DE69830839T2

DE69830839T2 - Niederdruck-gasentladungslampe mit verschiedenen leuchtstoffen

Info

Publication number: DE69830839T2
Application number: DE69830839T
Authority: DE
Inventors: Dick Van Der Voort
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: EP0976142A1; DE69830839D1; EP0976142B8; JP2001512625A; US6144152A; CN1146012C; EP0976142B1; CN1248343A; WO1999033092A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe, die einen Farbwiedergabeindex Ra,8 zwischen 80 und 90 hat, einen Farbort auf oder nahe der Planckschen Kurve hat und die ein gasdichtes Lampengefäß umfasst, das den Durchgang von sichtbarem Licht erlaubt, Hg und eines oder mehrere Inertgase enthält und mit einem Leuchtschirm versehen ist, der Folgendes enthält:

– einen ersten Leuchtstoff, der zwischen 520 nm und 565 nm emittiert, und
– einen zweiten Leuchtstoff, der zwischen 590 nm und 630 nm emittiert.

Der Farbwiedergabeindex Ra,8 sowie der später in dieser Beschreibung erwähnte Farbwiedergabeindex R9 werden so wie in "A user-oriented description of Farbwiedergabe of Licht sources" von J.T.C. van Kemenade, CIE 1995 Congress, definiert. Eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe, im Weiteren auch als Lampe bezeichnet, so wie eingangs erwähnt, wird in US 4.176.294 und in dem niederländischen Patent 164.697 offenbart. Beim Betrieb der Lampe emittieren der erste und der zweite Leuchtstoff grünes und rotes Licht, während das in der Entladung vorhandene Hg bewirkt, dass direkt eine Menge an blauem Licht erzeugt wird. Infolge des grünen, roten und blauen Beitrags zum Lichtstrom der Lampe ist die Farbe des von der Lampe erzeugten Lichtes weiß. Da die Menge an vom Hg direkt erzeugtem, blauem Licht zu klein ist, um weißes Licht mit einer hohen Farbtemperatur zu erzeugen, umfasst der Leuchtschirm im Allgemeinen zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff einen weiteren Leuchtstoff, der beim Betrieb der Lampe blaues Licht emittiert.
Die Farbe von sichtbarer Strahlung wird durch die Farbkoordinaten (x,y) gekennzeichnet, die den Farbort im Farbdreieck bestimmen (siehe die Veröffentlichung CIE, Nr. 15 (E-1.3.1.), 1971). Eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe für Allgemeinbeleuchtungszwecke sollte Licht emittieren, das als "weiß" betrachtet werden kann. Im Farbdreieck findet man weiße Strahlung bei auf der Planckschen Kurve gelegenen Farborten. Diese Kurve, auch Linie der schwarzen Strahler genannt und im Weiteren als P-Kurve bezeichnet, enthält die Farborte der von einem vollständig schwarzen Körper bei verschie denen Temperaturen (der so genannten Farbtemperatur) emittierten Strahlung. Eine spezielle Farbtemperatur wird nicht nur einem speziellen Punkt auf der P-Kurve, sondern auch Strahlung zugewiesen, deren Farbkoordinaten auf einer die P-Kurve in dem genannten Punkt schneidenden Linie liegen (siehe die genannte Veröffentlichung CIE, Nein. 15). Wenn diese Strahlung einen Farbort nahe der P-Kurve hat, wird diese Strahlung auch als weißes Licht mit der genannten speziellen Farbtemperatur angesehen. In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen soll "ein Farbort nahe der P-Kurve" bedeuten, dass der Abstand vom Farbort zum Punkt auf der P-Kurve mit der gleichen Farbtemperatur maximal 20 MPCD beträgt. MPCD (minimal wahrnehmbarer Farbunterschied) ist die Einheit des Farbwertes, siehe die Veröffentlichung von J.J. Rennilson in Optische Spectra, Oktober 1980, Seite 63. Zusätzlich zu Anforderungen, die von der Leuchtschicht im Zusammenhang mit Eigenschaften erfüllt werden müssen, die mit der Farbtemperatur des von der Lampe emittierten Lichtes und der Farbwiedergabe zusammenhängen, muss die Leuchtschicht auch Stoffe umfassen, die bei Anregung durch in einer Niederdruck-Quecksilberentladung erzeugte ultraviolette Strahlung einen hohen Lichtstrom ergeben und die diesen hohen Lichtstrom während der Nutzlebensdauer der Lampe beibehalten.
