Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein eine elektrodenlose
Entladungslampe, und insbesondere eine Entladungslampe, die keine
Elektrode innerhalb der Lampenröhre aufweist und eine
Anregungslumineszenz von sich entladenden Gasen hervorruft, die
sich in der gasdichten Lampenröhre befinden, wobei die
Lumineszenz mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld
erzeugbar ist, das von außen an die Gase angelegt wird.
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Die elektrodenlose Entladungslampe der genannten Art war
Gegenstand von Forschungen und Entwicklungen, damit der Lampe
derartige Merkmale verliehen werden, wie eine geringe Größe,
noch hohe Ausgangsleistung und lange Lebensdauer, so daß sie
als Lichtpunktquelle mit hoher Ausgangsleistung bzw. starker
Strahlung verwendbar ist.
Beschreibung des Standes der Technik
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Es sind verschiedene elektrodenlose Entladungslampen bekannt,
die für die Lumineszenz mit den Entladungsgasen in der
Lampenröhre angeordnet sind, wobei die Gase durch das hochfrequente
elektromagnetische Feld, das auf die Gase einwirkt, angeregt
werden, wobei das hochfrequente elektromagnetische Feld im
allgemeinen einer Induktionsspule, welche um die Röhre herum
gewickelt ist, aufgebaut wird.
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Während ein anfängliches Starten bzw. Zünden einer derartigen
Entladungslampe durch Hinzufügen von Quecksilber zu den
Entladungsgasen, welche sich in der Röhre gasdicht verschlossen
befinden, relativ einfach gemacht wird, ist ein erneutes Starten
bzw. Zünden ziemlich schwierig. Weiterhin besteht insbesondere
ein Problem darin, daß ein Temperaturanstieg in der
Lampenröhre während ihres Leuchtens einen Gasdruck des Quecksilbers
hervorruft, der entsprechend einer exponentiellen Funktion
sich verändert, so daß es schwierig ist, diesen mit einer
hochfrequenten Leistungsquelle zum Anlegen eines
Hochfrequenz
stromes an die Induktionsspule abzustimmen, und die
Entladungslampe wird dazu veranlaßt, auszuflimmern bzw.
auszuflackern, wenn die Abstimmung nicht erreicht werden kann. Wenn die
leuchtende Substanz, wie beispielsweise Quecksilber, dem
Entladungsgas nicht hinzugefügt wird, wird es einfacher, die
Abstimmung mit der Hochfrequenz-Leistungsquelle vorzunehmen,
jedoch muß der Gasdruck erhöht werden, um eine ausreichende
Lichtmenge zu erhalten, und das anfängliche Zünden bzw.
Starten wird hierdurch erschwert. Während das Anlegen einer
relativ hohen Spannung an die Induktionsspule zu einer erzwungenen
Zündung der Lampe führen kann, führt dies zu einem weiteren
Problem, das dadurch hervorgerufen wird, daß eine
Hochfrequenz-Leistungsquelle, welche in der Lage ist, eine
Hochspannung anzulegen, hierfür erforderlich ist, so daß die
Hochfrequenz-Spannungs- bzw. -Leistungsquelle vergrößert werden muß,
wodurch die gesamte elektrodenlose Entladungslampenanordnung
letztlich vergrößert wird.
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Um das oben genannte Problem zu beseitigen, wurden
beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4,894,590; 4,902,937 und
4,982,140 nach H. L. Witting, in dem US-Patent Nr. 5,057,750
von G. A. Farral et al. sowie in dem US-Patent Nr. 5,059,868
von S. A. E1-Hamamsy et al. verschiedene elektrodenlose
Entladungslampen vorgeschlagen, die eine Zündeinrichtung bzw.
Starteinrichtung zum Durchführen einer vorläufigen Entladung
vor und getrennt von einer Hauptentladung mittels einer
Hauptinduktionsspule aufweisen.
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Bei diesen bekannten elektrodenlosen Entladungslampen wird im
allgemeinen ein induziertes elektrisches Feld innerhalb der
Lampenröhre durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld
derart hervorgerufen, daß es sich mit diesem
elektromagnetischen Feld verknüpft, und ein Entladungsplasma wird dazu
veranlaßt, sich entlang dieses induzierten elektrischen Feldes zu
bewegen. Während in diesem Falle ein Zustand, bei dem eine
vorläufige Entladung hervorgerufen wird, durch eine
Zündeinrichtung in denjenigen Zustand versetzt wird, bei dem das
Ent
ladungsplasma entlang dem induzierten elektrischen Feld
verläuft bzw. sich bewegt und demzufolge ein Problem dahingehend
besteht, daß eine relativ große Energie erforderlich ist, um
die Plasmabogenentlandung in denjenigen Zustand zu versetzen,
daß sie entlang dem induzierten elektrischen Feld verläuft
bzw. sich bewegt, und das Entladungslampen-Zünden war in der
Praxis sehr schwierig gleichmäßig auszuführen.
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In der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. 5-217561, die auf dem US-Patent 5,479,072 als
Prioritätsgrundlage basiert (wenngleich sie später offengelegt ist als
das für die vorliegende Erfindung beanspruchte
Prioritätsdatum), wurde ferner vorgeschlagen, in der elektrodenlosen
Entladungslampe ein Halogenid eines Metalls seltener Erden,
insbesondere Neodym, zu verwenden, jedoch führt dies lediglich zu
einer Verbesserung der Leuchtfarbe und ist für eine
Verbesserung der Start bzw. Zündfähigkeit und der erneuten
Zündfähigkeit nicht ausreichend.
