EP0990259A1 - Leuchtstofflampe mit abstandshaltern und lokal verdünnter leuchtstoffschichtdicke - Google Patents

Leuchtstofflampe mit abstandshaltern und lokal verdünnter leuchtstoffschichtdicke

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EP0990259A1
EP0990259A1 EP99945732A EP99945732A EP0990259A1 EP 0990259 A1 EP0990259 A1 EP 0990259A1 EP 99945732 A EP99945732 A EP 99945732A EP 99945732 A EP99945732 A EP 99945732A EP 0990259 A1 EP0990259 A1 EP 0990259A1
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EP
European Patent Office
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fluorescent lamp
spacer
lamp according
wall
layer
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EP99945732A
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English (en)
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Frank Vollkommer
Lothar Hitzschke
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
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    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent lamp for dielectrically impeded discharges.
  • a fluorescent lamp for dielectrically impeded discharges.
  • Such a fluorescent lamp has a discharge vessel filled with a gas filling, in which at least one wall contains a transparent surface for the light emission.
  • the fluorescent lamp naturally has a fluorescent layer, wherein in this invention the case is considered that at least a part of the fluorescent layer lies on the said transparent surface.
  • the electrodes and the dielectric layer thereon are not dealt with further here.
  • spacers can be used which connect parts of the discharge vessel and keep them at a distance from one another. These spacers can be part of the discharge vessel itself, for. B. connecting two plates of a flat radiator discharge vessel as a frame.
  • spacers in particular in the case of extensive discharge vessels and the gas filling pressure well below atmospheric pressure, it is necessary to provide spacers within the discharge vessel as well, which are intended to prevent implosion of the discharge vessel but do not belong to it directly in the sense of a limitation. For reasons other than the risk of implosion, it can also be advantageous to carry out an additional stabilization with spacers in a discharge vessel.
  • This invention is based on the technical problem of developing a fluorescent lamp of the type described at the outset in such a way that it exhibits good light emission properties with good mechanical stability.
  • this problem is solved with a fluorescent lamp for dielectrically handicapped discharges with a discharge vessel filled with a gas filling, at least one spacer for supporting at least one wall of the discharge vessel, which has an at least partially transparent surface with a phosphor layer, the spacer having this wall is supported on this surface, characterized in that the phosphor layer has a reduced thickness in the vicinity of the spacer.
  • the invention provides for a local reduction in layer thickness in the vicinity of the spacer on the partially transparent surface with the phosphor layer. This includes the case in the invention that the reduced thickness (according to claim 1) is zero, the local change in layer thickness thus corresponds to a recess.
  • shading can be compensated for by the spacer underneath if the geometrical coordination is suitable.
  • a somewhat darker stain can remain in the area of direct contact between the spacers and the transparent wall, which, however, is optically quasi resolved according to the invention in a brightened environment.
  • this is a question of the observer distance and the geometrical extent of the lighter area and the dark spot.
  • One embodiment of this invention consists in the fact that the aforementioned environment of the spacer has a relatively finely designed geometric structure made up of many surfaces, each with a different luminous layer thickness.
  • a gradation of an effective luminescent layer thickness, as it were, resulting from a local message, can take place in discrete steps or as a continuous course by varying the different luminescent layer thicknesses or varying the different areas.
  • Another idea of the invention is to make the contact surface between the spacer and the wall considered here as small as possible. This is opposed to mechanical considerations, namely the avoidance of a punctiform loading of the wall (generally made of glass) by the spacer.
  • this disadvantage is accepted in favor of minimizing the area which can be brightened by the reduction in layer thickness according to the invention. It is preferred to restrict this contact surface two-dimensionally, ie to extend it less in every direction conceivable in this plane.
  • a quantitative characterization of this limitation of the contact surface makes sense for the distance bridged by the spacer of the discharge vessel, ie z. B. on the plate spacing of a flat lamp fluorescent lamp.
  • the described small expansion of the contact surface should be less than 30%, preferably less than 20% or 10% of this distance.
  • Another important embodiment of the invention relates to the stability of the discharge vessel with the spacers in the case of thermal cycles, as they occur inevitably in lamp operation.
