung zeigt ein Linienspektrum. In der US-PS 35 23 091 sind Lanthansilikate, Yttriumsilikate und Lanthan-Yttriumsilikate, aktiviert mit Terbium, beschrieben. In der britischen Patentschrift 14 52 083 ist ein terbiumaktivierter Aluminatleuchtstoff, beispielsweise (Ce · Tb) MgAli;Oi9 beschrieben, der bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung grüne Strahlung emittiert. Ein Anregungsspektrum des bekannten Leuchtstoffes zeigt ein Maximum in der Nähe der Wellenlänge nm oder 300 nm. Das Maximum erstreckt sich über einen verhältnismäßig schmalen Bereich und die Anregungseffizienz ist insbesondere bei einer Wellenaufweist, in der

Ln wenigstens ein Seltenerdelement ausgewählt aus

Yttrium, Lanthan, Gadolinium und Lutetium,
x 1 χ 10-³ bis 3 χ 10-' Grammatome je Grammatom

der Gesamtmenge an Seltenerdelementen,
y 3 χ 10-² bis 3 χ 10-' Grammatome je Grammatom der Gesamtmenge an Seltenerdelementen und
ζ 0,8 bis 2,2 Mole je Mol Seltenerdoxid im Leuchtstoff bedeuten.

Der Leuchtstoff der erfindungsgemäßen Entladungslampe weist ein Anregungsspektrum mit Maxima bei

Wellenlängen von 553,7 nm und 365 nm auf. Die

erfindungsgemäße Entladungslampe zeigt eine hohe Lichtausbeute und hohe Farbwiedergabe.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Graphik, die die Beziehung zwischen der SiO₂-Konzentration (ausgedrückt in Mol) je Mol im ω Leuchtstoff der Entladungslampe enthaltenen Seltenerdoxid und der relativen Helligkeit des Leuchtstoffs bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung wiedergibt,

F i g. 2A eine Graphik, die die Beziehung zwischen Grammatomen Ce je Grammatom der Gesamtmenge aller Seltenerdelemente des Leuchtstoffs der Entladungslampe und der relativen Helligkeit des Leuchtstoffs bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 nm wiedergibt,

Fig.2B eine Graphik, die die Beziehung zwischen Grammatomen Ce je Grammatom der Gesamtmenge aller Seltenerdelemente im Leuchtstoff und der relativen Helligkeit des Leuchtstoffs bei Anregung mit einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe wiedergibt,

F i g. 3 eine Graphik, die die Beziehung zwischen den Grammatomen Tb je Grammatom der Gesamtmenge aller Seltenerdelemente des Leuchtstoffes und der realtiven Helligkeit des Leuchtstoffes der Entladungslampe bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung wiedergibt,

F i g. 4 ein Lichtspektrum, emittiert vom Leuchtstoff der Entladungslampe bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung,

F ·. g. 5 ein Anregungsspektrum des Leuchtstoffs der Entladungslampe gemäß der Erfindung (A) und eines bekannten nur mit Tb aktivierten Leuchtstoffs (B),

Fig. 6 eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe teilweise im Schnitt,

F i g. 7 eine Hochoruck-Quecksilberdampfentladungslampe teilweise im Schnitt,

F i g. 8 eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Raumtemperatur und der relativen Helligkeit des Leuchtstoffs der Entladungslampe wiedergibt,

F i g. 9 ein Lichtspektrum, das von einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe emittiert wird, die mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist, die aus einem rot emittierenden Leuchtstoff, einem blau emittierenden Leuchtstoff und einem grün emittierenden Leuchtstoff besteh» und

Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht einer nur grün emittierenden Entladungslampe zur Verwendung bei einer elektronischen Kopiervorrichtung.

Der Leuchtstoff der Leuchtstoffschicht der Entladungslampe besteht aus einem Seltenerdsilikat, das mit bestimmten Mengen an Ce und Tb koaktiviert ist Der Leuchtstoff emittiert bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen innerhalb eines breiten Bereichs sehr wirksam grüne Strahlung. Deshalb zeigt der Leuchtstoff, dessen Anregungsspektrum hohe Maxima bei Wellenlängenbereichen von etwa 250 nm, 305 mn und 365 nm zeigt, eine außerordentlich hohe Lichtausbeute. Es wird angenommen, daß der Grund für diesen vorteilhaften Effekt darin zu sehen ist, daß die im Aktivator Ce³⁺ absorbierte Ultraviolettstrahlung auf den Aktivator Tb³⁺ übertragen wird und dadurch die Intensität der emittierten grünen Strahlung erhöht wird.

Seltenerdelemente, die die Matrix des Leuchtstoffs bilden, können Yttrium, Lanthan, Gadolinium und/oder Lutetium sein.

Nachstehend wird der Bereich für die Werte der Koeffizienten x, y und ζ der vorgenannten allgemeinen Formel des Leuchtstoffes erläutert

Die Menge an SiO₂ je Mol im Leuchtstoff vorliegendem Seltenerdoxid liegt zwischen 0,8 und 2,2 Mol.

