DE19811520C1

DE19811520C1 - Entladungslampe mit dielektrisch behinderten Entladungen

Info

Publication number: DE19811520C1
Application number: DE19811520A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Vollkommer; Lothar Dr Hitzschke
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: EP0981831A1; HUP0002438A2; DE59900265D1; JP4108770B2; EP0981831B1; HUP0002438A3; KR20010012672A; ATE205961T1; US6304028B1; WO1999048134A1; HU223240B1; KR100563745B1; CA2289536C; JP2001526828A; CA2289536A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Entladungslampe weist ein eine Gasfüllung einschließendes Entla dungsgefäß auf, wobei zumindest Teile des Entladungsgefäßes für Strahlung eines gewünschten Spektralbereiches, insbesondere Licht, d. h. sichtbare elektromagnetische Strahlung, oder auch Ultraviolett(UV)- sowie Vakuumul traviolett(VUV)-Strahlung transparent sind. Eine Anzahl Elektroden erzeugt bei geeigneter elektrischer Versorgung eine Entladung in der Gasfüllung. Die Entladung erzeugt entweder direkt die gewünschte Strahlung oder die durch die Entladung emittierte Strahlung wird mit Hilfe eines Leuchtstoffes in die gewünschte Strahlung konvertiert.

Es handelt sich dabei insbesondere um eine Entladungslampe, die für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung geeignet ist. Zu diesem Zweck sind entweder die Elektroden einer Polarität oder alle Elektroden, d. h. beiderlei Polarität, mittels einer dielektrischen Schicht von der Gasfül lung bzw. im Betrieb von der Entladung getrennt (einseitig bzw. zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung, siehe z. B. WO 94/23442 A1 bzw. EP 0 363 832 A1). Für diese dielektrischen Schicht ist auch die Bezeichnung "dielektrische Barriere" und für derartig erzeugte Entladungen auch der Begriff "Barrierenentladung" gebräuchlich.

Ferner ist noch klarzustellen, daß die dielektrische Barriere keine speziell zu diesem Zweck auf eine Elektrode aufgebrachte Schicht sein muß, sondern beispielsweise auch durch eine Entladungsgefäßwand gebildet sein kann, wenn Elektroden auf der Außenseite einer solchen Wand oder innerhalb der Wand angeordnet sind.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit reduzierter elektromagnetischer Stör strahlung (EMI) bereitzustellen.

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

Die Erfindung schlägt vor, daß die Entladungslampe eine elektrisch leitende Abschirmung umfaßt, welche das Entladungsgefäß zumindest teilweise umgibt. Außerdem ist die Abschirmung durch ein Dielektrikum von min destens einer Elektrode, je nach den elektrischen Potentialverhältnissen ge gebenenfalls auch von allen Elektroden, galvanisch getrennt. Um weitge hend zu verhindern, daß die im Betrieb den Lampenelektroden zugeführte elektrische Leistung kapazitiv an die elektrisch leitende Abschirmung an koppelt, sind die Dicke d_D und die Dielektrizitätszahl ε_D des Dielektrikums sowie die Dicke d_B und die Dielektrizitätszahl ε_B der Barriere, welche die Elektroden von der Gasfüllung trennt, gezielt so aufeinander abgestimmt, daß folgende Beziehungen erfüllt sind:

Unterhalb der unteren Grenze, d. h. wenn der Faktor F ungefähr 1,5 beträgt, koppelt die elektrische Leistung bereits in unakzeptabler Stärke an die Ab schirmung an. Ein zuverlässiger Betrieb der dielektrisch behinderten Entla dung innerhalb des Entladungsgefäßes der Lampe ist dann nicht mehr unter allen Betriebsbedingungen sicher gewährleistet.

Prinzipiell nimmt die kapazitive Entkopplung der Abschirmung von der dielektrisch behinderten Entladung mit zunehmendem Faktor F ebenfalls zu. Insofern werden an sich relativ hohe Faktoren F angestrebt. Für den Fall, daß die Dielektrizitätszahlen des Dielektrikums und der Barriere ungefähr gleich sind bedeuten hohe Faktoren F ein großes Verhältnis zwischen den Dicken des Dielektrikums bzw. der Barriere. Mit anderen Worten muß in diesem Fall die Dicke des Dielektrikums entsprechend größer als die Dicke der Barriere sein. Allerdings sind der Dicke des Dielektrikums aus Kosten- und konstruktiven Gründen Grenzen gesetzt. Folglich bleibt nur die Mög lichkeit, die Dicke der Barriere zu verkleinern, was aber wiederum hohe An sprüche an die Präzision der Barriere stellt, um die Gleichmäßigkeit der dielektrisch behinderten Entladung nicht negativ zu beeinflussen. Im kon kreten Einzelfall ist hier gegebenenfalls ein geeigneter Kompromiß einzuge hen.

