DE3322390A1

DE3322390A1 - Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3322390A1
Application number: DE19833322390
Authority: DE
Inventors: Antonius Maria Josephus Hubertus Seuter; Petrus Franciscus Jozef 5621 Eindhoven Van den Boom
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1984-03-08
Anticipated expiration: 2003-06-23
Also published as: US4544997A; FR2530076A1; GB2124019A; GB8318272D0; DE3322390C2; GB2124019B; JPH0444385B2; BE897233A; FR2530076B1; JPS5920961A; NL8202778A

Description

PHN 10.403 # 27-5-1983

"Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe".

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem Eiitladungskolben aus Glas, in dem sich Quecksilber und ein Edelgas befindet, wobei wenigstens ein Teil der Innenwand des Entlädungskolbens mit einer dünne, wenigstens nahezu homogenen, geschlossenen durchsichtigen Schicht, die der Einwirkung der Entladung standhält versehen ist.

Bekanntlich werden in Niederdurckquecksilberdampfentladungslampen Massnahmen getroffen, um die Grauverfärbung von Teilen der Innenwand des Entladungskolbens, die

mit der Entladung in Kontakt stehen, zu unterbinden. Eine derartige Grauverfärbung, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Quecksilber und dem Glas entsteht, ist unerwünscht und verursacht nicht nur eine Reduzierung der Lichtausbeute, sondern gibt der Lampe ausserdem ein unästhetisches Äusseres, insbesondere wenn die Grauverfärbung unregelmässig auftritt, beispielsweise in Form von dunklen Flecken und Punkten.

In der US-PS 3 377 494 ist das Anbringen einer dünnen, nahezu homogenen, geschlossenen, durchsichtigen Schicht beispielsweise aus Titandioxid oder Zirkondioxid auf der Innenwand des Entladungskolbens beschrieben, welche die Grauverfärbung der Glasinnenwand verhindern soll.

Im Gegensatz zu einer Körnigen Schutzschicht aus einem hitzefesten Metalloxid (wie Aluminiumoxid oder Siliziumoxid), die aus einer Vielzahl von Partikeln zusammengesetzt ist und ziemlich dick sein soll, damit eine Wechselwirkung zwischen dem Quecksilber und der Glaswand vermieden wird, wird bei der Lampe nach der erwähnten US-Patentschrift durch die dünne, homogene, geschlossene, durchsio'itige Schicht der direkte Kontakt .zwischen der Glaswand uivd der Quecksilberentladung vermieden. Durch die durchsichtige Schicht kann eine verhältnismässig

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dünne Leuchtstoffschicht ausreichen, wodurch im Vergleich zu Lampen ohne eine durchsichtige Schutzschicht eine erhebliche Ersparung der erforderlichen Menge an Leuchtstoff erreicht wird.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere in einer durchsichtigen Schicht mit Titandioxid Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge bis zu etwa 350 nm stark absorbiert wird; weiter zeigt es sich, dass Resonanzstrahlung von Quecksilber mit einer Wellenlänge von 2.^h nm

TO sogar nahezu vollständig absorbiert wurde. Dies ist insbesondere nachteilig bei Verwendung der Schicht in Lampen, die nahezu aussschliesslich Strahlung mit den genannten Wellenlängen aussenden. Beispiele derartiger Lampen sind keimtötende Lampen und Lampen, die Ultraviolettstrahlung mit verhältnismassig langer Wellenlänge aussenden, wie Lampen für Bräunungsgeräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, bei der Grauverfärbung der Glaswand des Entladungskolbens auf ein Mindestmass beschränkt wird, wobei die Licht- bzw. Strahlungsausbeute der Lampe während ihrer Lebensdauer auf einem möglichst hohen Pegel erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruckquecksilberdampf entladungslampe eingangs erwähnter Art erfin- dungsgemäss dadurch gelöst, dass die durchsichtige Schicht wenigstens ein Oxid aus Yttrium. Scandium, Lanthan, Gadolinium, Ytterbium und/oder Lutetium enthält.