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Die EP-A-458544, die als nächstliegender Stand der Technik
betrachtet werden kann und die vor dem Prioritätsdatum der
vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, zeigt eine
elektrodenlose Entladungslampe mit einer Hilfselektrode und einer
halogenidarmen Gasfüllung mit Ausnahme von Hg und
einschließlich Xe.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine elektrodenlose Entladungslampe zu schaffen, die die oben
genannten Probleme beseitigt und in der Lage ist, sowohl die
Zündfähigkeit als auch die Wiederzündfähigkeit zu verbessern,
selbst wenn ein Entladungsgas verwendet wird, das nicht
insbesondere irgendein Quecksilber enthält, ohne eine große bzw.
großvolumige Hochfrequenzleistungsquelle erforderlich zu
machen, so daß die Lampe kompakt gestaltet werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann diese Aufgabe durch eine
elektrodenlose Lampe realisiert werden, bei der ein
Hochfrequenzstrom einer Induktionsspule, welche auf dem Äußeren einer
Lampenröhre aus einem lichtundurchlässigen Material angeordnet
ist und ein eingefülltes Entladungsgas für eine
Anregungslumineszenz des Gases mit einem hochfrequenten elektromagnetischen
Feld enthält, das man auf das Gas einwirken läßt, ausgehend
von einer ersten Hochfrequenz-Leistungsquelle zugeführt wird,
wobei eine Hilfselektrode, welche mittels einer Metallfolie
gebildet ist, an einer Stelle an einer Endseite einer axialen
Linie der Induktionsspule zur elektromagnetischen Kopplung mit
dem Innenraum der Lampenröhre vorgesehen ist, damit eine
präliminäre Entladung des Entladungsgases in der Lampenröhre
hervorgerufen wird, welche vor der Anregungslumineszenz mittels
der Induktionsspule stattfindet, wobei die Leistung von einer
zweiten Hochfrequenz-Leistungsquelle an die Hilfselektrode
separat von der ersten Hochfrequenz-Leistungsquelle für die
Hochfrequenz-Stromversorgung für die Induktionsspule zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgas eine
Mischung aus Xenon, Neodymiodid und Cäsiumiodid ist, und daß die
Lampenröhre zumindest auf einem Teil ihrer äußersten
Peripherie mit einem Film aus lichtdurchlässigem Material versehen
ist, der zum Erhöhen der Innentemperatur der Lampenröhre
dient.
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Alle weiteren Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung in Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen deutlich, die in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Grundanordnung der
elektrodenlosen Entladungslampe, bei der das Entladungsgas ein
Halogenid eines Seltenerdmetalls enthält und zusätzlich zu der
Induktionsspule und ersten hochfrequenten Leistungsquelle für
die Spule eine Hilfselektrode und eine zweite hochfrequente
Leistungsquelle für die Elektrode vorgesehen ist;
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Fig. 2A bis 2D Ansichten zur Erklärung des Betriebes der
Hilfselektrode, welche in der elektrodenlosen Entladungslampe
gemäß Fig. 1 vorgesehen ist;
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Fig. 3 bis 8 schematische Diagramme, welche jeweils
abgewandelte Beispiele einer elektrodenlosen Entladungslampe gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zeigen;
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Fig. 9 eine Ansicht zur Erklärung des Betriebes der
elektrodenlosen Entladungslampe in dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel;
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Fig. 10 ein schematisches Diagramm der Anordnung der
elektrodenlosen Entladungslampe bei einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 11A und 11B Diagramme zur graphischen Darstellung der
Ausgangslichtspektren in bezug auf die elektrodenlose
Entladungslampe gemäß Fig. 10;
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Fig. 12 ein schematisches Diagramm einer Anordnung der
elektrodenlosen Entladungslampe bei einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 13A und 13B Diagramme zur graphischen Darstellung der
Ausgangslichtspektren in bezug auf die in Fig. 12 gezeigte
elektrodenlose Entladungslampe;
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Fig. 14 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der
elektrodenlosen Entladungslampe bei einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 15 eine schematische, gebrochen geschnittene Ansicht der
Lampe bei der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform.
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Während die vorliegende Erfindung im folgenden im Detail unter
Bezugnahme auf die jeweiligen Ausführungsformen, die in den
Figuren gezeigt sind, beschrieben wird, besteht keine Absicht,
die vorliegende Erfindung lediglich auf diese
Ausführungsformen einzuschränken, sondern sie enthält alle Abwandlungen,
Modifikationen und äquivalenten Anordnungen, die innerhalb des
Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche möglich sind.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In Fig. 1 ist eine Grundanordnung einer elektrodenlosen
Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
gezeigt, bei der die elektrodenlose Entladungslampe eine
Lampenröhre 11 aufweist, die kugelförmig ausgebildet ist,
vorzugsweise aus lichtübertragendem Material, wie beispielsweise
Siliciumdioxidglas oder dergleichen, sowie ein Entladungsgas,
das ein Halogenid seltener Erden enthält, wobei vorzugsweise
eine Gasmischung bestehend aus 13,332 kPa (100 Torr) von
Xenongas als Edelgas und 20 mg von Neodymiodid als ein Halogenid
von Neodym innerhalb der Röhre 11 gasdicht verschlossen
werden. Um die Lampenröhre 11 wird entlang des Umfangs eine
Induktionsspule 12 gewickelt, und eine Hilfselektrode 13 des
Einzeltyps wird neben der oberen Oberfläche der Lampenröhre 11
vorgesehen. Während die Induktionsspule 12 in Fig. 1 dreifach
gewickelt dargestellt ist, ist die Anzahl der Spulenwicklungen
nicht notwendigerweise besonders beschränkt, sondern kann auch
mehr als eine Umwicklung aufweisen. Die Hilfselektrode 13 ist
mit einer Metallfolie in eine quadratische Form von jeweils
beispielsweise 10 mm Seitenlänge ausgebildet und befindet sich
bei der vorliegenden Erfindung an einer Endseite der axialen
Linie der Induktionsspule 12.
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Eine erste Hochfrequenz-Leistungsquelle 14 ist zur Abgabe
eines hochfrequenten Stromes an die Induktionsspule 12
vorgesehen, so daß ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld
hierdurch ausgehend von der Spule 12 zum Einwirken auf das
Entladungsgas innerhalb der Lampenröhre 11 angelegt wird, damit
eine Anregungslumineszenz des Entladungsgases innerhalb der
Lampenröhre 11 stattfindet, woraufhin ein elektrisches
Induktionsfeld innerhalb der Lampenröhre durch das Wirken des
hochfrequenten elektromagnetischen Feldes erzeugt wird, und ein
Entladungsplasma, das in der Röhre 11 aufgrund dieses
elektrischen Induktionsfeldes auftritt, wird in eine ringförmige Form
gebracht.
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Andererseits wird an die Hilfselektrode 13 eine hochfrequente
Spannung ausgehend von einer zweiten hochfrequenten
Leistungsquelle angelegt, und es tritt eine fadenförmige vorläufige
Entladung aufgrund eines hochfrequenten elektrischen Feldes
auf, das um die Hilfselektrode 13 erzeugt wird. In diesem
Falle wird die vorläufige Entladung als Folge der Ionisation von
Elektroden erzeugt, die durch das hochfrequente elektrische
Feld beschleunigt werden, das um die Hilfselektrode 13
aufgebaut wird, und zu einer Kollision mit den Atomen des
Entladungsgases gebracht werden. Da die Hilfselektrode 13 vom
Einzeltyp ist, unterliegt diese erzeugte vorläufige Entladung
lediglich an einem Ende der Hilfselektrode 13 einer
Beschränkung, und das andere Ende der Entladung wird als ein freies
Ende beibehalten, damit es relativ frei verschiebbar ist.
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Die erste und zweite hochfrequente Leistungsquelle 14 und 15
besitzt jeweils einen Hochfrequenz-Erzeugungsabschnitt für
einen hochfrequenten Ausgang, einen Verstärkungsabschnitt für
eine Leistungsverstärkung des hochfrequenten Ausgangs, einen
Abgleichabschnitt zur Vornahme eines Impedanzabgleichs mit der
Induktionsspule 14 oder mit der Hilfselektrode 13. In der
Praxis dient die zweite hochfrequente Leistungsquelle 15 zum
Anlegen der hochfrequenten Spannung über die Hilfselektrode 13
und Masse.
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In der elektrodenlose Entladungslampe, wie sie in Fig. 1
dargestellt ist, wird die hochfrequente Spannung ausgehend von
der zweiten hochfrequenten Leistungsquelle 15 über die
Hilfselektrode 13 und Masse angelegt und eine einleitende bzw.
vor
läufige Entladung DP wird hierdurch verursacht, wobei sie
innerhalb der Röhre 11 in der Nähe der Hilfselektrode 13
auftritt und die Entladung DP graduell anwächst, so daß sie sich
nach oben ausgehend von der Position der Hilfselektrode 13
erstreckt und die andere Endseite der Röhre 11 erreicht, wie
in den Fig. 2A und 2B dargestellt. Der hochfrequente Strom
wird der Induktionsspule 12 ausgehend von der ersten
hochfrequenten Leistungsquelle 14 zugeführt bzw. in diese eingespeist
und das gestreckte bzw. ausgedehnte freie Ende der
einleitenden Entladung DP wird induziert, damit es sich weiter entlang
des elektrischen Induktionsfeldes erstreckt, das aufgrund des
hochfrequenten elektromagnetischen Feldes auftritt, welches um
die Induktionsspule 12 erzeugt wird, damit ein ringförmiger
Entladungsweg, wie in der Fig. 2C dargestellt, ausgebildet
wird. Wenn der ringförmige Entladungsweg vollendet ist, wird
die Entladung zu einem derartigen ringförmigen Entladungsbogen
DA verschoben, wie er in der Fig. 2D dargestellt ist, wodurch
das Entladungsplasma hervorgerufen wird und eine starke
Lumineszenz als Folge der Anregung des Entladungsgases auftritt
und ein Leuchtzustand erreicht wird. Nach dieser Verschiebung
in den Leuchtzustand ist das Anlegen der hochfrequenten
Spannung an die Hilfselektrode 13 nicht mehr nötig.
