Brevet FR2123396A1 — publié le 19720908

La présente invention est relative aux lampes à vapeur de mercure à haute pression à couleur corrigée. Les lampes à vapeur de mercure à haute pression sont habituellement utilisées pour l'éclairage des autoroutes, des aires de parking, des travées d'usine 5 et pour d'autres applications semblables. Bien que la couleur de ces lampes ne soit pas désagréable, le rendu des couleurs des objets éclairés, et en particulier le rendu des couleurs des teintes de la chair est extrêmement pauvre. Afin d'améliorer le rendu des couleurs des objets éclairés, on a placé sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure un revêtement constitué par une substan-10 ce luminescente fluorescente rouge afin d'utiliser les radiations ultraviolettes engendrées par l'arc et qui autrement seraient gaspillées. Bien que le rendu des couleurs des objets éclairés et, entre autres des teintes de la chair, soit quelque peu amélioré par l'utilisation d'une substance fluorescente rouge, l'aspect des couleurs de ces objets éclairés est encore relativement mauvais. C'est ce 15 qui a limité l'utilisation de telles lampes à vapeur de mercure à des applications où un bon rendu des couleurs des objets éclairés et en particulier des teintes de la chair, n'est pas indispensable. La méthode internationalement admise pour la standardisation et la mesure des qualités du rendu des couleurs des sources de lumière est exposée dans la 20 publication de la Commission Internationale de l'Eclairage C.I.E. No.13 (E-1.3. 2) 1965. Suivant la présente invention, une lampe à vapeur de mercure à haute pression à couleur corrigée qui permet d'obtenir un bon rendu des couleurs des objets éclairés et spécialement des teintes de la chair humaine comprend un tube 25 à arc qui émet à la fois des radiations visibles et ultraviolettes, une enveloppe entourant le dit tube à arc, un revêtement de substance luminescente appliqué sur la surface intérieure de la dite enveloppe, le dit revêtement de substance luminescente comprenant deux composants luminescents qui émettent pendant l'excitation par des radiations ultraviolettes, le premier, une lumière fluores-30 cente confinée principalement dans la région des longueurs d'onde les plus courtes du spectre visible avec un maximum entre 440-470 nanomètres, et le second, une lumière fluorescente confinée principalement dans la région des longueurs d' onde les plus longues du spectre visible, avec un maximum entre 605-630 nanomètres, le rapport entre le flux émis à des longueurs d'onde courtes par le premi-35 er composant et le flux émis à des longueurs d'onde longues par le second composant étant compris entre 0,05/1 et 0,4/1. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une lampe 40 à vapeur de mercure à haute pression qui possède un revêtement de substance 72 02380 2 2123396 luminescente suivant la présente invention. - La figure 2 est un diagramme du flux énergétique relatif par rapport à la longueur d'onde montrant l'émission spectrale d'une lampe standard à vapeur de mercure à haute pression pour les longueurs d'onde entre 300 et 700 nanomètres. 5 - La figure 3 représente un diagramme de chromaticité du système C.I.E, x et y représentant les coordonnées et sur lequel la gamme des couleurs d'une lampe à vapeur de mercure dite "blanc de luxe" est reliée par deux traits formant une bande avec la couleur complémentaire qui compense le mieux les radiations jaunes de la lampe à vapeur de mercure. 10 - La figure 4 est un diagramme du flux (en watts) émis en fonction de la longueur d'onde exprimée en nanomètres pour trois différentes émissions fluorescentes dont les maxima se situent à 430, 450 et 470 nanomètres. - La figure 5 est un diagramme de l'indice du rendu des couleurs en fonction de la longueur d'onde montrant l'indice résultant du rendu des couleurs de l'ob- 15 jet de couleur jaune utilisé par la Commission Internationale de l'Eclairage (publication C.I.E. No.13) éclairé par une lampe à vapeur de mercure dite "blanc de luxe", tel que modifié par l'addition de radiations visibles de faible longueur d'onde possédant des maxima d'émission entre 430 et 480 nanomètres. - La figure 6 est un diagramme du flux relatif en fonction de la longueur d' 20 onde illustrant la répartition spectrale pour de la chloroapatite de strontium activée par de l'europium bivalent. - La figure 7 est un graphique du flux relatif en fonction de la longueur d' onde illustrant la répartition spectrale pour du phosphate-vanadate d'yttrium activé par de l'europium trivalent. 