DE102004056304A1

DE102004056304A1 - Beleuchtungsanordung mit einer Leuchtstofflampe, insbesondere einer Kaltkathodenlampe

Info

Publication number: DE102004056304A1
Application number: DE102004056304A
Authority: DE
Inventors: Jürgen ADAM; Robert Dr. Weger
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: JP2006147582A; CN1804687A; US20060108953A1; US7323830B2; DE102004056304B4; TW200644033A

Abstract

Beleuchtungsanordnung mit wenigstens einer Leuchtstofflampe, umfassend eine Röhre, die wenigstens einen licht-emittierenden Bereich aufweist, einen Hochspannungsanschluss an einem ersten Ende der Röhre und einen Niederspannungsanschluss an einem zweiten Ende der Röhre, wobei benachbart dem licht-emittierenden Bereich der Röhre eine elektrisch leitende Fläche angeordnet ist, die sich wenigstens teilweise über die Länge der Röhre erstreckt, wobei auf die elektrisch leitende Fläche eine Spannung aufgebracht ist, die wenigstens ungefähr dem Spannungsverlauf über der Röhre entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung mit wenigstens einer Leuchtstofflampe, und insbesondere mit einer Kaltkathodenlampe umfassend eine Röhre, die wenigstens einen lichtemittierenden Bereich aufweist, einen Hochspannungsanschluss an einem ersten Ende der Röhre und einen Niederspannungsanschluss an einem zweiten Ende der Röhre.
Kaltkathodenlampen werden als Hintergrundbeleuchtung (Backlight) in Flüssigkristallanzeigen (LC-Anzeigen) verwendet, beispielsweise für Computer-Bildschirme. Ähnliche Hintergrundbeleuchtungen findet man auch in anderen Arten von Anzeigen in einem weiten Anwendungsbereich, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, beleuchteten Werbetafeln und dergleichen.
Für die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Bildschirmen werden allgemein Kaltkathodenlampen eingesetzt. Sie haben den Vorteil, geringe Wärmemengen zu erzeugen, haben eine relativ lange Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad. Ferner sind die Elektrodenstrukturen einfach, so dass sehr kleine Kaltkathodenlampen hergestellt werden können, die auch in kleinen Flüssigkristallanzeigen einsetzbar sind.
Eine Kaltkathodenlampe umfasst eine Röhre mit einem Hochspannungsanschluss an einem ersten Ende der Röhre und einem Niederspannungsanschluss an dem zweiten Ende der Röhre. Der Hochspannungsanschluss wird mit einer hochfrequenten Wechselspannung versorgt, wobei eine übliche Versorgungsspannung eine Frequenz von etwa 50 bis 100 kHz und eine Spannungsamplitude von etwa 500 bis 1000 V haben kann. Der Niederspannungsanschluss ist in der Regel mit Masse verbunden. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Anschlüsse der Kaltkathodenlampe mit einer positiven und einer negativen Wechselspannung zu verbinden, wobei sich dann etwa in der Mitte der Röhre eine virtuelle Masse ergibt. Dies ist insbesondere bei besonders langen Röhren zweckmäßig.
Ein Leistungsmerkmal von LC-Anzeigen ist eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der gesamten Anzeigenfläche. Je nach Größe des Bildschirms werden für die Hintergrundbeleuchtung zwei bis 16 oder auch mehr Kaltkathodenlampen eingesetzt. Die Lampen werden parallel zueinander, vertikal übereinander angeordnet, und ihr Licht wird über einen Reflektor sowie über eine Diffusorplatte auf eine Flüssigkristallplatte verteilt. Für eine möglichst gleichmäßige Helligkeitsverteilung müssen sowohl die einzelnen Lampen gleich hell brennen als auch jede einzelne Lampe selbst über ihre Länge gleichmäßig helles Licht abgeben. Eine ungleiche Helligkeitsverteilung über einzelne Lampen ist durch Fertigungstoleranzen bedingt und kann durch Selektion während des Fertigungsprozesses kontrolliert werden. Die Ursachen für eine ungleichmäßige Helligkeit über der Länge einer einzelnen Lampe sind nachstehend erläutert.
Kaltkathodenlampen in Flüssigkristallanzeigen werden mit einer hochfrequenten Wechselspannung über einen Wechselrichter, einen so genannten Backlight-Inverter, versorgt. Ein Reflektor richtet das von den Lampen emittierte Licht auf eine Diffusorplatte, welche es auf eine Flüssigkristallplatte lenkt und verteilt. Die Flüssigkristallplatte ist in der Regel zwischen zwei Polarisationsplatten eingefügt. Die gesamte Anordnung ist in einem Rahmen gehalten. Auf Grund der mechanischen Anordnung des Wechselrichters und der Lampen in der Flüssigkristallanzeige ergeben sich parasitäre Kapazitäten zwischen der Leuchtstoffröhre und Masse, die dazu führen, dass der effektive Lampenstrom vom Hochspannungsanschluss zum Niederspannungsanschluss hin abnimmt. Dadurch kann sich eine abnehmende Helligkeit vom Hochspannungsanschluss zum Niederspannungsanschluss ergeben. Dieses Problem verstärkt sich in dem Fall, dass die Helligkeit der Leuchtstofflampe durch analoges Dimmen zurückgenommen wird. Der Lampenstrom kann dann im Bereich des Niederspannungsanschlusses so stark abnehmen, dass die Lampe in diesem Bereich gar kein Licht mehr abgibt. Durch die parasitären Kapazitäten wird somit in der Praxis auch der nutzbare analoge Dimmbereich begrenzt.

