Brevet FR2498811A1 — publié le 19820730

l 249881 1 LAMPE A DECHARGE EN ARC AYANT DES LUMINOPHORES DANS LA CHAMBRE DE DECHARGE. La présente invention concerne les lampes à décharge en arc ayant des lu- minophores à l'intérieur de la chambre de décharge et ayant un bon rende- ment lumineux se maintenant dans le temps. Les lampes à décharge en arc, telles que les lampes fluorescentes, ayant des luminophores dans la chambre de décharge, laquelle contient aussi un moyen ionisable incluant de la vapeur de mercure, souffrent d'une diminu- tion graduelle de leur rendement lumineux fonction de leur age. Différents facteurs contribuent à cette chute et parmi ceux-ci, on peut citer les dé- pôts d'impuretés issus de la cathode, les modifications apportés aux lumino- phores eux-mêmes, la formation de différents composés de mercure, des modi- fications dans l'ampoule de verre qui peut être, en particulier soumise à un rayonnement ultraviolet. On appelle maintenance des lumens, la possibilité pour de telles lampes de ralentir cette diminution de rendement lumineux et on peut le définir comme étant le rapport de la quantité de lumière émise après une durée déterminée d'utilisation à celle émise à l'instant initial; on peut ainsi exprimer cette maintenance en pourcentage. Mais du fait que la quantité de lumière émise par une lampe neuve peut varier considérablement pendant ses premiers moments d'utilisation, on a l'habitude de débuter les mesures de maintenance à un autre moment qu'à l'instant zéro. Bien qu'une diminution dans le temps de la quantité de lumière émise se produise avec tous les types de lampes fluorescentes, cette diminution est plus importante pour les lampes de grande et de très grande puissance que pour les lampes normales. Les différents facteurs indiqués précédemment peuvent influer sur la main- tenance de façon plus ou moins importante, mais l'on pense que le facteur essentiel est la formation de composés de mercure particulièrement sur la surface des luminophores. Ces composés de mercure forment une couche absorbant les rayons ultravio- lets et interdisent aux luminophores de recevoir un rayonnement d'excitation suffisant de la décharge de mercure pour émettre une quantité maximale de lumière. Pour obvier à cet inconvénient, on a proposé d'utiliser de l'alumi- ne disposée à l'intérieur de telles lampes. Par exemple, dans les brevets américains 4 079 288 & 4 058 639 parmi d'autres, on a proposé de disposer une couche d'alumine sur la paroi interne de l'ampoule et d'y appliquer les luminophores. Dans le brevet américain 3 886 396, on suggère de disposer une fine couche 2 24988 11 discontinue et poreuse d'alumine sur la couche de luminophores. Bien que ces solutions soient toutes favorables, il est souhaitable d'aug- menter encore la maintenance des lumens de telles lampes. La présente invention a pour objets une lampe ayant une maintenance meil- leure que celles des lampes connues et le procédé de fabrication d'une telle lampe. Selon l'invention, la lampe à décharge en arc comprend une ampoule émet- tant de la lumière et contenant un moyen ionisable qui inclut de la vapeur de mercure, ampoule aux extrémités de laquelle sont scellées les électrodes. La paroi interne de l'ampoule est recouverte d'une couche de luminophores et une couche d'alumine d'une épaisseur supérieure au micron est déposée sur la couche de luminophores, le poids de l'alumine étant supérieur à 160 micro- grammes par cm En effet, des quantités relativement importantes d'alumine permettent d'augmenter sensiblement la maintenance des lampes de type fluorescent, cette maintenance pouvant atteindre plus de 90% pour certains types de lampes. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéris- tiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la descrip- tion qui suit donnée à titre non limitatif et à laquelle une planche de des- sins est annexée. La Figure 1 est une vue partiellement en coupe d'une lampe fluorescente conforme à la présente invention, et La Figure 2 est une vue en coupe de la lampe de la figure 1. En référence maintenant plus particulièrement aux figures, la lampe à dé- charge en arc 10 est une lampe fluorescente. Elle comprend une ampoule de verre de forme tubulaire 12 de section circulaire pourvue à chacune de ses extrémités des électrodes habituelles 14 et 16 portées par les entrées de courant 18, 20 et 22, 24 respectivement, lesquelles traversent les pieds de verre 26, 88 en tige 30, 32 jusqu'aux contacts dans les culots 34, 36 fixés aux extrémités de la lampe. L'ampoule scellée est emplie d'un gaz inerte tel que l'argon ou un mélange d'argon et de néon sous basse pression, par exemple 2 Torr, et