TW200903567A - Dielectric barrier discharge lamp with auxiliary ignition - Google Patents

Description

200903567 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種介電阻障式放電燈。 目前介電阻障式放電燈主要是應用在辦公室自動化， 尤其是作爲掃描器及傳真機的線形燈、大面積的平面燈（也 就是所謂的平面輻射器）、液晶顯示器及液晶電視螢幕的背 光燈、以及其他顯示器用的燈。但是除了上述應用領域外 ’本發明之介電阻障式放電燈也可以被應用在織物的紫外 線處理'工業、一般照明、以及照明設計等領域。 【先前技術】 介電阻障式放電燈屬於一種現有技術，而且相關的技 術文件對於介電阻障式放電燈有詳細的說明及探討。介電 阻障式放電燈的特徵是電極被一種電介質與放電容器內的 放電介質（通常是惰性氣體，例如氙氣或一種混合惰性氣體） 隔開。原則上可以將所有的電極都設置在放電容器內或放 電容器外，也可以將一種極性的電極設置在放電容器內， 另外一種極性的電極則設置在放電容器外。對設置在放電 容器外的電極而言，放電容器的外壁就是一種介電阻障。 如果所有的電極都位於放電容器內’則至少要以一種電介 質（例如一個介電塗層）將一種極性的電極與放電容器的內 部隔開，在放電燈運轉時，會因爲這個介電阻障形成一種 所謂的單邊介電阻障放電。另外一種可行的方式是將所有 的.內電極都塗上一個介電塗層，這樣就會形成一種所謂的 雙邊介電阻障放電。同樣的’所有的電極都設置在放電容 器之外也會出現雙邊介電阻障放電的情況。 -5- 200903567 由於至少一個電極和放電介質之間存在介電阻障，因 此介電阻障式放電燈的運轉需要使用會隨時間變化的電 壓’例如一種正弦形的交流電壓。美國專利us 5 604 410 提出的脈衝運轉方式具有很好的運轉效率。 美國專利US 6 3 23 600提出一種按照上述脈衝運轉方 式操作介電阻障式放電燈的開關裝置。這種開關裝置是利 用一個反向變流器產生數仟伏特（kV)的脈衝電壓序列及25 kHz至115 kHz的脈衝恢復頻率。 由於介電阻障的關係（尤其是雙邊介電阻障放電），有 時可能會發生點火的問題。通常距離上一次運轉介電阻障 式放電燈的時間愈長，就愈容易出現這種不易點火的情 況。尤其是在黒暗中要將介電阻障式放電燈點亮是一件很 困難的事。因此有必要利用特別的點火輔助解決這個問題。 歐洲專利EP 1 3 29 944提出一種棒狀介電阻障式放電 燈，這種放電燈具有一個與泵管整合在一起的點火輔助， 其構造方式是沿著泵管的外表面設置兩個縱向點火電極， 以及在泵管內設置一個金屬結構，尤其是一個設置在兩個 點火電極之間的中央位置的點火塗層。 【發明内容】 本發明的目的是提出一種具有較佳之點火特性的介電 阻障式放電燈。 爲達到上述目的，本發明提出的介電阻障式放電燈具 有一個陽極、一個陰極、一個帶有泵管的放電容器、至少 一個沿著泵管之外表面設置的點火電極 '以及一個設置在 泵管內側的點火塗層，這種介電阻障式放電燈的特徵是點 -6- 200903567 火塗層位於點火電極上方正中央的位置，同時這個點火電 極與陰極連接。 附屬申請專利項目的內容爲本發明之介電阻障式放電 燈的各種有利的實施方式。 發明人發現採取下列措施可以大幅縮短點火延遲時 間： 1. 並不是如現有技術將點火塗層設置在兩個點火電 極之間的中央位置，而是設置在一個點火電極上方正中央 的位置； 2. 將這個點火電極與陰極連接，或是將這個電極與至 少在點火階段至少有部分時間作爲陰極用的電極連接。 一個令人訝異的發現是，採取這兩個措施可以大幅縮 短點火時間，但是如果只是單獨採取其中任一項措施則只 能達到很小的改善效果。 一種有利的方式是，從泵管的斷面看過去，點火塗層 的形狀是半圓形。根據一種具體的實施方式，點火塗層的 形狀是三角形。三角形點火塗層的一個角最好是從放電容 器的內部指向泵管之熔斷位置的方向。三角形點火塗層的 另外兩個角則是指向陽極的方向，因此會提高點火過程可 以達到的電場強度。將這種實施方式進一步推廣就是點火 塗層具有一個有角的形狀，而且至少有一個角是指向陰極 的方向。 點火塗層是以一種二次電子發射係數愈高愈好的材料 製成，尤其是金屬（例如銀）。 之所以會如此是因爲點火電極的特殊設置方式’也就 -7- 200903567 是點火電極在點火階段的負電極性，以及點火塗層相對於 點火電極的位置，對於電極從點火塗層發出的場致電子發 射特別有利。最好是在第一點火電極的對面沿著泵管設置 —個第二點火電極。第二點火電極至少在點火階段與一個 正電極性連接。這樣自由電極就會在正點火電極的方向上 被點火塗層加速，並在泵管內啓動輔助放電。這個輔助放 電會觸發放電容器內介電阻障（主要）電極之間的主要放 電。 前面及以下描述的各項特徵都是關於設備方面及一種 將本發明之放電燈點火的方法，至於細節的部分則無需詳 細說明。 