Brevet FR2046977A1 — publié le 19710312

-1- 2046977 La présente invention a trait, d'une façon générale, aux lampes et se rapporte plus spécialement aux dispositifs à décharge électrique utilisant des matières luminescentes présentant des répartitions d'énergie spectrales déterminées. 5 II est bien connu d'utiliser un mélange de plusieurs ma tières luminescentes présentant des répartitions d'énergie spectrales distinctes pour obtenir une combinaison présentant une répartition d'énergie spectrale générale déterminée. Il est évident que la combinaison préférée consiste à produire de 10 la lumière approximativement blanche avec un maximum de lumens. Dans la plupart des cas, le mélange est préparé en mélangeant simplement les différentes matières luminescentes et en les déposant sous la forme d'une couche unique, par exemple, sur la paroi intérieure d'une lampe fluorescente ordinaire ou sur la 15 paroi intérieure d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression. . • Le dépôt de couch.es distinctes de matières fluorescentes différentes sur la paroi avant et la paroi arrière d'une lampe fluorescente en forme de panneau est décrit dans le brevet 20 américain ïï° 3 409 792. Il a été démontré que la majeure partie des rayons ultraviolets produits dans une lampe fluorescente est absorbée par une fraction relativement faible de la matière fluorescente, notamment la matière qui se trouve le plus près de la source 25 des radiations. La matière fluorescente.qui absorbe une partie disproportionnée des radiations ultra-violettes émet en outre avec une intensité de fluorescence proportionnellement élevée par rapport au reste de la matière fluorescente. La présente invention a pour but de procurer une lampe à 30 décharge perféctionnée ayant une répartition d'énergie spectrale désirée déterminée produite par le débit combiné de différentes matières luminescentes particulières, ceci denmanière à réduire la dose requise d'un composant plus coûteux tout en gardant la répartition d'énergie spectrale désirée pour l'en-55 semble de la combinaison. 0e but est atteint en déposant les matières luminescentes en plusieurs couches uniformes sur le substrat, une ou plusieurs couches inférieures de la matière la moins coûteuse étant 0 22814 -2- 2046977 déposée sur le substrat transmettant la lumière tandis que la matière la plus coûteuse est déposée sous la forme d'une couche distinçte supérieure sur la qu les couches inférieures. .La couche supérieure la plus proche de la déchargé et des radiations ultra-violettes émanant de celle-ci. La couche supérieure comprenant la matière la plus coûteuse absorbe ion plus grand pourcentage des radiations ultra-violettes avec, comme conséquence, une augmentation de l'intensité fluorescente de la lumière émise par cette matière plus coûteuse » Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, plusieurs couches luminescentes distinctes sont déposées sur la paroi intérieure d'un dispositif à décharge à vapeur de mer- et cure a basse pression classique de forme allongée/ou tubulaire. L'invention ressortira clairement de la description donnée ci-après de formes d'exécution préférées représentées uniquement à titre d'exemple aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue.en élévation, partiellement en coupe, d'un dispositif à décharge à vapeur de mercure à basse pression dont la paroi intérieure est recouverte conformément à la présente invention ; . - la figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un tube à arc à vapeur de mercure à haute pression classique enfermé dans une enveloppe extérieure ayant la forme d'une ampoule et dont la paroi intérieure est recouverte conformément à la présente inventionj - la figure 3 est un graphique donnant la répartition d'énergie spectrale d'une forme d'exécution de l'invention, l'énergie d'émission relative étant portée en fonction de la longueur d'onde en nanomètres, et - la figure 4 est un graphique donnant la répartition d'énergie spectrale d'une autre forme d'exécution de l'invention, l'énergie d'émission relative étant portée en fonction de la longueur d'onde en nanomètres. L'invention est décrite le mieux en se référant à la lampe fluorescente à vapeur de mercure à basse pression représentée à la figure 1 et consistant en une enveloppe de forme allongée et tubulaire classique en verre à base de chaux et de soude 10 contenant des électrodes d'entretins® de décharge 12 à ses deux extrémités. Le remplissage d'entretien de la décharge à l'intérieur de la lampe consiste en du mercure et un gaz 70 22814 -5- 2046977 inerte, comme cela est "bien connu. Une première couche 14 de matière luminescente est déposée sur la paroi intérieure de l'enveloppe 10. Une deuxième couche distincte 16 d'une autre matière luminescente est déposée sur la première couche 14. Gomme 5 on le sait, une décharge à vapeur de mercure à "basse pression provoque des radiations résonnantes de mercure présentant une c composante ultra-violette importante. Cette composante ultraviolette, se présentant principalement à 254 nanomètres, excite les matières luminescentes de manière que celles-ci émettent des 10 _ radiations visibles par fluorescence. Dans la pratique de l'invention, les couches luminescentes