Brevet FR2229139A1 — publié le 19741206

L'invention concerne une lampe à haute intensité à rendement de couleur amélioré et elle a trait plus particulièrement à une lampe à vapeur de mercure à haute pression. Une lampe à vapeur de mercure typique com@rend un tube à are intérieur en quartz dans lequel sont scellées des électrodes et qui contient une charge de mercure ainsi qu'une envelo@pe extérieure vitreuse renferment le tube à are et conterant des royens pour le supporter et pour l'alimenter en courant. La décharge dans la vareur de mercure à haute pression é@et un rayonnement ultraviolet et un rayonnement visible qui est déficient en rouge. Des revêtements luminescents sont maintenant déposés d'une façon générale sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure de lampes à v@peur de mercure à haute pression pour améliorer la qualité de couleur de la lumière rayonnée. La déficience en rouge et le renderent de couleur sont bien améliorés l@rsqu'en revêt l'enveloppe extérieure d'une substance luminescente émettrice de rouge qui est excitée par le rayonnement ultraviolet de grande longueur d'onde engendré par la décharge. A l'heure actuelle, on utilise couramment une substance luminescente émettrice de rouge dans des lampes à vapeur de mercure à haute pression, à savoir du phosphatevanadate d'@ttrium activé par Eu3+. Cette substance luminescente se compose de Eu3+: YVO4 : YPO4 et elle a été décrite par T.W.Luscher et R.K.Datta dans la Revue " Illuminating Engineering ", Volume 65, N 149 - 53 (1970). Des lampes à vapeur de mercure à haute pression comportant ce revêtement luminescent sont parfois appelées " lampes à mercure de luxe " et elles sont utilisées dans un large domaine d'@pplications où la qualité de couleur est importante. Bien que le rendement de couleur de lampes à vapeur de mercure à haute pression comportant un revêtement luminescent émetteur de rouge soit grandement amélioré par rapport à celui de lampes non revêtues, des colorations routes et notamment des couleurs chair sont encore très notablement altérées. Une augmentation de l'épais seur du revêtement luoinescent améliore le rend errent de couleurs chair. Cependant, lorsque cette solution est adoptée, la lampe peut avoir un aspect violacé ou rose et donner une apparence non naturelle à des objets éclairés. Lorsqu'on augmente l'épaisseur du revêtement luminescent, la couleur de la laine tourbe en dessous de la courbe de corns noir et on constate en outre une réduction brutale du rendement. On a trouvé que, pour ramener la couleur de la lampe dans la courbe de corps noir et pour améliorer simultanément le rendement de couleur, il est nécessaire de supprimer une partie du ra onne- ment intense dans le domaine du bleu lointain, en particulier le rayonnement correspondant à la raie de transition atomique du mercu- re, e savoir 435,8 nanomètres. Suivant l'invention, on associe au revêtement luminescent émetteur de rouge sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieu- re d'une lampe à vapeur de mercure à haute pressionJun filtre formé par un pigment jaune non fluorescent exerçant son effet principal d'absorption dans le bleu en dessous de 450 nanomètres mais étant essentiellement transparent aux raies verte et jaune de la décharge de mercure à 546 et 576 nanomètres.On utilise une substance llmi- nescente présentant des caractéristiques thermiques appropriées pour être déposée sur l'enveloppe extérieure d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression, cette substance présentant notamment un bon rendement dans la plage de températures comprises entre environ 300 et 400 C et réagissant au rayonnement ultraviolet de grande longueur d'onde de la décharge de vapeur de mercure à haute pression pour produire un rayonnement visible dans la zone rouge du spectre. Dans des lampes fluorescentes colorées, on a utilisé couramment des filtres inorganiaues en vue d'améliorer l'intensité ou le rendement global de la couleur désirée. On les a également employés dans des lampes fluorescentes permettant d'obtenir des couleurs plus chaudes comme moyens de réduction de l'émission d'ultraviolet et de bleu.Les pigments sont soit déposés séparément sur la lampe fluorescente soit incorporés au revêtement luminescent par mélange du pigment avec la substance luminescente et par dépôt de la manière classique. Cependant on n'a jamais proposé de combiner un pigment jaune avec une substance luminescente rouge réagissant au raaTonne- ment ultraviolet émis par une décharge d'arc de vapeur de mercure à haute pression en vue d'obtenir une lumière blanche plus pure. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, on revêt la surface intérieure de l'enveloppe extérieure d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression avec une substance luninescente constituée par du phosphate-vanadate d'yttrium émetteur de rouge qui a été mélangée avec un petit pourcentage, non supérieur à 2 en poids, d'un pigment jaune constituant le produit de réaction de NiO et TiO2. La lumière composite résultante produite par la lampe présente un rendement de couleur amélioré et une température de couleur plus faible et en outre son point de couleur est décalé à proximité de la courbe de corps noir. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la Fig. t est une représentation graphique dont les coordonnées sont exprimées en unités de chromaticité et qui montre comment l'addition d'un pigment jaune à la substance luminescente émettrice de rouge dans une lampe à vapeur de mercure à haute pression déplace le point de couleur au dessus de la courbe de corps noir. La Fig. 2 est une courbe de réflectance d'un pigment du cor-erce connu sous la dénomination commerciale de " Sun Yellow C " et qui est approprié pour être utilisé dans l'invention. La Fig. 3 est une vue latérale d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression suivant l'invention. Parmi les avantages obtenus en utilisant un filtre aune combiné à une substance luminescente émettrice de roule dans une lampe à vapeur ce mercure à haute pression, on peut citer l'amélioration de la couleur d'éclairement, la réduction des impératifs concernant la substance luminescente, l'amélioration du rendement de couleur et la réduction du rayonnement indésirable de bleu lointain et d'ultraviolet proche. La Figure 1 est une représentation graphique donnant la couleur obtenue avec des lar-pes - vapeur de mercure ? haute pression pour différentes épaisseurs de revêtement de substance luminescente à base de phosphate-vanadate d'vttrium activé par Eu3+. Les lignes en trait interr@ppu terminées par des flèches indiquent la direction de déc@l@@e de couleur qui se produit l@rsqu'on ajoute un pigment jaune à une 1' ripe dont le oint de couleur était situé dans le petit cercle. Le pigment jaune ou filtre produit deux effets principaux. En premier lieu il décale le point de couleur en direction de la courbe de corps noir et cela supprime l' l'apparence violace ou rose de la lumière. Cet effet est plus prononcé avec des lar-res comportant des revêtements luminescents plus épais. @n second lieu il réduit 1R température de couleur, cet effet étant également avantageux. Un avantage inattendu de l'invention est qu'on obtient des tempér@tures de couleur plus faibles en utilisant moins de substan- ce luminescente. Cela permet de réaliser une économie importante puisque la substance luminescente activée par de l'europium est relatIvement peu coûteuse. La suppression d'une partie du rayonnement de bleu lointain dans la décharge de vapeur de mercure, notamment G une longueur d'onde de 435,8 nanomètres, est importante pour obtenir un meilleur équilibre de couleur dns le spectre. Il est essentiel d'voir un bon équilibre de couleur entre les zones de bleu, de vert et de rouge du spectre pour rendre des couleurs naturelles ou plaisantes. En éliminant une fraction de l'excès de bleu, le point de couleur est décalé en direction du vert et on obtient un équilibre sur la courbe de corps noir. Le filtre jaune est efficace pour réduire de 50 c ou plus un rayonnement de bleu lointain ou d'ultraviolet proche non absorbé par la substance luminescente. Ce résultat est particulièrement avanta- gueux pour em@êcher une atténuation de coloration de tissus colorés qui sont soumis au rayonnement pendant des périodes de tempos Bro- longées. On va maintenant décrire la structure d'une lampe suivant l'invention. On a représenté en 1 sur la Fig. 3 une lampe à vapeur de mercure à haute pression à laquelle l'invention peut être appli- quée. La lampe comprend une enveloppe extérieure vitreuse 2 de forme ellipsoïdale comportant un col obturé par un queusot rentrant 3. Un culot fileté classique 4 est fixé sur le col.Le tube à arc intérieur 5 en silice fondue comporte des électrodes principales 6 qui sont disposées aux extrémités, une électrode d'amorçage 7 étant placée è proximité d'ure des électrodes principales. ie tube a arc est supporté de tacon appropriée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure par un support 8 qui sert ; connecter une des électrodes principales à la base. L'autre électrode principale est reliée au côté opposé et une résistance 9 applique à l'électrode d'amorçage le potentiel de l'électrode principale oprosée.La ~ surface intérieu- re de l'enveloppe extérieure 2 porte un revêtement 10 formé d'une substance luminescente émettrice de rouge et d'un pigment jaune et qui va être défini en détail dans la suite. la matière ou pigment de filtrage utilisé doit être inerte dans les conditions de febrie ti@@ et de traitement de la lampe et il ne doit @as se déc@@poser @@ s'eltérar autrement dans les conditiors de merc@e de la lampe. @@e abserption par le filtre deit être li@ité@ @u d@maine de bleu du pectre à la température de fonction- nesent d l'enval@ppe, à s@voir 300 à 400 C. Il doit absorber les raies bl@@@s du mercure correspoxdant à 404 et 435 nanomètres.Bien que la c@@@@@ particul@ère d'@ssorption du filtre ou pignent ne s@it pas @ritique, la ratière doit être transparente aux r@ies verte et @@une du mercure @@rrespon@ent à 540 et 376 nanomètres insi q@@à l'émissie@ de l@ substance luminescente de manière que la @@is@@ne@ d'éclairenert, exp@imée en lumens, de la lampe ne s@it @as séri@usement altérée. On @éalise un pigment jaune approprié en faisent chauffer un élange@@e NiO et