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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungslampe mit
einer Bodenplatte und einer Deckenplatte, die für dielektrisch behinderte Entladungen
ausgelegt ist.
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Stand der Technik
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Entladungslampen,
bei denen durch eine dielektrische Schicht zwischen den Elektroden
oder zumindest den Anoden und dem Entladungsmedium sog. dielektrisch
behinderte Entladungen erzeugt werden, sind seit längerer Zeit
bekannt. Ein wichtiger Anwendungsfall liegt bei den sog. Flachstrahlern,
deren Entladungsgefäß aufgebaut
ist aus einer Bodenplatte und einer Deckenplatte oder zumindest
diese beide Platten als wesentliche Bestandteile neben anderen Bestandteilen
wie beispielsweise einem diese verbindenden Rahmen enthält. Solche
Flachstrahler können
insbesondere zur Hinterleuchtung von Monitoren, Bildschirmen und
anderen Anzeigeeinrichtungen verwendet werden, sind aber auch für die Allgemeinbeleuchtung
geeignet. Das Entladungsgefäß ist flächig aufgebaut,
also in einer Dimension deutlich geringer ausgedehnt als in den
beiden anderen Dimensionen.
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Zum
Stand der Technik wird insbesondere verwiesen auf den anmelderseitigen
Stand der Technik WO 98/43276, in der Elektrodenstrukturen mit paarweise
ausgeführten
Anodenstreifen dargestellt sind.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische
Problem zugrunde, eine neue und verbesserte Bauform für eine entsprechende
Entladungslampe anzugeben.
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Hierzu
richtet sich die Erfindung auf eine Entladungslampe mit einer Bodenplatte,
einer Deckenplatte für
den Lichtaustritt, die zumindest teilweise lichtdurchlässig ist,
einem Entladungsraum zwischen der Boden- und der Deckenplatte zur
Aufnahme eines Entladungsmediums, einem Satz Anoden und Kathoden
zur Erzeugung dielektrisch behinderter Entladungen in dem Entladungsmedium,
wobei die Anoden und die Kathoden als solche ausgezeichnet und voneinander
unterscheidbar sowie streifenförmig ausgestaltet
sind und zumindest die Anoden durch eine dielektrische Schicht von
dem Entladungsmedium getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kathoden und die Anoden – von
Randbereichen abgesehen – jeweils
paarweise auftreten, also jede Anode einer Anode und einer Kathode
benachbart ist und jede Kathode einer Kathode und einer Anode benachbart
ist.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Kombination der Entladungslampe
mit einem elektronischen Vorschaltgerät sowie auf eine Anzeigeeinrichtung,
die eine erfindungsgemäße Entladungslampe
zur Hinterleuchtung enthält.
Beispielsweise kann dies ein Fernsehbildschirm oder ein Computermonitor
sein.
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Darüber hinaus
bezieht sich die Erfindung auch auf eine wie oben stehend beschrieben
ausgestaltete Entladungslampe, bei der jedoch die Anoden und die
Kathoden nicht voneinander unterscheidbar sind, wobei diese Entladungslampe
mit einem für
einen unipolaren Betrieb der Entladungslampe ausgelegten elektronischen
Vorschaltgerät
kombiniert ist.
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Bevorzugte
Ausgestaltung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben und werden im Folgenden neben den zentralen Gedanken der
Erfindung näher
erläutert.
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Der
Begriff der dielektrisch behinderten Entladung bzw. Barrierenentladungslampe
bezieht sich in der vorliegenden Erfindung auf solche Entladungen,
die in quecksilberfreien Entladungsmedien, insbesondere im Wesentlichen
edel gashaltigen Entladungsmedien, ablaufen. Besonders wichtig ist
hier Xenon und die Strahlung von Xenonexcimeren.
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Die
Grundidee der Erfindung liegt darin, sowohl die Kathoden als auch
die Anoden paarweise vorzusehen. Es soll also jeder Anode einerseits
eine Kathode und andererseits eine weitere Anode benachbart sein
und umgekehrt jeder Kathode einerseits eine Anode und andererseits
eine weitere Kathode. Randbereiche sind davon natürlich nicht
mit betroffen, weil eine randseitige Elektrode nach einer Seite
naturgemäß keinen
Nachbarn hat.
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass sich durch eine solche Elektrodenstruktur
die Entladungsstrukturen entlang den Streifenlängen der Elektroden leichter
zu längeren
Entladungsstrukturen "aufziehen" lassen, vor allem
bei großen
Leistungen, und überhaupt
der Entladungsbetrieb zwischen jeweils nächstbenachbarten Anoden und
Kathoden von dem Entladungsbetrieb zwischen anderen Anoden und Kathoden
kaum beeinflusst wird. Dies ist bei im Stand der Technik bereits
vorbekannten streifenförmigen
Elektrodenstrukturen mit alternierenden Kathoden und Anoden anders.
Dort enden Entladungsstrukturen von verschiedenen Seiten auf denselben Elektroden
und können
miteinander Wechselwirken, sich also auch gegenseitig stören. Dies
betrifft insbesondere das oben erwähnte "Aufziehen" der Entladungsstrukturen, das im Rahmen
der vorliegenden Erfindung sogar über die gesamte Elektrodenlänge möglich ist.
Ferner erlauben die Doppelelektroden eine dichtere Abfolge der einzelnen
Entladungsstrukturen entlang den Elektrodenstreifen und damit insgesamt
bei nicht zu großem
Abstand zwischen Elektroden gleicher Polarität innerhalb eines Paares eine überraschend
dichte Gesamtentladungsverteilung.
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Auch
in dem eingangs erwähnten
Stand der Technik WO 98/43276, in dem bereits doppelte Anodenstreifen
vorgeschlagen wurden, sind die Kathoden gemeinsam, d. h. einfach,
ausgeführt
und wird dies aus Gründen
der Platzersparnis und Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung
auch deutlich angestrebt. Dieses Dokument sieht ausschließlich paarweise
Elektrodenstrei fen nur für
solche Lampen vor, die für
den bipolaren Betrieb ausgelegt sind und daher nicht zwischen Kathoden
und Anoden unterscheiden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geht
es jedoch um Lampen, die unipolar betrieben werden oder sogar speziell
für den
unipolaren Betrieb ausgelegt sind und bei denen daher die Kathoden und
Anoden voneinander unterscheidbar sind. Dies kann neben dem Anschluss
an ein unipolares Vorschaltgerät
beispielsweise dadurch der Fall sein, dass die Anoden, aber nicht
die Kathoden, dielektrisch vom Entladungsmedium getrennt sind. Es
kann auch dadurch gegeben sein, dass die Kathoden Vorsprünge zur
Festlegung von Entladungsstrukturen aufweisen, die die Anoden nicht
aufweisen oder die bei den Anoden weniger stark ausgeprägt sind,
was im vorliegenden Fall bevorzugt ist und worauf noch weiter unten
eingegangen wird.
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Die
erfindungsgemäße Elektrodenstruktur erlaubt
ferner eine günstige
Zuordnung von Elektrodenpaaren zu Entladungsgefäßteilen, worauf ebenfalls noch
näher eingegangen
wird. Schließlich
erlaubt sie günstige
Verschaltungen, bei denen die Elektroden gruppenweise getrennt angesteuert
werden, wobei die Gruppen aus einer jeweiligen Mehrzahl von Paaren
oder auch aus einzelnen Paaren bestehen können.
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Die
bereits erwähnten
ausgeprägteren
Vorsprünge
zur Lokalisierung einzelner Entladungsstrukturen können nasenartige
Vorsprünge
quer zur Hauptstreifenrichtung der Elektroden sein, wie das Ausführungsbeispiel
zeigt. Diese sind bei den Kathoden vorzugsweise ausgeprägter, d.
h. spitzer oder in anderer Weise lokalisierter also bei den Anoden, wenn
die Anoden überhaupt
vergleichbare Strukturen aufweisen. Bei den Anoden sind weniger
eigentliche "Nasen" bevorzugt, als vielmehr
leichte Wellen oder Sägezahnformen,
die den Entladungsabstand entlang der Streifenlänge etwas modulieren und typischerweise
im Bereich der "Kathodennasen" minimale Entladungsabstände auch
durch ein leichtes Zulaufen der Anoden auf die Kathoden erzeugen.
Von dort aus können
die Entladungsstrukturen bei hohen Leistungen zu den Seiten hin "aufziehen" und damit auch Bereiche
mit größeren Entladungsabständen füllen.
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Die
Vorsprünge
zur Lokalisierung einzelner Entladungsstrukturen können auch
in heterogenen Dichten verteilt werden, etwa in Randbereichen etwas
dichter liegen als in Mittenbereichen, um am Rand Abdunklungen entgegenzuwirken.
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Bei
den erfindungsgemäßen Kathodenpaaren
ist ferner bevorzugt, dass die Vorsprünge entlang der Streifenrichtung
alternieren, also in Richtung des Streifens ein nach rechts weisender
Vorsprung der rechten Kathode von einem nach links weisenden Vorsprung
der linken Kathode gefolgt wird und umgekehrt, so dass die nach
den beiden Seiten lokalisierten Entladungsstrukturen abwechselnd
liegen.
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Bevorzugt
ist ferner, dass die Innerpaarabstände kleiner als die Abstände zwischen
den polaritätsverschiedenen
nächstbenachbarten
Elektroden sind, so dass die Gesamtanordnung von einzelnen Entladungsstrukturen
einigermaßen
dicht bleibt und nicht zu große
ungenutzte Streifen entstehen.
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Vorzugsweise
betragen die minimalen Entladungsabstände zwischen den Elektroden
zumindest 10 mm. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden in
Abweichung vom einschlägigen
Stand der Technik besonders große
Entladungsabstände
oder "Schlagweiten" verwendet. Es hat
sich völlig überraschenderweise
herausgestellt, dass sich bei Entladungsabständen über 10 mm, besonders bevorzugter
Weise sogar über
11, 12 oder im günstigsten
Fall über
13 mm ungewöhnlich
gute Effizienzen erreichen lassen, die um zweistellige Prozentwerte über vergleichbaren
Elektrodenstrukturen mit kleineren Entladungsabständen liegen
können.
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Die
damit erzielten Verbesserungen sind so deutlich, dass sie die erhöhten Anforderungen
an die vorschaltgerätseitige
Technik rechtfertigen, die durch die notwendigen höheren Betriebsspannungen
entstehen.
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Es
hat sich sogar überraschenderweise
herausgestellt, dass trotz der, jedenfalls bei einzelnen Entladungsstrukturen
und vor einem gesamten "Aufziehen" entlang den Elektrodenstreifen,
auch mit dem Entladungsabstand korrelierenden Größe der Lücken zwischen den Entladungsstrukturen
dennoch eine sehr gute Gesamthomogenität erreicht werden kann. Dies
gilt insbesondere in Verbindung mit den erwähnten Doppelelektrodenpaaren,
die, wie erwähnt,
eine relativ dichte Anordnung der Entladungsplätze entlang den Elektrodenstreifen
erlauben.
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Konventionelle
Entladungsabstände
in Lampen für
dielektrisch behinderte Entladungen lagen typischerweise im Bereich
von 4 oder 5 mm. Man hat bisher angenommen, dass zu große Entladungsabstände jedenfalls
vorschaltgerätseitig
unnötige
Verluste erzeugen und daher zu vermeiden sind.
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Ferner
ist vorzugsweise zumindest ein Stützelement vorgesehen, das eine
Verbindung der Bodenplatte und der Deckenplatte zur gegenseitigen Abstützung herstellt
und rippenartig mit einer linienhaften Anlage der Bodenplatte und
der Deckenplatte aneinander ausgebildet ist, wobei die Elektroden
in ihrer Hauptrichtung parallel zu dem rippenartigen Stützelement
verlaufen, jedem der durch das Stützelement getrennten Teile
des Entladungsraumes je zumindest zwei polaritätsverschiedene Elektroden zugeordnet
sind und die Elektroden im Bereich der Entladungen von der linienhaften
Anlage der Bodenplatte und der Deckenplatte im Bereich des Stützelementes
beabstandet sind.
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Bei
dieser Ausgestaltung sind zwischen der Bodenplatte und der Deckenplatte
eines Flachstrahler-Entladungsgefäßes die bei praktisch interessanten
Formaten unvermeidlichen Stützelemente
in einer linienhaften rippenartigen Ausbildung vorgesehen. Dies
umfasst dabei auch den Fall, dass nur ein einziges solches rippenartiges
Stützelement
vorliegt, wobei jedoch Fälle
mit einer Vielzahl von Stützelementen
bevorzugt sind.
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Je
nach Zahl der Stützelemente
wird der Entladungsraum zwischen der Deckenplatte und der Bodenplatte
in kanalähnliche
Teile unterteilt, die allerdings nicht voneinander getrennt sein
müssen.
Die Stützelemente
müssen
also nicht über
die gesamte Länge
durchlaufen.
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Den
durch die Stützelemente
getrennten Teilen des Entladungsraumes sind hier zumindest zwei polaritätsverschiedene
Elektroden, also zumindest eine Kathode und zumindest eine Anode,
zugeordnet und von den der linienhaften Anlage der Stützelemente
entsprechenden Bereichen beabstandet. Diese Beabstandung liegt zumindest
in dem Bereich der Entladungen, also zumindest an und zwischen den Entladungen,
vor, nicht unbedingt aber auch im Bereich der Zuleitungen. Dabei
bezieht sich der Begriff "beabstandet" auf die Ebene, in
der die Elektrodenstreifen liegen. Der Begriff ist also zweidimensional
in der Projektion in diese Ebene gemeint. Wenn die Elektroden oder
ein Teil der Elektroden außerhalb des
Entladungsgefäßes liegen,
wie es im Rahmen dieser Erfindung ohnehin bevorzugt ist, so ist
der durch die entsprechende Plattendicke zwischen Elektroden und
der linienhaften Anlage entstehende Abstand nicht gemeint. Vielmehr
sollen die Elektroden in der Projektion auf die erwähnte Ebene
nicht unter, sondern neben der linienhaften Anlage liegen.
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Der
Begriff der linienhaften Anlage bedeutet hier im Übrigen nicht
notwendigerweise eine quasi Null entsprechende Linienbreite. Vielmehr
soll die Breite der Anlage gegenüber
der Länge
deutlich kleiner sein. Allerdings sind relativ schmale Anlageflächen deutlich
bevorzugt.
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In
dem Stand der Technik
DE 100
48 187.6 ,
DE 100 48
186.8 ,
DE 101 38 924.8 und
DE 101 38 925.6 sind zwar
bereits rippenartige Stützelemente erwähnt worden,
jedoch lagen diese auf den Elektrodenstreifen auf. In anderen Worten
verliefen die Elektrodenstreifen teilweise unter den Stützelemente,
um von diesen "blockiert" zu werden. Damit
sollten Einzelentladungsstrukturen voneinander getrennt werden.
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Bei
der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung soll jedoch abweichend
davon ein blockierender Einfluss der Stützelemente oder überhaupt der
Entladungsgefäßwände auf
die Entladungsstrukturen nicht ausgenutzt, sondern vielmehr vermieden werden.
Daher sollen die Elektroden beabstandet davon verlaufen. Bei außenliegenden
Elektroden, etwa unter der Bodenplatte, setzen die Entladungen innerhalb
des Entladungsgefäßes ungefähr an der
Stelle an, die der außenliegenden
Elektrode jeweils am nächsten
ist. Diese Stelle soll dann ebenfalls von der Anlagelinie beabstandet
sein.
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Es
hat sich nämlich
herausgestellt, dass sich die Stützelemente
und die Bereiche der Decken- oder Bodenplatte elektrostatisch aufladen
können und
die störungsfreie
Ausbildung von Entladungen behindern können. Die Erfinder gehen davon
aus, dass dies für
eine effiziente und geometrisch günstige Ausbildung von Entladungen
von Nachteil ist. Es soll erforderlichenfalls bei der Erfindung
auch die Möglichkeit
für ein "Aufziehen" der Entladungen
entlang eines Teils der Elektrodenstreifenlängen geschaffen werden. Dieses
würde gestört, wenn
die Elektroden (in der erläuterten
Projektion in die Ebene der Elektrodenstreifen) im Bereich der Linienanlage zwischen
den Platten bzw. den Platten und den Stützelementen lägen.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die Stützelemente aus
lichtdurchlässigem
Material, insbesondere aus Glas, bestehen, um möglichst wenig des erzeugten Lichts
zu absorbieren.
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Die
Stützelemente
können,
wie schon in dem zitierten Stand der Technik erwähnt, günstigerweise einstückig als
ein integraler Bestandteil der Bodenplatte oder der Deckenplatte
ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Deckenplatte eine entsprechende
Wellenstruktur aufweisen, deren "Täler" als Stützelemente
auf die Bodenplatte hinunterreichen. Zur Veranschaulichung wird
auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Vorzugsweise
bilden die Stützelemente
dort, wo sie an eine der Platten heranreichen und die linienhafte
Anlage bilden, mit dieser Platte einen Winkel im Bereich von 35° bis 55°, besonders
bevorzugter Weise zwischen 40° und
50°. Solche
Winkel haben sich als günstig
hinsichtlich der Stabilität
der entstehenden Entladungsgefäße, der
Lichtverteilung, der für
die Entladungsstrukturen zur Verfügung stehenden Räume und
der insgesamt entstehenden Lampendicken herausgestellt.
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Die
Bodenplatte oder die Deckenplatte können zwischen den Stützelementen
ganz oder teilweise rundkonkav gewölbt sein, wobei der Begriff "konkav" aus der Perspektive
des Entladungsgefäßinneren
zu sehen ist. Beispielsweise kann die Deckenplatte integrierte Stützelemente
aufweisen, die die Bodenplatte unter einem Winkel von 45° V-förmig berühren und
zwischen diesen V-Strukturen
ganz oder teilweise verrundete Übergänge schaffen.
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Eine
günstige
Plattenstärke
für die
Entladungsgefäßwände, insbesondere
die Deckenplatte und die Bodenplatte liegt im Bereich zwischen einschließlich 0,8
und 1,1 mm, besonders bevorzugter Weise zwischen einschließlich 0,9
und 1,0 mm.
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Die
bisher bereits mehrfach erwähnte
Anlage der Stützelemente
an eine der Platte muss nicht notwendigerweise eine Anlage im Sinne
eines Verzichts auf eine feste Verbindung sein. Die Stützelemente
können
angeklebt oder anderweitig angebracht werden. Bevorzugt ist allerdings
tatsächlich eine
reine Anlage ohne weitere Verklebung oder auch Abdichtung. Diese
ist besonders einfach herzustellen und bringt durch den Verzicht
auf zusätzliche Materialien
keine weiteren Kontaminationen in den Entladungsraum ein.
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Es
wurde bereits erwähnt,
dass die Elektroden vorzugsweise außerhalb des Entladungsgefäßes vorgesehen
sind. Sie können
beispielsweise auf einer Folie an eine der Platte angelegt sein,
insbesondere angeklebt sein. Diese Folie kann eine mit durch Ätztechniken
strukturierte Kupferschicht tragen, durch die die Elektroden gebildet
sind. Außenliegende
Elektroden bieten eine besonders einfache, zuverlässige und
fehlerfreie Realisierung des erforderli chen Dielektrikums zwischen
den Elektroden und dem Entladungsmedium und sind herstelltechnisch
besonders günstig
und auch preiswert.
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Ferner
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Elektroden gruppenweise ansteuerbar
sind, also in ihren Betriebsparametern abweichend voneinander betrieben
oder auch ganz unabhängig
voneinander betrieben werden können.
Die Gruppen können dabei
jeweils eine Mehrzahl Elektrodenpaare umfassen, aber auch aus einem
einzigen Elektrodenpaar bestehen. Vorzugsweise ist die Gruppenaufteilung abgestimmt
auf die Aufteilung der Elektroden auf die Entladungsraumteile zwischen
den Stützelementen. Insbesondere
können
die Gruppen jeweils den Elektroden in einem solchen Entladungsraumteil
entsprechen. Der gruppenweise Betrieb kann beispielsweise für eine zeilen-
oder allgemeiner linienartige Schaltung Verwendung finden, bei denen
bestimmte Gruppen heller oder dunkler als die übrigen Gruppen betrieben werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung richtet sich auf eine Anzeigeeinrichtung
mit einem örtlich
steuerbaren Helligkeitsfilter als Bildschirm und einer wie oben
beschrieben ausgestalteten Entladungslampe zur Hinterleuchtung,
bei der der Elektrodensatz in örtlich
getrennte Gruppen aufgeteilt ist, die getrennt voneinander ansteuerbar
sind, das Helligkeitsfilter linienweise angesteuerte Bildpunkte
aufweist und die Elektrodengruppen zu den Bildpunkten linienparallele
Streifen bilden, wobei die Anzeigeeinrichtung dazu ausgelegt ist,
die Elektrodengruppen synchron mit der Ansteuerung der Bildpunkte
zum Neueinschreiben von Helligkeits-Bildinformationen in die entsprechenden
Zeilen heller zu betreiben als in den übrigen Betriebsphasen.
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Die
Grundidee dieser Ausgestaltung besteht darin, die an sich bekannte
gruppenweise Aufteilung des Elektrodensatzes der Entladungslampe
mit ihrer Anwendung zur Hinterleuchtung eines Bildschirms zu kombinieren
und im Betrieb auf die Ansteuerung der Bildpunkte bestimmter Bildzeilen
des Bildschirms abzustimmen. Mit dieser Ansteuerung der Bildpunkte ist
das Einschreiben der eigentlichen figürlichen Hell-Dunkel-Informationen,
aus denen sich die angezeigten Figuren und Umrisse ergeben, gemeint. Wenn
synchron dazu diejenige(n) Elektrodengruppe(n) heller als die übrigen Elektrodengruppen
betrieben wird/werden, die den entsprechenden Zeilenbereich hinterleuchten,
kann gewissermaßen
ein willkürlich
eingeführtes
Zeilensprungverfahren erzeugt werden. Hierbei erscheinen die Bildschirmzeilen
mit den neuen Bildinformationen heller als die übrigen, wobei der Begriff "heller" auch beinhaltet,
dass die übrigen
Elektrodengruppen dunkel geschaltet sind.
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Der
Vorteil besteht darin, dass in dieser Weise bei sich schnell bewegenden
Bildinformationen, also bei figürlichen
Mustern, die sich auf dem Bildschirm schnell bewegen, im menschlichen
Auge eine schärfere
Bildwahrnehmung erzeugt wird. Typische Bildschirme im Sinne von
Helligkeitsfiltern, also insbesondere Flüssigkristallbildschirme, haben
nämlich eine
begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit und können damit nur mit einer begrenzten
Rate beim Einschreiben der neuen Bildinformationen betrieben werden.
Bei schnellen dargestellten Bewegungen führt dies dazu, dass die sich
bewegende Figur zwischen den einzelnen Wiedereinschreibvorgängen, mit
denen ein neues Bild erzeugt wird, um ein erhebliches Stück weitergewandert
ist. Wenn in der der Bildwiederholrate entsprechenden Zeit bis zum
Neueinschreiben von Bildinformationen die vorherige Darstellung
der Figur quasi nachleuchtet, wird dem Auge gewissermaßen eine
ruckartige Bewegung im Sinne einer Folge von für bestimmte Zeiten andauernden
Stillständen
mit zwischenliegenden Bewegungssprüngen angeboten. Solche Darstellungen nimmt
das menschliche Auge als Bewegung einer unscharfen Figur wahr.
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Wenn
stattdessen beispielsweise ein bewegter Punkt mit der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung
angezeigt wird, bedeutet dies eher ein kurzes Aufleuchten der entsprechenden
Bildinformation, woraufhin diese Bildinformation entweder dunkler oder
ganz dunkel wird, bis derselbe Punkt bei Neueinschreiben von Informationen
an der neuen Stelle wieder kurz (heller) erscheint. Eine solche
Darstellung nimmt das menschliche Auge als Bewegung eines scharf
oder schärfer
umrissenen Punktes wahr, wenn die Bildwieder holrate ausreichend
hoch ist und das Auge somit interpoliert. Diese grundsätzlichen Zusammenhänge sind
als Hintergrund sog. "Scanning
Backlights" an sich
bekannt.
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Mit
dieser Erfindung wird vorgeschlagen, bei Anzeigeeinrichtungen, insbesondere
Flachbildschirmen mit besonders flachen Barrierenlampen zur Hinterleuchtung,
die grundsätzlich
günstigen
Möglichkeiten
solcher Barrierenlampen zur gruppenweisen Verschaltung auszunutzen
und damit mit einer relativ großen
Lampe (oder wenigen relativ großen
Lampen) eine Scanning Backlight-Technik zu realisieren, die auf
eine Vielzahl kleinerer Lampen oder eben auf eine klassische Elektrodenstrahltechnologie
verzichten kann.
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Vorzugsweise
ist zwischen den jeweiligen Hellbetriebsphasen jeweils ein Überlapp
vorgesehen, sind also die Elektrodengruppen, deren Hellbetriebsphasen
zeitlich aufeinander folgen, für
eine bestimmte im Vergleich zur Länge der Hellbetriebsphase kleinere
Zeitspanne gleichzeitig hell geschaltet. Zur Erläuterung wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Ferner
ist bevorzugt, bei einem für
Barrierenentladungslampen ohnehin sehr vorteilhaften und einschlägig vorbekannten
Pulsbetriebsverfahren, bei dem der eigentliche Lampenbetrieb mit
einer Pulsfrequenz in der Größenordnung
zweistelliger Kilohertzwerte oder darüber betrieben wird, den Betrieb
der Elektrodengruppen zu synchronisieren. Wenn nämlich zwischen benachbarte
Elektrodengruppen, die bei den wichtigsten Anwendungen auch zeitlich
aufeinanderfolgend ihre Hellbetriebsphasen durchlaufen, durch den
erwähnten Überlapp
oder aus anderen Gründen
Zustände
auftreten, in denen solche benachbarten Elektrodengruppen gleichzeitig
mit dem Ausgang eines Vorschaltgeräts verbunden sind, könnte es
sonst, bei mangelnder Synchronisierung, zu Durchschlägen, insbesondere
auch zwischen gleichnamigen Elektroden, kommen. Liegt jedoch eine
Synchronisierung vor, sind die Spannungspulse gleichzeitig und ergeben
sich damit keine besonderen Schwierigkeiten. Auch zwischen Elektrodengruppen,
die in einer Hellbetriebsphase sind, und benachbarten Elektrodengruppen,
die dunkler geschaltet sind, hilft die Synchronisierung, weil dann
zumindest die Größe der Relativspannungen
wesentlich geringer ist. Elektrodengruppen, die ganz dunkel geschaltet
sind, müssen
hier keine Probleme verursachen, weil sie versorgungsseitig ausgeschaltet
und damit galvanisch entkoppelt oder hochohmig geschaltet werden
können.
