Leuchtstoff-Lichtquelle Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstoff-Lichtquelle, deren Emission von Leuchtstoffen ausgeht, die ihrerseits durch eine primäre Energiequelle angeregt wird.
Die Leuehtstoff-Lichtquelle gemäss der vorliegenden Erfindung weist eine sehr gün stige Energiebilanz auf. Sie beruht auf der Erkenntnis, dass die unökonomische Energie umwandlung bei bekannten Lichtquellen weni ger durch die Eigenschaften der Leuchtstoffe bedingt ist als vielmehr durch die unzweck mässige Gestaltung der Leuchtstoffschichten. Es ist bisher üblich, als Leuchtstoffe fein körnige Pulver von meist kristalliner Struk tur zu verwenden,
dieselben mit einem ge eigneten Bindemittel züi vermengen und in der gewünschten Dicke als Schicht auf eine lichtdurchlässige Unterlage aufzubringen. Derartige Leuchtstoffschichten sind infolge dieser Herstellungsmethode für Fremdlicht meist nur wenig durchlässig und bewirken auch bei geringen Schichtdicken eine beträcht liche Absorption desselben. Dies ist. aber in ähnlicher Weise auch für die vom Leuchtstoff selbst herrührende Lichtemission der Fall, ins besondere, wenn .die Rückseite der Schicht durch geeignete. Energiebeaufschlagung "an geregt wird und das erzeugte Licht erst nach Durchdringung der Schicht nach aussen ab gestrahlt wird.
Selbst wenn die anregende Energie in die Leuchtstoffschieht eindringen könnte und die ganze Leuchtstoffschicht an regen würde - was meist nicht der Fall ist - wäre eine mehr oder weniger starke Absorp tion aller nicht von der Vorderseite der Schicht ausgehenden Strahlungsanteile nicht zu vermeiden. Ein starker Lichtverhist tritt sogar dann auf, wenn die einzelnen Leucht- stoffpartikel selbst lichtdurchlässig sind, da auch Schichten aus vielen durchsichtigen Par tikeln, wie es beispielsweise bei pulverisiertem Glas der Fall ist, eine beträchtliche Licht schwächung durch Reflexion und Streuung hervorrufen.
Die Emissionsverluste des Leuchtstoffes innerhalb der Leuchtstoffschicht ist die Hauptursache für die bei bisher bekannten Leuchtstoff-Lichtquellen vorhandene ungün stige Energiebilanz. Dieser Nachteil ist bei der Leuchtstoff-Lichtquelle gemäss der vor liegenden Erfindung weitgehend vermieden.
Die vorliegende erfindungsgemässe Leucht- stoff-Lichtquelle ist gekennzeichnet durch eine Energiequelle, welche Leuchtstoffpar- tikel beaufschlagt und zur Lichtemission an regt, wobei die Leuchtstoffpartikel in bezug auf das emittierte Licht wenigstens angenä hert den gleichen Brechungsindex besitzen wie das Medium, in das sie eingebettet sind.
Nachstehend sind beispielsweise Ausfüh rungsformen der Erfindung an Hand der Fig.1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 schematisch einen teilweisen Quer schnitt durch eine zylindrische oder kugelför mige Leuchtstoff-Lichtquelle, Fig.2 schematisch und im Längsschnitt dargestellt eine Leuchtstoff-Lichtquelle nach Art eines Scheinwerfers aufgebaut, Fig.3 eine zylinderförmige Leuchtstoff- Lichtquelle schematisch im Aufriss und teil weise im Schnitt wiedergegeben.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine langgestreckte, röhrenförmige oder kugelför mige Lichtquelle. Die primäre Energiequelle 1 befindet sich in einer geeigneten Gasatmo sphäre 2, die von einer durchsichtigen oder durchscheinenden Wandung - 3 allseits um schlossen ist. Auf der Innenfläche der Wan dung 3 ist die Leuchtstoffschicht 4 aufge bracht, die ihrerseits gegebenenfalls vom In nenraum 2 durch einen Belag 5 getrennt sein kann.
Die Leuchtstoffschicht 4 wird, durch den Belag 5 hindurch, von der primären Energiequelle 1 angeregt, beispielsweise durch eine von derselben in Pfeilrichtung 6 aus gehenden Strahlung.
Die Leuchtstoffsclücht 4 besteht ans Leuchtstoffpartikeln (in Fig.1 durch dunkle Punkte angedeutet), die in ein sie umgeben des Medium eingebettet sind, das in bezug auf das von ihnen emittierte Licht annähernd gleichen Brechungsindex aufweist wie die Leuchtstoffpartikel. Bei der vorliegenden bei spielsweisen Ausführungsform sind Leucht- stoffpartikel festen Aggregatzustandes in einem ebenfalls festen 1VIedium vorgesehen.