Die bekannte Lampe hat eine gute Farbwiedergabe (Ra,8 > 80) und eine relativ hohe Lichtausbeute (bis zu 90 lm/W und höher) und ist kann daher sehr geeignet, für Allgemeinbeleuchtungszwecke verwendet werden. Tests haben ergeben, dass Lampen mit einer viel besseren Farbwiedergabe (Ra,8 > 90) von Testpersonen mehr geschätzt werden, aber ein Nachteil solcher Lampen, die eine sehr gute Farbwiedergabe haben, ist, dass die Lichtausbeute relativ klein ist.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer Farbwiedergabe zu verschaffen, die von einem Anwender der Niederdruck-Quecksilberentladungslampe als relativ gut beurteilt wird und eine relativ hohe Lichtausbeute hat.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtschirm weiterhin mit einem dritten Leuchtstoff versehen ist, der zwischen 615 nm und 780 nm emittiert, und dass der Farbwiedergabeindex R9 der Niederdruck-Quecksilberentladungslampe größer ist als 20.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass, obwohl der Farbwiedergabeindex Ra,8 einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe unter 90 liegt, die meisten Anwender der Lampe deren Farbwiedergabe als zumindest gleichwertig mit der einer Lampe mit einem Farbwiedergabeindex Ra,8 von 90 oder mehr beurteilten, vorausgesetzt, dass der Farbwiedergabeindex R9 größer als 20 ist. Die Lichtausbeute einer erfindungsgemäßen Lampe ist jedoch relativ hoch.
Obwohl, wie oben erwähnt, in der Entladung eine geringe Menge blauer Strahlung von dem Hg direkt erzeugt wird, ist es häufig notwendig, je nach der gewünschten Farbtemperatur des von der Lampe erzeugten Lichtes, weiterhin den Leuchtschirm mit einem vierten Leuchtstoff zu versehen, der sein Emissionsmaximum im Bereich zwischen 430 nm und 490 nm hat.
Es ist auch möglich, dass der gewünschte Farbort es notwendig macht, einen Teil des vom Hg erzeugten blauen Lichtes auszufiltern und eine geringe Menge gelben Lichtes hinzuzufügen. Dies kann in relativ einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass der Leuchtschirm auch mit Cer aktiviertes Yttrium-Aluminiumgranat umfasst.
Gute Ergebnisse sind für erfindungsgemäße Niederdruck-Quecksilberentladungslampen erhalten worden, bei denen die Emission des dritten Leuchtstoffs im Bereich zwischen 615 nm und 700 nm liegt.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampen mit vorteilhaften Eigenschaften wurden erhalten, wenn der erste Leuchtstoff ein oder mehrere Materialien der durch mit Terbium aktiviertes Cer-Magnesiumaluminat (CAT), mit Gadolinium aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Cer-Magnesiumpentaborat (CBT) und mit Cer aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Lanthanphosphat (LAP) gebildeten Gruppe umfasst. Vorteilhafte Eigenschaften wurden auch für erfindungsgemäße Niederdruck-Quecksilberentladungslampen gefunden, bei denen der zweite Leuchtstoff mit dreiwertigem Europium aktiviertes Yttriumoxid (YOX) umfasst oder bei denen der dritte Leuchtstoff mit Mangan aktiviertes, mit Gadolinium aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Pentaborat von Cer und Magnesium (CBTM) und mit Mangan aktiviertes Magnesiumgermanat umfasst. Günstige Ergebnisse wurden für erfindungsgemäße Niederdruck-Quecksilberentladungslampen erhalten, bei denen der vierte Leuchtstoff mit zweiwertigem Europium aktiviertes Barium-Magnesiumaluminat (BAM) umfasst. Ein relativ hoher Wert von Ra,8 wird für solche Lampen mit relativ hoher Farbtemperatur erreicht, wenn das Barium-Magnesiumaluminat auch mit Mangan aktiviert ist.
