DE69820996T2

DE69820996T2 - Niederdruckquecksilberentladungslampe

Info

Publication number: DE69820996T2
Application number: DE69820996T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Emmanuel OOMEN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: WO1999021214A1; JP2001506403A; DE69820996D1; CN1129952C; EP0968520A1; CN1242871A; EP0968520B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer lichtdurchlässigen Umhüllung, die einen Entladungsraum gasdicht umschließt, welcher Entladungsraum mit einer ionisierbaren Füllung aus Quecksilber sowie einem oder mehreren Edelgasen versehen ist, und weiterhin mit Mitteln zum Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem Entladungsraum, wobei diese Umhüllung mit einem lumineszierenden Material versehen ist, das mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm anregbar ist.
Eine derartige Niederdruck-Quecksilberentladungslampe ist aus EP 660 371 A1 bekannt. Die den Entladungsraum der bekannten Lampe umschließende Umhüllung ist ein röhrenförmiges Entladungsgefäß, in dem Elektroden an beiden Enden positioniert sind, um als Mittel zum Aufrechterhalten einer Entladung in dem Entladungsraum zu dienen. Das Entladungsgefäß ist an einer nach innen gewandten Oberfläche mit einer Leuchtschicht versehen, mit einem lumineszierenden Material, das die folgenden lumineszierenden Substanzen umfasst: mit dreiwertigem Terbium aktiviertes Cer-Magnesiumaluminat, mit zweiwertigem Europium aktiviertes Barium-Magnesiumaluminat und mit dreiwertigem Europium aktiviertes Yttriumoxid. Die bekannte Lampe dient als Ersatz für eine Glühlampe. Ein Nachteil ist, dass diese Lampe in einem gedimmten Betriebszustand einen Farbort aufweist, dessen x-Koordinatenwert niedriger ist als beim Nennbetrieb. Die bekannte Lampe unterscheidet sich in dieser Hinsicht von einer Glühlampe; der Wert der x-Koordinate des Farbortes im gedimmten Betriebszustand einer Glühlampe ist nämlich höher als im Nennbetriebszustand.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe der eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, deren x-Koordinatenwert des Farbortes im gedimmten Betriebszustand höher ist als im Nennbetriebszustand. Erfindungsgemäß ist die Niederdruck-Quecksilberentladungslampe der eingangs beschriebenen Art, wobei die Umhüllung zudem mit einem weiteren lumineszierenden Material versehen ist, das ein Emissionsspektrum mit einem Maximum in einem Wellenlängenbereich von 580 bis 720 nm aufweist, hierzu dadurch gekennzeichnet, dass das genannte weitere lumineszierende Material ein Anregungsspektrum aufweist, dessen Wert für eine Wellenlänge von 436 nm zumindest 10% desjenigen für eine Wellenlänge von 254 nm beträgt.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass beim Dimmen der Lampe die Intensität der in dem Entladungsraum erzeugten Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm weniger stark abnimmt als die von 254-nm-Strahlung. Die Strahlung mit der ersten Wellenlänge wird in Strahlung umgewandelt, die bei der erfindungsgemäßen Lampe in einem Wellenlängenbereich von 580 bis 720 nm liegt. Die erfindungsgemäße Lampe hat im gedimmten Betriebszustand somit einen Farbort, dessen Koordinate einen höheren Wert aufweist als im Nennbetriebszustand.
Es sei bemerkt, dass aus US-P 5.592.052 eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe bekannt ist, deren Umhüllung mit einem lumineszierenden Material versehen ist, das mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm anregbar ist, und mit einem weiteren lumineszierenden Material, das mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 330 bis 440 nm anregbar ist. Mit der Kombination dieser lumineszierenden Materialien soll erreicht werden, dass die Farbtemperatur der Lampe mit Hilfe der Betriebsweise eingestellt werden kann. Die Farbtemperatur der bekannten Lampe steigt an, wenn die bekannte Lampe im Pulsburstbetrieb statt kontinuierlich betrieben wird. Gleichzeitig nimmt bei dieser Änderung der Betriebsweise der Lichtstrom ab. Dies ist unerwünscht, wenn eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe als Ersatz für eine Glühlampe verwendet wird. Glühlampen haben dagegen die Eigenschaft, dass die Farbtemperatur abnimmt, wenn der Lichtstrom auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird. Bei einer Ausführungsform der aus US-P 5.592.052 bekannten Lampe wird das weitere lumineszierende Material durch die lumineszierende Substanz YVO₂ : Eu³⁺ gebildet. Dieses lumineszierende Material ist nicht oder kaum mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm anregbar.
