DE19826809A1

DE19826809A1 - Dielektrische Schicht für Entladungslampen und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE19826809A1
Application number: DE19826809A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Mueller; Franz Zwaschka; Frank Vollkommer
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 1999-12-23
Also published as: KR20010052903A; CA2335332C; CA2335332A1; JP2002518812A; WO1999066538A1; EP1088336A1; HUP0102379A2; US6693377B1; HUP0102379A3

Abstract

Ein Verfahren zum drucktechnischen Aufbringen dielektrischer Schichten aus Glaslot auf die streifenförmigen Metallelektroden von Entladungslampen, die mittels dielektrisch behinderter Entladung gepulst betrieben werden, verwendet für die Druckpaste einen Zuschlagstoff mit höherer Schmelztemperatur als das Glaslot, z. B. kristallines oder amorphes Aluminiumoxid oder Quarzglaspulver. Der typische Gewichtsanteil des Zuschlagstoffes liegt im Bereich zwischen 2 und 30%. Auf diese Weise wird eine bessere Benetzung der streifenförmigen Metallelektroden erreicht.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft dielektrische Schichten für mittels dielektrisch be hinderter Entladung betriebene Entladungslampen, ein Verfahren zum Herstellen derartiger Schichten sowie eine Entladungslampe mit mindestens einer dieser dielek trischen Schichten.

Bei Lampen dieses Typs sind entweder die Elektroden einer Polarität oder alle Elek troden, d. h. beiderlei Polarität, mittels einer dielektrischen Schicht von der Entla dung getrennt ("einseitig bzw. zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung"). Der artige Elektroden werden im folgenden auch verkürzend als "dielektrische Elektro den" bezeichnet. Eine derartige dielektrische Schicht wird auch als dielektrische "Barriere" oder "Sperrschicht" und die mit einer derartigen Anordnung erzeugte Entladung wird auch als "Barrierenentladung" (Dielectric Barrier Discharge, z. B. EP- A-0 324 953, Seite 4) bezeichnet.

Dielektrische Elektroden werden zum einen dadurch realisiert, daß die Elektroden außerhalb des Entladungsgefäßes, z. B. auf der Außenwandung, beispielsweise in Form zueinander paralleler, dünner metallischer Streifen mit wechselnder Polarität, angeordnet sind. Entladungslampen dieses Typs sind beispielsweise aus der WO 94/23442 (Fig. 5a, 5b) und der WO 97/04625 (Fig. 1a, 1b) bekannt.

Zum Schutz vor Berührung bzw. äußeren Einflüssen sowie um Gleitentladungen zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität zu vermeiden, können die Elek trodenstreifen vorteilhaft mit einer dünnen dielektrischen Schicht, beispielsweise mit einer Glasschicht, abgedeckt sein.

Zum anderen werden dielektrische Elektroden durch innerhalb des Entladungsgefä ßes angeordnete und vollständig von einer dielektrischen Schicht bedeckte Elektroden realisiert. Bei sogenannten Flachstrahlern sind die dielektrischen Elektroden typi scherweise in Form dünner metallischer Streifen realisiert, die auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes angeordnet und zudem entweder einzeln - mittels dünner dielektrischer Streifen - oder gemeinsam - mittels einer einzigen zusammenhängenden dielektrischen Schicht - gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes vollständig abgedeckt sind. Entladungslampen dieses Typs sind beispielsweise aus der EP 0 363 832 (Fig. 3) und der deutschen Patentanmeldung P 197 11 892.5 (Fig. 3a, 3b) bekannt.

Der Einfachheit halber werden im folgenden die Bezeichnungen "dielektrische Sperr schichten bzw. dielektrische Schutzschichten" unter dem Begriff "dielektrische Schich ten" zusammengefaßt.

Unter der Bezeichnung "Entladungslampe" sind hier und im folgenden Strahlungs quellen gemeint, die Licht emittieren, d. h. sichtbare elektromagnetische Strahlung, oder auch Ultraviolett(UV)- sowie Vakuumultraviolett(VUV)-Strahlung.

Stand der Technik

Eine Möglichkeit, dünne streifenförmige Elektroden mit den eingangs erwähnten di elektrischen Schichten zu bedecken besteht darin, auf die betreffenden Elektroden streifen eine geeignet bemessene Glasfolie aufzuschmelzen, gegebenenfalls unter Zu hilfenahme einer Zwischenschicht aus Glaslot.

Nachteilig sind zum einen die relativ hohen Kosten für geeignete dünne Glasfolien sowie deren hohe Bruchempfindlichkeit. Diese Nachteile stehen bisher einer automa tisierten, kostengünstigen Fertigung entgegen.

