DE19845228A1 - Dimmbare Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß werden die Entladungsabstände in Entladungslampen für dielektrisch behinderte Entladungen unter 2 mm verkürzt, wodurch Totzeiten einer gepulsten Wirkleistungseinkopplung so stark vergrößert werden können, etwa über 50 ms hinaus, daß die Dimmeigenschaften der Entladungslampe drastisch verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungslampe, die für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt ist. Dazu weist die Entla­ dungslampe ein mit einem Entladungsmedium gefülltes Entladungsgefäß und eine Elektrodenanordnung mit zumindest einer Anode und zumindest einer Kathode auf. Da die Entladungslampe für dielektrisch behinderte Ent­ ladungen ausgelegt ist, befindet sich zumindest zwischen der Anode und dem Entladungsmedium eine dielektrische Schicht. Somit definieren die An­ ode und die Kathode zwischen sich einen Entladungsabstand, in dem dielek­ trisch behinderte Entladungen erzeugt werden können.

Die Begriffe Anode und Kathode sind dabei nicht so zu verstehen, daß die Entladungslampe nur für einen unipolaren Betrieb geeignet wäre. Sie kann auch für eine bipolare Leistungsversorgung ausgelegt sein, wobei dann zwi­ schen der oder den Anoden und Kathoden zumindest elektrisch kein Unter­ schied besteht. Damit gelten in dieser Anmeldung die Aussagen für eine der beiden Elektrodengruppen im Fall einer bipolaren Leistungsversorgung für beide Elektrodengruppen.

Die hier betrachteten Entladungslampen haben eine große Zahl von vielver­ sprechenden Anwendungsbereichen. Ein wichtiges Beispiel sind die Hinter­ leuchtung von Flachbildsystemen. Ein weiterer Punkt sind die Hinterleuch­ tung oder Beleuchtung von Signaleinrichtungen und Signallampen selbst. Zu diesen beiden letzteren Punkten wird verwiesen auf den hiermit in Bezug genommenen Offenbarungsgehalt der europäischen Patentanmeldung "Flachstrahler mit örtlich modulierter Flächenleuchtdichte" (97 122 799, Ko­ pie anbei). Weiterhin wird verwiesen, auch im Hinblick auf die Hinterleuch­ tung von Flachbildschirmen, auf die deutsche Patentanmeldung 197 11 890.9 "Flachleuchtstofflampe für die Hintergrundbeleuchtung und Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung mit dieser Flachleuchtstofflampe", wobei auch deren Offenbarungsgehalt in Bezug genommen ist.

Da Entladungslampen für dielektrisch behinderte Entladungen in verschie­ densten Größen und Geometrien ausgeführt werden können und dabei eine relativ hohe Effizienz bei Vermeidung der typischen Nachteile klassischer Entladungslampen mit quecksilberhaltiger Füllung erzielen, sind sie vielver­ sprechende Kandidaten für eine große Zahl von unterschiedlichen techni­ schen Einsatzgebieten.

Viele technische Anstrengungen sind unternommen worden, um dabei Pa­ rameter wie die Lichtausbeute, den Lichtstrom, die Leuchtdichte, die Homo­ genität der Leuchtdichte usw. zu maximieren.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen so zu verbessern, daß ihre Einsatz­ möglichkeiten weiter vergrößert werden und ein dementsprechendes Be­ triebsverfahren für die Entladungslampe anzugeben.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Entladungslampe mit einem ein Entladungsmedium enthaltenden Entladungsgefäß, einer Elektrodenanordnung mit zumindest einer Anode und zumindest einer Ka­ thode, die einen Entladungsabstand definieren, und mit einer dielektrischen Schicht zwischen zumindest der Anode und dem Entladungsmedium, da­ durch gekennzeichnet, daß der Entladungsabstand 3 mm oder weniger be­ trägt,
sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Entladungslampe, bei dem eine Totzeit zwischen Wirkleistungspulsen einer gepulst betriebe­ nen Leistungsversorgung mehr als 50 µs, vorzugsweise mehr als 100 µs, 500 µs, 1 ms beträgt,
und schließlich durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Entla­ dungslampe, bei dem die in die Entladungslampe eingekoppelte Leistung verändert wird, indem eine Totzeit zwischen Wirkleistungspulsen einer ge­ pulst betriebenen Leistungsversorgung verändert wird.

Zunächst geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß es eine Reihe von Anwendungen gibt, bei denen neben den oder statt der eingangs geforder­ ten Qualitäten wesentlich ist, daß die Entladungslampe mit einem sehr nied­ rigen Lichtstrom betrieben werden kann. Dazu war es bei der Erfindung not­ wendig, die Eigenschaften der Lampe so zu verbessern, daß sie die Ein­ kopplung sehr niedriger Versorgungsleistungen erlaubt. Dies ist erfindungs­ gemäß dadurch möglich, daß der Entladungsabstand zwischen den Elektro­ den besonders klein gewählt wird. Erfindungsgemäß liegt dieser Entla­ dungsabstand zwischen Kathoden und Anoden bei 3 mm oder darunter, vor­ zugsweise bei 2 mm, 1,5 mm, 1 mm, 0,8 mm oder darunter und besonders bevorzugterweise bei 0,6 mm und darunter.

Wichtig ist dabei, daß in der Entladungslampe nicht ausschließlich Elektro­ denpaare mit einem derart kleinen Entladungsabstand auftreten müssen. Es können auch durchaus größere Entladungsabstände in derselben Entla­ dungslampe verwendet werden, weil dann gegebenenfalls die Möglichkeit besteht, die Lampe bei Bedarf nur mit dem erfindungsgemäß kleinen Entla­ dungsabstand zu betreiben.

Der wesentliche Vorteil der kurzen Entladungsabstände liegt darin, daß sie bei einer gepulst betriebenen Leistungsversorgung besonders lange Totzei­ ten zwischen den einzelnen Wirkleistungspulsen erlauben, ohne daß dabei lokal unerwünscht hohe Stromdichten entstehen.

Zunächst wird hinsichtlich des Betriebsverfahrens mit der gepulsten Wirklei­ stungseinkopplung verwiesen auf die WO 94/23442 bzw. die DE-P 43 11 197.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit in Bezug genommen wird.

Bei diesem Betriebsverfahren treten zwischen einzelnen Pulsen, in denen die Entladungslampe mit Wirkleistung versorgt wird, Totzeiten auf, während denen in der Entladungslampe keine Entladung brennt. Während der Wirkleistungseinkopplungspulse muß dabei die Entladung durchaus nicht kontinuierlich brennen; genau so wenig ist es notwendig, daß die Entladung unmittelbar nach dem Ende der Wirkleistungseinkopplung beendet ist. Je­ denfalls treten im Betrieb der Lampe zwischen den Entladungszündungen bestimmte Totzeiten ohne Entladungen auf.

Wenn nun die Totzeiten zwischen den Entladungen stark verlängert werden, reduziert sich dadurch die in die Lampe eingekoppelte mittlere Leistung und damit auch die mittlere abgestrahlte Lichtleistung, jedenfalls solange der pro Puls eingekoppelte Energiebetrag nicht kompensierend erhöht wird. Bevor­ zugt ist es bei der Erfindung vielmehr, daß - auch bei einer im Folgenden noch behandelten Leistungseinstellung - die pro Wirkleistungspuls einge­ koppelte Energie im wesentlichen konstant bleibt, d. h. nicht bewußt verän­ dert wird. Natürlich kann sie sich dabei durch die infolge der Totzeitverlänge­ rung veränderten elektrischen Parameter und Entladungsparameter etwas verändern, was der Erfindung jedoch keinen Abbruch tut.

Auf dem gegenwärtigen Kenntnisstand ist es als rein empirisches Resultat zu werten, daß bei den erfindungsgemäß kleinen Entladungsabständen be­ sonders lange Totzeiten möglich sind. Erwartet wurde eher, daß sich das Dielektrikum zerstörende Lichtbögen bilden, weil durch die überlangen Tot­ zeiten zwischen den einzelnen Wirkleistungspulsen praktisch keine physika­ lische Kopplung mehr ergibt. Bei den "normal langen" Totzeiten bildet eine einzelne Entladungsstruktur eine Ionisation des Entladungsmediums, die nach dem Verlöschen des Entladungspulses abgebaut wird. Der nächste Entladungspuls zündet dann in einem noch etwas vorionisierten Bereich des Entladungsmediums, wodurch sich auch die mit der gepulsten Betriebsweise angestrebte zeitliche und örtliche Homogenität des Gesamtentladungsbildes ergibt.

Wenn nun die Totzeiten zu lang werden, findet bei üblichen Entladungsab­ ständen diese Kopplung zwischen den einzelnen Entladungspulsen nicht mehr statt, so daß jeder Entladungspuls gewissermaßen einer Neuzündung vergleichbar ist, die zunächst eine bogenförmige Entladung zeigt. Durch die mit jedem Puls wiederholten Lichtbögen wird ein dauerhafter Betrieb der Lampe und eine effiziente homogene Lichterzeugung völlig unmöglich ge­ macht, die Entladungslampe i. a. vielmehr geschädigt und dadurch früher zerstört.

Überraschend war darüber hinaus, daß sich mit der Erfindung auch keine wesentlichen akustischen Probleme ergeben. Bei "konventionellen" Entla­ dungsabständen wurden bei zu niedrigen Frequenzen, also Frequenzen im hörbaren Bereich, lästige Pfeifgeräusche festgestellt, die über Ankopplungen der Pulsfrequenz der Entladungen über verschiedene, hier nicht interessie­ rende Mechanismen an das Entladungsgefäß entstehen. Bei der Erfindung zeigt sich jedoch, daß vermutlich durch die kleinen Entladungsabstände mit dadurch verringerter Ankopplung einerseits und andererseits vermutlich auf­ grund der ohnehin stark reduzierten Leistungen solche Probleme praktisch nicht mehr auftreten.

Einerseits betrifft die Erfindung dabei ein Betriebsverfahren, bei dem, wie oben ausgeführt, besonders lange Totzeiten verwendet werden, insbesonde­ re länger als die bereits erwähnten Werte. Inbegriffen ist dabei auch ein Be­ trieb der Entladungslampe bei nur dieser einen niedrigen Leistung bzw. der einen langen Totzeit.

Vor allem richtet sich die Erfindung jedoch auf ein Betriebsverfahren, bei dem die Totzeit zwischen den Wirkleistungspulsen eingestellt werden kann, um die Lampenleistung einzustellen, was im Fall einer Einstellbarkeit wäh­ rend des Lampenbetriebs einem Dimmverfahren entspricht.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß sich die Erfindung in­ soweit einerseits auf die neue Ausgestaltung der Entladungslampe, anderer­ seits jedoch auch auf neue Merkmale eines Betriebsverfahrens für diese Entladungslampe bezieht.

Grundsätzlich ist es bei dieser Erfindung bevorzugt, in einer Entladungslam­ pe zusätzlich zu dem erfindungsgemäß kleinen Entladungsabstand eine oder mehrere weitere Entladungsabstände vorzusehen. Bevorzugt ist es dabei insbesondere, und zwar in Kombination mit einer weiter unten beschriebe­ nen Zündhilfsfunktion oder unabhängig davon, diese Elektrodengruppen mit unterschiedlichen Entladungsabständen getrennt betreiben zu können. Dann können im Betrieb verschiedene Leistungsstufen mit verschiedenen Elektro­ dengruppen oder verschiedenen Kombinationen von Elektrodengruppen be­ trieben werden, und so jeweils optimale Betriebsparameter ausgewählt wer­ den.

Zu der Aufteilung der Elektrodenanordnung in getrennt betreibbare Gruppen wird der Offenbarungsgehalt der Anmeldung 198 17 479.9 "Gasentladungs­ lampe mit getrennt betreibbaren Elektrodengruppen" in Bezug genommen.

Insbesondere können Elektrodengruppen mit größerem Entladungsabstand verwendet werden für höhere Leistungen der Entladungslampe, weil bei den größeren Entladungsabständen im allgemeinen eine bessere Effizienz zu erzielen ist. Jedenfalls sind die erfindungsgemäß kleinen Entladungsabstän­ de hinsichtlich der Effizienz der Lichterzeugung nicht wirklich vorteilhaft. Dies ist jedoch im allgemeinen von untergeordnetem Interesse, wenn besonders kleine Leistungen angestrebt sind, bei denen die wegen verschlechterter Ef­ fizienz auftretenden absoluten Verluste ohnehin gering sind.

Ein wesentliches Problem bei der Effizienz von Gasentladungslampen ist insbesondere der Wärmehaushalt, der jedoch bei der hier erwähnten Ver­ schlechterung der Effizienz bei kleinen Leistungen keine kritische Rolle spielt, weil die Verluste, wie gesagt, absolut gesehen gering sind.

Wenn dann eine deutlich kleinere Leistung eingestellt werden soll - ob nach einem Neueinschalten der Entladungslampe oder im Sinne einer Dimmfunk­ tion während des Betriebs - wird dazu unterhalb einer bestimmten Leistung eine Elektrodengruppe (oder mehrere Elektrodengruppen) mit dem erfin­ dungsgemäß kleinen Entladungsabstand verwendet. Wenn nur Entladungen über den kleinen Entladungsabstand betrieben werden, sind dabei erhebli­ che Verringerungen der Lampenleistung möglich.

Um einen möglichst kontinuierlichen Übergang bzw. ein glattes Dimmverhal­ ten sicherzustellen, ist die Entladungslampe vorzugsweise so ausgelegt, daß die mit den verschiedenen Entladungsabständen möglichen Leistungsberei­ che einander überschneiden. Dabei können beim "Umschalten" von dem einen auf den anderen Entladungsabstand durchaus Effizienzsprünge und somit bei einem stetigen Verlauf der Leistung unstetige Lichtstromsprünge auftreten. Durch eine Anpassung des Dimmverhaltens eines Vorschaltgeräts mit entsprechenden Leistungssprüngen zur Kompensation von Effizienz­ sprüngen beim Umschalten zwischen Entladungsabständen können aber auch diese kleinen Diskontinuitäten behoben werden, wenn sie störend sind.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, im Vollastbetrieb der Entladungs­ lampe Entladungen über alle vorliegenden Entladungsabstände zu zünden und somit durch die Entladungen über die kleinen Entladungsabstände einen weiteren Leistungsgewinn zu erzielen. Dies muß nicht unbedingt mit einer Effizienzeinbuße verknüpft sein, wenn gemäß der folgenden Erklärung eine Anordnung gewählt wird, bei der zwischen verschiedenen Entladungsstrecken eine gewisse Zündhilfsfunktion vorliegt. Dadurch können die sogenann­ ten Fallverluste verringert werden.

Im Hinblick auf die Elektrodenanordnung der Entladungslampe besteht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß zusätzlich zu einer Anode und einer Kathode (wobei weitere Anoden und Kathoden vorhanden sein können) eine weitere Elektrode vorgesehen ist, die der Anode und der Ka­ thode zur dielektrisch behinderten Entladung zugeordnet ist, und zwar der Kathode in dem erfindungsgemäß kleinen Entladungsabstand und der An­ ode in einem größeren Entladungsabstand. Dadurch kann die zusätzliche Elektrode im Hinblick auf den kleinen Entladungsabstand als Anode und im Hinblick auf den größeren Entladungsabstand als Kathode wirken. Dies hat den besonderen Vorteil, daß die durch die besondere Funktionsweise der dielektrisch behinderten Entladung verursachte "Aufstauung" von Elektronen vor der Anode aus der Entladung über den kurzen Entladungsabstand ge­ wissermaßen die Entladung über den längeren Entladungsabstand vorberei­ tet, indem die aufgestauten Elektronen von der dann als Kathode wirkenden Elektrode aus die Zündung dieser weiteren Entladung erleichtern.

In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, daß die Entladun­ gen über den kleineren und den größeren Entladungsabstand nicht nur zu­ sammen, d. h. im Sinne makroskopischer Zeiten gleichzeitig, betrieben wer­ den, sondern daß zwischen den Wirkleistungspulsen für die beiden Entla­ dungen darüber hinaus eine feste Phasenbeziehung besteht, die im Hinblick auf die beschriebene Zündunterstützungsfunktion der Entladung über den kleineren Abstand für die Entladung über den größeren Abstand geeignet gewählt ist.

In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, sich zu verdeutlichen, daß die Entladung über den kleinen Entladungsabstand wegen dieser Kürze des Entladungsabstandes sehr leicht zu zünden ist, und zwar auch bei kleinen Leistungen. Insoweit macht es Sinn, die vergleichsweise schwer zu zünden­ de Entladung über den größeren Entladungsabstand zu unterstützen, indem im Bereich der Kathode, d. h. auf dem Dielektrikum und unmittelbar über dem Dielektrikum; bereits eine Elektronenanhäufung vorliegt. (Bei dieser Ausführungsform muß die hier betrachtete Elektrode mit einem Dielektrikum bedeckt sein, weil sie unter anderem als Anode wirkt.)

Insbesondere ist festzustellen, daß durch die beschriebene Zündhilfsfunktion auch die Entladungen über den größeren Entladungsabstand mit deutlich verlängerten Totzeiten betrieben werden können. Vor allem in Zusammen­ hang mit der oben beschriebenen festen Phasenbeziehung bedeutet dies praktisch, daß der kleine Entladungsabstand noch im Bereich "konventioneller" Leistungen zugeschaltet wird, wobei die Zündhilfsfunktion ein Herunterdimmen auch der Entladungen über den größeren Abstand weit unter den konventionell erreichbaren Leistungsbereich zuläßt. Bei sehr tiefen Leistungen ist dann unter Umständen durch ausschließlichen Betrieb der Entladungen mit dem kleinen Entladungsabstand eine noch tiefere Leistung einstellbar.

Eine weitere Möglichkeit, die in die gleiche Richtung zielt, besteht darin, die­ se "Doppelfunktionselektrode" durch zwei Elektroden zu ersetzen. Eine die­ ser Elektroden ist insoweit als Anode zugeordnet zu der in dem kleinen Ent­ ladungsabstand vorgesehenen Kathode, die andere dieser Elektroden ist als Kathode zugeordnet zu der in dem größeren Entladungsabstand vorgesehe­ nen Anode. Wenn diese beiden Elektroden hinreichend eng benachbart sind, ist ebenfalls eine Zündhilfsfunktion in dem bereits beschriebenen Sinn möglich.

Gemäß einem weiteren Aspekt werden die bereits beschriebenen erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen ergänzt durch eine Ausgestaltung der Elektro­ denanordnung zugunsten einer Dimmbarkeit bereits bei konventionellen Entladungsabständen. Dazu ist die Elektrodenanordnung entlang einer so­ genannten Steuerlänge inhomogen gestaltet, so daß sich innerhalb der Steuerlänge eine Brennspannung der Entladungen verändert. Der Kürze halber kann hierzu verwiesen werden auf die vorangegangene deutsche Patentanmeldung "Dimmbare Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen" vom 29. 09. 98. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung ist wiederum hiermit inbegriffen.

In diesem Zusammenhang ist insbesondere ein sinusförmiger Verlauf zu­ mindest eines Teils der Elektroden bevorzugt, wobei sich die Inhomogenität als Veränderung des Entladungsabstandes und damit der Brennspannung darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungseinstellung bzw. Dimmver­ fahren verwendet, wie bereits erwähnt, die Totzeit zwischen einzelnen Wirkleistungspulsen einer gepulsten Leistungsversorgung als Parameter zur Leistungsbeeinflussung. Im Rahmen dieser Erfindung sind zwei konkrete Varianten zur Ausgestaltung eines entsprechenden elektronischen Vor­ schaltsgeräts bevorzugt. Diese beiden Varianten sind in den Ansprüchen 13 und 14 zusammengefaßt. Zu weiteren Einzelheiten wird wiederum auf Vor­ anmeldungen verwiesen, und zwar auf die Anmeldungen "Elektronisches Vorschaltgerät für Entladungslampe mit dielektrisch behinderten Entladun­ gen" 198 39 329.6 und 198 39 336.9, die wie alle anderen zitierten Anmel­ dungen von der gleichen Anmelderin stammen. Auch der Offenbarungsge­ halt dieser Anmeldungen wird hiermit in Bezug genommen. Die dort be­ schriebenen elektronischen Vorschaltgeräte nach dem Flußwandlerprinzip bzw. nach dem Sperr-/Flußwandlerprinzip werden über einen Primärkreis­ schalter getaktet - dort mit T_Q bezeichnet - der von einer Steuereinrichtung - dort SE - geschaltet wird. Insoweit kann die Totzeit bei geeigneter Auswahl der elektrischen Parameter der Vorschaltgeräte und der Entladungslampe durch entsprechenden Eingriff in die Steuerlogik dieser Steuereinrichtung beeinflußt werden. So kann durch eine äußere Beeinflussung einer Bezugs­ größe dieser Steuereinrichtung für die Zeitdefinition der Wert der Totzeit be­ einflußt werden. Einzelheiten hierzu sind dem Fachmann klar.

In der Kombination aus dem beschriebenen erfindungsgemäßen Betriebs­ verfahren und den beschriebenen erfindungsgemäßen Entladungslampen betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem mit einer solchen Entladungs­ lampe und einem dementsprechend ausgelegten elektronischen Vorschalt­ gerät, letzteres nicht notwendigerweise gemäß den Ansprüchen 13 und 14.

Als bevorzugter Anwendungsfall kommen - wie eingangs bereits erwähnt - z. B. Bildschirme, Signallampen, Be- und Hinterleuchtungen von Signaleinrich­ tungen usw. in Betracht. Verallgemeinernd läßt sich dieser Anwendungsbe­ reich zusammenfassen mit Informationsanzeigen jedweder Art. Beim Anzei­ gen von Informationen spielt nämlich die Ablesbarkeit der Informationen von der Anzeigeeinrichtung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen eine ganz wesentliche Rolle. Dies betrifft vor allem die Blendfreiheit bei eher dunklen Umgebungsbedingungen und die Ablesbarkeit bei helleren Umge­ bungen oder Störlicht. Zur Anpassung ist ein möglichst weiter, einstellbarer Leistungsbereich der Entladungslampen von großer Bedeutung.

Dies betrifft vor allem den Bereich der Verkehrstechnik, z. B. Lampen im In­ nenbereich von Fahrzeugen. Ergänzend wird hierzu Bezug genommen auf den Offenbarungsgehalt der Anmeldung "Flachstrahler mit örtlich modulierter Flächenleuchtdichte" (bereits zitiert). Ferner kommen, wie bereits ausgeführt, Monitore und Bildschirme in Betracht. Dort werden Einstellbereiche für den Lichtstrom benötigt, die mit Entladungslampen ohne die Erfindung nicht ein­ mal annähernd realisiert werden können. Auch der Bereich der Büroautoma­ tisierung kommt in Betracht, beispielsweise Lampen in Scannern.

Im Folgenden werden konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Dabei offen­ barte Einzelmerkmale können jeweils für sich oder in anderen als den dar­ gestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektro­ denanordnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung noch einer weiteren erfindungsgemä­ ßen Elektrodenanordnung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Elektrodenanordnung als erstes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung sind zwölf durchnumerierte Elektrodenstreifen dargestellt, die auf einer nicht dargestellten Wand eines Flachstrahler- Entladungsgefäßes abgeschieden sind. Sie können natürlich auch in unter­ schiedlicher Weise auf verschiedenen Wänden, z. B. den gegenüberliegen­ den Platteninnenseiten eines Flachstrahler-Entladungsgefäßes abgeschie­ den sein.

Dabei haben die Elektrodenstreifen 1 und 2, 5 und 6, 7 und 8 sowie 11 und 12 jeweils einen Abstand von 4 mm voneinander, der ein größerer Entla­ dungsabstand im Sinne der Beschreibungseinleitung ist. In Gegensatz dazu liegen die Elektrodenstreifen 2, 3, 4, 5 einerseits und 8, 9, 10, 11 anderer­ seits untereinander in Abständen von 0,4 mm, also erfindungsgemäß kleinen Abständen. Die Elektrodenstreifen 6 und 7 sind voneinander etwa um 2-3 mm beabstandet.

Gemäß der in der rechten Seite der Fig. 1 dargestellten Polung der einzel­ nen Elektrodenstreifen ist folgende Betriebsweise möglich: Die äußeren Elektrodenstreifen 1 und 12 sowie die mittleren Elektrodenstreifen 6 und 7 liegen auf positivem Potential, sind also als Anoden verschaltet. Die inneren Elektrodenstreifen 3, 4, 9, 10 in den jeweils eng beabstandeten Vierergrup­ pen liegen auf negativem Potential, sind also Kathoden. Die übrigen Elektro­ denstreifen 2, 5, 8, 11 liegen auf einem Potential zwischen den vorstehend genannten Potentialen jedoch deutlich näher beim negativen Potential. Dies ist in Fig. 1 der Einfachheit halber mit 0 angegeben. Dabei sind die jeweili­ gen Potentiale wahlweise schaltbar, d. h. die Elektrodenstreifen 1-12 müs­ sen nicht gleichzeitig elektrisch versorgt sein.

Erfindungsgemäß können nun in einem Dimmbereich des Flachstrahlers mit sehr niedrigen Leistungen bzw. Lichtströmen Entladungen über die Entla­ dungsabstände jeweils zwischen den Elektrodenpaaren 2 und 3, 4 und 5, 8 und 9 sowie 10 und 11 betrieben werden. Da diese Elektrodenabstände mit 0,4 mm außerordentlich kurz sind, sind diese Entladungen sehr leicht zu zünden und können gemäß dieser Erfindung sogar mit Totzeiten im Bereich von 1 ms und darüber angesteuert werden. Durch Verkürzung oder Verlän­ gerung der Totzeiten läßt sich der Flachstrahler auch noch bei sehr niedrigen Leistungen problemlos dimmen.

Hierzu ist noch zu ergänzen, daß durch die, wie bereits zuvor erwähnt, deut­ lich verschlechterte Effizienz der Entladungen über die großen Entladungs­ abstände über die (gegenüber der Vollast des Flachstrahlers) vorgenomme­ ne relative Verringerung der Versorgungsleistung hinaus eine noch stärkere Verringerung des abgestrahlten Lichtstroms auftritt. Um hier eine nicht ein­ schränkend zu verstehende Größenordnung anzugeben, ist die Effizienz der Entladungen über den kurzen Entladungsabstand von 0,4 mm bei diesem Beispiel um etwa den Faktor 5 schlechter als bei den leistungsstärkeren Entladungen über den größeren Entladungsabstand von 4 mm.

Über diesen größeren Entladungsabstand zwischen den Elektrodenstreifen 1 und 2, 5 und 6, 7 und 8 sowie 11 und 12 lassen sich wiederum Entladungen zünden und betreiben, die für sich genommen dem Stand der Technik ent­ sprechen, und den Flachstrahler bei guter Effizienz einen hohen Lichtstrom ausstrahlen lassen.

Mit dieser Erfindung sind typischerweise relative Leistungsänderungen beim Dimmen von mindestens 10 : 1 möglich. Bei entsprechender Auslegung der Entladungsabstände und einstellbaren Totzeiten sind auch Werte von 20 : 1, 50 : 1 oder auch 100 : 1 und mehr erreichbar. Zu beachten ist, daß durch die bereits genannte Verschlechterung der Effizienz in den Entladungen über die kurzen Entladungsabstände durch die genannten relativen Leistungsände­ rungen tatsächliche relative Lichtstromänderungen erzielt werden können, die um den Faktor der Verschlechterung der Effizienz verstärkt sind. Ein ty­ pischer Wert für diesen Faktor bei einem Entladungsabstand von 0,4 mm beträgt 5. Damit wären mit der Erfindung relative Lichtstromänderungen von 50 : 1, bestenfalls auch von 500 : 1 erzielbar.

In einem Übergangsbereich zwischen dem Bereich hoher Leistungen und dem Bereich sehr niedriger Leistungen kann die dargestellte Elektrodenan­ ordnung gleichzeitig mit Entladungen über die genannten langen und die genannten kurzen Entladungsabstände betrieben werden. Der Begriff gleich­ zeitig bezieht sich dabei nicht auf die einzelnen Wirkleistungspulse, sondern nur auf makroskopische Zeiten im Sinne des Ein- oder Ausschaltens der Entladungslampe. Dadurch kommen die durch die Entladungen über die kurzen Abstände auf den Zwischenpotential-Elektrodenstreifen 2, 5, 8, 11 aufgestauten Elektronen der Zündung der Entladungen über die langen Entladungsabstände zu Hilfe. Durch diese erfindungsgemäße Wechselwir­ kung zwischen den Entladungen läßt sich bereits die Dimmbarkeit der Entla­ dungen über die langen Entladungsabstände wesentlich zu kleineren Lei­ stungen hin erweitern.

Bei noch kleineren Leistungen kann dann der Flachstrahler nur noch mit den Entladungen über die kurzen Entladungsabstände betrieben werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektrodenstreifen 3, 4, 9 und 10 jeweils als doppelt ausgeführte Kathode zu verstehen. Diese Kathodentren­ nung kann auch weggelassen werden, wie das im Folgenden beschriebene zweite Ausführungsbeispiel exemplarisch darstellt.

In Fig. 1 ist ferner zu erkennen, daß die Elektrodenstreifen 6 und 7 eben­ falls als als Paar ausgebildete Anode aufzufassen sind. Zu dieser Zwillings­ anodentechnik wird verwiesen auf die Anmeldung "Flachstrahler" 197 11 892 derselben Anmelderin.

Die in Fig. 1 dargestellte Elektrodenanordnung ist selbstverständlich nur als Ausschnitt aus einer möglicherweise sehr viel größeren Elektrodenanord­ nung aufzufassen.

Fig. 1 verdeutlicht, daß die Elektrodenstreifen 1-6 bzw. 7-12 jeweils eine "Elementarzelle" in der vertikalen Richtung in Fig. 1 definieren, die beliebig häufig wiederholt werden kann.

Eine Ausschnittsdarstellung zeigt auch Fig. 2, und zwar zu einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Dabei sind die Zwillingsanoden 6 und 7 aus Fig. 1 ersetzt durch sinusförmig gewählte Anoden 13 und 17. Hierzu wird verwiesen auf die Patentanmeldung "Entladungslampe für dielek­ trisch behinderte Entladungen mit verbesserter Elektrodenkonfiguration" der­ selben Anmelderin vom 29. 09. 98. Der Offenbarungsgehalt der zitierten An­ meldungen ist jeweils in Bezug genommen.

Weiterhin sind die doppelt ausgeführten Kathoden 3, 4, 9 und 10 aus Fig. 1 nun jeweils einfach, nämlich als Elektrodenstreifen 15 und 19.

In Fig. 2 entspricht die Elementarzelle beispielsweise den Elektrodenstrei­ fen 15-19, wobei beim Aneinandersetzen paarweise Kathoden entstehen würden, die jedoch in Fig. 2 zu einzelnen Elektrodenstreifen 15 bzw. 19 zusammengefaßt sind.

Die Entladungsabstände entsprechen dem vorherigen Ausführungsbeispiel, wobei der Entladungsabstand zwischen den Elektroden 13 und 14, 16 und 17 sowie 17 und 18 örtlich schwankt. Geht man davon aus, daß die in Fig. 2 dargestellte Struktur nach oben und unten fortgesetzt ist, eine sinusförmige Elektrode also jeweils nach beiden Richtungen Nachbarelektroden hat, so sind die obere und die untere Hälfte einer sinusförmigen Elektrode 13 und 17 jeweils anderen Nachbarn zuzuordnen. Das bedeutet beispielsweise für Elektrode 17, daß die "Berge" (im Sinn der Fig. 2) einen Entladungsabstand zum Elektrodenstreifen 16 definieren und die "Täler" zum Elektrodenstreifen 18. Diese Entladungsabstände schwanken jeweils zwischen 3 und 4 mm.

Die lokale Veränderung des Entladungsabstandes bietet nicht nur eine Al­ ternative zu der in Fig. 1 dargestellten Zwillingsanodenkonfiguration, son­ dern ist ferner geeignet für eine bereits in der Beschreibungseinleitung in Bezug genommene konventionelle Dimmtechnik. Auf die dort genannte An­ meldung wird verwiesen.

Natürlich können die hier dargestellten Alternativen auch anders kombiniert werden, z. B. könnten in Fig. 2 paarweise Kathoden vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die eng benachbarten Elektrodenstreifen in ihrem erfindungs­ gemäß kleinen Entladungsabstand sinusförmig oder in anderer Weise mä­ andrierend auszuführen.

Hinsichtlich der weiteren technologischen Einzelheiten der Gasentladungs­ lampen wird auf die verschiedenen zitierten Anmeldungen verwiesen. Einige Daten seien beispielhaft genannt: Die Elektrodenbahnen waren 0,6 mm breit. Pro Puls wurden 80 µJ Energie eingekoppelt. Durch Variation der Tot­ zeiten konnten zwischen Volleistungen im Bereich von 8 W (ausschließlich mit den großen Entladungsabständen) und 0,8 W (bei 10 kHz) bzw. 0,08 W (bei 1 kHz) variiert werden. Dem entspricht ein Dimmbereich des Lichtstroms von 1 : 500.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei in einer schematisier­ ten Querschnittsdarstellung eine Elektrodenanordnung in einer röhrenförmi­ gen Entladungslampe dargestellt ist.

Darin beziehen sich die Ziffern 21-25 auf im Querschnitt erkennbare Elektro­ denstreifen, die jeweils mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sind. Diese Elektrodenstreifen 21-25 sind abgeschieden auf der Innenseite eines Glas­ zylinder-Entladungsgefäßes mit einem Innendurchmesser von 10,6 mm und einem Außendurchmesser von 12 mm. Durch die dargestellte Anordnung lassen sich verschiedene Entladungsabstände realisieren, je nachdem wel­ che Elektrodenstreifen mit welcher Polarität betrieben werden. Folgende Entladungsabstände stehen bei diesem Beispiel zur Auswahl:
23-24: 0,5 mm
21-22: 1,5 mm
23-25: 4 mm
21-25: 8,3 mm
22-23: 10,5 mm

Damit können mit den Entladungsabständen zwischen den Elektrodenstrei­ fen 23 und 24 einerseits und 21 und 22 andererseits erfindungsgemäß kleine Entladungsabstände realisiert werden. Zusätzlich sind auch drei verschiede­ ne größere Entladungsabstände zwischen 4 und 10,5 mm möglich. Auch im Bereich größerer Entladungsabstände verbessert sich die Effizienz der Ent­ ladungen noch weiter, so daß größte Entladungsabstand zwischen den Elektrodenstreifen 22 und 23 in dieser Hinsicht optimal ist. Andererseits sind zum Zünden von Entladungen über solche Entladungsabstände relativ hohe Spannungen notwendig, und es müssen vergleichsweise hohe Leistungen eingekoppelt werden.

Man erkennt, daß sich insbesondere bei räumlichen Elektrodengeometrien Anordnungen mit mehrfachen Auswahlmöglichkeiten realisieren lassen.

Die eingangs erwähnte Zündhilfsfunktion läßt sich hier in zweierlei Weise darstellen: einerseits mit dem Elektrodenstreifen 24 als Kathode, dem Elek­ trodenstreifen 23 als Zwischenelektrode und dem Elektrodenstreifen 25 als Anode (im Sinne der Symbole +, 0 und - aus den Fig. 1 und 2). Ferner mit dem Elektrodenstreifen 22 als Kathode, dem Elektrodenstreifen 21 als Zwischenelektrode und dem Elektrodenstreifen 25 als Anode.

Eine solche dimmbare Röhrenlampe ist z. B. interessant als Kantenlampe bei der Flachbildschirmhinterleuchtung.

Claims (17)

1. Entladungslampe mit einem ein Entladungsmedium enthaltenden Ent­ ladungsgefäß, einer Elektrodenanordnung mit zumindest einer Anode und zumindest einer Kathode, die einen Entladungsabstand definieren, und mit einer dielektrischen Schicht zwischen zumindest der Anode und dem Entladungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsabstand 3 mm oder weni­ ger beträgt.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1 mit zumindest zwei getrennt be­ treibbaren Elektrodengruppen, von denen zumindest bei einer der klei­ ne Entladungsabstand vorliegt und die sich bezüglich des Entladungs­ abstandes voneinander unterscheiden.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, bei der die Elektrodenanordnung zumindest eine Elektrode enthält, der zur einen Seite eine Kathode in dem kleinen Entladungsabstand zugeordnet ist und der zu einer ande­ ren Seite eine Anode in einem größeren Entladungsabstand zugeord­ net ist.

4. Entladungslampe nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Elektrodenan­ ordnung zumindest zwei eng benachbarte Elektroden enthält, von de­ nen einer zu einer Seite eine Kathode in dem kleinen Entladungsab­ stand zugeordnet ist und der anderen zu einer anderen Seite eine An­ ode in einem größeren Entladungsabstand zugeordnet ist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei der die Elektrodenan­ ordnung entlang einer Steuerlänge in einer eine Brennspannung über einen größeren Entladungsabstand verändernden Form inhomogen ist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, bei der zumindest eine Elektrode einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf aufweist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, bei dem eine Totzeit zwischen Wirkleistungspul­ sen einer gepulst betriebenen Leistungsversorgung mehr als 50 µs be­ trägt.

8. Verfahren, auch nach Anspruch 7, zum Betreiben einer Entladungs­ lampe nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die in die Entladungs­ lampe eingekoppelte Leistung verändert wird, indem eine Totzeit zwi­ schen Wirkleistungspulsen einer gepulst betriebenen Leistungsversor­ gung verändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die pro Wirkleistungspuls in die Entladungslampe eingekoppelte Energie im wesentlichen konstant bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Entladungslampe nach Anspruch 2 ausgestaltet ist und die Leistung in einem Bereich kleinerer Leistungen eingestellt wird, während nur Elektrodenpaare mit dem klei­ neren Entladungsabstand betrieben werden, und die Leistung in einem Bereich größerer Leistungen eingestellt wird, während auch oder nur Elektrodenpaare mit dem größeren Entladungsabstand betrieben wer­ den.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem die Entladungslampe nach Anspruch 2 ausgestaltet ist und Elektrodenpaare mit dem kleine­ ren Entladungsabstand zusammen mit Elektrodenpaaren mit einem größeren Entladungsabstand betrieben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zwischen den Wirkleistungspul­ sen für die Elektrodenpaare mit dem kleineren Entladungsabstand und den Wirkleistungspulsen für die Elektrodenpaare mit dem größeren Entladungsabstand eine feste Phasenbeziehung besteht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, bei dem die Entladungs­ lampe mit einem Vorschaltgerät betrieben wird, das aufgebaut ist als Flußwandler zum Einprägen eines äußeren Spannungspulses aus ei­ nem Primärkreis über einen Transformator in einen Sekundärkreis mit der Entladungslampe, um in der Entladungslampe eine Zündung und eine innere Gegenpolarisation zu bewirken, und eine Schalteinrichtung aufweist, die ausgelegt ist zum nach der Zündung Unterbrechen des primärseitigen Stromflusses durch den Transformator zum Isolieren des Sekundärkreises, um eine Schwingung des Sekundärkreises zu erlau­ ben, um die die äußere Spannung an der Entladungslampe bewirkende Ladung abzuziehen und durch die innere Gegenpolarisation in der Entladungslampe zu einer Rückzündung zu führen,
wobei die Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, die nach der Rückzün­ dung ablaufende Totzeit bis zu einer erneuten Zündung in der Entla­ dungslampe zur Veränderung der in die Entladungslampe eingekoppel­ ten Leistung zu verändern.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, bei dem die Entladungs­ lampe mit einem Vorschaltgerät betrieben wird, das aufgebaut ist als kombinierter Sperr-/Flußwandler und eine Schalteinrichtung in einem Primärkreis aufweist, die ausgelegt ist zum Unterbrechen des primär­ kreisseitigen Stromflusses durch einen Transformator zum Einprägen eines äußeren Spannungspulses in einen Sekundärkreis mit der Entla­ dungslampe, um in der Entladungslampe eine Zündung und eine Ge­ genpolarisation zu bewirken, und zum dann wieder Einschalten des primärkreisseitigen Stromflusses durch den Transformator, um durch einen Gegenspannungspuls die die äußere Spannung an der Entla­ dungslampe bewirkende Ladung von der Entladungslampe abzuziehen, um mit Hilfe der inneren Gegenpolarisation in der Entladungslampe ei­ ne Rückzündung zu bewirken,
wobei die Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, die nach der Rückzün­ dung ablaufende Totzeit: bis zu einer erneuten Zündung in der Entla­ dungslampe zur Veränderung der in der Entladungslampe eingekoppel­ ten Leistung zu verändern.

15. Beleuchtungssystem mit einer Entladungslampe nach einem der An­ sprüche 1-6 und einem elektronischen Vorschaltgerät, das ausgelegt ist für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7-12.

16. Einrichtung zum Anzeigen von Informationen mit einer Lampe nach einem der Ansprüche 1-6.

17. Einrichtung nach Anspruch 14 mit einem Beleuchtungssystem nach Anspruch 13.