DE3537881A1

DE3537881A1 - Fotokonverter

Info

Publication number: DE3537881A1
Application number: DE19853537881
Authority: DE
Inventors: Makoto Yawata Kyoto Toho
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-11-24
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1986-06-05
Also published as: GB8526020D0; GB2167428B; DE3537881C2; JPS62176044A; US4719386A; GB2167428A

Description

PRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER

Patentanwälte · European Patent Attorneys 3 5 3 7 8 R

Ernsbergerstraße 19 · 8000 München 60

21. Oktober 1985

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD,
1048, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi
Osaka 571 / Japan

Unser Zeichen: M 1643

Fotokonverter

Die Erfindung betrifft einen Fotokonverter, insbesondere einen Fotokonverter zum Absorbieren des von einer strahlenden Quelle ankommenden Lichtes, durch welches der Fotokonverter erregt wird und Licht mit einer niedrigeren Wellenlänge als die des ankommenden Lichtes auf der
Grundlage der Photonenvervielfachung aussendet.

Ein solcher Fotokonverter führt eine Fotoumsetzung des
eingestrahlten Lichtes mit hohem Wirkungsgrad durch Ausnutzung der MuIti-Quantenemission durch und wird beispielsweise am Umfang einer Röhre angeordnet, welche die strahlende Lichtquelle umgibt, also am Innen- oder Außenumfang einer Lampenröhre, wenn eine gestreckte Lampe betrachtet wird. Ein solcher Fotokonverter ist also insbesondere zur Anwendung bei Lampen und dergleichen geeignet.

Ein Beispiel eines allgemein angewandten Fotokonverters sind fluoreszierende Substanzen, die in Leuchtstofflampen

HD/scha

verwendet werden. In diesen Leuchtstofflampen, bei denen eine fluoreszierende Substanz als Fotokonverter verwendet wird, erreicht die Lichtausbeute etwa 80 lm/W, was für die derzeit verfügbaren Lampen relativ hoch ist. Dennoch können die herkömmlichen Leuchtstofflampen nur etwa 1/4 der eingesetzten Energie umsetzen. In einer Leuchtstofflampe werden etwa 60 % der Lampen-Eingangsleistung in ultraviolettstrahlung im Inneren der Lampe umgesetzt, und nur etwa 40 % der ultravioletten Strahlungsenergie wird durch die Leuchtstoffsubstanz in sichtbares Licht umgesetzt.

Eine Verdopplung der Lichtausbeute würde eine erhebliche direkte Energieeinsparung bedeuten. Es besteht daher ein großer Bedarf für verbesserte Fotokonverter, durch welche die Lichtäusbeute gesteigert werden kann.

Der Erfindung liegt daher primär die Aufgabe zugrunde, einen Fotokonverter zu schaffen, der auf der Grundlage eines neuartigen Fotokonversionsprinzips arbeitet und imstände ist, für jedes anregende Photon zwei oder mehr Photonen auszusenden, was als Multi-Quantenemission bezeichnet wird und eine erhebliche Steigerung der Lichtausbeute bei entsprechender Energieeinsparung zur Folge hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fotokonverter gelöst, der das von einer Strahlungsquelle ankommende Licht absorbiert, durch das absorbierte Licht erregt wird und Licht mit einer niedrigeren Wellenlänge als die des ankommenden Lichtes ausstrahlt. Ein besonderes Merk-

OQ mal des erfindungsgemäßen Fotokonverters besteht darin, daß Leuchtstoffe, die eine atomartige Beschaffenheit aufweisen, in transparenten Zwxschensubstanzen verteilt und dabei voneinander isoliert sowie durch die Zwischensubstanzen gehalten sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, aus den Ansprüchen und aus der Zeichnung, auf die Bezug ge-

nommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Fotokonverterprinzips, auf dem die Erfindung beruht;

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Fotokonverterprinzips bei herkömmlichen Leuchtstoffen, zum Vergleich zu Fig. 1;
10

Fig. 3 ein Modell des erfindungsgemäßen Fotokonverters;

Fig. 4 ein Modell eines herkömmlichen Leuchtstoffes im Vergleich zu Fig. 3;

Fig. 5 ein X-Y-Farbartdiagramm;

Fig. 6 . eine schematische Perspektivansicht einer Lampe, bei welcher der in Fig. 3 gezeigte

