DE69325215T2

DE69325215T2 - Niederdruck-quecksilber-entladungslampe und mit solcher lampe bestückte leuchttafel

Info

Publication number: DE69325215T2
Application number: DE69325215T
Authority: DE
Inventors: Franciscus Ligthart; Gustaaf Wesselink
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: US5982089A; WO1993020579A1; KR100348667B1; EP0586680B1; EP0586680A1; JPH06508473A; DE69325215D1; CA2103366A1; JP3238403B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe zur Verwendung in tragbaren batteriebetriebenen Geräten, die ein vakuumdicht verschlossenes, längliches röhrenförmiges Lampengefäß umfaßt, das sich in einer Mäanderform parallel zu einer flachen Ebene erstreckt, das eine mit einem fluoreszierenden Pulver überzogene Innenfläche hat und das mit einer Edelgas und Quecksilber enthaltenden Lampenfüllung versehen ist und mit kalten Elektroden, zwischen denen eine Entladungsstrecke verläuft, wobei der Innendurchmesser des Lampengefäßes nicht größer ist als 3,5 mm. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Beleuchtungsfeld, insbesondere ein Beleuchtungsfeld für eine Flüssigkristallanzeige, die mit einer derartigen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe versehen ist.
Eine solche Lampe ist aus einer Broschüre der Harrison Electric Co, Ltd. bekannt. Die dort beschriebene Lampe wird für die Verwendung in einem Beleuchtungsfeld für Flüssigkristallanzeigen empfohlen. Die Lampe hat einen Außendurchmesser von 6,2 mm (Innendurchmesser ungefähr 4,3 mm), und die Länge der Entladungsstrecke beträgt ungefähr 500 mm. Die Lampe ist mäanderförmig gebogen, das heißt, das Lampengefäß umfaßt eine Anzahl nahezu paralleler Schenkel, die miteinander in Reihe verbunden sind und deren Mittellinien in einer flachen Ebene liegen. Die bekannte Lampe ist geeignet, um in einem Beleuchtungsfeld für einen 6"-Bildschirm aufgenommen zu werden und führt zu einer kleineren Konstruktionshöhe dieses Feldes, als sie mit ähnlich gebogenen Leuchtstofflampen mit größerem Lampendurchmesser möglich wäre. Die für die bekannte Lampe festgelegte Betriebsspannung beträgt 530 V, und der Lampenstrom ist nicht größer als 6,0 mA, was für eine Verwendung in tragbaren, batteriebetriebenen Geräten interessant ist.
Die bekannte Lampe ist nicht für größere Displays mit einer gleichartigen verhältnismäßig geringen Konstruktionshöhe des Feldes geeignet. Um eine gleichmäßige Beleuchtung einer größeren Oberfläche zu erhalten, müßte man auf eine Vielzahl von Lampen der beschriebenen Art zurückgreifen, so daß eine Anzahl unabhängiger Entladungsstrecken entstände. Eine Zunahme der Anzahl Lampen führt zu einer proportionalen Zu nahme der Elektrodenverluste, was in einer Flüssigkristallanzeigeeinheit, die häufig tragbar ist und mit einem Batteriesystem versehen ist, ein Nachteil ist. Außerdem kann bei unabhängig angeordneten Lampen keine gleichmäßige Beleuchtung des Feldes garantiert werden, weil in der Praxis kleine Unterschiede in der Helligkeit zwischen den Lampen nicht vermieden werden können.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, Lampen zu verschaffen, mit denen Beleuchtungsfelder erhalten werden können, die einen sehr günstigen Energieverbrauch haben und zugleich eine sehr gleichmäßige Oberflächenbeleuchtung und eine geringe Konstruktionshöhe aufweisen.
Erfindungsgemäß ist eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Entladungsstrecke zumindest 250mal und höchstens 1000mal so groß ist wie der Innendurchmesser des Lampengefäßes. Diese Geometrie, mit einer verhältnismäßig langen Entladungsstrecke in bezug auf den Innendurchmesser, führt zur einer Lampe, deren Elektrodenverluste verhältnismäßig gering sind, d. h. für die Gasentladung wird ein größere Anteil der abgegebenen Leistung verfügbar. Es ist jetzt auch möglich, eine Lampenform zu wählen, bei der die Lampe eine verhältnismäßig große Anzahl nebeneinander liegender Schenkel hat, wodurch eine gleichmäßigere Lichtverteilung erhalten wird.