distinctes permettent à la matière luminescente coûteuse qui est la plus proche de la source de rayons ultra-violets d'absorber une dose de rayons ultra-violets plus grande que celle qui 15 serait absorbée par le même point de la matière fluorescente faisant partie d'un mélange comme cela se fait d'habitude. Lorsqu'on utilise un mélange de matières luminescentes de façon que la combinaison de matières présente une répartition d'énergie spectrale déterminée, une des matières luminescentes peut être 20 particulièrement coûteuse. On a démontré que, si on dépose ce composant très coûteux du mélange sous la forme d'une couche distincte qui est la première atteinte par les radiations ultraviolettes, la quantité de ce composant coûteux nécessaire pour que la combinaison des matières produise la répartition d'éner-25 gie spectrale déterminée désirée, est notablement réduite. A titre d'éxempie, lorsque la répartition d'éneègie spectrale déterminée désirée est celle correspondant à ce que l'on nomme de la lumière "blanc vif", c'est-à-dire la répartition indiquée à la figure 3 avec les coordonnées de couleur x =0,366, 30 y = 0,376, z = 0,258 et une température de couleur d'environ 4 400 degrés Kelvin, on utilise Tin mélange des matières fluorescentes suivantes classiques bien connues; pour une ampoule 2 ï-12 de 40 watts, on utilise environ 1,78 mg par cm de phosphate de strontium et magnésium activé à l'étain, environ 2,3 35 mg par crn^ de halophosphate de strontium bleu activé à l'anti- Q moine, environ 0,09 mg par cm de silicate de zinc activé au manganèse et environ 0,46 mg par cm^ d'oxyde d'yttrium-europium. Le composant de ce mélange constitué par l'oxyde d'yttrium- 70 22814 2046977 europium procure la composante rouge de la répartition d'énergie spectrale composite. Ce composant donne au mélange son débit lumineux bien équilibré et un rendement de couleur très élevé. Cependant, les métaux de terre rare comme l'yttrium et 1*europium 5 sont coûteux et leur utilisation en grandes quantités rend le mélange coûteux. Il a été découvert que, lorsque le phosphate de strontium et magnésium, le halophosphate de strontium bleu et le silicate de zinc sont mélangés et appliqués en une première couch.e qui 10 est ensuite recouverte d'une couche distincte d'oxyde d'yttrium-europium, on peut obtenir pour la combinaison de toutes les matières la même répartition d'énergie spectrale en utilisant environ un cinquième de la quantité d'oxyde d'yttrium-europium par rapport à la quantité utilisée lorsque le mélange des matières 15 fluorescentes est déposé en une seule couche. On applique la pre-mière couche en une quantité d'environ 4,49 mg/cm , en mélangeant les différentes matières sous la forme d'un vernis avec un liant de nitrocellulose. le mélange ainsi constitué contient en poids de matière luminescente sèche environ 41 % de phosphate de 20 strontium et magnésium, 55 % 70 22814 -5- 2046977 pérature de couleur est d'environ 2 800 degrés Kelvin et les coordonnées de couleur sont x = 0,456, y = 0,415, z = 0,129» Pour obtenir cette répartition d'énergie spectrale sous forme de "couleur incandescente" selon la présente invention, on 5 dépose une première couche luminescente constituée par un mélange de matières fluorescentes "bien connues, notamment 1'orth.o silicate de zinc activé au manganèse et le tungstate de calcium. Dans le cas d'une enveloppe tubulaire T-12 de 40 watts et d'un vernis contenant un liant nitrocellulose de type connu, la pre-10 mière couche est appliquée en une quantité de 1,77 mg par cm d'ortliosilicate de. zinc activé au manganèse et environ 0,92 mg O par cm de tungstate de calcium. Après séchage de cette première - couche, on applique une couche supérieure distincte comprenant 2 environ 0,77 mg par cm d'oxyde d'yttrium-europium en utilisant 15 un vernis contenant un liant éthylcellulose. Les liants sont volatilisés en passant l'enveloppe dans un four, et la lampe est ensuite achevée. En fonctionnement, une telle lampe présente une répartition d'énergie spectrale comme celle représentée à la figure 4. 20 Pour obtenir la même répartition d'énergie spectrale dési rée en utilisant un mélange de ces mêmes matières en une seule couche, les quantités de matières requises sont d'environ 2,3 mg 2 2 par cm d'oxyde d'yttrium-europium, d'environ 0,85 mg par Gm de 2 ZmSiO^ : Mn et d'environ 0,46 mg par cm de tungstate de calcium. 25 Par conséquent, dans le cas de la présente invention, la quantité requise d'oxyde d'yttrium-europium coûteux est réduite .