Brevet FR2195842A1 — publié le 19740308

L'invention, due à Shigeru KAMIYA et Haruo SHIBATA, est relative à une lampe luminescente pour ltéclairage général, qui présente un rendu des couleurs amélioré et un rendement lumineux élevé. Les lampes luminescentes qui utilisent comme couche luminescente une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium et qui ont été largement utilisées dans un but d'éclairage général, présentent un rendement lumineux élevé mais ne donnent pas satisfaction dans le rendu des couleurs. Pour remédier à ce défaut, on a mélangé une substance phosphorescente présentent un spectre d'émission dans la région du rouge à la substance phosphorescente à base dthalophosphate de calcium afin d'augmenter l'émission de la lampe dans le rouge.Toutefois lorsqu'on recherche un excellent rendu des couleurs, on se heurte à la difficulté que le flux lumineux de la lampe se trouve considérablement réduit L'invention fournit une lampe luminescente présentant un rendu des couleurs amélioré sans réduction notable du flux lumineux, en comparaison avec les lampes luminescentes classiques à rendu des couleurs amélioré.D'une manière plus précise, elle est relative à une lampe luminescente comportant une couche luminescente contenant une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium, à laquelle on a mélangé une quantité appropriée d'une substance phosphorescente, en type vanadate d'yttrium contenant de l'europium trivalent, présentant un maximum d'émis s ion situé à environ 610 nm, et une quantité appropriée d'une substance phosphorescente du type arséniate de magnésium contenant du manganèse trivalent, présentant un maximum d'émission situé à environ 660 nm. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: -La figure 1 montre graphiquement la relation entre le flux lumineux d'une lampe et la quantité de diverses substances phosphorescentes d luminescence dans le rouge, ajoutée à une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium, -la figure 2 est un diagramme de chromativité uv, sur lequel on a porté les points représentatifs de couleur de lampes luminescentes, conformes à l'invention et -la figure 3 montre graphiquement un mode de répartition énergétique spectrale de la lampe luminescente conforme à l'in- vention. Le premier stade mis en oeuvre pour améliorer le rendu des couleurs d'une lampe luminescente, contenant une couche luminescente constituée d'une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium, a été de fabriquer deux genres de lampes luminescentes en appliquant sur les parois intérieures de tubes de verre, une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium à laquelle avait été ajoutée une substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium activé à l'europium servant de substance phosphorescente à luminescence dans le rouge et une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium à -la- quelle avait été ajoutée une substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium activé au manganèse et de vérifier les caractéristiques des lampes. La figure 1 montre la relation entre le rapport de mélange de substance phcsphorescente à base d'halophosphate de calcium et des substances luminescentes dans le rouge précitées et le flux lumineux des lampes expérimentées. Sur la figure 1, la courbe 1 est relative au cas de la substance phosphorescente à base d'halophcsphate de calcium additionnée de substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium et la courbe 2 au cas de la substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium additionnée de substance phosphorescente à base d'halosul foarséniate. L'addition de ces substances phosphorescentes à luminescence dans le rouge s'est traduit dans les deux cas par une réduction du flux lumineux de la lampe, mais le taux de réduction du flux lumineux avec la substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium était plus faible. Toutefois, l'amélioration du rendu des couleurs était insuffisante, lorsqu'on mélangeait uniquement la substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium avec celle à base d'halophosphate de calcium, du fait que le maximum d'émission de la première substance est située du côté des longueurs d'onde relativement courtes dans la gamme du rouge et que, de ce fait l'énergie dans le rouge était insuffisante du côté des grandes longueurs d'onde. Dans ces conditions, on a tenté une combinaison d'une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium,d'une substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium et d'une substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium en vue diminer davantage ces défauts, et l'expérience a montré que l'on pouvait obtenir une lampe luminescente présentant un rendement lumineux élevé et un rendu des couleurs amélioré en utilisant des proportions appropriées de ces substances phosphorescentes. Avant d'exposer les rapports de mélange de ces substances, on va exposer ci-après la relation entre le point représentatif de couleurs et le rendement lumineux de la substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium qui est un élément constitutif principal des substances phosphorescentes de la lampe luminescente. On sait que la couleur d'émission des substances phospho rescentes à base d'halophosphate de calcium activé à l'antimoine et au manganèse peut être modifiée d'une manière considérable en faisant varier le rapport de mélange de l'antimoine ou de manganèse ou le rapport de chlore et de fluor qui sont les halogènes composants.Dans la lampe luminescente conforme à l'invention, lorsqu'on tient compte de la réduction de la température de couleurs provoquée par le mélange de substances phosphorescentes à luminescence dans le rouge, il est nécessaire de fixer la température de couleur de la lampe luminescente désirée à une valeur supérieure de 500 à 1.000'K. Ceci correspond à des valeurs v exprimées dans une échelle uniforme de chroma tici té u v, supérieures de 0,02 à O, 03. D'autre part, en vue d'obtenir un rendement lumineux aussi élevé que possible de la lampe, il est préférable que l'écart (exprimé en unités M P C D) du point représentatif de couleur et du lieu géométrique du corps noir soit de + 10 à + 35 ( le M P C D est une grandeur indiquant l'écart à partir du lieu géométrique du corps noir suivant la normale à ce lieun et 1 M P C D correspond à peu près à 1 mired qui est l'inverse de la température de couleur multiplié par 10q. On va exposer maintenant quelques exemples de réalisation de lampes luminescentes conformes à l'invention, en se référant aux figures 2 et 3. EXEMPLE 1.