DE10140355A1

DE10140355A1 - Entladungslampe mit Zündhilfe

Info

Publication number: DE10140355A1
Application number: DE10140355A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Doell
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-27
Also published as: CA2429546A1; US6984930B2; TW584885B; DE50203157D1; US20040046490A1; KR100880956B1; KR20040021570A; WO2003019615A1; JP2005500663A; EP1417699A1; EP1417699B1

Abstract

Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit auf der Wand des Entladungsgefäßes angeordneten Elektroden weist auf zumindest einen Teil der Innenwand des Entladungsgefäßes eine VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) aus einem Material mit einem hohen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten auf. Auf der VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) wiederum ist eine Leuchtstoffschicht (7) aufgebracht. Außerdem ist in der Leuchtstoffschicht (7) mindestens ein Teilbereich (8) ohne Leuchtstoff vorgesehen, wobei dieser mindestens einer Teilbereich (8) der darunter liegende VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) partiell freilegt und außerdem zumindest in unmittelbarer Nähe einer oder mehrerer Elektroden (4) der Lampe angeordnet ist. Dadurch wird das Zündverhalten der Lampe insbesondere beim Zünden in Dunkelheit verbessert.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dielektrische Barrieren-Entladungslampen sind Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis dielektrisch behinderter Gasentladungen.
Das Entladungsgefäß ist üblicherweise mit einem Edelgas, beispielsweise Xenon, oder einer Gasmischung gefüllt. Während der Gasentladung, die bevorzugt mittels eines in der US-A 5,714,835 beschriebenen, gepulsten Betriebsverfahrens betrieben wird, werden sogenannte Excimere gebildet. Excimere sind angeregte Moleküle, z. B. Xe₂*, die bei der Rückkehr in den in der Regel ungebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittieren. Im Fall von Xe₂* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca. 172 nm (VUV-Strahlung).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische Barrieren- Entladungslampe mit einer auf der Innenwand des Entladungsgefäßes aufgebrachten Leuchtstoffschicht, die zur Konvertierung der unsichtbaren VUV- Strahlung in sichtbare (VIS-)Strahlung (Licht) dient. Auf einem Teil der Innenwand des Entladungsgefäßes ist unterhalb der Leuchtstoffschicht eine VUV/VIS-Reflexionsschicht, beispielsweise AL₂O₃ und TiO₂ aufgebracht. Diese erhöht die Lichtausbeute der Lampe. Die VUV/VIS-Reflexionsschicht reflektiert nämlich zum einen den durch die Leuchtstoffschicht zunächst hindurchtretenden Anteil der von der Gasentladung emittierten, kurzwelligen Strahlung in die Leuchtstoffschicht zurück. Andernfalls würde dieser Anteil großenteils von der Entladungsgefäßwand absorbiert und wäre so für die Konversion in Licht durch die Leuchtstoffschicht endgültig verloren. Zum anderen reflektiert die Reflexionsschicht aber auch das sichtbare Licht, so dass es nur über den reflexionsschichtfreien Bereich des Entladungsgefäßes abgestrahlt wird. Insofern dient die Reflexionsschicht zur Erhöhung der Leuchtdichte in dem für die Lichtabstrahlung vorgesehenen Bereich der Lampe.
Die Form des Entladungsgefäßes der Lampe spielt für die vorteilhafte Wirkung der Erfindung allenfalls eine untergeordnete Rolle. Insbesondere betrifft die Erfindung auch sogenannte Flachlampen und stabförmige Aperturlampen.
Bei Flachlampen ist das Entladungsgefäß im wesentlichen durch eine Grundplatte und eine damit verbundene Frontplatte gebildet. Die VUV/VIS- Reflexionsschicht ist auf der Innenwand der Bodenplatte aufgebracht. Die Lichtabstrahlung erfolgt hier also über die Frontplatte. Flachlampen eignen sich insbesondere für großflächige Beleuchtungsaufgaben, beispielsweise für die direkte Hinterleuchtung von Anzeigen, z. B. Flüssigkristallanzeigen, aber auch für die Allgemeinbeleuchtung.
Bei stabförmigen Aperturlampen bleibt eine sich entlang der Längsachse der Lampe erstreckende Apertur reflexionsschichtfrei. Die Apertur kann wahlweise ebenfalls leuchtstofffrei oder mit Leuchtstoff beschichtet sein. Derartige Lampen werden insbesondere in Geräten für die Büroautomation (OA = Office-Automation), z. B. Farbkopierer und -scanner, für die Signalbeleuchtung, z. B. als Brems- und Richtungsanzeigelicht in Automobilen, für die Hilfsbeleuchtung, z. B. der Innenbeleuchtung von Automobilen, sowie für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, z. B. Flüssigkristallanzeigen, als sogenannte "Edge Type Backlights" eingesetzt.
Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe setzt notwendigerweise mindestens eine sogenannte dielektrisch behinderte Elektrode voraus. Eine dielektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes mittels einer dielektrischen Barriere getrennt. Diese dielektrischen Barriere kann beispielsweise als eine die Elektrode bedeckende, dielektrische Schicht ausgeführt sein, oder sie ist durch das Entladungsgefäß der Lampe selbst gebildet, nämlich wenn die Elektrode auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist.
Aufgrund der dielektrischen Barriere ist für den Betrieb derartiger Lampen eine zeitveränderliche Spannung zwischen den Elektroden erforderlich, beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung oder pulsförmige Spannung, wie in der vorstehend genannten US-A 5 714 835 offenbart.