Die genannten Oxide lassen sich auf einfache Weise als ganz dünne, geschlossene, ununterbrochene und homogene durchsichtige Schicht auf der Glaswand eines Entladungskolbens anbringen. Dies erfolgt beispielsweise durch Spülen des Entladungskolbens mit einer Lösung aus einer geeigneten metallorganischen Verbindung (wie einem Azetylazefconat) in einer organischen Lösung, wobei nach dom Trocknen und Sintern (Ho ,",owiinscli Lo Sclilch'. cuLstoliL. Auch kann die Schicht in einem Verfahren angebracht werden, bei dem eine Metallverbindung mit Hilfe eines Trägergases (wie Luft) unter Erwärmung in einen Entladungskolben

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u i ii/",ei"tllij· L wird und sich an dessen Wand ablagert. Eh wurde gefunden, dass Schichten der genannten Oxide die Einwirkung der Quecksilberedelgasatmosphäre sehr gut aushalten, die im Entladungskolben einer Niederdruckquecksilberdampf entladungslampe herrscht. Auch, erfüllen sie gut die Anforderungen der Licht- bzw. der Strahlungsdurchlässigkeit .

Die erfindungsgemässen Oxide bilden eine Auswahl insbesondere aus einer Anzahl von Oxiden Seltener Erdmetalle. Schichte mit Oxiden der erfindungsgemässen Metalle eignen sich besonders für Verwendung in Niederdruckquecksilberdampf entladungslampen, weil sie farblos sind und kaum Absorption der Nutzstrahlung (wie der UV-Strahlung und des sichtbaren Lichts) aufweisen.

Es sei bemerkt, dass in der DE-PS 1 Y6k 126 eine Niederdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem Entladungskolben beschrieben ist, dessen Innenwand mit einer natriumlichtdurchlässigen, natriumdampfaushaltenden homogenen Schicht versehen ist, die aus einem der Oxide von Yttrium und/oder der Seltenerdmetalle bestehen kann. Eine derartige Lampe sendet jedoch nur Licht mit einer spezifischen Wellenlänge im sichtbaren Bereich aus. Besondere Probleme als Folge der Einwirkung kurzwelliger Ultraviolettstrahlung auf die Schicht, treten in dieser Lampe nicht auf.

Es hat sich gezeigt, dass in einer erfindungsgemässen durchsichtigen Schicht kaum Absorption der im Entladungskolben erzeugten Resonanzstrahlung von Quecksilber mit einer Wellenlänge von 2$k nm auftritt. In Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen für Bestrahlungszwecke, bei denen vorwiegend Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm ausgesandt wird (keimtötende Lampen) und bei denen die Innenwand des Entladungskolbens nur mit der erfindungsgemässen durchsichtigen Schicht versehen ist, hat es sich gezeigt, dass sogar nach einer grossen Anzahl von Brennstunden der Lampe kaum Grauverfärbung oder sonstige Verfärbung der Glaswand auftritt. Die Strahlungsausbeute der genannten Lampe behielt dabei

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im Vergleich, zur bekannten Lampe einen hohen Pegel bei.

Die Erfindung lässt sich gleichfalls vorteilhaft in Lampen mit einem rohrförmigen Entladungskolben anwenden, dessen Innenwand mit einer Reflextionsschicht versehen ist, in der ein Längsschlitz angebracht ist. In derartigen Lampen ist wenigstens auf der Reflextionsschicht eine Leuchtstoffschicht vorgesehen. Diese Leuchtstoffschicht erstreckt sich in einer besonderen Ausführungsform über den ganzen Umfang der Innenwand des Entladungskolbens.

Bei diesen Lampen wurde überraschenderweise gefunden, dass bei der Verwendung einer durchsichtigen Schicht nach der Erfindung auf der Glaswand wenigstens an der Stelle des Längsschlitzes eine sehr hohe Licht- bzw. Strahlungsausbeute für eine lange Betreibszeit erhalten wird.