Fotokonverter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;

Fig. 7 eine Schnittansicht der Lampe nach Fig. 6;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt des Fotokonverters bei der Lampe nach Fig. 6;

Fig. 9A - 9C Diagramme zur Veranschaulichung der Her-QQ stellung des in Fig. 6 gezeigten Fotokon

verters nach einem Langmuir-Filmbildungsverfahren;

Fig. TO eine schematische Darstellung der Struktur gc des durch die in Fig. 9 gezeigten Verfah

rensschritte hergestellten Fotokonverters;

Fig. 11 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des

Quecksilbers bei Quecksilber-Entladungslampen zeigt, wie sie in Verbindung mit dem in Fig. 6 gezeigten Fotokonverter als Strahlungsquel-Ie verwendet werden können;

Fig. 12 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Natriums zeigt, welches als Leuchtstoff bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 13 ein Diagramm, welches die Energieniveaus von Sr zeigt, welches als anderer Leuchtstoff bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet-werden kann;

Fig. 14 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Xe für Xenon-Entladungslampen zeigt, wie sie als andere Strahlungsquelle bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet werden können;

Fig. 15 · ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Zn zeigt, welches als weiterer Leuchtstoff bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 16 ein Spektraldiagramm einer Hochdruck-Quecksilberdampf lampe, die als weitere Strahlungsquelle bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 vergO wendet werden kann;

Fig. 17 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des

Cs zeigt, welches als weiterer Leuchtstoff

bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet gg - werden kann; .

Fig. 18 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Mg zeigt, das im atomartigen Zustand als wei-

terer Leuchtstoff bei dem Fotokonverter nach

Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 19 ein Diagramm, welches die Energieniveaus des Mn zeigt, das im atomartigen Zustand als wei

terer Leuchtstoff bei dem Fotokonverter nach Fig. 6 verwendet werden kann;

Fig. 20 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung des Fo

tokonverters nach Fig. 6 durch ein Vakuum-Nieder schlagsverfahren ;

Fig. 21 einen Teilschnitt zur Erläuterung der Struktur des Fotokonverters, welcher durch das Verfahren

nach Fig. 20 hergestellt wurde; und

Fig. 22 einen schematischen Schnitt durch eine weitere . Ausführungsform, bei welcher der Fotokonverter nach Fig. 3 bei einer Lampe angewendet wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt der technische Gedanke zugrunde, daß ein Fotokonverter beim Auftreffen einer Strahlung, beispielsweise aus einer Ultraviolett-Strahlungsquelle, zwei oder mehr Photonen für jedes anregende Photon aussendet. In der Zeichnung sind nur zwei emittierte Photonen gezeigt. Dieser Vorgang wird im folgenden als Multi-Quantenemission bezeichnet, wobei es sich um eine Emission handelt, bei der zwei oder mehr Quanten ausge-

„Q sendet werden. Bei einem herkömmlichen Fotokonverter, der durch einen üblichen Leuchtstoff gebildet und in Fig. 2 verdeutlicht ist, treten bei der Erregung durch ankommendes Licht Wärmeverluste aufgrund von Gitterschwingungen und dergleichen auf, so daß lediglich ein einziges Photon für jedes anregende Photon emittiert werden kann. Die erfindungsgemäß angewendete Multi-Quantenemission beruht also gegenüber den herkömmlichen Fotokonvertern auf einem vollständig neuartigen Lichtemissionsprinzip. Durch die

erfindungsgemäße Anwendung der Multi-Quantenemission wird eine Verdoppelung der Lichtausbeute erzielt.