Das U.S. Patent 6,670,781 betrifft die Ansteuerung von Kaltkathodenlampen für LC-Anzeigen und befasst sich mit dem Problem, dass diese Lampen, insbesondere bei analogem Dimmen, eine ungleiche Helligkeit abgeben und flackern. Zur Lösung dieses Problems schlägt das U.S. Patent 6,670,781 ein neues Ansteuerverfahren für Leuchtstofflampen vor, welches eine vorgegebene Anzahl von Stromimpulsen verwendet. Das U.S. Patent 6,670,781 befasst sich jedoch nicht mit dem Problem der abnehmenden Helligkeit über der Länge einer Leuchtstofflampe auf Grund parasitärer Kapazitäten.

Weitere Leuchtstofflampen und insbesondere Kaltkathodenlampen für Flüssigkristallanzeigen sowie zugehörige Ansteuervorrichtungen sind zum Beispiel beschrieben in den U.S. Patenten 6,538,373 und 6,108,215, um nur einige wenige Beispiele zu nennen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsanordnung anzugeben, die eine Leuchtstofflampe und insbesondere eine Kaltkathodenlampe aufweist, die sowohl im Normalbetrieb als auch über einen weiten Dimmbereich eine gleichmäßigere Helligkeit über ihre gesamte Länge erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung umfasst wenigstens eine Leuchtstofflampe und insbesondere eine Kaltkathodenlampe umfassend eine Röhre, die wenigstens einen lichtemittierenden Bereich aufweist, einen Hochspannungsanschluss an einem ersten Ende der Röhre und einen Niederspannungsanschluss an einem zweiten Ende der Röhre. Solche Röhren sind in der Regel geradlinig, können jedoch auch U-förmig gebogen sein oder, anwendungsabhängig, andere Formen haben. Im Stand der Technik bilden sich entlang der gesamten Länge der Röhre parasitäre Kapazitäten zwischen der Röhre und Masse, so dass der Lampenstrom vom Hochspannungsanschluss zum Niederspannungsanschluss abnimmt. Um dies zu verhindern, sieht die Erfindung benachbart dem lichtemittierenden Bereich der Röhre eine elektrisch leitende Fläche vor, die sich im wesentlichen über die Länge der Röhre erstreckt, wobei auf die elektrisch leitende Fläche eine Spannung aufgebracht wird, die dem Spannungsverlauf über der Röhre ungefähr entspricht. Mit anderen Worten wird der im wesentlichen lineare Spannungsverlauf über der Röhre, auf der elektrisch leitenden Fläche nachgebildet, so dass zwischen dieser und der Röhre über der gesamten Länge der Röhre im wesentlichen keine Potenzialdifferenz besteht. Dadurch können sich zwischen der Röhre und der elektrisch leitenden Fläche keine parasitären Kapazitäten bilden, die einen Einfluss auf den Lampenstrom hätten.

Die Erfindung beruht auf einer aus der Messtechnik grundsätzlich bekannten Methode, die Guarding genannt wird. Das Prinzip des Guarding beruht darauf, dass parasitäre Ströme zwischen zwei leitenden Oberflächen nur dann fließen können, wenn diese unterschiedliches Potenzial führen. In der Messtechnik werden daher Guards eingesetzt, die auf demselben Potenzial wie ein zu messendes Element liegen. Dabei liegt im Stand der Technik jeder Guard jedoch auf einem konstanten Potenzial, wie beispielsweise in dem U.S. Patent 6,147,851 beschrieben.

In diesem Zusammenhang sollte das Guarding nicht mit dem Abschirmen einer elektrischen Vorrichtung verwechselt werden. Ein Schirm dient dazu, magnetische oder elektrische Felder abzuschirmen, und liegt zu diesem Zweck auf einem konstanten Bezugspotential. Ein Guard hat dagegen die Aufgabe, parasitäre Kapazitäten unwirksam zu machen, und liegt zu diesem Zweck auf demselben Spannungspotential wie die zu guardende elektrische Vorrichtung.

Die Erfinder haben nun erkannt, dass die aus der Messtechnik grundsätzlich bekannte Technik des Guarding in Anzeigen und insbesondere Flüssigkristallanzeigen in abgewandelter Form erfolgreich dazu eingesetzt werden kann, einen konstanten Lampenstrom in einer Leuchtstofflampe aufrechtzuerhalten. Dazu ist es notwendig, dass die elektrisch leitende Fläche, d.h. der Guard, wenigstens ungefähr denselben Spannungsverlauf aufweist wie die Röhre. Es genügt somit nicht, einen Guard mit konstantem Spannungspotential vorzusehen, wie er aus der Messtechnik bekannt ist.

Die elektrisch leitende Fläche ist vorzugsweise mit Abstand zu der Röhre angeordnet, wobei jedoch auch denkbar ist, dass sie als eine Beschichtung auf die Röhre aufgebracht wird.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die elektrisch leitende Fläche durch eine flächige Elektrode mit mehreren, getrennten Elektrodenabschnitten gebildet, wobei sich die elektrisch leitende Fläche im wesentlichen über die gesamte Länge der Röhre von dem ersten zu dem zweiten Ende der Röhre erstreckt. Die Elektrodenabschnitte sind vorzugsweise durch Kondensatoren miteinander verbunden, welche einen Spannungsteiler bilden. In dieser Ausführung ist die elektrisch leitende Fläche an ihren dem ersten und dem zweiten Ende der Röhre zugeordneten Enden mit dem Hochspannungsanschluss bzw. dem Niederspannungsanschluss verbunden. Dadurch erhält man eine Anordnung, bei der die elektrisch leitende Fläche aus mehreren durch Kondensatoren miteinander verbundenen Elektrodenabschnitten gebildet ist, wobei ein Ende der elektrisch leitenden Fläche mit dem Hochspannungsanschluss verbunden ist und das andere mit dem Niederspannungsanschluss verbunden ist, so dass sich über den Elektrodenabschnitten ein Potenzialverlauf ergibt, der im wesentlichen dem Potenzialverlauf über der Leuchtstoffröhre entspricht. Je mehr Elektrodenabschnitte vorgesehen werden, desto besser wird der Potenzialverlauf über der Röhre nachgebildet. Die elektrisch leitende Fläche, die im wesentlichen denselben Spannungsverlauf wie die Röhre hat, ist in unmittelbarer Nähe der Röhre angeordnet und verhindert, dass sich parasitäre Kapazitäten zwischen der Röhre und der Umgebung bilden. In der Praxis werden andererseits auf die elektrisch leitende Schicht parasitäre Kapazitäten wirken, da diese einen Potenzialunterschied zur Umgebung, d.h. Masse, aufweist. Diese parasitären Kapazitäten wirken sich jedoch nur auf den Spannungsverlauf im Guard und somit nicht direkt auf den Lampenstrom und damit die Helligkeit der Leuchtstofflampe aus.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die elektrisch leitende Fläche in mehrere Abschnitte aufgeteilt, welche entlang der Röhre angeordnet sind. Jeder Abschnitt ist mit einem anderen Spannungspotential gekoppelt, wobei die Abschnitte jedoch nicht direkt durch einen Spannungsteiler miteinander verbunden sind. Ein Abschnitt der elektrisch leitenden Fläche, der näher bei dem Hochspannungsanschluss der Röhre liegt, wird ein Spannungspotential aufweisen, das höher ist als das Spannungspotential eines Abschnitts, der näher bei dem Niederspannungsanschluss der Röhre liegt. Diese konstruktiv sehr einfache Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass für jeden Abschnitt der elektrisch leitenden Fläche eine eigene Spannungsversorgung vorgesehen werden muss, die von dem Hochspannungsanschluss abgeleitet sein kann. Auch bei dieser einfachen Ausführung ist natürlich ein kapazitiver Spannungsteiler möglich.

In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung sind zwei Abschnitte vorgesehen, wobei der Abschnitt, der näher bei dem Hochspannungsanschluss liegt, ein Potenzial von ungefähr 3/4 der Hochspannung aufweist, und der Abschnitt, der näher bei dem Niederspannungsanschluss liegt, ein Potenzial von ungefähr 3/8 der Hochspannung aufweist. Geht man von einem Beispiel aus, bei dem der Hochspannungsanschluss mit 800 V Wechselspannung versorgt wird und der Niederspannungsanschluss auf Masse liegt, so beträgt bei dieser sehr einfachen Ausführung das Potenzial des ersten Abschnitts der elektrisch leitenden Fläche ca. 600 V und das Potenzial des zweiten Abschnitts der elektrisch leitenden Fläche ca. 300 V. Unter der Voraussetzung, dass sich die beiden Abschnitte der elektrisch leitenden Flächen jeweils über eine Hälfte der Länge der Röhre erstrecken, beträgt somit die Potenzialdifferenz zwischen der Röhre und der elektrisch leitenden Fläche in keinem Fall mehr als 200 V, so dass parasitäre Kapazitäten deutlich verringert werden können.

In einer Ausführung der Erfindung ist die elektrisch leitende Fläche im wesentlichen eben und erstreckt sich parallel zu der Leuchtstoffröhre im wesentlichen über deren gesamte Länge. Sofern die Beleuchtungsanordnung mehrere, nebeneinander liegende Leuchtstoffröhren umfasst, kann die elektrisch leitende Fläche so ausgebildet sind, dass sie sich parallel zu den mehreren Leuchtstoffröhren erstreckt.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die elektrisch leitende Fläche im wesentlichen U-förmig und kann teilweise um jeweils eine Leuchtstoffröhre gelegt werden. Während die zuerst genannte Ausführung relativ einfach herstellbar ist, hat die zweite Ausführung den Vorteil, dass parasitäre Kapazitäten zwischen der Leuchtstoffröhre und Masse noch stärker verringert werden können.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die elektrisch leitende Fläche auf einer Leiterplatte aufgebracht oder in eine Leiterplatte eingebettet.

Die Erfindung sieht auch eine Flüssigkristallanzeige mit wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung der oben beschriebenen Art vor. Die Flüssigkristallanzeige umfasst einen Reflektor, der das von der Leuchtstofflampe emittierte Licht auf eine Diffusorplatte reflektiert, die Diffusorplatte und eine der Diffusorplatte nachgeschaltete Flüssigkristallplatte. Der Flüssigkristallplatte können eine oder mehrere Polarisationsplatten zugeordnet sein. Die Komponenten der Flüssigkristallplatte bilden einen geschichteten Aufbau und sind in der Regel in einem Rahmen gehalten. Erfindungsgemäß kann die elektrisch leitende Fläche in eine dieser Schichten integriert oder auf eine solche aufgebracht werden. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Fläche auf den Reflektor aufgebracht werden oder den Reflektor selbst bilden. In einer anderen Ausführung kann die elektrisch leitende Fläche durch eine auf die Diffusorplatte aufgebrachte elektrisch leitende Schicht gebildet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen. In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Leuchtstofflampe gemäß dem Stand der Technik zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems;
2 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsanordnung mit einer Leuchtstofflampe gemäß der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung der Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung;
5 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Beleuchtungsanordnung gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung;
6 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Beleuchtungsanordnung gemäß der dritten Ausführung der Erfindung;
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung;
8 eine vergrößerte Detailansicht der Ausführung der 7 zur Erläuterung;
9 eine weiter schematisierte Darstellung der Ausführung der 7 zur Erläuterung;
10 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Leiterplattenstruktur zur Realisierung der Ausführung der 7;
11 eine Draufsicht auf die Leiterplattenstruktur der 10; und
12 eine Unteransicht der Leiterplattenstruktur der 10;
13 eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Leiterplattenstruktur der 10; und
14 eine schematische perspektivische Darstellung einer Flüssigkristallanzeige gemäß dem Stand der Technik.
14 zeigt schematisch die Komponenten einer üblichen Flüssigkristallanzeige gemäß dem Stand der Technik. Die Flüssigkristallanzeige umfasst eine oder mehrere Leuchtstoffröhren, insbesondere Kaltkathodenlampen 202, einen Reflektor 204, eine Diffusorplatte 206, eine Flüssigkristallplatte 208 und Polarisationsplatten 210, in welche die Flüssigkristallplatte 208 eingebettet ist. Die Kaltkathodenlampen 202 weisen eine Wechselstromversorgung auf, die in der Figur nicht gezeigt ist. Ein Wechselrichter (Backlightinverter), der in der Figur ebenfalls nicht gezeigt ist, wandelt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Ansteuerung der Kaltkathodenlampe 202 um. Üblicherweise ist auch ein Regelschaltkreis (nicht gezeigt) vorgesehen, der den an die Kaltkathodenlampe 202 gelieferten Strom regelt. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann beispielsweise als Hintergrundbeleuchtung (Backlight) in einer derartigen Flüssigkristallanzeige eingesetzt werden.
1 zeigt eine Leuchtstofflampe 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Leuchtstofflampe 10 ist beispielsweise eine Kaltkathodenlampe (CCFL), die eine Röhre 12 mit einem Hochspannungsanschluss 14 und einem Niederspannungsanschluss 16 aufweist. Der Hochspannungsanschluss 14 ist mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden, die eine hochfrequente Wechselspannung (Betriebsspannung U_hv) im Bereich von z.B. 500 bis 1000 V bei etwa 50 bis 100 kHz liefert. Der Niederspannungsanschluss 16 ist vorzugsweise mit Masse verbunden. Wenn an der Röhre 12 die Betriebsspannung (U_hv) anliegt, fließt durch diese ein Lampenstrom I_lamp. Ferner bilden sich über der Länge der Lampe zwischen der Röhre 12 und Masse parasitäre Kapazitäten C_para 18, durch die ein parasitärer Strom I_para gegen Masse fließt. Die parasitären Kapazitäten 18 bewirken, dass der Lampenstrom I_lamp vom Hochspannungsanschluss 14 gegen Masse 16 abnimmt. Hieraus resultiert eine ungleichmäßige Helligkeit der Leuchtstofflampe 10 über ihre Länge.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung. Die Beleuchtungsanordnung umfasst wenigstens eine Leuchtstofflampe 20, insbesondere eine Kaltkathodenlampe, die eine Röhre 22, einen Hochspannungsanschluss 24 und einen Niederspannungsanschluss 26 aufweist. Parallel zu der Leuchtstoffröhre 22 ist eine elektrisch leitende Fläche (Guard) 28 vorgesehen, welche mehrere leitende Abschnitte oder Elektrodenabschnitte 30 aufweist. Die Elektrodenabschnitte sind durch Kapazitäten 32 miteinander verbunden und bilden gemeinsam die elektrisch leitende Fläche 28, die mit dem Hochspannungsanschluss 24 und dem Niederspannungsanschluss (in der gezeigten Ausführungsform Masse) 26 verbunden ist.
Zusätzlich zu den dargestellten Kondensatoren 32 könnten in einer Abwandlung der gezeigten Ausführung ein weiterer Kondensator zwischen dem Hochspannungsanschluss 24 und dem Hochspannungsanschluss 24 nächstliegenden Elektrodenabschnitt 30 sowie zwischen dem Niederspannungsanschluss 26 und dem Niederspannungsanschluss am nächsten liegenden Elektrodenabschnitt 30 vorgesehen sein.
Die Elektrodenabschnitte 30 und die Kondensatoren 32 sind so konfiguriert, dass die Elektrodenabschnitte 30 ein Wechselspannungspotential führen, das dem Wechselspannungspotential in dem jeweils gegenüberliegenden Bereich der Röhre 22 der Leuchtstofflampe 20 weitgehend entspricht. Dadurch können Potenzialunterschiede zwischen der elektrisch leitenden Fläche 28 und der Röhre 22 minimiert werden. Aus der gezeigten Ausführung ergibt sich, dass die Elektrodenabschnitte 30 der elektrisch leitenden Fläche 28 nicht notwendig gleich groß oder regelmäßig angeordnet sein müssen. Auch ist es möglich, über einen Endbereich der Röhre 22 benachbart dem Niederspannungsanschluss 26 keinen Guard vorzusehen, weil in diesem Bereich der Potenzialunterschied zu Masse auch ohne Guard gering ist. Ein Fachmann wird ohne unzumutbaren Aufwand eine geeignete Anordnung treffen können. Die Kondensatoren 32 sind vorzugsweise, jedoch nicht notwendig gleich groß, um eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der Betriebswechselspannung am Hochspannungsanschluss 24 über der Länge der elektrisch leitenden Fläche 28 zu ermöglichen.
Ziel der Anordnung ist es, dass auf der elektrisch leitenden Fläche 28 wenigstens ungefähr ein Potenzialverlauf erzeugt wird, der dem Potenzialverlauf über der Röhre 22 entspricht, so dass sich zwischen der Röhre 22 und der elektrisch leitenden Fläche 28 bzw. den Elektrodenabschnitten 30 nur geringe parasitäre Kapazitäten bilden. Dadurch verringern sich die parasitären Ströme, so dass der Lampenstrom I_lamp über die gesamte Länge der Röhre 22 vom Hochspannungsanschluss 24 zum Niederspannungsanschluss 26 nahezu konstant ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die Leuchtstofflampe 20 über ihre gesamte Länge eine gleichmäßigere Lichtmenge abgibt.
Wie in 2 gezeigt, werden sich zwischen der elektrisch leitenden Fläche 28 und Masse parasitäre Kapazitäten C_para 34 bilden. Diese beeinflussen jedoch nicht unmittelbar den Strom durch die Leuchtstofflampe 20 und somit auch nicht die Helligkeitsverteilung der Leuchtstofflampe.
Die elektrisch leitende Fläche 28 sollte zweckmäßig so angeordnet werden, dass sie zwischen der Röhre 22 und beispielsweise einem massepotentialführenden Rahmen oder einem anderen nahe gelegenen Bauteil der Beleuchtungsanordnung, welches auf Massepotential liegt, angeordnet ist.
3 zeigt schematisch eine weitere Ausführung der Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung.
In dieser Ausführung ist an dem Hochspannungsanschluss 24 der Leuchtstofflampe 20 eine Wechselspannung von 800 V angelegt, und der Niederspannungsanschluss 26 liegt auf Masse. Der Verlauf des Spannungspotentials über der Länge der Leuchtstofflampe 20 ist schematisch durch Angabe der Spannungsamplituden 800V, 600V, 400V, 200V und 0V angegeben. In der Praxis ist der Spannungsverlauf über der Länge der Röhre 22 näherungsweise aber nicht notwendig vollständig linear.
In der Ausführung der 3 werden lediglich zwei Elektrodenabschnitte vorgesehen, die jeweils auf einem festen Wechselspannungspotential liegen, das mit der Wechselspannung an der Leuchtstoffröhre 22 in Phase ist. Durch geeignete Anordnung der zwei Elektrodenabschnitte 36, 38 sowie durch geeignete Auswahl des Potenzials kann erreicht werden, dass bei dem gezeigten Beispiel die Spannungsdifferenz zwischen der elektrisch leitenden Fläche 28, bestehend aus den zwei Elektrodenabschnitten 36, 38, und der Leuchtstoffröhre 22 nie größer als beispielsweise 150 V ist. Hierzu wird der Elektrodenabschnitt 36 so angeordnet, dass er dem Bereich der Leuchtstoffröhre 22 gegenüberliegt, der ein Potenzial zwischen 800 und 500 V führt, wobei dieser Elektrodenabschnitt 36 eine Wechselspannung von 650 V aufweist. Der zweite Elektrodenabschnitt 38 liegt einem Bereich der Leuchtstoffröhre 22 gegenüber, der eine Spannung von 500 bis 150 V führt, und weist selbst eine Wechselspannung von 300 V auf. Dem Bereich der Leuchtstoffröhre, der eine Spannung von 150 bis 0 V führt, ist kein Elektrodenabschnitt zugeordnet, so dass dieser unmittelbar Masse gegenüberliegt. Durch diesen sehr einfachen Aufbau wird die maximale Potenzialdifferenz zwischen der Leuchtstoffröhre 200 und Masse von 800 V auf 150 V verringert, so dass entsprechend geringere parasitäre Kapazitäten und parasitäre Ströme auftreten. Die in 3 gezeigte Ausführung hat den Vorteil, dass sie sehr einfach aufgebaut ist, sie hat jedoch den Nachteil, dass sichergestellt werden muss, dass die an den Elektrodenabschnitten 36, 38 anliegenden Wechselspannungen mit der Versorgungswechselspannung an dem Hochspannungsanschluss 24 in Phase sind, weil sich andernfalls parasitäre Effekte sogar noch verstärken könnten.
4 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung, die der Ausführung der 2 ähnlich ist. Die Leuchtstoffröhre 22 ist zwischen einer Wechselspannung von beispielsweise 800 V und Masse angeschlossen. Parallel zu der Leuchtstoffröhre 22 ist eine elektrisch leitende Fläche 28 vorgesehen, die mehrere Elektrodenabschnitte 40 aufweist, die über Kondensatoren 42 miteinander gekoppelt sind. Wie aus 4 ersichtlich, sind die Elektrodenabschnitte 40 nicht gleichmäßig über die Länge der Leuchtstoffröhre 22 verteilt, um einen nicht linearen Spannungsverlauf über der Länge der Röhre nachzubilden. Vorzugsweise werden gleichgroße Kondensatoren 42 verwendet, um einen gleichmäßigen Spannungsteiler zu bilden. Die Anzahl der Elektrodenabschnitte 40 und somit der Kondensatoren 42 ist frei wählbar, um eine beliebig feine Abstufung des Potenzialverlaufs auf der elektrisch leitenden Fläche 28 einzustellen. Durch die Kondensatoren 42 wird aus der Versorgungsquelle der Leuchtstofflampe 20 lediglich ein Blindstrom geringer Größe gezogen. Die Kondensatoren 42 sind erheblich größer als die parasitären Kapazitäten, welche sich zwischen der elektrisch leitenden Fläche 28 und Masse bilden werden (siehe 2). Da keine ohmschen Lasten und Induktivitäten vorgesehen sind, ist sichergestellt, dass die Spannung an den Elektrodenabschnitten 40 zu der Eingangswechselspannung am Hochspannungsanschluss 24 phasengleich ist. Die Kondensatoren 42 haben vorzugsweise eine Kapazität im Bereich von einigen Picofarad (pF). Die Wahl der Kondensatoren ist jedoch abhängig von der Anzahl der Elektrodenabschnitte 40 sowie von der Versorgungsspannung am Hochspannungsanschluss 24.
5 und 6 zeigen schematisch eine praktische Ausführung für die Beleuchtungsanordnungen der 3 bzw. 4. Entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht nochmals beschrieben. Die Elektrodenabschnitte 36, 38, 40 werden bei dieser Ausführung durch gebogene dünne Metallplatten gebildet, die über Kondensatoren 42, 44 miteinander verbunden sind. In 5 sind drei Kondensatoren 44 gezeigt, die einen Spannungsteiler zum Ableiten der Wechselspannungen an den Elektrodenabschnitten 36 und 38 aus der Betriebsspannung (U_hv) bilden. Alternativ könnten die Elektrodenabschnitte 36, 38 ihre Versorgungsspannungen aus zusätzlichen externen Quellen erhalten.
7 zeigt schematisch, wie eine Beleuchtungsanordnung gemäß der Erfindung in einer alternativen Ausführung in der Praxis aufgebaut werden kann. Die in 7 gezeigte Ausführung entspricht vom Grundsatz her der Ausführung, die mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. Die Beleuchtungsanordnung der 7 umfasst eine Leuchtstofflampe 20, die aus einer Röhre 22 mit einem Hochspannungsanschluss 24 und einem Niederspannungsanschluss 26 besteht. Wie in 4 ist auch in 7 der Potenzialverlauf der Röhre 22 schematisch durch die Spannungswerte 800V, 600V, 400V, 200V, 0V angedeutet. Parallel und benachbart zu der Röhre 22 ist eine elektrisch leitende Fläche 28 angeordnet, die aus zwei Gruppen von Elektrodenabschnitten 46, 52 gebildet ist. Die Elektrodenabschnitte 46, 52 sind über Kondensatoren 48 gekoppelt, wie sich aus 8 ergibt, die eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in 7 ist. 9 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild der Elektrodenanordnung der 7 und 8.
Die Ausführung der 7 bis 9 kann wie in den 10 bis 13 gezeigt realisiert werden, wobei 10 bis 13 nur die elektrisch leitende Fläche 28 zeigen. Die Elektrodenabschnitte 46 werden durch elektrische Leiter gebildet, welche auf die Oberseite einer Leiterplatte 50 aufgebracht oder in diese eingebettet sind. Die Kondensatoren 48, die in 13 schematisch dargestellt sind, werden dadurch gebildet, dass den Elektrodenabschnitten 46 auf der gegenüberliegenden Seite (Unterseite) der Leiterplatte 50 weitere Elektrodenabschnitte 52 zugeordnet sind, wobei die Elektrodenabschnitte 46 auf der Oberseite der Leiterplatte 50 und die weiteren Elektrodenabschnitte 52 auf der Unterseite der Leiterplatte 50 jeweils wie Kondensatorplatten wirken, welche zwischen sich einen Kondensator 48 bilden, wie in 13 angedeutet. Das Material der Leiterplatte 50 wirkt dabei als Dielektrikum. Die Leiterplatte 50 kann beispielsweise aus FR4, epoxidharzgetränkter Glasfaser, Kunststoff-Folien, Kepton oder anderen geeigneten Materialien, hergestellt sein.
In einer ersten Variante bilden nur die Elektrodenabschnitte 46 auf der Oberseite der Leiterplatte 50 die elektrisch leitende Fläche 28, welche sich parallel zu der Röhre 22 benachbart zu dieser erstreckt. Sie ist an den Hochspannungsanschluss 24 sowie den Niederspannungsanschluss 26 angeschlossen. Die Elektrodenabschnitte 46 weisen somit ungefähr denselben Potenzialverlauf auf wie die Röhre 22, die an denselben Anschlüssen 24, 26 liegt. Um den Potenzialverlauf der elektrisch leitenden Fläche 28 noch feiner aufzulösen, ist es möglich, die Elektrodenabschnitte 52 auf der Unterseite der Leiterplatte 50 über Durchkontaktierungen 54 mit der Oberseite der Leiterplatte 50 zu verbinden. Hierzu sind Gegenelektroden 56 auf der Oberseite der Leiterplatte 50 ausgebildet.
Die Leiterplatte 50, auf bzw. in der die elektrisch leitende Fläche 28 gemäß der Erfindung ausgebildet ist, wird mit ihrer Oberseite benachbart einer Leuchtstofflampe 20, beispielsweise anstelle des Reflektors, in einer Flüssigkristallanzeige angeordnet. Zu diesem Zweck kann die Leiterplatte 50 mit einer reflektierenden Oberfläche versehen sein.
Wenn beispielsweise in einer Flüssigkristallanzeige als Hintergrundbeleuchtung mehrere Leuchtstofflampen, und insbesondere Kaltkathodenlampen, parallel nebeneinander angeordnet sind, kann die Leiterplatte 50 so modifiziert werden, dass sie sich parallel zu allen Leuchtstofflampen erstreckt, wobei die Elektrodenabschnitte 46, 52, 56 durch Streifen gebildet würden, welche senkrecht zu der Längsachse jeder Leuchtstoffröhre 22 verlaufen. Bei geeigneter Materialwahl für die Leiterplatte 50 und die Elektrodenabschnitte 46, 52 könnten diese auch als Teil einer Diffusorplatte in einer LC-Anzeige ausgebildet werden, sofern die optischen Anforderungen an eine Diffusorplatte erfüllt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung ist es möglich, eine Hintergrundbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeige zu schaffen, die aus mehreren Leuchtstofflampen und insbesondere Kaltkathodenlampen aufgebaut ist, die über ihre gesamte Länge eine konstante Lichtintensität abgeben. Durch Vorsehen der elektrisch leitenden Fläche mit demselben Potenzialverlauf wie die Röhre können parasitäre Kapazitäten zwischen der Röhre und Masse weitgehend verhindert werden. Dadurch kann eine gleichmäßige Helligkeit der Leuchtstoffröhre auch dann noch erreicht werden, wenn diese abgedimmt wird, also mit im Vergleich zu ihrer Betriebsspannung niedrigerer Wechselspannung versorgt wird. Weitere störende Effekte, wie Flackern oder Musterbildung der Leuchtstofflampen kann vermieden werden.
Die Leistungsaufnahme der elektrisch leitenden Fläche ist äußerst gering, wobei diese auf Grund der kapazitiven Kopplung der Elektrodenabschnitte nur Blindstrom aus der Stromversorgung der Leuchtstofflampe zieht. Die Leistungsaufnahme wird nach Erwartungen der Erfinder im Bereich von 1 bis 5 % der Gesamtleistungsaufnahme der Leuchtstofflampe liegen.
Die Erfindung ermöglicht sowohl einen größeren analogen Dimmbereich für Leuchtstofflampen als auch die Realisierung von größeren Lampenlängen als im Stand der Technik, wobei die Leuchtstofflampenlängen 1 m und mehr betragen können.
Die Erfindung ist grundsätzlich anwendbar auf sämtliche Leuchtstoffröhren, die mit einer relativ hochfrequenten Wechsel-Hochspannung betrieben werden, die beispielsweise im Bereich von 50 bis 100 kHz und 500 bis 1000 V liegt. Da Probleme mit einem ungleichmäßigen Helligkeitsverlauf über der Länge der Leuchtstoffröhre in der Praxis häufig erst ab Längen von mehr als 30 cm auftreten, ist die Erfindung besonders sinnvoll einsetzbar für Leuchtstoffröhren mit großer Längsausdehnung von mehr als 30 cm. Die Erfindung ist auch einsetzbar bei gebogenen, spiralförmig oder anders geformten Röhren, bei denen das Problem der parasitären Kapazitäten und somit parasitären Ströme noch stärker sein kann als bei geradlinigen Röhren.
Die Kapazitäten zum Aufbauen eines Spannungsteilers für die elektrisch leitende Fläche sollten um wenigstens zwei Größenordnungen größer sein als die zu erwartenden parasitären Kapazitäten; sie werden sich abhängig von den Spannungsschritten zwischen zwei benachbarten Elektrodenabschnitten in der Größenordnung von einigen Picofarad (pF) bewegen.
Die elektrisch leitende Fläche kann grundsätzlich als Folie oder dünne Platte ausgebildet oder in eine Leiterplatte integriert sein. Sie kann bei einer Flüssigkristallanzeige auf der Rückseite der Leuchtstofflampe angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall vorzugsweise reflektierend ist, oder auf ihrer Vorderseite, wobei sie in diesem Fall lichtdurchlässig sein sollte.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

10: Leuchtstofflampe
12: Röhre
14: Hochspannungsanschluss
16: Niederspannungsanschluss, Masse
18: parasitäre Kapazitäten
20: Leuchtstofflampe
22: Röhre
24: Hochspannungsanschluss
26: Niederspannungsanschluss, Masse
28: elektrisch leitende Fläche (Guard)
30: Elektrodenabschnitte
32: Kondensatoren
34: parasitäre Kapazitäten
36, 38: Elektrodenabschnitte
40: Elektrodenabschnitte
42: Kondensatoren
44: Kondensatoren
46: Elektrodenabschnitte
48: Kondensatoren
50: Leiterplatte
52: Elektrodenabschnitte
54: Durchkontaktierungen
56: Gegenelektroden
202: Kaltkathodenlampen
204: Reflektor
206: Diffusionsplatte
208: Flüssigkristallplatte
210: Polarisationsplatten
I_lamp: Lampenstrom
Uhv: Betriebsspannung
Gnd: Masse
C_para: parasitäre Kapazitäten
I_para: parasitärer Strom

Claims

Beleuchtungsanordnung mit wenigstens einer Leuchtstofflampe (20), umfassend eine Röhre (22), die wenigstens einen lichtemittierenden Bereich aufweist, einen Hochspannungsanschluß (24) an einem ersten Ende der Röhre (22) und einen Niederspannungsanschluß (26) an einem zweiten Ende der Röhre (22), dadurch gekennzeichnet, daß benachbart dem lichtemittierenden Bereich der Röhre (22) eine elektrisch leitenden Fläche (28) angeordnet ist, die sich wenigstens teilweise über die Länge der Röhre (22) erstreckt, wobei auf die elektrisch leitende Fläche (28) eine Spannung aufgebracht ist, die wenigstens ungefähr dem Spannungsverlauf über der Röhre (22) entspricht.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (28) mit Abstand zu der Röhre (22) angeordnet ist.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (28) durch eine flächige Elektrode mit mehreren Elektrodenabschnitten (30; 36; 38; 40; 46) gebildet ist, die sich im wesentlichen von dem ersten zu dem zweiten Ende der Röhre (22) erstreckt.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabschnitte (30; 36, 38; 40; 46) durch Kondensatoren (34; 42; 44; 48) miteinander verbunden sind, wobei die Kondensatoren (34; 42; 44; 48) einen Spannungsteiler bilden.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Flächen (28) an ihren dem ersten und dem zweiten Ende der Röhre (22) zugeordneten Enden einen Hochspannungsanschluß (24) bzw. einen Niederspannungsanschluß (26) aufweist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (28) mehrere Abschnitte (36, 38) aufweist, die entlang der Länge der Röhre angeordnet sind, wobei jeder Abschnitt (36, 38) mit einem anderen Spannungspotential gekoppelt ist.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Abschnitt (36) der elektrisch leitenden Fläche (28), der näher bei dem Hochspannungsanschluß der Röhre (22) liegt, mit einem ersten Spannungspotential gekoppelt ist, das in dem Bereich von [1 bis 0,5] × Hochspannung liegt, und ein zweiter Abschnitt (38) der elektrisch leitenden Fläche (28), der näher bei dem Niederspannungsanschluß (26) der Röhre (22) liegt, mit einem zweiten Spannungspotential gekoppelt ist, das in dem Bereich von [0 bis 0,5] × Hochspannung liegt, wobei die Niederspannung dem Massepotential entspricht.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Spannungspotential ungefähr 3/4 der Hochspannung beträgt und das zweite Spannungspotential ungefähr 3/8 der Hochspannung beträgt.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Fläche (28) im wesentlichen eben ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Fläche (28) im wesentlichen U-förmig ausgebildet und um die Röhre gelegt ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische leitende Fläche (28) auf eine Leiterplatte (50) aufgebracht oder in eine Leiterplatte eingebettet ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung eine hochfrequente Wechselspannung ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leuchtstofflampen (20) nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind, und die elektrisch leitende Fläche (28) sich über die mehreren Leuchtstofflampen (20) erstreckt.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Leuchtstofflampe (20) eine Kaltkathodenlampe ist.
Hintergrundbeleuchtung für eine Anzeige mit einer Beleuchtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Flüssigkristallanzeige mit einer Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 14, einem Reflektor, der das von der Leuchtstofflampe (20) emittierte Licht auf eine Diffusorplatte reflektiert, der Diffusorplatte und einer der Diffusorplatte nachgeschalteten Flüssigkristallplatte, wobei die Leuchtstofflampe, die Diffusorplatte und die Flüssigkristallplatte in einem Rahmen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (28) durch eine auf den Reflektor aufgebrachte elektrisch leitende Schicht gebildet ist.
Flüssigkristallanzeige mit einer Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 14, einem Reflektor, der das von der Leuchtstofflampe (20) emittierte Licht auf eine Diffusorplatte reflektiert, der Diffusorplatte und einer der Diffusorplatte nachgeschalteten Flüssigkristallplatte, wobei die Leuchtstofflampe, die Diffusorplatte und die Flüssigkristallplatte in einem Rahmen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (28) durch eine auf die Diffusorplatte aufgebrachte elektrisch leitende Schicht gebildet ist.