DE2624897A1 - Aluminiumoxyd-ueberzuege fuer quecksilberdampf-lampen - Google Patents
Aluminiumoxyd-ueberzuege fuer quecksilberdampf-lampenInfo
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Description
Aluminiumoxyd-überzüge für Quecksilberdampf-Lampen
Als Unterschichten für die Leuchtstoffschicht sind sowohl in
Fluoreszenz- als auch in Quecksilberdampf-Lampen verschiedene
überzüge aus nicht-lumineszierenden teilchenförmigen Materialien
bekannt. In beiden vorgenannten Lampenarten wird der Leuchtstoff-Überzug auf der inneren Oberfläche des Glaskolbens
der Lampe in erreichbarer Nähe zur UV-Strahlung, welche bei der Quecksilberentladung erzeugt wird, aufgebracht. Die Leucht-Wirksamkeit
solcher Lampen wird durch die Rückreflexion der durch die Leuchtstoffschicht emittierten Strahlung verbessert
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und dies nat eine Verringerung des Gewichtes des Leuchtstoffüberzuges
gestattet ebenso wie eine Färbkorrektur, die dem derart
modifizierten Emissionsverhalten zuzuschreiben ist. Die
nach dem Stand der Technik verwendeten reflektierenden überzüge für diesen Zweck sind aus flüssigen Überzugssuspensionen aufgebracht
worden, wobei die Anforderungen an das nicht-lumineszierende teilchenförmige Material eine vernachlässigbare Absorption,
d. h. einen hohen diffusen Reflexionskoeffizienten sowohl für sichtbare als auch für UV-Strahlung, eine Teilchengröße
ebenso klein oder vorzugsweise kleiner als die Teilchengröße des LeuchtstoffÜberzuges und physikalische Eigenschaften,
die sich während der Herstellung oder der Gebrauchsdauer der
Lampe nicht änderten, waren. Ein bevorzugtes nicht-lumineszierendes
teilchenförmiges Material für diese Anwendung war fein zerteiltes Siliziumdioxyd, wobei andere Materialien, die weder
einfallende UV- noch sichtbare Strahlung absorbieren, die durch den Leuchtstoff emittiert wird, Kalziumpyrophosphat, Bariumsulfat
und Aluminiumoxyd einschließen.
Es ist in der vorliegenden Erfindung überraschenderweise erkannt
worden, daß eine besondere Form von Aluminiumoxyd-Teilchen
direkt auf die unbehandelte innere Oberfläche eines Glaskolbens einer Quecksilberdampflampe als eine Unterschicht für
den Leuchtstoff-Überzug aufgebracht werden kann. Auf diese Weise erfordert das Aufbringen dieses die Unterschicht bildenden Überzuges
keine zusätzlichen Behandlungsstufen und ergibt eine
selektive Reflexion der vom Leuchtstoff-überzug emittierten
UV-Strahlung, ohne eine beträchtliche Variation in der Farbtemperatur der sichtbaren Strahlung, die von der Quecksilberdampflampe
ausgesandt wird, zu bewirken. Das auf diese Weise aufgebrachte besondere Aluminiumoxydmaterial ist, wie sich aus
der US-PS 3 842 306 ergibt, zur Herstellung einer Lichtdiffusionsschicht
auf der Oberfläche des Glaskolbens für elektrische Lampen verwendet worden. In dieser US-PS sollte jedoch ein überzug
mit einer ausreichenden Dicke geschaffen werden, um eine relativ gleichförmige Lichtabgabeverteilung von der so überzogenen
Lampe zu haben, wie es erforderlich ist, um den Glühfaden
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einer Glühlampe zu verbergen. In der vorliegenden Anmeldung ist es erwünscht, eine aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht
einer geringeren Dicke zu verwenden, um eine selektive rückwärtige
Reflexion der UV-Strahlung zu erhalten, ohne die Durchlässigkeit der sichtbaren Strahlung zu verändern, um die Farbtemperatur
der so modifizierten Quecksilberdampflampe beim Betrieb nicht zu irgendeinem signifikanten Grade zu verändern.