Im Prinzip lassen sich die genannten Schichten einfacher und kostengünstiger mittels der Siebdrucktechnik aufbringen. Dazu wird in einem geeigneten organischen Lö sungsmittel - dem sogenannten Siebdruckmedium - dispergiertes Glaspulver (Glasfritte) - die Siebdruckpaste - mit Hilfe eines sogenannten Rakels und eines fe derndes Siebs auf die Elektroden und auf die die Elektroden umgebende Oberfläche des Entladungsgefäßes aufgetragen. Dabei ist das Sieb zunächst in einigem Abstand von der Oberfläche angeordnet. Während des Auftragens streicht das Rakel über das Sieb, wobei dieses Sieb zusammen mit der Druckpaste auf die Oberfläche gedrückt wird. Dabei füllt das Rakel die Maschen des Siebes mit der Druckpaste, wobei das Ra kel gleichzeitig die überschüssige Druckpaste vom Sieb wegwischt. Nachdem das Ra kel die überstrichenen Maschen passiert hat, heben sich die entsprechenden Maschen wieder von der Oberfläche ab und auf der Oberfläche zurück bleibt die aufgetragene Druckpaste. Nach dem Trocknen wird die aufgetragene Schicht aufgeschmolzen, da mit sich eine hermetisch geschlossene, möglichst plane und porenfreie Oberfläche bil det. Dies ist deshalb wichtig, weil die Dicke der Schicht eine die dielektrische Entla dung einerseits sowie den Berührungsschutz vor Hochspannung andererseits unmit telbar beeinflussende Größe ist.

Ein Nachteil ist allerdings, daß die Oberflächenspannung der geschmolzenen Glas lotschicht eine vollständige Benetzung der Elektroden verhindert. Es hat sich viel mehr gezeigt, daß sich das geschmolzene Glaslot großflächig von den metallischen Elektroden zurückzieht.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu beseitigen und eine dielektrische Schicht anzugeben, welche zumindest einen Teilbereich einer oder mehrerer Elektroden vollständig bedeckt sowie zusätzlich zumindest die diesem Teilbereich der Elektrode unmittelbar benachbarte Entladungsgefäßwand bedeckt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, daß diese Schicht sich als dielektrische Barriere für eine dielektriseh behinderte Entladung, insbesondere für eine gepulst betriebene, dielektrisch behinderte Entladung, eignet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhaf te Merkmale finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein drucktechnisches Verfahren zum Aufbringen einer dielektrischen Schicht anzugeben, bei dem die Druckpaste im geschmolzenen Zu stand zumindest einen Teilbereich metallischer Elektroden vollständig benetzt sowie die diesem Teilbereich der Elektroden unmittelbar benachbarte Entladungsgefäßwand benetzt und folglich nach dem Einbrennen den zumindest einen Teilbereich der Elek troden inklusive der unmittelbar benachbarten Entladungsgefäßwand auch voll ständig mit einer dielektrischen Schicht bedeckt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen.

Außerdem wird Schutz für eine Entladungslampe beansprucht, die mindestens eine Elektrode aufweist, die mit einer dielektrischen Schicht, hergestellt nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren, abgedeckt ist.

Die im wesentlichen aus einem Pulver oder Pulvergemisch glasiger Stoffe hergestellte dielektrische Schicht enthält erfindungsgemäß zusätzlich mindestens einen Zuschlag stoff, dessen Schmelztemperatur größer ist, als die Schmelztemperatur des Glaspul vers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höchsten Schmelztemperatur. Die ein gebrannte Schicht besteht folglich aus einer glasigen Hauptkomponente, in welche der mindestens eine Zuschlagstoff verteilt, beispielsweise in Form von Körnern, einge schlossen ist.

Bezeichnet T_S1 die Schmelztemperatur des Glaspulvers - die typisch ca. 400 bis 700°C beträgt - und T_S2 die Schmelztemperatur des Zuschlagstoffes, so gilt also die Bezie hung T_S2 < T_S1. Es hat sich gezeigt, daß sich gute Ergebnisse mit jenen Zuschlagstof fen erzielen lassen, deren Schmelztemperatur mindestens 100°C höher als die Schmelztemperatur des Glaspulvers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höch sten Schmelztemperatur ist, d. h. für die die Beziehung T_S2 ≧ 100°C + T_S1 gilt, wobei die Werte für T_S1 und T_S2 in °C einzusetzen sind.