d'une faible quantité de mercure au moins suffisante pour fournir une basse pression de vapeur d'environ 6 microns en fonctionnement. La paroi interne de l'ampoule 12 est recouverte d'une couche de luminopho- res tels que, par exemple, un halophosphate de calcium activé par de l'anti- moine et du manganèse. On prépare une suspension de luminophores en dispersant des particules de 3 249881i luminophores dans un système à base d'eau en utilisant un oxyde de poly- éthylène comme liant et d'eau comme solvant. Cette suspension de luminophores est ensuite appliquée de manière habi- tuelle pour qu'elle coule sur la paroi interne de l'ampoule puis que l'eau s'évapore en ne laissant que le liant et les particules de luminophores adhérant à la paroi. Les ampoules avec le revêtement interne de luminophores sont ensuite chauffées dans un four de manière à éliminer les composants organiques, les particules de luminophores restant sur la paroi de l'ampoule. La couche de luminophores 38 est ensuite recouverte d'une couche relativement lourde 40 d'alumine de taille supérieure au micron, tel qu'un oxyde C d'alu- minium. Les particules de ce matériau ont une taille comprise entre 0,01 et 0,04 micron et peuvent recouvrir 100 m2 par gramme. Dans le cas présent, l'expression "couche relativement lourde" signifie une couche dont le poids par unité de surface est supérieur à 160 microgrammes par cm2, On dépose la couche d'alumine 40 également au moyen d'une suspension com- prenant des particules d'aluminium dans une solution à base d'eau et d'un liant d'oxyde de polyéthylène et une cellulose de méthyle hydroxyéthyle dis- soue dans l'eau. On applique alors les suspensions d'alumine de diverses concentrations en lesfaisant couler sur la couche de luminophores jusqu'à ce que l'excès de suspension au fond de l'ampoule montre que le revêtement de la couche de luminophores est totalement obtenue. Les ampoules ainsi traitées sont à nouveau chauffées pour éliminer les composants organiques du liant puis elles sont utilisées pour fabriquer des lampes fluorescentes selon les méthodes connues. On a fabriqué des lampes-test de la même manière mais sans le revêtement d'alumine, et un certain nombre de lampes fluorescentes selon l'invention avec diverses concentrations d'alumine pour le revêtement. Les résultats ob- tenus sont indiqués sur les tableaux I à IV suivants. Sur ceux-ci, la main- tenance des lumens est définie par le rapport de la quantité de lumière émi- se à la fin du test à celle émise après 100 heures de fonctionnement. Les comparaisons ont été effectuées sur cette base de 100 heures comme point de départ pour éviter les variations initiales rapides qui auraient affecté les résultats. T A B L E A U I LAMPE DE TYPE: 58T8 /ES HALOPHOSPHATE BLANC FROID T A B L E A U I I LAMPE DE TYPE: 58T8/ES HALOPHOSPHATE BLANC CHAUD Co Co POIDS DE A1203 LUMENS LUMENS % MAINTENANCE LUMENS,% MAINTENANCE LUMENS % MAINTENANCE REVETEMENT 2 3 100 h 3000 h (100-3000 h) 4000 h (100-4000 h) 6000 h (1006000 h) en ug/cm2 Luminophores seulement O 4 684 3 742 79,9 3 506 74,9 3 276 69,9 Luminophores + A1203 61 4 717 4 001 84,8 3 857 81,8 3 616 76,6 Luminophores + A1203 484 4 064 3 837 94,4 3 767 92,7 3 697 91,0 _EEMNTPOIDS DE A1203 LUMENS LUMENS % MAINTENANCE RE VE TEMENT en ug/cm2 100 h 3000 h (100-3000 h) en ug/om2 Luminophores O 4 703 3 739 79,5 seulement Luminophores+ A1203 78 4 780 4 279 89,5 Luminophores+ A1203 162 4 731 4 318 91,3 Luminophores + A1203 202 4 730 4 382 92,6 Luminophores + A1203 294 4 572 4 282 93,7 D 22,849 T A B L E A U I I I LAMPE DE TYPE: 96T12 H.O. HALOPHOSPHATE BLANC FROID NPoids de A1203 Lumens Lumens Maintenance REVETEMENT en ug/cm2 100 h 2000 h (100-2000 h) Luminophores seulement O 8 971 7 908 88,2 Luminophores + Ai203 Luminophores + Al203 287 8 851 8 340 94,2 T A B L E AU I V LAMPE DE TYPE: 96T12 VHO HALOPHOSPHATE BLANC FROID REVETEMENT Poids de A1203 Lumens Lumens % Maintenance REVETEMENT en ug/cm2 100 h 2378 h (100-2378 h) ILuminophores seulement O 14 170 11 584 81,8 Luminophores + Al203 333 14 894 13 277 89,1 ,. .,.,,..,,.,,,I 249881 1 6 2498811 A la lecture de ces tableaux, on peut constater que l'on a utilisé des revêtements d'alumine dont le poids par unité de surface varie de 0 (lam- pe-test) à 484 pg/cm. Comme expliqué dans le brevet américain 3 886 396, les revêtements de poids relativement important conduisent à une brillance initiale inférieure à celle des lampes-test (il semble que l'exception du tableau IV soit une anomalie). Cependant il était totalement inattendu qu'après 2 000 à 6 000 heures de fonctionnement (selon le type de lampe et son revêtement), non seulement la maintenance des lampes