Auch in Lampen, deren ganze Innenwand mit Leuchtstoff bedeckt ist, lässt sich die Erfindung vorteilhaft anwenden. Die durchsichtige Schicht befindet sich dabei zwischen der Leuchtstoffschicht und der Glaswand. Die Glaswand ist dabei auf wirksame Weise vor der Einwirkung der Entladung geschützt. Dies hat sich insbesondere bei Lampen herausgestellt, die mit einem gebogenen Entladungskolben ausgerüstet sind (beispielsweise eine Lampe nach der DE-OS 3 111 836), wobei die Leuchtstoffschicht an der Stelle der gebogenen Teile des Entladungskolbens nicht ununterbrochen ist und bei der eine verhältnismässig hohe ¥andbelastung auftritt. Versuche haben bewiesen,·dass die Lichtausbeute im Betrieb der Lampe einen hohen Pegel beibehielt.

Die durchsichtige Schicht in einer erfindungsgemassen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe enthält vorzugsweise ein Oxid von Yttrium und/oder Gadolinium. Eine derartige Schicht hat einen verhältnismässig hohen Übertragungskoeffizienten für Ultraviolettstrahlung und sichtbares Licht. Weiter hat es sich gezeigt, dass eine Schicht mit den erwähnten Oxiden gering hygroskopisch ist und gut an der Innenwand eines Entladungskolbens haftet. Ausserdem ist die Schicht verhältnismässig einfach anbringbar (z.B. mit Yttriumazetylazetonat), was insbe-

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(ο

sondere in der Masseni'ertipang für Niederdruckquecksilberdampf entJ adungslarnpen kostenersparend ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, deren Entladungskolben von Leuchtstoff frei ist, und

Fig. 2 eine derartige Lampe, bei der die Innenwand des Entladungskolbens neben einer durchsichtigen Schicht ebenfalls mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist.

In Fig. 1 ist eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem rohrförmigen Entladungskolben 1 dargestellt, an dessen Enden Elektroden 2 bzw. 3 angeordnet sind. Im Betrieb der Lampe wird zwischen diesen Elektroden eine Entladung aufrechterhalten. Im Entladungskolben 1 befindet sich Quecksilber und ein Edelgas, wie Argon (Druck etwa 4θΟ Pa). An der Glasinnenwand des Entladungskolbens 1 ist eine dünne, nahezu homogene, geschlossene Transparentschicht 4 vorgesehen, welche der Einwirkung der Entladung standhält. Die dargestellte Lampe ist eine Lampe für Bestrahlungszwecke (eine keimtötende Lampe), die vorwiegend Strahlen mit einer Wellenlänge von 254 nm aussendet. Derartige Lampen werden häufig in Räumen zur Vertilgung unerwünschter Bazillen, Bakterien und dergleichen benutzt, wie in Krankenhäusern. Die Transparentschicht 4 hat in praktischen Ausführungsformen der Lampe eine Dicke von etwa 5 bis 200 nm. Bei einer Dicke über 200 nm erfolgt eine zu hohe Absorption der im Entladungskolben erzeugten Strahlung. Bei einer Schichtdicke unter etva 5 ^nm tritt dennoch eine Wechselwirkung zwischen der Entladung und der Glaswand auf.

Es wurden einige Versuche mit Lampen (15 Watt, Innendurchmesser des Entladungskolbens 25 mm, Länge des Entladungskolbens 50 cm, Argon 4θΟ Pa) durchgeführt, deren Entladungskolben mit einer Transparentschicht mit einem Oxid nach der Erfindung versehen ist. Die Transparentschicht wurde durch Spülen der Innenwand des Entladungs-

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kolbens mit einer Flüssigkeot erhalten, die eine metallorganische Verbindung (z.B. yttriumazetylazetonat) in einer organischen Lösung (z.B. Äthylenglykolmonoäthyläther) enthielt. Die Schicht entsteht nach einem Trockenvorgang und einem Sintervorgang (beispielsweise bis zu etwa 600 c). Die Ergebnisse dieser Versuche sind in nachstehender Tabelle I angegeben. Die Dicke der Oxidschicht betrug in allen Fällen 50 bis 150 nm. In der Tabelle I ist die Strahlungsausbeute (in UV-¥att) sowie (geklammert) die relative Strahlungsausbeute je Lampe bei 100 Brennstunden wiedergegeben. Auch gibt die Tabelle I die Ergebnisse der bekannten Lampen wieder, die frei von einer transparenten Schutzschicht ist.