Als Zuschlagstoff eignen sich insbesondere Pulver aus keramischen Stoffen und/ oder kristallinen oder amorphen Metalloxiden, z. B. kristallines oder amorphes Aluminiumoxidpulver mit einer Schmelztemperatur von mehr als 2000°C und/oder Quarzglaspulver mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1400°C. Der Gewichts anteil des Zuschlagstoffes bzw. der Zuschlagstoffe beträgt zwischen ca. 2% und 30%, bevorzugt zwischen 5% und 20%. Unterhalb der unteren Grenze ist die positi ve Wirksamkeit des mindestens einen Zuschlagstoffes nicht mehr ausreichend. Oberhalb der oberen Grenze treten in unakzeptablem Maße Risse und ähnliche me chanische Störungen in der Schicht auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der vorgenannten dielektrischen Schicht schlägt vor, der Druckpaste mit dem Glaspulver den oben erwähnten minde stens einen Zuschlagstoff vor dem eigentlichen Druckprozeß beizumengen, vorteil haft in feinkörniger Form. Der Gewichtsanteil des Zuschlagstoffes bzw. der Zu schlagstoffe beträgt - wie bereits erwähnt - zwischen ca. 2% und 30%, bevorzugt zwischen 5% und 20%. Wesentlich für die erfindungsgemäße Wirkung ist hierbei, daß der mindestens eine Zuschlagstoff gezielt ausgewählt wird derart, daß seine Schmelztemperatur größer ist als die zum Aufschmelzen des Glaspulvers erforderli che Einbrenntemperatur. Hinsichtlich geeigneter Zuschlagstoffe gilt ansonsten das bereits bei der Erläuterung der dielektrischen Schicht Gesagte.

Als geeigneter Druckprozeß bietet sich der konventionelle Siebdruck an. Um dielek trische Schichten größerer Dicke zu realisieren, werden weitere Druck- und Schmelzvorgänge auf die vorherige(n) Schicht(en) angewendet. Da in diesem Fall keine freien Elektrodenflächen mehr bedeckt werden müssen und folglich auch kei ne Benetzungsprobleme mehr auftreten, lassen sich diese nachfolgenden Schichten auch aus reinem Glaslotpulver, d. h. ohne Zuschlagstoff(e) herstellen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Druckpaste, d. h. Druckpaste einschließlich Zu schlagstoff(e), lassen sich auf einfache und gut automatisierbare und folglich kosten günstige Weise formhaltige dielektrische Schichten beliebiger Abmessungen auf me tallische Elektroden und die umliegende Oberfläche des Entladungsgefäßes aufbrin gen und zwar mit einem gegenüber bisherigen Pasten verbesserten Benetzungsver halten.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine erste Platte eines Flachstrahlers mit streifenförmigen Elektroden und dielektrischen Schichten,

Fig. 1b eine Schnittdarstellung längs der Linie AA durch die erste Platte aus Fig. 1a,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Aufbringen dielektrischer Schichten.

Die Fig. 1a, 1b zeigen die Draufsicht bzw. den Schnitt längs der Linie AA einer ersten Platte 1 eines Flachstrahlers mit Elektroden 2, 3 in schematischer Darstellung. Die erste Platte 1 ist ein Teil des Entladungsgefäßes des Flachstrahlers, welches durch eine zur ersten Platte parallele zweite Platte (nicht dargestellt) und einen Rahmen (nicht dargestellt) komplettiert ist. Erste Platte 1 und zweite Platte sind mittels Glaslot (nicht dargestellt) mit dem Rahmen gasdicht verbunden derart, daß das Innere des Entladungsgefäßes quaderförmig ausgebildet ist.

Die erste Platte 1 besteht aus einer Grundplatte 2 und je drei streifenförmigen Anoden 3 sowie Kathoden 4 aus Silberlot, welche abwechselnd und zueinander parallel auf der Grundplatte 2 angeordnet sind. Die Anoden 3 sind jeweils mit einer dielektrischen Schicht 5 aus Bleiborglas bedeckt, dem als Zuschlagstoff Aluminiumoxid zugesetzt ist.

In Fig. 2 ist das Verfahren zum Aufbringen der dielektrischen Schichten 5 aus den Fig. 1a, 1b anhand eines Ablaufdiagramms schematisch dargestellt. Dazu wird ein Drucksieb verwendet, bei dem zuvor durch eine Lackschicht alle nicht zum gewünschten Druckbild benötigten Bereiche abgedeckt wurden (nicht dargestellt). Nach dem Aufsetzen des Siebes auf die Grundplatte einschließlich der Elektroden wird die Druckpaste auf das Sieb aufgebracht. Die Druckpaste besteht aus 25 g Glaslotpulver (Fa. Schott 8465/K6) und 7,5 g Siebdruckmedium (Fa. Cerdec 80840), dem zuvor 5 g Aluminiumoxidpulver (Reynolds RC/HP-DBM) als Zuschlagstoff zugesetzt worden ist. Danach wird das Sieb mit Hilfe eines Rakels überstrichen. Nach dem Entfernen des Siebes wird die aufgebrachte Schicht getrocknet und anschließend bei 550°C eingebrannt. Danach ist die dielektrische Schicht fertig.