Der erfindungsgemäße Fotokonverter ist als Schicht oder Film ausgebildet und enthält Zwischensubstanzen und Leuchtstoffe, die jeweils durch die Zwischensubstanzen eingeschlossen sind. Es wird nun das in Fig. 3 gezeigte Modell betrachtet. Bei dem erfindungsgemäßen Fotokonverter PCS sind die als Kreise "0" dargestellten Leuchtstoffe EM jeweils in den transparenten Zwischensubstanzen IM verteilt, die durch das Zeichen "X" verdeutlicht sind; die Leuchtstoffe EM sind individuell voneinander isoliert und über die Zwischensubstanzen miteinander verbunden. In diesem Fotokonverter bewahren die Leuchtstoffe EM in optimaler Weise die Eigenschaften eines Atomes, d.h. den Zustand des atomaren Energieniveaus bzw. wenigstens einen "atomartigen" Zustand, der den kondensiert-molekularen Zustand einschließt . Unter dem "atomartigen" Zustand wird- hier ein Zustand verstanden, bei welchem die Leuchtstoffe EM nicht notwendigerweise als vollständig isolierte Atome vorliegen, sondern zumindest einen Zustand aufweisen, der an den Zustand des atomaren Energieniveaus angenähert ist, wobei der Leuchtstoff EM lediglich neben der Zwischensubstanz IM vorhanden ist, ohne in Reaktion mit dieser zu treten oder eine Kombination mit ihr einzugehen oder zumindest nur eine schwache Kombination mit der Zwischensubstanz IM und anderen Substanzen einzugehen , so daß der molekülartige Zustand vermieden wird. Wenn die Bedingung erfüllt ist, daß die Leuchtstoffe EM

₃Q zumindest im "atomartigen" Zustand sind, können beim Auftreffen eines Strahls auf dem Fotokonverter PCS aus einer Strahlungsquelle zwei oder mehr Photonen durch die jeweiligen Leuchtstoffe EM emittiert werden, die in den Zwischensubstanzen IM des Fotokonverters PCS verteilt

_oc sind. In dem Leuchtstoff eines herkömmlichen Fotokonverters, der als Schicht oder Film vorliegt, wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird jeweils ein durch ein Kreuz "X" in jedem durch das Zeichen Q-XJ verdeutlichten Matrixmo-

lekül dargestelltes Element durch ein einen Lichtbeitrag lieferndes Element ersetzt, welches durch einen Punkt "·" verdeutlicht wird, so daß Leuchtmoleküle gebildet werden, die durch das Zeichen ^«) dargestellt und in den transparenten, keinen Lichtbeitrag liefernden Matrixmolekülen ζ^Ρ verteilt sind. Das den Lichtbeitrag liefernde Element "·" in den Leuchtmolekülen ζ+) besitzt hier nur ein Anregungs-Energieniveau für das Molekül, welches weit von dem Energieniveau des atomaren oder atomartigen Zustandes entfernt ist. Aus diesem Grunde kann der Leuchtstoff in dem jeweiligen Leuchtmolekül nur ein einziges Photon aussenden, wenn ein Photon aus der Strahlungsquelle auf dem Leuchtstoff auftrifft.

Für allgemeine Beleuchtungszwecke wird weißes Licht bevorzugt, dessen Farbart durch die schraffierte Zone A in Fig. 5 verdeutlicht ist.

Der erfindungsgemäße Fotokonverter wird nun anhand einer Ausführungsform beschrieben, bei welcher der Fotokonverter auf eine röhrenförmige Beleuchtungslampe angewendet ist. Es wird auf die Fig. 6 bis 8 Bezug genommen. Dort ist eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe gezeigt, die für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, beispielsweise wie eine Desinfektionslampe. Bei einer solchen Lampe ist eine mit Vorheizelektroden PF versehene Lampenröhre LT entweder auf der Innen- oder auf der Außenoberfläche mit einer filmartigen Fotokonverterschicht PSL versehen, die in der in Fig. 8 im Schnitt gezeigten Weise eine dünne _QO feste Schicht STL umfaßt, die Na als einen der anwendbaren Leuchtstoffe enthält, wobei das Na durch eine Grundsubstanz gehalten wird, welche die Zwischensubstanzen IM bildet, und wobei das Na sich im atomartigen Zustand befindet. Die dünne feste Schicht STL ist auf ihrer Rückseite mit einem Harzfilm RF1 bedeckt, welcher für Ultra-

Violettstrahlung durchlässig ist, und auf ihrer Vorderseite mit einem Harzfilm RF2 bedeckt, der für sichtbares Licht durchlässig ist.