ayant un revête- ment relativement lourd soit meilleure que celle des lampes-test, mais aussi que la quantité réelle de lumière émise soit plus importante. Ainsi on obtient des valeurs de la maintenance approchant, et dans la plupart des cas, dépassant 90 % après plus de 6 000 heures de fonctionnement. Les mesures ont été effectuées par photométrie au moyen d'une sphère pho- tométrique standard aussi bien à l'instant initial qu'au moment de la mesure. Ainsi on a vu que les lampes sont améliorées par un revêtement d'alumine relativement lourd. La substitution du solvant organique tel que la nitrocellulose par un sol- vant à base d'acétate de butyle pour les luminophores et un liant de cellu- lose éthyle avec un solvant au xylol, permet d'obtenir des résultats simi- laires. En outre, on a obtenu les mêmes résultats aussi bien lorsque le liant des luminophores avait été oté avant application de l'alumine que lorsqu'une seule cuisson avait été effectuée. En prenant des photographies des lampes au moyen d'un microscope électro- nique à balayage grossissant 10 000 fois, on s'aperçoit que les particules d'alumine recouvrent la surface des particules de luminophores partout dans l'épaisseur du film et pénètrent jusqu'à la surface de verre. Bien que seuls certains modes préférés de réalisation de l'invention aient été décrits, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. 7 2498811 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Lampe à décharge en arc comprenant une ampoule émettant de la lu- mière et contenant un moyen ionisable qui inclut de la vapeur de mercure et ayant des électrodes scellées à ses extrémités, et une couche de luminopho- res disposée sur la paroi interne de la dite ampoule, caractérisée en ce qu'une couche d'alumine (40) d'une taille supérieure au micron est déposée par dessus la couche de luminophores (38), le poids par unité de surface de la dite alumine étant supérieur à 160 microgrammes par centimètre carré. 2 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le poids par unité de surface de la dite alumine est compris entre 160 et 300 Pg/em 2 environ. 3 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le poids par unité de surface de la dite alumine est compris entre 300 et 500 pg/c. 4 - Lampe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que la dite lampe est une lampe fluorescente. 5 - Lampe fluorescente comprenant une ampoule hermétiquement scellée émettant de la lumière et contenant un moyen pour engendrer et favoriser un arc électrique et incluant de la vapeur de mercure et des électrodes scel- lées à ses extrémités, caractérisée en ce que la maintenance des lumens est améliorée en déposant une couche d'alumine (40) de taille supérieure au micron par dessus la couche de luminophores (38), le poids par unité de sur- face de la dite alumine étant suffisant pour maintenir la dite maintenance sensiblement à 90% après 2 000 heures de fonctionnement par rapport à la quantité de lumière émise après 100 heures de fonctionnement. 6 - Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que les dits luminophores sont constitués par un halophosphate de calcium. 7 - Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dit poids par unité de surface de la dite alumine est tel que la dite mainte- nance est sensiblement égale à 90%D après 3 000 heures de fonctionnement par rapport à la quantité de lumière émise après 100 heures de fonctionnement. 24988 11 8 - Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dit poids par unité de surface de la dite alumine est tel que la dite mainte- nance est sensiblement égale à 90% après 6 000 heures de fonctionnement par rapport à la quantité de lumière émise après 100 heures de fonctionnement. 9 - Procédé de fabrication d'une lampe fluorescente dont la maintenance des lumens est sensiblement égale à 90% après au moins 2 000 heures de fonc- tionnement par rapport à la quantité de lumière émise après 100 heures de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: appliquer une couche de luminophores (38) sur la paroi interne d'une ampoule (12) de forme tubulaire émettant de la lumière, -préparer une solution d'alumine de taille supérieure au micron avec de l'eau, de la cellulose de méthyle hydroxyéthyleet un oxyde de polyéthy- lène, la quantité d'alumine dans la dite solution étant suffisante pour re- couvrir la dite couche de luminophores, la dite alumine ayant un poids par unité de surface supérieur à 160 pgIcm2y -appliquer l'alumine (40) sur la dite couche de luminophores (38), -chauffer l'ampoule (12) pour éliminer les composants organiques, et -utiliser la dite ampoule pour constituer la dite lampe fluorescente.