25 - La figure 8 est un diagramme de l'indice global du rendu des couleurs en fonction du rapport des poids des composants luminescents bleu/rouge, et - La figure 9 est un détail à grande échelle vu en coupe, d'une enveloppe portant un revêtement dont les deux composants luminescents sont appliqués en deux couches séparées. 30 Suivant la figure 1, une lampe à vapeur de mercure 10 à haute pression com prend un tube à arc intérieur 12 entouré d'une enveloppe transparente extérieure 14 en verre. Le tube à arc intérieur 12, normalement fabriqué en quartz, est bien connu. Il contient des électrodes principales 16 placées à chacune de ses extrémités, ainsi qu'une électrode d'amorçage 18 située à proximité de l'une 35 des électrodes principales 16. Le tube à arc intérieur 12 est supporté de manière adéquate dans une enveloppe extérieure 14 par une armature classique 20. Une résistance d'amorçage 22 est utilisée pour raccorder l'électrode d'amorçage 18 à une borne de la source de tension. La tension d'alimentation est appliquée aux électrodes 16 du tube à arc par des conducteurs 24, qui sont eux-mêmes raccordés 40 à un culot à visser classique 26. La surface intérieure de l'enveloppe 14 porte 72 02380 3 2123396 un revêtement 2c comprenant principalement deux composants luminescents dont il sera fait mention ci-après. La figure 2 représente l'émission spectrale d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression, nue ou non corrigée pour des longueurs d'onde comprises entre 5 300 et 700 nanomètres. En dehors du domaine représenté, des lignes importantes existent dans l'ultraviolet et à des longueurs d'ondes inférieures à 300 nanomètres. Dans la technique antérieure, il était courant de corriger la couleur de l'émission lumineuse de l'arc en ajoutant des radiations de grande longueur d' onde par l'application d'un revêtement sur la face intérieure de l'enveloppe 10 extérieure, comprenant une substance luminescente du type décrit dans le brevet US. 2 748 303, déjà cité ou d'autres types de substances luminescentes, comme par exemple, du vanadate d'yttrium ou du phosphate-vanadate d'yttrium activés par de l'europium trivalent. Bien qu'une telle substance luminescente améliore quelque peu le rendu des couleurs des objets éclairés, la couleur des teintes de 15 la chair humaine laisse encore beaucoup à désirer. Suivant la présente invention, il s'est avéré que ce mauvais rendu des couleurs des teintes de la chair est causé par les très fortes variations de jaune qui sont émises par l'arc dans la vapeur de mercure. Dans le diagramme de chromaticité x, y, représenté à la figure 3, la cou-20 leur de la lampe classique à vapeur de mercure du type dit "blanc de luxe" qui contient une substance luminescente du type vanadate pour assurer la correction de la couleur est indiquée par les lettres "D.W.". Sur ce diagramme, on trouve également deux lignes tracées des points correspondant à 570 et à 5^0 nanomètres de la partie jaune du diagramme, jusqu'au point correspondant à 450 nanomètres 25 de la partie bleue de ce même diagramme, indiquant que les radiations de jaune indésirables de l'arc dans la vapeur de mercure doivent être composées par des radiations de bleu dont la longueur d'onde est voisine de U50 nanomètres. Les radiations de bleu sont évidemment complémentaires à celles du jaune et si des radiations de bleu sont ajoutées en combinaison avec des radiations de longueurs 30 d'onde les plus élevées émises par la substance luminescente du type vanadate, le rendu des couleurs des objets éclairés, et particulièrement des teintes de la chair humaine, est sensiblement amélioré comme montré ci-après. Pour obtenir l'amélioration du rendu des couleurs des teintes de la chair obtenue en ajoutant des radiations de bleu de longueur d'onde définie à l'émis-35 sion normale de la lampe à vapeur de mercure à couleur corrigée du type dit "blanc de luxe" on ajoute des composants émettant des radiations de bleu à bande étroite dont le maximum se trouve entre 430 et 470 nanomètres. La répartition spectrale des radiations ajoutées est représentée à la figure 4. La lampe ainsi modifiée est alors utilisée pour éclairer l'échantillon de "jaune" tel que