DE69609545T2

DE69609545T2 - Kaltkathode Subminiatur-Fluoreszenzlampe

Info

Publication number: DE69609545T2
Application number: DE69609545T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Cotter; Robert Y. Pai
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: HU9600733D0; DE69609545D1; JPH08321282A; CA2172196A1; EP0734051A2; KR960035747A; EP0734051A3; EP0734051B1; HUP9600733A2; US5606218A; HUP9600733A3; HU215888B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fluoreszenzlampen und ist im besonderen auf eine Subminiatur-Fluoreszenzlampe mit Kaltkathode gerichtet, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 hat.
Subminiatur-Fluoreszenzlampen, d. h. solche, die einen Durchmesser von 7 mm oder weniger haben, die weiterhin eine hohe Lumen pro Watt Effizienz auszeichnet, werden da verwendet, wo ein niedriger Leistungsverbrauch und/oder eine niedrige thermische Belastung notwendig ist. In vielen Fällen ersetzen solche Lampen mit kleinem Durchmesser verschiedene Glühlampen und erfordern hohe Oberflächenhelligkeiten und hohe Niveaus der Leuchtstärke.
Die Helligkeit in einer solchen Niedrigdruckentladungslampe ist direkt proportional zu dem angelegten Strom. Allerdings führen hohe Ströme im Zusammenwirken mit den kleinen Durchmessern der Lampen und den verwendeten kompakten Elektroden oft zu überhöhten Stromdichten an der Kathode. Es wurde ein frühes Ausfallen von Subminiaturlampen festgestellt, die mit hohen Stromdichten betrieben wurden, und dies ist als Ursache mit der Tendenz verbunden, daß die Entladung auf den Anschlußdrähten verweilt oder "wurzelt" (engl. "root"), die zum Zuliefern von elektrischer Leistung zu den Elektroden verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 zeigt es sich, daß sich bei niedrigen Lampenströmen die Entladung auf Bereichen der Kaltkathodenlampenelektrode 10 konzentriert und der betreffende Bereich glüht. Wenn der Strom in der Lampe ansteigt, umhüllt die Entladung die zur Verfügung stehende Oberfläche der Elektrode 10 und bewegt sich die Anschlußdrähte 12, 14 entlang. Die Entladung wurzelt auf den Anschlußdrähten 12, 14, ein Phänomen, das unmittelbar als ein helles Glühen der Elektrode und der Anschlußdrähte sichtbar ist. Die Hülle 16 der Lampe ist typischerweise ein Natronkalkglas und wenn die Anschlußdrähte 12, 14 von der Entladung umhüllt werden, tritt eine Reaktion an der Schnittstelle von den Anschlußdrähten zu der Glashülle auf, welche Natrium freisetzt. Bald anschließend wir die Schnittstelle 18 zwischen dem Glas und der Versiegelung der Anschlußdrähte durch die Reaktion beeinträchtigt werden und die Lampe kommt mit der Atmosphäre in Kontakt und fällt aus. Solch ein Ausfallen tritt häufig schon nach so wenigen Stunden wie 100 Betriebsstunden bei Lampen auf, die eine angegebene Lebensdauer von 10000 Stunden haben.
Deshalb besteht eine Notwendigkeit nach einer Subminiatur-Fluoreszenzlampe mit Kaltkathode, die nicht einem vorzeitigen Ausfall unterliegt, der durch ein Wurzeln der Entladung auf den Anschlußdrähten und eine anschließende Erschöpfung und ein Ausfall der Versiegelung von dem Anschlußdraht zu der Glashülle verursacht wird.
Die EP-A-0 556 800 offenbart eine Fluoreszenzlampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die DE-A-27 53 082 offenbart eine Miniaturlampe, die einen Glastropfen 16 aus Glas und einem weiteren glasähnlichen Material umfaßt, wobei der Glastropfen 16 zum Aufrechterhalten eines Abstandes zwischen den zwei Anschlußdrähten 13 und 14 vorgesehen ist. Weiterhin offenbaren die Druckschriften EP-A-0 115 653, FR-A-2 423 054, JP-A-60 077152 und JP-A-06 162998 Lampen, die Glastropfen haben.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Subminiaturfluoreszenzlampe mit Kaltkathode bereitzustellen, die eine Anordnung der Elektroden hat, die dem Verwurzeln der Entladung auf den Anschlußdrähten entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird durch die Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es wird im folgenden Bezug genommen werden auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, aus der ihre neuen Merkmale und Vorteile offensichtlich werden.
In den Zeichnungen ist die:
Fig. 1 ein Grundriß einer Subminiatur-Fluoreszenzlampe mit Kaltkathode nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine seitliche Aufrißansicht der Lampe nach der Fig. 1;
Fig. 3 ein Grundriß einer Subminiatur-Fluoreszenzlampe mit Kaltkathode, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 eine seitliche Aufrißansicht der Lampe nach der Fig. 3; und
Fig. 5 eine Tabelle, die die Vorteile der Bereitstellung der Komponente des Keramik- Glastropfens an die Elektrode und weiterhin die zusätzlichen Vorteile der Bereitstellung einer Elektrode mit erhöhter Oberflächengröße in Kombination mit dem Tropfen darstellt.
Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 kann man erkennen, daß eine anschauliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Glashülle 20 umfaßt, die einen Durchmesser von 7 mm oder weniger hat. Ein Paar von Anschlußdrähten 22, 24 erstreckt sich von außerhalb der Hülle 20, durch die Hülle an einem Eintrittsort 26 und in die Hülle hinein. An der Schnittstelle zwischen Hülle und Anschlußdraht, d. h. an der Eintrittsstelle 26, sind die Anschlußdrähte 22, 24 mit der Hülle 20 aus Glas versiegelt. Eine Elektrode 28 ist an den Anschlußdrähten 22, 24 innerhalb der Hülle 20 angebracht. Die bisher beschriebene Anordnung ist noch in Übereinstimmung mit der Lehre nach dem Stand der Technik, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein isolierender Keramik- Glastropfen 30 auf und um die Anschlußdrähte 22, 24 angebracht, wie es in den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. Der Tropfen 30 wird auf die Drähte 22, 24 in flüssiger Form aufgebracht und härtet dort aus. Der Tropfen 30 wird aus einem stark klebenden gesinterten Material wie Bariumoxid hergestellt und ist im wesentlichen bleifrei. Der Keramik- Glastropfen 30, der hierbei verwendet wird, hat einen höheren Schmelzpunkt und einen höheren Aufweichungspunkt als bekannte Glastropfen, die typischerweise aus einem bleihaltigen weichen Glas (das wesentlich mehr als 68% Blei enthält) gemacht sind, das Natrium und/oder andere solche Unreinheiten enthält. Während die bekannten Glastropfen nach dem Stand der Technik typischerweise für die Zwecke der strukturellen Integrität verwendet werden und keinen Bestandteil der elektrischen Schaltung der Lampe darstellen, werden die hierin offenbarten Tropfen als eine elektrische Komponente zum Ermöglichen von Lampen mit Kaltkathode mit hohen Stromdichten verwendet. Der isolierende Tropfen 30 stellt eine Unterbrechung in dem sequentiellen Pfad der Elektronen dar, die der Elektrode 28 zugeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Elektrode 28 mehrere Platten (engl. "tabs"), wobei jede der Platten einen Metalldraht umfaßt, der ein Polygon bildet, wobei eine Seite 34 von jeder der Platten 32 mit einer entsprechenden Seite auf der anderen der Platten 32 verbunden ist, um einen Basisbereich 36 der Elektrode zu bilden, der mit den Enden 38, 40 der Anschlußdrähte 22, 24 fest verbunden ist. Der Metalldraht der Platte ist bevorzugterweise aus einem nickelhaltigen Metall gemacht.
Wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist, sind die Platten 32 bevorzugterweise rechteckig geformt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die langen Seiten 42 ungefähr 6,5 mm lang, die kurzen Seiten 44 ungefähr 3,4 mm lang und der Draht ist mit einem Durchmesser von ungefähr 0,25 mm ausgelegt. Jede der Platten 32 hat eine Oberfläche einer Größe von ungefähr 44 mm². Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß man drei Platten 32 anbringt, die zusammen eine Oberfläche einer Größe von 132 mm² haben.
Die vorstehend beschriebene Kombination des Keramik-Glastropfens 30 und der Elektrode 28 mit drei Platten kann zu einer Abdampfung führen, wenn sie bei 20 mA und in Verbindung mit einem falsch ausgewählten Füllgas betrieben wird, wobei Metallatome von Elektrode 28 zur Elektrode zurückkehren, bevor sie sich auf der Fluoreszenzbeschichtung oder der Glaswand der Hülle 20 ablagern können. Mit der Zeit kann die Abdampfung den isolierenden Tropfen 30 beschichten und einen durchgehenden Weg zu der Schnittstelle der Anschlußdrähte zu dem Glas an dem Eintrittsort 26 bereitstellen.
Als ein geeignetes Füllgas hat sich eine Penning-Mischung von 90 Torr (99,5% Neon; 0,5% Argon) (1 Torr = 133,32 Pa) herausgestellt. Bei Lampen, die den Tropfen 30 und die Elektrode 28 haben, wie es vorstehend beschrieben wurde, hat sich herausgestellt, daß die Verwendung eines Füllgases mit einer Penningmischung von 90 Torr (1 Torr = 132,32 Pa) nicht zu einer ernsthaften Abdampfung führt. Andere Füllgase können auch für andere Betriebsbedingungen geeignet sein. Die Zusammensetzung des Füllgases und dessen Druck wird in Teilen durch die Startcharakteristik und den Lastentwurf der Lampe bestimmt. Um eine optimale Leistungsfähigkeit der hierin beschriebenen Lampen zu ermöglichen, und sicherzustellen, daß die Entladung weiterhin auf den Elektroden wurzelt und nicht zu den Anschlußdrähten weiter wandert, ist es notwendig, daß die Elektrode mit einer ausreichend großen Oberfläche bereitgestellt ist und daß ein Füllgas verwendet wird, welches ein Abdampfen bei den ausgewählten elektrischen Betriebsparametern vermindert.
Bezugnehmend auf die Fig. 5, die Testergebnisse von vier Lampen darstellt, die alle die Penning-Mischung von 90 Torr (1 Torr = 133,32 Pa) enthielten, kann es erkannt werden, daß bei üblichen Kaltkathoden Elektroden mit zwei Platten ohne Tropfen ein Auftreffen der Entladung an der Schnittstelle von Anschlußdraht zu Glas bei einem Strom von 6 mA auftrat. Durch das Hinzufügen des Tropfens 30 fing das Auftreffen der Entladung an der Elektrode mit zwei Platten bei 16 mA bis 18 mA an. Durch das Hinzufügen der dritten Platte fing bei der Lampe ohne Tropfen das Auftreten der Entladung bei der Elektrode bei 10 mA an. Deshalb wurde durch das Hinzufügen des Tropfens oder durch das Hinzufügen der dritten Platte ein Anwachsen des Stromes (und damit der Helligkeit der Lampe) ohne ein Auftreten der nicht gewünschten Verwurzelung der Entladung erzielt. Wenn allerdings sowohl der Tropfen als auch die dritte Platte verwendet wurden, konnte ein Strom mit mehr als 20 mA verwendet werden, ohne die genannten Probleme der Verwurzelung auszulösen. In den ausgeführten Tests war der Lampenstrom auf 20 mA durch die verwendete Last beschränkt.
Obwohl nicht in der Tabelle nach der Fig. 5 dargestellt, wurde eine wesentliche Abdampfung bei der Anordnung der Elektrode mit zwei Platten und der Verwendung des Tropfens beobachtet. Die Anordnung mit der Elektrode mit drei Platten und dem Tropfen zeigte nur ein begrenztes Abdampfen.
Deshalb wird somit eine Subminiatur-Fluoreszenzlampe mit Kaltkathode bereitgestellt, die nicht einem vorzeitigen Ausfall aufgrund eines Auftreffens der Entladung auf den Anschlußdrähten und einer folgenden Erschöpfung und einem Ausfall der Versiegelung zwischen Anschlußdraht und Glashülle unterliegt.