Es hat sich gezeigt, daß das oben angegebene Verhältnis der Entladungsstreckenlänge zum inneren Lampengefäßdurchmesser, das zumindest 250 sein muß, um den gewünschten Effekt zu erhalten, einen maximalen Wert von 1000 hat; es hat sich nämlich gezeigt, daß in der Praxis ungeeignet hohe Werte für die Betriebsspannung der Lampe erforderlich sind, wenn diese obere Grenze überschritten wird.
Es sei bemerkt, daß in GB-PS 1 514 281 Niederdruck-Quecksilberentladungslampen mit einem mäanderförmigen Entladungsgefäß und einem Verhältnis der Entladungsstreckenlänge zum inneren Lampengefäßdurchmesser größer als 100, d. h. 116 und 168, vorgeschlagen werden. Diese Lampen haben einen Innendurchmesser von 22,8 mm und einen Leistungsverlust von 112 bzw. 153 W.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe, bei der das mäanderförmige Entladungsgefäß eine Anzahl gerader, nahezu paralleler Schenkel umfaßt, ist der Innendurchmesser des Lampengefäßes zumindest 2,0 und vorzugsweise 2,5 mm, und der freie Abstand zwischen den Schenkeln zumindest gleich und höchstens 5mal dem Innendurchmesser des Lampengefäßes. Diese Lampe hat den Vorteil, daß bei Verwendung in einem Beleuchtungsfeld eine sehr gleichmäßige Oberflächenbeleuchtung und eine hohe Helligkeit erhalten werden. Ein Beleuchtungsfeld umfaßt im allgemeinen einen flachen Kasten mit einem Boden und in einem bestimmten Abstand davon und parallel dazu eine Lichtaustrittsfläche, die häufig von einer Diffusorplatte abgedeckt wird. Wegen des kleinen Innendurchmessers des Lampengefäßes und der Begrenzung des freien Abstandes (offenen Raumes) zwischen den Schenkeln des Lampengefäßes auf höchstens 5mal den Innendurchmesser des Lampengefäßes wird die Lichtaustrittsfläche von einer großen Anzahl paralleler Schenkel beleuchtet, wodurch die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbeleuchtung begünstigt wird. Eine hohe Helligkeit wird dadurch erhalten, daß der Abstand zwischen den Schenkeln zumindest gleich dem Innendurchmesser des Lampengefäßes gewählt wird. Der offene Raum zwischen den Schenkeln ist dann nämlich groß genug, um das von der Lampe in Richtung des Bodens ausgestrahlte Licht zum großen Teil nach Reflexion am Boden durchzulassen, so daß dieses Licht zur Helligkeit des Beleuchtungsfeldes beitragen kann.
In dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe wird der Innendurchmesser des Lampengefäßes nicht kleiner als 2,0 mm gewählt, um zu verhindern, daß Lampenimpedanzwerte auftreten, die für praktische Anwendungen zu hoch sind. Andererseits wird der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes nicht größer als 3,5 mm gewählt, um kleine Konstruktionshöhen von mit solchen Lampen versehenen Beleuchtungsfeldern möglich zu machen.
Es hat sich gezeigt, daß mit der gewählten Lampengeometrie Beleuchtungsfelder realisiert werden können, die eine sehr gleichmäßige Oberflächenbeleuchtung, eine hohe Helligkeit und einen hohen Wirkungsgrad, beispielsweise 10 cd/W haben, während die Konstruktionshöhe solcher Felder begrenzt ist, beispielsweise auf 15 mm oder weniger.
Es sei weiterhin bemerkt, daß US-PS 4.842.378 eine Flüssigkristallanzeige beschreibt, die mit einem Beleuchtungsfeld versehen ist, in dem eine mäanderförmig gebogene Entladungslampe angeordnet ist. Diese Lampe, die einen Innendurchmesser von ungefähr 4,5 mm hat, ist keine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe, sondern eine Neon- Entladungslampe, die keine lumineszierenden Materialien umfaßt, und die eine wesentlich kleinere Lichtausbeute hat, als mit Niederdruck-Quecksilberentladungslampen erreicht werden kann.
Außerdem sei erwähnt, daß FR 1 231 904 Beleuchtungsfelder für Raumbeleuchtungszwecke beschreibt. Die Beleuchtungsfelder umfassen eine oder mehrere Leuchtstofflampen und sind mit elektrischen und mechanischen Kopplungsliedern versehen, um gleichmäßig beleuchtete Flächen zu erhalten.
Im allgemeinen ist für die Wiedergabe von Farbbildern ein Beitrag der blauen, grünen und roten Anteile des Spektrums notwendig. Diese Beiträge können von einem fluoreszierenden Pulver geliefert werden, das ein mit zweiwertigem Europium aktiviertes Material, ein mit dreiwertigem Terbium aktiviertes Material und ein mit dreiwertigem Europium aktiviertes Material umfaßt. Daher wird eine erfindungsgemäßen Lampe vorgezogen, die mit einem fluoreszierenden Pulvre versehen ist, das zumindest ein lumineszierendes Material aus jeder der genannten Materialgruppen umfaßt.