défi-40 ni par la Commission Internationale de l'Eclairage. On a choisi l'échantillon de 72 02380 2123396 "jaune" du fait que les huit échantillons de couleur qui sont définis, la couleur jaune est celle qui se rapproche le plus des tons de la chair. Comme indiqué à la figure 5» on obtient un maximum de l'indice du rendu des couleurs en additionnant des radiations de bleu présentant un maximum à 450 nanomètres. Il 5 s'ensuit que pour obtenir un bon indice du rendu des couleurs, les radiations de bleu ajoutées doivent présenter un maximum entre environ 44o nanomètres et environ 470 nanomètres. La figure 6 représente une répartition spectrale du flux d'un composant luminescent préféré, dont la lumière fluorescente engendrée par les radiations 10 ultraviolettes d'un tube à arc, présente une émission de lumière fluorescente pratiquement confinée dans la région des longueurs d'onde les plus courtes du spectre visible et qui possède un maximum entre 440 et bfO nanomètres. Plus précisément, cette substance luminescente est composée d'une matière de chloroapa-tite, de bromoapatite, ou de chlorobromoapatite de métal alcalinoterreux dans 15 laquelle: le métal alcalinoterreux est au moins un de ceux du groupe formé par le calcium, le barium et le strontium, l'halogène est au moins un chlorure ou un bromure et l'europium s'y trouve en tant qu'activateur. Comme substance luminescente préférée, on préfère le chloroapatite de strontium activé avec de l'europium bivalent. A titre d'exemple spécifique, la substance luminescente est pré-20 parée en mélangeant 0,6 mole de Sr HPO^, 0,27 mole de Sr C0^, 0,11 mole de Sr Clg et 0,02 mole de Ev C^. On ajoute à ce premier mélange 0,25 mole supplémentaire de Sr Clg qui sert de fondant pendant le chauffage. Le mélange est ensuite chauffé dans une atmosphère réductrice constituée, par exemple, de 90 % d' azote et de 10 % d'hydrogène, à une température comprise entre 900 et 1 200°C et 25 de préférence à 1 100°C pendant trois heures. Après refroidissement, la substance luminescente est concassée et dissoute dans de l'eau distillée pour extraire le chlorure de strontium solûble résiduel. La substance luminescente présente un maximum d'émission à environ kk6-h^0 nanomètres et son flux consiste en une bande étroite dans la région des longueurs d'onde courtes du spectre visible. D'au-30 très substances luminescentes préférées sont le chloroapatite de calcium-strontium et le chloroapatite de calcium, tous deux activés par de l'europium bivalent, les émissions de bleu de ces derniers exemples présentent un maximum à environ 455 nanomètres. La figure 8 représente l'indice général du rendu des couleurs d'une lampe 35 à vapeur de mercure dont la couleur est corrigée suivant la présente invention en fonction du rapport entre le poids de la substance luminescente de bleu et le poids de la substance luminescente de rouge pour les réalisations particulières mentionnées ci-avant. Ces deux substances luminescentes ont approximativement le même rendement dit quantique. Par conséquent, le rapport entre le flux 1»0 émis relatif de la substance émettant à courte longueur d'onde et le flux émis 72 02380 s 2123396 relatif de la substance émettant à grande longueur d'onde est sensiblement é-gal au rapport entre les poids de ces substances luminescentes. Comme indiqué à la figure 3, un indice global de rendu des couleurs acceptable est obtenu, si le rapport entre les poids (ou le rapport entre les flux émis) de la substance lu-5 minescente émettant à de faibles longueurs d'ande et de la substance luminescente émettant à de grandes longueurs d'onde se trouve entre 0,05/1 et 0,4/1. L'indice global du rendu des couleurs est le meilleur, si le rapport des poids (ou le rapport des flux émis) est compris entre 0,1/1 et 0,3/1, le rapport préféré étant environ 0,2/1. Le résultat global est que non seulement les teintes de la 10 chair humaine sont sensiblement améliorées par rapport à leur aspect réel, mais que l'indice global du rendu des couleurs de la lampe est également sensiblement amélioré. Comme indiqué à la figure 8, l'indice du rendu des couleurs de la lampe à vapeur de mercure dite "blanc de luxe" réalisée suivant les anciennes techniques, qui n'utilise qu'une seule substance luminescente dite vanadate-phospha-15 te ou vanadate est environ 57* Cet indice de 57 est amené à 67 par l'addition d' une quantité bien déterminée de substance luminescente émettant des radiations de courte longueur d'onde. La quantité de matière luminescente utilisée peut varier considérablement. Les composants luminescents sont, de préférence, mélangés dans le rapport préfé-20 ré spécifié ci-avant et appliqués sur l'enveloppe sous forme de revêtement d'une épaisseur telle que le tube à arc puisse être vu vaguement à travers celui-ci quand la lampe est exposée à une forte lumière. Pour ce faire, il faut de 1 à 8 2 ^ milligrammes de substance luminescente par cm de surface recouverte, et de pré- 2 férence environ 3 milligrammes par cm . 