原則上本發明也包括一種將介電阻障式放電燈點火的 方法，該介電阻障式放電燈具有兩個電極、一個帶有泵管 的放電容器、至少一個沿著泵管的外表面設置的點火電 極、以及一個設置在泵管內側的點火塗層，其中點火塗層 位於點火電極上方正中央的位置，這種點火方法的步驟是 利用連接電纜將介電阻障式放電燈的電極與一個產生高壓 脈衝的供電設備連接，以及使該供電設備的電極性及對產 生高壓脈衝的控制方式使與位於點火塗層上方正中央位置 的點火電極連接的電極至少在放電燈的點火階段是作爲陰 極使用。 以下配合圖式及一個實施例對本發明的內容做進一步 的說明。 【實施方式】 第la及lb圖分別以示意方式顯示本發明的介電阻障 -8- 200903567 式放電燈的一個部分縱斷面圖及沿直線AA的一個斷面 圖。這是一個細長形的介電阻障式放電燈（1)，尤其是一個 應用在辦公室自動化設備的介電阻障式放電燈。 介電阻障式放電燈（1)主要是由一個具有圓形斷面（第 la圖僅繪出部分斷面）的管狀放電容器（2)、兩個分別被一 個介電阻障（5)，例如玻璃帶覆蓋住的條帶狀內主要電極 (3 ’ 4)、兩個U形外輔助電極（6，7)、以及兩條連接供電設 備（未在第la圖中繪出）的連接電纜（8，9)所構成。 條帶狀內主要電極（3 ’ 4)分別位於管狀放電容器（2)的 上下兩端。這種具有內主要電極之介電阻障式放電燈的基 本原理在美國專利US 6,097,155中已經有詳盡的說明（參見 該專利說明書之第la及lb圖及第2圖）。 管狀放電容器（2)的一個終端經由盤式熔焊被熔斷的 泵管（10)氣密封閉住。管狀放電容器（2)的另外一個終端則 是在頂端處自行封閉住（未在第la圖中繪出）。放電容器（2) 內部裝有充氣壓力約15 kPa的氣氣。條帶狀主要電極（3, 4)經由盤式熔焊被引導向外。放電管具有一個伸出盤式熔 焊的放電管段落（1 1)。 在放電管段落（11)內的U形輔助電極（6, 7)的一個邊分 別與連接電纜（8，9)連接。U形輔助電極（6，7)的另外一個 邊分別與熔斷的泵管（10)的外表面接觸。U形輔助電極（6, 7)分別位於泵管（10)及相鄰之放電管段落（11)的內側之間 的空隙的兩端。爲了達到電絕緣的目的，這個空隙被一種 砂橡膠（1 2)塡滿。如果對於電絕緣的要求不是很嚴格，則 不必在這個空隙中裝塡政橡膠。如第1 b圖所示，在栗;管（1 〇) -9- 200903567 的內側上有一個位於輔助電極（7)之正對面的點火塗層 (13)。點火塗層（13)是由銀焊料構成且具有一半圓形斷面。 從縱斷面看過去，點火塗層（13)的形狀是三角形，其中三 角形的底邊指向泵管（10)的切線方向，三角形的尖頂則是 從放電容器的內部指向泵管的熔斷終端的方向。爲達到本 發明的目的，另外一件很重要的事是，一個位於輔助電極 (7)上方正中央位置的點火塗層（13)是作爲陰極使用，也就 是說，在脈衝點火階段至少有部分時間是與一個負電位連 接。因此如前面所述之三角形點火塗層（1 3)的另外兩個角 都是指向陽極的方向。 第2圖是以示意方式顯示本發明的照明系統。這個照 明系統主是由一個如第la及lb圖之本發明的介電阻障式 方女電燈（1)及一個爲脈衝運轉提供電力的供電設備（14)所構 成。與點火塗層（13)直接相鄰的輔助電極（7)連接的連接電 纜（9)與供電設備（14)的負極（15)連接。另外一個輔助電極（6) 則是經由另外一條連接電纜（8)與供電設備（14)的正極（16) 連接。這樣就可以確保輔助電極（7)至少在介電阻障式放電 燈（1)的點火階段會接收到相對於另外一個輔助電極（6)的 脈衝式負電位。實驗結果顯示，這種極性對於從點火塗層 發出的場致電子發射特別有利。接著因場致電子發射從點 火塗層發出的自由電子會被往另外一個輔助電極（6)的方 向加速，並以這種方式在泵管內啓動一個輔助放電。接著 輔助放電會觸發放電容器（2)內主要電極（3，4)之間的主要 放電。 第3圖是以示意方式顯不如第la圖之介電阻障式放電 -10- 200903567 燈（1)點火及運轉之高壓脈衝的包絡線U 7) ’例如由第2圖 顯示的供電設備（14)在輸出極（15 ’ 16)產生的包絡線（爲了 方便顯示起見，第3圖係繪出正包絡線）°包絡線（17)分爲 4個階段，高壓脈衝在這4個階段中的振幅均不相同。在 階段1(所謂的Boost階段），振幅UB高於正常運轉（階段IV) 的振幅。Boost階段始於時間點t = 0，持續時間TB。接著進 入階段11(所謂的Break階段）’這個階段（持續時間To)的振 幅爲零，也就是說沒有產生任何高壓脈衝。接著進入階段 γ ΐπ(所謂的Ramp階段），這個階段擴幅從零以線性方式增加 到正常運轉階段IV的標準値UN。從以下的時間比較表可 以看出，本發明的組合（點火塗層的設置及最接近的輔助電 極的極性）可以大幅縮短啓動過程的總時間，也就是說可以 大幅縮短階段I至III的時間。 TB Τ〇 TR TGesamt —般情況 50 ms 30 ms 60 ms 140 ms 本發明的情況 10 ms 2 0 ms 60 ms 90 ms 從上表可以看出，本發明能夠將啓動過程的總時間 TGesamt (= TB+ T〇+ TR)從1 4 0 m s縮短到9 0 m s左右，而且不會影響 至!1放電:燈點火的可靠性。實驗證明啓動過程的3個階段的 時間區間最好是：

Bo〇st 階段[ms] : 5 ^ TB^ 15 .

Break 階段[ms] : i〇$ TBS 20

RamP 階段[ms] : 40$ TBS 70 【圖式簡單說明】 第la圖：本發明的介電阻障式放電燈的一個部分縱斷 200903567 • 面圖。 第1 b圖：如第1 a圖之放電燈沿直線 第 2圖： :本發明的一種具有如第 系統 〇 第 3圖： :如第1 a圖之放電燈點火 包絡線 〇 【主要元件符號說明】 1 介電阻障式放電燈 2 放電容器 3 陽極 4 陰極 5 介電阻障 6，Ί 1 點火電極/輔助電極 8，ξ ) 連接電纜 10 泵管 11 放電管段落 12 矽橡膠 13 點火塗層 14 供電設備 15 負極 16 、正極 17 包絡線 AA的一個斷面圖。 圖之放電燈的照明 運轉之高壓脈衝的 -12-

Claims (1)

1. 200903567 十、申請專利範圍： 1. 一種介電阻障式放電燈（1)，具有一個陽極（3)、一個陰極 (4)、一個帶有泵管（1〇)的放電容器（2)、至少一個沿著泵 管（10)之外表面設置的點火電極（6，7)、以及一個設置在 泵管（10)內側的點火塗層（13)，這種介電阻障式放電燈的 特徵爲：點火塗層（13)位於點火電極（7)上方正中央的位 • 置’同時點火電極（7)與陰極（4)連接。 2. 如申請專利範圍第1項的介電阻障式放電燈，其特徵爲 f ： :從泵管（10)的斷面看過去，點火塗層（13)的形狀是半圓 形。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項的介電阻障式放電燈， 其特徵爲：點火塗層（13)具有一個有角的形狀，而且至少 有一個角是指向陰極（3)的方向。 4. 如申請專利範圍第3項的介電阻障式放電燈，其特徵爲 :點火塗層（13)的形狀是二角形。 5. 如申請專利範圍第4項的介電阻障式放電燈，其特徵爲 ϋ :點火塗層（13)的一個角是從放電容器（2)的內部指向泵 管（1 0)的熔斷位置的方向。 6. 如前述申請專利範圍中任一項的介電阻障式放電燈，其 特徵爲：點火塗層（13)是由金屬材料構成。 7. 如申請專利範圍第6項的介電阻障式放電燈，其特徵爲 :構成點火塗層（1 3)的金屬材料是一種銀焊料。 8 ·如前述申請專利範圍中任一項的介電阻障式放電燈，其 特徵爲：在第一點火電極（7)的對面沿著泵管（1〇)的外表 -13- 200903567 - • 面設置一個第二點火電極（6)，而且第二點火 極（3)連接。 9.—種照明系統，具有一個如前述申請專利範 的介電阻障式放電燈（1)及一個產生高壓脈衝 (14)，供電設備（14)經由連接電纜（8，9)與介 電燈（1)的電極（3，4)連接，這種照明系統的 - 電設備（1 4)的電極性及對產生高壓脈衝的控 位於點火塗層（13)上方正中央位置的點火電 f 電極（4)至少在放電燈的點火階段是作爲陰極 1 0 .如申請專利範圍第9項的照明系統，其特徵 層（13)具有一個有角的形狀，而且至少有一個 極（3)的方向。 電極（6)與陰 圍中任一項 的供電設備 電阻障式放 特徵爲：供 制方式使與 極（7)連接的 使用。 爲：點火塗 角是指向陽

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