  • the thermal expansion coefficient of the spacers should be in the range of ⁇ 30% of the expansion coefficient of the main components of the discharge vessel.
  • the main components of the discharge vessel are those components whose thermal expansion is essential for the thermal expansion of the overall discharge vessel due to their geometric dimensions and their function in the discharge vessel. In the case of a flat radiator, these are e.g. B. the two plates and the two connecting frame. Mismatches in this area, depending on the extent of the thermal loads during operation, lead to internal tensions and displacements of the vessel components and the spacers with one another and thus to instabilities and loosening of connections or even breakage of the lamp.
  • Soft glasses have proven to be cheap materials for the spacers. Such soft glasses can also be used in a form further processed in terms of materials, e.g. B. as a flour or glass solder held together by a binding material. Finally, various ceramic materials in question, in particular Al 2 0 3 ceramics. With regard to the question of the choice of material and the coefficient of expansion, reference is made to the exemplary embodiment.
  • a further possibility for reducing the optical disturbances through an image of the spacer consists in sheathing it with a phosphor layer.
  • the spacer on the other side of the transparent wall does not appear more or less pronounced as shading, apart from the immediate area of the system between the spacer and the wall. Too little ultraviolet light gets there to excite the phosphor to a significant extent.
  • Fluorescent layer the area of a system of the fluorescent layer on the wall as far as there is no shadow comparable to the uncoated spacer, as there is sufficient ultraviolet light available for excitation. Accordingly, the effective contact surface to be assessed in the sense of the above explanations for minimizing the contact surface is that of the spacer without the phosphor layer (or only with areas of the phosphor layer that are not sufficiently excited).
  • a further possibility for brightening the surroundings of the spacer consists in a reflective coating of an area of the spacer facing the transparent wall. This increases the coupling of the light diffusely distributed within the discharge vessel into the region of the phosphor layer on the wall which is thinned according to the invention.
  • the brightening of the surroundings of the spacer caused by the various measures shown can be distributed with diffusely scattering media, so that the dark spot that is unavoidable at least in the area of direct contact between the spacer and the wall after passing through the diffusely scattering medium dissolved in the bright surroundings or averaged against them.
  • a frosted glass layer has proven to be a particularly favorable compromise between a highly diffuse scattering effect on the one hand and the highest possible transmission capacity in favor of a high efficiency of the overall arrangement on the other hand. For technical reasons, it may make sense to build up the layer directly limiting the discharge volume from a glass determined for other technical reasons, while the frosted glass layer is designed as an overlay. In order to simplify the overall construction, it is also possible to build the transparent wall (in one layer) from a frosted glass if the number of pieces makes sense for a corresponding production of special milk glasses.
  • Figure 1 is a schematic sectional view showing a spacer in a flat radiator fluorescent lamp according to the invention in cross section, wherein the spacer is surrounded all around by a recess in a fluorescent layer;
  • Figure 2 is a schematic sectional view showing a further spacer in the flat radiator fluorescent lamp according to the invention in cross section, wherein the spacer corresponds to a flat radiator frame and is surrounded on one side by a recess in the phosphor layer.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a flat radiator fluorescent lamp according to the invention.
  • the fluorescent lamp is designed for dielectrically impeded discharges and is largely constructed in a known manner, reference being made to the prior art already cited.
  • the dielectric barrier characteristic dielectric layers are not further treated.
  • FIG. 1 shows a detail view in which only the area of a spacer 6 with a part of a base plate 1 and a cover plate, summarily designated by 2, is shown around the spacer 6.
  • the spacer 6 consists of a precision glass ball with a diameter of 5 mm.
  • a precision glass ball with a diameter of 5 mm.
  • an arrangement of 48 such spacers 6 would be used.
  • the base plate 1 is provided with a reflection layer 7 for reflecting the visible light generated to the transparent ceiling plate 2.
  • a phosphor layer 3 is provided on the side of the reflection layer 7 and the ceiling plate 2 facing the discharge volume.