Claims

1. Subminiaturfluoreszenzlampe mit Kaltkathode, die umfaßt:

eine Hülle (20) aus Glas;

ein Paar von Anschlußdrähten (22, 24), die sich von außerhalb der Hülle (20) durch die Hülle (20) an einem Eintrittsort (26) und in die Hülle (20) hinein erstrecken, wobei die Anschlußdrähte (22, 24) mit der Hülle (20) an dem Eintrittsort (26) versiegelt sind;

eine Elektrode (28), die an den Anschlußdrähten (22, 24) in der Hülle (20) angebracht ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Keramik-Glastropfen (30) auf dem und um das Paar der Anschlußdrähte (22, 24) in der Hülle (20) zwischen der Elektrode (28) und dem Eintrittsort (26) gebildet ist.

2. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen (30) im wesentlichen bleifrei ist.

3. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen (30) aus einem gesinterten bleifreien Keramik-Glasmaterial gemacht ist.

4. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Bariumoxid enthält.

5. Lampe mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (28) mehrere Platten (32) umfaßt, wobei jede der Platten (32) einen Metalldraht enthält, der ein Polygon bildet, wobei eine Seite (34) von jeder der Platten (32) mit einer entsprechenden Seite einer anderen der Platten (32) verbunden ist, um einen Elektrodenbasisbereich (36) zu bilden, der mit den Enden (38, 40) der Anschlußdrähte (22, 24) fest verbunden ist.

6. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe einen Durchmesser von nicht mehr als 7 mm hat.

7. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (28) mehrere Platten (32) umfaßt, wobei jede Platte (32) einen Metalldraht umfaßt, der ein Polygon bildet, wobei jede der Platten (32) mit den Enden (38, 40) der Anschlußdrähte (22, 24) fest verbunden ist, und wobei jede Platte (32) eine Oberfläche einer Größe von ungefähr 44 mm² hat.

8. Lampe mit den Merkmalen der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Platten (32) drei Platten umfassen.

9. Lampe mit den Merkmalen der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht aus einem Metall auf Nickelbasis besteht.

10. Lampe mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9, wenn diese von dem Anspruch 7 abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygon ein Rechteck ist, wobei die langen Seiten des Rechteckes ungefähr 6,5 mm lang, die kurzen Seiten des Rechteckes ungefähr 3,4 mm lang und der Draht ungefähr 0,25 mm im Durchmesser ist.

11. Lampe mit den Merkmalen der Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Füllgas enthält, das in der Hülle (20) enthalten ist.

12. Lampe mit den Merkmalen der Anspruchs 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas eine Penning-Mischung von 90 Torr (1 Torr = 133,32 Pa) ist.

13. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (28) eine Oberfläche von einer Größe von ungefähr 132 mm² hat.

14. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 8, wenn dieser vom Anspruch 7 abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Platten (32) zusammen eine Oberfläche einer Größe von ungefähr 132 mm² haben.

15. Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ungefähr 99,5 Gew.-% Neon und ungefähr 0,5 Gew.-% Argon hat.