DE102006003828A1

DE102006003828A1 - Herstellung von flachen dielektrischen Barriere-Entladungslampen

Info

Publication number: DE102006003828A1
Application number: DE102006003828A
Authority: DE
Inventors: Ahmet Oran
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-02
Also published as: KR100855770B1; US20070170836A1; KR20070078386A; TW200805425A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung dielektrischer Barriere-Entladungslampen mit flachem Entladungsgefäß. In zumindest einem Entladungsgefäßteil (1) ist zumindest eine Materialausnehmung (5), z.B. Rille, vorgesehen. Beim Fügen der Entladungsgefäße in einem Vakuumofen kann durch die Materialausnehmung(en) zumindest ein Druckausgleich oder auch Evakuier-, Spül- und Befüllschritte erfolgen. Dadurch können Spannungen vermieden und insbesondere beim Fügen mehrerer übereinander gestapelter Entladungsgefäße eine einheitliche Gasreinheit in den fertig gefügten Entladungsgefäßen erzielt werden. Die Materialausnehmungen (5) sind bei der fertig gefügten Lampe durch Glaslot (8) verschlossen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von dielektrischen Barriere-Entladungslampen mit flachen Entladungsgefäßen.

Stand der Technik

Dielektrische Barriere-Entladungslampen (auch dielektrisch behinderte Entladungslampen oder "stille Entladungslampen" genannt) sind an sich bekannt. Charakteristisch für diesen Lampentyp ist, dass zumindest die Anoden, häufig auch alle Elektroden, durch eine dielektrische Schicht, d.h. "Barriere", vom gasförmigen Entladungsmedium in dem Entladungsgefäß getrennt sind. Solche dielektrische Barriere-Entladungslampen sind in unterschiedlichen Geometrien realisierbar. Neben anderen technischen Eigenschaften sind sie auch wegen der guten Möglichkeit zur Realisierung von flachen Entladungsgefäßformen von Interesse, insbesondere zur Hinterleuchtung von Bildschirmen, Monitoren, Anzeigeeinrichtungen und dergleichen aber auch für die Allgemeinbeleuchtung.

Solche flachen Entladungsgefäße für dielektrische Barriere-Entladungslampen bestehen üblicherweise aus einer Grundplatte und einer Deckplatte, zwischen denen sich ein Rahmen befinden kann, aber nicht notwendigerweise vorhanden sein muss. Vielmehr kann auch mindestens eine der beiden Platten so geformt sein, dass beide zusammen auch ohne Rahmen einen Entladungsraum einschließen. Hierzu sei beispielhaft auf die US 6657392 B2 verwiesen. Der Begriff "flach" bedeutet dabei, dass die flächige Ausdehnung des Entladungsgefäßes, d.h. die Kantenlängen der Platten, deutlich größer als die dazu senkrechte Dicke des Entladungsgefäßes ist.

Das flache Entladungsgefäß muss "gefügt" werden, d.h. zunächst getrennte Entladungsgefäßteile müssen miteinander verbunden werden, was in der Regel durch Aufschmelzen von Glaslot in einem Ofen geschieht. Der durch das Entladungsgefäß angeschlossene Entladungsraum muss vor dem endgültigen Verschließen von Verunreinigungen, beispielsweise aus Glaslot beim Erwärmen austretenden Binderresten, befreit und evakuiert sowie mit dem Entladungsmedium befüllt werden.

Dabei besteht ein Prozessschritt darin, das Entladungsgefäß nach dem Befüllen mit dem Entladungsmedium vollständig und dicht zu verschließen. Der Stand der Technik, beispielsweise die US 6659828 B1 , lehrt u.a. die zwischen der Grundplatte und der Deckplatte aus Stabilitätsgründen dort ohnehin vorhandenen Abstandshalter auf Glaslot-"kissen" zu setzen und damit die Deckplatte so hoch zu halten, dass zwischen Deckplatte und Rahmen ein Spalt verbleibt. Ab einer bestimmten Temperatur wird die Deckplatte dann durch ein Erweichen der Glaslotkissen und entsprechendes Absinken der Abstandhalter auf den Rahmen abgesenkt und mit diesem wiederum durch erweichtes Glaslot verbunden. Alternativ dazu ist es aus der US 6976896 B2 auch bekannt, die Deckplatte durch Glaslotkissen zwischen der Deckplatte und dem Rahmen hochzuhalten und durch Erweichen abzusenken.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick auf das notwendige Verschließen des Entladungsgefäßes vorteilhaftes Herstellungsverfahren für dielektrische Barriere-Entladungslampen mit flachem Entladungsgefäß sowie eine entsprechend hergestellte Entladungslampe anzugeben.

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe mit einem flachen Entladungsgefäß, bei dem eine Deckplatte und eine Grundplatte, optional mit einem dazwischen angeordneten zusätzlichen Rahmen verbunden werden, und diese Entladungsgefäßteile durch Aufschmelzen von Glaslot verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entladungsgefäßteil vor dem Verbinden aller Entladungsgefäßteile mindestens eine Materialausnehmung aufweist, die Materialausnehmung bei dem Verbinden als Zugang zum Inneren des Entladungsgefäßes erhalten bleibt und nach dem Verbinden durch Erwärmung des Entladungsgefäßes in einem Ofen Glaslot in die Materialausnehmung läuft und diese und damit das Entladungsgefäß verschließt.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im folgenden näher erläutert. Dabei und auch im Ausführungsbeispiel offenbarte Merkmale sind sowohl im Hinblick auf den Verfahrensaspekt als auch auf den Vorrichtungsaspekt maßgeblich, ohne dass hier zwischen im Einzelnen explizit unterschieden wird.

Die Erfindung geht im allgemeinsten Sinn von einer Verbindung einer Deckplatte und einer Grundplatte durch Aufschmelzen von Glaslot aus. Dabei kann optional zwischen Deckplatte und Grundplatte ein Rahmen vorgesehen sein. Bevorzugt ist aber zumindest eine der beiden Platten entlang ihres umlaufenden Randbereichs so geformt, dass hierdurch die Funktion eines Rahmens erfüllt wird und folglich ein separater Rahmen überflüssig ist. Für weitere Einzelheiten sei beispielhaft auf die bereits eingangs erwähnte US 6657392 B2 verwiesen.

Im Unterschied zum Stand der Technik weist aber zumindest eines der Entladungsgefäßteile vor dem Verbinden sämtlicher Entladungsgefäßteile zumindest eine Materialausnehmung auf, etwa in einer Ecke, z.B. in Form einer vom Inneren des Entladungsgefäßes nach Außen führenden Rille. Wenn die Entladungsgefäßteile verbunden sind, besteht diese Materialausnehmung noch immer und dient als Zugang zum Entladungsraum, also zum Druckausgleich oder Befüllen mit dem Entladungsmedium und gegebenenfalls vorherigen Evakuieren, Spülen und dergleichen. Erfindungsgemäß soll dann durch ein Hineinlaufen von erweichtem Glaslot in die Materialausnehmung ein Verschluss der Materialausnehmung und damit des Entladungsgefäßes erfolgen. Dazu wird das Entladungsgefäß in einem Ofen, in dem etwaige vorherige Evakuierungs- und Spülschritte und jedenfalls das Befüllen mit dem Ent ladungsmedium erfolgt ist, auf eine ausreichende Temperatur erwärmt. Das Glaslot soll dabei durch Gravitations- und/oder Kapillarkräfte in die Materialausnehmung fließen, vorzugsweise durch Gravitationskräfte, also von oben nach unten.

Im Unterschied zum Stand der Technik kann dieser Prozess so geführt werden, dass das Verschließen erst dann erfolgt, wenn das Glaslot relativ flüssig und nicht nur zäh verformbar geworden ist. Da bestimmte Mindesttemperaturen zum Fügen des Entladungsgefäßes notwendig sind, besteht bei dem geschilderten Vorgehen nach dem Stand der Technik das Problem, dass die Glaslotkissen bereits bei gegenüber der maximalen Entladungsgefäßtemperatur niedrigeren Temperaturen und damit zeitlich früher erweichen, so dass das bereits geschlossene Entladungsgefäß noch weiter erwärmt wird. Daraus folgt zum einen ein thermisch bedingter Innendruckanstieg und damit die Notwendigkeit, den Ofendruck ebenfalls zu erhöhen. Zum Zweiten können, wie der Erfinder beobachtet hat, Spannungen auftreten und in der Lampe "eingefroren" werden, die zu erhöhten Ausschuss- oder Ausfallraten führen können.