F i g. 1 zeigt die relative Helligkeit des Leuchtstoffs der Entladungslampe bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung bei Änderung der Molzahl ζ des SiO₂ bei einem Leuchtstoff der Zusammensetzung

Yl₆₆O₃ · ^SiO₂: Ce_o,o2 · Tb₀J₂

wobei die Werte der Koeffizienten χ und yO.Ol bzw. 0,16 betragen. Die strichlierte Linie in F i g. 1 zeigt die relative Helligkeit eines Leuchtstoffs

(Ce: Tb)MgAIiiOi9, der die höchste Helligkeit von bekannten Leuchtstoffen, die bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung grüne Strahlung emittieren, aufweist. Eine geeignete Menge an SiO₂ liegt zwischen 0,8 und 2,2 Mole, wobei 0,8 bis 1,9 Mole je Mol im Leuchtstoff vorliegenden Seltenerdoxid bevorzugt werden.

Die F i g. 2A und 2B zeigen die re'ative Helligkeit von Leuchtstoffen der Zusammensetzung

Y₂(ΐ-^-ο,ΐ6)θ3 · SiO₂ : Ce₂* · Tboj₂

bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen von 253,7 nm bzw. 365 nm bei Änderung der Grammatome Ce je Grammatom Gesamtmenge Y, Ce und Tb. Die strichlierten Linien in Fig.2A und 2B zeigen die relative Helligkeit des vorstehend beschriebenen bekannten Leuchtstoffs (Ce · Tb)MgAIi 1Ο19 bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung. Bei den grün emittierenden Leuchstoffen der Entladungslampe liegt die geeignete Konzentration χ von Ce im Bereich zwischen IxIO-³ bis 3x10-' Grammatome und vorzugsweise zwischen 3 χ 10~³bis 1 χ 10"' Grammatome.

F i g. 3 zeigt die relative Helligkeit eines Leuchtstoffs mit der Zusammensetzung

Υ2(ΐ-ωι-/;θ3 · SiO₂ :Ce<Mj2 - Tb₂Y bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung bei Änderung der Grammatome Tb je Grammatom Gesamtmenge Y, Ce und Tb.

Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß eine geeignete Konzentration y von Tb zwischen 3 χ ί 0~² und 3x10-' Grammatome liegt Eine Konzentration zwischen 5 χ 10~² und 2^5 χ 10-' Grammatome wird bevorzugt

F i g. 4 zeigt ein Spektrum der von einem Leuchtstoff der Entladungslampe emittierten grünen Strahlung der Zusammensetzung

Y1.66O3 · SiO₂ : Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂

und zwar bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung. Auf der Abszisse in Fig.4 ist die Wellenlänge des Emissionsspektrums angegeben und auf der Ordinate die relative Helligkeit Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß das Emissionsspektrum Maxima bei zwei Wellenlängenbereichen zwischen 480 und 500 nm sowie zwischen 450 und 550 nm aufweist Grüne Strahlung mit dem höchsten Maximum im Wellenlängenbereich zwischen 540 und 550 nm führt zu einer guten Sichtbarkeit und macht den Leuchtstoff für grüne Strahlung emittierende Entladungslampen geeignet

F i g. 5 zeigt das Anregungsspektrum des Leuchtstoffs entsprechend Fig.4, wobei die Wellenlängen der anregenden Ultraviolettstrahlen auf der Abszisse und die relative Helligkeit der grünen Strahlung, die vom Leuchtstoff emittiert wird, auf der Ordinate angegeben sind. Zum Vergleich zeigt die strichlierte Linie in F i g. 5 das Anregungsspektrum eines bekannten Leuchtstoffs der Formel

Yi^₈O₃ SiO₂=Tb₀J₂

Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß das Anregungsspektrum des Leuchtstoffs drei Maxima bei Wellenlängen von etwa 250 nm, etwa 304 nm und etwa 360 nm aufweist, während das Anregungsspektrum des vorerwähnten bekannten Leuchtstoffes nur ein Maximum bei einer Wellenlänge von 250 nm hat Daraus ist ersichtlich, daß der Leuchtstoff nicht nur für Niederdruck-Quecksilber dampfentladungslampe!!, sondern auch für Hochdruck- Quecksilberdampfentladungslampen geeignet ist

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich darauf, daß das die Matrix des Leuchtstoffs bildende Seltenerdelement nur Yttrium ist. Das gleiche trifft jedoch zu, wenn das Seltenerdelement, das die Matrix bildet, eines der Elemente Yttrium, Lanthan, Gadolinium oder Lutetium oder Mischungen derselben sind. Alle diese Seltenerdelemente zeigen im wesentlichen die gleichen Eigenschaften bei ihrer Anwendung als Matrix für den

Leuchtstoff, wie dies aus F i g. 4 und 5 hervorgeht.

