DE1932173A1

DE1932173A1 - Quecksilber-Lichtbogenlampe

Info

Publication number: DE1932173A1
Application number: DE19691932173
Authority: DE
Inventors: Jiro Degawa; Osamu Takeuchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1968-06-29
Filing date: 1969-06-25
Publication date: 1970-08-20
Also published as: NL163670C; GB1270709A; NL6908937A; JPS4810585B1; US3593056A; US3727525A; FR2011793A1; NL163670B

Description

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Sony Corporation, Tokio / Japan

Quecksilber-Lichtbogenlampe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Quecksilber-Lichtbogenlampe, insbesondere eine Quecksilber-Lichtbogenlampe, die eine feine, lineare Strahlung liefert, jedoch einen hohen Helligkeitsgrad besitzt.

Bei Farbbildröhren des Öffnungsgittertyps ist ein Gitter, das aus einer Vielzahl paralleler Gitterelemente, wie Metalldrähte oder -streifen besteht, die in einer Richtung in vorgegebenen Abständen gespannt sind, gegenüber dem Farbphosphorschirm angeordnet. Ein durch die Gitterelemente auf den Phosphorschirm gerichteter Elektronenstrahl trifft an einer einer bestimmten Farbe entsprechenden, vorgegebenen Stelle auf den Schirm.

Der Phosphorschirm der Farbbildröhre einer solchen Ausführung besteht aus einer Anzahl von Phosphorstreifen, die Hot-, Grün- und Blaulicht aussenden und aufeinanderfolgend in einer sich wiederholenden zyklischen Reihenfolge in einer Richtung angeordnet sind, die ihre Längsrichtung unter rechten Winkeln kreuzt.

Zur Herstellung eines Phosphorschirmes, der aus diesen Phosphorstreifen besteht, wird im allgemeinen ein optisches Verfahren bevorzugt. Beispielsweise ist eine Gitteranordnung auf einer Stirnplatte angebracht, die ah ih-

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rer ganzen Innenfläche mit einem Phosphors chi amm tiberzogen ist, der aus Phosphor, das eine bestimmte Farbe emittiert, und einem lichtempfindlichen Material zusammengesetzt ist. Die mit diesem Überzug versehene Innenfläche' wird von einer Lichtquelle her belichtet, so daß der Phosphorschlamm nur in den belichteten Bereichen zurückbleibt. In diesem Falle ist die Lichtquelle eine Quecksilber-Lichtbogenlampe, wobei eine optische Linse da- k zu dient, eine feine, linienförmige Lichtstrahlung zu erzielen. Bei der Verringerung des Röhrendurchmessers der Cuecksilber-Lichtbogenlampe treten nämlich Schwierigkeiten auf} das von einer üblichen Quecksilber-Lichtbogenlaiape ausgesandte Licht ist somit verhältnismäßig breit gefächert, so daß die Quecksilber-Lichtbogenlampe nicht als linienförmige Lichtquelle angesehen werden kann. Die Herstellung des optischen Linsensystems ist jedoch schwierig; außerdem bringt dieses Linsensystem einen erheblichen Zeitverlust mit sich.

Im allgemeinen ,kann bei einer Quecksilber-Lichtbogenlampe der Leuchtteil dadurch extrem fein gemacht werden, daß der Durchmesser des zwischen den Elektroden erzeugten Plasmas verringert wird. Dies kann durch Verkleinerung des Höhrendurchmessers erreicht werden, was jedoch zur Ehtglasung des Röhrenmantels durch die Strahlungswärme und damit zur Verkürzung der Lebensdauer der Lampe führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Quecksilber-Lichtbogenlampe zu entwickeln, die bei hoher Leuchtstärke eine feine, lineare Strahlung liefert. Die erfindungsgemäße Lampe soll dabei so ausgestaltet sein, daß keine Entglasung des Röhrenmantels auftritt, so daß eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

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Die Erfindung geht aus von einer Quecksilber-Lichtbogenlampe mit einer aus Quarzglas hergestellten Röhre, zwei an beiden Röhrenenden dicht eingesetzten Elektroden, ferner mit an beiden Enden in die Röhre eingefülltem Quecksilber sowie alt einem in der Lampe eingeschlossenen Edelgas.