Zur Herstellung der dünnen festen Schicht STL in der Fotokonverterschicht PSL kann jegliches Arbeitsverfahren angewendet werden, das als geeignete Form des Langmuir-Filmerzeugungsverfahrens angesehen werden kann, ein Verfahren zur Bildung von ultrafeinen Teilchen, ein Superlegierungsverfahren, ein Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Filmen und dergleichen. Es wird nun eine Ausführung sform beschrieben, bei der das Langmuir-Filmbildungsverfahren angewendet wird. Bei diesem Verfahren werden Moleküle wie Stearinsäure [JCH₃ (CH„) ₁ gCOOH] zunächst in Wasser "w" eingetaucht. Dann wird an der Wasseroberfläche eine Molekülschicht in Form eines einzigen dünnen Filmes gebildet. Dabei befindet sich die hydrophile Gruppe "f" der Moleküle auf der Wasserseite, während die hydrophobe Gruppe "1" vom Wasser fortgewendet ist, wie in Fig. 9A verdeutlicht ist. Wenn anschließend ein geeignetes Substrat BP aus Harz oder dergleichen in das Wasser "w" eingetaucht und aus diesem herausgezogen wird, wie in Fig. 9B verdeutlicht ist, haftet die Molekülschicht an dem Substrat BP fest. Dieses Verfahren wird wiederholt, um mehrere Molekülschichten auf dem Substrat BP zu bilden, wie in Fig. 9C verdeutlicht ist.

Durch Verwendung von Substanzen, die ein metallisches Leuchtstoff-Matrixelement wie Na enthalten, sowie durch chemische Behandlung der so auf dem Substrat BP gebildeten Molekülschichten werden diese Molekülschichten veranlaßt, unter Bildung eines metallischen Salzes zu reagieren. Anschließend wird das metallische Salz reduziert, oQ um das ionisierte Metall zu einem neutralen Metall zu neutralisieren. Eine dünne feste Schicht STL, die den oben beschriebenen Multi-Quantenemissionseffekt zeigt, kann auf diese Weise hergestellt werden. In einer solchen Schicht sind die Na Atome AT relativ zu den transg₅ parenten Zwischensubstanzen IM festgelegt, verbleiben jedoch in ihrem atomartigen Zustand. Die Zwischensubstanzen IM können durch das Substrat BP aus lichtdurchlässigem Harz gebildet sein, in welchem die Atome derart ver-

-,- αχ" ^35378δ1

teilt sind/ daß sie voneinander im wesentlichen unabhängig sind.

Bei einer solchen Lampenröhre LT, die mit einer die dünne feste Schicht STL enthaltenden Fotokonverterschicht PSL versehen ist, ist der größte Teil des vom Quecksilber ausgesendeten Lichtes Ultraviolettlicht bei 253,7 nm, für eine Niederdruck-Entladungszone, die etwa 40⁰C aufweist. Dies ist in Fig. 11 verdeutlicht, die das atomare Energieniveau von Quecksilber zeigt. Natrium Na emittiert im wesentlichen zwei Resonanzlinien im gelben Bereich in der Umgebung von 59 0 nm, wie im Diagramm der Fig. 12 gezeigt ist. Mit zunehmender Anregung treten zahlreiche Emissionsspektren im sichtbaren Bereich auf. Wenn eine Quecksilberentladung stattfindet, trifft hauptsächlich die Ultraviolettstrahlung bei 254 nm auf der festen dünnen Schicht STL durch die Röhre- LT und den Harzfilm RF1 hindurch auf. In der festen dünnen Schicht STL, in welcher das.Natrium im atomartigen Zustand erhalten ist,

2Q wird das auftreffende Ultraviolettlicht absorbiert, wodurch das Natrium ein angeregtes Energieniveau annimmt. Da die Ultraviolettenergie bei 254 nm etwa 4,9 eV entspricht, wird angenommen, daß die Anregungsniveaus der Natriumatome mit großer Wahrscheinlichkeit auf die Ni-

^{veaus 2s}i/2' ^2p3/2' ^2pi/2' ²°5/2' ²°3/2 ^{oder ähnliche}

Niveaus konzentriert sind. Ein durch Emission verursachter übergang erfolgt von den jeweiligen Anregungsniveaus bis zu dem vorbestimmten niedrigeren oder bis zum Grundniveau, wobei als sehr wahrscheinlich angenommen wird, ο« daß die durch die Emission verursachten übergänge folgendermaßen ablaufen: Übergänge höherer Ordnung wie ^92s1/2 * ^32p3/2' ^32pi/2 ^{und 2}°5/2' ²°3/2 * ³\/2> 3^1/2 treten mit hoher Wahrscheinlichkeit auf, so daß die Ener-