Die Leuchtstoffe der Entladungslampe erlauben bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung innerhalb eines breiten Wellenlängenbereichs die wirksame Emission von grüner Strahlung. Aus diesem Grund sind die Leuchtstoffe in weitem Umfang für verschiedene Arten von Entladungslampen geeignet die einen grün emittierenden Stoff erfordern. Diese Entladungslampen umfassen N iederdruck-Quecksilberdampf entladungslampen, die mit Stoffen versehen sind, die Strahlungen Jer drei Primärfarben emittieren, Entladungslampen, die nur mit einem grün emittierenden Stoff ausgestattet sind, und die in Verbindung mit elektronischen Kopiervorrichtungen verwendet werden, und Hoch-

• druck-Quecksilberdampfentladungslampen.

Eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe umfaßt, wie dies in Fig.6 gezeigt ist, einen Glaskolben 13, der an beiden Enden mit Endteilen 12 versehen ist, die nach außen weisende Stifte 11 aufweisen, der mit Quecksilberdampf oder Edelgas gefüllt ist und an dessen Innenwand eine Leuchtstoffschicht 14 vorgesehen ist. Die Leuchtstoffschicht 14 wird aus einer Mischung von drei Leuchtstoffen, die rote, grüne bzw. blaue Strahlung emittieren, gebildet. Bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung, die durch elektrische Entladung im Quecksilberdampf gebildet wird, emittieren diese Leuchtstoffe sichtbare Strahlung.

Für viele Anwendungszwecke sollen diese Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen hohe Lichtausbeute und gute Farbwiedergabe aufweisen.

Die Lichtausbeute einer Lichtquelle wird im allgemeinen durch die Umwandlung von eingebrachter elektrischer Energie in Strahlung und die Sichtbarkeit der von der Lichtquelle emittierten Strahlung bestimmt. Eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe hat höhere Lichtausbeute, wenn Ultraviolettstrahlung in größerem Umfang in sichtbare Strahlung umgewandelt wird und die sichtbare Strahlung Wellenlängen aufweist, die näher bei einem Bereich höherer Sichtbarkeit liegen. Beispielsweise weist eine gebräuchliche Muminationsentladungslampe, die mit einer Leuchtstoffschicht, die einen grün emittierenden Leuchtstoff umfaßt und aus Calciumhalophosphat hergestellt ist, eine Lichtausbeute von 80 Im/W und eine Farbtemperatur von 4200° K auf.

Andererseits kann die Farbwiedergabe durch eine Kombination von Emissionen dreier verschiedener Wellenlängen verbessert werden. Ein erster Leuchtstoff, der blaue Strahlung bei einer Wellenlänge zwischen 430 und 490 nm emittiert, ein zweiter Leuchtstoff, der grüne Strahlung bei einer Wellenlänge zwischen 520 und 590 nm emittiert und ein dritter Leuchtstoff, der rote Strahlung bei einer Wellenlänge zwischen 590 und 640 nm emittiert, führen bei einer Kombination mit geeigneten Prozentsätzen zu einer Lichtquelle, deren allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra über 80 liegt, und zwar bei einer Farbtemperatur zwischen 2300 und 7000° K. Wenn drei unterschiedliche Leuchtstoffe, die eine hohe Umwandlung von Ultraviolettstrahlung in sichtbare Strahlung zeigen und ein Emissionsspektrum mit schmaler Halbwertsbreite aufweisen, wird eine Leuchtstofflampe mit besserer Farbwiedergabe und Lichtausbeute erhalten. Ein Leuchtstoff, der Strahlung bei Wellenlängen zwischen 430 und 490 nm oder Weilenlängen zwischen 590 und 640 nm emittiert, dessen Emissionsspektrum jedoch eine breite Halbwertsbreite aufweist neigt dazu, eine große Menge an Strahlung abzugeben, deren Wellenlänge außerhalb des Bereichs zwischen etwa 400 und 700 nm fällt. Strahlungen mit anderen Wellenlängen als jenen im gut sichtbaren Bereich liefern keinen Beitrag zur Verbesserung der Lichtausbeute und Farbwiedergabe und werden deshalb als nutzlos angesehen. Andererseits fällt eine Strahlung bei Wellenlängen zwischen 520 und 590 nm, die von einem Leuchtstoff emittiert wird, nicht außerhalb des gut sichtbaren Bereichs, selbst wenn das Emissionsspektrum dieses Leuchtstoffs eine verhältnismäßig breite Halbwertsbreite aufweist. Da die Wellenlänge der höchsten Sichtbarkeit in der Nähe von 550 nm liegt, führt jedoch eine breite Halbwertsbreite zu Wellenlängen, die weiter vom optimalen Wellenlängenbereich entfernt sind. Bei Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen hat deshalb die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums der vom Leuchtstoff emittierten Strahlung größte Wichtigkeit.
Die Halb wertsbreite soll weniger als 100 nm bezüglieh des Wellenlängenbereichs und vorzugsweise weniger als 50 nm betragen. Ein Leuchtstoff mit optimalen Eigenschaften sollte eine Halbwertsbreite von weniger als 25 nm aufweisen. Unter Hinblick auf die vorstehenden Betrachtungen erweist sich der Leuchtstoff für Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen als geeignet, da der zweite Leuchtstoff der Leuchtstoffschicht eine Strahlung emittiert, deren Wellenlängenbereich zwischen 520 und 590 nm liegt.
Der erste und der dritte Leuchtstoff der Leuchststoff-

;k> schicht für Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen kann aus Leuchtstoffen üblicher Art bestehen. Der erste Leuchtstoff sollte vorzugsweise aus einem mit zweiwertigem Europium aktiviertem Leuchtstoff der nachstehenden allgemeinen Formel bestehen:

(a) Sr₅(PO₄)SChEu

(b) Ba₁Mg₁₂-^¹IeO₂₇ : Eu(0.5<*< 1.5)

(c) SrIMg₁₂-^l₁₆O₂₇: Eu(0.5<x< 1.5)

Der dritte Leuchtstoff kann aus irgendeinem mit dreiwertigem Europium aktivierten Leuchtstoff entsprechend der nachstehenden allgemeinen Formel bestehen.

Ln₂O₃: Eu (Ln bedeutet Y, Gd und/oder Lu)

Der erste, zweite und dritte Leuchtstoff werden vorzugsweise in Anteilen von 5 bis 30 Gew.-%, 10 bis 60 AO Gew.-% und 20 bis 80 Gew.-% gemischt.

Nachstehend wird ein konkretes Beispiel einer Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe beschrieben, deren zweiter Leuchtstoff der Leuchtstoffschicht grüne Strahlung emittiert.

+5 Es wurden drei verschieden zusammengesetzte Leuchststoffe a, b, c hergestellt, wobei gemischt wurden:

BaMg₂AIj₆O₂₇: Eu

als erster blau emittierender Leuchtstoff mit einem Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 430 und 490 nm,

Yj&cOj · SiO; :CeoG2 ■ Tbe.32

als zweiter grün emittierender Leuchtstoff mit einem Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich zwischen 520 und 590 nm und Y₂O₃ : Eu als dritter Leuchtstoff, der rote Strahlung bei einem Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 590 und 640 nm emittiert Diese Bestandteile wurden in den in to der Tabelle I angegebenen Anteilen gemischt wodurch die entsprechend zusammengesetzten Leuchtstoffe erhalten wurden.

Tabelle 1

Zusammengesetzter
Leuchtstoff

erster Leuchtstoff
BaMg₂AIi₆O₂₇: Eu

9%
19%
25%

zweiter Leuchtstoff

Y1.66O3 ' SiO₂ : Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂

28% 33% 30% dritter
Leuchtstoff

Y₂O₃ : Eu

63%
48%
45%

Unter Verwendung der vorgenannten drei unterschiedlichen Leuchtstoffzusammensetzungen wurden drei Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen A, B und C hergestellt. Die Eigenschaften dieser drei Entladungslampen sind in der nachstehenden Tabeiie 2 zusammen mit einer als Vergleich verwendeten bekannten Entladungslampe aufgeführt.

Tabelle 2	Tk	Ra	lm/W
Entladungslampe	3,200 4,200 5,000 4,200	85 85 87 64	80.5 82.5 81.0 80.0
A B C Vergleich
Es bedeuten:

Tk = Farbtemperatur (⁰K)

Ra = allgemeiner Farbwiedergabeindex

lm/W = anfängliche Lichtausbeute

15

20

25

30

35

Die als Vergleich verwendete Lampe bestand aus einer üblichen Weißschicht-Entladungslampe mit einer Farbtemperatur von 4200° K., wobei der zweite Leuchtstoff aus Calciumhalophosphat bestand. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Entladungslampen A, B und C etwa gleiche Lichtausbeute wie und bessere Farbwiedergabe als die Vergleichslampe zeigen. Die Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe wurde auch als nur grün emittierende Lampe mit einer elektronischen Kopiervorrichtung verwendet Die nur grüne Strahlung emittierende Entladungslampe umfaßte, wie in Fi g. 10 zeigt, einen zylindrischen Glaskolben 31, auf dessen Innenfläche eine Reflexionsschicht 32 mit Ausnahme einer Öffnung, die sich längs des Glaskolbens 3i erstreckl, vorgesehen war. Der grüne Strahlung emittierende Leuchtstoff 33 war auf der reflektierenden Schicht 32 und der Öffnung aufgebracht. Der Leuchtstoff 33 emittiert bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung, die durch elektrische Entladung zwischen den Elektroden 34 im Quecksilberdampf in der Lampe gebildet wird, grüne Strahlung. Die grüne Strahlung wird durch die Reflexionsschicht 32 gesammelt und durch die Öffnung nach außen gesandt

Der grün emittierende Leuchtstoff mit einem Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 520 und 590 nm wird üblicherweise aus einem manganaktivierten Zinksilikat Zn2SiÖ4: Mn oder in letzter Zeit aus einem terbiumaktivierten Cermagnesiumaluminat (Ce · Tb)MgAIi 1O19 hergestellt. Es bestand jedoch ein Bedarf an der Entwicklung eines grün emittierenden Leuchtstoffes, der Licht hoher Intensität erzeugt. Es wurde nun gefunden, daß die Seltenerdsilikalleuchtstoffe, die mit Cer und Terbium aktiviert sind, zur Verwendung als grüne Strahlung emittierende Lampen für elektronische Kopiervorrichtungen bestens geeignet sind.