Stand der Technik

In der US-A 6 034 470 ist eine Flachlampe mit dielektrisch behinderten Elektroden offenbart. Das Entladungsgefäß der Lampe besteht aus einer Boden- und einer Frontplatte, die über einen umlaufenden Rahmen gasdicht miteinander verbunden sind. Die Bodenplatte ist mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen, d. h., nur die Frontplatte dient zur Lichtauskopplung. Die Innenwand sowohl der Boden- als auch der Frontplatte sind mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet (Fig. 6b). Dadurch wird eine hohe Lichtausbeute bzw. hohe Leuchtdichte auf der Frontplatte erzielt. Nachteilig ist allerdings die lange Zündverzögerung nach dem Anlegen der Spannung an die Elektroden der Lampe, wenn sich die Lampe in Dunkelheit befindet, beispielsweise innerhalb einer LCD-Anzeige. Nach geraumer Zeit in Dunkelheit kann es sogar vorkommen, dass sich die Lampe nur noch mit gegenüber dem Normalbetrieb deutlich erhöhter Spannung zünden lässt.
Die EP-A 363 832 zeigt eine Flachlampe mit dielektrisch behinderten Elektrodenpaaren, die paarweise an die beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Die Elektroden bestehen aus Drähten und sind in ein flächiges Glasdielektrikum eingebettet. Im Betrieb bilden sich auf der Dielektrikumsoberfläche zwischen jeweils benachbarten Elektrodendrähten Gleitentladungen aus. Auf der Dielektrikumsoberfläche ist eine Beschichtung zur Erniedrigung der Zündspannung für die Entladung aufgebracht. Das Material für die Beschichtung umfasst die Oxide von Magnesium, Ytterbium, Lanthan und Zer (MgO, Yb₂O₃, La₂O₃, CeO₂). Auf der Außenwand, der dem Glasdielektrikum gegenüberliegenden, transparenten Platte, ist eine Leuchtstoffschicht aufgebracht. Nachteilig ist, dass die Dielektrikumsoberfläche wegen der Beschichtung zur Erniedrigung der Zündspannung keine Leuchtstoffschicht aufweist, da dadurch ein Teil der maximal möglichen Lichtausbeute verschenkt wird.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine dielektrische Barrieren- Entladungslampe mit Leuchtstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die sowohl eine hohe Lichtausbeute als auch ein verbessertes Zündverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer Lampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße, dielektrische Barrieren-Entladungslampe weist ein Entladungsgefäß auf, auf dessen Wand dielektrisch behinderte Elektroden angeordnet sind. Auf zumindest einem Teil der Innenwand des Entladungsgefäßes ist eine VUV/VIS-Reflexionsschicht aufgebracht. Auf der VUV/VIS- Reflexionsschicht wiederum ist eine Leuchtstoffschicht aufgebracht. Darüber hinaus kommt erfindungsgemäß einem Teilbereich der VUV/VIS- Reflexionsschicht noch zusätzlich die Funktion eines Sekundärelektronenemitters zur Verbesserung des Zündverhaltens der Lampe zu. Zu diesem Zweck ist für die VUV/VIS-Reflexionsschicht gezielt ein Material mit einem hohen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten gewählt. Außerdem ist in der Leuchtstoffschicht mindestens ein Teilbereich ohne Leuchtstoff vorgesehen, wobei dieser mindestens eine Teilbereich die darunter liegende VUV/VIS-Reflexionsschicht partiell freilegt und außerdem zumindest in unmittelbarer Nähe einer oder mehrerer Elektroden angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der mindestens eine Teilbereich derart gewählt ist, dass die dort freigelegte VUV/VIS-Reflexionsschicht den im elektrischen Feld der Elektroden beschleunigten, freien Elektronen ausgesetzt ist. Diese Elektronen können so innerhalb des leuchtstofffreien Teilbereichs mittels Stoßprozessen Sekundärelektronen aus der VUV/VIS-Reflexionsschicht auslösen. Insofern spielt es für die vorteilhafte Wirkung der Erfindung auch keine Rolle, ob die Elektroden auf der Innenwand angeordnet und mit einer separaten Dielektrikumschicht bedeckt oder aber auf der Außenwand angeordnet sind. Wesentlich ist dabei lediglich, dass das von den Elektroden erzeugte, elektrische Feld in der vorstehend beschriebenen Weise auf den jeweiligen leuchtstofffreien Teilbereich wirken kann. Der Innenwandelektrode ist nur insofern der Vorzug zu geben, als die Dicke der Dielektrikumschicht unabhängig von der Dicke der Gefäßwand gewählt werden kann. Außerdem ist die Innenwandelektrode berührungssicher. Der leuchtstofffreie Teilbereich kann dadurch realisiert sein, dass entweder der Leuchtstoff dort nachträglich entfernt oder beim Aufbringen bereits ausgespart wurde.
Selbstverständlich können innerhalb des Entladungsgefäßes auch zwei oder mehrere solcher Teilbereiche vorgesehen sein, um dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine rasche Zündung zu erhöhen.