2 2

giedifferenz zwischen 3 P₃/₂ ^un<^ 3 P₁ ,„ etwa 2,8 eV beträgt, so daß das emittierte Licht eine Wellenlänge von

etwa 450 nm aufweist; die weiteren Übergänge höherer

2 2 2
Ordnung ^P3/₂' ^pi/2 "*" ^{3 S}1/2 (^Grundniveau) führen im

wesentlichen zu einer Reemission der absorbierten Ener-

gie als Ultraviolettstrahlung bei etwa 254 bis 260 nm, und diese erneut absorbierte Strahlung kann gegebenenfalls zur Anregung höherer Ordnungen S₁ ,~, D₁.

'5/2' 3/2

führen.

2 "*" ^{3 s}-i /₂ (Grundniveau) ,

Bei den Übergängen 3 P₃/₂/ 3 P.
die auf der Sekundäremission beruhen, wird anschließend eine D-Linie (gelb) bei etwa 590 nm (etwa 2,1 eV) emittiert. Das Verhältnis der blauen Emission bei etwa 450 nm

zu gelbem Licht bei etwa 590 nm beträgt dann etwa 1:1. Nach der Sichtbarkeitskorrektur liegt die Farbart für eine solche Zwei-Quanten-Emission nahe beim Punkte "m" in Fig. 5. Wenn noch sichtbares Licht, das durch die Quecksilberentladung entsteht, hinzugefügt wird, so entspricht die Farbart etwa dem Punkte "n" innerhalb der weißen Zone A. Der erfindungsgemäße Fotokonverter ist imstande, eine Lichtausbeute von etwa 160 Im/W herzustellen, also den zweifachen Wert der Lichtausbeute von 80 lm/W bei herkömmlichen Leuchtstoffen.

Verschiedene andere Leuchtstoffe können in der dünnen festen Schicht· STL des erfindungsgemäßen Fotokonverters verwendet werden. Wenn beispielsweise Strontium Sr zur Bildung der dünnen festen Schicht STL verwendet wird, so wird das Sr beispielsweise von einem metallabsorbierenden Chelat-Harz wie

Il
-C-O^

- C - O

X-OOC-

Sr

O
0

Il

C
C

It

- O.

Sr

- y - Al

eingefangen und wird dann mit gasförmigem Wasserstoff oder einem anderen geeigneten Reduziermittel reduziert, um

Il

- C - 0 - H

Sr

- C - 0 - H

Il
0

zu ergeben, wodurch das Strontium Sr herausgelöst und als neutrales Atom innerhalb einer molekularen Struktur festgelegt wird. Bei einer solchen Ausführungsform absorbiert das Strontium Sr in der festen dünnen Schicht STL die Strahlung einer Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe und wird durch deren Ultraviolettstrahlung angeregt, da die Carboxylgruppe für sichtbare und ultraviolette Strahlung -durchlässig ist. Das Strontium Sr wird also auf ein höheres Energieniveau von 5P angeregt und gelangt dann auf das Niveau 4d unter Aussendung von Licht bei 655 nm, um schließlich unter Lichtemission bei 461 nm in den Grundzustand zu gelangen, wie in dem Energiediagramm der Fig. 13 für Sr dargestellt ist.

Als Strahlungsquelle für den Fotokonverter können andere Substanzen verwendet werden. Insbesondere kann auch Xenon Xe verwendet werden, dessen Energieniveaus in Fig. 14 dargestellt sind, in Kombination mit Zink Zn, dessen Energie-

3Q niveaus in Fig. 15 gezeigt sind. Diese Stoffe können als Leuchtstoff in der dünnen festen Schicht STL des Fotokonverters verwendet werden. Eine Xenonentladung erzeugt eine Ultraviolettstrahlung bei einer Wellenlänge von etwa 147 nm und einer Energie von etwa 8,2 eV. Dieses Licht

ge wird von Zink Zn absorbiert, so daß dieses in großem Ausmaß auf das 4d-Niveau angeregt wird. Von diesem Niveau ausgehend erfolgt unmittelbar ein übergang zu dem niedrigeren Niveau 4P unter Aussendung von Licht bei etwa

330 nm, mit anschließendem Übergang in das Grundniveau unter Lichtemission bei etwa 300 nm. Auf diese Weise kann die ferne ultraviolette Strahlung bei 147 nm mit gutem Wirkungsgrad in das nahe Ultraviolettgebiet bei etwa 300 bis 330 nm durch den ^wei-Quanten-Emissionseffekt umgesetzt werden.