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Wenngleich der oben genannte hochfrequente Strom der
Induktionsspule 12 nach dem Auftreten der einleitenden bzw.
vorauseilenden Entladung DP zugeführt wird, ist es auch möglich, daß
der hochfrequente Strom der Induktionsspule 12 gleichzeitig
mit dem Anlegen der hochfrequenten Spannung an die
Hilfselektrode 13 zugeführt wird und der der Induktionsspule 12
zugeführte hochfrequente Strom nach dem Auftreten der Vorentladung
Dp erhöht wird. Für das Entladungsgas ist es ferner möglich,
ein Mischgas zu verwenden, das andere bzw. weitere Halogenide
der Seltenerdmetalle enthält. Während die Hilfselektrode als
mittels der Metallfolie quadratische Form von jeweils 10 mm
Seitenlänge beschrieben worden ist, muß dieselbe Elektrode
nicht notwendigerweise in der Größe und Form sowie in der
Position bzw. Stelle darauf beschränkt sein.
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Es sei angemerkt, daß entsprechend der oben beschriebenen
elektrodenlosen Entladungslampe die ringförmige oder
kontinuierliche fadenförmige Vorentladung bzw. vorläufige Entladung
durch das Anlegen der hochfrequenten Spannung an die
Hilfselektrode 13 des Einzeltyps erzeugt werden kann und ihre
Verschiebung zu der elektrodenlosen Entladung DA vereinfacht
werden kann. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung der Mischung
von Xenon und Neodymiodid als Entladungsgas in Verbindung mit
dem bedeutenden Vorgang der Vorentladung beim Beginn, daß das
Leuchten in einer extrem kurzen Zeit einfach stattfindet.
Darüber hinaus wird durch die Verwendung von diesem
Entladungsgas, hauptsächlich Neodym, die Anregungslumineszenz während
des Leuchtens erreicht, während der Gasdruck von diesem Neodym
relativ niedrig in dem Leuchtzustand gehalten wird und es so
ermöglicht wird, die Lampe unmittelbar zu erleuchten, selbst
nach dem sofortigen erneuten Anschalten nach dem Abschalten
bzw. dem Beenden des Leuchtens.
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Bei einer Arbeitsausführungsform der elektrodenlosen
Entladungslampe werden Halogenide wie Cäsium und Cäsiumiodid ferner
mit der Mischung aus Xenon und Neodymiodid derart gemischt,
daß der relativ niedrige Gasdruck von Neodym während des
Leuchtens in geeigneter Weise erhöht werden kann, damit die
Lumineszenzeffizienz bzw. der Leuchtwirkungsgrad verbessert
werden kann. Bei der vorliegenden Arbeitsausführungsform sind
die anderen Bestandteile die gleichen wie diejenigen in der in
Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit der Ausnahme des
unterschiedlichen Entladungsgases.
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Bei einem modifizierten Beispiel einer Entladungslampe gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es in Fig. 3
dargestellt ist, wird ausgenützt, daß der erforderliche
Schaltkreisentwurf für die erste und zweite hochfrequente
Leistungsquelle 24, 25 erleichtert werden kann, indem man die zweite
hochfrequente Leistungsquelle 25 für die Hilfselektrode 23
getrennt von der ersten hochfrequenten Leistungsquelle 24 für
die Induktionsspule 22, welche um die Lampenröhre 21 gewickelt
ist, vorsieht. In dem vorliegenden Beispiel wird an den
Ausgangsabschnitt der zweiten hochfrequenten Leistungsquelle 25
ein paralleler Resonanzschaltkreis bestehend aus einer
Induktionsspule L und einem Kondensator C vorgesehen, die
zueinander parallel geschaltet sind, wobei alternativ dazu ein
serieller Resonanzschaltkreis verwendbar ist. Bei dieser
Ausführungsform sind alle weiteren Bestandteile die gleichen wie bei
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit der Ausnahme der
Anordnung der zweiten hochfrequenten Leistungsquelle 25 an dem
Ausgangsabschnitt.
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Bei einer weiteren Abwandlung der elektrodenlosen
Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie in
Fig. 4 gezeigt ist, wird die Hilfselektrode 53 an der
Außenwandungsfläche der Lampenröhre 51 als ein Metallfilm mittels
eines Ablagerungsvorganges gebildet. Für diese
Metallablagerung ist es vorteilhaft, beispielsweise Platin zu verwenden,
so daß die Hilfselektrode 53 in dem Grad der Adhäsion bzw.
Anhaftung in bezug auf die Lampenröhre 51 im Vergleich zu der
in Fig. 1 gezeigten Anordnung verbessert wird. D. h., daß gemäß
der in Fig. 1 gezeigten Anordnung die Metallfolie als
Hilfselektrode derart verwendet wird, daß gewisse verkomplizierende
Faktoren in bezug auf einen ausreichenden Kontakt der
Metallfolie mit der kugelförmigen Außenwandungsfläche der
Lampenröhre auftreten, wodurch der eventuelle Kontakt bzw. die mögliche
Berührung auf einen von einer Vielzahl von Punkten auf der
Wandungsfläche der Lampenröhre beschränkt wird und es
vorkommen kann, daß die Aktion bzw. das Wirken des hochfrequenten
elektrischen Feldes, das um die Hilfselektrode in bezug auf
das Entladungsgas besteht, nicht ausreichend ist. Bei der
vorliegenden Abwandlung kann andererseits der Grad des Anhaftens
der Hilfselektrode 53 in bezug auf die Lampenröhre 51
ausreichend erhöht werden, und das Wirken des hochfrequenten
elektrischen Feldes, das um die Hilfselektrode 53 herum bei der
Gasentladung auftritt, kann ausreichend gestaltet werden.