In allen anderen Einzelheiten bleibt das aufgedampfte Aluminiumoxydmaterial das gleiche, wie es in der vorgenannten
US-PS beschrieben ist, welches aufgedampfte sphärische Aluminiumoxyd-Teilchen umfaßt mit einer Teilchengröße im Bereich
von etwa 400 bis 5000 8 Durchmesser, wobei die daraus gebildete Unterschicht mindestens 99 % der einfallenden sichtbaren Strahlung
zerstreut und nur einen vernachlässigbaren Leistungsverlust verursacht, wenn es direkt auf die saubere innere Oberfläche
des Lampenglaskolbens aufgebracht ist.
Bei dem bevorzugten Verfahren zum Herstellen der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht wird der Überzug direkt auf die unbehandelte
innere Oberfläche des Glaslampenkolbens aufgebracht,
bevor dieser zu einer Quecksilberdampflampe zusammengebaut wird.
Dieser Überzug kann aufgebracht werden durch Verbrennen eines Pellets aus Aluminiumisopropoxyd oder eines anderen festen Aluminiumalkoxyds
innerhalb des Kolbens unter Anwendung einer Menge des Ausgangsmaterials, die von der gewünschten Überzugsdicke
abhängt. Dieses Verfahren ist in der obengenannten US-PS 3 842 306 beschrieben. Bei dem bevorzugten Verfahren wird die
rasche Verbrennung des Aluminiumisopropoxyd-Pellets durch Zünden des Pellets in einem Brenner gefördert, der das Pellet mit einem
Sauerstoffstrom umgibt, während dieser Brenner innerhalb des
Lampenglaskolbens angeordnet ist. Die darüberliegende Leuchtstoffschicht
kann dann direkt auf die freie Oberfläche der Aluminiumoxyd-Unterschicht aufgebracht werden, wozu man die üblichen
Aufbringverfahren aus einer flüssigen Suspension der Leuchtstoff-Teilchen anwendet und eine Nachbehandlung der Aluminiumoxyd-Unterschicht
nach ihrer Aufbringung nicht erforderlich ist. Um die verbesserten Emissionseigenschaften zu erzeugen, die im
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einzelnen weiter unten angegeben sind, kann dann ein einfaches Erhitzen der über der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht
aufgebrachten Leuchtstoffschicht in üblicher Weise ausgeführt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der bevorzugte Ausführungsformen abgebildet
sind. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 eine weggebrochene perspektivische Ansicht einer Fluoreszenzlampe mit der erfindungsgemäßen Aluminiumoxyd-
Unterschicht und
Figur 2 eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe mit der
erfindungsgemäßen Aluminiumoxyd-Unterschicht.
In Figur 1 ist eine Fluoreszenzlampe 1 abgebildet, die einen langgestreckten Kolben 2 mit kreisförmigem Querschnitt aus
Sodakalksilikatglas umfaßt. Die Entladungsbaueinheit dieser Lampe besteht aus der üblichen Elektrodenstruktur 3 an jedem
Ende des Rohres, die durch Zuführungsdrähte 4 und 5 abgestützt
sind, die sich durch eine Glasquetschdichtung 6 in einem
Montagefuß 7 zu den Kontakten eines Steckerteiles 8 erstrecken, der jeweils an den gegenüberliegenden Enden der Lampe befestigt
ist. Die die Entladung aufrechterhaltende Füllung in dem abgedichteten Glasrohr ist ein Inertgas, wie Argon oder eine
Mischung von Argon und anderen Gasen, mit geringen Druck zusammen mit einer geringen Menge Quecksilber, um den geringen Dampfdruck
für den Lampenbetrieb zu schaffen. Die innere Oberfläche des Glaskolbens ist mit einer UV-Strahlung reflektierenden aufgedampften
Aluminiumoxyd-Unterschicht 9 versehen und einem
Leuchtstoff-Überzug 10, wobei sich beide Überzüge im wesentlichen über die ganze Länge des Kolbens und um die innere Wand
des Kolbens erstrecken.