Es sei bemerkt, daß in Patent Abstracts of Japan, Band 14, Nr. 541 (E-1007), 29. November 1990; JP-A-02 230 653, eine Leuchtstofflampe beschrieben wird, die eine fluoreszierende Schicht mit einem mit Eu aktivierten lumineszierenden Material und einem mit Tb aktivierten lumineszierenden Material umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Beleuchtungsfeld, insbesondere eines für eine Flüssigkristallanzeige, welches Feld eine flachen Kasten mit einem Boden umfaßt und in einem bestimmten Abstand davon und parallel dazu eine Lichtaustrittsfläche, die von einer Diffusorplatte abgedeckt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Feld mit einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberentladungslampe versehen ist, die zwischen dem Boden und der Diffusorplatte angeordnet ist.
Ausführungsformen einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampe und eines Beleuchtungsfeldes gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe in Ansicht und teilweise im Querschnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsfeldes in Draufsicht und
Fig. 3 einen Querschnitt des Feldes von Fig. 2 entlang der Linie III-III.
Die Niederdruck-Quecksilberentladungslampe von Fig. 1 hat ein vakuumdicht verschlossenes röhrenförmiges Lampengefäß 1 aus Glas, das in einer Mäanderform parallel zu einer Ebenenoberfläche verläuft. Das Lampengefäß 1 hat acht gerade, nahezu parallele Schenkel 2. Stromdurchführungen 5, 6, die innerhalb des Lampengefäßes jeweils eine kalte Elektrode 7, 8 tragen, sind an den Enden 3, 4 des Lampengefäßes 1 eingeschmolzen. Das Lampengefäß 1 hat einen Innendurchmesser von 2,6 mm, eine Wanddicke von 0,8 mm und eine Länge von 93 cm. Die Länge der Entladungsstrecke beträgt 90 cm, das ist 346 mal der Innendurchmesser des Lampengefäßes 1. Die Innenfläche des Lampengefäßes 1 ist mit einer Leuchtschicht 9 bedeckt, die eine Mischung aus mit zweiwertigem Europium aktiviertem, blau lumineszierendem Bariummagnesiumaluminat, mit dreiwertigem Terbium aktiviertem, grün lumineszierendem Cermagnesiumaluminat und mit dreiwertigem Europium aktiviertem, rot lumineszierendem Yttriumoxid umfaßt. Das Mischungsverhältnis dieser lumineszierenden Materialien ist so gewählt, daß die Lampe im Betrieb weißes Licht mit einer Farbtemperatur von 4000 K aussendet. Der freie Abstand zwischen den Schenkeln 2 der Lampe beträgt 7 mm, d. h. 2,7-mal den Innendurchmesser des Lampengefäßes 1. Infolge dieser Wahl des Verhältnisses aus dem freien Abstand und dem Innendurchmesser (d. h. zwischen den Werten 1 und 5) ist bei Verwendung der Lampe in einem Beleuchtungsfeld eine sehr gleichmäßige Oberflächenbeleuchtung mit hoher Helligkeit möglich. Das Lampengefäß 1 der Lampe wird mit einer geringen Menge Quecksilber und einer Mischung aus Neon und Argon bis zu einem Druck von 40 mbar gefüllt. Die Lampe hat eine Lichtausbeute von ungefähr 70 LM/W bei einer Leistungsaufnahme von ungefähr 3,5 W (Lampenstrom 3 mA) und ist für die Verwendung in einem 6"-Display geeignet.
Das in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellte Beleuchtungsfeld umfaßt ein Gehäuse 1 in Form eines flachen Kastens mit einem Boden 2 und einer parallel zu dem genannten Boden verlaufenden Lichtaustrittsfläche 3, die von einer Diffusorplatte 4 abgedeckt wird. Eine Flüssigkristallanzeige 5, die auf der Diffusorplatte 4 angeordnet ist, wird mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Boden 2 des Gehäuses 1 ist mit einer Reflektorschicht 6 versehen. Eine Lampe 7 der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art ist in dem Gehäuse 1 angeordnet. In einem Abschnitt 8 des Gehäuses 1 ist eine batteriebetriebene Versorgungsquelle (nicht abgebildet) für die Lampe 7 untergebracht. Diese Versorgungsquelle liefert eine Betriebsspannung von 1200 V (25 kHz). Das Beleuchtungsfeld ist für ein 6"- Display geeignet und liefert im Betrieb einen Wirkungsgrad von 10 Candela pro Watt.

Claims

1. Niederdruck-Quecksilberentladungslampe zur Verwendung in tragbaren batteriebetriebenen Geräten, die ein vakuumdicht verschlossenes, längliches röhrenförmiges Lampengefäß umfaßt, das sich in einer Mäanderform parallel zu einer flachen Ebene erstreckt, das eine mit einem fluoreszierenden Pulver überzogene Innenfläche hat und das mit einer Edelgas und Quecksilber enthaltenden Lampenfüllung versehen ist und mit kalten Elektroden, zwischen denen eine Entladungsstrecke verläuft, wobei der Innendurchmesser des Lampengefäßes nicht größer ist als 3,5 mm, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Entladungsstrecke zumindest 250mal und höchstens 1000mal so groß ist wie der Innendurchmesser des Lampengefäßes.

2. Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1, bei der das mäanderförmige Entladungsgefäß eine Anzahl gerader, nahezu paralleler Schenkel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Lampengefäßes zumindest 2,0 und vorzugsweise 2,5 mm, und der freie Abstand zwischen den Schenkeln zumindest gleich und höchstens 5mal dem Innendurchmesser des Lampengefäßes ist.

3. Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtschicht zumindest ein mit zweiwertigem Europium aktiviertes, lumineszierendes Material, zumindest ein mit dreiwertigem Terbium aktiviertes, lumineszierendes Material und zumindest ein mit dreiwertigem Europium aktiviertes, lumineszierendes Material umfaßt.

4. Beleuchtungsfeld für eine Flüssigkristallanzeige, welches Feld eine flachen Kasten mit einem Boden umfaßt und in einem bestimmten Abstand davon und parallel dazu eine Lichtaustrittsfläche, die von einer Diffusorplatte abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld mit einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3 versehen ist.