TABELLE I

	h	h	ohne Transpa	17$)	Mit Y₂O^	6¥(1O7$)	5¥(	107$)	Mit Gd	5¥(1	5W(1	P°3	Mit Sc	10$)
	h	h	rent schicht	00$)		3¥(1OO$)	2¥(	100$)		2¥(1	2¥(1			00$)
	h	h	4,6¥(1	88$)	4,	1¥( 95$)	2¥(	98$)	r	0¥(	0¥(	07$)	4,5¥(1	95$)
impe	h	h	3,9W(1	74$)	4,	9¥( 90$)	9W(	93$)	4,	8¥(	8¥(	00$)	4,1¥(1	93$)
Brennzeit			3,4¥(		-P-				4,			95$)	3,9W(
O	impe		2,9¥(		3,	Mit Yb₂O^		3,		90$)	3,8¥(
100	Brennzeit
1000	0	Mit La₂	07$)		4,		Mit Lu	07$)
2000	100		00$)	4,			00$)
	1000	4,5¥(1	93$)	-P-			95$)
^\l.	2000	4,2¥(1	88$)	3,		h,	90$)
3,9W(				4,
3,7W(			3,

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die Strahlungsausbeute erfxndungsgemässer Lampen auch nach längerer Betriebszeit auf einem hohen Pegel bleibt. Ein Angreifen der Glaswand durch das Quecksilber und die dadurch entstehende Verringerung der Strahlungsausbeute tritt bei den erfindungsgemässen Lampen kaum auf.

Die Lampe nach Fig. 2 enthält gleichfalls einen

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rohrförmigen Entladungskolben 1, Elektroden 2 und 3 und die Transparentschicht 4. Diese Schicht ist an ihrer der Entladung zugewandten Seite mit einer Leuchtstoffschicht 5 bedeckt. Diese Leuchtstoffschicht 5 erstreckt sich über die ganze Oberfläche der Transparentschicht 4, Die Leuchtstoffschicht 5 bestand bei einigen Versuchen aus einer Mischung dreier Phosphore, d.h. aus grün leuchtendem, mit Terbium aktiviertem Cermagnesiumaluminat, aus blau lumineszierendem, mit zweiwertigem Europium aktiviertem Bariummagnesiumaluminat und aus rot lumineszierendem, mit dreiwertigem Europium aktiviertem Yttriumoxid. Bei einer erfindungsgemässen Transparentschicht 4 zwischen der Leuchtstoffschicht 5 und der Glaswand des Entladungskolbens 1 wurde überraschenderweise gefunden, dass bei einem geringen Pulvergewicht des Leuchtstoffes (im Vergleich zu Lampen ohne Transparentschicht) nur eine leichte Verringerung der Lichtausbeute auftritt. Unter Pulvergewicht sei hier das Gesamtgewicht des Leuchtstoffs im ganzen Entladungskolben verstanden. Im Vergleich zur bekannten Lampe ohne Transparentschicht hat es sich als möglich erwiesen, das Pulvergewicht des Leuchtstoffs bei Lampen nach der Erfindung um etwa 25°/o auf etwa 2 mg/cm zu beschränken, wobei kaum eine Verrringerung der Lichtausbeute auftrat. An einer Anzahl von Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen (Leistung 36 ¥, Länge 1,20 m, Innendurchmesser 25 mm, Argon 4θΟ Pa) mit einer Transparentschicht 4 aus Yttriumoxid sowie einer Leuchtstoffschicht aus einer Mischung der erwähnten Phosphore wurden Versuche durchgeführt. Von den Lampen wurde die Lichtausbeute in Lumen gemessen und mit der Lichtausbeute einer bekannten Lampe mit den gleichen Abmessungen, derselben Leistung und einer Leuchtstoffschicht aus den gleichen Phospl'ioren verglichen, welche Lampe jedoch keine Transparentschicht besass. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle II wiedergegeben. Die Versuche wurden an Lampen mit verschiedenem Pulvergewicht durchgeführt (u.zw. mit 2,8 g. bzw. 2,1 g. Leuchtstoff). Die Ergebnisse sind in der zweiten und dritten Spalte (2,8 g.) und in der vierten

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und fünften Spalte (2,1 g.) wiedergegeben.