Ist die Dielektrizitätszahl ε_B der Barriere allerdings größer oder gar deutlich größer als die Dielektrizitätszahl ε_D des Dielektrikums, sind durchaus auch entsprechend hohe Faktoren F realisierbar.

Unter den vorgenannten Prämissen sind zahlreiche konkrete Ausgestaltun gen denkbar.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Dielektrikum, welches die Abschirmung von den Elektroden trennt, durch die Wand des Entla dungsgefäßes selbst gebildet. Dazu sind zumindest die Elektroden mit von der Abschirmung verschiedenem elektrischen Potential gezielt auf der In nenwand des Entladungsgefäßes angeordnet. Dieses Vorgehen hat unter anderem den Vorteil, daß sich die oben genannte Beziehungen gut erfüllen läßt, solange ε_B nicht zu klein gegenüber ε_D gewählt wird, da die Wand des Entladungsgefäßes aus mechanischen Gründen in der Regel dicker als die Barriere der Elektroden ist.

Ebenso ist es möglich, zumindest die Elektroden mit von der Abschirmung verschiedenem elektrischen Potential innerhalb der Wand des Entladungs gefäßes anzuordnen. In diesem Falle erfolgt die Anordnung der Elektroden so, daß die dem Innern des Entladungsgefäßes zugewandte Schicht der Ge fäßwand dünner ist, als die der Abschirmung zugewandte Schicht.

Die Abschirmung ist beispielsweise als metallischer Mantel mit einer Öff nung ausgebildet. Die Öffnung definiert die effektive Abstrahlfläche der Lampe.

In einer besonders vorteilhaften Variante ist zusätzlich zumindest ein Teil des Mantels zu Kühlrippen weitergebildet. Dadurch übernimmt der Mantel eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die Abschirmwirkung und zum anderen die Abführung der durch die Entladung und/oder gegebenenfalls die Elektronik zum Betreiben der Lampe erzeugten Verlustwärme. Da die Lampe zweckmäßigerweise in besonders engem Kontakt mit dem Mantel steht, ist außerdem eine gute Homogenisierung der Temperaturverteilung längs der Kontaktzone zwischen Lampe und Mantel gewährleistet.

Die Abschirmwirkung kann noch weiter verbessert werden, wenn zumin dest der der Mantelöffnung zugewandte Teil der Außenwandung des Entla dungsgefäßes von einer elektrisch leitfähigen, transparenten Schicht, z. B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), bedeckt ist. Zudem sind Mantel und transparente Schicht miteinander elektrisch kontaktiert.

Ferner kann der Mantel auch gänzlich durch die elektrisch leitfähige, trans parente Schicht realisiert sein. Allerdings muß bei dieser Variante dann auf die Kühlwirkung des Mantels verzichtet werden.

Die Abschirmung kann sich auf schwebendem elektrischen Potential befinden, ist aber vorteilhaft mit einem auf Masse, z. B. Erde, liegenden Potential ver bunden, um eine eventuelle elektromagnetische Abstrahlung der Abschir mung selbst zu verhindern.

Beschreibung der Zeichnungen

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

Es zeigt die Figur einen Querschnitt einer stabförmigen Apertur- Leuchtstofflampe mit Abschirmung in schematischer Darstellung.

Es handelt sich um eine Apertur-Leuchtstofflampe 1 für OA(Office Automa tion)-Anwendungen. Die Lampe 1 besteht im wesentlichen aus einem röhr förmigen Entladungsgefäß 2 mit kreisförmigem Querschnitt, das von einer Abschirmung umgeben ist, sowie drei streifenförmigen Elektrode 3-5, die auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes 2 parallel zur Rohrlängsachse aufgebracht sind. Jede der Innenwandungselektroden 3-5 ist mit einer die lektrischen Schicht 6-8 bedeckt. Ferner ist die Innenwandung des Entla dungsgefäßes 2 mit Ausnahme einer rechteckigen Apertur 9 mit einer Re flexionsdoppelschicht 10 aus Al₂O₃ und TiO₂ versehen. Auf der Reflexions doppelschicht 10 sowie auch auf der Gefäßinnenwandung im Bereich der Apertur 9 ist eine Leuchtstoffschicht 11 aufgebracht. Die Reflexionsdoppel schicht 10 reflektiert das von der Leuchtstoffschicht 11 erzeugte Licht. Auf diese Weise wird die Leuchtdichte der Apertur 9 erhöht.

Der Außendurchmesser des rohrförmigen Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 9 mm. Innerhalb des Entladungsgefäßes 2 befindet sich Xenon mit einem Fülldruck von 213 mbar.

Die Elektroden 3-5 sind durch ein erstes Ende des Entladungsgefäßes 2 hin durch gasdicht nach außen geführt und gehen dort jeweils in eine äußere Stromzuführung (nicht dargestellt) über. An seinem anderen Ende ist das Entladungsgefäß 2 mit einer aus dem Gefäß geformten Kuppel (nicht darge stellt) ebenfalls gasdicht verschlossen.

Eine erste 5 der drei Elektroden 3-5 ist für eine erste Polarität einer Versor gungsspannung vorgesehen, während die beiden anderen Elektroden 4, 5 für die zweite Polarität vorgesehen sind. Die erste Elektrode 5 ist diametral zur Apertur 9 und die beiden anderen Elektroden 4, 5 sind in unmittelbarer Nähe zu beiden Längsseiten der Apertur 9 angeordnet. Die Breite und die Länge der Apertur 5 betragen ca. 6,5 mm bzw. 255 mm.

Die Barriere besteht aus Glaslot mit einer Dielektrizitätszahl von ca. 8 und einer Dicke von ca. 250 µm. Daraus resultiert ein Quotient aus Barrierendic ke zu Dielektrizitätszahl von ca. 0,031 mm.

Das Entladungsgefäß 2 besteht aus alkaliarmem Natron-Kalk-Glas mit einer Dielektrizitätszahl von ca. 7 und einer Wandstärke von ca. 0,6 mm. Daraus resultiert ein Quotient aus Wandstärke zu Dielektrizi tätszahl von ca. 0,086 mm. Dieser Quotient ist ca. 2,77 mal größer als der ent sprechende Quotient für die Barriere. Folglich ist hier die in der allgemeinen Beschreibung geforderte Beziehung erfüllt.

Die Abschirmung der Lampe 1 besteht aus einem massiven im wesentlichen quaderförmigen, metallischen Mantel 12 und einer transparenten Schicht 13. Der Mantel 12 weist eine Öffnung entsprechend der Lampenapertur 9 auf derart, daß nur noch die Apertur 9 der Lampe von außen sichtbar ist. Die transparente Schicht 13 besteht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) und bedeckt die Außenwandung des Entladungsgefäßes 2 nur im Bereich der Apertur 9. Die transparente Schicht 13 ist mit dem Mantel 12 entlang seiner Öffnung elek trisch kontaktiert und komplettiert deshalb die abschirmende Wirkung des Mantels 12 gegenüber EMI. Der Mantel 12 weist auf seiner der Öffnung ent gegengesetzten Seite eine Anzahl von Kühlrippen 14 auf. Eine Wärmeleit paste 15 verbessert die Wärmeübertragung zwischen Entladungsgefäß 2 und Mantel 12.

Bei der Leuchtstoffschicht 11 handelt es sich um einen Dreibandenleucht stoff. Er besteht aus einer Mischung der Blaukomponente BaMgAl₁₀O₁₇ : Eu, der Grünkomponente LaPO₄ : Ce, Tb und der Rotkomponente (Y, Gd)BO₃ : Eu. Die resultierenden Farbkoordinaten betragen x = 0,395 und y = 0,383, d. h. die von der Entladung erzeugte UV-Strahlung wird in weißes Licht konver tiert.

Claims

1. Entladungslampe (1)

1. mit einem zumindest teilweise transparenten und mit einer Gasfül lung gefüllten Entladungsgefäß (2),
2. einer Anzahl Elektroden (3-5), die auf oder in Wandungen des Ent ladungsgefäßes (2) angeordnet sind,
3. und mindestens einer dielektrischen Barriere (6-8), jeweils mit
- 1. der Dicke d_B und mit
- 2. der Dielektrizitätszahl ε_B

zwischen zumindest einer Elektrode (3-5) und der Gasfüllung, geeignet für eine dielektrisch behinderte Entladung in dem Entladungsgefäß (2) zwischen Elektroden unterschiedlicher Polarität, gekennzeichnet durch

1. eine elektrisch leitende Abschirmung (12, 13), welche das Entla dungsgefäß (2) zumindest teilweise umgibt,
2. einem Dielektrikum (2)
- 1. der Dicke d_D und mit
- 2. der Dielektrizitätszahl ε_D,

welches Dielektrikum (2) die Abschirmung (12, 13) von zumindest ei ner Elektrode (3-5) galvanisch trennt,

1. und die Beziehung

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung (12) mit einem auf Masse, z. B. Erde, liegenden Potential verbunden ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschirmung eine transparente Schicht (13) umfaßt, welche zumindest auf einem Teilbereich (9) der Außenwandung des Entladungsgefäßes (2) ange ordnet ist.

4. Entladungslampe nach Anspruch 3, wobei die transparente Schicht (13) aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) besteht.

5. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (3-5) auf der Innenwand des Entladungsgefäßes (2) ange ordnet sind und wobei das Dielektrikum, welches die Abschir mung (12, 13) von den Elektroden (3-5) trennt, durch die Wand des Entladungsgefäßes (2) gebildet ist.

6. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Abschirmung (12) zu Kühlrippen (14) weiter gebildet ist.