- Des lampes luminescentes de 40 watts d'une longueur de tube de 1198 mm et d'un diamètre de tube de 38 mm, présentant une température de couleur d'environ 5.000"K ont été fabriquées en utilisant des substances phosphorescentes avec des rapports de mélange différents; les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 1. -TABLEAU I Compositions (parties en poids) Flux lumineux Valeur d'évalua de substances phosphorescentes (lumens)de la tion moyenne lampe (Ra)du rendu des couleurs A-Substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium à point représentatif de couleur u = 0,1996 et v = 0,3235 . . . . . 100 3070 71 B-Meme substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour A. . . . . 100 3010 76 substance phosphorescente à base e phosphovanadate d'yttrium 3 -M me substance phosphorescente a base d'halophosphate de calcium que pour A . . . . .100 2400 89 Substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium . . . . . 20 /DLMdme substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour A. . . . . 100 ~Substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium 1 2800 82 substance phosphorescente à base d' halosulfoarséniate de magné sium. 7 Les lettres A,B,C et D correspondent aux points représentatifs de couleur des figures 2 et 3. La valeur d'évaluation moyenne de rendu des couleurs était la valeur obtenue conformément à la méthode de la Commission Internationale de l'Eclairage (Publication n 13 de la C.I.E.Méthode de mesure et de spécification des propriétés concernant le rendu des couleurs d'une source lumineuse. 1965). Sur la figure 2, avec addition d'une substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium à une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium, le point représentatif de couleur passe du point A au point C. Dans ce cas, le rendu des couleurs était amélioré et passait de 71 à 89 évalué en Ra, mais le ilux lumineux de la lampe était extrêmement réduit. D'autre part, dans le cas de l'addi- tion d'une substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium, le point représentatif de couleur passe du point A au point B, lorsque la quantité ajoutée augmente. Dans ce cas, le flux lumineux de la lampe était moins diminué, mais le rendu des couleurs n'était amélioré que de 71 à 76, exprimé en Ra. D'autre part, dans le cas de D, le flux lumineux et la valeur d'évaluation moyenne du rendu des couleurs étaient bien équili brés. Dans le cas où on veut obtenir un Ra de 82 par addition uniquement de substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium, on ne peut obtenir qu'un flux lumineux de 2660 lumens. Il est difficile d'obtenir un Ra de 82 par addition uniquement de substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium. La répartition énergétique spectrale d'une lampe luminescente qui utilisait la composition de substances phosphorescentes D est représentée par la courbe 1 de la figure 3. On voit sur cette figure que dans le cas D la répartition énergétique spectrale dans la région du rouge est augmentée par rapport au cas de l'halophosphate de calcium seul (courbe 2 de la figure 3). EXEMPLE 2.- On a procédé de même que pour l'exemple 1, pour obtenir des lampes luminescentes d'une température de couleur d'environ 3.000 K; les résultats sont consignés dans le tableau 2. -TABLEAU Il- Compositions (parties en poids) Flux lumineux Valeur d'évalua des substances phosphorescentes (lumens) des tion moyenne (Ra) lampes du rendu des couleurs P ubstance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium à point représentatif de couleur u = O, 1996 et v - 0,3235 . . .100 3400 58 F-me substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour A. . . . . 100 Substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium 3,5 3200 65 0~Même substance phosphorescente à base (dthalophosphate de calcium que pour A. . . . . . 100 2650 76 substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium ... 23 H-Même substance phosphorescente a base d'halophosphate de calcium que pour A . . . . 100 substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium . . . . 2 3030 72 Substance phosphorescente à base 'halosulfoarséniate de magnésium. .9 Comme pour l'exemple 1, lorsqu'on n'ajoutait qu'une seule substance phosphorescente luminescente dans le rouge, ni le rendu des couleurs, ni le flux lumineux n'étaient améliorés, tandis que dans le cas H, on obtenait avec deux telles substances phosphorescentes, une lampe luminescente convenablement équilibrée. Lorsqu'on veut obtenir un Ra équivalent à celui du cas H par addition d'halosulfoarséniate de magnésium seulement, le flux lumineux de la lampe est réduit à 2.820 lumens. D'autre part, l'addition de substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium seulement ne peut fournir un Ra de 72. Ainsi que le montrent les exemples 1 et 2, la lampe luminescente qui présente comme couche luminescente une composition d'une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium activé à l'antimoine et au manganèse, une substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium activé à l'europium et une substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium activé au manganèse, présente un excellent rendu des couleurs