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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS A DECHARGE ELECTRIQUE UTILISANT DES MATIERES LUMINESCENTES
La présente invention est relative aux appareils à décharge électrique dans les gaz comportant une matière luminescente disposée en couche mince à l'intérieur de l'ap- pareil, par exemple sous forme de pellicule constituant la paroi interne de l'enveloppe de l'appareil; ces appareils seront dénommés ci-dessous "tubes fluorescents".
Il a déjà été proposé d'utiliser pour le remplissage des tubes fluorescents des gaz rares à l'exclusion de la va- peur de mercure. Mais, parmi les gaz rares à électrolumi- nescence faible, c'est-à-dire tels que les tubes fluorescents qui les contiennent, fournissent une émission lumineuse cons- tituée essentiellement par l'émission propre de la matière luminescente employée, l'argon n'a pas reçu jusqu'à présent d'application pratique. La demanderesse a trouvé que des ré- sultats tout-à-fait remarquablee, bien supérieurs à ceux obte- nus avec le xénon et le krypton peuvent être obtenus en em- ployant comme gaz de remplissage l'argon pratiquement pur,
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par la mise en oeuvre de différents moyens dont la combinaison fait l'objet de la présente invention.
En ce qui concerne le rendement lumineux, il est consi- dérablement accru, conformément à l' invention, grâce, d'une part, aux progrès importants réalisés dans la fabrication des matières luminescentes, le plus important consistant à réduire la teneur en métaux alcalins de ces dernières, et grâce, d'autre part, au remplissage des tubes sous des pressions d'argon faibles.
Mais, de l'emploi de ces faibles pressions dans le cas de l'argon, résulte une augmentation de l'absorption de ce. gaz dans les tubes, et, par suite, une diminution de la durée de ceux-ci, à un degré tel qu'ils ne sont plus utilisables indus- triellement; avec le krypton et le xénon, aux mêmes pressions, il n'en est pas de même et l'on obtient aisément, en utilisant des électrodes usuelles, des durées de vie de plusieurs mil- liers d'heures.
Le problème de la durée des tubes a été résolu par la demanderesse diaprés les observations suivantes dont chacune n'est valable que lorsque les conditions correspondant aux autres se trouvent réalisées: a) les pressions d'argon qui, eu égard au rendement luminen. doivent être très faibles, peuvent être cependant choisies suf- fisamment élevées pour permettre une durée de vie acceptable ;
les prendra comprises entre 1 millimètre et 3 millimètres et de préférence de l'ordre de 2 millimètres, b) l'emploi d'intensités de courant faible s, inférieures pour un même diamètre aux plus faibles utilisées normalement pour les tubes luminescents usuels, par exemple à néon, à argon-mercure, ou fluorescents à gaz rares-mercure, tout en permettant d'assurer durée de une/vie convenable, peut cependant donner lieu à un rendement lu mineux satisfaisant. Ces intensités de courant seront choisies entre 5 milliampères et 30 milliampères et de préférence de
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l'ordre de 15 milliampères.
Bien entendu, avec de telles in- tensités et pour avoir une brillance suffisante, il y a lieu d'utiliser les diamètres de tubes usuels, généralement infé- rieurs à 25 millimètres et de préférence, de 1.'ordre de 10 millimètres, les diamètres de cet ordre donnant généralement le maximum de brillance :
c) Enfin, parmi les différents types d'électrodes connus, utilisables dans les tubes à décharge électrique, les électrodes servant à la fois d'anode et de cathode, recouvertes air leurs parties susceptibles de se désagréger en cours de fonctionnement, notamment sur leurs bords, d'un revêtement diélectrique et com- portant en, outre un dépôt donnant lieu à une chute cathodique faible, constitué par exemple par un métal tel que du baryum et du potassium ou un oxyde tel que 1 . oxyde de baryum, permettent ex- ceptionnellement d'at teindre des durées industrielles de plu- sieurs milliers d'heures.
En ce qui concerne la variation du rendement lumi- neux en fonction de l'intensité du courant, elle est d'autant plus sensible que la pression de remplissage est plus basse; il en résulte que, même dans le cas où, pour un courant donné, le rendement lumineux diminue quand la pression s'abaisse, on ar- rive par augmentation de l'intensité du courant, à amener ce ren- dement bien au-dessus de celui obtenu dans les mêmes conditions, mais avec une pression plus élevée. En tout cas, il ne faut pas oublier qu'une augmentation du rendement lumineux, résultant d'une diminution de pression, d'une augmentation de courant ou de ces deux variations à la fois, ne justifie pas toujours, loin de là, la perte de durée de vie du tube qui en est le prix.
A titre d'exemple, si l'on considère trois tubes iden- tiques remplis d'argon aux pressions respectives de 3mm, 2mm et lmm de mercure, on constate que, pour le tube à pression de 3 mm. le rendement lumineux exprimé en unités arbitraires, res- te sensiblement égal à 4,30 lorsqu'on fait varier le courant
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de 10 à 25 milliampères par exemple. Pour le tube rempli à la pression de 2mm de mercure, on constate que si le rendement lu- mineux passe par exemple de 6,2 à 7,4 lorsque le courant varie de 10 à 15 milliampères, ce rendement n'atteint que 7,8 à 25 milliampères; comme la durée du tube est plus grande à 15 qu'à 25 milliampères, on a donc intérêt, suivant la présente invention, à faire fonctionner les tubes avec une intensité de l'ordre de 15 milliampères.