Es wurde ein Vergleich der Eigenschaften einer nur grüne Strahlung emittierenden Entladungslampe, die mit einem Leuchtstoff mit der Zusammensetzung

Yl₆₆O₃ ■ SiO₂: Ceo.02

und einer ähnlichen Lampe, die mit einem bekannten Leuchtstoff versehen war, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

verwendeter Leuchtstoff

Eigenschaften

Oh 100h

Lichtstärke Lichtstärke

(cd)

20Oh
Lichtabnahme Lichtstärke

Lichtabnahme

^γι.6ό°3^- SiO₂ : Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂

Zn₂SiO₄: Mn

(Ce · Tb)MgAl_nO₁₉

368
330
335

Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß de; gemäß der Erfindung eingesetzte Leuchtstof¹ ^h füglich der Lichtstärke (cd) und 23% bezüglich der Lichtabnahme nach 200 Std. über dem Leuchtstoff Zr₂SiO₄ : Mn des Standes der Technik liegt Er liegt ferner etwa 9% bezüglich der Lichtstärke und 3% bezüglich der Lichtabnahme höher

85
70
83

295
188
258

80

57
77

als der bekannte Leuchtstoff (Ce · Tb)MgAInOi₉.

Versuche mit den drei vorgenannten Entladungslampen wurden unter Verwendung einer elektronischen Kopiervorrichtung durchgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt

Tabelle 4

verwendeter Leuchtstoff

relative Helligkeit über der
Trommel

Kopierversuch

Tb₁

Ό.32

Yl₆₆O₃ · SiO₂: Ce_o._O2

Zn₂SiO₁; : Mn

(Ce · Tb)MgAl₁₁O₁₉

Der Kopierversuch wurde visuell ausgewertet und basiert auf einer Kopie, die von einem Blaudruck-Manuskript erhalten wurde. Der gemäß der Erfindung eingesetzte Leuchtstoff, dessen Hauptwellenlänge bei etwa 545 nm liegt, und der mehr zu langen Wellenlängen als die bekannten grün emittierenden Leuchtstoffe pien.

Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen werden in weitem Umfang zur allgemeinen Beleuchtung eingesetzt. Bei solchen Entladungslampen für die Beleuchtung von Innenräumen wurde in den letzten Jahren der Wunsch nach einer guten Farbwiedergabe laut.

Unter Bezugnahme auf F i g. 7 wird nachstehend der Aufbau einer üblichen Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe beschrieben.

Ein Hochdruck-Quecksilberentladungsgefäß 21 ist von einem Außenkolben 22 umgeben. Lampengefäß 21 und Kolben 22 sind beide auf dem Trägerteil 23 befestigt. Das Innere 24 des Kolbens 22 ist evakuiert und mit Stickstoff oder Argon gefüllt. Eine Leuchtstoffschicht 25 ist auf der inneren Oberfläche des Kolbens 22 vorgesehen und emittiert Licht, wenn sie durch ultraviolette Strahlung angeregt wird, die von dem Entladungsgefäß 21 abgegeben wird. Diese Leuchtstoffschicht 25 weist eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 96 bis 98% auf. aus diesem Grund tritt ein Teil der Strahlung, die nicht von dem Kolben 22 absorbiert wird, einfach durch diese hindurch ohne zur Anregung der Leuchstoffschicht 25 einen Beitrag zu leisten. Das Licht der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe besteht in der Tat aus einer Kombination von Strahlungen, die von dem durch Ultraviolettstrahlung angeregten Leuchtstoff emittiert wird und nutzlos durchtretender Strahlung.

Ein Leuchtstoff für Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen sollte folgende drei Erfordernisse erfüllen:

(1) der Leuchtstoff sollte Strahlung mit hoher Lichtausbeute emittieren, wenn er durch Ultraviolettstrahlung von der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungsgefäß angeregt wird, deren Wellenlängen hauptsächlich liegen bei 365 nm, 253,7 nm und 185,4 nm,

(2) der Leuchtstoff sollte keinen Abfall der Helligkeit bei einer Umgebungstemperatur zwischen 200 und 300° C zeigen, d. h. er sollte bei Umgebungstemperatur keiner Verschlechterung unterliegen, und

(3) das vom Leuchtstoff abgegebene Strahlungsspektrum sollte Hauptwellenlängenbereiche im sichtbaren Bereich haben.