Die Verwendung der lumineszierenden Materialien BAM, CAT, YOX, CBTM und YAG:Ce ermöglichte es, erfindungsgemäße Niederdruck-Quecksilberent ladungslampen in einem weiten Bereich der Farbtemperatur des von der Lampe erzeugten Lichtes herzustellen. Tabelle 1 gibt an, welche der oben erwähnten lumineszierenden Materialien in dem Leuchtschirm der Lampe in Abhängigkeit von der gewünschten Farbtemperatur verwendet wurden. Bei einer gegebenen Farbtemperatur erwies es sich als möglich, den Wert von R9 zu vergrößern, indem die Stärke der Emission im Wellenlängenbereich von 615 nm bis 780 nm relativ zur Stärke der Emission im Wellenlängenbereich von 280 nm bis 780 nm vergrößert wurde. Die Tabellen 2 bis 6 geben für jeweils die Farbtemperaturen 2700K, 3000K, 4000K, 5000K und 6500K die Beziehung zwischen dem Farbwiedergabeindex R9 und dem Verhältnis (in %) der Emission im Wellenlängenbereich 615 nm–780 nm zur Emission im Wellenlängenbereich 280 nm–780 nm an. Die Tabellen zeigen, dass es, unabhängig von der Farbtemperatur des von der Lampe erzeugten Lichtes, möglich ist, einen Wert für den Farbwiedergabeindex R9 oberhalb 20 zu wählen. Tabelle 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung, ausgedrückt in Gewichtprozent, des Leuchtschirms einer erfindungsgemäßen Lampe mit einer Farbtemperatur von 2700 K und dem Wert des Farbwiedergabeindex R9.
In einem typischen Test wurden drei Vitrinen mit gleichen Abmessungen je mit einer ersten Anzahl Tüchern, jedes in einer einzigen Farbe, und einer zweiten Anzahl Tüchern versehen, wobei jedes Tuch mit Mustern in einer Anzahl Farben bedruckt war. Jede der Vitrinen war mit einer Lampe versehen, die außerhalb der Vitrine nicht direkt sichtbar war und die die genannten Tücher über eine Anzahl Diffusoren mit einer Leuchtstärke von 150 Lux diffus und gleichmäßig beleuchtete. Jede der Lampen war eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer Farbtemperatur von ungefähr 2700 K. Die erste Lampe L1 war eine erfindungsgemäße Lampe, deren Leuchtschirm 19,5 Gew.-% CAT, 37,2 Gew.-% YOX und 43,36 Gew.-% CBTM enthielt. Die zweite Lampe L2 war eine Lampe mit einer sehr guten Farbwiedergabe (Ra,8 > 90) und die dritte Lampe L3 war eine nicht erfindungsgemäße Standard-Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einem Farbwiedergabeindex Ra,8 im Bereich zwischen 80 und 90. Der Farbort, der Farbwiedergabeindex Ra,8 und der Farbwiedergabeindex R9 dieser Lampen L1, L2 und L3 werden in Tabelle 8 gezeigt. Ungefähr 40 Testpersonen wurden gebeten anzugeben, welche Vitrine sie bevorzugten, und mehr als 50% wählten die Vitrine, die mit der erfindungsgemäßen Lampe L1 versehen war. Für jede der drei Lampen L1, L2 und L3 gibt 1 an, wie häufig die mit dieser Lampe versehene Vitrine als beste, zweitbeste und am wenigsten gute Vitrine gewählt wurde. Andere Test zeigten, dass eine solche Bewertung durch die Testpersonen nur erfolgte, wenn der Farbwiedergabeindex R9 der mit dem dritten Leuchtstoff versehenen Lampen höher war als 20. Es zeigte sich weiterhin, dass erfindungsgemäße Lampen eine im Mittel geringfügig bessere Beurteilung erhielten, wenn der Wert des Farbwiedergabeindex R9 höher war. Ein höherer Wert des Farbwiedergabeindex R9 bedeutet in der Praxis jedoch auch eine niedrigere Lichtausbeute der Lampe.
Tabelle 1: Für die verschiedenen Farbtemperaturen verwendete Leuchtstoffe
Tabelle 2: Beziehung R9 gegenüber dem Bruchteil von Strahlung von 615 nm an relativ zum Gesamtspektrum für eine Farbtemperatur von 2700 K
Tabelle 3: Beziehung R9 gegenüber dem Bruchteil von Strahlung von 615 nm an relativ zum Gesamtspektrum für eine Farbtemperatur von 3000 K
Tabelle 4: Beziehung R9 gegenüber dem Bruchteil von Strahlung von 615 nm an relativ zum Gesamtspektrum für eine Farbtemperatur von 4000 K
Tabelle 5: Beziehung R9 gegenüber dem Bruchteil von Strahlung von 615 nm an relativ zum Gesamtspektrum für eine Farbtemperatur von 5000 K
Tabelle 6: Beziehung R9 gegenüber dem Bruchteil von Strahlung von 615 nm an relativ zum Gesamtspektrum für eine Farbtemperatur von 6500 K
Für die Farbtemperaturen 3000K bis 6500K stehen keine Beispiele zur Verfügung.
Tabelle 7: R9 als Funktion der Schichtzusammensetzung (in Gew.-%) bei einer Farbtemperatur von 2700 K
Tabelle 8:

FIG. 1

Best: Beste
2nd Best: Zweitbeste
Worst: Schlechteste

Claims

Niederdruck-Quecksilberentladungslampe, die einen Farbwiedergabeindex Ra,8 zwischen 80 und 90 hat, einen Farbort auf oder nahe der Planckschen Kurve hat und die ein gasdichtes Lampengefäß umfasst, das den Durchgang von sichtbarem Licht erlaubt, Hg und eines oder mehrere Inertgase enthält und mit einem Leuchtschirm versehen ist, der Folgendes enthält: – einen ersten Leuchtstoff, der zwischen 520 nm und 565 nm emittiert, und – einen zweiten Leuchtstoff, der zwischen 590 nm und 630 nm emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtschirm weiterhin mit einem dritten Leuchtstoff versehen ist, der zwischen 615 nm und 780 nm emittiert, und dass der Farbwiedergabeindex R9 der Niederdruck-Quecksilberentladungslampe größer ist als 20.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1, bei der der Leuchtschirm weiterhin mit einem vierten Leuchtstoff versehen ist, der sein Emissionsmaximum im Bereich zwischen 430 nm und 490 nm hat.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Leuchtschirm auch mit Cer aktiviertes Yttrium-Aluminiumgranat umfasst.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Emission des dritten Leuchtstoffs im Bereich zwischen 615 nm und 700 nm liegt.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Leuchtstoff ein oder mehrere Materialien der durch mit Terbium aktiviertes Cer-Magnesiumaluminat, mit Gadolinium aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Cer-Magnesiumpentaborat und mit Cer aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Lanthanphosphat (LAP) gebildeten Gruppe umfasst.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Leuchtstoff mit dreiwertigem Europium aktiviertes Yttriumoxid (YOX) umfasst.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der der dritte Leuchtstoff ein oder mehrere Materialien aus der durch mit Mangan aktiviertes, mit Gadolinium aktiviertes und mit Terbium aktiviertes Pentaborat von Cer und Magnesium und mit Mangan aktiviertes Magnesiumgermanat gebildeten Gruppe umfasst.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der der vierte Leuchtstoff mit zweiwertigem Europium aktiviertes Barium-Magnesiumaluminat umfasst.
Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 8, bei der das Barium-Magnesiumaluminat auch mit Mangan aktiviert ist.