Bei einer solchen Lampe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß in der Röhre in der Nahe der Spitzen der Elektroden kugelförmige Ausnehmungen vorgesehen sind.

Eine solche Quecksilber-Lichtbogenlampe ist besonders als linienförmige Lichtquelle bei der Herstellung des Phosphorschiaraes-von Farbbildröhren geeignet«

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig.1 eine Schenadarsteilung zu,r Erläuterung der Herstellung eines Farbphosphorschirmes;

Fig.2 einen Schnitt durch eine bekannte Quecksilber-Lichtbogenlampe;

Fig.3. einen vergrößerten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lampe;

Fig.4 bis 6 Diagramme zur Erläuterung des Entglasungsgrades des Röhrenmantels.

In Figur 1 ist ein Beiichtungsapparat veranschaulicht, der eine Übliche Quecksilber-Lichtbogenlampe als Lichtquelle zur Herstellung eines Farbphosphorschirmes benutzt, was nachstehend kurz erläutert wird. Ein Phosphorschlamm 2, der beispielsweise aus einem Rotfarbe emittierenden Phos-

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phor und einem lichtempfindlichen Bindemittel zusammengemischt ist, wird auf die ganze Innenseite des Fenster 1 einer Farbbildröhre aufgetragen, auf dem ein Farbphosphorschirm erzeugt werden soll. Gegenüber dem Fenster 1 wird eine optische Maske 3 angeordnet, deren optisches Muster dem Muster der oben erwähnten roten Phosphorstreifen des schließlich erzeugten Farbphosphorschirmes entspricht. Hinter der optischen Maske 3 wir.d eine' Lichtquelle 4 angeordnet.

Dann wird der auf die Innenfläche des Fensters 1 aufgebrachte Phosphorschlamm 2 durch die optische Maske 3 von der Lichtquelle 4- her belichtet. Es bildet sich infolgedessen in dem Schlamm ein latentes Bild des optischen Musters der Maske 3. Danach wird die Innenseite des Fensters 1 einem EntwicklungsVorgang unterworfen, so daß rotfarbige Phosphorstreifen eines vorgegebenen Musters entstehen. Diese Vorgänge werden entsprechend mit Phosphor anderer Farben wiederholt, beispielsweise mit Grün- und Blaufarbe emittierenden Phosphorarten, bis an dem Fenster 1 ein vollständiger Phosphorbildschirm erzeugt ist.

In diesem Falle ist die Lichtquelle 4 üblicherweise eine Quecksilber-Lichtbogenlampe. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 4 eine lineare Lichtquelle, die sich in Längsrichtung der schließlich gebildeten Phosphorstreifen erstreckt j auf diese Weise wird eine gleichförmige Belichtung der Phosphorstreifen über ihre ganze Länge gewährleistet. Es wurden bisher jedoch noch keine Quecksilber-Lichtbogenlampen entwickelt, deren Helligkeit als lineare Lichtquelle ausreichend ist. Üblicherweise wird daher vor der Lichtquelle 4 ein optisches System zur Erzeugung von linearem Licht angeordnet. Dieses optische System, nämlich ein Linsensystem zur Erzeugung von linearem Licht, ist jedoch schwierig herzustellen; seine Anwesenheit bedingt ferner einen erheblichen Verlust an von der Lichtquelle emittiertem Licht, QD9ß ^ / / 1 ι Q C

Figur 2 zeigt schematisch eine bekannte Quecksilber-Lichtbogenlampe. Zwei Elektroden 7A und 7B ragen teilweise an beiden Enden in eine aus Quarzglas hergestellte !öhre 6 in axialer Richtung hinein. In Ausnehmungen 8A,8B an beiden Enden der Röhre 6 befindet sich Quecksilber 9. In der Röhre 6 ist ein Edelgas, wie Argon, Xenon oder dergl. eingeschlossen. In diesem Falle ist der Innendurchmesser der Röhre 6 an den inneren Enden TOA,TOB der Quecksilberausnehmungen 8A,8B klein, so daß das Quecksilber 9 nicht aus den Ausnehmungen 8A,8B herausfließen kannf zwischen den Ausnehmungen 8A,8B ist ein im wesentlichen gleichbleibender Innendurchmesser der Röhre 6 vorhanden.