Bekannte Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen sind für eine gute Farbwiedergabe mit einer

130
100
128

sehr gut
gut
sehr gut

Leuchtstoffschicht versehen, die aus einer Kombination eines grün emittierenden Leuchtstoffes und eines rot emittierenden Leuchtstoffes, beispielsweise Y(P, V)O₄: Eu oder Y^VO: Eu bestehen. Die üblichen Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen zeigen jedoch einen unzureichenden allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra von etwa 34 und eine niedrige Lichtausbeute von 60 lm/W bei 400 W.

Es hat sich gezeigt, daß der gemäß der Erfindung eingesetzte Leuchtstoff die vorstehenden drei Erfordernisse erfüllt und als grün emittierender Leuchtstoff zur Verwendung in Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen bestens geeignet ist.

Der Seltenerdsilikatleuchtstoff, der mit Cer und Terbium koaktiviert ist, zeichnet sich besonders hinsichtlich des ersten Erfordernisses aus, nämlich er zeigt eine bedeutend höhere Lichtausbeute als bekannte grün emittierende Leuchtstoffe. Es wurde ein Vergleich der Eigenschaften des Leuchtstoffs der erfindungsgemäßen Entladungslampe mit dem grün emittierenden Leuchtstoff bekannter Lampen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 zusammengefaßt.

Tabelle 5

40	Grün emittierende Leuchtstoffe	Helligkeit bei
		Anregung mit einer
		Hochdruck-Queck-
		silber-Entladungs-
		lampe
45	^γι.66θ₃ ■ SiO₂: Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂	250%
	(gemäß der Erfindung)
	(Ce · To)MgAl_nO₁₉	100%
	(Vergleich)
50	Y₃Al₅ O₁₂: Tb	80%
	(Vergleich)
	Y₁₆₈O₃ ■ SiO₂: Tb₀₃₂	55%
	(gemäß der Erfindung)
55

Der Grund, warum der emittierende Leuchtstoff der Entladungslampe gemäß der Erfindung höhere Lichtausbeute aufweist, wie dies aus der Tabelle 5 ersichtlich ist, beruht darauf, daß die Seltenerdsilikatmatrix des Leuchtstoffes mit Ce und Tb koaktiviert ist, der Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das sich beträchtlich von jenen der bekannten grün emittierenden Leuchtstoffe unterschiedet, nämlich das Anregungsspektrum fällt in Bezug auf die Maxima mit dem Spektrum der angeregten Ultraviolettstrahlung zusammen, die von einer Hochdruck-Quecksilberdampfentla-

dungslampe abgegeben wird. Das Anregungsspektrum des Leuchtstoffs hat Maxima, angedeutet durch die durchgezogene Linie A in F i g. 5, bei Wellenlängen von etwa 360 nm, etwa 305 nm und etwa 250 nm und stimmt in bezug auf die Maxima mit dem Spektrum der Anregungsultraviolettstrahlung, die von der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungälampe abgegeben wird, zusammen. Im Gegensatz dazu zeigt das Anregungsspektrum des bekannten grün emittierenden Leuchtstoffes Y1.68O3 · S1O2: Tboj2, der in Tabelle 3 angegeben ist, ein Maximum wie er durch die strichlierte Linie B in Fig.5 wiedergegeben ist, d.h. nur eine Wellenlänge bei etwa 250 nm, was zu einem beträchtlichen Abfall der Lichtausbeute führt

Das Emissionsspektrum des grün emittierenden Leuchtstoffs hat ein Hauptmaximum, wie dies aus F i g. 4 ersichtlich ist, bei einer Wellenlänge von etwa 543 nm, was auf ein Spektrum mit hoher Sichtbarkeit hinweist. Diese vorteilhafte Eigenschaft führt zur Erhöhung der Heiligkeit und in Konsequenz davon zu erhöhter Lichtausbeute der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe. Die Konzentration an Ce des grün emittierenden Leuchtstoffs und die relative Helligkeit der grünen Strahlung, die vom Leuchtstoff bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung von einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe abgegeben wird, stehen in der in Fig.2B wiedergegebenen Beziehung. Die Konzentration an Tb des grün emittierenden Leuchtstoffs und relative Helligkeit der grünen vom Leuchtstoff emittierten Strahlung, die bei Anregung mit Ultraviolettstrahlung abgegeben wird, stehen in der in Fig.3 wiedergegebenen Beziehung. Eine Beziehung zwischen der Konzentration an S1O2 und der relativen Helligkeit des Leuchtstoffs im Falle der Anregung mit Ultraviolettstrahlung, die von einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe abgegeben wird, ist im wesentlichen derart, wie sie in F i g. 1 illustriert ist.

