DE19711892A1 - Flachstrahler - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Flachstrahler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es handelt sich dabei insbesondere um Flachstrahler wie in der EP 0 363 832 beschrieben und die nach dem Verfahren der WO 94/23442 betrieben wer­ den. Die Erfindung betrifft demnach einen Flachstrahler, wie in der DE-OS 195 26 211 offenbart. Derartige Strahler weisen mindestens eine vom Entladungsraum des Strahlers durch dielektrisches Material getrennte Elek­ trode auf. Derartige Elektroden werden im folgenden auch verkürzend als "dielektrische Elektroden" bezeichnet.

Unter der Bezeichnung "Flachstrahler" sind hier Strahler mit einer flächigen Geometrie gemeint, die Licht emittieren, d. h. sichtbare elektromagnetische Strahlung, oder auch Ultraviolett(UV)- sowie Vakuumultraviolett(VUV)-Strah­ lung.

Derartige Strahlungsquellen eignen sich, je nach dem Spektrum der emittier­ ten Strahlung, für die Allgemein- und Hilfsbeleuchtung, z. B. Wohn- und Bürobeleuchtung bzw. Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, beispiels­ weise LCD's (Liquid Crystal Displays), für die Verkehrs- und Signalbeleuch­ tung, für die UV-Bestrahlung, z. B. Entkeimung oder Photolytik.

Stand der Technik

In der EP 0 363 832 ist ein UV-Hochleistungsstrahler mit paarweise an die beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossenen länglichen Elek­ troden offenbart. Dabei sind die Elektroden, voneinander und vom Entla­ dungsraum des Strahlers durch dielektrisches Material getrennt. Außerdem sind die länglichen Elektroden mit verschiedener Polarität (Anoden und Kathoden) abwechselnd nebeneinander angeordnet, wodurch sich flächen­ artige Entladungskonfigurationen mit relativ flachen Entladungsgefäßen realisieren lassen.

In der WO 94/23442 ist ein Verfahren zum Betreiben einer inkohärent emit­ tierenden Strahlungsquelle, insbesondere Entladungslampe, mittels di­ elektrisch behinderter Entladung offenbart. Das Betriebsverfahren sieht eine Folge von Spannungspulsen vor, wobei die einzelnen Spannungspulse durch Totzeiten voneinander getrennt sind. Dabei bilden sich im Fall unipolarer Pulse eine Vielzahl einzelner deltaförmiger Entladungen, aufgereiht entlang der länglichen Elektroden. Der Vorteil dieser gepulsten Betriebsweise ist eine hohe Effizienz der Strahlungserzeugung.

Wendet man nun das Verfahren der WO 94/23442 auf den Flachstrahler der EP 0 363 832 an - wie bereits in der DE-OS 195 26 211.5 beschrieben -, so fin­ det man, daß sich die Einzelentladungen nur zwischen den Anoden und ei­ ner der beiden jeweils unmittelbar benachbarten Kathoden ausbilden. Es kann nicht vorhergesagt werden, von welcher der beiden Nachbarkathoden sich die Entladungen jeweils ausbilden werden. Nicht beobachtet werden Entladungen, die von benachbarten Kathodenstreifen auf ein und dieselbe Anode brennen. Auf den Flachstrahler als Ganzes bezogen resultiert da­ durch eine unregelmäßige Entladungsstruktur. Ein weiterer Nachteil ist die durch das geschilderte Phänomen eingeschränkte Leistungsdichte.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu be­ seitigen und einen Flachstrahler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit erhöhter Leistungsdichte und verbesserter Leuchtdichteverteilung be­ reitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängi­ gen Ansprüchen.

Ausgehend vom Stand der Technik schlägt die Erfindung die Auftrennung derjenigen Anoden, denen zwei Kathoden unmittelbar mit gleichen Abstän­ den benachbart sind, in jeweils zwei Anoden vor. Mit anderen Worten wird zwischen jedes derartige Kathodenpaar eine zusätzliche Anode angeordnet.

Für die weitere Erläuterung dieses Erfindungsprinzips wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Schematisch dargestellt sind beispielhaft je ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen und eines konventionellen Flach­ strahlers. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit wegen sind die Längen der Elektroden ungefähr auf die Ausdehnung einer deltaförmigen Einzelentla­ dung beschränkt. In einer konkreten Ausführung eines Flachstrahlers sind die Elektroden typisch deutlich länger, so daß im Betrieb eine Vielzahl von Einzelentladungen längs der Elektroden brennt. Für die Erläuterung des Erfindungsprinzips spielt die Länge der Elektroden allerdings keine ent­ scheidende Rolle. Die Fig. 1 und 2 stellen quasi die prinzipiellen Ver­ hältnisse pro Längeneinheit der Elektroden dar.