Begleitend zu dieser Maßnahme wird es ermöglicht, daß die
Vorentladung DP von einer relativ niedrigen Energie erzeugt wird
und daß die Entladungslampe bezüglich ihrer Startfähigkeit
bzw. Zündfähigkeit verbessert wird. Darüber hinaus wird die
Lampenröhre 51 in ihren Wärmezurückhaltungseigenschaften
derart verbessert, daß für den Fall, daß die Leuchtsubstanz in
dem Entladungsgas gemischt wird, der Gasdruck der
Leuchtsubstanz hierdurch erhöht wird, damit die Lumineszenzmenge bzw.
Lumineszenzstärke anwächst und die Entladungslampe in der
Eingangs-/Ausgangseffizienz verbessert wird. Einschließlich der
Induktionsspule und der ersten und zweiten hochfrequenten
Leistungsquelle sind alle anderen Bestandteile dieser Abwandlung
die gleichen wie bei der oben beschriebenen Anordnung in
Fig. 1.
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Bei einer weiteren Abwandlung einer elektrodenlosen
Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie
sie in Fig. 5 dargestellt ist, ist die Lampenröhre 51 ein
zylindrisches Bauelement, wobei die Induktionsspule 72 auf die
zylindrische Umfangsfläche des Bauelements gewickelt wird und
die Hilfselektrode 73 auf einer der im wesentlichen flachen
axialen Endflächen des zylindrischen Bauelements vorgesehen
sind, während die andere Endfläche als Hauptfläche 76 zur
Abstrahlung des Lumineszenzlichtes dient, wobei die Endfläche im
wesentlichen flach ist. Wie im Falle der Anordnung in Fig. 1,
bei der die Lampenröhre kugelförmig ist, besteht eine
Möglichkeit darin, daß das aufgrund des hochfrequenten
elektromagnetischen Feldes, welches um die Induktionsspule auftritt,
induzierte elektrische Feld nicht ausreichend auf das freie Ende
der Vorentladung DP einwirken kann, welches sich derart
erstreckt bzw. ausdehnt, daß es außerhalb der Zone liegt, die
durch die Spule umgeben wird, wie in Fig. 2B gezeigt ist. In
dem vorliegenden Beispiel führt die zylindrische Lampenröhre
71 dazu, daß der Abstand von der Hilfselektrode 73 hin zu dem
erstreckten bzw. ausgedehnten freien Ende der Vorentladung DP
kürzer ist, damit die Wirkung des elektrischen Feldes
ausreichend ist, wodurch die Entladungsverschiebung ausgehend von
der Vorentladung DP hin zu der Bogenentladung DA einfacher wird
und die Entladungslampe in ihrer Zünd- bzw. Startfähigkeit
verbessert wird. Bei der beispielhaften Abwandlung sind alle
anderen Bestandteile einschließlich der ersten und zweiten
Hochfrequenz-Leistungsquelle 74, 75 die gleichen wie bei
denjenigen in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.
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Bei einer weiteren Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten
elektrodenlosen Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 wird die Lampenröhre 81 derart ausgebildet, daß sie
im wesentlichen halbkugelförmig ist, so daß sie einen im
wesentlichen zylindrischen Mittelteil, der mit der
Induktionsspule 82 bewickelt ist, eine kugelförmige axiale Endfläche, an
welcher die Hilfselektrode 83 vorgesehen ist, und eine weitere
axiale Endfläche aufweist, die im wesentlichen flach ist und
als Hauptstrahlfläche 82 für Lumineszenzlicht dient. Bei
dieser Abwandlung sind alle weiteren Bestandteile einschließlich
der ersten und zweiten hochfrequenten Leistungsquelle 84 und
85 die gleichen wie bei der in Fig. 1 oder 5 gezeigten
Anordnung.
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Nach einer weiteren in Fig. 7 gezeigten Abwandlung der
elektrodenlosen Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 weist die Lampenröhre 91 eine halb
zusammengedrückte Ballform mit einem anschwellenden bzw. sich
ausweitenden Umfang auf, wobei auf die Lampenröhre 91 die
Induktionsspule 92 gewickelt ist, sowie zwei konkave Endflächen, wobei
an einer dieser Endflächen die Hilfselektrode 93 vorgesehen
ist und die andere Endfläche als Hauptlumineszenzfläche 96
wirkt bzw. dient. Bei dieser Abwandlung sind alle anderen
Bestandteile die gleichen wie bei der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung.
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Bei einer weiteren in Fig. 8 gezeigten Abwandlung der
elektrodenlosen Entladungslampe ist die Anordnung ähnlich zu
derjenigen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, jedoch besitzt die
Lampenröhre 101 eine zylindrische Form, wobei an einer axialen
Endfläche die Hilfselektrode 103 derart innerhalb der
Induktionsspule 102 angeordnet ist, daß die andere axiale Endfläche, die
als Hauptlumineszenzlicht-Abstrahlfläche 106 dient, im
wesentlichen mit der mittig gelegenen Ebene übereinstimmt, welche
rechtwinklig die axial verlaufende Linie der Spule 102
schneidet. Da in diesem Falle die Intensität des elektrischen
Induktionsfeldes aufgrund des hochfrequenten elektromagnetischen
Feldes, das um die Induktionsspule 102 erzeugt wird, am
größten in der zentral bzw. mittig gelegenen Fläche der axial
verlaufenden Linie der Induktionsspule 102 und an beiden Seiten
der axial verlaufenden Linie geringer wird, wie in Fig. 9
dargestellt, hat die Anordnung der
Hauptlumineszenz-Lichtabstrahlfläche 106 der Lampenröhre 101, welche im wesentlichen
mit der mittig gelegenen Ebene 107 übereinstimmt, welche
rechtwinklig die Axiallinie der Induktionsspule 102 schneidet,
die Wirkung, daß das stärkste elektrische Induktionsfeld auf
das freie Ende der Vorentladung DP einwirkt. Folglich kann die
Verschiebung der Entladung ausgehend von der Vorentladung DP
hin zu der ringförmigen Bogenentladung DA einfach erreicht
werden, und die Zündfähigkeit der Entladungslampe kann weiter
verbessert werden. Bei der vorliegenden Abwandlung sind alle
weiteren Bestandteile einschließlich der Hilfselektrode 103
und der ersten und zweiten hochfrequenten Leistungsquelle 104,
105 die gleichen wie bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.
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Unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform der
elektrodenlosen Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung, wie
sie in Fig. 10 gezeigt ist, sind Wärmeisolationsfilme 123 und
123a an dem äußeren Umfang bzw. der außen gelegenen
Umfangsfläche der Lampenröhre 121 an Abschnitten vorgesehen, die sich
von denjenigen Abschnitten unterscheiden, die die Zone bzw.
den Bereich bilden, um welchen die Induktionsspule 122
gewickelt ist, und, falls erforderlich, sogar an allen derartigen
anderen Abschnitten. In dem vorliegenden Beispiel wird die
Hochfrequenzleistung ausgehend von der
Hochfrequenz-Leistungsquelle 124 der Induktionsspule 122 zugeführt, und die
Anregungslumineszenz wird veranlaßt, innerhalb des Entladungsgases
stattzufinden, welches durch das hochfrequente
elektromagnetische Feld beeinflußt wird, das um die Induktionsspule 122
er
zeugt wird, wohingegen die Hitzeabstrahlung der Lampenröhre
122 durch das Vorhandensein der Wärmeisolationsfilme 123 und
123a zurückgehalten wird, was zur Folge hat, daß der kälteste
Abschnitt der Lampenröhre 121 eine höhere Temperatur im
Vergleich zu einem Fall besitzt, bei dem kein Wärmeisolationsfilm
vorgesehen ist, wodurch eine Verdampfungsmenge der
Leuchtsubstanz erhöht wird, um den Dampfdruck zu erhöhen, und wodurch
die Betriebseigenschaft der Lampe beim erneuten Leuchten bzw.
erneuten Zünden verbessert werden kann.
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Man hat herausgefunden, daß, wenn beispielsweise die
Lampenröhre 121 derart hergestellt wird, daß sie einen
Außendurchmesser von 27 mm aufweist und 13,332 kPa (100 Torr) von
Xenongas mit zugefügten 15 mg von NdI&sub3; und 5 mg von CsI enthält, die
erreichbare Effizienz und Farbtemperatur bei einer
Eingangsleistung von 200 W bei 40 lm/W und 10.500 K jeweils beträgt,
für den Fall, daß kein Isolationsfilm vorgesehen ist, jedoch
38 lm/W und 5500 K für den anderen Fall beträgt, bei dem der
Wärmeisolationsfilm aus Platin vorgesehen ist, und daher die
Farbtemperatur durch das Vorsehen des Wärmeisolationsfilms
merklich abgesenkt werden kann, ohne einen wesentlichen
Verlust bei der Effizienz bzw. dem Wirkungsgrad zu haben. In
Fig. 11A ist ein optisches Ausgangsspektrum in bezug auf die
Wellenlänge für den Fall dargestellt, bei dem die Lampenröhre
121 den Wärmeisolationsfilm 123 und 123a aufweist, wohingegen
in Fig. 11B das optische Ausgangsspektrum in bezug auf die
Wellenlänge für denjenigen Fall dargestellt ist, bei dem die
Lampenröhre 121 keinen Wärmeisolationsfilm besitzt. Wenn man
diese Figuren miteinander vergleicht, kann man feststellen,
daß das Vorsehen der aus Platin hergestellten
Wärmeisolationsfilme 123 und 123a dazu führt, daß die Ausgangsmenge des
Lichtes bei der Weite mit kurzer Wellenlänge vermindert wird, um
die Farbtemperatur bzw. Farbskala abzusenken.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der elektrodenlosen
Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in
Fig. 12 gezeigt ist, ist die Lampenröhre 131 an den anderen
Abschnitten, welche nicht diejenigen sind, bei denen die
Induktionsspule 132 an der äußeren Umfangsfläche der Röhre
gewickelt ist, mit elektrisch leitenden Filmen 133, 133a
versehen, die mit einem transparenten elektrisch leitenden Film,
wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO), im allgemeinen In&sub2;O&sub3;-
SnO&sub2;, oder einem elektrisch leitenden keramischen Film gebildet
sind. In dem vorliegenden Beispiel wird die
Hochfrequenzleistung von der Hochfrequenz-Leistungsquelle 134 an den
Induktionsfilm 132 abgegeben, wobei die Leuchtsubstanzen durch das
hochfrequente elektromagnetische Feld beeinflußt werden, das
um die Induktionsspule 132 erzeugt wird, wodurch die
Anregungslumineszenz veranlaßt wird, und ferner ein induzierter
Strom an den leitenden Filmens 133, 133a hervorgerufen wird,
wobei diese Filme aufgrund des darin auftretenden
Stromverlustes erwärmt werden, wodurch die Lampenröhre 131 derart
erwärmt wird, daß die Temperatur an dem kältesten Abschnitt der
Röhre ansteigt und die Leuchteffizienz mit ansteigender
Verdampfungsmenge der Leuchtsubstanzen verbessert wird.
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Wenn beispielsweise die Lampenröhre 131 derart hergestellt
wird, daß sie einen Außendurchmesser von 18 mm besitzt und
13,332 kPa (100 Torr) von Xenongas enthält, dem 15 mg von NdI&sub3;
und 5 mg von CsI hinzugefügt wird, wird die Effizienz bzw. der
Wirkungsgrad bei einer Eingangsleistung von 150 W von 35 lm/W
für einen Fall erreicht, bei dem keine elektrisch leitfähigen
Filme 133, 133a vorhanden sind, wohingegen die erreichte
Effizienz bei derselben Eingangsleistung in einem anderen Falle
auf 45 lm/W verbessert wird, bei dem die aus Platin
hergestellten leitfähigen Filme 133, 133a vorgesehen sind. In
Fig. 13A ist das Ausgangsspektrum in bezug auf die Wellenlänge
für den Fall dargestellt, bei dem die leitfähigen Filme 133,
133a vorgesehen sind, wohingegen in Fig. 13B das
Ausgangsspektrum in bezug auf die Wellenlänge für denjenigen Fall
dargestellt ist, bei dem kein leitfähiger Film vorgesehen ist. Wie
durch unmittelbaren Vergleich der Zeichnungen ersichtlich, ist
es durch das Vorsehen der aus Platin hergestellten, elektrisch
leitfähigen Filme möglich, die Ausgangslichtmenge auf der
Sei
te mit niedriger Wellenlänge abzusenken.
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Bei einer dritten Ausführungsform der elektrodenlosen
Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den
Fig. 14 und 15 dargestellt ist, wird die Lamperöhre 141 mit
einem lichtübertragenden und wärmeleitfähigen Film 143
bedeckt, der eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist,
vorzugsweise im wesentlichen über die Gesamtumfangsfläche der
Röhre, wie insbesondere in Fig. 15 gezeigt ist. In dem
vorliegenden Beispiel wird die Induktionsspule 142 mit der
Hochfrequenzleistung durch die Hochfrequenz-Leistungsquelle 144
versorgt, wobei die Leuchtsubstanzen, die durch das hochfrequente
elektromagnetische Feld beeinflußt werden, das um die Spule
142 erzeugt wird, die Anregungslumineszenz innerhalb der Röhre
hervorrufen, während die neben der Induktionsspule 142
erzeugte Wärme, die die höchste Temperatur an der Innenfläche der
Lampenröhre 141 erreicht, durch den wärmeleitenden Film 143
auf andere Abschnitte der Röhre mit niedriger Temperatur
übertragen wird, wodurch die Temperatur an der Außenumfangsfläche
der Lampenröhre 141 relativ erhöht wird, um die
Verdampfungsmenge der Leuchtsubstanzen zu erhöhen, so daß der Dampfdruck
erhöht wird und die Lampe in ihrer Lichtausgangseffizienz
verbessert wird.
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Wenn beispielsweise die Lampenröhre 141 derart hergestellt
wird, daß sie einen Außendurchmesser von 23 mm aufweist und
13,332 kPa (100 Torr) von Xenongas, dem 20 mg von NdI&sub3;-CsI als
Leuchtsubstanzen hinzugefügt sind, betrug bei einer
Eingangsleistung von 250 W für den Fall, daß kein wärmeleitfähiger
Film, wie oben beschrieben, vorgesehen war, die Effizienz 63
lm/W, wohingegen für den Fall, bei dem ein Diamantfilm von 2
um Dicke als hitzeleitfähiger Film 143 an der Röhre
ausgebildet war, die Effizienz bei der gleichen Eingangsleistung von
250 W auf 76 lm/W gesteigert wurde. In diesem Falle beträgt
die Hitzeleitfähigkeit von Diamant 2000 W/mK, wobei dies mehr
als zehnmal so hoch ist wie die von Siliciumdioxidglas als dem
Material für die Lampenröhre 141, und der Diamantfilm ist im
wesentlichen transparent bzw. durchsichtig und führt zu fast
keiner Dämpfung des Lichtflusses, so daß es sich hervorragend
als Material zur Ausbildung des wärmleitfähigen Filmes 143
eignet. Für ein derartiges Material als wärmeleitfähiger Film
143 ist es auch möglich, ein solches zu verwenden, das
Betriebseigenschaften besitzt, die sich denjenigen von Diamant
annähern, wie beispielsweise Berylliumoxid, Aluminiumnitrid
oder Siliciumcarbid. Beim Vorsehen des wärmeleitfähigen Films
143, welcher die Röhre bedeckt, kann man eines von
verschiedenen Verfahren verwenden, wie beispielsweise ein
Ionisationsmetallisierungsverfahren, CVD-Verfahren mit Heizfaden und ein
Plasma-CVD-Verfahren.
