DE10016736A1

DE10016736A1 - Gas-discharge lamp with capacitive coupling structure, uses three-layer sequence of ceramic foil and platinum paste.

Info

Publication number: DE10016736A1
Application number: DE2000116736
Authority: DE
Inventors: Wilhelm A Groen; Joseph Pankert
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-10-11

Abstract

The gas-discharge lamp is designed with a layer sequence of a first dielectric layer of a ceramic foil (1), an electrically conductive platinum layer (2) and a third layer of a ceramic foil to provide a capacitive coupling system which can deliver an increased power level.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer kapazitiven Einkoppelstruktur.The invention relates to a gas discharge lamp with at least one capacitive Coupling structure.

Bekannte Gasentladungslampen bestehen aus einem vakuumdichten Gefäß mit einem Füllgas, in dem die Gasentladung abläuft, und meist zwei metallischen Elektroden, die in das Entladungsgefäß eingeschmolzen sind. Eine Elektrode liefert die Elektronen für die Entladung, die über die zweite Elektrode wieder dem äußeren Stromkreis zugeführt werden. Die Abgabe der Elektronen erfolgt meist mittels Glühemission (heiße Elektroden), kann jedoch auch durch Emission in einem starken elektrischen Feld oder direkt durch Ionenbeschuß (ioneninduzierte Sekundäremission) hervorgerufen werden (kalte Elektro den). Eine Gasentladungslampe kann jedoch auch ohne elektrisch leitfähige Elektroden betrieben werden. Bei einer induktiven Betriebsart werden die Ladungsträger direkt im Gasvolumen über ein elektromagnetisches Wechselfeld hoher Frequenz f (typischerweise größer als 1 MHz bei Niederdruckgasentladungslampen) erzeugt. Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen innerhalb des Entladungsgefäßes solcher induktiver Lampen, her kömmliche Elektroden fehlen bei dieser Betriebsart. Bei einer kapazitiven Betriebsart werden kapazitive Einkoppelstrukturen als Elektroden verwendet. Diese werden aus Isola toren (Dielektrika) gebildet, die auf einer Seite Kontakt zur Gasentladung haben und auf der anderen Seite elektrisch leitfähig (beispielsweise mittels eines metallischen Kontaktes) mit einem äußeren Stromkreis verbunden sind. Bei einer an die kapazitiven Einkoppel strukturen angelegten Wechselspannung bildet sich im Entladungsgefäß ein elektrisches Wechselfeld aus, auf dessen linearen elektrischen Feldern sich die Ladungsträger bewegen. Im Hochfrequenzbereich (f < 10 MHz) ähneln kapazitive Lampen den induktiven Lam pen, da die Ladungsträger hier ebenfalls im gesamten Gasvolumen erzeugt werden. Die Oberflächeneigenschaften des dielektrischen Materials der Einkoppelstrukturen sind hier von geringer Bedeutung (sogenannter α-Entladungsmodus). Bei niedrigeren Frequenzen ändern die kapazitiven Lampen ihre Betriebsart und die für die Entladung wichtigen Elektronen müssen ursprünglich an der Oberfläche der dielektrischen Einkoppelstruktur emittiert und in einem sogenannten Kathodenfallgebiet vervielfacht werden, um die Entladung aufrechtzuerhalten. Daher ist dann das Emissionsverhalten des dielektrischen Materials bestimmend für die Funktion der Lampe (sogenannter γ-Entladungsmodus).Known gas discharge lamps consist of a vacuum-tight vessel with a Filling gas, in which the gas discharge takes place, and usually two metallic electrodes, which in the discharge vessel has melted down. An electrode supplies the electrons for the Discharge, which is fed back to the external circuit via the second electrode become. The electrons are mostly released by means of glow emission (hot electrodes), can, however, also be emitted in a strong electrical field or directly through Ion bombardment (ion-induced secondary emission) are caused (cold electro the). A gas discharge lamp can, however, also be used without electrically conductive electrodes operate. In an inductive operating mode, the charge carriers are directly in the Gas volume over an alternating high frequency electromagnetic field f (typically greater than 1 MHz for low pressure gas discharge lamps). The electrons move on circular orbits within the discharge vessel of such inductive lamps Conventional electrodes are missing in this operating mode. With a capacitive operating mode capacitive coupling structures are used as electrodes. These become Isola gates (dielectrics) formed, which have contact with the gas discharge on one side and on the other side is electrically conductive (for example by means of a metallic contact) are connected to an external circuit. With one to the capacitive coupling structures applied AC voltage forms an electrical in the discharge vessel Alternating field, on whose linear electrical fields the charge carriers move. In the high frequency range (f <10 MHz), capacitive lamps are similar to inductive lam pen, since the charge carriers are also generated here in the entire gas volume. The Surface properties of the dielectric material of the coupling structures are here of minor importance (so-called α discharge mode). At lower frequencies the capacitive lamps change their operating mode and the important ones for the discharge Electrons originally have to be on the surface of the dielectric coupling structure be emitted and multiplied in a so-called cathode drop area by the Maintain discharge. Hence the emission behavior of the dielectric Material determining for the function of the lamp (so-called γ discharge mode).