Erfindungsgemäß ist zwischen mindestens einem, bevorzugt zwischen je­ dem Kathodenpaar K_i, K_i+1 ein Anodenpaar A_i, A_i' angeordnet, wobei i = 1, 2, . . . n und n die Anzahl der Kathoden bezeichnet (in den Fig. 1 und 2 ist beispielhaft n = 4 gewählt). Durch diese Maßnahme ist jeder Anode A_i, A_i' höchstens eine Kathode K_i bzw. K_i+1 unmittelbar benachbart.

Im Betrieb bilden sich folglich - ausreichende elektrische Eingangsleistung vorausgesetzt - die einzelnen Entladungen i, i' von jeder Anode A_i, A_i' zu der jeweils unmittelbar benachbarten Kathode K_i bzw. K_i+1 aus. Der Nachteil des Standes der Technik, daß nämlich höchsten zu einer von zwei benach­ barten Kathoden Einzelentladungen brennen (vgl. Fig. 2) wird dadurch vermieden.

Während sich im Beispiel der Fig. 1 bei vier Kathoden K1-K4 erfindungs­ gemäß insgesamt bis zu sechs Einzelentladungen 1,1'-3,3' pro Längeneinheit der Elektroden erzielen lassen - ausreichende elektrische Eingangsleistung vorausgesetzt - sind es bei einer vergleichbaren Anordnung gemäß dem Stand der Technik (s. Fig. 2) nur 4 Einzelentladungen 1-4. Außerdem hat die Anordnung nach Fig. 2 den bereits erwähnten Nachteil, daß sich nicht vorhersagen läßt zu welcher der Nachbarkathoden K_i, K_i+1 die Entladung i zünden wird. Fig. 2 zeigt also nur eine von mehreren möglichen Entla­ dungsstrukturen.

Der gegenseitige Abstand jedes Anodenpaares A_i, A_i' ist kleiner als der Ab­ stand zwischen jeweiliger Anode A_i oder A_i' und unmittelbar benachbarter Kathode K_i bzw. K_i+1. Dadurch wird die für die Entladung nicht nutzbare Fläche zwischen den Anodenpaaren relativ klein gehalten. Ein günstiger Wert für den gegenseitigen Abstand ist die ungefähre Breite der Anoden­ streifen.

In einer Ausführung sind die beiden Anoden A_i, A_i' als eine gabelförmige Doppelanode ausgebildet. Dazu weist die Doppelanode einen jeweils längli­ chen ersten und zweiten Bereich auf, die in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Der erste und der zweite Bereich sind durch einen dritten Bereich miteinander zu einer Einheit verbunden.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Prinzips des Standes der Tech­ nik,

Fig. 3a eine schematische Darstellung der Draufsicht eines Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Flachstrahlers,

Fig. 3b eine schematische Darstellung des Querschnitts des Flachstrahlers aus Fig. 3a.

Die Fig. 3a, 3b zeigen in schematischer Darstellung eine Draufsicht bzw. den Querschnitt längs der Linie BB eines UV/VUV-Flachstrahlers 4, d. h. ei­ ner flachen "Entladungslampe", die auf die effiziente Abstrahlung von UV- bzw. VUV-Strahlung hin konzipiert ist. Der Flachstrahler 4 besteht aus ei­ nem flachen Entladungsgefäß 5 mit rechteckiger Grundfläche, vier streifen­ förmigen metallischen Kathoden 6 (-) sowie drei länglichen, gabelförmigen Doppelanoden 7 (+). Das Entladungsgefäß 5 besteht seinerseits aus einer rechteckigen Bodenplatte 8 und einem wannenartigen Deckel 9 (in Fig. 3a nicht dargestellt), beide aus Glas. Die Bodenplatte 8 und der Deckel 9 sind im Bereich ihrer umlaufenden Kanten gasdicht miteinander verbunden und umschließen so die Gasfüllung des Flachstrahlers 4. Die Gasfüllung besteht aus Xenon mit einem Fülldruck von 10 kPa. Die Doppelanoden 7 bestehen jeweils aus zwei zueinander parallelen Streifen 7a, 7b, die an ihrem einen Ende zu einem gemeinsamen breiten Streifen 7c zusammengeführt sind. Die Kathoden 6 und Doppelanoden 7 sind auf der Innenwandung der Boden­ platte 8 parallel zueinander aufgebracht. Die breiten Endstreifen 7c der Doppelanoden 7 sowie die Enden der Kathoden 6 sind gasdicht aus dem Entladungsgefäß 5 nach außen geführt und dienen dort als Anschlüsse für eine Spannungsquelle. Im Unterschied zu den Kathoden 6 sind die Dop­ pelanoden 7 innerhalb des Entladungsgefäßes 5 jeweils vollständig mit einer Glasschicht 10 bedeckt, deren Dicke ca. 150 µm beträgt. Der jeweilige Ab­ stand d zwischen Kathode 6 und dem unmittelbar benachbarten Streifen 7a bzw. 7b der Doppelanode 7 beträgt ca. 10 mm. Der gegenseitige Abstand g der beiden parallelen Streifen 7a, 7b beträgt ca. 3 mm. Im Betrieb mittels unipolaren Spannungspulsen bildet sich eine Vielzahl einzelner Entladun­ gen (in den Fig. 3a, 3b nicht dargestellt). Diese Einzelentladungen bren­ nen zwischen jeweiliger Kathode 6 und dem entsprechenden unmittelbar benachbarten Streifen 7a bzw. 7b der zugehörigen Doppelanode 7. Der er­ zielte Gewinn an einkoppelbarer Leistungsdichte beträgt im Vergleich zu bisher verwendeten Anordnungen ohne Doppelanode (und gleichen geome­ trischen Abmessungen des Entladungsgefäßes) beinahe 75%.

