CN1220770A - 平面光源 - Google Patents

Abstract

一种平面光源具有交替并排排列在放电管(14)壁上的介电阻隔的片状阴极(12;15)和阳极(8;9a),在相邻阴极(12;12、15)之间分别设置一个附加的阳极(9b),亦即在阴极(12;12、15)之间分别设置一对阳极(9)。阴极(15)具有分别面向阳极(8)的凸部(28),这些凸部沿平面光源(13)的边缘(26、27)的方向不断增加布置密度。另一方面或此外,每对阳极(9)的两个阳极片(9a;9b)在平面光源(13)的边缘(26、27)的方向内一侧沿相应的对应阳极片(9a或9b)的方向展宽。通过这些措施使平面光源(13)的单位面积亮度一直到边缘(26、27、29、30)几乎都是恒定的。

Description

平面光源

本发明涉及权利要求1前序部分所述的一种平面光源。此外，本发明涉及权利要求10前序部分所述的一个由该平面光源和一个电源组成的系统。

所谓“平面光源”这里是指具有一个平面的几何形状的光源，这种光源发射光线，亦即发射可见的电磁辐射或紫外线辐射以及真空紫外线辐射。

这类光源根据发出的辐射的光谱适用于普通照明和辅助照明，例如住宅和办公照明或显示器例如液晶显示的背景照明、交通照明、信号照明、紫外线照射例如消毒或光分解。

这里涉及的平面光源借助介电阻隔的放电进行工作。

在这类光源中，一个极性的电极或全部电极即两个极性的电极用一介电层与放电隔开(一侧或两侧的介电阻隔放电，参见例如专利WO94/23442或EP 0 363 832)。这类电极下面也简称“介电电极”。

专利文献DE-OS 195 26 211公开了一种将片状电极设置在放电管外壁上的平面光源。这种光源借助于一个由间隔时间相互隔开的有效功率脉冲序列进行工作。从而在不同极性的相邻电极之间分别在顶视图中、即在垂直于设置电极的平面中产生许多均匀的三角形(Δ)似的单个放电。这些单个放电沿电极排列成行，而且这些电极分别在(瞬态)阳极的方向展宽。在一种两侧介电阻隔的放电的电压脉冲的交换极性的情况中，可看到两个三角形放电结构的重叠。此外，通过输入的电功率可影响这些单个放电结构的数目。

根据等距离设置的电极片，这些单个放电-在足够的电输入功率的前提下-几乎均匀分布在平面放电管内。但这种解决方案的缺点是，单位面积亮度朝边缘方向明显下降。其原因是由于放电管外面的相邻范围在边缘上缺少辐射量所致。

另一个缺点是，单个放电优先在阳极和两个相应的直接相邻的阴极中的一个阴极之间产生。很明显，不是同时在阳极片两端产生相互独立的单个放电，而是不能预先确定两个相邻阴极中的哪一个阴极产生放电。从而在作为整体的平面光源上产生一个不规则的放电结构，因而产生一个时间和空间的不均匀的单位面积亮度。

但对这种光源的多数应用场合来说都要求均匀的单位面积亮度。所以，例如对液晶显示的背景照明要求视觉的均匀度，其调制深度不超过15％。

本发明的目的是，提出一种按权利要求1前序部分所述的具有片状电极的平面光源，该光源的单位面积亮度一直到边缘都几乎是均匀的。

这个目的是通过权利要求1所述的特征来实现的。特别有利的各种结构可从各项从属权利要求中得知。

“片状电极”-也简称“电极片”-的概念，这里和下面是指一种与它的长度比较很细长的和直线的结构，这种结构能够起电极的作用。其中，这种结构的边缘不需相互平行，特别是沿电极片的纵边还包括下部结构。