Gasentladungslampen benötigen zum Betrieb eine Treiberschaltung, die die Gasentladung in der Lampe zündet und einen Ballast für den Betrieb der Lampe an einem Stromkreis liefert. Ohne eine geeignete Ballastierung der Lampe in einem äußeren Stromkreis würde der Strom in der Gasentladungslampe durch Vermehrung der Ladungsträger im Gasvolu men des Entladungsgefäßes so stark steigen, dass es schnell zu einer Zerstörung der Lampe kommt.Gas discharge lamps require a driver circuit to operate the gas discharge ignites in the lamp and a ballast for the operation of the lamp on a circuit supplies. Without appropriate ballasting of the lamp in an external circuit would the current in the gas discharge lamp by increasing the charge carriers in the gas volume of the discharge vessel rise so rapidly that the lamp is quickly destroyed is coming.

Aus der Offenlegungsschrift DE 35 18 299 ist eine gattungsgemäße Gasentladungslampe bekannt, bei der eine kapazitive Kopplung zwischen Elektroden und Leuchtgas mittels eines Dielektrikums entsteht. Die Elektroden zum Anschluss an eine Wechselspannung sind isoliert gegenüber dem in einem Quarzrohr enthaltenen Leuchtgas angeordnet, indem die Elektroden das Quarzrohr umschließen. Die Wandung des Quarzrohres wirkt dabei als Dielektrikum. Die metallischen Elektroden haben keinen direkten Kontakt zum Leucht gas, sondern die elektrische Energie wird durch eine kapazitive Kopplung der Elektroden mit dem Leuchtgas über das Dielektrikum zugeführt. Dabei kann nur der kleine Teil der inneren Oberfläche des Dielektrikums, der einerseits von der Elektrode umschlossen ist und andererseits Kontakt zum Leuchtgas hat, zur Einkoppelung von Leistung genutzt werden. Da die Höhe der einkoppelbaren Leistung stark von der Größe der Oberfläche des Dielektrikums abhängt, haben bekannte Gasentladungslampen mit einer kapazitiven Ein koppelung den Nachteil, dass nur wenig Leistung eingekoppelt werden kann.A gas discharge lamp of the generic type is disclosed in published patent application DE 35 18 299 is known in which a capacitive coupling between electrodes and illuminant gas of a dielectric is created. The electrodes for connection to an AC voltage are insulated from the luminous gas contained in a quartz tube by the electrodes enclose the quartz tube. The wall of the quartz tube acts as Dielectric. The metallic electrodes have no direct contact with the light gas, but the electrical energy is generated by a capacitive coupling of the electrodes supplied with the luminous gas via the dielectric. Only the small part of the inner surface of the dielectric, which is enclosed on the one hand by the electrode and on the other hand has contact with the luminous gas, for coupling in power become. Since the amount of power that can be coupled in greatly depends on the size of the surface Dielectric depends, have known gas discharge lamps with a capacitive on coupling the disadvantage that only little power can be coupled.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Gasentladungslampe zu schaffen, bei der der Gasentladung mehr Leistung über die kapazitiven Einkoppelstrukturen zugeführt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a gas discharge lamp in which the Gas discharge more power can be supplied via the capacitive coupling structures can.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Schichtenfolge mit wenigstens einer ersten Schicht aus einem dielektrischen Material, einer zweiten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und einer dritten Schicht aus einem dielektrischen Material eine kapazitive Einkoppelstruktur bildet. Die Schichten bilden drei miteinander verbundene Lagen der Schichtenfolge. Auf diese Weise ist die elektrisch leitfähige Schicht, mittels der die kapazitive Einkoppelstruktur mit einem externen Stromkreis verbunden wird, auf beiden Seiten mit einem Dielektrikum umgeben. Über die Dielektrika wird Leistung in das Entladungsgefäß der Lampe eingekoppelt, die aufgrund