à environ un tiers. * Suivant la présente invention, on peut utiliser n'importe quel nombre de combinaisons de mélanges. On peut obtenir un 30 débit lumineux visible et un rendement de couleur maxima en provoquant des émissions, de faible étendue spectrale dans trois régions spécifiques du spectre visible. Une grande partie des recherches sur les matières fluorescentes a été faite dans le but de trouver de tels émetteurs à faible bande spectrale dans les 35 régions désirées. Comme on le sait, les métaux de térre rare tendent à devenir fluorescents dans les limites d'une raie ou d'une bande très étroite d'émission, de sorte que de nombreuses matières fluorescentes nouvelles consistant en des mélanges comprennent, comme composants, des métaux de terre rare. Ces matiè 70 22814 -6- 2046977 res fluorescentes sont généralement très coûteuses et leur utilisation industrielle est donc limitée si on les utilise de la façon classique, c'est-à-dire dans des mélanges homogènes. La présente invention permet de réduire notablement la quantité requise d'une matière fluorescente particulière coûteuse ayant une répartition d'énergie spectrale particulière dans la composition d'un mélange fluorescent efficace. Bien que, dans les formes d'exécution préférées de l'invention, on décrive des liants spécifiques pour l'application de différentes couches fluorescentes, il va de soi que la seule condition à remplir pour déposer des couches fluorescentes séparées consiste à choisir un vernis contenant un liant suffisamment stable après séchage, afin d'éviter ainsi que l'application d'une autre couche de vernis contenant des matières fluorescentes ne perturbe la ou les couches sèches déjà déposéesi. Les techniques de revêtement utilisées sont entièrement classiques. Dans le cas d'applications de la présente invention s'accompagnant de modifications évidentes comme l'utilisation d'autres combinaisons de matières luminescentes, les densités de revêtement varieront pour chaque combinaison particulière de fa« çon à obtenir, pour la combinaison des matières fluorescentes, la répartition d'énergie spectrale d'ensemble désirée. D'une façon générale, il est préférable d'utiliser une combinaison à deux couches plutôt qu'une combinaison à trois couches distinctes ou plus, parce que cela nécessite moins de manipulations en cours de fabrication. Lorsqu'on applique la présente invention à une lampe à vapeur de mercure à haute pression comme celle représentée en 20 à la figure 2, il est préférable d'utiliser des matières fluorescentes présentant une très bonne caractéristique de dépendance de la température. Les différentes couches fluorescentes sont déposées sur la paroi intérieure de l'ampoule en verre extérieure 22, celle-ci étant hermétiquement scellée autour du tube à arc 24. La présente invention peut être mise en application avec de nombreuses combinaisons de matières fluorescentes. Parmi les autres matières fluorescentes coûteuses ayant des répartitions d'énergie spectrales souhaitables et qui peuvent être utilisées 70 22814 -7- 2046977 pour former la couche supérieure de la combinaison, on peut citer le fluorogermanate de magnésium, le digallate de calcium activé au manganèse et le borate d'indium activé à 1'europium. les combinaisons fluorescentes citées sont données simplement à titre d'exemple et l'invention n'est aucunement limitée à celles 5 ci. A titre d'exemple différent, s'il faut disposer de trois matières fluorescentes pour obtenir une répartition d'énergie spectrale désirée et, si une matière fluorescente est très coûteuse, une deuxième étant moyennement coûteuse et une troisième 10 économique, le procédé préféré consiste à déposer les matières fluorescentes sur le support en verre en trois couches distinctes et dans l'ordre suivant : d'abord la matière fluorescente économique, ensuite la matière fluorescente moyennement coûteuse puis la matière fluorescente très coûteuse. 70 22814 -8- 2046977 REVENDICATIONS 1= Dispositif à décharge électrique comprenant une enveloppe transmettant la lumière, une source de rayons ultra-violets à l'intérieur de l'enveloppe et, sur la paroi intérieure 5 de l'enveloppe, des quantités déterminées de compositions luminescentes distinctes de prix différents permettant d'obtenir une répartition d'énergie spectrale résultante déterminée, caractérisé par le fait que ces compositions luminescentes distinctes de prix différents se présentent sous la forme de cou-10 ch.es uniformes mais distinctes superposées, la composition la plus coûteuse constituant la couche supérieure qui est atteinte la première par les radiations ultra-violettes, grâce à quoi la proportion de radiations ultra-violettes absorbée par la composition luminescente la plus coûteuse est augmentée, la 15 quantité de cette composition la plus coûteuse requise pour obtenir une intensité de fluorescence donnée étant réduite. 2.- Dispositif à décharge électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les couches restantes, c'est-à-dire de la couche adjacente à la couche coûteuse à la couche 20 inférieure la plus proche de la paroi intérieure^ de l'enveloppe, sont déposées dans un ordre de prix décroissant u.es composi- ' tions luminescentes respectives constituant ces couches restantes. 3.- Dispositif à décharge électrique selon la revendica-^5 tion 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche inférieure consiste essentiellement en un mélange de quantités déterminées de phosphate de strontium-magnésium activé à l'étain et de silicate de zinc activé au manganèse, la couche supérieure consistant essentiellement en de l'oxyde d'yttrium-europium. 30 4-.- Dispositif à décharge électrique selon la revendica tion 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche inférieure consiste essentiellement en un mélange de quantités déterminées-d'ortho-silicate de zinc activé au manganèse et de tungstate de calcium, la couche supérieure consistant essentiellement en 35 de l'oxyde d'yttrium-europium.