  • the spacer 6 is fastened to the base plate 1 with a glass solder 5, which is applied as a viscous mixture of a soft glass powder with a binder and is dried and hardened by a thermal treatment. Due to its spherical shape, the spacer 6 lies almost point-like on the ceiling plate 2, the rest of the unavoidable contact surface resulting from an elastic deformation and unevenness of the surfaces involved. Around this contact surface between the spacer 6 and the ceiling panel 2, the phosphor layer 3 is wiped out on the ceiling panel; d. H. the contact surface lies in the middle of a recess 8 in the phosphor layer.
  • the glass ball forming the spacer 6 is coated with a further phosphor layer 3 '. Due to its finite thickness, this phosphor layer 3 'increases the contact surface between the spacers 6 and - 10 -
  • the ceiling panel 2 slightly, as already stated, the phosphor layer 3 'hardly contributing to shading.
  • the ultraviolet light generated in a dielectrically impeded gas discharge is converted into visible light in the phosphor layers 3 and 3 ', with a largely diffuse distribution of the visible light in the discharge volume. This is supported by the reflection on the reflection layer 7 in order to minimize the losses in the area of the base plate 1. Accordingly, visible light can be coupled into the region 8 free of the phosphor layer around the spacer 6, the contribution of the half of the phosphor layer 3 ′ on the spacer 6 facing the ceiling panel 2 being particularly important.
  • FIG. 1 also shows that the top plate 2 is made up of two sub-layers, namely a lower glass layer 2a, which like the bottom plate 1 consists of a B270 glass described in more detail below for reasons of material technology, and an overlying milk glass overlay layer 2b for diffuse scattering of the emerging visible light.
  • these material-technical reasons concern the processing properties, namely a favorable softening temperature of 708 ° C, also good chemical resistance to the plasmas that occur and to alkali migration within the glass, the thermal expansion coefficients discussed in more detail below, and finally favorable transmission properties.
  • a favorable softening temperature 708 ° C
  • these material-technical reasons concern the processing properties, namely a favorable softening temperature of 708 ° C, also good chemical resistance to the plasmas that occur and to alkali migration within the glass, the thermal expansion coefficients discussed in more detail below, and finally favorable transmission properties.
  • the frosted glass overlay layer 2b there is also a prism film 4, which narrows the solid angle of the light exit with a focus (so-called brightness enhancement film from the manufacturer 3M).
  • the prism film also has the property of an additional averaging of the luminance beyond the effect of the frosted glass overlay layer 2b.
  • So-called DBEF foils from manufacturer 3M can also be used, which are essentially partially reflecting polarizers. Coordinated with the polarization properties of a liquid crystal display, the yield when used for liquid crystal image backlighting can be further increased.
  • the combination of the frosted glass overlay layer 2b with the prism film 4 leads to a so far smoothing of the inhomogeneities in the luminance distribution that the small dark spot caused by the direct contact of the spacer 6 on the ceiling plate 2 is compensated for by the lighter environment in the area of the fluorescent recess 8 .
  • the lighter environment in area 8 compensates for the lack of light contribution from the area of the base plate 1 under the spacer 6, in particular from the area of the glass solder 5.
  • the glass ball forming the spacer 6 in its upper half in the figure instead of the phosphor layer 3 'or below could have one corresponding to the reflection layer 7. Reflection layer.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional illustration that is largely comparable to FIG. 1, but showing an edge of the flat radiator fluorescent lamp.
  • This glass frame is on its top and on - 12 -
  • the glass frame 6 has the cross-sectional shape of an upright rectangle with flat contact upwards and downwards.
  • the spacer or glass frame 6 ' is provided with a phosphor layer 3', which has the analogous function to the corresponding phosphor layer on the glass ball in the previous figure.
  • a thinner 8 is formed in the phosphor layer 3 of the ceiling plate 2 only on one side, namely towards the discharge volume. With this thinning 8, the layer thickness of the phosphor layer 3 decreases with decreasing lateral distance from the spacer 6 'to approximately zero at the point of contact with the phosphor layer 3'.
  • the structure of the layers otherwise completely corresponds to the structure from FIG. 1 and is not described in more detail here. It is simply a cross section through another point of the basically same layer structure.
  • the advantage of the invention at this point is that a darkening of the lamp in the vicinity of the frame or the spacer 6 'can be compensated for by the absence of diffuse radiation from the side of the glass frame 6'.
  • the reduction in layer thickness is up to 1 cm and corresponds to the darkened area without reduction in layer thickness.
  • the effective luminous area can be increased by the smoothing effect of the milk glass overlay layer 2b or also of an external optical diffuser and the prism film 4 for "smearing" the increased brightness in the area 8 over that which is in itself darkened area of the glass frame 6 'ensures.
  • the glass frame 6 ' is in the form shown as a rectangle around a flat radiator geometry rectangular in plan. This results in an expansion of the illuminating area on all sides of the flat radiator and thus an enlarged “visible diagonal” overall of the actually illuminating surface.
  • soft glasses In general, a distinction is made between soft glasses and hard glasses, the distinguishing criterion being the level of the softening temperature (with 10 , ⁇ dPas).
  • soft glasses In this invention, mainly intermediate glasses but also soft glasses are used in a range of the thermal expansion coefficient of 9 x W 6 K '1 ⁇ 30% (preferably 20%, 10%).
  • hard glasses fall in the range of 4 x W 6 K "1 and soft glasses fall in the range of 9 x 10 '6 K " 1 .
  • the glass B270 from the manufacturer DESAG (Deutsche Spezialglas AG in Grünenplan) with a coefficient of expansion of 9.5 x 10 "6 K 1 and a softening temperature of 708 ° C is particularly preferred. Most of the soft glasses are in this range of the thermal expansion coefficient, which is why soft glass or materials based on soft glass are preferred for the spacers - 14 -
  • AR glass No. 8350
  • A1 2 0 3 ceramics are used with a coefficient of expansion of 8.5 - 8.8 x 10 ⁇ K 1 .
  • Quartz glass on the other hand, is disadvantageous and is used more frequently in this technical area due to the good UV transparency. On the one hand, its average linear expansion coefficient is about 4.5 - 5.9 x 10 ⁇ K '1 and is thus only about 5-6% of the coefficient of the material used for the discharge vessel. In addition, quartz glass has the disadvantageous property of poor adhesion of most of the phosphors in question. It is also expensive and is therefore only considered in exceptional cases for the manufacture of the discharge vessel itself and basically also of the spacers.

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Abstract

Beschrieben wird eine Leuchtstofflampe mit Abstandshaltern (6) zum Abstützen einer Wand (2) des Entladungsgefässes, wobei die Leuchtstoffschicht (3) in einer Umgebung des Abstandshalters (6) eine verminderte Dicke aufweist (8).

Description

Leuchtstofflampe mit Abstandshaltern und lokal verdünnter Leuchtstoffschichtdicke
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtstofflampe für dielektrisch behinderte Entladungen. Eine solche Leuchtstofflampe weist ein mit einer Gasfüllung gefülltes Entladungsgefäß auf, bei dem zumindest eine Wand zum Lichtaustritt eine transparente Fläche enthält. Außerdem verfügt die Leuchtstofflampe natürlich über eine Leuchtstoffschicht, wobei bei dieser Erfindung der Fall betrachtet wird, daß zumindest ein Teil der Leuchtstoffschicht auf der genannten transparenten Fläche liegt. Die Elektroden und die Dielektrikumsschicht darauf werden hier nicht weiter behandelt.
Bei solchen Leuchtstofflampen können Abstandshalter verwendet werden, die Teile des Entladungsgefäßes verbinden und in einem Abstand voneinander halten. Diese Abstandshalter können dabei selbst Teil des Entladungsgefäßes sein, z. B. zwei Platten eines Flachstrahler-Entladungsgefäßes als Rahmen verbindend. Andererseits ist es insbesondere bei flächig ausgedehnten Entladungsgefäßen und deutlich unter Atmosphärendruck liegen- dem Druck der Gasfüllung notwendig, auch innerhalb des Entladungsgefäßes Abstandshalter vorzusehen, die eine Implosion des Entladungsgefäßes verhindern sollen, diesem jedoch nicht direkt im Sinne einer Begrenzung angehören. Es kann auch aus anderen Gründen als der Implosionsgefahr vorteilhaft sein mit Abstandshaltern in einem Entladungsgefäß eine zusätzli- ehe Stabilisierung vorzunehmen. - 2 -
Zum Stand der Technik wird verwiesen auf folgende Anmeldungen, die Leuchtstofflampen der beschriebenen Art für dielektrisch behinderte Entladungen darstellen und deren Offenbarungsgehalt hier mit inbegriffen ist:
DE 196 36 965.7 = WO 97 / 01989
DE 195 26 211.5 = WO 97 / 04625 sowie
DE-P 43 11 197.1 = WO 94 / 23442.