Falls die Leuchtstoffschicht die Innenwand des Entladungsgefäßes nicht vollständig bedeckt, spielt es außerdem keine entscheidende Rolle, ob der mindestens eine leuchtstofffreie Teilbereich innerhalb der äußeren Umrandung der Leuchtstoffschicht oder an deren Rand angeordnet ist. Entscheidend ist nur, dass der leuchtstofffreie Teilbereich die darunter liegende Reflexionsschicht freilegt und der leuchtstofffreie Teilbereich so im Bereich einer Elektrode angeordnet ist, dass dort im Betrieb Sekundärelektronen ausgelöst werden.
Zwar ist es möglicherweise auch ausreichend, wenn der leuchtstofffreie Teilbereich unmittelbar neben einer Elektrode angrenzt, da aufgrund elektrischer Streufelder auch dort noch Elektroden auftreffen können. Allerdings ist die Wirksamkeit der Zündhilfe höher, wenn der leuchtstofffreie Teilbereich direkt über mindestens einer Elektrode angeordnet ist. Zusätzlich ist die Form des leuchtstofffreien Teilbereichs bevorzugt so gewählt, dass sie dem Abbild oder zumindest Teilabbild einer Elektrode entspricht, d. h. bevorzugt beschränkt sich der leuchtstofffreie Teilbereich auf die durch das (Teil)abbild oberhalb der Elektrode definierte Zone.
Sofern die Lampe für den Betrieb mit unipolaren Spannungspulsen vorgesehen ist, muss der leuchtstofffreie Teilbereich auf der Anode angeordnet sein. Nur dann können nämlich Primärelektronen in Richtung leuchtstofffreier Teilbereich beschleunigt und beim Auftreffen auf die VUV/VIS- Reflexionsschicht dort Sekundärelektronen für die weitere Entwicklung des Zündvorgangs ausgelöst werden. Bei Lampen für den Betrieb mit bipolaren Spannungspulsen ist diese Unterscheidung unerheblich, da die Elektroden paarweise ihre Rollen (momentane Anode bzw. Kathode) je nach Polarität des momentanen Spannungspulses wechseln.
Außerdem ist es beim bipolaren Betrieb vorteilhaft, über den beiden Elektroden eines Elektrodenpaares einen leuchtstofffreien Teilbereich anzuordnen. Dann ist nämlich sicher gestellt, dass bei jedem Spannungspuls, unabhängig von dessen Polarität, die momentane Anode jedenfalls einen leuchtstofffreien Teilbereich aufweist und somit eine Sekundärelektronenemission stattfinden kann. Außerdem erhöht sich bei dieser Variante die Wahrscheinlichkeit für eine rasche und zuverlässige Zündung. Dabei können die beiden leuchtstofffreien Teilbereiche sowohl voneinander getrennt als auch zusammenhängend zu einem gemeinsamen Teilbereich für beide Elektroden sein. Der gemeinsamen Teilbereich bietet sich insbesondere für relativ eng benachbarte Elektroden eines Elektrodenpaares an. Bei weiter auseinander liegenden Elektroden wird man getrennte Teilbereiche vorziehen, um möglichst wenig Anteil von der Leuchtstoffschicht und damit auch von der Lichtausbeute zu verlieren.
Um die Funktionsfähigkeit als Sekundärelektronenemitter zu gewährleisten, wird für die VUV/VIS-Reflexionsschicht ein Material mit einem Sekundärelektronenemissionskoeffizienten größer eins, insbesondere größer zwei, bevorzugt größer 3, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 3 und 15, gewählt. Als geeignetes Beschichtungsmaterial haben sich z. B. poröses Al₂O₃ und/oder MgO erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entladungsgefäß im wesentlichen durch eine Grundplatte und eine damit verbundene Frontplatte gebildet. Die VUV/VIS-Reflexionsschicht ist auf der Innenwand der Grundplatte aufgebracht. Unterhalb der Reflexionsschicht sind längliche, zueinander beabstandete Elektroden angeordnet, wobei zumindest die Elektroden einer Polarität mit einer dielektrischen Schicht, beispielsweise aus Glaslot, bedeckt sind. Alternativ können die Elektroden auch auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet sein. Dann fungiert die Gefäßwand selbst als Dielektrikum. Jedenfalls ist auf der Reflexionsschicht die Leuchtstoffschicht angeordnet, die in der vorstehend beschriebenen Weise mit mindestens einem leuchtstofffreien Teilbereich versehen ist. Für weitere Details wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
Das Entladungsgefäß kann auch rohrförmig sein, wobei sich die VUV/VIS- Reflexionsschicht, mit Ausnahme einer sich entlang der Längsachse der Lampe erstreckenden, reflexionsschichtfreien Apertur, auf der Innenwand des Entladungsgefäßes erstreckt. Auch hier spielt es für die vorteilhafte Wirkung der Erfindung keine Rolle, ob die Elektroden auf der Innenwand angeordnet und mit einer separaten Dielektrikumsschicht bedeckt oder aber auf der Außenwand angeordnet sind.

Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung am Beispiel eines Flachlampe näher erläutert werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen aber auch bei anderen Gefäßgeometrien zur Geltung, insbesondere auch bei Lampen mit rohrförmigem Entladungsgefäß. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Draufsicht auf eine Grundplatte einer Flachlampe,
Fig. 1b einen Querschnitt durch eine vollständige Flachlampe auf der Basis der Grundplatte in Fig. 1a entlang der Linie AA.
Die Fig. 1a und 1b zeigen eine schematische Draufsicht auf eine Grundplatte 1 einer Flachlampe bzw. einen Querschnitt durch eine vollständige Flachlampe auf der Basis der Grundplatte 1 in Fig. 1a entlang der Linie AA.
Die Grundplatte 1 ist mittels eines umlaufenden Rahmens 2 mit einer Frontplatte 3 zu einem gasdichten, flachen Entladungsgefäß verbunden. Im Innern der Flachlampe befindet sich eine Gasfüllung aus Xenon mit einem Fülldruck von 10 kPa. Auf der Innenwand der Grundplatte 1 sind zahlreiche streifenartige Elektrodenbahnen 4 aus Leitsilberlot mit einer Breite von ca. 1 mm und einer Dicke von ca. 10 µm aufgedruckt. Ihr gegenseitiger Abstand beträgt ca. 6 mm. Für den Betrieb sind die streifenartigen Elektroden 4 abwechselnd an einen der beiden Pole einer eine Impulsspannungsfolge liefernden Spannungsquelle angeschlossen. Dadurch bilden sich zwischen den unmittelbar benachbarten Elektrodenbahnen zahlreiche Teilentladungen aus. Dabei setzen die Teilentladungen im wesentlichen nebeneinander entlang der Elektrodenbahn (genauer gesagt oberhalb der obersten, die Elektrodenbahnen bedeckenden, funktionellen Schicht) einer (momentanen) Polarität an, greifen in den gasgefüllten Entladungsraum hinein und enden auf der obersten, die benachbarte Elektrode mit (momentan) entgegengesetzter Polarität bedeckenden, funktionellen Schicht. Für weitere Details hierzu wird auf die US- A 5 994 849 verwiesen. Auf die Elektroden 4 sowie die umliegende Innenwand der Grundplatte 1 folgt eine Dielektrikumschicht 5 aus Glaslot, deren Dicke ca. 250 µm beträgt. Auf die Dielektrikumschicht 5 folgt eine VUV/VIS- Reflexionsschicht 6 aus Al₂O₃, und auf letzterer folgt schließlich eine Leuchtstoffschicht 7, bestehend aus einem Dreibandenleuchtstoffgemisch zur Erzeugung von weißem Licht. Die Leuchtstoffschicht 7 weist vier leuchtstofffreie Teilbereiche 8 auf, in denen die unterhalb der Leuchtstoffschicht 7 angeordnete VUV/VIS-Reflexionsschicht 6 zum Vorschein kommt. Dazu wurden die korrespondierenden Bereiche der VUV/VIS-Reflexionsschicht 6 vor dem Bedrucken mit dem Leuchtstoff abgedeckt. Die leuchtstofffreien Teilbereiche 8 entsprechen von der Form einem Teilabbild der streifenartigen Elektroden 4, und zwar entsprechend einem ca. 5 mm langen Streifen. Je zwei der insgesamt vier leuchtstofffreien Teilbereiche 8 sind an den beiden parallel zu den Elektroden 4 verlaufenden Seiten der Grundplatte 1 sowie an je einem Ende der beiden äußeren Elektroden 4 angeordnet. Auf diese Weise sind die leuchtstofffreien Teilbereiche 8 zwar im Randbereich der Sichtfläche der Flachlampe und dennoch innerhalb des elektrischen Feldes der Elektroden 4 angeordnet. Somit funktioniert innerhalb der leuchtstofffreien Teilbereiche 8 die VUV/VIS-Reflexionsschicht 6 als Sekundärelektronenemitter und verbessert so die Zündfähigkeit der Lampe. Die Innenwand der Frontplatte 3 ist ebenfalls mit einer Leuchtstoffschicht 9, bestehend aus dem Leuchtstoffgemisch der Leuchtstoffschicht 7 der Grundplatte, beschichtet.