Das weitere lumineszierende Material der erfindungsgemäßen Lampe kann eine einzelne lumineszierende Substanz umfassen oder kann aus mehreren lumineszierenden Substanzen zusammengesetzt sein. Geeignete lumineszierende Substanzen für das weitere lumineszierende Material sind beispielsweise CaS : Eu²⁺, SrS : Eu²⁺ oder (Zn, Cd) S : Ag⁺ oder ein organisches lumineszierendes Material wie z. B. Eu-Cinnamat.
Bei einer interessanten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe liegt das Maximum des Emissionsspektrums des weiteren lumineszierenden Materials zwischen 630 nm und 700 nm. Das weitere lumineszierende Material trägt dann zum Farbwiedergabeindex R9 (tiefrot) bei. Die lumineszierende Substanz Mg₄GeO_5.5F : Mn⁴⁺ ist beispielsweise hierfür geeignet.
Der Grad, in dem der Wert der x-Koordinate des Farbpunktes ansteigt, wenn die Lampe gedimmt ist, kann durch den Grad beeinflusst werden, in dem das weitere lumineszierende Material die 436-nm-Strahlung absorbiert. Bei einer praktischen Ausführungsform absorbiert das weitere lumineszierende Material 20 bis 70% der in dem Entladungsraum erzeugten Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm. Die Auswirkung der Maßnahmeist für Werte kleiner als 20% verhältnismäßig gering. Werte oberhalb 70% führen im Allgemeinen zu einer verhältnismäßig starken Absorption auch der von dem lumineszierenden Material erzeugten Strahlung. Der Absorptionsgrad kann vom Fachmann in einfacher Weise gewählt werden. Beispielsweise kann das weitere lumineszierende Material in einer Suspension vorgesehen werden. Ein höherer Gewichtsanteil des weiteren lumineszierenden Materials in der Suspension wird zu einem höheren Bedeckungsgewicht führen und somit zu einer stärkeren Absorption. Das lumineszierende Material kann aus einer einzelnen lumineszierenden Substanz bestehen, die über einen breiten Wellenlängenbereich emittiert oder einer einzelnen lumineszierenden Substanz, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittiert. Auch kann das lumineszierende Material aus unterschiedlichen lumineszierenden Substanzen zusammengesetzt sein, die in voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren.
Das lumineszierende Material kann beispielsweise eine oder mehrere der lumineszierenden Substanzen Ce_.67TB_.33MgAl₁₁O₁₉ (CAT), Ce_.3Gd_.5Tb_.2MgB₅O₁₀ (CBT) zur Emission in einem Wellenlängenbereich von 520 bis 565 nm umfassen. Tb³⁺ spielt hier die Rolle des Aktivators. Wenn eine verhältnismäßig hohe Nennfarbtemperatur erwünscht ist, kann das Material zusätzlich eine oder mehrere der lumineszierenden Substanzen (Ba,Ca)_1.29Al₁₂O_19.29 : Eu²⁺ (BAL), Sr₅(PO₄)₃Cl : Eu²⁺ (SCAP), BaMgAl₁₀O₁₇ : Eu²⁺ (BAM) und Sr₂Al₆₀O₁₁ : Eu²⁺ (SAL) zur Emission in einem Wellenlängenbereich von 430 bis 490 nm umfassen. Bei Lampen mit einer verhältnismäßig hohen Nennfarbtemperatur kann die Strahlung in diesem Wellenlängenbereich vollständig durch direkte Emission der Quecksilberentladung realisiert werden, insbesondere der 436-nm-Linie. Das weitere lumineszierende Material trägt zu dem Wellenlängenbereich von 580 bis 720 nm in dem Spektrum bei. Auf Wunsch kann eine lumineszierende Substanz in dem lumineszierenden Material vorhanden sein, die einen zusätzlichen Beitrag zu diesem Wellenlängenbereich liefert, wie z. B. Y₂O₃ : Eu³⁺ (YOX).