Das vorgenannte zweite Erfordernis, nämlich die Temperaturcharakteristik des grün emittierenden Leuchtstoffs ist ein sehr wesentlicher Faktor, da der Außenkolben der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe manchmal auf hohe Temperaturen zwischen etwa 200⁰C und etwa 300⁰C erhitzt wird. Bei Verwendung des grün emittierenden Leuchtstoffs bei Umgebungstemperaturen von 200 bis 300⁰C wird die relative Helligkeit des Leuchtstoffs bei höheren Werten als 80 bis 90% bezogen auf jene bei Raumtemperatur gehalten. Der Leuchtstoff widersteht folglich vollständig den erhöhten Temperaturen des Kolbens der Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe. In Fig.8 ist die Beziehung zwischen der vorgenannten Temperatur und der relativen Heiligkeit des Leuchtstoffs wiedergegeben. Diese Beziehung ändert sich etwas mit der Konzentration an Aktivator, der Zusammensetzung der Matrix (Verhältnis von Ln₂O₃ zu SiO₂) und der Art des die Matrix bildenden Elements (Y. La, Gd oder Lu). Die Leuchtstoffe zeigen jedoch unabhängig von der Zusammensetzung keinen wesentlichen Abfall der Helligkeit bei Umgebungstemperaturen von 200 bis 300⁰C und eignen sich deshalb besonders für Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen.

Bezüglich des dritten Erfordernisses der Sichtbarkeit zeigt das Emissionsspektrum des grün emittierenden Leuchtstoffs der Ce- und Tb-koaktiviert ist, ein Maximum bei einer Wellenlänge von etwa 543 nm. Diese Wellenlänge fällt im wesentlichen mit jener

s überein, die die höchste Sichtbarkeit gibt. Aus diesem Grund ergibt eine Kombination eines üblichen rot emittierenden Leuchtstoffs mit einem Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 580 und 650 nm oder ferner mit einem üblichen blau emittierenden Leuchtstoff mit einem Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 410 und 480 nm mit dem grün emittierenden Leuchtstoff eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit so guter Farbwiedergabe und hoher Lichtausbeute, wie sie bisher nie realisiert wurde. Fig.9 zeigt das emittierte Strahlungsspektrum einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, deren Leuchtstoffschient aus einer Kombination des grün emittierenden Leuchtstoffs, einem üblichen rot emittierenden Leuchtstoff und einem üblichen blau emittierenden Leuchtstoff gebildet ist Übliche rot emittierende Leuchtstoffe umfassen europiumaktivierte Yttriumvanadate YVO4: Eu, europiumaktivierte Yttriumphosphorvanadate (Y(P, V)O4: Eu, europiumaktivierte Yttriumphosphorsiliciumvanadate (Y(P, Si, V)O4: Eu und europiumaktiviertes Yttriumoxid Y2O3: Eu. Alle diese bekannten Leuchtstoffe emittieren rote Strahlung bei einer Wellenlänge von etwa 620 nm. Übliche blau emittierende Leuchtstoffe sind europiumaktivierte Strontiumchlorapatite Sr^POi^Cl: Eu und europiumaktivierte Bariummagnesiumaluminate BaMg₂AlIeO₂?: Eu. Alle diese üblichen Leuchtstoffe emittieren blaue Strahlung bei einer Wellenlänge von etwa 450 nm.

Es wird vorgezogen, daß der grün emittierende Leuchtstoff, der rot emittierende Leuchtstoff und gewünschtenfalls der blau emittierende Leuchtstoff in Anteilen von 10 bis 60 Gew.-%, 30 bis 90 Gew.-% und 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-°/o, gemischt werden.

Nachstehend werden konkrete Beispiele von Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen beschrieben.

Beispiel 5

Eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe wurde in üblicher Weise unter Verwendung einer Leuchtstoffschicht hergestellt, die aus 50 Gew.-% grün emittierendem Leuchtstoff Y1.66O3 · SiO₂: Ceao₂ · Tbo3₂ und 50 Gew.-% eines rot emittierenden Leuchtstoffs Y(P, V)O4 : Eu bestand. Diese Entladungslampe zeigte eine Lichtausbeute von 71 lm/W und einen allgemeinen FärbwicdcrgäbciiidcX Ra von 55. Dies bedeutet eine Erhöhung der Lichtausbeute um 7 lm/W und eine Verbesserung der Farbwiedergabe im Vergleich zu bekannten Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen. Bei Ersatz des grün emittierenden Leuchtstoffs Y1.66O3 · SiO₂: Ceo.02 ■ Tboj2 durch andere Seltenerdsilikatleuchtstoffe waren die Eigenschaften der erhaltenen Dampfentladungslampen ähnlich gut Dies ist aus der nachstehenden Tabelle 6 ersichtlich, in der auch die Werte bezüglich einer bekannten Entladungslampe angegeben sind.