本发明的基本想法在于，用一种适当的电极结构来消除平面光源从中心到边缘的亮度的典型的下降。为此目的，电极结构做成可使电功率密度朝平面光源的边缘方向不断增加。

在第一种结构中，片状的电极并排排列在放电管的一个共同的壁上(型式Ⅰ)，从而在运行中可得一种基本上呈面积状的放电结构。其优点是，避免了在对应的壁上由电极引起的遮蔽。在阴极片之间分别设置两个相互平行的阳极片的一对阳极代替迄今为止的单个阳极片。从而可避免开始时所述的问题，即在援引的先有技术中，分别只从两个相邻的阴极片中的一个在位于其间的单个阳极片的方向内引燃单个放电。

参照图1示意图来对型式Ⅰ的平面光源用的一种电极结构的本发明第一实施原则进行如下的原则说明。为清晰起见。图中只示出了电极范围的一部分。要达到的目的是，在运行中使单个放电朝平面光源的边缘1～3的方向在空间上比放电管的其余部分更密。为此目的，阴极片4有意做成这样的形状，即它们在空间上具有易于引起单个放电的凸点。这种凸点通过分别面向相邻的阳极5的凸部6来实现。这些凸部引起电场的局部的有限增强，从而只在这些凸部上引燃三角形的单个放电7。这些凸部6沿阴极4、4’的窄边的方向、亦即沿相对于电极片4、5垂直定向的边缘1、3的方向布置较密。这些凸部6的相互距离在边缘1、3上一般只有中部的一半。在平面光源四角的附近，凸部6的距离下降到三分之一左右，在相对于电极片4、5平行定向的边缘2的附近(在图1选出的一段中没有示出平面光源相互对置的第二边)最好分别设置一个单独的阳极片5’。所以，在运行中沿这些单个阳极片5’排成一行的三角形(Δ)单个放电的基本边分别与相应的边缘2相邻。从而使亮度下降一直到这些边缘2的附近都保持相当小。此外，相邻阴极片4’的面向这两个单独阳极片5’的凸部8总的说来比在其余阴极片4时布置得较密，这也附加地有助于实现这个目的。但平均的功率密度小于可达到的最大功率密度。所以用这个解决方案也不能达到对整个平面光源平均求出的最大亮度。

型式Ⅰ的平面光源用的一种电极结构的第二实施原则的目的在于，单个放电离边缘越近，其亮度就越大。这个目的是这样实现的(参见图2所示部分原理图)，每对阳极9的两个阳极片9a、9b沿平面光源的垂直定向的边缘10、11的方向展宽。展宽的典型值在平面光源的边缘区为两倍左右，在角区大约为三倍。

在第一方案中，阳极片相对于其纵轴沿相应阳极的对应片9b或9a的方向不对称地展宽。通过这个措施，虽然阳极片9a、9b展宽，但到相邻阳极12的相应距离d一般保持不变。所以在运行中全部单个放电(图中未示)的点燃条件沿电极片9、12也是相同的。这样就保证了沿整个电极长度的单个放电排列成行(在足够的电输入功率的前提下)。

在第二方案中(未示出)，阳极片沿相应的相邻阴极的方向展宽。但在这种情况中，展宽只是相当小的。这样就防止了只在阳极片的最大宽度的部位，亦即在这种情况中只在最短击穿间隙的部位产生放电。展宽明显小于击穿间隙，一般为击穿间隙的十分之一左右。此外，这两个展宽方案也可组合，亦即既可在相应的对应阳极片的方向内、又可在相邻阴极的方向内展宽。

沿着展宽实现了电流密度的不断增加，因而也实现了单个放电的亮度的不断增加，从而使亮度分布一直到边缘10、11都是均匀的。当然，由于平面光源的边缘区的亮度增加而使该光源的中部区域不再可能实现最大的亮度。但与第一解决方案比较则具有这样的优点，即-在足够的电输入功率的前提下-在放电管内到处都可达到单个放电的最大的空间密度，亦即在这种情况中，单个放电基本上是邻接的。