Claims

1. Dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit:
einem Entladungsgefäß (1, 2, 3),
dielektrisch behinderten Elektroden (4), die auf der Wand des Entladungsgefäßes angeordnet sind,
einer VUV/VIS-Reflexionsschicht (6), die auf zumindest einem Teil der Innenwand des Entladungsgefäßes aufgebracht ist,
einer Leuchtstoffschicht (7), die auf der VUV/VIS- Reflexionsschicht (6) aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material der VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) einen hohen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten aufweist,
die Leuchtstoffschicht (7) mindestens einen Teilbereich (8) ohne Leuchtstoff aufweist, d. h. dass innerhalb dieses mindestens einen Teilbereichs (8) die unterhalb der Leuchtstoffschicht (7) angeordnete VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) freigelegt ist, wobei dieser mindestens eine leuchtstofffreie Teilbereich (8) zumindest in unmittelbarer Nähe einer oder mehrerer Elektroden (4) angeordnet ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei der leuchtstofffreie Teilbereich (8) direkt über mindestens einer Elektrode (4) angeordnet ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form des leuchtstofffreien Teilbereichs (8) dem Abbild oder zumindest Teilabbild einer Elektrode (4) entspricht.

4. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das Material der VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten größer eins, insbesondere größer zwei, bevorzugt größer 3, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 3 und 15 aufweist.

5. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Material der VUV/VIS-Reflexionsschicht (6) poröses Al₂O₃ und/oder MgO umfasst.

6. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Entladungsgefäß im wesentlichen durch eine Grundplatte (1) und eine damit verbundene Frontplatte (3) gebildet ist und sich die VUV/VIS- Reflexionsschicht (6) auf der Innenwand der Grundplatte (1) erstreckt.

7. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Entladungsgefäß rohrförmig ist und sich die VUV/VIS-Reflexionsschicht, mit Ausnahme einer sich entlang der Längsachse der Lampe erstreckenden, reflexionsschichtfreien Apertur, auf der Innenwand des Entladungsgefäßes erstreckt.

8. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Elektroden (4) länglich ausgebildet und auf der Innenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist.