DE3922865A1 - Mercury vapour lamp with solid-body recombination structure - is excited by HF energy in discharge space contg. fibre with specified surface-vol. ratio - Google Patents
Mercury vapour lamp with solid-body recombination structure - is excited by HF energy in discharge space contg. fibre with specified surface-vol. ratioInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Quecksilber-Nieder druckentladungslampe, in deren Kolben eine Festkörper- Rekombinationsstruktur vorhanden ist, wobei das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Rekombinationsstruktur und dem Volumen des Entladungsraumes höchstens 5 cm-1 beträgt.The invention relates to a mercury low-pressure discharge lamp, in the bulb of which a solid-state recombination structure is present, the ratio between the surface of the recombination structure and the volume of the discharge space being at most 5 cm -1 .
Eine derartige Lampe ist aus der DE-PS 25 29 005 bekannt.Such a lamp is known from DE-PS 25 29 005.
Zur Definition des Begriffes Festkörper-Rekombinations struktur sei folgendes ausgeführt:To define the term solid-state recombination the structure is as follows:
Bei Quecksilber-Niederdruckentladungslampen werden während des Betriebes etwa 1 bis 10% der Quecksilberatome ionisiert, wodurch positiv geladene Gasionen und negativ geladene Elektronen entstehen. Die positiven Quecksilber ionen und negativen Elektronen rekombinieren an der Oberfläche des Entladungskolbens, d. h. sie vereinigen sich an dieser Oberfläche wieder zu einem neutralen Queck silberatom. Bringt man nun in den Entladungskolben einen Festkörper als zusätzliche Rekombinationsstruktur, so erhöht sich die in dem Entladungsraum verteilte innere Oberfläche über die Wandfläche des Entladungskolbens hinaus. An der Oberfläche der Rekombinationsstruktur können, ebenso wie an der Wand des Entladungskolbens, Ladungsträger aus der Entladung zu neutralen Gasatomen rekombinieren. Die Oberfläche wird bei dieser für die Gasentladung wichtigen Reaktion benötigt, weil in Niederdruck-Gasentladungslampen die Rekombination fast ausschließlich an Festkörperoberflächen und nicht im Entladungsvolumen selbst stattfindet. With mercury low-pressure discharge lamps about 1 to 10% of the mercury atoms during operation ionizes, creating positively charged and negative gas ions charged electrons are created. The positive mercury Ions and negative electrons recombine at the Surface of the discharge bulb, d. H. they unite on this surface again to a neutral mercury silver atom. Now bring one into the discharge bulb Solid as an additional recombination structure, see above the inner space distributed in the discharge space increases Surface over the wall surface of the discharge bulb out. On the surface of the recombination structure can, just like on the wall of the discharge bulb, Charge carriers from the discharge to neutral gas atoms recombine. The surface is used for this Gas discharge needed important reaction because in Low pressure gas discharge lamps the recombination almost exclusively on solid surfaces and not in Discharge volume itself takes place.
Die aus der DE-PS 25 29 005 bekannte Niederdruck- Gasentladungslampe ist mit Quecksilberdampf und einem Edelgas oder einer Kombination von Edelgasen gefüllt. Die Lampe besitzt zwei thermisch emittierende innere Elektroden. Im Entladungsraum befindet sich, über nahezu den ganzen Entladungsraum verteilt, ein Festkörper, der aus lockerer Drahtwolle, z. B. aus Glas oder Metall, besteht und als Rekombinationsstruktur dient. Der Entladungskolben ist röhrenförmig ausgebildet, wobei die Länge der Röhre groß ist gegenüber ihrem Durchmesser. Durch diese geometrische Form ist die Herstellung einer derartigen Lampe mit Rekombinationsstruktur technisch aufwendig (siehe hierzu z. B. J. Hasker in "Journal of IES", Okt. 1976, Seite 29 bis 34). - Aus den angegebenen Werten über ein günstiges Verhältnis zwischen dem Volumen der Rekombinationsstruktur und dem Volumen des Entladungs raumes läßt sich mit Hilfe der Ausführungen von Hasker (s. aaO) für das Verhältnis zwischen der Oberfläche (Os) der Rekombinationsstruktur und dem Volumen (Vd) des Entladungsraumes ein Bereich von 0,03 bis 30 cm-1 ableiten.The low-pressure gas discharge lamp known from DE-PS 25 29 005 is filled with mercury vapor and a noble gas or a combination of noble gases. The lamp has two thermally emitting inner electrodes. In the discharge space there is a solid, which is distributed over almost the entire discharge space and is made of loose wire wool, e.g. B. made of glass or metal, and serves as a recombination structure. The discharge bulb is tubular, the length of the tube being long compared to its diameter. Due to this geometric shape, the manufacture of such a lamp with a recombination structure is technically complex (see, for example, JJ Hasker in "Journal of IES", Oct. 1976, pages 29 to 34). - From the values given about a favorable ratio between the volume of the recombination structure and the volume of the discharge space, the statements by Hasker (see above) for the relationship between the surface (O s ) of the recombination structure and the volume (V d ) derive a range from 0.03 to 30 cm -1 of the discharge space.
Beim Betrieb von mit inneren Elektroden betriebenen röhrenförmigen Niederdruck-Entladungslampen, die mit einer Rekombinationsstruktur gefüllt sind, tritt infolge der Anwesenheit der Rekombinationsstruktur eine unerwünschte Kontraktion der Gasentladung auf. Kontraktion bedeutet, daß die Anregungsdichte über den Querschnitt der Röhre ungleichmäßig verteilt ist. Es bildet sich ein schmaler, intensiv leuchtender Entladungspfad durch diejenigen Kanäle der Rekombinationsstruktur aus, die, bildlich gesprochen, den geringsten Widerstand bieten. Die Folge ist eine schlangenlinienförmige Entladung durch die Röhren, was sich in einer auch bei Leuchtstoffbeschichtung noch deutlichen ungleichmäßigen Helligkeitsverteilung auf der Röhrenoberfläche bemerkbar macht. Diesem Effekt, der von den Parametern der Entladung (Stromstärke) weitgehend unabhängig ist, kann bei mit Niederfrequenz betriebenen Lampen nur unvollkommen durch aufwendige Ausführungsformen der Rekombinationsstruktur begegnet werden (siehe Hasker aaO).When operating internal electrodes tubular low pressure discharge lamps with a Recombination structure is filled occurs as a result of Presence of the recombination structure an undesirable Contraction of the gas discharge. Contraction means that the excitation density across the cross section of the tube is distributed unevenly. It forms a narrow, intensely luminous discharge path through those Channels of the recombination structure, which, figuratively spoken, offer the least resistance. The consequence is a serpentine discharge through the Tubes, which can also be seen in a fluorescent coating clear uneven brightness distribution of the tube surface. This effect, the largely of the parameters of the discharge (current) is independent, can be operated at low frequency Lamps are imperfect due to complex designs the recombination structure can be met (see Hasker loc. cit.).
Eine wichtige Größe für Gasentladungslampen ist die elektrische Leistungsdichte P/V in W/cm3; das ist die der Lampe pro Kubikzentimeter Entladungsraum zugeführte elektrische Leistung. Bei den bekannten röhrenförmigen Quecksilber-Niederdruckentladungslampen mit Leuchtstoff schicht mit einem Rohrdurchmesser von 26 mm beträgt die Leistungsdichte beim angegebenen Betriebsstrom etwa 0,06 W/cm3, bei kompakten Leuchtstofflampen mit einem Rohraußendurchmesser von 12 mm etwa 0,3 bis 0,4 W/cm3.An important parameter for gas discharge lamps is the electrical power density P / V in W / cm 3 ; this is the electrical power supplied to the lamp per cubic centimeter of discharge space. In the known tubular mercury low-pressure discharge lamps with a fluorescent layer with a tube diameter of 26 mm, the power density at the specified operating current is approximately 0.06 W / cm 3 , in the case of compact fluorescent lamps with a tube outer diameter of 12 mm approximately 0.3 to 0.4 W / cm 3 .
Die Rekombinationsstruktur in Form eines locker verteilten Körpers hat bei den bekannten Lampen die Aufgabe, mehr Strahlung durch Erhöhung der Lampenspannung bei gleicher Stromstärke zu erzeugen. Mit anderen Worten soll sich bei gleicher Leistungsdichte P/V die Leuchtdichte Ln der Lampe erhöhen. Es sei hierzu auf Fig. 5 der Zeichnung hingewiesen, in der die Leuchtdichte Ln über der elektrischen Leistungsdichte P/V dargestellt ist. Die Kurven A und B beziehen sich auf übliche Quecksilber- Niederdruckentladungslampen mit inneren Elektroden. Der Lampenkolben besitzt einen Innendurchmesser von 10 mm und ist mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt. Die Kurve A zeigt die Leuchtdichte in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsdichte einer solchen Lampe ohne Rekombinationsstruktur, während es sich bei der Kurve B um dieselbe Lampe jedoch mit eingefüllter Glaswolle handelt. Diese Kurven zeigen, daß man durch eine Rekombinations struktur die Leuchtdichte bei gleicher elektrischer Leistungsdichte zwar etwas erhöhen kann, daß aber die Leuchtdichte, insbesondere von Quecksilber-Niederdruck entladungslampen, durch das Phänomen der Sättigung begrenzt wird. Sättigung bedeutet, daß die Strahlungs leistung der Entladung bei Erhöhung der Leistungsdichte (normalerweise realisiert durch Vergrößerung des Entladungsstromes) über einen bestimmten Wert hinaus nicht mehr oder nur noch weit unterproportional ansteigt. Dies bedeutet ein Absinken der Strahlungs- bzw. Lichtausbeute der Lampe.In the known lamps, the recombination structure in the form of a loosely distributed body has the task of generating more radiation by increasing the lamp voltage at the same current strength. In other words, the luminance L n of the lamp should increase with the same power density P / V. It is this referred to Fig. 5 of the drawing, in which the luminance L n on the electrical power density P / V is shown. Curves A and B refer to conventional mercury low-pressure discharge lamps with internal electrodes. The lamp bulb has an inner diameter of 10 mm and is covered with a fluorescent layer. Curve A shows the luminance as a function of the electrical power density of such a lamp without a recombination structure, while curve B is the same lamp but with glass wool filled in. These curves show that although the luminance can be increased somewhat with the same electrical power density by a recombination structure, the luminance, in particular of low-pressure mercury discharge lamps, is limited by the phenomenon of saturation. Saturation means that the radiation power of the discharge increases when the power density (normally realized by increasing the discharge current) does not exceed a certain value or only increases disproportionately. This means a decrease in the radiation or light output of the lamp.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Quecksilber-Niederdruckentladungslampe zu schaffen, bei der durch Einbringen einer Festkörper-Rekombinations struktur die Leuchtdichte bei Erhöhung der Leistungsdichte praktisch keine Sättigung aufweist.The invention is therefore based on the object To create mercury low pressure discharge lamp by introducing a solid-state recombination structure the luminance while increasing the power density has practically no saturation.
Diese Aufgabe wird bei einer Quecksilber-Niederdruck entladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lampe ohne innere Elektroden ausgebildet und durch Hochfrequenz anregbar ist und eine Leistungsdichte über 2 W/cm3 aufweist, wobei das Verhältnis Os/Vd zwischen 0,05 und 5 cm-1 liegt.This object is achieved in a low-pressure mercury discharge lamp of the type mentioned at the outset according to the invention in that the lamp is designed without internal electrodes and can be excited by high frequency and has a power density above 2 W / cm 3 , the ratio O s / V d between 0.05 and 5 cm -1 .
Überraschenderweise hat sich für Quecksilber-Niederdruck entladungslampen ohne innere Elektroden mit einer gegenüber Lampen mit inneren Elektroden stark erhöhten Leistungsdichte innerhalb eines bestimmten Bereiches von Os/Vd herausgestellt, daß die Leuchtdichte bei Erhöhung der Leistungsdichte über eine weite Strecke fast geradlinig weiter ansteigt, so daß die Erhöhung der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung weiterhin zu einer Vergrößerung der Leuchtdichte führt. Für die HF-Anregung sind Frequenzen zwischen 100 kHz und 10 GHz geeignet. Surprisingly, it has been found for low-pressure mercury discharge lamps without inner electrodes with a power density that is greatly increased compared to lamps with inner electrodes within a certain range of O s / V d that the luminance increases almost linearly over a long distance as the power density increases, so that the increase in the electrical power supplied to the lamp continues to increase the luminance. Frequencies between 100 kHz and 10 GHz are suitable for HF excitation.
Überraschenderweise zeigen HF-betriebene Entladungslampen ohne innere Elektroden mit einer Rekombinationsstruktur keinen Kontraktionseffekt in dem praktisch interessieren den Leistungsdichte-Bereich oberhalb 2 W/cm3, sogar dann nicht, wenn die Rekombinationsstruktur-Füllung etwas ungleichmäßig verteilt ist. Statt dessen bildet sich eine diffuse Entladung mit homogener Helligkeitsabgabe aus.Surprisingly, HF-operated discharge lamps without internal electrodes with a recombination structure show no contraction effect in the power density range above 2 W / cm 3 , which is of practical interest, even if the filling of the recombination structure is somewhat unevenly distributed. Instead, a diffuse discharge with homogeneous brightness is formed.
Die HF-Anregung der Niederdruckentladungslampe kann in an sich bekannter Weise kapazitiv, induktiv oder mittels Oberflächenwellen, z. B. in einem Mikrowellenhohlraum resonator, erfolgen.The RF excitation of the low-pressure discharge lamp can be started in known capacitive, inductive or by means Surface waves, e.g. B. in a microwave cavity resonator.
Die Anwendung der Erfindung ist im Falle von kapazitiv gekoppelten Lampen besonders vorteilhaft, weil nicht nur die Sättigungseigenschaften günstig beeinflußt werden, sondern darüber hinaus durch die Einbringung der Rekombinationsstruktur die elektrische Feldstärke der Entladung und damit auch die Brennspannung des Plasmas erhöht wird. Diese Tatsache ermöglicht es, eine gegebene Leistungsdichte im Plasma mit einem geringeren Strom zu erreichen, wodurch die an der gesamten Kondensator anordnung abfallende Spannung verringert wird. Das erleichtert den Betrieb bei niedrigeren Frequenzen. Bei Verkleinerung des Stromes werden außerdem die dielek trischen Verluste im Wandmaterial des Entladungsgefäßes geringer.The application of the invention is in the case of capacitive coupled lamps particularly advantageous because not only the saturation properties are influenced favorably, but also by introducing the Recombination structure the electrical field strength of the Discharge and therefore also the burning voltage of the plasma is increased. This fact enables a given Power density in the plasma with a lower current too reach, causing that to the entire capacitor arrangement falling voltage is reduced. The facilitates operation at lower frequencies. At The current is also reduced by the dielek trical losses in the wall material of the discharge vessel less.
Vorzugsweise besitzt daher der Lampenkolben äußere Elektroden zur kapazitiven Anregung mit einer Frequenz größer als 10 MHz. Hierbei ist zweckmäßigerweise die Breite des Entladungsraumes größer als seine Länge. Die Füllung von solchen flach ausgebildeten Entladungslampen mit einer Rekombinationsstruktur jeder gewünschten Verteilung ist technisch relativ einfach. Solche Entladungslampen können beispielsweise in einer Klebe- bzw. Glaslot-Technik hergestellt werden, was z. B. ermöglicht, den Deckel eines flachen dosenförmigen Entladungskolbens erst nach Einlegen der Rekombinations struktur aufzusetzen.Therefore, the lamp bulb preferably has outer Electrodes for capacitive excitation with one frequency greater than 10 MHz. This is expediently the Width of the discharge space larger than its length. The Filling of such flat discharge lamps with a recombination structure of any desired Distribution is technically relatively easy. Such Discharge lamps can, for example, in an adhesive or glass solder technology are produced, which z. B. allows the lid of a flat can-shaped Discharge bulb only after inserting the recombination structure.