Tabelle 6

grün emittierende Leuchtstoffe	Lichtausbeute	allgemeiner Farb-
		wiedeiftabeindex
	(lm/W)	Ra
Y₂SiO₅: Ce_0-02 · Tb₀₃₂	71	55
Gd₂SiO₅ : Ce_0-02 · Tb₀₃₂	65	55
La₂SiO₅: Ce_0-02 · Tb₀₃₂	66	54
Lu₂SiO₅: Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂	70	55
Yi_-66O₃ · 2 SiO₂ : Ce_0-02 ■ Tb₀₃₂	68	53
Gd₁₆₆O₃ · 2 SiO₂ : Ce_0-02 - Tb₀₃₂	65	54
La_1-66O₃ · 2 SiO₂: Ce_0-02 · Tb₀₃₂	66	50
(Ce · Tb)MgAl₁₁O₁₉ (Vergleich)	64	49

Die ersten vier Leuchtstoffe der Tabelle 6 sind Monosilicide. Der Index 2 bei dem erstgenannten Seltenerdelement Y, Gd, La oder Lu bedeutet, daß die Gesamtzahl der Mole aller Seltenerdelemente des Monosilicid-Leuchtstoffs 2 Mol betrug. Dies sei am Beispiel des ersten Leuchtstoffs erläutert. Bei der Formel

bedeutet der Index 2 am Y 1,66. (Das gleiche gilt für die nachstehende Tabelle 7). Bezüglich der Lichtausbeute und der Farbwiedergabe ist es vorteilhaft, den grün emittierenden Leuchtstoff und den rot emittierenden Leuchtstoff in Anteilen von 10-60 Gew.-% grün emittierenden Leuchtstoff und 90—40 Gew.-% rot emittierenden Leuchtstoff zu mischen. Bei einem Anteil an grün emittierenden Leuchtstoff von weniger als 10 Gew.-% fällt die Lichtausbeute ab. Bei einem höheren Anteil des Leuchtstoffs als 60 Gew.-% fällt die Farbwiedergabe ab, obwohl die Lichtausbeute ansteigen kann. Der Einsatz beispielsweise eines rot emittierenden Leuchtstoffs YVO4: Eu anstelle des ähnlichen Leuchtstoffs Y(P, V)O₄: Eu des Beispiels 1 liefert gleichfalls hohe Lichtausbeute und gute Farbwiedergabe.

Beispiel 6 Es wurde eine Hochdruck-Quecksilberdampfentla dungslampe in üblicher Weise mit einer Leuchtstoffschicht hergestellt, die aiss folgender Mischung bestand:

45 Gew.-% grün emittierender Leuchtstoff

Y₂SiO₅ : Ceoi» · Tb₀J₂, 45 Gew.-% rot emittierender Leuchtstoff

Y(P₁V)O₄IEu,

10 Gew.-% blau emittierender Leuchtstoff Sr₅(PO₄)SCIiEu

Im Vergleich zu bekannten Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen zeigt diese Hochdruck-Quecksilberdampfentiadungslampe eine Lichtausbeute von 28 lm/W, das heißt einen Anstieg von 6 lm/W, und einen bedeutend höheren allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra von 58.

Die Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe zeigt das in F i g. 9 wiedergegebene Emissionsspektrum.

Der Ersatz des grün emittierenden Leuchtstoffs Y₂SiO₅ : Ceo.o₂ · Tb₀Jj durch andere Seltenerdsilikatleuchtstoffe führt zu Entladungslampen mit hoher Lichtausbeute und guter Farbwiedergabe, wie dies durch Beispiel 2 belegt wird. Die Eigenschaften von Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen sind in der nachstehenden Tabelle 7 angegeben, wobei zum Vergleich eine Lampe mit einem bekannten Leuchtstoff aufgeführt ist

Tabelle 7

grün emittierender Leuchtstoff	Lichtausbeute	allgemeiner Farb
		wiedergabeindex
	(lm/W)	Ra
Y₂SiO₅: Ce_0-02 · Tb₀₃₂	68	58
Gd₂SiO₅: Ce_0-02 · Tb₀₃I	64	58
La₂SiO₂: Ce_0-02 · Tb_{0 32}	66	56
Yi.66^3' 2 SiO₂: Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂	68	57
Gd₁₆₆O₃ -2 SiO₂: Ce₀₀₂ · Tb₀₃₂	65	55
LaJ₆₆O₃ · 2 SiO₂: Ce_0-02 · Tb₀₃₂	65	56
(Ce · Tb)MgAl₁₁O₁₉ (Vergleich)	62	53

Im Hinblick auf Lichtausbeute und Farbwiedergabe sollte vorzugsweise ein blau emittierender Leuchtstoff, beispielsweise Sr^PO^aCl: Eu in einer Menge von 5—40 Gew.-%, eingebracht werden. Ein höherer Anteil als 5 Gew.-% dieses Leuchtstoffs führt dazu, daß sich die Lichtfarbe der HochcOick-Quecksilberdampfentladungslampe ändert Der Einsatz von gröBeren Mengen dieses Leuchtstoffs als 40 Gew.-% führt jedoch zu einem Abfall der Lichtausbeute der Entladungslampe. Anstelle des genannten blau emittierenden Leuchtstoffs können auch mit gleicher vorteilhafter Wirkung andere ähnliche Leuchtstoffe, wie BaMg₂AIi₆O₂?: Eu, eingesetzt werden.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

I; sie

Claims

Patentansprüche:

1. Entladungslampe mit einer Leuchtstoff schicht, die wenigstens einen grüne Strahlung emittierenden Leuchtstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Strahlung emittierende Leuchtstoff eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel aufweist: