DE10048986A1 - Dielektrische Barrieren-Entladungslampe - Google Patents
Dielektrische Barrieren-EntladungslampeInfo
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Abstract
Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit Sockel (2), einem länglichen Entladungsgefäß (1) und streifenförmigen Außenelektroden (5a-5f) weist für jede Außenelektrode eine korrespondierende Kontaktfeder (7a-7f) auf. Diese Kontaktfedern sind im Innern des Sockels angeordnet. Der Sockel umfasst außerdem eine Sockelhülse (6), die ein Ende des Entladungsgefäßes (1) derart umschließt, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelektrode (5a-5f) mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfeder (7a-7f) in elektrisch leitfähigem Kontakt steht. Bevorzugt ist die transversale Ausdehnung der einzelnen Kontaktfedern zumindest im Bereich der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden streifenförmigen Außenelektrode. Diese Konstruktion vereint einfache Montage des Sockels mit zuverlässiger Kontaktierung und hoher Lampeneffizienz.
Description
Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barrieren-Entladungslampe.
Der Begriff "dielektrische Barrieren-Entladungslampe" umfasst dabei Quel
len elektromagnetischer Strahlung auf der Basis von dielektrisch behinderten
Gasentladungen. Das Spektrum der Strahlung kann dabei sowohl den sicht
baren Bereich als auch den UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-
Bereich sowie den IR(Infrarot)-Bereich umfassen. Ferner kann auch eine
Leuchtstoffschicht zur Konvertierung unsichtbarer in sichtbare Strahlung
(Licht) vorgesehen sein.
Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe setzt notwendigerweise min
destens eine sogenannte dielektrisch behinderte Elektrode voraus. Eine die
lektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefä
ßes mittels eines Dielektrikums getrennt. Dieses Dielektrikum kann beispiels
weise als eine die Elektrode bedeckende dielektrische Schicht ausgeführt sein,
oder sie ist durch das Entladungsgefäß der Lampe selbst gebildet, nämlich
wenn die Elektrode auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist.
Letztere wird im Folgenden verkürzend als "Außenelektrode" bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrische Barrieren-
Entladungslampe mit einem länglichen oder rohrförmigen, beidseitig ver
schlossenen Entladungsgefäß, welches eine ionisierbare Füllung umschließt.
Die ionisierbare Füllung besteht üblicherweise aus einem Edelgas, beispiels
weise Xenon oder einer Gasmischung. Während der Gasentladung, die be
vorzugt mittels eines in der EP-B-733266 beschriebenen gepulsten Betriebs
verfahrens betrieben wird, werden sogenannte Excimere gebildet. Excimere
sind angeregte Moleküle, z. B. Xe2*, die bei der Rückkehr in den in der Regel
ungebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittieren. Im
Falle von Xe2* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca.
172 nm.
Außerdem weist die Lampe mindestens eine Außenelektrode der vorgenann
ten Art auf, wobei die bzw. jede Außenelektrode im wesentlichen streifenför
mig ist.
Aus der Schrift WO-A-98/11596, insbesondere Fig. 5a bis 5c, ist bereits
eine derartige Lampe mit Edison-Schraubsockel für die Allgemeinbeleuch
tung bekannt. Diese Lampe weist eine wendelförmige Elektrode innerhalb
des Entladungsgefäßes auf. Außerdem sind vier streifenförmige Elektroden
auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet. Allerdings sind kei
ne Details darüber offenbart, wie die streifenförmigen Außenelektroden mit
einem der beiden Sockelkontakte verbunden sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dielektrische Barrieren-
Entladungslampe mit mindestens einer streifenförmigen Außenelektrode
und einem Sockel bereitzustellen derart, dass eine einfache und zuverlässige
Kontaktierung der bzw. jeder Außenelektrode mit einem Sockelkontakt ge
währleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Entladungslampe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in
den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist für jede streifenförmige Außenelektrode der dielektri
schen Barrieren-Entladungslampe eine korrespondierende Kontaktfeder
vorgesehen. Diese Kontaktfedern sind im Innern des Sockels angeordnet. Der
Sockel umfasst außer dem eine Sockelhülse, die ein Ende des Entladungsge
fäßes derart umschließt, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelektrode
mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfeder in elektrisch leitfähi
gem Kontakt steht.
Der Vorteil dieser Konstruktion besteht unter anderem in der einfachen
Lampenfertigung, da die Sockelhülse einfach auf das Entladungsgefäßende
aufgesteckt wird, wobei jede Kontaktfeder mit einer korrespondierenden
Außenelektrode in einen elektrisch leitfähigen Kontakt tritt. Außerdem sind
die Kontaktstellen durch die Sockelhülse gegen mechanische Einflüsse ge
schützt.
Der Begriff "streifenförmige Außenelektrode" ist hier dahingehend verall
gemeinert zu verstehen, dass eine streifenförmige Außenelektrode nicht
notwendigerweise gerade sein muss, sondern beispielsweise auch gekrümmt
sein oder eine Unterstruktur aufweisen kann. Außerdem kann die streifen
förmige Außenelektrode auch zu einer "Linienelektrode" in dem Sinne ent
artet sein, dass die Breite der Elektrode sehr gering im Vergleich zur Länge
ist. Wesentlich im Sinne der erfindungsgemäßen Kontaktierung ist lediglich,
dass zumindest die mit den Kontaktfedern in Kontakt stehenden Bereiche
der Außenelektroden jeweils als zumindest streifenähnliche Kontaktflächen
ausgebildet sind.
Bei Bedarf kann das Entladungsgefäßende ergänzend mittels eines zusätzli
chen Befestigungsmittels, z. B. Kitt oder Kleber, mit der Sockelhülse verbun
den sein, um die mechanische Stabilität zu erhöhen.
Auf den ersten Blick scheint es durchaus zweckmäßig, - wie in Fig. 5a der
eingangs zitierten WO-A-98/11596 offenbart - zunächst die Enden aller Au
ßenelektroden einer Polarität miteinander elektrisch leitend zu verbinden,
z. B. mittels eines Ringes bzw. streifenförmigen Bandes (dort mit der Figu
renbezeichnung 52e bezeichnet), der bzw. das an einem Ende der streifen
förmigen Außenelektroden den gesamten Umfang des Entladungsgefäßes
umschließt. Dieser gemeinsame Leiter ist im Stand der Technik mit dem zu
gehörigen Sockelkontakt verbunden. Allerdings hat es sich herausgestellt,
dass bei dieser Lösung die dielektrisch behinderte Entladung innerhalb des
Entladungsgefäßes beeinträchtigt und folglich die Effizienz der Lampe ver
mindert wird.
Dieser negative Effekt wird durch die vorgenannte erfindungsgemäße Maß
nahme weitgehend vermieden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die
transversale Ausdehnung der einzelnen Kontaktfedern zumindest im Be
reich der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden
streifenförmigen Außenelektrode ist.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Kontaktfedern als schmale Blatt
federn ausgebildet. Die vorgenannte transversale Ausdehnung entspricht
hier der jeweiligen Breite der Blattfedern. Um das Aufstecken des Sockels zu
erleichtern und eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten ist es vorteilhaft,
die bzw. jede Blattfeder zu einer Art federnden Schlaufe zu biegen.
Die Kontaktfedern bestehen üblicherweise aus CuBe2. Bei der Verwendung
der Entladungslampe als UV-Strahler werden wegen der Beständigkeit gegenüber
UV-Strahlung bevorzugt Kontaktfedern aus Edelstahl verwendet.
Besonders geeignet ist auch Platin, das allerdings relativ teuer ist.
In einer bevorzugten Ausführung besteht die Sockelhülse aus einem elekt
risch leitfähigen Material, beispielsweise Metall. Dabei sind die Kontaktfe
dern mit der Sockelhülse elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise hat
die Sockelhülse zusätzlich zu einer Montagefunktion noch die Funktion eines
Sockelkontakts mit einer ersten Polarität. Mit anderen Worten können sämt
liche Außenelektroden einer ersten Polarität vermittels der Kontaktfedern
über die elektrisch leitfähige Sockelhülse mit einem ersten Pol eines elektri
schen Versorgungsgeräts verbunden werden.
Die Elektroden der zweiten Polarität können prinzipiell ebenfalls als Außen
elektroden oder aber auch als Innenelektrode ausgebildet sein, d. h. innerhalb
des Entladungsgefäßes angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist beispielsweise eine wendelförmige
Innenelektrode auf, die innerhalb des Entladungsgefäßes axial orientiert an
geordnet ist, wie in der bereits zitierten WO-A-98/11596 offenbart. Über eine
an sich bekannte gasdichte Stromdurchführung ist die Innenelektrode mit
einem Sockelkontakt mit einer zweiten Polarität verbunden. Dieser Sockel
kontakt kann im einfachsten Fall als Stift ausgebildet sein. Für eine elektrisch
und mechanisch zuverlässigen Verbindung mit dem Gegenstück eines elekt
rischen Versorgungsgeräts kann die Sockelhülse entsprechend weitergebil
det sein, beispielsweise als Flansch-, Schraub- oder Bajonetsockel. Im konkre
ten Einzelfall entscheiden hier die Gegebenheiten in der Vorrichtung bzw.
Fassung, in die die Entladungslampe eingebaut werden soll.
Schließlich kann die Entladungslampe auch beidseitig gesockelt sein, d. h.
dass das Entladungsgefäß an seinen beiden gegenüberliegenden Enden mit
je einem Sockel versehen ist. Dabei können beide Sockel durchkontaktiert,
sein, d. h. für eine elektrische Anschlussfunktion ausgerüstet sein. In diesem
Fall kann die Kontaktierung der Außenelektroden auch auf beide Sockel auf
geteilt sein, beispielsweise indem eine erste Hälfte der Außenelektroden mit
tels des einen Sockels und die zweite Hälfte mittels des anderen Sockels e
lektrisch kontaktiert wird. Außerdem kann es insbesondere bei sehr langen
Lampen vorteilhaft sein die Elektroden zu halbieren und jede Elektroden
hälfte von dem korrespondierenden Sockel aus elektrisch zu versorgen, um
die Gleichmäßigkeit entlang der Entladungslampe zu verbessern. Anderer
seits kann es auch vorteilhaft sein, nur einen Sockel als Verbindungsschnitt
stelle für ein elektrisches Versorgungsgerät zu benutzen und dem anderen
Sockel lediglich eine Befestigungsfunktion für ein Montageelement zu zu
ordnen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1a eine erfindungsgemäße dielektrische Barrieren-Entladungslampe
mit Sockel, teilweise im Schnitt,
Fig. 1b eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA der Lampe aus Fig. 1a.
Die Fig. 1a und 1b zeigen in schematischer Darstellung eine erfindungs
gemäße dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit einem teilweise ge
schnittenen Sockel bzw. eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA. Dabei
sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Lampe
dient als UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-Strahler zur Ozoner
zeugung sowie der Bestrahlung, beispielsweise in der Photolithografie, dem
UV-Curing von Wafern, der Photolyse o. ä..
Die Lampe besteht aus einem rohrförmigen Entladungsgefäß 1 mit Elektro
den und einem Sockel 2 mit Sockelkontakten.
Innerhalb des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas befindet sich Xenon als
Füllgas mit einem Fülldruck von 15 kPa. Außerdem ist innerhalb des Entla
dungsgefäßes 1 eine wendelförmige Elektrode 3 (nur in Fig. 1b erkennbar)
aus Metalldraht axial angeordnet. Die Innenelektrode 3 ist mittels einer an
sich bekannten gasdichten Stromdurchführung (nicht dargestellt) mit einem
im Sockel 2 integrierten Kontaktstift 4 elektrisch leitend verbunden. Auf die
se Weise fungiert der Kontaktstift 4 als Sockelkontakt für die Innenelektro
de 3.
Auf der Außenwand des rohrförmigen Entladungsgefäßes 1 mit kreisförmi
gem Querschnitt sind sechs streifenförmige Außenelektroden 5a bis 5f aus
Platin parallel zur Längsachse R des Entladungsgefäßes 1 und gleichmäßig
über dessen Umfang verteilt angeordnet.
Während des gepulsten Betriebs bilden sich innerhalb des Entladungsgefä
ßes 1 zahlreiche Teilentladungen. Für weitere Details hierzu sowie für kon
struktive Details betreffend die Elektrodenkonfiguration wird auf die
Fig. 5a bis 5c sowie die zugehörige Figurenbeschreibung der bereits zitierten
WO-A-98/11596 verwiesen, deren Offenbarung durch diese Bezugnahme
hiermit eingeschlossen wird.
Der Sockel 2 weist eine Sockelhülse 6 aus Aluminium auf, die soweit über
das die Stromdurchführung der Innenelektrode 3 aufweisende erste Ende
des Entladungsgefäßes 1 geschoben ist, dass ca. 5 mm des zugehörigen En
des der Außenelektroden 5a-5f abgedeckt sind. In der lupenartigen Vergrö
ßerungsdarstellung ist zu erkennen, dass an der Innenwand der Sockelhül
se 6 sechs Kontaktfedern 7a, 7d (die Kontaktfedern 7b, 7c, 7e und 7f sind
nicht erkennbar) befestigt sind. Die Verbindung zwischen den Kontaktfedern
7a, 7d und der Sockelhülse 6 ist elektrisch leitfähig ausgeführt. Außer
dem sind die Kontaktfedern 7a, 7d so angeordnet, dass sie mit den korres
pondierenden Außenelektroden 5a bis 5f in federndem Kontakt stehen. Um
einerseits das Aufstecken des Sockels 2 bzw. der Sockelhülse 6 auf das Ende
des Entladungsgefäßes 1 zu erleichtern und andererseits eine sichere Kon
taktgabe zu gewährleisten, sind sämtliche Kontaktfedern 7a (bei den Kon
taktfedern 7b bis 7f in der Fig. 1a nicht erkennbar) als Blattfedern ausgeführt,
die entgegen der Aufsteckrichtung des Sockels zu einer Art federnden
Schlaufe gebogen sind. Auf diese Weise fungiert die Sockelhülse 6 als So
ckelkontakt für die Außenelektrode 3. Aus Gründen des Berührungsschutzes
ist die Sockelhülse 6 für die elektrische Verbindung mit Massepotential vor
gesehen. Der im montierten Zustand nicht zugängliche Sockelstift 4 ist hin
gegen für die Verbindung mit Hochspannungspotential vorgesehen. Wegen
der unterschiedlichen elektrischen Potentiale ist der Sockelstift 4 selbstver
ständlich gegenüber der Sockelhülse 6 in an sich bekannter Weise ausrei
chend elektrisch isoliert, beispielsweise indem der Sockelstift 4 in einem So
ckelstein aus Isoliermaterial eingebettet ist (nicht dargestellt).
Die Breite der streifenförmigen Außenelektroden 5a bis 5f beträgt jeweils ca.
1 mm, die der Kontaktfedern 7a beträgt jeweils 1 mm. Auf diese Weise ist ein
effizienter Betrieb der Entladungslampe sichergestellt.
Die Sockelhülse 6 ist an ihrem dem Entladungsgefäß 1 abgewandten Ende als
Flansch 8 weitergebildet. Der Flansch 8 ermöglicht eine sichere Montage auf
einem Träger (nicht dargestellt), der sowohl die elektrische Verbindung zwi
schen Sockel 8 und den Zuleitungen einer elektrischen Versorgungsquelle als
auch die mechanische Halterung der Lampe übernimmt. Flanschverbindun
gen sind in vielen Bereichen der Vakuumtechnik üblich. Deshalb ist dieses
Ausführungsbeispiel insbesondere für den Einbau in evakuierbare UV-
Bestrahlungsreaktoren geeignet.
Claims (10)
1. Dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit
einem länglichen, beidseitig verschlossenen Entladungsgefäß (1), welches eine ionisierbare Füllung umschließt,
einer oder mehreren streifenförmigen Außenelektroden (5a-5f), die auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist bzw. sind,
einem Sockel (2) mit einer Sockelhülse (6),
einer oder mehrerer Kontaktfedern (7a-7f), die im Innern des So ckels (2) angeordnet ist bzw. sind, wobei die Anzahl der Kontaktfe dern (7a-7f) gleich der Anzahl der streifenförmigen Außenelektro den (7a-7f) ist,
und wobei die Sockelhülse (6) ein Ende des Entladungsgefäßes (1) umschließt derart, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelekt rode (5a-5f) mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfe der (7a-7f) in elektrisch leitendem Kontakt steht.
einem länglichen, beidseitig verschlossenen Entladungsgefäß (1), welches eine ionisierbare Füllung umschließt,
einer oder mehreren streifenförmigen Außenelektroden (5a-5f), die auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist bzw. sind,
einem Sockel (2) mit einer Sockelhülse (6),
einer oder mehrerer Kontaktfedern (7a-7f), die im Innern des So ckels (2) angeordnet ist bzw. sind, wobei die Anzahl der Kontaktfe dern (7a-7f) gleich der Anzahl der streifenförmigen Außenelektro den (7a-7f) ist,
und wobei die Sockelhülse (6) ein Ende des Entladungsgefäßes (1) umschließt derart, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelekt rode (5a-5f) mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfe der (7a-7f) in elektrisch leitendem Kontakt steht.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei die bzw. jede Kontaktfe
der (7a-7f) als Blattfeder ausgebildet ist.
3. Entladungslampe nach Anspruch 2, wobei die bzw. jede Blattfeder zu
einer federnden Schlaufe (7a) gebogen ist, um das Aufstecken des So
ckels (2) zu erleichtern und eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten.
4. Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die transversale
Ausdehnung der bzw. jeder Kontaktfeder (7a-7f) zumindest im Bereich
der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden
streifenförmigen Außenelektrode (5a-5f) ist.
5. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Sockelhülse (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und
die Kontaktfedern (7a-7f) mit der Sockelhülse (6) elektrisch leitend ver
bunden sind, wodurch die Sockelhülse (6) als ein Sockelkontakt mit ei
ner ersten Polarität wirkt.
6. Entladungslampe nach Anspruch 5, wobei die Sockelhülse (6) als
Flansch (8) weitergebildet ist.
7. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in
nerhalb des Entladungsgefäßes (1) mindestens eine Innenelektrode (3)
angeordnet ist.
8. Entladungslampe nach Anspruch 7, wobei die Innenelektrode (3) wen
delförmig ist und axial orientiert ist.
9. Entladungslampe nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Innenelektrode (3)
mit einem Sockelkontakt (4) mit einer zweiten Polarität verbunden ist.
10. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
Entladungsgefäß beidseitig gesockelt ist.
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