Als Strahlungsquelle für den erfindungsgemäßen Fotokonverter kann auch eine Hochdruck-Quecksilber-Entladung verwendet werden; in der festen dünnen Schicht STL wird dann Cäsium Cs verwendet. Das Spektrum einer solchen Hochdruck-Quecksilber-Entladung ist in Fig. 16 gezeigt; die Energieniveaus von Cäsium Cs sind in Fig. 17 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform strahlt die Hochdruck-Quecksilber-Entladung im nahen Ultraviolettgebiet bei etwa 365 nm (etwa 3,4 eV) und im sichtbaren Bereich von 405 nm (etwa 3,1 eV) , 436 nm (etwa 2,9 eV) und 546 nm (etwa 2,3 eV) ; diese Strahlung wird vom Cäsium Cs absorbiert. Die Cäsiumatome besitzen angeregte Niveaus nahe bei 3 65 nm, wie, in Fig. 17 gezeigt ist. Sie absorbieren daher den größten Teil der eingestrahlten Energie und emittieren gelbes Licht mit etwa 2,1 eV und Infrarotlicht bei etwa 1,3 eV in zwei Stufen, wobei ein Resonanz-Energieniveau bei etwa 1,3 eV dazwischenliegt. Für die sichtbare Strahlung von 405 nm findet eine Rotlichtemission bei etwa 1,8 eV und eine Infrarotlichtemission bei etwa 1,3 eV statt; bei einer Strahlung von 436 nm findet eine Zwei-Quanten-Emission im Infrarotbereich von etwa 1,4 bis 1,5 eV und etwa 1,3 eV statt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe wie eine Desinfektionslampe als Strahlungsquelle in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Fotokonverter verwendet. Dabei wird g_ Lithium Li in der festen dünnen Schicht STL verwendet. Bei dieser Ausführungsform strahlt die Quecksilberentladung ultraviolettes Licht bei 254 nm aus; diese Strahlung wird in hohem Grade von Lithium Li absorbiert, wodurch dieses

angeregt wird und blaues Licht bei 427 nm aussendet; das entsprechende angeregte Niveau geht anschließend in das Grundniveau unter Aussendung von rotem Licht bei 671 nm über. Bei dieser Ausführungsform ist das Lithium Li vorzugsweise in der dünnen festen Schicht STL in Form eines Filmes vorhanden, im wesentlichen in gleicher Weise wie für die Verwendung von Natrium Na. Ein Fotokonverter PSL, bei dem Li als Leuchtstoff verwendet wird, ist besonders geeignet zur Anwendung bei der Erzeugung von künstlichem Licht für Pflanzen, die tagsüber dem Tageslicht ausgesetzt werden sollen und über Nacht künstliches Licht erhalten, um ihr Wachstum zu fördern. Es wurde gefunden, daß die wichtigsten Wellenlängenbereiche zur Föderung des Pflanzenwachstums im blauen Bereich von 400 bis 500 nm und roten Bereich von 600 bis 700 nm liegen; an diese Wellen-· längenbereiche ist die Zwei-Quanten-Emission des erfindungsgemäßen lithiumhaltigen Fotokonverters besonders angepaßt.

Es wird als wahrscheinlich angesehen, daß die Unabhängigkeit und Isolierung der Atome des Leuchtstoffes in der festen dünnen Schicht STL des erfindungsgemäßen Fotokonverters PSL beeinträchtigt werden durch die Anwendung bestimmter chemischer oder/und physikalischer Kräfte. Man nimmt an, daß dann eine Kopplungskraft von der Größenordnung einiger zehn Elektronenvolt auf die Leuchtstoffe einwirkt. Bei einer anderen Ausführungsform wird daher eine Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe als Strahlungsquelle verwendet, mit Magnesium Mg, dessen Energieniveaus

