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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Beleuchtungseinheit mit:
einer Hochfrequenzstromversorgung
mit einem ersten und einem zweiten Ausgang zur Abgabe einer veränderlichen
Hochfrequenzspannung im Verhältnis zur
Erde, wobei die Spannungen die gleiche Größenordnung aufweisen und gegenphasig
sind, wobei die Hochfrequenzstromversorgung mit einem weiteren Ausgang
versehen ist, welcher im Wesentlichen frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
im Verhältnis
zur Erde ist; sowie
einer Niederdruckentladungslampe mit einem
röhrenförmigen Entladungsgefäß mit ionisierbarer
Füllung,
welches eine erste und eine zweite externe Elektrode aufweist, die
auf einer Seite des Entladungsgefäßes angeordnet und jeweils
an den ersten und zweiten Ausgang der Stromversorgung angeschlossen
sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ebenfalls auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer solchen Beleuchtungseinheit.
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Eine Beleuchtungseinheit dieser Art
ist in „Frequency
Dependence of RF-Driven
Subminiature Fluorescent Lamps",
Alexandrovich et al., J. of the III. Eng. Soc., Winter 1996, Seiten
93–99,
offenbart. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Lampe handelt
es sich um eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer
Länge von
20 cm und einem Innendurchmesser von 5,2 mm. Eine Stromversorgung
mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss, deren Spannungen
die gleiche Größenordnung
aufweisen und gegenphasig sind, wird im Folgenden ebenfalls als
eine symmetrische Stromversorgung bezeichnet. Durch Verwendung einer symmetrischen
Stromversorgung wird einer Interferenz entgegengewirkt. Solche Beleuchtungseinheiten
werden weitgehend als Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallanzeigevomchtungen
eingesetzt. Da die Lampe mit Hilfe von externen Elektroden betrieben
wird, kann eine lange Lebensdauer erreicht werden. Ein ausreichend
effizienter Betrieb solcher Lampen macht jedoch eine hohe Betriebsfrequenz,
zum Beispiel in der Größenordnung
von einem MHz oder höher,
erforderlich. Bei der bekannten Beleuchtungseinheit ist die Betriebsfrequenz
13,56, 27,12 oder 40,68. Es hat sich gezeigt, dass bei hohen Betriebsfrequenzen
als Folge parasitärer
Kapazitäten
zwischen dem Entladungsgefäß und benachbarten
Leitern leicht Abweichungen von einer gleichmäßigen Helligkeitsverteilung
auftreten. Jedoch ist bei Verwendung in einer Anzeigevorrichtung
eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung über das
Entladungsgefäß sehr wichtig.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Beleuchtungseinheit der in dem einleitenden Absatz beschriebenen
An vorzusehen, welche eine gleichmäßigere Helligkeitsverteilung über das
Entladungsgefäß aufweist.
Gemäß der Erfindung
ist die Beleuchtungseinheit der in dem einleitenden Absatz beschriebenen
Art, um dieses zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß der Niederdruckentladungslampe
eine weitere externe Elektrode aufweist, welche zwischen den Enden
des Entladungsgefäßes zentral
angeordnet und mit dem weiteren Ausgang der Stromversorgung verbunden
ist.
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Auf Grund des Vorhandenseins der
weiteren externen Elektrode wird eine wesentlich gleichmäßigere Helligkeitsverteilung
erreicht. Dieses ist überraschend,
da man erwarten würde,
dass zentral zwischen deren Enden das durch die symmetrische Stromversorgung
betriebene Entladungsgefäß an einem
Potential anliegt, welches frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber
Erde ist.
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Es sei erwähnt, dass in US-A-5 325 024
eine Beleuchtungseinheit beschrieben wird, welche mit einer Lampe
versehen ist, die externe Elektroden und eine Hochfrequenzstromversorgung
mit einem ersten und einem zweiten Ausgang aufweist, welche jeweils
eine veränderliche
Hochfrequenzspannung abgeben, wobei die Spannungen die gleiche Größenordnung
aufweisen und gegenphasig sind. Die Stromversorgung weist ebenfalls
einen weiteren Ausgang auf, welcher geerdet ist und folglich frei
von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber Erde
ist. Es sind verschiedene Lampenpaare an die Stromversorgung angeschlossen,
wobei jedes Paar eine erste Lampe, deren externe Elektroden mit
dem ersten und dem weiteren Ausgang verbunden sind, sowie eine zweite
Lampe, deren externe Elektroden mit dem zweiten und dem weiteren
Ausgang verbunden sind, aufweist. Bei der Beleuchtungseinheit von US-A-5
325 024 besteht die Gefahr, dass die Lampe Helligkeitsunterschiede
aufweist, welche durch Herstellungstoleranzen hervorgerufen werden.