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Im vorliegenden Fall wurde die Lampenröhre 141, die mit dem
Diamantfilm als wärmeleitfähigem Film 143 beschichtet ist, der
Messung der Wandtemperatur ausgesetzt, was dazu geführt hat,
daß die Temperatur an einem Abschnitt, welcher in der Nähe der
Induktionsspule 142 liegt und bei dem Plasma erzeugt wird, um
ungefähr 150ºC im Vergleich zu demjenigen Fall abgesenkt
worden ist, bei dem kein wärmeleitfähiger Film vorhanden ist,
wohingegen die Temperatur an dem kältesten Abschnitt um
ungefähr 120ºC im Gegensatz zu demjenigen Fall erhöht worden ist,
bei dem der wärmeleitfähige Film nicht vorhanden ist. Mit dem
Anstieg der Temperatur an den kälteren Abschnitten wird die
Leuchteffizienz erhöht, während jegliche thermische Last, die
an die Lampenröhre angebracht wird, durch den Abfall der
Temperatur an den heißeren Abschnitten vermindert wird. Wenn der
wärmeleitfähige Film 143 ferner aus Berylliumoxid hergestellt
wurde, betrug die Leuchteffizienz 70 lm/W bei einer
Eingangsleistung von 250 W, wobei die Temperatur an dem Abschnitt in
der Nähe der Induktionsspule 142, bei dem Plasma erzeugbar
ist, um ungefähr 90ºC abgesenkt wurde, wohingegen die
Temperatur an dem kältesten Abschnitt um ungefähr 80ºC erhöht
wurde. Man hat entsprechend herausgefunden, daß eine Funktion,
die derjenigen des Diamantfilms nahekommt, erreichbar ist.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der
elektrodenlo
sen Entladungslampe, wie sie in den Fig. 10, 12 und 14 gezeigt
ist, sind Vorentladungseinrichtungen vorgesehen, wenngleich
sie nicht besonders beschrieben wurden, wobei die
Vorentladungseinrichtungen die Hilfselektrode mit umfassen, welche
durch die zweite hochfrequente Leistungsquelle mit
elektrischer Leistung versorgt wird und die Vorentladung, die dazu
dient, das Zünden bzw. den Start zu vereinfachen, in der
gleichen Weise durchgeführt wird, wie bei den zuvor beschriebenen
Ausführungsformen. Es sei angemerkt, daß alle weiteren
Bestandteile der in den Fig. 10, 12 und 14 dargestellten
Ausführungsformen die gleichen sind wie bei denjenigen, die bei den
zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sind, und
dieselben Funktionen erreichbar sind.
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Bei der elektrodenlosen Entladungslampe gemäß der vorliegenden
Erfindung hat im allgemeinen ferner die gleichzeitige
Verwendung der Halogenide seltener Erdmetalle, mit der die
Lampenröhre gefüllt ist, und der Vorentladungseinrichtung
einschließlich der Hilfselektrode, die an die Lampenröhre
befestigt ist, zu den folgenden bemerkenswerten Unterschieden zu
herkömmlichen elektrodenlosen Entladungslampen, die keine
Vorentladungseinrichtung besitzen, wenngleich sie Halogenide
seltener Erdmetalle verwenden, geführt, wie in der folgenden
Tabelle gezeigt ist.
TABELLE
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Für die Zünd- und Wiederzündzeitdauer gemäß obiger Tabelle
wurde die Spannung über die Induktionsspule gemessen. Der
Ausdruck "zünden" bedeutet hier das Zünden bzw. Starten der
Entladungslampe, nachdem mehr als zehn Stunden seit dem
vorange
gangenen Löschen bzw. Abschalten der Lampe vergangen sind,
wohingegen der Ausdruck "Wiederzünden" das Zünden bzw.
Anschalten der Entladungslampe unmittelbar nach dem Abschalten der
stabil leuchtenden Entladungslampe bedeutet. Darüber hinaus
bedeutet der Ausdruck "nicht gezündet", daß die
Entladungslampe nicht gezündet wurde, selbst nach dem Anlegen der Spannung
von 3,0 kV über die Induktionsspule.
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Die vorliegende Erfindung gestattet eine Vielzahl von
Entwurfsabwandlungen. Während beispielsweise die Hilfselektrode
der Vorentladungseinrichtung als eine einzelne Einrichtung bei
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dargestellt wurde,
ist es möglich, ein Paar von Vorelektroden vorzusehen, die
einander an der Außenumfangsfläche der Lampenröhre entlang der
Zone bzw. dem Bereich gegenüberliegen, um welchen die
Induktionsspule gewickelt ist. Es ist ferner möglich, drei oder
mehr Hilfselektroden zu verwenden, die sich an der Lampenröhre
befinden. Anstatt eine zweite hochfrequente Leistungsquelle
zum Gebrauch mit der Hilfselektrode vorzusehen, kann die
Leistungsversorgung mit der ersten hochfrequenten Leistungsquelle
durchgeführt werden, die lediglich dazu ausgelegt wird,
zusammen mit der Induktionsspule und der Hilfselektrode verwendet
zu werden.