Diese Schwierigkeiten lassen sich bei der Erfindung vermeiden, weil das Glaslot erst bei einer Temperatur und damit zu einem Zeitpunkt ausreichend fließfähig wird und damit die Materialausnehmung verschließt, zu dem auch im Übrigen durch das Glaslot dichte Verbindungen hergestellt werden. Damit ist dann keine wesentliche weitere Temperaturerhöhung mehr notwendig.

Unabhängig davon kann die Erfindung aber auch aus anderen Gründen von Vorteil sein, etwa um auf die erwähnten Glaslotkissen verzichten zu können.

Besonders vorteilhaft kommt das erfindungsgemäße Verfahren bei Entladungsgefäßen ohne separaten Rahmen zum Tragen, da die erfindungsgemäß vorgesehene Materialausnehmung bereits beim ohnehin notwendigen Formen zumindest einer der beiden Platten mit ausgeführt werden kann, z.B. indem beim Tiefziehen einer Platte eine nach Außen laufende Rille im Randbereich der Platte, beispielsweise in der Nähe einer Ecke, mit gezogen wird.

Vorzugsweise sind zwei diagonal angeordnete Materialausnehmungen vorgesehen, besonders bevorzugt vier Materialausnehmungen, d.h. an jeder Ecke eine. Die Zahl von vier Materialausnehmungen verbessert die pump- und befüllungstechnische Zugänglichkeit des Entladungsraums, ohne das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich zu verkomplizieren.