Um die Verbesserung hinsichtlich der Lichtabgabecharakteristiken für eine Fluoreszenzlampe der obigen Konstruktion besser zu
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illustrieren, wurde eine Reihe von F13T8-Lampen hergestellt und
mit verschiedenen Leuchtstoffüberzügen in Kombination mit verschiedenen
aufgedampften Aluminiumoxyd-Untersehichten versehens
die durch Variation des Pelletgewichtes des Aluminiumisopropoxyds
erhalten wurden. Die Lichtabgabe in Lumen für die- - Lampen
zusammen mit den entsprechenden Aufrechterhaltungs(.;erten
sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Probe | Tabelle | 10 | I | Li ch tab gäbe | 100 Std. | Abfall der | |
Gewichtsver | 20 | in Lumen | Lichtabgabe | ||||
Pellet | A | ringerung des | — | 550 | |||
gewicht | B | Leuchtstoffes | 30 | 0 Std. | 558 | in % | |
(g) | C | in % | 40 | 558 | |||
0,8 | D | 50 | 589 | 545 | 6,6 | ||
E | 593 | 553 | 5,9 | ||||
P | 10 | 603 | 528 | 7,5 | |||
(kein) | 20 | 593 | 8,1 | ||||
G | 30 | 59 8 | 554 | 7,5 | |||
H | 40 | 568 | 549 | 7,1 | |||
I | 50 | 555 | |||||
1,6 | J | 609 | 540 | 9,0 | |||
K | 10 | 615 | 521 | 10,7 | |||
20 | 605 | 8,3 | |||||
L | 30 | 599 | 541 | 9,8 | |||
M | 40 | 570 | 563 | 9,6 | |||
N | 50 | 531 | |||||
2,4 | 0 | 602 | 569 | 11,7 | |||
P | 615 | 525 | 10,6 | ||||
594 | 10,6 | ||||||
622 | 8,5 | ||||||
589 | 10,9 | ||||||
Der obigen Tabelle kann entnommen werden, daß eine Unterschicht, die aus einem 2,4 g schweren Pellet Aluminiumisopropoxyd hergestellt
wurde, die größte Verbesserung hinsichtlich der Lichtabgabe für die Lampe bewirkt, doch war dies gleichzeitig von der
geringsten Beibehaltung der Liehtabgäbeleistung begleitet.
Weiter kann der obigen Tabelle entnommen werden, daß eine Aluminiumoxyd-Unterschicht,
die unter Verwendung von 0,8 bzw. 1,6 g schweren Aluminiumisopropoxyd-Pellets hergestellt wurde, eine
bessere Beibehaltung der Leistungsabgabe bei 20 %iger Verringerung
in dem Gewicht des LeuchtstoffÜberzuges bringt. Der für die
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obigen Lampen eingesetzte spezifische Leuchtstoff war ein üblicher
kaltweißer Kalziumhalogenphosphat-Leuchtstoff, der mit
Mangan und Antimon aktiviert war und als Suspension in einem wasserlöslichen Binder aufgebracht worden war.