Dieser Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Leuchtstofflampe der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß sie bei guter mechanischer Stabilität gute Lichtabstrahlungseigenschaften zeigt.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst mit einer Leuchtstofflampe für dielektrisch behinderte Entladungen mit einem mit einer Gasfüllung gefüllten Entladungsgefäß, mindestens einem Abstandshalter zum Abstützen mindestens einer Wand des Entladungsgefäßes, die eine für sichtbare Strahlung zumindest teilweise transparente Fläche mit einer Leuchtstoffschicht aufweist, wobei der Abstandshalter diese Wand an dieser Fläche abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht in einer Umgebung des Abstandshalters eine verminderte Dicke aufweist.
Bei der Ausarbeitung der Erfindung hat sich herausgestellt, daß Abstands- halter im Bereich einer für die Lichtabstrahlung vorgesehenen Fläche des Entladungsgefäßes zu Unregelmäßigkeiten, insbesondere zu Abschattungen führen. Für viele Anwendungen ist es jedoch sehr nachteilig, wenn die Leuchtdichte der Lichtaustrittsfläche der Leuchtstofflampe zu stark variiert. Vielmehr ist eine möglichst weitgehende Gleichmäßigkeit der Lichterzeu- gung anzustreben. Dies betrifft vor allem Flachstrahler für die Hinterleuch- tung von Anzeigeeinrichtungen, insbesondere für die Lünterleuchtung von Flüssigkristall-Bildschirmen. Um das Erscheinungsbild und die Lesbarkeit der Arizeigeeinrichtung bzw. des Bildschirms nicht zu stören, sollten dabei vorzugsweise Leuchtdichteschwankungen von 15 % nicht überschritten werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Gebiet der Flachstrahler oder der Hinterleuchtungen für Anzeigeeinrichtungen eingeschränkt.
Bei der Erfindung hat sich nun herausgestellt, daß eine lokale Verringerung der Schichtdicke der Leuchtstoffschicht nicht, wie man zunächst erwarten könnte, zu einer Abdunklung wegen der geringeren vorhandenen Menge sichtbares Licht erzeugenden Leuchtstoffs führt. Im Gegenteil erscheinen die Stellen mit verdünnter Leuchstoffschicht vergleichsweise heller als die Umgebung, selbst wenn die Schichtdicke auf Null reduziert wird, also eine lokale Aussparung gebildet wird. Dies läßt sich im Nachhinein verstehen durch den diffusen Charakter der Lichterzeugung innerhalb der Leuchtstofflampe, wobei die aus benachbarten Bereichen eingefangene sichtbare Strahlung im Bereich der verdünnten Leuchtstoffschichtdicke auf eine geringere Absorption/Reflexion stößt. Dementsprechend sieht die Erfindung vor, in der Umgebung des Abstandshalters auf der teilweise transparenten Fläche mit der Leuchtstoffschicht eine lokale Schichtdickenverringerung vorzusehen. Dabei ist in der Erfindung der Fall eingeschlossen, daß die verminderte Dicke (gemäß Anspruch 1) Null beträgt, die lokale Schichtdickenveränderung also einer Aussparung entspricht.