25 En alternative, les différentes substances luminescentes peuvent être appli quées en couches séparées 28a et 28b, comme montré à la figure 9* Une faible quantité d'une ou de plusieurs matières luminescentes supplémentaires peut être ajoutée au mélange à deux composants mentionnés ci-avant pour obtenir d'autres qualités supplémentaires du rendu des couleurs. A titre d'exem-30 pie, deux pourcents en poids de phosphate de strontium-magnésium activé par de l'étain ajoute une faible quantité de radiations d'orange. 72 02380 6 2123396 REVENDICATIONS. 1. Lampe à vapeur de mercure à haute pression à couleur corrigée fournissant un bon rendu des couleurs des objets éclairés, et plus spécialement un bon rendu des couleurs des teintes de la chair humaine, caractérisée en ce qu'elle com- 5 prend un tube à arc qui émet à la fois des radiations visibles et des radiations ultraviolettes, une enveloppe extérieure entourant le dit tube à arc et un revêtement d'une substance luminescente appliqué sur la surface intérieure de la dite enveloppe, le dit revêtement de substance luminescente étant constitué de deux composants luminescents qui émettent pendant l'excitation par les dites ra-10 diations ultraviolettes, le premier, une lumière fluorescente pratiquement confinée à la région des longueurs d'onde les plus courtes du spectre visible avec un maximum entre 1+1+0 et 1+70 nanomètre et le second, une lumière fluorescente pratiquement confinée à la région des longueurs d'onde les plus longues du spectre visible avec un maximum entre 605 et 630 nanomètres, le rapport entre le 15 flux émis à longueurs d'onde courtes du premier composant et le flux émis à longueurs d'onde longues du second composant étant compris entre 0,05/1 et 0,U/1. 2. Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le maximum de 1' émission du premier composant se trouve à environ 1+50 nanomètres et que le maximum de l'émission du second composant se trouve à environ 620 nanomètres. 20 3. Lampe suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la réticule du premier composant est un chloroapatite, un bromoapatite ou un chlo-robromoapatite de métal alcalinoterreux, le métal alcalinoterreux étant au moins l'un des métaux compris dans le groupe formé par le calcium, le barium et le strontium, l'halogène étant au moins un chlorure ou un bromure et de l'europium 25 bivalent étant présent en tant qu'activateur, et en ce que la réticule du second composant est une réticule vanadate d'yttrium ou un phosphate vanadate d'yttrium avec de l'europium trivalent en tant qu'activateur. 1+. Lampe suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le rapport entre le poids du premier composant et le poids du second composant se 30 situe entre 0,1/1 et 0,3/1. 5. Lampe suivant la revendication H, caractérisée en ce que le rapport entre les poids du premier composant et du second composant est environ 0,2/1. 6. Lampe suivant l'une des revendications 3, U ou 5» caractérisée en ce que la réticule du premier composant est un chloroapatite de strdntium ou de calci- 35 um. 7. Lampe suivant l'une des revendications de 1 à 6, caractérisée en ce que le revêtement de substances luminescentes a un poids de 1 à 8 milligrammes par cm de surface couverte. 8. Lampe suivant l'une des revendications de 1 à 7» caractérisée en ce que les 1+0 deux composants sont mélangés pour former un revêtement uniforme. 72 02380 T 2123396 9• Lampe suivant l'une des revendications de 1 à 7, caractérisée en ce que les deux composants sont appliqués en couches séparées. 10. Lampe suivant l'une des revendications de 1 à 8, caractérisée en ce que du phosphate de strontium-magnésium activé à l'étain est présent dans le revêtement de substance luminescente en quantité égale à 2 % en poids.