In Figur 2 ist eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe 11 mit einem Bogenentladungsrohr 12 aus Quarz gezeigt, das innerhalb
eines äußeren Glaskolbens 13 angeordnet ist, der mit einem Schraubsockel 14 versehen ist. Das Bogenentladungsrohr ist an
jedem Ende mit einer der Hauptelektroden 15 und 16 versehen, und eine Hilfselektrode 17 ist benachbart der Hauptelektrode
angeordnet. Die die Entladung ermöglichende Füllung in diesem Bogenentladungsrohr umfaßt eine abgemessene Menge Quecksilber,
die während des Lampenbetriebes vollständig verdampft ist, in Kombination mit einem inerten Zündgas wie Argon, wobei diese
Füllung üblich ist in solchen Lampen. Das Bogenentladungsrohr ist innerhalb des äußeren Lampenkolbens durch einen Rahmen abgestützt,
der einen einzelnen Seitenstab 18 und Metallstreifen 19 umfaßt. Der Rahmen dient auch als Leiter zwischen der Elektrode
l6 und der Sockelumhüllung. Ein anderer Leiter 20 verbindet die andere Elektrode 15 mit dem zentralen Kontakt des
Sockels. Die Zündelektrode 17 ist am gegenüberliegenden Ende des Bögenentladungsrohres über einen strombegrenzenden Widerstand
21 in an sich bekannter Weise mit der Hauptelektrode 16 verbunden. Auf die aufgedampfte reflektierende Aluminiumoxyd-Unterschicht
23 ist ein üblicher Leuchtstoff-Überzug 22 aufgebracht.
Die so modifizierte Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe ist ein guter Emitter von UV-Strahlung, besonders ein solcher der Wellenlänge
von 365Ο 8. Der an sich vorhandene Nachteil mangelnden
Rotanteiles solcher Quecksilberdampf-Lampen und die Farbwidergabe werden durch den überzug auf der Innenseite des äußeren
Kolbens mit einem rot-emittierenden Leuchtstoff, der durch die UV-Strahlung des Quecksilberbogens angeregt wird, stark verbessert.
Die üblicherweise in solchen Lampen verwendeten rot- · emittierenden Leuchtstoffe sind Zinn-aktiviertes Strontium-
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orthophosphat und Mangan-aktiviertes Magnesiumfluorogermanat.
Kürzlich haben Europium-aktiviertes Yttriumvanadat und Europiumaktiviertes Yttriumvanadat-Phosphat ausgedehnte Anwendung in den
obigen Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampen gefunden (vgl. "Illuminating Engineering", Vol. 65, Nr. I3 Januar 1970, Seiten 49 bis
53). Diese Leuchtstoffe emittieren im roten Teil des Farbspektrums (etwa 600 - 650 Nanometer ) und erzeugen so eine farbkorrigierte
sichtbare Emission der Lampe.
Um ein detaillierteres Verstehen der Verbesserung des Lampenemissionsverhaltens
aufgrund der vorliegenden Erfindung bei potentieller Verringerbarkeit des Leuchtstoff-Überzuggewichtes zur
Erzielung einer gewünschten Färbtemperatur zu geben, wurden verschiedene
175-Watt-Lampen hergestellt. Die verwendeten Leuchtstoff-Überzugsgewichte
wurden gemäß der Dicke der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht variiert. Die Leistungsabgaben dieser
Lampen in Lumen wurden in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt zusammen mit den Farbtonwerten für χ und y, die gemäß dem
anerkannten 1.C.I.-System gemessen wurden.
Pellet gewicht (g) |
Reflexionsvermögen des Leuchtstoff überzuges |
Leis tungs ab gab e in Lumen/Watt |
Emissionsfarbe χ y |
0,376 0,373 0,374 |
O O O
to to to ro ro ru |
35 40 45 |
50,7 52,6 50,1 |
0,394 0,394 0,394 |
0,376 0,376 0,377 0,379 |
0,3 0,3 0,3 0,3 |
35 40 45 50 |
50,4 51,7 50,8 48,7 |
0,394 0,392 0,400 0,394 |
0,377 0,378 0,380 |
0,6 0,6 0,6 · |
35 40 45 |
51,9 50,0 48,7 |
0,393 0,392 0,395 |
Der obigen Tabelle kann entnommen werden, daß ein verringertes Gewicht des Leuchtstoff-Überzuges, wie er durch das geringere
Reflexionsvermögen veranschaulicht ist, nicht zu einer nennenswerten Verringerung der Leistungsabgabe der Lampe führt. Weiter
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kann festgestellt werden, daß die Emissions-Farbtemperaturen der mit überzug versehenen Lampen, wie durch die Werte für χ
und y veranschaulicht, im wesentlichen die gleichen bleiben bei der Variation des Gewichtes der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht.