Dadurch kann einerseits bei geeigneter geometrischer Abstimmung eine Abschattung durch den darunterliegenden Abstandshalter kompensiert werden. Andererseits kann auch bei der erfindungsgemäßen Lösung im Bereich der unmittelbaren Berührung zwischen Abstandshaltern und transparenter Wand ein etwas dunklerer Fleck verbleiben, der erfindungsgemäß jedoch in einer aufgehellten Umgebung optisch quasi aufgelöst wird. Zum einen ist dies eine Frage des Beobachterabstands und der geometrischen Ausdehnung der helleren Fläche und des dunklen Flecks. Andererseits kann durch eine - 4 -
bereits bekannte Ausgleichsmaßnahme wie optische Diffusoren, Prismenscheiben und dergleichen sozusagen eine lokale Mittelung bewirkt werden, bei der sich der dunkle Fleck und die aufgehellte Umgebung gegenseitig kompensieren.
Eine Ausgestaltung dieser Erfindung besteht darin, daß die genannte Umgebung des Abstandshalters eine relativ fein gestaltete geometrische Struktur aus vielen Flächen mit jeweils unterschiedlicher Leuchtschichtdicke aufweist. Dabei kann eine Abstufung einer sich gewissermaßen aus einer lokalen Mitteilung ergebenden effektiven Leuchtschichtdicke in diskreten Stufen oder als kontinuierlicher Verlauf durch Variation der verschiedenen Leuchtschichtdicken oder Variation der verschiedenen Flächenanteile erfolgen. Zu dieser Ausgestaltung wird verwiesen auf die Parallelaιτmeldung „Leuchtstofflampe mit auf die geometrische Entladungsverteilung abgestimmter Leuchtstoffschichtdicke" derselben Anmelderin, die am gleichen Tag eingereicht wurde.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung geht dahin, die Anlagefläche zwischen dem Abstandshalter und der hier betrachteten Wand möglichst gering ausgedehnt zu gestalten. Zwar stehen dem mechanische Erwägungen entgegen, nämlich die Vermeidung einer punktuellen Belastung der (im allgemeinen aus Glas gefertigten) Wand durch den Abstandshalter. Jedoch wird dieser Nachteil zugunsten einer Minimierung der durch die erfindungsgemäße Schichtdickenverringerung aufhellbaren Fläche in Kauf genommen. Bevorzugt ist es dabei, diese Anlagefläche zweidimensional einzuschränken, d. h. in jeder in dieser Ebene denkbaren Richtung geringer auszudehnen. Ande- rerseits gibt es Fälle, vor allem im Fall linienhaft verlaufender Abstandshalter beispielsweise als Rahmen eines Entladungsgefäßes, bei denen eine Einschränkung der Anlagefläche in nur einer Richtung (senkrecht zu der Ab- standshalterlinie) vorteilhaft ist. - 5 -
Eine quantitative Charakterisierung dieser Einschränkung der Anlagefläche bezieht sich sinnvollerweise auf den durch den Abstandshalter überbrückten Abstand des Entladungsgefäßes, also z. B. auf den Plattenabstand einer Flachstrahler-Leuchtstofflampe. Hierbei sollte die beschriebene geringe Ausdehnung der Anlagefläche weniger als 30 %, vorzugsweise weniger als 20 % bzw. 10 % dieses Abstandes betragen.
Eine weitere wesentliche Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Stabilität des Entladungsgefaßes mit den Abstandshaltern im Fall thermischer Zyklen, wie sie im Lampenbetrieb praktisch unvermeidlich auftreten. Bei der Ausar- beitung der Erfindung hat es sich dabei als wesentlich herausgestellt, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Hauptbestandteile des Entladungsgefäßes und der Abstandshalter aufeinander abzustimmen. Insbesondere sollte der thermische Ausdehnungskoeffizient der Abstandshalter im Bereich von ± 30 % des Ausdehnungskoeffizienten der Hauptbestandteile des Entladungsgefäßes liegen. Mit Hauptbestandteilen des Entladungsgefäßes sind diejenigen Bestandteile gemeint, deren thermische Ausdehnung aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen und ihrer Funktion im Entladungsgefäß für die thermische Ausdehnung des Gesam- tentladungsgefäßes wesentlich ist. Im Fall eines Flachstrahler sind dies z. B. die beiden Platten sowie der beide verbindende Rahmen. Fehlanpassungen in diesem Bereich führen, je nach Ausmaß der thermischen Belastungen im Betrieb, zu inneren Verspannungen und Verschiebungen der Gefäßbestand- teile und der Abstandshalter untereinander und damit zu Instabilitäten und zum Lösen von Verbindungen bis hin zum Bruch der Lampe.