_an in Fig. 18 gezeigt sind, oder Mangan Mn, dessen Energieniveaus in Fig. 19 gezeigt sind, als feste dünne Schicht STL, unter Berücksichtigung der besonderen Kopplungskraft für die einfallende Ultraviolettstrahlung bei 254 nm. Wenn eine Kopplungskraft von einigen zehn Elektronenvolt beispielsweise auf Magnesium Mg einwirkt, so sinkt das 4S-Niveau etwas unter 4,9 eV ab, wobei gewisse Schwankungen auftreten, die in Fig. 18 durch die kreuzschraffierte Zone verdeutlicht sind, so daß ein etwas breiteres blaues

- At

Spektrum B in Erscheinung tritt; bei dem niedrigeren Anregungsniveau findet ein ähnliches Absinken mit einer gewissen Schwankung statt, die durch eine weitere kreuzschraffierte Zone in der Zeichnung verdeutlicht ist. Es tritt daher ein etwas breiteres Spektrum von gelb bis rot (Y-R) in Erscheinung, wodurch eine besonders günstige Farbzusammensetzung erreicht wird. Bei der Ausführungsform mit Mangan Mn verursacht die darauf einwirkende Kopplungskraft von einigen zehn eV ein- Absinken des 5S-Niveaus leicht unterhalb 5,0 eV mit einer gewissen Schwankung, die im linken Teil der Fig. 19 durch eine kreuzschraffierte Zone verdeutlicht ist, wodurch ein etwas breiteres Spektrum von blau bis grün (B-G) in Erscheinung tritt. Das niedrigere Anregungsniveau wird ebenfalls abgesenkt, wie durch eine weitere kreuzschraffierte Zone in der Zeichnung verdeutlicht ist, so daß ein etwas breiteres Spektrum von rot bis gelb (R-Y) in Erscheinung tritt; in ähnlicher Weise wie bei Magnesium Mg Wird daher auch bei dieser Ausführungsförm eine günstige Färbzusammensetzung des weißen Lichtes erreicht.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei welchem das Vakuum-Niederschlagsverfahren angewendet wird, um die Fotokonverterschicht PSL nach der Erfindung herzustellen. Es wird auf die Fig. 20 und 21 Bezug genommen. Bei dem Vakuum-Niederschlagsverfahren wird ein geeigneter transparenter Grundkörper TB in ein evakuiertes glockenförmiges Gefäß 100 eingebracht, worin Tiegel 101 und 101a angeordnet sind, von denen der eine den ab-

OQ zulagernden Stoff S₁, nämlich den Leuchtstoff Na, und der andere den aufzubringenden Stoff S„ enthält, nämlich ein Material, welches gegenüber dem Leuchtstoff Na sowie Luft und Wasser inaktiv ist und für sichtbare Strahlung durchlässig ist. Die Beheizung der Tiegel 101 und 101a

ge durch Heizeinrichtungen 102, 102a wird durch eine Temperaturregelung 103 gesteuert. Die Verdampfungsmenge der Substanzen S₁ und S₂ wird durch einen durch eine gestrichelte waagerechte Linie verdeutlichten Schirm einge-

stellt/ der durch eine Schirm-Steuerung 104 gesteuert wird. Die Temperatursteuerung 103 und die Schirm-Steuerung 104 werden durch die Ausgangssignale eines Zustandsdetektors 105 aktiviert, welcher den Zustand der auf dem Grundkörper TB abgelagerten Substanzen überwacht. Zunächst wird die Substanz S₂ verdampft und auf dem Grundkörper TB niedergeschlagen, um darauf eine dünne Schicht TF1 zu bilden. Anschließend wird der Leuchtstoff S₁ verdampft und auf der Schicht TF1 in einem solchen Verhältnis niedergeschlagen, daß das Dichteverhältnis zwischen den niedergeschlagenen Substanzen S₁ und S„ optimal in solcher Weise wird, daß die Leuchtstoffe aus der Quelle S₁ im atomaren Zustand sind oder zumindest einen atomartigen Zustand aufweisen und in der aufgebrachten Substanz S₂, welche die Zwischensubstanzen bildet, verteilt sind, so daß eine Hybridschicht HF mit der in Fig. 3 verdeutlichten Struktur gebildet ist. Anschließend werden nur die Substanzen aus der Quelle S„ verdampft und auf der Hybridschicht HF aufgebracht, um eine weitere dünne Schicht TF2 zu bilden; auf diese Weise wird die Fotokonverterschicht auf dem Grundkörper TB hergestellt.