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Die
Möglichkeit,
die nicht in der Hellbetriebsphase befindlichen Elektrodengruppen
ganz dunkel zu lassen und damit praktisch auszuschalten, bildet einen
besonderen Vorteil der Erfindung. Tatsächlich sind beispielsweise
mit quecksilberhaltigen Plasmen betriebene Entladungslampen kaum
in einem mit dauernd aufeinanderfolgenden Neustartvorgängen verbundenen
Betrieb verwendbar.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die Aufteilung in
getrennt betreibbare Gruppen noch weitertreiben zu hier als Elektrodenuntergruppen
bezeichneten Einheiten. Diese sollen Farbstoffen mit unterschiedlicher
Farbe zugeordnet werden, vorzugsweise drei oder mehr, so dass bei
der jeweiligen pulsartigen Hinterleuchtung eines Bildschirmbereichs
mit gerade neu mit Bildinformationen beschriebenen Bildpunkten eine
sequentielle Folge von verschiedenfarbigen Hinterleuchtungspulsen
entsteht. Damit kann eine Farbdarstellung ohne Verwendung der eigentlich
konventioneller Weise üblichen
und verlustreichen Farbfilter und ohne Verlust der Ortsauflösung des
Helligkeitsfilters, insbesondere Flüssigkristallbildschirms, erfolgen.
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Ferner
kann auch eine Abstimmung auf Bildinhalte, d. h. deren Helligkeitswerte
in bestimmten Teilen des Bildes, erfolgen. So können beispielsweise bei einem
Bild mit einem hellen Himmel über
einem dunklen unteren Bildbereich die Elektrodengruppen im oberen
Bereich mit größerer Leistung
als im unteren Bereich betrieben werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit verschiedenen
Varianten näher
erläutert.
Die dabei offenbarten Merkmale können
auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematisierte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Barrierenentladungslampe
mit einer rechts daneben dargestellten Schnittansicht eines Teils
der Entladungslampe.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung der Entladungslampe
aus 1.
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3 zeigt
oben rechts eine Draufsicht auf eine beispielhafte Elektrodenstruktur
für eine
erfindungsgemäße Entladungslampe
mit weiteren Detaildarstellungen.
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4 zeigt
eine Variante der in 3 dargestellten Draufsicht auf
eine beispielhafte Elektrodenstruktur für eine erfindungsgemäße Entladungslampe
mit weiteren Detaildarstellungen.
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5 zeigt
schematisierte Zeitverlaufsdiagramme für den gruppenweise geschalteten
Betrieb einer erfindungsgemäßen Entladungslampe
mit einer Elektrodenstruktur gemäß 3.
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Bevorzugte Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
in Draufsicht ein Entladungsgefäß einer
erfindungsgemäßen Barrierenentladungslampe 1.
Rechts daneben ist als Schnittdarstellung C-C ein Querschnitt durch
eine Deckenplatte des Entladungsgefäßes dargestellt. 2 zeigt
in derselben Blickrichtung und Schnittebene einen Ausschnitt aus
dem Entladungsgefäß, jedoch
mit der Bodenplatte und der Elektrodenstruktur gemeinsam. Man erkennt,
dass das Flachstrahlerentladungsgefäß im Wesentlichen aus einer
rippenartig aufgebauten Deckenplatte 2 und einer im Wesentlichen
flachen Bodenplatte 3 aufgebaut ist, wobei die Deckenplatte 2 unter
45° relativ
zur Bodenplatte 3 V-förmige
Rippen als Stützelemente
aufweist, die an der Stelle ihrer linienhaften Anlage auf der Bodenplatte 3 mit 4 beziffert
sind. Zwischen diesen rippenartigen Stützelementen 4 verläuft die Deckenplatte 2 rundkonkav, wölbt sich
also annähernd
kreisförmig über dem
Entladungsraum.
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Unter
der Bodenplatte 3 ist eine Elektrodenfolie 5 mit
darin vorgesehenen Kupferelektroden 6 vorgesehen, so dass
die Bodenplatte 3 als dielektrische Barriere zwischen den
Elektroden 6 und dem Entladungsraum wirkt. Die Elektrodenfolie
ist eine PEN- oder PET-Trägermaterial
mit einer Dicke von 50-100 μm und einer
aufgeklebten Kupferschicht von etwa 15-45 μm, die durch ein Ätzverfahren
strukturiert wird. Auch die Folie ist mit einem Acrylkleber von 50-100 μm auf die
Bodenplatte aufgeklebt. In 2 ist ferner
eine bogenförmige
Einzelentladung 7 zwischen den beiden dort gezeigten Elektroden 6 angedeutet.
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Der
hier verwendete Stützelementabstand zwischen
den linienartigen Auflageflächen 4 beträgt 22,9
mm. Die Deckenplatte 2 und die Bodenplatte 3 haben
jeweils eine Stärke
von 0,9 mm bei einer Länge
von 322 mm und einer Breite von 246 mm und einer Gesamtdicke der
Entladungslampe 1 von 6,7 mm. Es handelt sich um eine 16,2''-Lampe. Die Bodenplatte 3 ist
auf ihrer Oberseite mit einer nicht eingezeichneten Reflektorschicht
aus Al2O3 zur Reflexion
des sichtbaren Lichts beschichtet, auf der, wie auch auf der Unterseite
der Deckenplatte 2, eine ebenfalls nicht eingezeichnete
Leuchtstoffschicht liegt. Die Stützelemente 4 liegen
auf dem in dieser Weise beschichteten Boden des Entladungsgefäßes lediglich
auf, und eine gasdichte Verbindung mittels Glaslot ist lediglich
am äußeren Lampenrand
vorgesehen. Die Füllung
besteht aus 110 mbar Xe und 250 mbar Ne Kaltfülldruck.
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3 und 4 zeigen
beispielhafte Elektrodenstrukturen für Entladungslampen dieses Typs. Oben
rechts sind jeweils Draufsichten auf die Gesamtelektrodenstruktur
eingezeichnet, während
die übrigen
Darstellungen die mit den Buchstaben A-E bezifferten Details aus
den Elektrodenstrukturen darstellen.
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Dabei
sind die Kathoden jeweils mit 6a und die Anoden mit 6b bezeichnet,
wobei die Kathoden 6a die aus dem Stand der Technik bereits
bekannten nasenartigen Vorsprünge
zur Festlegung von Einzelentladungsstrukturen tragen. Diese Vorsprünge liegen
ersichtlich an den Rändern
der Streifen etwas dichter, um einer Randabdunkelung entgegenzuwirken.
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Man
erkennt in 3, dass dort die Elektrodenstreifen 6a und 6b,
von den als Stromzuführung dienenden
Randbereichen abgesehen, gerade und parallel durchlaufend gestaltet
sind und jeweils Paare bilden. In 4 sind die
Elektrodenstreifen leicht gewellt, und zwar auch die Anodenstreifen 6b,
wenngleich diese keine der bereits erwähnten Nasen tragen.
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Die
Variante in 4 entspricht dem Format der
Entladungslampe 1 aus 1, während die
Variante aus 3 größer ist, nämlich einer 32''-Lampe mit
einer Länge
von 722 mm und einer Breite von 422 mm bei einer Gesamtdicke von
6,7 mm entspricht. Aus Stabilitätsgründen ist
hier die Deckenplatte 1,0 mm stark. Der Rippenabstand bleibt identisch.
Auch liegen in beiden Fällen
die gleichen Elektrodenabstände
von 13,7 mm vor, wobei diese mittlere Elektrodenabstände sind.
Die Elektrodenbreiten betragen jeweils 1,45 mm.
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Weiterhin
ist die Elektrodenstruktur aus 3 in insgesamt
sechs Anodengruppen und sechs Kathodengruppen aufgeteilt, wobei
sich dadurch insgesamt sechs parallele und von oben nach unten folgende
Elektrodengruppen ergeben, die getrennt betreibbar sind und damit
schaltbaren Leuchtstreifen entsprechen. Eine entsprechende Aufteilung
in Elektrodengruppen ist bei der Variante in 4 nicht
eingezeichnet, wäre
aber, wie man leicht erkennt, ohne weiteres realisierbar.
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Mit
Lampen dieses Typs wurden bei Systemleistungen (einschl. Vorschaltgerät) von beispielsweise
80 W bei der 16,2''-Lampe und 193 W
bei der 32''-Lampe Leuchtdichten von 13500 cd/m2 bzw. 7000 cd/m2 erzielt,
was Effizienzen von 11,7 cd/W bzw. 10,2 cd/W entspricht. Die Farbörter lagen
bei x = 0,312 und y = 0,327 bzw. x = 0,297 und y = 0,293, wobei
ein Dreibandenleuchtstoff mit der Blaukomponente BaMgAl10O17: Eu2+, der Grünkomponente LaPO4:(Tb3+, Ce3+) und der Rotkomponente (Y,Gd)BO3: Eu3+ Verwendung
fand.
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Dazu
wurde jeweils ein zweistufiges elektronisches Vorschaltgerät mit einer
ersten Hochsetzstellerstufe und einer Zwischenkreisspannung zwischen 80
und 100 V sowie einer zweiten unipolaren Leistungsstufe nach dem
Sperrwandlerprinzip zur Pulsversorgung verwendet.
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Natürlich sind
auch andere Stützstellenabstände zwischen
15 und 40 mm und auch darüber und
andere Elektrodenabstände
bis in den Bereich von 30 mm und darüber möglich.