et un rendement lumineux élevé. Le rapport de mélange de ces substances phosphorescentes dépend de la température de couleur désirée pour la lampe, mais une composition de 1 à 5% en poids pour la substance phosphorescente au phosphovanadate d'yt trium activé à l'europiumnet 2 à 10% en poids pour la substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium active au manganèse convient pour la gamme de température de couleur de 3.000 à 6.5000K utilisée pour l'éclairage général. En outre, conformément à l'invention, lorsque la substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium est remplacée par une substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium qui présente à peu près le même spectre d'émissionsset que la substance phosphorescente a base d'halosulfoarséniate de magnésium est remplacée par une substance phosphorescente à base d'arséniate de magnésium, d'haloarséniate de magnésium, de sulfoarséniate de magnésium ou de boroarséniate de magnésium qui présentent à peu près le même spectre d'émission, on obtient les mêmes résultats que dans le cas des exemples mentionnés ci-dessus. EXEMPLE 3.- Comme pour l'exemple 1, on a fabriqué des lampes de 40 watts d'une longueur de tube de 1198 mm et d'un diamètre de tube de 38 mm, d'une température de couleur d'environ 5.000 K, en utilisant des substances phosphorescentes à base d'halophosphate de calcium ayant les mêmes points représentatifs de couleur que pour le cas A de l'exemple 1 et on a obtenu les résultats consignés dans le tableau 3. -TABLEAU III Compositions (parties en poids) Flux lumineux Valeur d'évalua des substances phosphorescentes (lumens) des tion moyenne(Ra) lampes du rendu des couleurs /AISubstance phosphorescente à base f d'halophosphate de calcium à point représentatif de couleur u = 0,1496 3070 71 et v = 0,3235 . . . . . 100 B!Meme substance phosphorescente à base (d'halophosphate de calcium que pour 100 substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium. . . . 4 2950 76 C'-Même substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour A. . . . . . 100 2430 88 substance phosphorescente à base de boro arséniate de magnésium. . .25 , FC),-Même substance phosphorescente à base dthalophosphate de calcium que pour Substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium. . . . . 1 '-Substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium,,..0,5 substance phosphorescente à base de boro- 2870 81 (arséniate de magnésium. . . .2,00 substance phosphorescente à base dwhalosulfoarséNate de magnésium 3,00 Dans le tableau III ci-dessus, les compositions A,Bt,Ct et D' présentent respectivement à peu près les mêmes points représentatifs de couleurs que A, B, C et D. EXEMPLE 4.- On a fabriqué de la même manière que pour l'exemple 3 des lampes présentant une température de couleur d'environ 3.000 K et on a obtenu les résultats consignés dans le tableau IV. -TABLEAU IV Compositions (parties en poids) Flux lumineux IValeur d'évalue (lumens)des tion (Ra)du des substances phosphorescentes lampes 'rendu des cou leurs E- Substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium à point représentatif de couleur u = 0,2297 3400 58 et v = 0,3448 . . . . . 100 FtMême substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour E. . . . . . . 100 3170 66 Substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium . . . . .4,5 G'-Même substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour' E.. 100 Substance phosphorescente à base de 261C 76 sulfoarséniate de magnésium.... 27 )Hw-Meme substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium que pour E . . . . . . . .100 Substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium. . . . 1,5 Substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium . . . . .1 13070 ' 70 Substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium. . .3 Substance phosphorescente à base de boro arséniate de magnésium. . . . . . . . 3 Dans le tableau IV ci-dessus, les compositions E',F',G' et H' présentent respectivement à peu près les mêmes points représentatifs de couleurs que E, F, G et H. Ainsi qu'il résulte clairement des exemples 3 et 4, en utilisant deux, ou plus de deux, substances phosphorescentes du type vanadate d'yttrium et deux, ou plus de deux, substances phosphorescentes du type arséniate de magnésium, on a obtenu des résultats analogues à ceux des exemples 1 et 2. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire,toutes les variantes. -REVENDICATIONS- 1.- Lampe luminescente, pour l'éclairage général, présentant un rendu des couleurs amélioré et un rendement lumineux élevé, caractérisé en ce que sa couche luminescente est constituée par une substance phosphorescente à base d'halophosphate de calcium activé au manganèse et à l'antimoine, à laquelle on a ajouté 1 à 5% en poids d'une substance phosphorescente du type vanadate d'yttrium activé à l'europium et 2 à 10% en poids d'une substance phosphorescente du type arséniate de magnésium activé au manganase. 2.- Lampe luminescente selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance phosphorescente du type vanadate d'yttrium activé à l'europium est au moins un élément choisi dans le groupe comprenant une substance phosphorescente à base de phosphovanadate d'yttrium activé à l'europium, et une substance phosphorescente à base de vanadate d'yttrium activé à l'europium et que la substance phosphorescente du type arséniate de magnésium activé au manganèse est au moins un élément choisi dans le groupe comprenant une substance phosphorescente à base d'halosulfoarséniate de magnésium activé au manganèse, une substance phosphorescente à base d'arséniate de magnésium activé au manganèse, une substance phosphorescente à base d'haloarséniate de magnésium activé zu manganèse, une substance phosphorescente à base de sul foarsiate de magnésium activé au manganèse et une substance phosphorescente à base de boroarséniate de manganèse.