Der erfindungsgemäße Fotokonverter in seinen verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen kann den verschiedensten Anwendungen zugeführt werden und auch bei anderen Lampen als den in Fig. 6 und 7 gezeigten angewendet werden. Bei der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform sind zwei Lampenröhren LT1 und LT2 koaxial angeordnet, und die äußere Lampenröhre LT2 ist auf ihrer Innenoberfläche mit der Fotokonverterschicht PSL versehen, während die Elektroden PF in der inneren Röhre LT1 angeordnet sind.

Claims

PRINZ, LEISER, BUNKe & -PARTNER Patentanwälte ■ European Patent Attorneys ^ ζ ^ 7 fi ß Ernsbergerstraße 19 · 8000 München 60 21. Oktober 1985 MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD. 1048, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi Osaka 571 / Japan Unser Zeichen: M 1643 P a te η ta ns ρ rü c h e

1. Fötokonverter, der das aus einer Strahlungsquelle, auftreffende Licht absorbiert, angeregt wird und Licht bei einer Wellenlänge aussendet, die niedriger als die des auftreffenden Lichtes ist, dadurch gekennzeichnet, daß er Leuchtstoffe enthält, die sich in einem an ein atomares Energieniveau zumindest angenäherten Zustand befinden und in transparenten Zwischensubstanzen verteilt sind, welche für sichtbares Licht durchlässig sind, und daß diese Leuchtstoffe individuell und voneinander unabhängig angeordnet sowie in den Zwischensubstanzen festgelegt sind.

2. Fotokonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffe aus Metall bestehen und der Fotokonverter als dünne feste Schicht ausgebildet ist.

3. Fotokonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten Film umfaßt, welcher auf einer

Oberfläche der festen dünnen Schicht aufgebracht und für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, sowie einen zweiten Film umfaßt, der auf der anderen Oberfläche der Schicht aufgebracht und für sichtbare Strahlung durchlassig ist.

4. Fotokonverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Na, Li, Sr und anderen äquivalenten Metallen besteht.

5. Fotokonverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Mg, Mn, Cs, Zn und andere äquivalente Metalle enthält.

6. Lampe, die eine Lampenröhre umfaßt, welche einen Fotokonverter aufweist, der das von einer Strahlungsquelle auftreffende Licht absorbiert, angeregt wird und Licht bei einer Wellenlänge aussendet, die niedriger als die des auftreffenden Lichtes ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotokonverter auf der Röhre in Form eines festen dünnen Filmes vorgesehen ist und daß dieser Film Leuchtstoffe enthält, die sich in einem an ein atomares Energieniveau zumindest angenäherten Zustand befinden sowie in transparenten, für sichtbares Licht durchlässigen Zwischensubstanzen verteilt und derart angeordnet sind, daß sie im wesentlichen voneinander unabhängig und in den Zwischensubstanzen festgelegt sind.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

der feste dünne Film auf der äußeren Umfangsfläche der Lampenröhre befestigt ist.

gc

8. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der feste dünne Film auf der inneren Umfangsoberflache der Lampenröhre befestigt ist.

9. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feste dünne Film mit einem auf seiner Innenoberfläche anhaftenden Harzfilm versehen ist, der für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, und auf seiner Außenoberfläche mit einem für sichtbare Strahlung durchlässigen'anhaftenden Film versehen ist. .

10. Lampe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Niederdruck-' Quecksilber-Entladungslampe ist und als Leuchtstoff ein solcher verwendet wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Na, Li, Sr und anderen äquivalenten Metallen gebildet ist.

11. Lampe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß als Strahlungsquelle eine Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe verwendet wird und als Leuchtstoff ein solcher verwendet wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Mg, Mn, Cs, Zn und anderen äquivalenten Metallen besteht.

12. Lampe nach einem der Ansprüche 6 bis TO, dadurchgekennzeichnet , daß als Strahlungsquelle eine Edelgas-Entladungslampe verwendet wird und als Leuchtstoff ein atomares Metall verwendet wird.

13. Lampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Entladungslampe eine Xenon-Entladungslampe ist und als atomares Metall Zink verwendet ist.