Brevet FR2412162A1 — publié le 19790713

La présente invention, due à Stephen Harold HOWE, Barry PRESTON et Robert Brian PAGE, concerne des lampes à décharge électriques aux halogénures métalliques, c'est-à-dire des lampes à décharge électriques à haute pression dont la charge est constituée par des produits comprenant du mercure et des halogénures métalliques. On connaît et on fabrique depuis plusieurs années des lampes aux halogénures métalliques dont l'efficacité lumineuse est d'environ 65 fln/watt pendant leur durée de vie et dont l'indice général CIE du rendu des couleurs est d'environ 72. Bien que la qualité de la lumière émise soit satisfaisante dans de nombreuses applications, l'insuffisance relative de radiations allant du rouge au rouge foncé par comparaison avec d'autres sources de lumière artificielles peut rendre une lampe classique aux halogénures métalliques inutilisable pour certaines applications critiques.Par exemple, un rendu satisfaisant des couleurs de matières textiles et de produits alimentaires frais et rougeâtres, plus particulièrement de la viande, exige une proportion plus forte de radiations rouges que ne le donne une lampe classique à lliodure de sodium, à l'iodure de scandium, à l'iodure de césium, ou à l'iodure de thorium meme si la lampe est pourvue d'un phosphore émetteur de rouge le plus efficace connu. -Le demandeura?trouvé qu'en ajoutant de l'iodure de lithium au produit contenu dans une lampe aux halogénures métalliques du système à l'ioduré de sodium-scandium-thorium, plus une inclusion optionnelle de césium, on peut augmenter la proportion de ra- diations rouges sans effets nuisibles sur l'efficacité lumineuse de la lampe.Ce résultat-est surprenant car l'iodure de lithium est corrosif et on sait qu'il attaque la paroi de l'enceinte de decharv ge quand il est utilisé par exemple dans une lampe aux iodures de sodium-indium-thalium telle que celle décrite dans le brevet britannique nO 1.125.063, ou encore dans une lampe à haute pression ne cpntenant que du mercure et aucun halogénure métallique comme le décrit le brevet britannique n" 1.400.976. Les recherches du demandeur ont montré que l'iodure de lithium devrait former de 10 à 50 % des moles des iodures totaux contribuant à constituer les principaux éléments émetteurs de a- mière pour obtenir un équilibrage des couleurs désiré qui soit acceptable dans les applications les plus critiques. Cependant, pour maintenir l'efficacité lumineuse la plus satisfaisante (par exemple 15.000 lumen pendant toute sa durée de vie pour une lampe de 250 w) avec l'équilibre de couleurs désiré, on a trouvé que 11 Le- dure de lithium devrait de préférence etre compris dans la gamme restreinte de 10 à 30 % des moles des iodures contribuant à constituer les principaux éléments émetteurs de lumière qui dans le cas présent sont le lithium, le sodium et le scandium. A titre d'exemple, on a obtenu de bons résultats avec des lampes aux halogénures métalliques à haute pression de 250 w ayant des proportions concernant leurs principaux composants émetteurs de lumière situées dans les gammes presentées ci-dessous. On doit cependant comprendre qutil n'est pas nécessaire d'ajouter tous les composants comme les composés eux-mêmes. LiI NaI ScI3 % de moles 10-50 81-43 9-7 Si ces proportions sont exprimées en pourcentages des métaux totaux (autres que le mercure) introduits dans la lampe, et calculés en iodures, les valeurs sont quelque peu différentes, à savoir de 10 à 30 % de LiI, de 76 à 6Q % de NaI et de 7,4 à 7,7 % de Sci3. L'iodure de césium constitue un composant optionnel ajouté en vue d'élargir le spectre, et on inclue du thorium essentiellement pour améliorer l'émission d'électrons, ledit thorium étant habituellement appliqué en tant que métal sur les électrodes. La fonction du mercure est d'obtenir la pression de fonctionnement requise et les caractéristiques électriques. Dans les expériences qui ont été mentionnées, la teneur -3 en mercure de la lampe était de 27,7 moles cm , en thorium de 0j3 moles cm 3 et en iodure de césium de 0,77 moles cm 3. Cependant, ces composés peuvent être modifiés comme cela est connu dans l'art pour obtenir les caractéristiques de fonctionnement désirées. D'autres améliorations du rendu des couleurs de la lampe de la présente invention peuvent être obtenues en utilisant des mélanges de phosphore émettant du rouge et du bleu sur l'intérieur de l'enveloppe extérieure à la manière connue dans le cas des 12m- pes classiques. Dans les dessins ci-annexés - t pliure 1 représente la courbe de l'indice RA du rendu des couleurs et l'efficacité lumineuse à 100 heures (Lm/watt) en fonction de la teneur en lithium dans une lampe à iodure de Na-Sc-Cs, et - la figure 2 représente une coupe en élévation latérale d'une lampe mettant en oeuvre l'invention. La figure 1 présente un résumé des moyennes des données photométriques- et colorimétriques relevées après une durée de vie de 100 heures pour les lampes de nos expériences. Les variations aussi bien de l'efficacité lumineuse que de l'indice général du -rendu des couleurs (RA) avec une concentration en iodure de lithium sont représentées par les lignes d'allure nette de la figure 1. Les lampes contenant de l'iodure de lithium dans la gamme préférée de 10 à 30 % de moles (L1-L2 de la figure 1) présentent des propriétés de rendu des couleurs nettement améliorées comme on peut le juger