TABELLE II

	\	\ Lampe	O h	ohne Trans	mit Y₂O₃	ohne Trans	mit Y₂O₃
5	\	100 Ii	parent	Transpa	parent	Transpa
	\	1000 h	schicht	rent	schicht	rent
	\	2000 h	2,8 g.	schicht	2,1 g.	schicht
	Brennzeit	Leuchtstoff	2,8 g.	Leuchtstoff	2,1 g.
	\		Leucht		Leuchtstoff
10		stoff
	3460 Lm	3460 Lm	3405 Lm	3435 Lm
	3410 Lm	3440 Lm	337O Lm	3410 Lm
	338O Lm	3410 Lm	3290 Lm	338O Lm
15	3310 Lm	338O Lm	3245 Lm	337O Lm

30 35

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die Lichtausbeute einer erfindungsgemässen Lampe auch nach einer Vielzahl von Brennstunden hoch ist. Weiter ist aus der Tabelle ersichtlich, dass sogar bei geringem Pulver-

gewicht (2,2 mg/cm ) die Lichtausbeute der Lampe mit der Transparentschicht Y_p0„ für eine lange Betriebszeit relativ hoch ist.

Weiter sind mit einigen Lampen (15 W, Innendurchmesser des Entladungskolbens 25 mm, Länge 50 cm, Argondurck 400 Pa) Versuche durchgeführt, bei denen lediglich eine durchsichtige Schicht mit Yttriumoxid auf der Innenwand des Entladungskolbens vorgesehen war. Für eine Anzahl der Schichtdicken ist die gemessene Strahlungsausbeute (UV-Watt, 2000 Brennstunden) in Tabelle III angegeben.

TABELLE III

Schichtdicke (mm)	Strahlungsausbeute (UV-Watt)
0	3,19
8	5,17
20	5,11
40	5,27
80	5", 22-

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Aus dieser Tabelle ist ersichtlich., dass die Strahlungsausbeute der Larapen mit einer durchsichtigen Schicht mit Yttriumoxid mit einer Dicke über 8 nm im Vergleich zu Lampen ohne durchsichtige Schicht wesentlich höher war. Die verhältnismässig niedrige Stralilungsausbeute der Lampe ohne Y_O_-Schicht war dem Auftreten der Ergrauung der Wand des Entladungskolbens zuzuschreiben.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Π J Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem Glasentladungskolben, in dem sich Quecksilber und ein Edelgas befindet, wobei wenigstens ein Teil der Innenwand des Entladungskolbens mit einer dünnen, wenigstens nahezu homogenen, geschlossenen Transparentschicht versehen ist, die der Einwirkung der Entladung standhält, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparentschicht (4) wenigstens ein Oxid aus Yttrium, Scandium, Lanthan, Gadolinium, Ytterbium und/oder Lutetium enthält.
2. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Transparentschicht (4) zwischen etwa 5 und 200 nm liegt.
3. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparentschicht (4) an ihrer der Entladung zugewandten Seite mit einer Leuchtstoffschicht (5) bedeckt ist.
4. Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff aus einer Mischung aus grün leuchtendem, mit Terbium aktiviertem Cermagnesiumaluminat, blau leuchtendem, mit zweiwertigem Europium aktivierten Bariummagnesiumaluminat und rot leuchtendem, mit dreiwertigen Europium aktiviertem Yttriumoxid besteht, wobei das Pulvergewicht des 25

Leuchtstoffs etwa 2 mg/cm beträgt.