Das Glaslot, das die Materialausnehmungen erfindungsgemäß verschließen soll, wird beispielsweise als Glaslotklecks oder Glaslotformkörper in einem Bereich oberhalb der Materialausnehmungen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass beim Verschließen neben den Kapillarkräften zusätzlich die Gravitation ein Hineinfließen des durch Erwärmen erweichten Glaslots unterstützt. Alternativ kann auch auf Glaslotkleckse oder Glaslotformkörper verzichtet werden, sofern der umlaufende Randbereich der Platte ausreichend mit Glaslotpaste versehen ist. Dies hat sogar den Vorteil, dass ein Herausquellen wie eventuellen bei den Glaslotformkörpern vermieden wird. Außerdem entstehen beim Verschließen keine erhöhten Stellen durch ungleichmäßig verteilte Glaslotformkörper. Das Auspumpen und Spülen des Entladungsraums erfolgt dann nur durch die erwähnte(n) Materialausnehmung(en). Jedenfalls ist hierzu die Materialausnehmung bevorzugt als Rille mit V-förmigem Profil ausgebildet. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Prozess daher so auszugestalten, dass nach Erreichen der entsprechenden Temperatur, also nach dem Verschließen des Entladungsgefäßes keine wesentliche zusätzliche Temperaturerhöhung mehr stattfindet und damit eine Kompensation eines Innendruckanstiegs in der Lampe und Spannungen in der Lampe vermieden werden können. Diese Prozessführung ist jedoch nicht zwingend, weil die Erfindung, wie anfangs festgestellt, auch im Hinblick auf andere Vorteile gewählt und entsprechend ausgeführt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Grundplatte einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe als Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
2a eine schematische Seitenansicht zur Verdeutlichung der Lage der Entladungsgefäßteile vor dem Verschließen,
2b eine schematische Seitenansicht des fertig verschlossenen Entladungsgefäßes.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Deckplatte 1 aus Glas für eine erfindungsgemäß herzustellende dielektrischen Barriere-Entladungslampe. Die Deckplatte 1 weist einen wellenförmigen Bereich 2 sowie einen rahmenartig umlaufenden und im wesentlichen ebenen Randbereich 3 auf. Die Wellen 4 des wellenförmigen Bereich 2 sind derart ausgebildet, dass sie sich einseitig aus einer durch den ebenen Randbereich 3 definierten Ebene hervorheben, beispielsweise durch Tiefziehen einer anfangs ebenen Glasplatte. Dies ist besonders gut in den weiter unten noch genauer erläuterten und in den 2a, 2b dargestellten Seitenansichten erkennbar. In den Bereichen der vier Ecken des rahmenartigen Randbereichs 3 ist je eine Rille 5 eingeformt, vorzugsweise bereits beim Tiefziehen der Glasplatte, gleichzeitig mit den Wellen 4. Die Rillen 5 erstrecken sich senkrecht zum Randbereich 3 und münden jeweils in einen "Wellenberg", der bei der fertig gefügten Lampe einen von mehreren parallel aufeinander folgenden, länglichen Entladungsräumen bildet. Somit dienen die Rillen 5 als Pumpöffnungen zum Auspumpen, Spülen und schließlich Befüllen des gefügten Entladungsgefäßes, sowie gegebenenfalls für einen Druckausgleich. In der Endphase des Herstellungsprozesses werden die Rillen mittels Glaslot verschlossen. Um das Einfließen des Glaslotes zu erleichtern, weisen die Rillen 5 ein im wesentlichen V-förmiges Profil auf. Dies wird im Folgenden anhand der 2a und 2b im Zusammenhang des Fügens der Deckplatte 1 mit der Grundplatte 6 näher erläutert.
Zum Fügen wird die Deckplatte 1 in eine – in der schematischen Seitenansicht der 2a der Einfachheit halber nicht dargestellten – Fügekammer, z.B. aus V2A-Lochblech, eingesetzt. Der Boden der Fügekammer wird durch eine Robaxglasplatte gebildet. Die Deckplatte 1 wird so orientiert, dass die "Wellenberge" 4 nach unten, also Richtung Boden der Fügekammer zeigen und folglich die Rillen 5 nach oben geöffnet sind. Darauf wird die im wesentlichen ebene Grundplatte 6 aufgesetzt, die in ihren jeweiligen Eckbereichen mit der Deckplatte 1 zugewandten Glaslotklecksen 7 versehen ist. Die Glaslotkleckse 7 wirken bis zum Erreichen der Erweichungstemperatur als Abstandhalter zwischen Grund- und Bodenplatte und schaffen solange einen Pumpspalt. Alternativ kann auch z.B. je eine Glaslottablette in der Mitte jeder Randseite zwischen beiden Platten vorgesehen sein. Außerdem erkennt man einen dispensierten Glaslotrand 8. Dieser Glaslotrand 8 wird durch Trocknen fest und dient später dem gasdichten Verbinden von Deckplatte 1 und Grundplatte 6. Sofern dieser Glaslotrand 8 ausreichend dick aufgetragen ist, kann alternativ auch auf Glaslotkleckse bzw. -tabletten verzichtet werden. In dieser Form kann das zwar zusammengesetzte, aber noch nicht gefügte, evakuierte und befüllte Entladungsgefäß in einen Vakuumofen eingebracht werden, in dem dann bei etwa 440°C nach entsprechenden Evakuier- und Spülschritten mit ca. 310 mbar Neon-Xenon-Gasgemisch gefüllt wird. Bei dieser Temperatur und diesem Druck ist das Entladungsgefäß noch offen. Die Glaslottabletten 7 halten die Grundplatte 6 noch über der Deckplatte 1, so dass nicht nur die Rillen 5, sondern auch noch ein umlaufender Spalt zwischen rahmenartigem Randbereich 3 der Deckplatte 1 und der Grundplatte 6 frei bleiben. Bei Erreichen einer Temperatur von etwa 500 °C, bei der das Glaslot erweicht, aber noch relativ viskos ist, senkt sich die Grundplatte 6 zunächst auf die Deckplatte 1 ab, wobei die Rillen 5 weiterhin offen bleiben und damit einen Druckausgleich gewährleisten. Nach Erreichen der Schmelztemperatur des Glaslots bei etwa 55°C schließen sich die Rillen 5 durch Herabfließen der Glaslottabletten 7 in die Rillen in Folge der Gravitation. Die Kapillarwirkung und Benetzungseigenschaften helfen weiter dabei, dass eine wirklich dichte Verbindung zustande kommt. Dabei hält die Fügekammer das beschriebene Plattenpaket zusammen.
Aus wirtschaftlichen Gründen sind vorzugsweise die entsprechend paarweise zusammengesetzten Entladungsgefäßteile von zwei oder mehr, z.B. drei, Entladungsgefäßen in der Fügekammer übereinander gestapelt. Der besondere Vorteil der Rillen besteht in diesem Fall darin, dass dadurch alle Lampen zum gleichen Zeitpunkt komplett verschlossen werden – unabhängig von der Position im Stapel –, nämlich wenn die Glaslottabletten die Schmelztemperatur erreicht haben und das Glaslot in die Rillen fließt und diese somit letztendlich verschließt. Dadurch wird eine einheitliche Gasreinheit in allen Entladungsgefäßen des Stapels sichergestellt und das "Einfrieren" von Spannungen vermieden. Ohne die erfindungsgemäßen Rillen würde nämlich beim Erweichen der Glaslottabletten das unterste Plattenpaar aufgrund des auf dieses wirkenden größten Gewichts zuerst schließen, dann das nächste und ganz zum Schluss das oberste Plattenpaar. Die Folge wären unterschiedliche Gasreinheiten sowie Spannungen in den Gefäßen.
2b zeigt schließlich die fertig gefügte Lampe. Dort hat das Material der Lottabletten 7 die Rillen 5 gasdicht verschlossen. Neben dem rahmenartigen Randbereich 3 stützen auch die Wellen 4 die in 1 gezeigte Deckplatte 1 und die Grundplatte 6 gegeneinander ab, um mechanische Schäden in Folge des Unterdrucks in dem Entladungsgefäß oder durch Biegebeanspruchung zu vermeiden.
Obgleich die Erfindung am Beispiel eines flachen Entladungsgefäßes mit wellenförmiger Deckplatte näher erläutet wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Vielmehr entfaltet sie ihre vorteilhafte Wirkung auch bei der Herstellung von flachen Entladungsgefäßen mit anders geformten Deck- oder Grundplatten, beispielsweise mit anderer als der gezeigten Wellenform oder mit völlig ebenen Platten und separatem Rand.
Die Elektroden- und Kontaktstrukturen sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, da sie hier nicht näher interessieren. Sie können prinzipiell auf der Innen- oder Außenseite des Entladungsgefäßes, beispielsweise mittels Siebdruck, aufgebracht werden und zwar vor bzw. nach dem Verschließen des Entladungsgefäßes.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe mit einem flachen Entladungsgefäß, bei dem eine Deckplatte (1) und eine Grundplatte (6), optional mit einem dazwischen angeordneten zusätzlichen Rahmen verbunden werden, und diese Entladungsgefäßteile (1, 6) durch Aufschmelzen von Glaslot (7, 8) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entladungsgefäßteil (1) vor dem Verbinden aller Entladungsgefäßteile (1, 6) mindestens eine Materialausnehmung (5) aufweist, die Materialausnehmung (5) bei dem Verbinden als Zugang zum Inneren des Entladungsgefäßes erhalten bleibt und nach dem Verbinden durch Erwärmung des Entladungsgefäßes in einem Ofen Glaslot (7, 8) in die Materialausnehmung (5) läuft und diese und damit das Entladungsgefäß verschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Materialausnehmung (5) als Rille ausgeformt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rille (5) ein im wesentlichen V-förmiges Profil aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rille (5) durch Tiefziehen in der Grund- oder Deckplatte ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei Materialausnehmungen diagonal in den Eckbereichen eines Entladungsgefäßteils angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeweils eine Materialausnehmung (5) in jedem der vier Eckbereiche eines Entladungsgefäßteils angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem vor dem Verbinden der Entladungsgefäßteile (1, 6) an einer Stelle, die nach dem Verbinden zumindest in der Nähe der Materialausnehmung (5) positioniert ist, Glaslot (7, 8) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem vor dem Verbinden der Entladungsgefäßteile (1, 6) im Verbindungsbereich Glaslot (8) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zusammensetzen der Entladungsgefäßteile und die nachfolgende Erwärmung des Entladungsgefäßes in einem die Grundplatte (6) und die Deckplatte (1) passend umfassenden Fügekammer erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem nach dem Verschließen der Materialausnehmung(en) (5) keine wesentliche weitere Temperaturerhöhung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei in der Fügekammer die Entladungsgefäßteile für zwei oder mehr Entladungsgefäße nacheinander zusammengesetzt und aufeinander gestapelt werden.
Dielektrische Barriere-Entladungslampe mit einem flachen Entladungsgefäß, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zumindest eine Grundplatte (6) und eine Deckplatte (1) aufweist, wobei zumindest eine Materialausnehmung (5) in zumindest einem der Entladungsgefäßteile durch aufgeschmolzenes und wieder erstarrtes Glaslot (7, 8) verschlossen ist.