Um den leuchtenden Teil der Quecksilber-Lichtbogenlam pe linear zu gestalten, ist der Durchmesser des zwischen den Elektroden 7A und 7B erzeugten Plasma klein gehalten, was durch Verringerung des Durchmessers der Röhre 6 erreicht werden kann. Dies bringt jedoch die Möglichkeit der Entglasung der Röhre 6 mit sich, was zu einem Verlust an Lichtmenge sowie zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Quecksilber-Lichtbogenlampe führt.

Die Entglasung der Röhre 6 wird durch Kristallisation des Quarzglases oder durch thermische Zersetzung des Siliziumdioxyds in Silizium und Sauerstoff verursacht. Die Kristallisation des Quarzglases tritt beim Erhitzen oder Abkühlen wahrscheinlich bei einer Temperatur in der Nähe des Umschlagpunktes des Quarzglases auf; wenn die Entglasung der Röhre 6 einmal begonnen hat, so schreitet sie rasch voran. In einigen Fällen führt dies zu einer Wärmeverformung in der Glasrohre und zu einer Verringerung in der Druckfestigkeit gegenüber auf die Röhre wirkenden Druckbeanspruchungen, was eine Explosion der Röhre zur Folge hat. Wenn der Innendurchmesser der Röhre 6 wie oben

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erwähnt klein gehalten ist, so liegen die Innenwand der Röhre 6 und die Elektroden 7A,7B nahe beieinander. In diesem Falle treffen die von den Elektroden ausgehenden negativen Ionen mit großer Energie auf die Innenwand der Röhre; die Elektroden werden auf weit über 1000° erhitzt, so daß"die Innenwand der Röhre in der Hähe der Elektroden lokal erhitzt wird. Dies bringt die Gefahr der erläuterten Entglasung und damit der Verkürzung der Lebensdauer der Queeksilber-Lichtbogenlampe mit sich. Da das Quarzglas bei Erhitzung auf eine hohe Temperatur eine gewisse Leitfähigkeit besitzt, ergibt sich bei einer Erhitzung der Wand der Glasröhre eine kriechende Entladung, was einen Energieverlust mit sich bringt. Diese kriechende Entladung ist auf die positive Elektrode zu gerichtet; wird die Quecksilber-Lichtbogenlampe jedoch durch einen Wechselstrom gespeist, so kehrt der Strom seine Polarität um; demgemäß ist die kriechende Entladung zur Mitte zwischen den Elektroden der Röhre 6 hin gerichtet. Bei einer Wechsel Stromentladung ergibt sich eine intensive Kriechentladung; die Energieverluste sind hier mehrere 100-mal so groß wie bei einer öleichstromentladung. Wenn ferner eise Kriechentladung einmal aufgetreten ist, so absorbiert sie vom Plasma erzeugte Wärme und begünstigt damit die Entglasung der Röhre. Die Folge ist ein Anstieg des lokalen Gasdruckes in der Röhre und eine Verringerung der Leuchtfähigkeit der Lampe; ferner besteht die Gefahr einer Explosion der Röhre.

Figur 3 zeigt demgegenüber die erfindungsgemäße Quecksilber-Lichtbogenlampe. Eine im wesentlichen zylindrische Röhre 11 ist aus Quarzglas hergestellt; an beiden Enden der Röhre ragen in axialer Richtung stabartige Elektroden 12A und 12B teilweise hinein.

Erfindungsgemäß werden die Elektroden 12A,12B an ih-Q09834M185

ren Enden 12a,12b beispielsweise konisch verjüngt. Die Elektroden 12A,T2B können beispielsweise aus ejLnem Wolframdraht hergestellt werden. Ihre Durchmesser an der Basis und der Spitze können mit etwa 0,5 bzw. 0,3 mm gewählt weiden. Der Abstand zwischen den Elektroden 12A und 12B kann etwa 15 mm betragen.

Erfindungsgemäß wird der Innendurchmesser der Röhre 11 im Bereich zwischen 0,5 und 1,4 mm gewählt, also wesentlich kleiner gehalten als bei den üblichen Quecksilber-Lichtbogenlampen. In der Innenwand der Röhre 11 sind in den Bereichen, die die Enden .12a, 12b der Elektroden umgeben, etwa kugelförmige Hohlräume 14A,14B ausgebildet. Der Durchmesser jedes dieser Hohlräume HA,14B ist so gewählt, daß der Abstand zwischen der Innenwand des Hohlraumes und der Spitze der Elektrode größer als der Durchmesser der Röhre und etwa viermal so groß wie der Durchmesser der Elektrodenspitze ist, beispielsweise also 2 bis 2,5 mm.

Quecksilber 15 wird in die engen Teile der Röhre 11 an der Außenseite der Hohlräume 14A,14B gefüllt; diese Teile bestehen aus Quarzglas, Gradientdichtungsglas 16 und Wolframglas 17.

Die Figuren 4 bis 6 enthalten Diagramme zur Veranschaulichung des Entglasungsgrades der Röhre für den Fall, daß der äußere und innere Durchmesser der Röhre 4 mm bzw. 1 mm beträgt, der Abstand zwischen den beiden Elektroden 12A und 12B gleich 15 mm ist und die Durchmesser der Elektroden 12A und 12B an der Basis und an der Spitze 0,5 bzw. 0,3 mm betragen. Der hier genannte Entglasungsgrad ist ein Entglasungsgrad auf der Basis "10", was bedeutet, daß die Röhre in solchem Maße undurchsichtig ist, daß die Elektrode in jedem Hohlraum von der Außenseite der Röhre nicht gesehen werden kann.

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Figur 4 zeigt den Entglasungsgrad der Röhre an den Hohlräumen HA,14B relativ zur Leuchtzeit der Quecksilber-Lichtbogenlampe, wobei der Druck P der zugeführten Kühlluft 1,5 kg/cm beträgt und der Durchmesser d der Hohlräume 14A.14B als Parameter dienen. Die Figuren 5 bzw. 6 zeigen den Entglasungsgrad an den Hohlräumen 14A_f 14B relativ zu ihrem Durchmesser d bzw. (Figur 6) dem Entglasungsgrad im leuchtenden Teil zwischen den Hohlräumen 14A,14B der Röhre 11; der Druck P der Kühlluft ist hier als Parameter benutzt.

Wie aus den Diagrammen hervorgeht, verringert sich der Entglasungsgrad bei einer Vergrößerung des Abstandes zwischen jeder Elektrode und der Innenwand der Röhre; bei d = 2.5 oder noch größeren Werten ergibt sich Jedoch eine Sättigung hinsichtlich der Verbesserung des Entglasungsgrades. Eine Vergrößerung im Durchmesser der Hohlräume bewirkt eine Vergrößerung des auf die Hohlräume ausgeübten Druckes und verringert damit die mechanische Festigkeit der Röhre. Wenn d gleich oder kleiner als 2 ist, besteht ein großer Entglasungsgrad. Es ist daher zweckmässig, daß der Durchmesser der Hohlräume 14A,14B zwischen etwa 2 und 2.5 mm liegt.