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Es sei weiterhin erwähnt, dass
DD 155 876 eine Beleuchtungseinheit mit einer Stromversorgung und
einer Niederdruckentladungslampe aufweist. Die Stromversorgung dieser
Beleuchtungseinheit weist einen ersten Ausgang, welcher eine veränderliche Hochfrequenzspannung
gegenüber
Erde abgibt, und einen weiteren Ausgang, welcher geerdet und folglich
frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber
Erde ist, auf. Mit jedem der Ausgänge sind verschiedene externe
Elektroden verbunden. Die mit dem ersten Ausgang verbundenen, externen
Elektroden sind zwischen den, an den weiteren Ausgang angeschlossenen
Elektroden angeordnet. Die Stromversorgung der Beleuchtungseinheit
weist keinen zweiten Ausgang auf, welcher eine Spannung der gleichen
Größenordnung
wie die Spannung des ersten Ausgangs und die zu dieser gegenphasig
ist, abgibt. Infolgedessen wird die Niederdruckentladungslampe von
DD 155 876 asymmetrisch betrieben, was zur elektromagnetischen Interferenz
führt.
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Ein attraktives Ausführungsbeispiel
der Beleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung mit
einer Hochfrequenzstromquelle und einem Transformator mit einer
Primär-
und einer Sekundärwicklung
versehen ist, wobei die Primärwicklung
des Transformators mit der Hochfrequenzstromquelle verbunden ist,
der erste und der zweite Ausgang jeweils an ein Ende der Sekundärwicklung
angeschlossen sind und der weitere Ausgang mit einer Mittelanzapfung
der Sekundärwicklung
verbunden ist. Dieses Ausführungsbeispiel
hat den Vorteil, dass die Stromquelle selbst keine symmetrische
Spannung abgeben muss und folglich einen relativ einfachen Aufbau
aufweisen kann. In diesem Ausführungsbeispiel
wird zum Beispiel von einer Stromquelle, wie in
US 4 748 383 beschrieben, bei welcher
die Primärwicklung
des Transformators den Platz des Wendels der stromlosen Lampe einnimmt,
Gebrauch gemacht. Die Stromversorgung von
US 4 748 383 weist einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, welcher durch
eine Diodenbrücke
gebildet wird, und einen Wechselrichter, welcher durch eine Halbbrückenschaltung
mit FETs als Schaltelemente gebildet wird, auf. Die Mittelanzapfung
der zweiten Wicklung des Transformators kann geerdet, alternativ
jedoch mit einem der Leiter des Stromversorgungsnetzes verbunden
oder erdfrei sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Vollbrückenschaltung
als Wechselrichter verwendet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Wechselrichter als Gegentaktwandler dargestellt. In diesen
Ausführungsbeispielen
ist der Einsatz eines Transformators überflüssig.
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Durch ihre gleichmäßige Helligkeitsverteilung
ist die Niederdruckentladungslampe der Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung
zur Verwendung in einer Anzeigevorrichtung besonders geeignet. Daher
bezieht sich die Erfindung ebenfalls auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mit einer Beleuchtungseinheit
versehen ist, die aufweist: eine Hochfrequenzstromversorgung mit
einem ersten und einem zweiten Ausgang zur Abgabe einer veränderlichen Hochfrequenzspannung
im Verhältnis
zur Erde, wobei die Spannungen die gleiche Größenordnung aufweisen und gegenphasig
sind, wobei die Hochfrequenzstromversorgung mit einem weiteren Ausgang versehen
ist, welcher im Wesentlichen frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
im Verhältnis
zur Erde ist; sowie
eine Niederdruckentladungslampe mit einem
röhrenförmigen Entladungsgefäß mit ionisierbarer
Füllung, welches
eine erste und eine zweite externe Elektrode aufweist, die auf einer
Seite des Entladungsgefäßes angeordnet
und jeweils an den ersten und zweiten Ausgang der Stromversorgung
angeschlossen sind;
wobei das Entladungsgefäß der Niederdruckentladungslampe
eine weitere externe Elektrode aufweist, welche zwischen den Enden
des Entladungsgefäßes zentral
angeordnet und mit dem weiteren Ausgang der Stromversorgung verbunden
ist.
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Für
diesen Verwendungszweck ist es von Vorteil, wenn die ionisierbare
Füllung
des Entladungsgefäßes der
Niederdruckentladungslampe Quecksilber aufweist und wenn das Entladungsgefäß auf seiner
Innenfläche
mit einer Lumineszenzschicht versehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel
weist die Niederdruckentladungslampe der Beleuchtungseinheit eine
hohe Lichtausbeute auf, und die Spektralcharakteristik des erzeugten
Lichts kann durch die Zusammensetzung der Lumineszenzschicht leicht angepasst
werden.