此外，有意构成的电极形状的这两个实施原则也可相互组合(见图3a)。

在阳极展宽的情况中，阴极不需要图2示例那样设置凸部，宁可在展宽阳极片的情况中将阴极也做成简单的平行的片。

为了把单位面积亮度的边缘下降减小到最低限度，需要根据具体的个别情况对凸部的排列密度和/或阳极展宽进行最佳化试验。

在另一种结构中，阳极片和阴极片设置在放电管的相互对应的壁上(型式Ⅱ)。这样，在运行时放电就可从一个壁的电极通过放电空间引燃到另一个壁的电极。其中每个阴极片这样配置两个阳极片，即在横截面中相对于电极看去，阴极片和相应阳极片的推想的连接线成一个“V”字形，从而实现了击穿间隙大于两个壁之间的距离。业已证明，用这种布置达到的紫外线发射率比阳极和阴极只交替并排排列在一个共同的壁上时的紫外线发射率高。根据现有的认识水平，这个有利的效应是由于减小了壁损耗所致。最好将双阳极片设置在起光耦合作用的平面光源的基本顶板上，而将阴极片设置在平面光源的底板上。这种布置的优点是，从顶板发出的有效光线很少被遮蔽，因为阳极片做成比阴极片窄。为了尽可能减少亮度的边缘下降，象在型式Ⅰ的平面光源时那样，阴极片具有朝其窄边不断增加排列密度的凸部。此外或另一方面，已在型式Ⅰ的平面光源时所述的阳极片朝平面灯的边缘的不断展宽对此也是有利的。

下面结合一个实施例来详细说明本发明。

其中：

图1表示用来说明本发明电极的第一造型的原理示意图；

图2表示用来说明本发明电极的第二造型的原理示意图；

图3a表示本发明平面光源的部分露出顶视图的示意图；

图3b表示图3a平面光源的示意侧视图。

图3a、3b分别表示一种在工作中发出白色光的平面荧光灯即一种平面光源的原理顶视图和侧视图。这种平面光源适用于普通照明或显示用例如液晶显示用的背景照明。下面用相同的参考号表示图1和图2中的相同的特点。

该平面光源13由一个带矩形基面的平面放电管14、四个片状的金属阴极12、15(-)以及介电阻隔的阳极(+)组成。其中，三个做成纵长的双阳极9和两个做成单个的片状阳极8。放电管14由一块底板18、一块顶板19和一个框架20组成。底板18和顶板19分别用玻璃焊料21与框架20这样气密连接，使放电管14的内部22构成长方形。底板18比顶板19大，所以放电管14具有一个环绕的伸出边缘。顶板19的内壁用一种荧光混合物涂敷(图中看不出)，这种混合物将放电产生的紫外线辐射真空紫外线辐射转换成可见的白色光。在一种方案中(图中未示)，除了在顶板的内壁外还在底板的内壁以及框架的内壁上涂敷一种荧光混合物。此外，在底板上涂一层由Al₂O₃或TiO₂制成的反光层。

顶板19露出来只是为了图示目的，以便于看到阳极8、9和阴极12、15的一部分。阳极8、9和阴极12、15交替和平行设置在底板18的内壁上。阳极8、9和阴极12、15分别在其一端上延长并在底板18上从放电管14的内部22两侧向外这样引出，即相应的阳极或阴极引线设置在底板18相互对应的一侧上。电极片8、9、12、15在底板18的边缘上分别过渡成一根阴极侧23和阳极侧24的母线状的印制导线。这两条印制导线23、24作为与一个电压源(未示出)连接用的接点。阳极8、9在放电管14的内部22中完全用一玻璃层25覆盖(参见图1和图2)，其厚度约为250微米。

如已在图2中详细示出的那样，双阳极9分别由两个相互平行的片组成。每对阳极9的这两个阳极片9a、9b沿平面光源13垂直定向的边缘26、27的方向内一侧沿相应的对应阳极片9b或9a的方向展宽。阳极片9a、9b在最窄的部位约为0.5毫米宽，在最宽的部位约为1毫米宽。每对阳极9的两片的相互最大距离g_max(见图2)约为4毫米，最小距离g_min约为3毫米。两个单独的阳极片8分别设置在与电极片8、9、12、15平行的平面光源13的两上边缘29、30的附近。