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist die Umhüllung ein vakuumdicht verschlossenes Entladungsgefäß, während das lumineszierende Material und das weitere lumineszierende Material zusammen in einer Leuchtschicht vorgesehen ist. Eine interessante Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material und das weitere lumineszierende Material in zueinander unterschiedlichen Leuchtschichten vorgesehen sind, wobei die Leuchtschicht mit dem lumineszierenden Material zwischen dem Entladungsraum und der Leuchtschicht mit dem weiteren lumineszierende Material angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass in dem Entladungsraum erzeugte UV-Strahlung bereits weitgehend in der Leuchtschicht mit dem lumineszierenden Material umgewandelt worden ist, bevor es die Leuchtschicht mit dem weiteren lumineszierenden Material erreichen kann. Zusätzlich schützt das lumineszierende Material hier das weitere lumineszierende Material gegen den Beschuss von Ionen und Elektronen aus dem Entladungsraum. Dies vergrößert den Bereich an Möglichkeiten, aus denen das weitere lumineszierende Material gewählt werden kann.
In einer Abwandlung der obigen interessanten Ausführungsform sind die Leuchtschichten auf der nach innen gewandten Oberfläche des Entladungsgefäßes vorgesehen, sodass die Leuchtschicht mit dem weiteren lumineszierenden Material die Leuchtschicht mit dem lumineszierenden Material trägt. Eine günstige Abwandlung der genannten interessanten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung nicht nur ein vakuumdicht umschlossenes Entladungsgefäß, sondern auch einen Außenkolben umfasst, der das Entladungsgefäß umgibt, wobei das Entladungsgefäß auf einer nach innen gewandten Fläche eine Leuchtschicht mit dem lumineszierenden Material trägt und der Außenkolben eine Leuchtschicht mit dem weiteren lumineszierenden Material trägt. Die Leuchtschicht mit dem weiteren lumineszierenden Material dient dann gleichzeitig als Diffusor für das von der Leuchtschicht mit dem lumineszierenden Material erzeugte Licht. Der Außenkolben kann aus Glas hergestellt sein oder alternativ aus einem Kunststoff. Es ist bei diesen Ausführungsformen, bei denen die Umhüllung aus mehreren Teilen besteht, offensichtlich ausreichend, dass nur einer dieser Teile, beispielsweise das Entladungsgefäß oder der Außenkolben der Umhüllung, gasdicht verschlossen ist.
Selbstverständlich ist die Beschaffenheit der Mittel zum Aufrechterhalten der Entladung für das Wesen der Erfindung nicht von Bedeutung. Diese Mittel können beispielsweise als Elektrodenpaar ausgeführt werden, das gegebenenfalls innerhalb des Entladungsgefäßes positioniert sein kann. Auch können die Mittel beispielsweise als Spule ausgeführt sein, mit der während des Betriebs im Entladungsraum ein Wechselmagnetfeld erzeugt wird. Die Spule ist vorzugsweise außerhalb des Entladungsraums positioniert, weil dadurch elektrische Durchführelemente durch das Entladungsgefäß vermieden werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Weiteren näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe,
2 das Emissionsspektrum des in der Lampe von 1 verwendeten weiteren lumineszierenden Materials,
3A das Anregungsspektrum dieses weiteren lumineszierenden Materials,
3B das Anregungsspektrum eines anderen lumineszierenden Materials,
4 den Unterschied (Δx, Δy) des Farbortes bei gedimmtem Betrieb gegenüber Nennbetrieb und
5 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe.
Die erste Ausführungsform der in 1 gezeigten Niederdruck-Quecksilberentladungslampe umfasst eine lichtdurchlässige Umhüllung 1, die einen Entladungsraum 2 gasdicht umschließt, welcher Entladungsraum mit einer ionisierbaren Umhüllung mit Quecksilber und einem oder mehreren Edelgasen versehen ist. Die dargestellte Lampe umfasst weiterhin Mittel 3 zum Aufrechterhalten einer elektrischen Ladung in dem Entladungsraum 2. Die Umhüllung 1 ist mit einem lumineszierenden Material 4 versehen, das mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm anregbar ist. Das lumineszierende Material 4 umfasst hier die lumineszierenden Substanzen Ce_.67Tb_.33MgAl₁₁O₁₉, und Y₂O₃ : Eu³⁺ in einem Gewichtsverhältnis von 23 : 77. Die Umhüllung 1 ist zusätzlich mit einem weiteren lumineszierenden Material 5 versehen, das ein Anregungsspektrum aufweist, dessen Wert für eine Wellenlänge von 436 nm zumindest 10% desjenigen für eine Wellen länge von 254 nm aufweist, während das Emissionsspektrum ein Maximum in einem Wellenlängenbereich von 580 bis 720 nm hat.