der größeren wirksamen Fläche deutlich höhere Werte annehmen kann. Die Schichten werden derart aufeinandergelegt, dass an einer Seite der Schichtenfolge ein elektrischer Kontakt mit der leitfähigen Schicht hergestellt werden kann. Um die wirksame Oberfläche der kapazitiven Einkoppelstruktur weiter zu vergrößern, können zusätzliche Schichtenfolgen miteinander kombiniert werden.The object is achieved in that a layer sequence with at least one first Layer of a dielectric material, a second layer of an electrical conductive material and a third layer of a dielectric material capacitive coupling structure. The layers form three interconnected Layers of the layer sequence. In this way, the electrically conductive layer by means of the capacitive coupling structure is connected to an external circuit surrounded on both sides with a dielectric. Performance is achieved via the dielectrics the discharge vessel of the lamp is coupled due to the larger effective area can assume significantly higher values. The layers are placed on top of one another in such a way that on one side of the layer sequence there is electrical contact with the conductive layer can be manufactured. To the effective surface of the capacitive coupling structure to further enlarge, additional layer sequences can be combined with one another.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bilden elastische Folien die Schichten. Die Verwendung von elastischen Folien ermöglicht es, der kapazitiven Einkoppelstruktur eine beliebige, an die Anwendung angepasste Form zu geben. Vorzugsweise ist dabei jeweils eine keramische Folie zur Bildung der ersten und dritten Schicht und eine metalli sche Paste zur Bildung der zweiten Schicht vorgesehen. Für die keramischen Folien eignen sich ferroelektrische, paraelektrische oder antiferroelektrische Materialien (z. B. BaTiO₃, BaZrO₃), die in Form einer Folie mit einer Dicke von etwa 100-200 µm verwendet wer den. Auf eine solche Folie wird beispielsweise mittels eines Druckverfahrens die metallische Paste (z. B. Ag, Pt) aufgetragen.In a preferred development of the invention, elastic films form the layers. The use of elastic foils makes it possible to give the capacitive coupling structure any shape that is adapted to the application. A ceramic film for forming the first and third layers and a metallic paste for forming the second layer are preferably provided in each case. Ferroelectric, paraelectric or antiferroelectric materials (e.g. BaTiO ₃ , BaZrO ₃ ), which are used in the form of a film with a thickness of approximately 100-200 μm, are suitable for the ceramic films. The metallic paste (for example Ag, Pt) is applied to such a film, for example by means of a printing process.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schichtenfolge zu wenigstens zwei Wicklungen zusammengerollt. Durch das schneckenförmige Zusammenrollen entsteht eine stabile und platzsparende kapazitive Einkoppelstruktur. Die zusammen gerollte Schichtenfolge kann auf einfache Weise in das Entladungsgefäß der Lampe eingesetzt werden, so dass die Oberfläche, über die Leistung in das Füllgas im Entladungs gefäß eingekoppelt werden kann, sehr groß gewählt werden kann. Mittels einer geeigneten Anzahl von Wicklungen kann eine gewünschte Größe der wirksamen Oberfläche erreicht werden.In an advantageous development of the invention, the layer sequence is at least two windings rolled up. Due to the helical rolling up a stable and space-saving capacitive coupling structure is created. The together rolled layer sequence can easily be in the discharge vessel of the lamp be used so that the surface, on the power in the filling gas in the discharge vessel can be coupled, can be chosen very large. By means of a suitable Number of windings can achieve a desired size of the effective surface become.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen In the following, an embodiment of the invention with reference to drawings are explained. Show