阴极片12；15分别具有面向相邻阳极8；9的凸部28。这些凸部引起电场的局部有限增强，从而只在这些部位引燃三角形的单个放电(在图3a、3b中未示出，但可参见图1)。与电极片8、9、12、15平行的平面光源13的边缘29、30直接相邻的两个阴极15的凸部28沿相应的、面向边缘29、30的纵边朝阴极15的窄边方向内布置的密度不断增加。凸起28和相应的直接相邻的阳极片之间的距离d(见图2)约为6毫米。

电极8、9、12、15包括引线和电源引线23、24作为分别相互连接的阴极侧或阳极侧的印制导线似的结构组成。这两种结构借助于丝网印刷技术直接设置在底板18上。

平面光源13的内部22充有充气压力为10千帕的氙。

一种方案(未示出)与图3a、3b所示的平面光源的区别只在于，不但阳极，而且阴极也用一介电层与放电管的内部隔开(两侧的介电阻隔的放电)。

在整个系统中，平面光源13的阳极8、9和阴极12、15通过接点24或23分别连接在一个脉冲电压源的一个极上(在图3a、3b中未示出)。该脉冲电压源在运行中提供用间隔相互隔开的单极电压脉冲。从而形成许多单个放电(图3a、3b中未示出)，这些单个放电在相应阴极12；15的凸部28和相应的直接相邻的阳极片8；9之间引燃。

本发明不限于给出的实施例。此外，不同实施例的特征也可进行组合。

Claims (10)

1．具有一个用不导电的材料制成的、至少部分透明的和充气密封的放电管(14)或充气流通的敞开的放电管的平面光源(13)，在该放电管(14)的壁上设置有片状电极(8；9；12；15)，其中至少阳极(8、9)分别通过一种介电材料(25)与放电管(14)的内部隔开，其特征在于，为了达到影响放电的电功率密度分布的目的，电极(8；9；12；15)有意做成这样的形状，使平面光源(13)在运行时的单位面积亮度一直到它的边缘(26、27、29、30)几乎保持恒定。

2．按权利要求1的平面光源，其特征在于，电极的造型是这样的，阴极(15)具有面向相应相邻阳极(8)的凸部(28)，这些凸部(28)沿该阴极(15)的相应两个窄边的方向内在空间上不断增加排列的密度。

3．按权利要求1的平面光源，其特征在于，电极的造型具有阳极片(9a；9b)沿其相应的两个窄边的方向展宽。

4．按权利要求1的平面光源，其特征在于，具有权利要求2和3的特征。

5．按权利要求1的平面荧光灯，其特征在于，片状电极(8；9；12；15)并排设置在放电管(14)的一个共同的内壁上，其中在相邻阴极片(12、12或12、15)之间分别设置两个阳极片(9a、9b)，亦即一对阳极(9)。

6．按权利要求5的平面光源，其特征在于，电极的造型是这样的，每对阳极(9)的两个阳极片(9a；9b)沿其相应两个窄边的方向并相对于其纵轴不对称地沿相应的对应阳极片(9b或9a)的方向展宽，所以到相邻阴极(12、15)的相应距离通常是恒定的，从而在运行中单个放电的亮度朝边缘(26、27)方向增加。

7．按权利要求1的平面光源，其特征在于，电极片(9；12；15；16)设置在放电管(14)的内壁上，其中至少阳极片(9；16)用一电介层(25)完全覆盖。

8．按前述权利要求一项或多项的平面光源，其特征在于，电极(8、9、12、15)包括引线和电源引线(23、24)作为分别具有不同功能区段的一种相互连接的阴极侧或阳极侧成印制导线似的结构构成。

9．按权利要求1的平面光源，其特征在于，至少放电管内壁的一部分具有一层荧光物质或荧光混合物。

10．具有一个平面光源和一个适合在运行中提供通过间隔相互隔开的电压脉冲的脉冲电压源的系统，其特征在于，该平面光源具有权利要求1至9一项或多项所述的特征。

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