Das Verhältnis zwischen dem Volumen der Rekombinations struktur und dem Volumen des Entladungsraumes hängt bei gegebenem Verhältnis Os/Vd vom Formfaktor des Struktur materials (Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche der Rekombinationsstruktur) ab. Aus Gründen der Abschattung und damit der Entladung selbst noch genügend Volumen verbleibt, sollte ein Strukturmaterial mit einem solchen Formfaktor gewählt werden, daß der Volumenanteil der Rekombinationsstruktur unter 10% bleibt. Die Struktur muß nicht notwendigerweise aus einem zusammenhängenden Gebilde bestehen, ferner muß sie nicht im gesamten Entladungsraum enthalten sein. Die Dichte der Rekombinationsstruktur kann, muß aber nicht überall die gleiche sein, vielmehr kann bei besonderen Anregungsbedingungen der Entladung sogar in dem Fall, daß eine ungleichmäßige Lichtabgabe von der gesamten Lampenoberfläche erwünscht ist, eine definiert ungleichmäßige Dichteverteilung das beste Ergebnis herbeiführen.The ratio between the volume of recombinations structure and the volume of the discharge space depends on given ratio Os / Vd from the form factor of the structure materials (ratio between volume and surface of the Recombination structure). For reasons of shadowing and therefore enough volume for the discharge itself should remain, a structural material with such Form factor be chosen that the volume fraction of the Recombination structure remains below 10%. The structure must not necessarily from a coherent structure exist, and it does not have to be in the entire discharge space be included. The density of the recombination structure can, but does not have to be the same everywhere, rather can discharge under special excitation conditions even in the event that uneven light output from of the entire lamp surface is desired, one defines uneven density distribution the best Achieve result.
Bei einer praktischen Ausführungsform ist die Rekombina tionsstruktur ein Fasergespinst, bei dem der Faserdurch messer zweckmäßig zwischen 1 und 100 µm liegt.In a practical embodiment, the recombina tion structure a fiber spin, in which the fiber through knife is suitably between 1 and 100 microns.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung besteht die Rekombinationsstruktur aus einem offenporigen Schaumkörper. Die Rekombinationsstruktur kann auch waben-, netz-, nadelförmig oder stegartig ausgebildet sein. According to a further embodiment according to the invention the recombination structure consists of an open-pore one Foam body. The recombination structure can also be honeycomb, be designed in the form of a net, needle or web.
In allen Fällen kann die Rekombinationsstruktur aus Glas, vorzugsweise aus Quarzglas, oder aus Metall, vorzugsweise aus Wolfram oder Aluminium, bestehen. Wenn die Rekombina tionsstruktur metallisch oder elektrisch leitend ist, sollte sie mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sein. Als Beispiele hierfür sei die Beschichtung von Aluminiumwolle mit Quarzglas oder die Beschichtung von Aluminium mit Magnesiumfluorid genannt. Wenn die Rekombinationsstruktur aus mit der Gasfüllung chemisch nicht verträglichem Material besteht, z. B. aus Kunststoffasern, kann sie mit einem mit der Gasfüllung verträg lichen Material beschichtet sein.In all cases, the recombination structure made of glass, preferably made of quartz glass, or of metal, preferably made of tungsten or aluminum. If the recombina tion structure is metallic or electrically conductive, it should be given a dielectric coating be. The coating of Aluminum wool with quartz glass or the coating of Called aluminum with magnesium fluoride. If the Recombination structure from chemical with the gas filling incompatible material, e.g. B. made of plastic fibers, can it be compatible with a gas filling be coated material.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Lampe nach der Erfindung ist die Rekombinationsstruktur mit einer nutzbare Strahlung reflektierenden Beschichtung versehen. Eine derartige reflektierende Beschichtung kann z. B. aus Aluminiumoxid oder Bariumsulfat oder aber aus Aluminium bestehen.According to a further advantageous embodiment of the Lamp according to the invention is the recombination structure with a usable radiation reflecting coating Mistake. Such a reflective coating can e.g. B. made of aluminum oxide or barium sulfate or Aluminum.
Gegebenenfalls kann die Rekombinationsstruktur auch mit einer lumineszierenden Schicht bedeckt sein, welche z. B. aus handelsüblichen Leuchtstoffen, insbesondere Halophosphat- oder Aluminat-Leuchtstoffen bestehen kann.If necessary, the recombination structure can also be used be covered with a luminescent layer, e.g. B. from commercially available phosphors, in particular Halophosphate or aluminate phosphors can exist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention will now be described the drawing explained in more detail. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine flache Quecksilber- Niederdruckentladungslampe mit kapazitiver Anregung, Fig. 1 shows a longitudinal section through a flat low-pressure mercury discharge lamp with a capacitive excitation,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lampe nach Fig. 1 längs der Ebene II-II, Fig. 2 is a cross sectional view of the lamp of FIG. 1 along the plane II-II,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere ebenfalls kapazitiv angeregte Quecksilber-Niederdruckentladungs lampe, Figure 3 is the air. A longitudinal section through another also capacitively excited mercury low-pressure discharge,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Lampe nach Fig. 3 längs der Ebene IV-IV und Fig. 4 shows a cross section through the lamp of FIG. 3 along the plane IV-IV and
Fig. 5 den Verlauf der Leuchtdichte über der elektrischen Leistungsdichte bei Quecksilber-Niederdruckentladungs lampen mit und ohne Rekombinationsstruktur. Fig. 5 shows the course of the luminance over the electrical power density in mercury low-pressure discharge lamps with and without a recombination structure.
Die Niederdruckentladungslampe nach den Fig. 1 und 2 besitzt einen flachen quaderförmigen Kolben 1 aus Glas, der auf seiner Innenseite mit einer Schutzschicht 2, z. B. aus SiO2-Aerosil, und einer darauf angebrachten Leucht stoffschicht 3, z. B. aus Aluminat-Leuchtstoffen, bedeckt ist. Der Lampenkolben 1 ist mit einigen Milligramm Queck silber im Überschuß und 2 Torr Neon gefüllt. Im Lampen kolben 1 befindet sich ferner eine Festkörper-Rekombina tionsstruktur 4 aus Quarzwolle, welche gleichmäßig im Entladungsraum verteilt ist; ihre Menge beträgt 0,1 mg pro cm3 Entladungsraum mit einem mittleren Faserdurchmesser von 12 µm. Das Verhältnis Os/Vd der Rekombinations struktur 4 liegt bei etwa 0,15 cm-1.The low-pressure discharge lamp according to FIGS. 1 and 2 has a flat cuboid-shaped bulb 1 made of glass, which on its inside with a protective layer 2 , for. B. of SiO 2 aerosil, and an attached phosphor layer 3 , z. B. is covered with aluminate phosphors. The lamp bulb 1 is filled with a few milligrams of mercury in excess and 2 torr of neon. In the lamp bulb 1 there is also a solid-state recombination structure 4 made of quartz wool, which is evenly distributed in the discharge space; their amount is 0.1 mg per cm 3 discharge space with an average fiber diameter of 12 microns. The ratio O s / V d of the recombination structure 4 is approximately 0.15 cm -1 .
An den langen Schmalseiten des Lampenkolbens 1 sind äußere Elektroden 5, z. B. aus Kupferblech, angeordnet, welche an einen HF-Generator 6 mit einer Frequenz von 13,56 MHz angeschlossen sind.On the long narrow sides of the lamp bulb 1 , outer electrodes 5 , z. B. made of copper sheet, which are connected to an RF generator 6 with a frequency of 13.56 MHz.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel betrug die Höhe des Lampenkolbens 1 cm, seine Länge 6 cm und seine Breite 2 cm. Die Lampe läßt sich z. B. zur großflächigen Hintergrundbeleuchtung eines LCD-Anzeigeelementes 7 verwenden. Die Lampe wird mit einer Leistungsdichte von 4 W/cm3 betrieben. In a practical embodiment, the height of the lamp bulb was 1 cm, its length 6 cm and its width 2 cm. The lamp can be z. B. for large-area backlighting of an LCD display element 7 . The lamp is operated with a power density of 4 W / cm 3 .
Der Lampenkolben kann auch aus für UV-Strahlung durch lässigem Material bestehen und auf seiner Außenseite mit einer oder mehreren Leuchtstoffschichten bedeckt sein.The lamp bulb can also be made for UV radiation made of casual material and with on the outside one or more phosphor layers.
Bei der Quecksilber-Niederdruckentladungslampe nach den Fig. 3 und 4 besteht der Lampenkolben 1 aus Quarzglas mit einer Wandstärke von 2 mm. Der Kolben 1 ist als Flach zylinder mit einer Höhe von 1 cm und einem Durchmesser von 4 cm ausgebildet, woraus sich ein Volumen für den Entladungsraum von etwa 10 cm3 ergibt. In dem Lampen kolben 1 ist eine Rekombinationsstruktur 4 untergebracht, die aus etwa 8 mg Quarzwolle mit einem mittleren Faser durchmesser von 12 µm besteht. Die Oberfläche der Rekombinationsstruktur beträgt etwa 12 cm2, das sind rund 30% zusätzliche innere Oberfläche zu der Umhüllungs fläche des Entladungskolbens von 36 cm2. Das für die vorteilhafte Wirkung der Rekombinationsstruktur relevante Verhältnis Os/Vd beträgt etwa 1,2 cm-1 bei einem Volumenverhältnis von Rekombinationsstruktur zu Entladungsraum von etwa 3,5 × 10-4. Die Rekombinations struktur wurde so gleichmäßig wie möglich im Entladungs raum verteilt. Der mit der Rekombinationsstruktur gefüllte Entladungskolben wurde im Hochvakuum bei ca. 900°C ausgeheizt, um adsorbiertes Wasser zu vertreiben, und anschließend bei Zimmertemperatur mit 1 Torr Ar und 5 mg Hg gefüllt und dann verschlossen.In the mercury low-pressure discharge lamp according to FIGS. 3 and 4, the lamp bulb 1 consists of quartz glass with a wall thickness of 2 mm. The piston 1 is designed as a flat cylinder with a height of 1 cm and a diameter of 4 cm, which results in a volume for the discharge space of about 10 cm 3 . In the lamp bulb 1 , a recombination structure 4 is housed, which consists of about 8 mg of quartz wool with an average fiber diameter of 12 microns. The surface of the recombination structure is approximately 12 cm 2 , which is approximately 30% additional inner surface to the envelope area of the discharge bulb of 36 cm 2 . The ratio O s / V d relevant for the advantageous effect of the recombination structure is approximately 1.2 cm -1 with a volume ratio of the recombination structure to the discharge space of approximately 3.5 × 10 -4 . The recombination structure was distributed as evenly as possible in the discharge area. The discharge flask filled with the recombination structure was heated in a high vacuum at approx. 900 ° C. to drive off adsorbed water, and then filled with 1 Torr Ar and 5 mg Hg at room temperature and then sealed.
Der so gefüllte Entladungskolben 1 ist auf seiner unteren Stirnfläche mit einer geschlossenen, z. B. aus Kupferblech bestehenden Außenelektrode 8 versehen. Auf der gegenüber liegenden oberen Stirnfläche ist eine ebenfalls z. B. aus Kupfer bestehende Gitterelektrode 9 angebracht. Die beiden Elektroden 8 und 9 sind wiederum mit einem HF-Generator 6 mit einer Frequenz von 300 MHz verbunden. The discharge bulb 1 filled in this way is provided on its lower end face with a closed, e.g. B. provided from copper sheet outer electrode 8 . On the opposite upper end face is also a z. B. made of copper grid electrode 9 attached. The two electrodes 8 and 9 are in turn connected to an HF generator 6 with a frequency of 300 MHz.
Eine derartige Entladungslampe, deren Kolben keine Leucht stoffschicht aufweist, kann als UV-Lichtquelle hoher Leuchtdichte z. B. für die Reprographie, für photolithogra phische Zwecke in der Halbleitertechnologie sowie in der chemischen Technik zum Lackaushärten oder für andere photochemische Prozesse, z. B. zur Entkeimung von Wasser, verwendet werden.Such a discharge lamp, the bulb of which is not illuminated Has layer of material, can be higher as a UV light source Luminance z. B. for reprography, for photolithogra phic purposes in semiconductor technology as well as in chemical technology for curing paint or for others photochemical processes, e.g. B. for the disinfection of water, be used.
Die beschriebenen Lampen können zur Dampfdruckregulierung in an sich bekannter Weise eine kalte Stelle aufweisen oder anstelle von reinem Quecksilber mit einem Amalgam, z. B. Hg-In-Bi, gefüllt sein.The lamps described can be used for steam pressure regulation have a cold spot in a manner known per se or instead of pure mercury with an amalgam, e.g. B. Hg-In-Bi.
Wie bereits eingangs erwähnt, beziehen sich die in Fig. 5 dargestellten Kurven A und B auf eine übliche Quecksilber-Niederdruckentladungslampe mit inneren Elektroden. Die Kurve A ist an einer Lampe ohne Rekombina tionsstruktur und die Kurve B an einer Lampe mit Rekombinationsstruktur gemessen. Diese Kurven bestätigen die bekannte Erscheinung, daß bei einem Durchmesser der Entladungsröhre in der Größenordnung von 1 cm und einem Edelgasfülldruck von einigen Torr die Leistungsdichte, oberhalb derer sich die Sättigung bereits stark bemerkbar macht, bei etwa 0,5 bis 1 W/cm3 liegt.As already mentioned at the beginning, curves A and B shown in FIG. 5 relate to a customary mercury low-pressure discharge lamp with internal electrodes. Curve A is measured on a lamp without a recombination structure and curve B on a lamp with a recombination structure. These curves confirm the known phenomenon that with a diameter of the discharge tube of the order of 1 cm and an inert gas filling pressure of a few torr, the power density above which the saturation is already clearly noticeable is approximately 0.5 to 1 W / cm 3 .
Die Kurven C und D zeigen die Leuchtdichte in Abhängigkeit von der Leistungsdichte einer in den Fig. 3 und 4 darge stellten Quecksilber-Niederdruckentladungslampe, wobei die Lampe nach der Kurve C keine Rekombinationsstruktur besitzt. Die Lampe nach Kurve C ohne Rekombinations struktur zeigt eine ausgeprägte Sättigung der Leuchtdichte trotz ansteigender Leistungsdichte. Dagegen steigt bei der Lampe nach Kurve D mit Rekombinationsstruktur die Leucht dichte mit zunehmender Leistungsdichte fast geradlinig an. Erst bei praktisch nicht mehr realisierbaren Leistungsdichten vermindert sich der Anstieg der Leucht dichte.Curves C and D show the luminance as a function of the power density of a mercury low-pressure discharge lamp shown in FIGS . 3 and 4, the lamp according to curve C having no recombination structure. The lamp according to curve C without a recombination structure shows a pronounced saturation of the luminance in spite of increasing power density. In contrast, with the lamp according to curve D with a recombination structure, the luminance rises almost linearly with increasing power density. Only when the power densities are no longer practicable does the increase in luminance decrease.
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