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Schichtenfolge mit drei Schichten, Fig. 1 is a schematic illustration of a layer sequence having three layers,

Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Schichtenfolge und FIG. 2 shows a cross section through a layer sequence, and

Fig. 3: eine kapazitive Einkoppelstruktur aus einer zusammengerollten Schichten folge. Fig. 3 is a capacitive electrode of a rolled-up layer sequence.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schichtenfolge besteht aus einer ersten dielektrischen Schicht aus einer keramischen Folie 1 mit einer Dicke von etwa 100-200 µm. Auf die keramische Folie 1 wird mit einem Druckverfahren eine Platinpaste 2 aufgetragen, die nach dem Trocknen die zweite Schicht bildet. Darauf wird als dritte Schicht wieder eine keramische Folie 3 mit einer Dicke von etwa 100-200 µm aufgebracht. Die Verbindung der Schichten wird vorzugsweise mittels einer Press- oder Laminierungstechnik hergestellt. An einer Seite 4 reicht die Platinschicht 2 bis an den Rand der Schichtenfolge, um eine elektrische Kontaktierung vornehmen zu können.The layer sequence shown in FIG. 1 consists of a first dielectric layer made of a ceramic film 1 with a thickness of approximately 100-200 μm. A platinum paste 2 , which forms the second layer after drying, is applied to the ceramic film 1 using a printing process. A ceramic film 3 with a thickness of approximately 100-200 μm is then applied as a third layer. The connection of the layers is preferably produced by means of a pressing or lamination technique. On one side 4, the platinum layer 2 extends to the edge of the layer sequence in order to be able to make electrical contact.

Die Fig. 2 zeigt die Schichtenfolge im Querschnitt. Auf die drei Schichten 1, 2, 3 ist eine weitere Abstandsschicht 5 aus dem gleichen keramischen Material mit kleineren lateralen Abmessungen an der Seite 4 aufgebracht. Die Abstandsschicht 5 wird bei einer in Fig. 3 dargestellten kapazitiven Einkoppelstruktur 6 benötigt. Die kapazitive Einkoppelstruktur 6 besteht aus einer zusammengerollten Schichtenfolge, die der in der Fig. 1 dargestellten entspricht. Mittels der Abstandsschicht 5 wird ein Abstand zwischen zwei benachbarten Schichtenfolgen eingestellt. An der Seite 4 der zusammengerollten Schichtenfolge 6 kann eine flächige elektrische Kontaktierung aus einer Platinpaste angebracht werden. Fig. 2 shows the layer sequence in cross section. A further spacer layer 5 made of the same ceramic material with smaller lateral dimensions is applied to the three layers 1 , 2 , 3 on the side 4. The spacer layer 5 is required in the case of a capacitive coupling structure 6 shown in FIG. 3. The capacitive coupling structure 6 consists of a rolled-up layer sequence, which corresponds to that shown in FIG. 1. A distance between two adjacent layer sequences is set by means of the spacer layer 5 . A flat electrical contact made of a platinum paste can be attached to the side 4 of the rolled-up layer sequence 6 .

Claims

1. Gas discharge lamp with at least one capacitive coupling structure, characterized in that a layer sequence with at least

- a first layer ( 1 ) made of a dielectric material,
- A second layer ( 2 ) made of an electrically conductive material and
- A third layer ( 3 ) made of a dielectric material forms a capacitive coupling structure.

2. Gas discharge lamp according to claim 1, characterized in that elastic films ( 1 , 2 , 3 ) form the layers.

3. Gas discharge lamp according to claim 2, characterized in that in each case a ceramic film ( 1 , 3 ) is provided to form the first and third layers and a metallic paste ( 2 ) to form the second layer.

4. Gas discharge lamp according to claim 1, characterized, that the layer sequence is rolled into at least two windings.