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Das Entladungsgefäß kann zum Beispiel planar
oder gebogen, z. B. spiralförmig
gebogen, dargestellt sein. Zum Einsatz in einer Anzeigevomchtung ist
die Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung
vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß so gebogen
ist, dass es auf einer Ebene mäandert.
Ein in eine solche Form gebogenes Entladungsgefäß kann in diesem Ausführungsbeispiel
auf einfache Weise vorgesehen werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1, 2 und 3 – aufeinander
folgende, schematische Darstellungen eines ersten, zweiten und dritten
Ausführungsbeispiels
der Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung,
sowie
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4 – eine schematische
Darstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche mit einer Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung versehen ist.
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1 zeigt
eine Beleuchtungseinheit, welche eine Hochfrequenzstromversorgung 1 und
eine Niederdruckentladungslampe 2 zeigt. Die Hochfrequenzstromversorgung 1 ist
mit einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 10, einem Wechselrichter 11 und einem
Transformator 12 versehen. Der Wechselrichter 11 wird
durch eine Halbbrückenschaltung
gebildet und weist Ausgangsanschlüsse 11a, 11b auf
an welche eine Primärwicklung 12a des Transformators
angeschlossen ist. Der Transformator weist eine Sekundärwicklung
mit Enden 12c, 12d und einer Mittelanzapfung 12e auf.
Die Enden 12c, 12d sind sukzessiv mit einem ersten
Ausgang 13a und einem zweiten Ausgang 13b der
Stromversorgung 1 verbunden. Die Mittelanzapfung 12e ist
mit einem weiteren Ausgang 13c verbunden. Der erste und
der zweite Ausgang 13a, 13b geben jeweils eine Spannung
mit einer Frequenz von 2,65 MHz ab. Die abgegebenen Spannungen weisen
die gleiche Größenordnung,
in diesem Falle eine Amplitude von 300 V, auf und sind gegenphasig.
Der weitere Ausgang 13c ist geerdet und folglich im Wesentlichen
frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber
Erde.
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Die Lampe 2 weist ein röhrenförmiges Entladungsgefäß 20 mit
einer Länge
von 114 cm, einem Innendurchmesser von 5 mm und einer Wanddicke von
0,9 mm auf. Die Innenfläche 21 des
Entladungsgefäßes 20 ist
mit einer Lumineszenzschicht 22 versehen, welche sich aus
einem Gemisch aus blau leuchtendem Bariummagnesiumaluminat, welches mit
bivalentem Europium aktiviert wird, grün leuchtendem Ceriummagnesiumaluminat,
welches mit trivalentem Terbium aktiviert wird, sowie rot leuchtendem
Yttriumoxid, welches mit trivalentem Europium aktiviert wird, zusammensetzt.
Das Entladungsgefäß 20 ist
mit einer ionisierbaren Füllung
versehen, welche durch Argon mit einem Fülldruck von 8 mb und 5 mg Quecksilber
gebildet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist keine Lumineszenzschicht
vorhanden, und die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes weist
ausschließlich
ein Inertgas, zum Beispiel ein oder mehrere Edelgase, auf. Das Entladungsgefäß 20 ist
mit einer ersten und einer zweiten externen Elektrode 23a, 23b versehen,
welche jeweils auf beiden Seiten 24a, 24b des Entladungsgefäßes angeordnet
und jeweils mit dem ersten und zweiten Ausgang 13a, 13b der
Stromversorgung 1 verbunden sind. In diesem Falle sind
die erste und die zweite Elektrode 23a, 23b als
zylinderförmige Manschetten
aus Kupferblech mit einer Länge
von 15 mm ausgebildet.
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Das Entladungsgefäß 20 der Lampe weist eine
weitere externe Elektrode 23c auf, welche zwischen den
Enden 24a, 24b des Entladungsgefäßes zentral
angeordnet und mit dem weiteren Ausgang 13e der Stromversorgung 1 verbunden
ist. Die weitere externe Elektrode 23c ist als Ring mit
einer Breite von 1 mm ausgebildet und besteht ebenfalls aus Kupferblech.
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Bei normalem Betrieb betrug der Energieverbrauch
der Lampe 17W. Die Lampe wies eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung
auf.
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Zum Vergleich wurde eine nicht erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
hergestellt, welche sich von der Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung
dadurch unterscheidet, dass keine weitere externe Elektrode vorhanden
ist. Die nicht erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
wies deutlich sichtbare Helligkeitsunterschiede in der gesamten
Länge auf.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinheit
gemäß der Erfindung
ist in 2 dargestellt.
In 2 tragen Teile, welche
denen in 1 entsprechen,
eine Bezugsziffer, die um 100 höher ist. Bei der in 2 dargestellten Beleuchtungseinheit
ist die Stromversorgung mit einem Wechselrichter 111 versehen,
welcher als Vollbrückenschaltung
dargestellt ist. Die Vollbrückenschaltung
weist Eingangsanschlüsse 114, 114' auf, welche mit
einer Gleichstromquelle 110, zum Beispiel den Ausgängen eines
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, verbunden sind. Die Eingangsanschlüsse 114, 114' sind über eine
erste und eine zweite Reihenschaltung untereinander verbunden. Die
erste Reihenschaltung weist ein erstes und ein zweites Schaltelement 115, 115a' auf. Die zweite
Reihenschaltung weist ebenfalls ein erstes und ein zweites Schaltelement 115b, 115b' auf. Der erste
Ausgang wird durch einen gemeinsamen Punkt 113a der Schaltelemente 115a, 115a' der ersten
Reihenschaltung gebildet. Der zweite Ausgang wird durch einen gemeinsamen Punkt 113b der
Schaltelemente 115b, 115b' der zweiten Reihenschaltung gebildet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
dient einer der Eingangsanschlüsse
der Vollbrückenschaltung,
in diesem Falle der Eingangsanschluss 114 mit einer negativen
Polarität,
als weiterer Ausgang 113c. Dieser weitere Ausgang 113c liegt
an einem konstanten Potential an und ist daher frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber
Erde. Die vier Schaltelemente 115a, 115a', 115b, 115b' werden durch
Steuermittel 116 gesteuert. Zum einen werden gleichzeitig
das erste Schaltelement 115a der ersten Reihenschaltung
und das zweite Schaltelement 115b' der zweiten Reihenschaltung und
zum anderen das zweite Schaltelement 115a' der ersten Reihenschaltung und
das erste Schaltelement 115b der zweiten Reihenschaltung
durch die Steuermittel 116 abwechselnd leitend gemacht.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinheit
gemäß der Erfindung
ist in 3 dargestellt.
In 3 tragen Teile entsprechend
den Teilen in 1 eine
Bezugsziffer, welche um 200 höher
ist, und Teile entsprecherd den Teilen von 2 eine Bezugsziffer, welche um 100 höher ist.
Bei der in 3 dargestellten
Beleuchtungseinheit weist die Stromversorgung einen Wechselrichter 211 auf,
welcher als Gegentaktwandler dargestellt ist. Wie in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
werden Eingangsanschlüsse 214, 214', die mit einer
Gleichstromquelle 210 verbunden sind, durch eine erste und
eine zweite Reihenschaltung, in diesem Falle eine Spule und ein
Schaltelement, überbrückt. Die erste
Reihenschaltung weist eine Spule 217a und ein Schaltelement 215a,
die zweite Reihenschaltung eine Spule 217b und ein Schaltelement 215b auf. Der
erste Ausgang 213a wird durch einen gemeinsamen Punkt der
Spule 217a und des Schaltelements 215a der ersten
Reihenschaltung gebildet. Ein gemeinsamer Punkt der Spule 217b und
des Schaltelements 215b der zweiten Reihenschaltung bildet
den zweiten Ausgang 213b. Der weitere Ausgang 213c wird
durch einen der Eingangsanschlüsse
des Wechselrichters, in diesem Falle den Eingangsanschluss 214 mit
einer positiven Polarität,
dargestellt. Der weitere Ausgang 213c ist frei von Hochfrequenzspannungsänderungen
gegenüber
Erde. Die Schaltelemente 215a, 215b werden durch
die Steuermittel 216 abwechselnd leitend gemacht.
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In 4 tragen
Teile entsprechend den in 1 dargestellten
Teilen die gleiche Bezugsziffer. 4 zeigt
schematisch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung 3,
welche mit einer Beleuchtungseinheit 1, 2 gemäß der Erfindung
versehen ist. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 3 und
die Niederdruckentladungslampe 2 der Beleuchtungseinheit
bilden zusammen eine Anordnung, welche als Explosiorsansicht in 4 dargestellt ist. In dem
in 4 dargestellten Beispiel
sind die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 3 und
die Niederdruckentladungslampe gemeinsam in einem Gehäuse 4 untergebracht,
welches mit Montagemitteln (nicht dargestellt) und möglicherweise
mit einer Halterung 40 versehen ist. Die Niederdruckentladungslampe 2,
welche mäanderförmig gebogen
ist, ist in einer Ebene angeordnet, welche sich parallel zu dieser
erstreckt, in welcher die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 3 vorgesehen
ist. Zwischen der Niederdruckentladungslampe 2 und der
Anzeigevomchtung 3 ist ein Diffusor 5, welcher durch
Wände des
Gehäuses
getragen wird, angeordnet.