Dadurch, dass für sichtbares Licht, mindestens aber für das von den Leuchtstoffpartikeln emittierte sichtbare Lichtspektriun, der Bre chungsindex des festen Mediums und der in demselben eingebetteten Leuchtstoffpartikel angenähert gleich ist, wird die- bei einer Mi schung aus pulverförmigen Stoffen mit einem Bindemittel üblicherweise auftretende, nach allen Seiten, also auch nach hinten auf die Energiequelle zu, erfolgende Reflexion und Streuung stark reduziert.
Bei geeigneter Wahl deT Bestandteile nimmt die Schicht, zumin dest für einen vorbestimmten Spektralbereich, einen glarglascharakter an. Als besonders brauchbar hat. sich hier Zinksulfid mit einem Brechungsindex von 2,38 und als einbettendes Medium Arsensulfid mit einem Brechungs index von 2,46 herausgestellt.
Eine derart gestaltete Leuchtstoffschicht ermöglicht gegenüber der bisherigen Praxis einerseits eine wesentliche Einsparung an Leuchtstoff pro Volumen- oder Flächenein heit, anderseits eine Vergrösserung der Schichtdicke.
Die Einsparung an Leuchtstoff ist erzielbar, weil nicht mehr wie bisher eine möglichst dichte Packung der Leuchtstoff- partikel innerhalb der gchicht und eine mög lichst weitgehende Reduzierung der Binde mittelmenge angestrebt werden muss. Die Leuchtstoffpartikel sollen einzeln vollständig vom Medium umgeben sein und ein aufgelok- kertes Gefüge innerhalb desselben bilden.
In einer derartigen Schicht ist dann die Licht ausbeute pro Gewichtseinheit Leuchtstoff we sentlich höher als bei dichter Paekung aller Leuehtstoffpartikel. Vorbedingung ist natür lich, dass die Energiebeaufschlagung der Leuchtstoffpartikel gleichmässig durch die ganze Schicht hindurch erfolgt, also das Ein bettungsmedium die zur Anregung dienende Energie nur unwesentlich absorbiert. Ist diese Bedingung aber erfüllt, dann kann die Leuchtstoffschicht wesentlich dicker gemacht werden als bisher üblich, ohne dass eine grö ssere Absorption der anregenden bzw. der abstrahlenden Energie eintritt.
In diesem Fall besteht dann die Möglichkeit, die Leuchtstoff- schicht 4 nach Fig.1 selbsttragend zu machen und so auszubilden, dass sie die äussere Wan dung 3 ersetzt.
Beispielsweise kann der innere Belag 5 auch ein selbsttragendes, für die anregenden ,trahlen durchlässiges Gefäss darstellen und die im Raum zwischen dem innern Gefäss 5 und dem äussern Gefäss 3 vorgesehene Leucht- stoffschicht 4 aus einem zäh- oder leichtflüs sigen Medium, z. B. ein Gemisch aus Benzol und Schwefelkohlenstoff, mit suspendierten Leuchtstoffpartikeln, z. B. aus Uranglas, be stehen.
Dabei ist durch genügend hohen Ge halt an Leuchtstoffsubstanz in der flüssigen Leuchtstoffschicht dafür gesorgt, dass eine Entmischung der Bestandteile bzw. ein Abset zen der Leuehtstoffpartikel nicht stattfinden kann. Falls erwünscht, kann natürlich hierbei auch ein Leuchtstoff flüssigen Aggregat zustandes, z. B. Fluoreszein, dem flüssigen Medium beigemengt und in bekannter Weise mit denselben emulgiert werden.
Falls die Energiequelle merkliche Strah lungsenergie im sichtbaren Spektralbereich emittiert, muss die innere Schicht 5 auch hier für weitgehend verlustlos durchlässig sein. Vorteilhafterweise wird die Grenzfläche zwi schen den Schichten 5 und 4 derart ausgebil det, dass sie zwar den Eintritt -der Anregungs energie in die Leuchtstoffschicht -4 weitgehend verlustlos ermöglicht, aber das seitens der Leuchtstoffpartikel emittierte Lichtspektrum teilweise reflektiert, was eine weitere Er höhung der Lichtausbeute ergibt. Beispiels weise kann hierfür eine halbdurchlässige Me tallschicht bekannten Aufbaues verwendet werden.
Durch Wahl geeigneter Leuchtstoffe kön nen in bekannter Weise verschiedene Licht farben seitens des Leuchtstoffkörpers erzeugt werden.