aussi bien par les valeurs CIE que visuellement En outre, il est à noter que l'efficacité lumineuse n'est que d'environ 5 à 10 % inférieure à celle d'une lampe non modifiée. TABLEAU 1 Résumé des données photométriques et calorimétriques INDICES CIE DE x + MOLE BANDE 8 BANDE 6 LM/WATT RENDU DES COULEURS % % LUMINANCE % LUMINANCE (100 HR) LiI GENERAL SPECIAL (660-760nm) (620-760nm) RA R8 0 74 37 0,25 5,63 76 10,2 75 45 0,47 5,8 74 15,2 77 49 0,53 6,0 73 20,1 76 49 0,54 6,0 72 29,9 82 57 0,62 6,1 70 48,8 84 63 0,68 5,7 66 x Système à 8 bandes de la CIE (1948) + Système à 6 bandes de Crawford Un exemple du mode de construction de la lampe utilisée dans les expériences mentionnées est représenté à la figure 2. La lampe 10 a une pu-issance d'environ 250 watts en fonctionnement et comporte une enceinte à décharge en quartz 11 avec des pinces 12 et 13, une à chacune des extrémités de l'enceinte 11, à travers lesquelles sont scellés les éléments d'amenée du courant 14 et 15. Ces éléments d'amenée du courant 14 et 15 sont reliés à l'intérieur de enceinte de décharge li à des électrodes de tungstène 16 et 17 entre lesquelles a lieu la décharge lors du fonctionnement. L'enceinte de décharge 11 est placee dans une enveloppe 18 remplie d'un gaz inerte. L'enveloppe 18 est faite en verre dur et comprend une pince 19 à une extrémité à travers laquelle les fils d'alimentation en courant 20 et 21 ont été passés de manière étanche au vide.Les fils conducteurs de courant 20 et 21 sont reliés aux éléments d'alimentation en courant 14 et 15. L'enceinte de décharge 11 a un.diamètre interne de 14 mm et une longueur d'arc de 23 mm, et elle contient un gaz inerte, tel que du mercure ou du thorium, ainsi que du sodium, du scandium et éventuellement des iodures de césium, de même que de l'iodure de lithium conformément à la présente invention. Deux exemples spécifiques de la préparation et des performances de lampes du type présentées à la figure 2 seront maintenant décrits. EXEMPLE 1 L'enceinte de décharge 11 d'une lampe telle que décrite ci-dessus avec référence à la figure 2 est remplie de Hg 22 mg NaI 7 mg LiI 3 mg Sc 0,5 mg HgI2 4 mg Th 0,4 mg ainsi qu'avec de l'argon a la pression de 60 torr. On a utilisé un phosphore comprenant un mélange de 0,7 g de vanadate d'yttrium activé à l'europium (émetteur de rouge) et 0,9 g de chloroapatite de strontium (émetteur de bleu). On a mesuré sur cette lampe une émission de lumière de 68 lm/W et une température de couleur T de 4500 K pour la radiation émise. On a constaté que l'indice général de rendu des couleurs CIE (procédé 1974) était de RA = 81 Les valeurs des pourcentages de luminance pour le système à huit bandes de la CIE (1948) ont été de :: Bande n 1 2 3 4 5 6 7 8 % de luminance 0,01 0,12 0,50 9,28 36,40 44,29 8,64 0,71 EXEMPLE 2 L'enceinte de décharge il d'une lampe telle que décrite ci-dessus a été remplie de Hg 23 mg NaI 9 mg LiI 1 mg Sc 0,5 mg HgI2 4 mg Th 0,4 mg CsI 1 mg ainsi que d'argon à la pression de 60 torr. Un phosphore contenant un mélange de 0,6 g de vanadate d'yttrium activé à l'europium et de 0,3 g de phosphate de strontium-calcium-magnésium (SCMP) a été utilisé. On a mesuré une efficacité lumineuse de 74 lm/W et une température de couleur T de 3900 K. Pour cette lampe RA = 75 Les valeurs des pourcentages de luminance pour le systdme à huit bandes ont été de : Bande n 1 2 3 4 5 6 7 8 % luminance 0,02 0,20 0,20 7,51 34,83 47,12 9,65 0,47 A titre de comparaison, les résultats après une durée se vie de 100 heures d'une lampe aux halogénures de Na-Sc-Cs sans addition de lithium et avec un mélange de 0,6g devanadate dyttrium activé à l'europium et de 0,3 g de SCMP pour le phosphore ont été de 76 lm/W pour l'efficacité lumineuse et de 3900 K pour la température de couleur, la valeur de RA étant de 75. Les valeurs des pourcentages de luminance pour le Syst-Z: à huit bandes pour cette lampe typique ont été de Bande n 1 2 3 4 5 6 7 8 % luminance 0,02 0,19 0,26 7,59 34,48 48,5 8,69 0,25 I1 est facile de formuler des mélanges pour d'autres lampes mettant en oeuvre la présente invention en vue d'obtenir les performances désirées. Comme on le voit sur la figure 1, la teneur en iodure peut être choisie de maniere à obtenir un équi- libre déterminé entre les proprietés de rendu de la couleur e -- l'efficacité lumineuse. De plus, la modification de la valeur de RA est possible en faisant varier le phosphore selon les techniques connues. 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 dtapplication et de réalisation qui ont été plus spécia- lement envisagés ; elle en embrasse, au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge électrique aux halogénures métalliques, caractérisée en ce qu'elle contient des iodures de sodium et de strontium et éventuellement de l'iodure de césium dans la charge de remplissage, cette charge contenant également de l'iodure de lithium dans une proportion comprise entre 10 et 50 % du poids total des iodures de lithium, de sodium et de scandium. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les iodures de lithium1 sodium et scandium sont présents dans des proportions en poids comprises entre 10 et 50 % pour le LiI, 81 et 43 % pour le NaI et 9 et 9 % pour le ScI3. 3. Lampe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la teneur en lithium est comprise entre 10 et O % du poids total des iodures de lithium, de sodium et de scandium.