Der Grund dafür, warum der Durchmesser der Röhre 11 mit Ausnahme der Hohlräume 14A,HB zwischen 0.5 und 1.4 mm gewählt wird, liegt darin, daß die Herstellung einer Röhre mit einem kleineren Durchmesser als 0.5 mm aus Produktivitätsgründen unzweckmäßig ist, während andererseits ein Röhrendurchmesser über 1.4 mm den Durchmesser des Plasmas unvermeidlich so stark vergrößert, daß die Lampe nicht als eine linienförmige Lichtquelle geeignet ist; außerdem übersteigt dann das Gewicht des Quecksilbers 15 die wirkung der Oberflächenspannung, so daß das Quecksilber aus den ^ Löchern herausfließt, wenn die Lampe sich in vertikaler /

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Lage befindet. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist der Durchmesser der Röhre 11 klein gewählt, so daß eine lineare strahlung erzeugt wird. Die Benutzung einer solchen Quecksilber-Lichtbogenlampe als Lichtquelle für das optische Drucken des Farbphosphorschirmes (vgl. Figur 1) macht somit die Benutzung des optischen Systemes 5 entbehrlich. Es wurde festgestellt, daß die verwendung der erfindungsgemäßen Quecksilber-Lichtbogenlampe die Helligkeit gegenüber der üblichen Anordnung mit dem optischen System 5 um den 5- bis 20fachen Wert vergrößert.

Infolge des kleinen Durchmessers der erfindungsgemässen Röhre ergibt sich eine verringerte Gesamtfläche der Röhrenwand und damit eine verkleinerte Druckbeanspruohung der Röhre,- die auf diese Weise Druckbeanspruchungen besser gewachsen ist, Infolgedessen kann der Quecksilberdampfdruck vergrößert und damit die Leuchtfähigkeit der Lampe verbessert werden»

Da die Elektroden von der Innenwand der Röhre wegen der die Elektroden umgebenden Hohlräume 14A>HB einen verhältnismäßig großen Abstand aufweisen, kann die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens negativer Ionen, die von den Elektroden 12A,12B ausgehen, auf die innere Wand der Röhre verringert werden; damit läßt sich auch die Enei>gie eines auf die Röhrenwand auftreffenden Ions reduzieren.

Da durch den Abstand der Elektrode von der Innenwand der Röhre genügend Raum um jede Elektrode vorhanden ist, bildet sich in diesem Raum die sogenannte thermische Schicht« Dadurch wird die Wärmeübertragung von der Elektrode sur Röhranwand wirksam vermieden; hierdurch wird der 'Eßtglasurtg der Röhr® wirkungsvoll begegnet; sa werden die aus äer-Verringerung des Röhrendurchmessers bsi den "be-

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kannten Ausführungen resultierenden Nachteile vermieden und die Lebensdauer der Lampe verlängert.

Da die Spitzen 12a,12b der Elektroden 12A,12B zur , Verringerung ihres Querschnittes verjüngt sind, kann die Wärmeübertragung von den erhitzten Elektroden verkleinert und damit die wärmestrahlung niedrig gehalten werden. Die Elektroden können infolgedessen auf hoher Temperatur gehalten werden, und es kann eine elektrische Ladung auf den Elektroden konzentriert werden, wodurch eine wirksame Entladung zwischen den Elektroden gewährleistet ist.

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Claims

Pat en tansp rüc he

Quecksilber-Lichtbogenlampe mit einer aus Quarzglas hergestellten Röhre, zwei an beiden Röhrenenden dicht eingesetzten Elektroden, ferner mit an beiden Enden in die Röhre eingefülltem Quecksilber sowie mit einem in der Lampe eingeschlossenen Edelgas,, dadurch gekennzeichnet , daß in der Röhre (1) in der Hähe der Spitzen (12a,12b) der Elektroden (12A, 12B) kugelförmige Ausnehmungen (HA, HB) vorgesehen sind.
2.) Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (12a,12b) der Elektroden (12A,12B) verjüngt sind.
3.) Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas Argon oder Xenon vorgesehen ist.
4·) Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (11) einen Innendurchmesser zwischen 0,5 und 1,4 mm aufweist.
5.) Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Ausnehmungen (HA₁HB) um die Spit zen (12a,12b) der Elektroden (12A,12B) herum ausgeformt sind.
6.) Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes der kugelförmigen Ausnehmungen (HA, HB) etwa viermal so groß wie der Durchmesser der Spitze (12a,12b) jeder Elektrode (12A,12B) ist.

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