Die Parbtonwerte für χ und y wurden erhalten bei einer Lampenkonstruktion, die überzogen war mit dem gleichen
Europium-aktivierten Yttriumvanadat-Phosphat-Leuchtstoff, bis
zu einem Wert von 43 für das Reflexionsvermögen, aber ohne die
aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht, und lagen im Bereich
von 0,380 bis 0,392 bzw. 0,372 bis 0,380, was weiter zeigt, daß durch die vorliegende Erfindung keine beträchtliche Verschiebung
in der Färbtemperatur eintritt. Obwohl nicht voll verstanden
ist, wie die aufgedampfte Aluminiumoxyd-Unterschicht das verbesserte Emissionsverhalten für Quecksilberdampflampen verursacht,
wird es doch der erhöhten Zerstreuungsfähigkeit zugeschrieben,
wobei diese Unterschicht mindestens 99 % der einfallenden sichtbaren Strahlung zerstreut bei vernachlässigbarem
Leistungsverlust. Eine dünne Schicht aus Aluminiumoxyd schafft
daher eine selektive rückwärtige Reflexion der ultravioletten Strahlung, während sie die einfallende sichtbare Strahlung, die
von der darüberliegenden Leuchtstoffschicht ausgesandt wird, passieren läßt. Eine zu große Dicke der aufgedampften Aluminiumoxyd-Unterschicht
ist unerwünscht, da die Lichtdiffusion mit der Überzugsdicke ansteigt, was zu einer verringerten Lichtabgabeleistung
der Lampe aufgrund einer Verringerung der Durchlässigkeit sichtbaren Lichtes führen kann.
Die erfindungsgemäße Aluminiumoxyd-Unterschicht kann auch in
anderer Weise aufgebracht werden, z. B. durch direkte Verbrennung gewisser flüssiger Aluminiumalkoxyd-Verbindungen. Weiter
können zusätzlich weitere überzüge für verschiedene Zwecke auf die bereits überzogenen Lampen aufgebracht werden.
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Claims (5)
1. Quecksilberdampf-Lampe mit einer Entladungs-Baueinheit und
einem Leuchtstoff-Überzug innerhalb eines langgestreckten Glaskolbens, gekennzeichnet durch
eine UV-reflektierende Unterschicht für den Leuchtstoff-Überzug aus aufgedampften sphärischen Aluminiumoxyd-Teilchen
mit einer individuellen Teilchengröße im Bereich von 400 bis 5000 8 Durchmesser, wobei diese Unterschicht
mindestens 99 % der einfallenden Strahlung zerstreut bei vernachlässigbarem Leistungsabgabeverlust, wenn sie direkt
auf die klare innere Oberfläche des Lampenglaskolbens aufgebracht
ist.
2. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Entladungs-Baueinheit
ein inneres Bogenentladungsrohr aufweist, das eine Füllung aus Quecksilber und einem Inertgas enthält, die
innerhalb des Lampenglaskolbens angeordnet sind.
3. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bogenentladungsrohr
ein Paar im Abstand angeordneter Hauptelektroden sowie eine Hilfselektrode enthält, die benachbart einer der Hauptelektroden
angeordnet ist.
4. QuecksiIberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß der Lampenglaskolben ein langgestrecktes Rohr umfaßt, das an seinen Enden Elektroden
aufweist und über der Alumiriiumoxyd-Unterschicht
eine Halophosphat-Leuchtstoffschicht angeordnet ist.
5. Quecksilberdampf-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aluminiumoxyd-Unterschicht
eine Dicke aufweist, die eine selektive UV-Reflexion aufweist, ohne die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes
zu verringern.
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Leerseite
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