Die Energiebeaufschlagung der Leucht- stoffschicht kann bei der Leuchtstofflampe auf verschiedene Arten erfolgen, sowohl durch, elektromagnetische Schwingungen, durch ener giereiche Partikel, durch die Wirkung eines elektrischen Feldes usw. Je nach Art der er wünschten Energiebeaufschlagung ist eine an dere Ausführungsform der Leuchtstoff-Licht- quelle zweckmässig.
Eine besonders zweckmässige Energiequelle l stellt ein erhitzter sogenannter Selektiv strahler, wie beispielswesse ein Körper aus Thoriumoxyd mit Ceroxyd, bekannter Aus führung dar, der so gewählt werden kann, dass er einen grossen Anteil ultravioletter Strahlungsenergie emittiert, die mittels der Leuchtstoffschicht in das sichtbare Licht spektrum frequenztransformiert wird.
Bekanntlich existieren starke Energiequel len für ultraviolettes Licht, die mit Vorteil für die beschriebene Leuchtstoff-Lichtquelle verwendet werden können. Beispielsweise kann dies in einer Anordnung gemäss Fig. 2 erfolgen, bei der die Ultraviolettstrahlungs- quelle 7 im Brennpunkt eines innen verspie gelten Reflektors 8 angeordnet ist. Der rota- tionssymmetrische Reflektor ist an seiner Öff nung durch den LeLichtstoffkörper 4 abge schlossen, der,
wie bereits an Hand von Fig.1 erläutert, in einer ganzen Reihe von Varian ten angewendet werden kann.
Als Energiequelle können auch hochfre quente elektromagnetische Schwingungen ver wendet werden, wofür die Fig.-3 eine bei spielsweise Ausführung zeigt. Hier bildet der Leuchtstoff und das Medium, in das er eän- gebettet ist, einen langgestreckten Körper 9 von zylindrischem oder auch unregelmässigem Querschnitt.
Ein derartiger langgestreckter Körper 9 kann in bekannter Weise als Lei tung für hochfrequente Schwingungen im Zentimeterwellenbereich verwendet werden, welcher Effekt für die Leuchtstoff-Licht- quelle ausgenützt wird. Die Zuführung der Hochfrequenzenergie zur Anregung hochfre- quenter Schwingungen im Körper 9 kann in bekannter Weise über eine koaxiale Leitung 11 und den Ankopplungsstift 12 innerhalb des metallischen Reflektors 13, 14 erfolgen.
Je nach Länge des Körpers 9 ist dessen Gestalt und jenseitige Stirnfläche (nicht gezeichnet) so ausgebildet, dass dort infolge nicht völliger Absorption seitens der Leuchtstoffpartikel noch eintreffende hochfrequente Schwingungs energie am Austritt in den freien Raum ausserhalb des Körpers 9 verhindert und re flektiert wird.
Auch elektromagnetische Schwingungen im Frequenzbereich der üblichen Röntgenstrah len sind zur Anregung von Leuchtstoffpar- tikeln verwendbar, beispielsweise in der Aus führungsform nach Fig. 1. Die Energiequelle 1 stellt dabei eine beliebige Röntgenstrah- lungsquelle dar, die in Pfeilrichtung 6, durch einen dünnen metallischen Belag 5 hindurch, den Leuchtstoffkörper 4 mit Röntgenstrahlen beaufschlagt, .dabei die Leuchtstoffpartikel innerhalb der Schicht 4 anregend.
Schliesslich sei auch noch darauf hingewie sen, dass die Gammastrahlung natürlicher und künstlicher radioaktiver Stoffe die Primär- energie für die Leuchtstoff-Lichtquelle bil den kann.
Ausser durch elektromagnetische Scliwin- gungsenergie kann die Energiebeaufschlagung auch durch energiereiche Partikel, wie Elek tronen, Ionen oder Neutronen, erfolgen. Hier für wird beispielsweise in der Ausführung nach Fig. 2 als Energiequelle 7 eine Elektro nen- oder Ionenschleuder bekannter Bauart verwendet, die möglichst die ganze Innenseite des Leuchtstoffkörpers 4 gleichmässig mit Elektronen oder Ionen beaufschlagt, durch den Innenraum 2 hindurch, der hierbei vor zugsweise evakuiert ist.
Die Schichtdicke des Leuchtstoffkörpers 4 richtet sich nach der Eindringtiefe, also Art und Energie der auf treffenden Partikel, wobei durch geeignete Auswahl des die Leuchtstoffe enthaltenden Mediums des Leuchtstoffkörpers 4 eine mög lichst grosse Eindringtiefe gewährleistet wird; aber gleichzeitig ein Austreten der energie reichen Partikel in den freien Raum ausser halb der Schicht 4 weitgehend vermieden wird.
Für die Anregung seitens einer Neutronen quelle wird eine Leuchtstoff-Lichtquelle vor- zusgweise in der Ausführung nach Fig.1 be nützt.