TiO2, ce pigment présentant la courbe d'absorption eprésent@ée sur la Fig. 2. Cette matière est connue dans le commerce sous la désignation de " Sun Yellow C " et elle est vendue par la Société " Harshaw Chemical Company " Cleveland, Chio. Le filtre inorganique constitué par le pigment jaune peut être déposé sous l@@forme d'une couche séparée et distincte de la substance lu@@@@scente mais de préférence on combine les deux substences. @@@re ex@ ple d'un revêtement combinant un pigment jaune et une substance l@mine@cente émettrice de rouge, on peut citer un mélange @@ntena@t un @ourcent en poids de pigment du type " Sun Yellow C " et du ph@@@@ te-vanadate d'vttrium activé par Eu3+. On dépose le mélange sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure de la lampe d'une manière classique, par exemple par mise en suspension dans @@ liant et par étalement sur la surface du verre.On effectue ensuite le sé@@@age et la cuis@on au four du revêtement de manière à faire décom cser et à éliminer le liant pour laisser subsister la couc@e 10 c@ntenant seulement le pigment jaune et la substence luminesconte é@ettrice de rouge. En variante, on peut déposer le revêtement par voie électrost tique. Le Tableau I ci-dessous compare les performances obtenues avec deux lampes en ce qui concerne le point de couleur et le rendement, mesurés en lumens par watt, une lampe ayant été pourvue d'un revête ment de substance luminescente sans pigment jaune et l'autre ayant été pourvue d'un revêtement formé d'un mélange contenant 1 % en poids de " Sun Yellow C ". TABLEAU I Coordonnées X Y Lumen Indice de ren par watt dement de couleur seulement substance luminescente Eu3+: YVO4: YPO4 0,387 0,373 52,5 41 Mélange avec 0,404 0,392 49,3 47 1 % en poids de " Sun Yellow C " Le point de couleur final pour la lampe utilisant le mélange est indiqué par le petit carré sur la Fig, 1. Il est à noter que ce point de couleur a été décalé en direction de le courbe de corps noir et que l'indice de rendement de couleur a été sensiblement amélioré. BEx'JL,XI5ATIONS 1. Lampe de haute intensité à rendement de couleur amélioré, comprenant un tube à arc à haute pression contenant un milieu ionisable comportant du mercure et émettant un rayonnement ultraviolet et un rayonnement visible déficient en rouge, une enveloppe extérieure vitreuse renfermant le tube à arc et contenant des moyens pour su-pporter ledit tube et assurer son alimentation en courant/ et un revetement composite disposé sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure1 caractérisée en ce que le dit revêtement contient une substance émettrice de rouge et un pigment jaune, ladite substance luminescente étant efficace dans la gamme de températures comprises entre "300 et 4000 C, réa issant au rayonnement ultraviolet produit par la décharge de mercure, et servant à corriger la déficience en rouge de la lumièreJmais donnant une apparence violacée à la lampe, et ledit pigment jaune produisant dans la zone bleue du spectre un effet d'absorption pour décaler le point de couleur de la lampe en direction de la courbe de corps noir, mais étant pratiquement transparent aux raies verte et jaune de la décharge de mercure à 540 et 576 nanomètres, afin i'éviter une réduction substantielle de la puissance d'éclairement de la lampe. 2. Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la substance luminescente et le pigment sont mélangés ensemble dans ledit revêtement. 3. Lampe suivant la revendication I, caractérisée en ce que la substance luminescente et le pigment sont mélangés ensemble dans le revêtement, et an ce que ladite substance luminescente se compose essentiellement de phosphate-vanadate d'yttrium émetteur de rouge qui a été activé par du Eu3+ 4. lampe de haute intensité, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube à arc à haute pression contenant un milieu ionisable comportant du mercure et émettant un rayonnement ultraviolet et un rayonnement visible déficient en rouge, une enveloppe extérieure vitreuse renfermant le tube à arc et contenant des moyens pour le supporter et assurer son alimentation en courant, et un revêtement composite contenant une substance luminescente émettrice de rouge et un pigment jaune déposé sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure, ladite substance luminescente se composant essentiellement de phosphate-vanadate d'yttrium émetteur de rouge qui a été activé par du Eu3+,et qui corrige la déficience en rouge de la lumière fournie par la lampe mais qui donne à celle-ci un aspect violacé, et ledit pigment se composant essentiellement du prodvit de réaction de NiO et TiO2 qui devlent absorbant dans la zone bleue du spectre mais qui est essentiellernent transparent aux raies verte et jaune du mercure à 540 et 576 nanomètres. 5. lampe suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la teneur en pigment ne dépasse pas environ 2 ', en poids de la substance luminescente. 6. Lampe suivant la revendication 4, caractérisée en ce aue la teneur en pigment ne dépasse pas environ 2 , en poids 'de la substance luminescente, et en ce que le pigment et la substance luminescente sont mélangés ensemble dans ledit revêtement.