In einer Variante (nicht dargestellt) ist die Innenwandung des Entladungsge­ fäßes vollständig mit einem Leuchtstoff oder Leuchtstoffgemisch beschichtet, welches die von der Entladung erzeugte UV/VUV-Strahlung in sichtbares Licht konvertiert. Außerdem ist auf der Innenwandung der Bodenplatte je eine lichtreflektierende Schicht aus Al₂O₃ bzw. TiO₂ aufgebracht. Sie dienen der Erhöhung der Leuchtdichte auf der Deckseite des Strahlers. Bei dieser Variante handelt es sich um eine flache Leuchtstofflampe, die für die Allge­ meinbeleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, z. B. LCD (Liquid Crystal Display), geeignet ist.

Claims (9)

1. Flachstrahler (4) mit einem zumindest teilweise transparenten und mit einer Gasfüllung gefüllten geschlossenen (5) oder von einem Gas oder Gasgemisch durchströmten offenen Entladungsgefäß aus elektrisch nichtleitendem Material und mit auf der Wandung des Entladungsge­ fäßes (5) angeordneten länglichen Elektroden (6, 7), wobei Kathoden (6) und Anoden (7a) wechselweise nebeneinander angeordnet sind und wobei zumindest die Anoden durch ein dielektrisches Material (10) vom Inneren des Entladungsgefäßes (5) getrennt sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen benachbarten Kathoden (6) jeweils eine zusätzliche Anode (7b) angeordnet ist, d. h. daß zwischen den Nach­ barkathoden (6) jeweils ein Anodenpaar (7a, 7b) angeordnet ist.

2. Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der gegenseitige Abstand (g) der einzelnen Anoden der Anodenpaa­ re (7a, 7b) kleiner ist als der Abstand (d) zwischen Anode (7a; 7b) und unmittelbar benachbarter Kathode (6).

3. Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der gegenseitige Abstand (g) der einzelnen Anoden der Anodenpaa­ re (7a, 7b) im Bereich zwischen ungefähr der halben Breite und der doppelten Breite der Anoden liegt.

4. Flachstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der gegenseitige Abstand (g) der einzelnen Anoden der Anodenpaa­ re (7a, 7b) ungefähr der Breite der Anoden entspricht.

5. Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden zwischen Nachbarkathoden (6) angeordneten Anoden als gabelförmige Doppelanode (7) mit einem jeweils länglichen ersten Be­ reich (7a) und zweiten Bereich (7b) ausgebildet sind, wobei der erste Bereich (7a) und der zweite Bereich (7b) der Doppelanode (7) in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und wobei der erste Bereich (7a) und der zweite Bereich (7b) durch einen dritten Be­ reich (7c) miteinander zu einer Einheit verbunden sind.

6. Flachstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des dritten Bereichs (7c) kürzer als ca. ein zehntel der Länge des ersten Bereichs (7a) bzw. des zweiten Bereichs (7b) ist.

7. Flachstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dop­ pelanoden (7) teilweise aus dem Entladungsgefäß (5) gasdicht nach au­ ßen geführt sind, wobei dort jeweils der dritte Bereich (7c) jeder Dop­ pelanode (7) als Anschluß für eine Spannungsversorgung dient.

8. Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden (6, 7) auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes (5) aufge­ bracht sind und daß jeweils mindestens der sich innerhalb des Entla­ dungsgefäßes (5) erstreckende Teil der Anodenpaare (7) vollständig mit einer dielektrischen Schicht (10) bedeckt ist.

9. Flachstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ nenwandung des Entladungsgefäßes mindestens teilweise mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist.