Brevet FR2001295A1 — publié le 19690926

i 2uû "i 295 La présente invention concerne des lampes fluorescentes et plus particulièrement des lampes fluorescentes présentant un rendu des couleurs amélioré. Dans les lampeè fluorescentes de l'art antérieur du type à 5 rendu des couleurs amélioré on effectuait le mélange de quatre ou cinq types de matériaux fluorescents et la poudre obtenue en pulvérisant le mélange était enduite sur la surface interne de tubes en verre afin d'obtenir une distribution spectrale substantiellement uniforme sur toute la gamme du visible. 10 Toutefois la distribution de l'énergie lumineuse de telles lampes fluorescentes antérieurement connues n'était pas améliorée, au moins en ce qui concerne le spectre des lignes de résonance du mercure. Plus spécialement, l'intensité du spectre des lignes de résonance du mercure ayant des longueurs d'ondes de 436nm et 546nm, 15 qui correspond à de grandes valeurs de l'énergie lumineuse, ne diffère pas des intensités des lampes conventionnelles du type couleur blanche ou du type lumière du jour. Il en résulte que, même avec des lampes fluorescentes ayant dans la partie spectrale continue des caractéristiques voisines de celle d'une source lumineuse idéa-20 le, il existe un problème en ce qui concerne le rendu des couleurs du fait que la couleur jaune ou la couleur rouge jaunâtre qu'elles émettent présente un glissement vers le vert jaunâtre. En conséquence, même dans les lampes fluorescentes antérieures du type à rendu des couleurs amélioré, l'indice général CIE du rendu des 25 couleurs est au plus d'environ 93. Un objet de la présente invention est de fournir des lampes fluorescentes ayant un pouvoir de rendu des couleurs largement amélioré et des efficacités élevées. Conformément à la présente invention, une première couche 30 fluorescente ayant une épaisseur de 21+5 microns est formée en appliquant, sur la surface de la paroi interne d'un tube en verre transmettant la lumière, au moins un matériau fluorescent choisi parmi le fluorogermanate de magnésium activé au manganèse et l'ar-séniate de magnésium activé au manganèse. Sur cette première couche 35 est formée une seconde couche de matériau fluorescent, ayant une épaisseur de 9Î 5 microns, en déposant un mélange comprenant au moins un matériau fluorescent assurant une composante bleue, choisi parmi le tungstate de calcium, les halophosphates de calcium activés à l*antimoine et le tungstate de magnésium et un matériau 40 fluorescent assurant une composante orange choisi parmi l*ortha- 6902315 2 2001295 phosphate de calcium-strontium activé à l'étain, 1'orthophosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain et les halophospha-tes de calcium activés à l'antimoine et au manganèse. La première couche fluorescente absorbe la couleur bleue 5 pour émettre une couleur rouge profond. Cette transformation du bleu en rouge profond est effectuée sans aucune perte d'énergie appréciable, ce qui assure une efficacité élevée de la lampe. La seconde couche fluorescente présente une luminescence substantiellement uniforme du bleu au rouge. 20 La lampe fluorescente conforme à la présente invention com prend une enveloppe scellée assurant la transmission de la lumière, des électrodes en bobines scellées aux deux extrémités de la dite enveloppe, une certaine quantité de mercure et un gaz ionisable inerte enfermés dans la dite enveloppe, une première couche fluores-cente comportant au moins un matériau fluorescent choisi parmi le fluorogermanate de magnésium activé au manganèse et l'arséniate de magnésium activé au manganèse, la dite première couche étant déposée sur la surface de la paroi interne de la dite enveloppe et ayant une épaisseur de 21+5 microns et une seconde couche fluores-20 cente déposée sur la dite première couche fluorescente, la dite seconde couche fluorescente comportant un mélange de, au moins, un matériau fluorescent qui émet dans la bande bleu du rayonnement visible et qui est choisi parmi le tungstate de magnésium, le tungstate de calcium et les halophosphates de calcium activés à 25 l'antimoine et au moins un matériau fluorescent qui émet dans la bande orange du spectre visible et qui est choisi parmi 1'ortho-phosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain, l'ortho-phosphate de calcium-strontium activé à l'étain et les halophosphates de calcium activés à l'antimoine et au manganèse, la dite 30 seconde couche fluorescente ayant une épaisseur de 9+5 microns. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip-» tion détaillée faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels s Fig. 1 est une vue en élévation latérale, partie en coupe 35 et avec arrachement partiel, d'une lampe fluorescente présentant un rendu des couleurs amélioré, et Fig. 2 est un graphique illustrant la distribution spectrale lumineuse de la lampe fluorescente représentée dans la figure 1. Conformément à un mode de réalisation de la présente inven» 40 tion, une enveloppe en verre 1 a été préparée avec un diamètre 6902315 3 2001295 externe de 32mm et une longueur d'approximativement 1200mm et, sur la paroi interne de l'enveloppe, a été formée une première couche fluorescente 2 de 21 microns d'épaisseur en dés osant, par un procédé bien connu, une composition comprenant un mélange de 50 7o en poids 5 de fluorogermanate de magnésium activé au manganèse et de 50 % en poids d'arséniate de magnésium activé au manganèse. Sur la première couche fluorescente a été formée une seconde couche fluorescente 3 ayant une épaisseur de 9 microns, en appliquant une composition comprenant un mélange de 44 % en poids de tungstate de magnésium ÎO et de 56 % en poids d*orthophosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain. Une électrode en bobine 4 a été scellée à chaque extrémité de l'enveloppe en verre 1 portant les couches fluorescentes appliquées comme ci-dessus décrit. Sur les deux extrémités de la dite enveloppe 1, sont fixés des culots 5-5 comprenant une paire 15 de broches 6-6 connectées respectivement aux deux extrémités de 1 * électrode en bobine. Après mise sous vide de l'enveloppe, une certaine quantité de Mercure et un gaz ionisable inerte ont été enfermés dans l'enveloppe 1. De cette manière, on a réalisé une lampe fluorescente ayant un wattage moyen de 40 watts et un rendu des 20 couleurs amélioré. La lampe fluorescente avait une température de couleur de 5000°K, un indice général CIE de rendu des couleurs Ra=98. et un flux lumineux total de 2300 lumens. La lampe fluorescente conventionnelle présentant un rendu de 25 couleur amélioré mais -comportant un dépôt d'une seule couche fluorescente, a un indice général de rendu des couleurs Ra=93 et un flux lumineux total de 2100 lumens pour substantiellement la même température de couleur. Ceci signifie que le mode de réalisation ci-dessus décrit présente un rendu des couleurs largement amélioré 30 ainsi qu'une haute efficacité de la lampe par rapport aux lampes fluorescentes conventionnelles de ce type. Les caractéristiques lumineuses de la lampe fluorescente présentant un rendu des couleurs amélioré seront décrites ci-après avec référence à la figure 2 dans laquelle les abscisses correspon-35 dent aux longueurs d'onde en nra et les ordonnées aux énergies relatives en pour-cent et aux pourcentages de l'absprption de l'énergie lumineuse de la première couche fluorescente 2. La courbe a représente la caractéristique d'absorption d'énergie lumineuse de la première couche fluorescente 2 tandis que la 40 courbe b représente la caractéristique lumineuse de celle-ci. Com 6902315 4 2001295 me cela ressort nettement des courbes a et b , la première couche fluorescente 2 absorbe bien les énergies lumineuses du spectre des lignes de résonance du mercure ayant des longueurs d'ondes de 406 nm et de 436 nm dans la partie du spectre continu de la bande 5 du bleu profond, ayant une longueur d'onde inférieure à 450 nmt et de la bande des ultraviolets et transforme ces énergies en une cour-leur rouge profond ayant essentiellement une longueur d'onde de 655 nra qui est le spectre lumineux caractéristique de la première couche fluorescente 2. lO La courbe c représente la caractéristique lumineuse d'une lampe fluorescente ayant une couche fluorescente unique constituée seulement avec les matériaux fluorescents de la dite seconde couche fluorescente 3» La seconde couche fluorescente 3 absorbe les rayons ultraviolets ayant une longueur d'onde de 254 nm engendrés 15 par la décharge dans la vapeur de mercure et transforme la plus grande partie de l'énergie absorbée en rayons lumineux visibles, ce qui donne une émission de radiations telle que représentée par la courbe c correspondant dans l'ensemble à un blanc bleuâtre. Par la combinaison des première et seconde couches fluorescentes, la 20 bande du bleu profond, ayant une longueur d'onde inférieure à 450 nm, de 1'énergie lumineuse provenant de la seconde couche fluorescente 3 est absorbée par la première couche fluorescente 2 et l'énergie ainsi absorbée est transformée en une couleur rouge profond, ayant essentiellement une longueur d'onde de 655 nm, par 25 action de la première couche fluorescente 2» La transformation de la bande du bleu profond en la bande du rouge profond est accomplie sans aucune perte appréciable d'énergie ce qui, non seulement, contribue à l'amélioration de l'efficacité de la lampe, mais également, permet d'intensifier dans toute la mesure du possible la lumines-30 cence bleue de la seconde couche en réduisant le pourcentage du spectre des lignes de résonance du mercure ayant des longueurs d' ondes de 406 et 436 nm, par rapport à l'énergie lumineuse du spectre continu de la couleur bleue. La courbe c présente une dépression entre les longueurs d'ondes de 500 nm et 600 nm qui équilibre 35 parfaitement l'énergie du spectre de la ligne de résonance du mercure ayant des longueurs d'ondes de 456 nm et 576 nm, ce qui assure une distribution uniforme de l'énergie spectrale sur la totalité du spectre visible. De plus, la seconde couche fluorescente 3 absorbe les rayons ultraviolets ayant une longueur d'onde de 254 nm, 40 engendrés par la décharge dans la vapeur de mercure et transforme 6902315 5 2001295 la majeure partie de l'énergie absorbée en rayons lumineux visibles,, ce qui améliore l'efficacité de la lampe fluorescente. La courbe d comportant les débits correspondant au spectre des lignes de résonance du mercure, représente la caractéristique 5 lumineuse de la lampe fluorescente illustrée conforme à la présente invention. Comme le montre clairement la courbe d, la distribution de l'énergie spectrale de la lampe fluorescente est substantiellement uniforme sur la totalité de la bande du spectre visible. On notera que l'énergie du spectre des lignes de résonance du mercure 10 correspondant à la longueur d'onde de 436 ni, qu'il a été jusqu'ici considéré comme impossible de supprimer, est réduite à moins des deux tiers de la valeur des lampes fluorescentes conventionnelles. Quoique, dans le mode de réalisation ci-dessus, là première couche fluorescente 2 soit formée par un mélange de matériaux 15 fluorescents comprenant du fluorogermanate de magnésium activé au manganèse et de l'arséniate de magnésium activé au manganèse, on comprendra que la couche fluorescente 2 peut être composée par 1* un seulement de ces matériaux. Lorsque l'on utilise un mélange des matériaux, le rapport de mélange n'a pas d'importance en ce qui 20 concerne le résultat recherché par la présente invention. L'épaisseur de la première couche fluorescente 2 peut être dans la gamme de 21 + 5 microns. Si l'épaisseur de cette, couche était inférieure à 16 microns, le spectre de la ligne de résonance du mercure ayant une longueur d'onde de 436 nm serait transmis, de sorte que le 25 rendu de couleur recherché ne serait pas réalisé. D'autre part, si l'épaisseur de la couche fluorescente 2 était supérieure à 26 microns, le pourcentage de transmission de la lumière colorée émise se trouverait réduit ce qui abaisserait le flux lumineux total de la lampe. 30 Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, la seconde couche fluorescente 3 a été formée par un mélange de matériaux fluorescents comprenant du tungstate de magnésium et un orthophosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain, le premier agissant comme agent de composante bleue tandis que le second agis-35 sait comme agent de composante orange. On doit toutefois comprendre que la seconde couche fluorescente 3 n'est pas limitée à la composition précitée . C'est ainsi, par exemple, que, comme agent de composante bleue, on peut utiliser du tungstate de calcium ou un halophosphate de calcium activé à l'antimoine. Alternativement, 40 on peut utiliser un mélange de deux ou trois des matériaux fluorés- OV02315 6 2001295 cents ci-dessus décrits (tungstate de magnésium, tungstate de calcium et halophosphates activés à l,antimoine) sous tout rapport désiré. Comme agent de la composante orange, on peut utiliser soit 1'orthophosphate de calcium-strontium activé à l'étain, soit un 5 halophosphate de calcium activé avec l'antimoine et le manganèse. Alternativement, on peut utiliser des mélanges de deux ou trois des matériaux fluorescents ci-dessus décrits (orthophosphate de strontium-œagnésium-calcium activé à l'étain, orthophosphate de calcium strontium activé à l'étain et halophosphates de calcium 10 activés avec l'antimoine et le manganèse) sous tout rapport désiré. Généralement les équations suivantes se trouvent vérifiées entre le taux de mélange des agents de composantes bleue et orange de la seconde couche fluorescente 3 et la température de couleur de la lampe fluorescente utilisant ce mélange: 15 x = §gg - 31, x + y = 100 Dans laquelle x représente le poids en pour cent de l'agent de composante bleue, £ le poids en pour cent de l'agent de composante orange et T la température de couleur en °K. Généralement 3000 ^ T -é- 70Q0. Dans le mode de réalisation ci-dessus, x = 44 , 20 y = 56 et ï = 5000, Il est souvent nécessaire de compenser le rapport d'incorporation des dits agents de composantes bleue et oran» ge dans une gamme de + 10 % par rapport aux dites valeurs de x et d*jr , afin d'obtenir la température de couleur recherchée. Habituellement, la dite gamme va de + 5 % en poids à ± 7 % en poids, 25 De plus, il a été trouvé que dans une gamme de + ÎO % en poids, le rendu des couleurs de la lampe fluorescente ne se trouvait pas dé« gradé matériellement. Alors que, dans le mode de réalisation ci-dessus, l'épaisseur de la seconde couche fluorescente 3 était de 9 microns, cette 30 épaisseur peut varier dans une gamme de 9 + 5 microns. Si l'épais» seur était inférieure à 4 microns, la seconde couche ne pourrait fournir des radiations suffisantes ce qui abaisserait le rendu des couleurs. D'autre part, si l'épaisseur était supérieure à 14 microns, l'énergie d'excitation pour la première couche fluorescente 35 se trouverait réduite par l'absorption de la raie 254 nm par la seconde couche 3, ce qui réduirait le rendu des couleurs. En ce qui concerne la première la seconde couche fluorescente 2 et 3, il est important que l'épaisseur de la première cou-che fluorescente 2 soit de 21* 5 microns et que celle de la seconde 6902315 7 2001295 couche fluorescente 3 soit de 9±5 microns. Au cas où les épaisseurs s'écarteraient des gammes spécifiées, l'indice général CIE de rendu des couleurs Ra de la lampe obtenue se trouverait en dehors de la gamme allant de 95 à 98. Un certain degré de non-5 uniformité de l'épaisseur de la première et de la seconde couches fluorescentes mesurée le long de la longueur de l'enveloppe en verre de la lampe fluorescente, peut être autorisé pour autant que 1* importance de la non-uniformité de l'épaisseur soit maintenue dans les gammes spécifiées. Autrement, il en résulterait une lumines-ÎO cence non uniforme le long de la longueur de l'enveloppe de verre. Le fluorogermanate de magnésium activé au manganèse qui est le matériau fluorescent constituant la première couche fluorescente de l'invention n'est pas dégradé par les rayons ultraviolets aux températures élevées. En conséquence, en accroissant le taux 15 du dit matériau fluorescent, la présente invention peut être facilement appliquée, avec de bons résultats, à des lampes fluorescentes de débit élevé et de débit extrêmement élevé. 6902315 8 2001295 REVENDICATIONS 1.- Une lampe fluorescente comprenant une enveloppe scellée en un matériau transmettant la lumière, des électrodes en bobines scellées aux deux extrémités de la dite enveloppe, une certaine 5 quantité de mercure et un gaz inerte ionisable enfermés dans la dite enveloppe et une couche en un matériau fluorescent appliquée sur la paroi interne de la dite enveloppe caractérisée en ce que la couche de matériau fluorescent comporte une première couche ayant une épaisseur de 21+ 5 microns constituée par au moins un matériau 10 fluorescent choisi parmi le fluorogermanate de magnésium activé au manganèse et l'arséniate de magnésium activé au manganèse et une seconde couche ayant une épaisseur de 9± 5 microns constituée par au moins un matériau fluorescent assurant une composante bleue, choisi parmi le tungstate de calcium, les halophosphates de calcium 15 activés à l'antimoine et le tungstate de magnésium et un matériau fluorescent assurant une composante orange choisi parmi l'ortho-phosphate de calcium-strontium activé à l'étain, 1•orthophosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain et les halophosphates de calcium activés à l'antimoine et au manganèse. 20 2„~ Une lampe fluorescente selon la revendication 1 caracté risée en ce que le mélange d'au aoins un matériau fluorescent assurant la radiation de la bande bleue et d'au moins un matériau fluorescent assurant la radiation de la bande orange satisfait aux équations ï 25 x = —q - 31 et x + y = ÎOO dans lesquelles x + 10 est le pourcentage en poids du premier matériau fluorescent et y + ÎO est le pourcentage en poids du second matériau fluorescent, respectivement, sur la base du poids total de la seconde couche fluorescente et T représente la température de 30 couleur en °K de la dite lampe fluorescente, celle-ci étant comprise entre 3000 et 7000. 3'.- Une lampe fluorescente selon la revendication 2 caractérisée en ce que la première couche fluorescente comprend 50 % en poids de fluorogermanate de nagnésium activé au manganèse et 50 % 35 en poids d'arséniate de magnésium activé au manganèse, les deux dits pourcentages étant basés sur le poids total de la dite première couche fluorescente. 4.- Une lampe fluorescente selon la revendication 2 caractérisée en ce que la seconde couche fluorescente comprend 44 % en 6902315 9 2-" "'"295 poids de tungstate de magnésium et 56 % en poids d*orthophosphate de strontium-magnésium-baryum activé à l'étain.