Das vorstehende Beispiel hat lediglich exemplarischen Charakter. Selbstverständlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Flachstrahler mit mehr oder weniger als drei Anoden anwenden sowie auf anders geformte Entladungslampen, beispielsweise rohrförmige.

In den folgenden Tabellen sind weitere Beispiele zum erfindungsgemäßen Aufbrin gen einer dielektrischen Schicht aufgeführt.

Tabelle 1

Beispiel 2: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 550°C

Tabelle 2

Beispiel 2: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 3

Beispiel 4: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 550°C

Tabelle 4

Beispiel 5: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 5

Beispiel 6: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 6

Beispiel 7: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 7

Beispiel 8: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 8

Beispiel 9: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Tabelle 9

Beispiel 10: Aufbringen der obigen Siebdruckpaste, Trocknen und an schließendes Einbrennen der Paste bei ca. 600°C

Claims

1. Dielektrische Schicht, hergestellt aus einem Pulver oder Pulvergemisch glasiger Stoffe, für eine Entladungslampe, welche Entladungslampe für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung geeignet ist, mit

1. einem zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden Mate rial bestehenden Entladungsgefäß und
2. Elektroden, die auf der Entladungsgefäßwand angeordnet sind,

wobei die dielektrische Schicht mindestens eine Elektrode zumindest in einem Teilbereich vollständig bedeckt und wobei die Schicht zusätzlich zumindest die diesem Teilbereich der Elektrode unmittelbar benachbarte Entladungsgefäßwand bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zusätzlich mindestens einen Zuschlagstoff enthält, dessen Schmelztemperatur größer ist als die Schmelztemperatur des Glaspul vers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höchsten Schmelztempe ratur.

2. Schicht nach Anspruch 1, wobei die Schmelztemperatur des Zuschlag stoffs mindestens 100°C höher als die Schmelztemperatur des Glaspul vers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höchsten Schmelztempe ratur ist.

3. Schicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Zuschlag stoff kristallines oder amorphes Metalloxid, insbesondere kristallines oder amorphes Aluminiumoxid enthält.

4. Schicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der mindestens eine Zu schlagstoff Quarzglas enthält.

5. Schicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gewichtsanteil des mindestens einen Zuschlagstoffes im Bereich zwischen 2% und 30%, bevorzugt zwischen 5% und 20% liegt.

6. Verfahren zum Herstellen einer dielektrische Schicht für eine Entla dungslampe, die für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entla dung geeignet ist, mit

1. einem zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden Mate rial bestehenden Entladungsgefäß,
2. Elektroden, die auf der Entladungsgefäßwand angeordnet sind,

wobei mindestens eine Elektrode zumindest in einem Teilbereich voll ständig mittels einer dielektrischen Schicht bedeckt ist und wobei die Schicht zusätzlich zumindest die diesem Teilbereich der Elektrode unmit telbar benachbarte Entladungsgefäßwand bedeckt, zu welchem Zwecke eine Druckpaste,

1. welche Druckpaste ein Pulver oder Pulvergemisch glasiger Stoffe ent hält,

auf die Elektrode(n) gedruckt und anschließend aufgeschmolzen wird, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt:

1. Hinzufügen mindestens eines Zuschlagstoffes zur Druckpaste vor dem Drucken der Druckpaste auf die Elektrode(n),

wobei die Schmelztemperatur des Zuschlagstoffes größer ist als die Schmelztemperatur des Glaspulvers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höchsten Schmelztemperatur.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schmelztemperatur des Zu schlagstoffs mindestens 100°C höher als die Schmelztemperatur des Glaspulvers bzw. der Glaspulverkomponente mit der höchsten Schmelztemperatur ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der mindestens eine Zu schlagstoff kristallines oder amorphes Metalloxid, insbesondere kri stallines oder amorphes Aluminiumoxid enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der mindestens eine Zu schlagstoff Quarzglas enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Gewichtsanteil des Zuschlagstoffes bzw. gegebenenfalls die Summe der Gewichtsantei le der Zuschlagstoffe im Bereich zwischen 2% und 30%, bevorzugt im Bereich zwischen 5% und 20% liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Druckprozeß mittels der Siebdrucktechnik durchgeführt wird.

12. Entladungslampe, geeignet für den Betrieb mittels dielektrisch behin derter Entladung, mit

1. einem zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden Mate rial bestehenden Entladungsgefäß,
2. welches Entladungsgefäß in seinem Innern eine Gasfüllung enthält,
3. Elektroden, die auf der Entladungsgefäßwand angeordnet sind,

wobei mindestens eine Elektrode zumindest in einem Teilbereich voll ständig mittels einer dielektrischen Schicht bedeckt ist und wobei die Schicht zusätzlich zumindest die diesem Teilbereich der Elektrode unmit telbar benachbarte Entladungsgefäßwand bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht Merkmale eines oder mehrerer der Ansprü che 1 bis 5 aufweist.