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Die
Effizienzsteigerung gegenüber
vergleichbaren Lampen mit einem Entladungsabstand von etwa 4,5 mm
lag in der Größenordnung
von bis zu 40 %. Eine weitere Vergrößerung auf einen Entladungsabstand
von 15,7 mm ergab sogar bis zu 50 % und mehr Effizienzsteigerung.
Grundsätzlich
müssen dabei
die Stützstellenabstände angepasst
werden. Insbesondere sollte der Abstand der Elektroden zu den benachbarten "Rippen", also den Anlagelinien gemäß Bezugszeichen 4 in 2 mindestens
bei den Anoden, vorzugsweise bei allen Elektroden 1 mm, besser 2
mm und noch besser 3 mm und mehr betragen.
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Abweichende
mögliche
Füllungszusammensetzungen
sind beispielsweise 130 mbar Xe und 230 mbar Ne oder 90 mbar Xe
und 270 mbar Ne.
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Neben
dem Effizienzgewinn hat die Entladungsgefäßbauform den Vorteil, dass
die Oberflächenkontakte
der Entladungen mit der Deckenplatte 2 reduziert werden
im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten noppenartigen
Stützelementen.
Dies macht sich in einem Effizienzgewinn und in höherer Brennstabilität bemerkbar.
Die gerippten Deckenplatten 2 sind einfacher und kostengünstiger herzustellen,
verursachen geringere Werkzeugkos ten und vereinfachen den Beschichtungsprozess
für die
Leuchtstoffbeschichtung der Deckenplatte 2.
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Der
eigentlich durch die eindimensional gerippte Form zu befürchtende
Stabilitätsverlust
hält sich
trotz der relativ geringen Plattenstärken in Grenzen. Mit den angegebenen
Daten wurden keine besonderen Schwierigkeiten beobachtet.
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Neben
der getrennten Betreibbarkeit und der klaren Zuordnung zu den durch
die rippenartigen Stützelemente 4 getrennten
Entladungsraumteile hat die paarweise Elektrodenstruktur auch den
Vorteil, dass jeder einzelne Elektrodenstreifen nur Entladungen
zu jeweils einer Seite "trägt". Die Entladungen behindern
sich damit gegenseitig weniger, können entlang der Streifenrichtung
dichter gepackt werden und sich insbesondere bei deutlich erhöhten Leistungen
auch besser entlang der Streifenlänge "aufziehen". Dies geht, trotz der Nasenvorsprünge, soweit, dass
sich entlang der gesamten Streifenlänge erstreckende Entladungsstrukturen
möglich
sind. Die Nasen definieren damit nur die Ansatzplätze der
Einzelentladungen bei relativ geringen Leistungen und erleichtern
den Zündvorgang.
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5 zeigt
ein durch die gruppenweise aufgeteilte Elektrodenstruktur gemäß 3 und
auch eine entsprechend gruppenweise aufgeteilte Variante der Elektrodenstruktur
aus 4 ermöglichtes
Betriebsverfahren anhand schematischer Zeitverlaufsdiagramme. Zunächst ist
im unteren Bereich der 5 veranschaulicht, dass die
von der Elektrodenstruktur gemäß 3 eingenommene
Rechteckfläche
gemäß den bei
der Beschreibung der 3 bereits erfolgten Erläuterungen
sechs getrennt betreibbaren Leuchtstreifen S1-S6 entspricht. Der
obere Bereich der 5 zeigt eine stark schematisierte
Darstellung des zeitlichen Intensitätsverlaufs für diese sechs
Streifen während
einer Periode T. Dabei stehen die Bezeichnungen I1-I6 an der vertikalen Achse für die von
den einzelnen Gruppen abgestrahlte Intensität, während die horizontale Achse
die Zeit darstellt.
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Man
erkennt, dass am Anfang der Periode T für eine Pulsdauer von t in der
Gruppe bzw. dem Leuchtstreifen S1 eine deutlich erhöhte Intensität erzeugt
wird, während
die Gruppe S1 während
der übrigen
Zeit nur eine etwa 30 % davon betragende Intensität erzeugt.
Entsprechende Hellbetriebsphasen der Dauer t gibt es bei allen weiteren
Gruppen S2-S6, und zwar jeweils zeitlich so versetzt, dass sich
zwischen den Gruppen ein zeitlicher Überlapp der Hellbetriebsphasen
von t/3 ergibt und die Hellbetriebsphase der Gruppe S6 um t/3 nach
dem Ende der Periodendauer T, also wiederum mit der nächsten Hellbetriebsphase
der Gruppe S1 überlappend,
ergibt.
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Damit
laufen über
den Bildschirm von oben nach unten sequentiell Leuchtstreifen durch,
die sich bei diesem Beispiel jeweils um ein Drittel ihrer Leuchtdauer
t überlappen,
wobei die gerade nicht von dem Hellstreifen erfassten übrigen Bereiche
mit einer geringeren Intensität
betrieben werden.
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Beispielsweise
könnten
die Periode T 20 ms betragen, während
die einzelne Hellbetriebsphasendauer t etwa 5 ms beträgt. Bei
einer Variante könnte der Überlapp
entfallen, wobei dann t 3,3 ms betragen würde. Bei einer weiteren Variante,
für die
sich die Barrierenentladungslampen ganz besonders eignet, könnte die
Intensität
außerhalb
der Hellbetriebsphasen bei 0 liegen, würden also die gerade nicht
in der Hellbetriebsphase befindlichen Elektrodengruppen ganz ausgeschaltet.