Das weitere lumineszierende Material 5 umfasst in diesem Fall das lumineszierende Material Mg₄GeO_5.5F : Mn⁴⁺, dessen Emissionsspektrum ein Maximum hat, das zwischen 630 nm und 700 nm liegt, d. h. bei ungefähr 660 nm. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Umhüllung 1 mehrere Teile, d. h. ein Entladungsgefäß 10, das vakuumdicht verschlossen ist, und einen Außenkolben 11. Das Entladungsgefäß 10 ist als Röhre ausgeführt, die hakenförmig gebogen ist und die einen Innendurchmesser von 10 mm hat. In der Röhre ist an jedem Ende eine Elektrode 3a, 3b angeordnet. Die Elektroden 3a, 3b bilden die Mittel zum Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem Entladungsraum 2. Die Außenkolben 11 umgibt das Entladungsgefäß 10.
Die hier gezeigte Niederdruck-Quecksilberentladungslampe ist Teil einer Beleuchtungseinheit, die außerdem eine Versorgungseinheit 6 umfasst, die mit einem Controller 7 gesteuert werden kann. Die Versorgungseinheit 6 ist in einem Gehäuse 8 untergebracht und mit Kontakten 9a, 9b eines an dem Gehäuse 8 befestigten Lampensockels 9 verbunden.
Das lumineszierende Material 4 und das weitere lumineszierende Material 5 werden in zueinander unterschiedlichen Leuchtschichten 40 bzw. 50 vorgesehen. Die Leuchtschicht 40 mit dem lumineszierenden Material 4 befindet sich zwischen dem Entladungsraum 2 und der Leuchtschicht 50, die das weitere lumineszierende Material 5 umfasst. Das Entladungsgefäß 10 trägt hier die Leuchtschicht 40 mit dem lumineszierenden Material 4 an einer nach innen gewandten Oberfläche 10'. Der Außenkolben 11 trägt die Leuchtschicht 50 mit dem weiteren lumineszierenden Material 5, hier wieder an einer nach innen gewandten Oberfläche 11.
2 zeigt das Emissionsspektrum von Mg₄GeO_5.5F : Mn⁴⁺. Die Emission hat ein Maximum bei einer Wellenlänge von 660 nm. Das Anregungsspektrum dieser in dem weiteren lumineszierenden Material verwendeten lumineszierenden Substanz wird in 3A gezeigt. Daraus wird deutlich, dass der Wert des Anregungsspektrums des weiteren lumineszierenden Materials bei einer Wellenlänge von 436 nm bis zu 48% derjenigen von 254 nm beträgt. 3B zeigt zum Vergleich das Anregungsspektrum von YVO₄ : Eu³⁺, aus dem sich ergibt, dass der Wert des Anregungsspektrums dieser lumineszierenden Substanz bei einer Wellenlänge von 436 nm im Vergleich zu dem bei einer Wellenlänge von 254 nm vernachlässigbar klein ist.
Zwei Lampen (inv1, inv2) gemäß der Ausführungsform der Erfindung von 1 und eine Lampe (ref) nicht gemäß der Erfindung wurden hergestellt. Die Leuchtschicht 50 mit dem weiteren lumineszierenden Material 5 absorbiert 39 bzw. 61% der Strahlung einer Wellenlänge von 436 nm in den Lampen inv1 bzw. inv2. Die Absorption liegt in beiden Fällen zwischen den oben bereits erwähnten Grenzen von 20% und 70%. Die Leuchtschicht 50 mit dem weiteren lumineszierenden Material 5 wurde dadurch erhalten, dass man eine Suspension mit der lumineszierenden Substanz Mg₄GeO_5.5F : Mn⁴⁺ mit Butylacetat als Suspensionsmittel und Nitrocellulose als Binder über die Innenfläche des Außenkolbens fließen ließ und trocknen ließ, woraufhin der Binder durch Erwärmen aus der Leuchtschicht 50 herausgetrieben wurde. Die Gewichtsmengen der genannten lumineszierenden Substanz in der Suspension betrugen 1,39 und 1,48 g/cm³ in den Lampen inv1 bzw. inv2. In der Lampe ref war kein Außenkolben vorhanden.