Pour le tube rempli d'argon à la pression de lmm de mercure, on constate que le rendement lumineux est de 6 pour un courant de 10 milliampères, de 7,2 pour un courant de 15 milliampères et de 9 pour un courant de 25 milliampères. Il en résulte que jusqu'à 15 milliampères, on obtient un meilleur ren- dement en remplissant le tube d'argon à la pression de 2mm; on observe encoré qu'à 2mm de pression et à 15 milliampères, l'in- tensité lumineuse est beaucoup plus élevée qu'à 3mm de pression et à 25 milliampères. S'il est vrai que lorsqu'on passe de 2mm de pression et 15 milliammpères à lmm de pression et 25 milliampères, le gain réalisé sur le flux lumineux qui varie alors de 7,4 à 9, est de l'ordre de 15%, par contre, la durée de vie du tube se trouve réduite de plus des trois quarts de sa valeur.
Comme matières luminescentes, on peut utiliser les tungstates, dont le tungstate de calcium, et les silicates, dont le silicate de zino, actuellement employés de façon normale dans la technique des tubes fluorescents à atmosphère de néon, ou à atmosphère de gaz rares et de vapeur de mercure, les matières étant fabriquées à partir de substances extrêmement pures, notam- ment en ce qui concerne la teneur de ces dernières en fer et en métaux alcalins.
L'importance d'une faible teneur en fer (de l'ordre de 1/100.000) a déjà été signalée; la demanderesse a re- connu que la teneur en métaux alcalins est non moins importante pour l'obtention d'un bon rendement lumineux et une bonne conser- vation de ce rendement au cours de la durée, surtout lorsque, comme dans la présente invention, les matières luminescentes som
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placées dans les tubes à décharge électrique, l'expérience mon- trant que, par exemple, avec un silicate de zinc, le rendement lumineux est particulièrement élevé lorsque la teneur en métaux alcalins est inférieure à 1/1000 et de préférence de l'ordre de 1/100.000. Il convient également, dans le cas du silicate de zinc activé par un phosphorogène comme le manganèse,
d'utiliser une substance dans laquelle l'excès de silice n'est pas trop élevé. Autrefois, on fabriquait couramment les silicates pour lesquels la teneur en silice était par exemple de 80 pour 20 d'oxyde de zinc. Il est de beaucoup préférable, quant au rende- ment lumineux, d'utiliser les proportions plus voisines de la composition théorique de l'orthosilicate de zinc, comme par exemple 50 de silice pour 50 d'oxyde de zinc. On peut utiliser également des silicates mixtes de zinc et de béryllium; avec ces substances fluorescentes, on obtient des émissions luminescentes jaune d'or d'un très bel effet.
L'expérience montre également qu'à la différence des tubes à argon-mercure fluorescents, il y a intérêt à utiliser la matière luminescente en pellicule aussi fine que possible.
Une caractéristique remarquable de la présente invention c'est l'accroissement considérable des rendements lu- mineux obtenus; le tube à argon sous 2mm de pression donne, lors.-- qu'il n'est pas fluorescent, un flux lumineux égal à 0,53 en unités arbitraires, et de 7 dans le cas contraire; ce résultat peut donner lieu à une conséquence pratique d'un grand intérêt.
En effet, lorsque de tels tubes fluorescents servent à la compo- sition des enseignes ou de motifs lumineux par exemple, il arrive souvent que, pour des questions de facilité d'emploi, un même tube soit utilisé pour la réalisation de deux tubes distincts; dans ces conditions, la partie du tube doit être dissimulée, soit par . disposition derrière le fond du motif, soit par recouvre- ment d'une peinture opaque.
Avec le tube faisant l'objet de la présente invention, étant donné la très faible émission lumi- neuse de l'argon par rapport à l'émission de la substance
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luminescente, les jonctions peuvent se faire en utilisant simple- ment un élément de tube ne contenant pas de matières luminescentes On peut également, pour des tubes de grande longueur, se servir des éléments non luminescents pour réaliser les soudures du verre; on évite ainsi les soudures sur les parties luminescentes, soudures qui généralement altèrent la luminescence.
Bien entendu, les tubes conformes à la présente invention présentent toutes les qualités des tubes fluorescents à gaz rares sans mercure: fonctionnement aux basses et très basses températures conservation du rendement lumineux au cours de la durée, facilité de réalisation de dessins lumineux.
D'autre part, la chute liné- aire de tension est sensiblement la même pour les tubes à argon que pour les tubes usuels à gaz rares et à vapeur de mercure; par suite, un même transformateur permet d'alimenter la même longueur du tube argon fluorescent que de tubes à gaz rares et à mercure, et la réduction de l'intensité de courant à une faible valeur dans les tubes à argon, permet de réaliser une très importante économie sur le prix du transformateur et sur la consommation de courant électrique.
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