Die Lampen ref, inv1 und inv2 wurden im Nennbetrieb und danach im gedimmten Zustand betrieben. Im Nennbetriebszustand betrug die von der Lampe aufgenommene Leistung 8,5 W, im gedimmten Zustand 3,4 W. Die Lichtstromwerte der Lampen im gedimmten Zustand betrugen ungefähr 15% von denen im Nennbetriebszustand. Die folgende Tabelle listet die Farbtemperatur T_c und die Koordinaten x,y der Farborte der genannten Lampen in beiden Betriebszuständen auf.
4 zeigt mit Pfeilen die Veränderung (Δx, Δy) des Farbortes in einem Übergang von Nennbetriebszustand zum gedimmten Betriebszustand. Aus 4 ist ersichtlich, dass für die erfindungsgemäßen Lampen inv1 und inv2 der Wert der x-Koordinate des Farbortes im gedimmten Betriebszustand größer ist als im Nennbetriebszustand. Für die Lampe ref, nicht gemäß der Erfindung, hat die x-Koordinate des Farbortes im gedimmten Betriebszustand dagegen einen niedrigeren Wert als im Nennbetriebszustand.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampen wird in 5 gezeigt. Komponenten darin, die denen in 1 entsprechen, haben um 100 höhere Bezugszeichen. Die Umhüllung 101 umfasst bei dieser Ausführungsform einen Innenteil 112 und einen Außenteil 113. Der Innenteil 112 ist eine u-förmig gebogene Röhre mit einem ersten geschlossenen Ende 112a, in dem eine erste Elektrode 103a angeordnet ist, und einem zweiten, offenen Ende 112b. Der Außenteil 113 umhüllt den Innenteil 112 gasdicht. Im Außenteil ist eine zweite Elektrode 103b gegenüber dem offenen Ende 112b angeordnet. Eine dem Innenteil 112 der Umhüllung 101 zugewandte Oberfläche 112' ist mit einem lumineszierenden Material 104 versehen, das die lumineszierenden Substanzen BaMgAl₁₁O₁₇ : Eu²⁺, Ce_.67Tb_.33MgAl₁₁O₁₉ und Y₂O₃ : Eu³⁺. umfasst. Der Außenteil 113 der Umhüllung 101 ist mit einem weiteren lumineszierenden Material 105 versehen, das die lumineszierende Substanz CaS : Eu²⁺ an einer nach innen gewandten Oberfläche 113' umfasst.

Claims

Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer lichtdurchlässigen Umhüllung (1; 101), die einen Entladungsraum (2; 102) gasdicht umschließt, welcher Entladungsraum mit einer ionisierbaren Füllung aus Quecksilber sowie einem oder mehreren Edelgasen versehen ist, und weiterhin mit Mitteln (3a, 3b; 103a, 103b) zum Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem Entladungsraum, wobei diese Umhüllung (1; 101) mit einem lumineszierenden Material (4; 104) versehen ist, das mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm anregbar ist, wobei die Umhüllung (1; 101) zudem mit einem weiteren lumineszierenden Material (5; 105) versehen ist, das ein Emissionsspektrum mit einem Maximum in einem Wellenlängenbereich von 580 bis 720 nm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte weitere lumineszierende Material ein Anregungsspektrum aufweist, dessen Wert für eine Wellenlänge von 436 nm zumindest 10% desjenigen für eine Wellenlänge von 254 nm beträgt.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum des Emissionsspektrums des weiteren lumineszierenden Materials (5) zwischen 630 nm und 700 nm liegt.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere lumineszierende Material (5) 20 bis 70% der in dem Entladungsraum erzeugten Strahlung mit einer Wellenlänge von 436 nm absorbiert.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material (4) und das weitere lumineszierende Material (5) in zueinander unterschiedlichen Leuchtschichten (40 bzw. 50) vorgesehen sind, wobei die Leuchtschicht (40) mit dem lumineszierenden Material (4) zwischen dem Entladungsraum (2) und der Leuchtschicht (50) mit dem weiteren lumineszierende Material (5) angeordnet ist.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (1) ein vakuumdicht umschlossenes Entladungsgefäß (10) und einen Außenkolben (11) umfasst, welcher Außenkolben (11) das Entladungsgefäß umgibt, wobei das Entladungsgefäß (10) auf einer nach innen gewandten Fläche die Leuchtschicht (40) mit dem lumineszierenden Material (4) trägt und der Außenkolben (11) eine Leuchtschicht (50) mit dem weiteren lumineszierenden Material (5) trägt.