Als günstige Materialien für die Abstandshalter haben sich Weichgläser herausgestellt. Solche Weichgläser lassen sich auch in materialtechnisch weiterverarbeiteter Form einsetzen, z. B. als von einem Bindematerial zusammengehaltenes Mehl bzw. Glaslot. Schließlich kommen verschiedene Keramik- materialien in Frage, insbesondere Al203-Keramik. Zur Frage der Materialwahl und der Ausdehnungskoeffizienten wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
Hinsichtlich der bereits erwähnten Minimierung der Anlagefläche des Ab- Standshalters an der transparenten Fläche der Wand hat es sich herausgestellt, daß eine feste Verbindung zwischen Abstandhalter und Wand nicht unbedingt von Vorteil ist. Vielmehr kann es von Vorteil sein, den Abstandshalter nur zur anderen Seite hin, also an der gegenüberliegenden Wand, zu befestigen, womit er bei der Gesamtmontage festgelegt ist. Durch geeignete geometrische Auslegung liegt dann die Wand mit der transparenten Fläche auf dem Abstandhalter lediglich auf, wobei keine weiteren Verbindungsmaterialien wie Glaslote, Klebstoffe oder ähnliches vorgesehen smd. Dadurch kann die Anlagefläche auf ein Minimum eingeschränkt werden.
Ferner bietet sich hierdurch auch ein Vorteil im Hinblick auf etwaige thermi- sehe Ausdehnungsunterschiede zwischen den beiden von dem Abstandshalter verbundenen Wänden. Bei dadurch entstehenden Quer Verschiebungen kann die lediglich anliegende Wand gegen den Abstandhalter verrutschen, bevor zu hohe Spannungen auftreten.
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der optischen Störungen durch ein Abbild des Abstandshalters besteht in einer Ummantelung desselben durch eine Leuchtstoffschicht. Dadurch erscheint der Abstandshalter auf der anderen Seite der transparenten Wand nicht mehr oder weniger ausgeprägt als Abschattung, und zwar abgesehen von dem unmittelbaren Bereich der Anlage zwischen Abstandhalter und Wand. Dorthin gelangt zu wenig ul- traviolettes Licht, um den Leuchtstoff in nennenswertem Umfang anzuregen.
Da die Leuchtstoffummantelung des Abstandhalters die Anlagefläche an der Wand vergrößert, sollte klargestellt werden, daß durch das Leuchten dieser - 7 -
Leuchtstoffschicht der Bereich einer Anlage der Leuchtstoffschicht an der Wand soweit nicht in mit dem unbeschichteten Abstandhalter vergleichbarem Umfang als Schatten erscheint, wie ausreichend ultraviolettes Licht zur Anregung zur Verfügimg steht. Dementsprechend ist die im Sinn der vor- stehenden Ausführungen zur Minimierung der Anlagefläche zu wertende effektive Anlagefläche diejenige des Abstandshalters ohne die Leuchtstoffschicht (bzw. lediglich mit nicht ausreichend angeregten Bereichen der Leuchtstoffschicht).
Eine weitere Möglichkeit zur Aufhellung der Umgebung des Abstandshal- ters besteht erfindungsgemäß in einer reflektierenden Beschichtung eines der transparenten Wand zugewandten Bereichs des Abstandshalters. Dadurch wird die Einkopplung des innerhalb des Entladungsgefäßes diffus verteilten Lichtes in den erfindungsgemäß verdünnten Bereich der Leuchtstoffschicht an der Wand verstärkt.
Wie eingangs bereits erwähnt, kann die durch die verschiedenen dargestellten Maßnahmen bewirkte Aufhellung einer Umgebung des Abstandhalters mit diffus streuenden Medien verteilt werden, so daß sich der zumindest im Bereich der direkten Anlage zwischen Abstandhalter und Wand unvermeidbare dunkle Fleck nach Durchgang durch das diffus streuende Medium in der hellen Umgebung aufgelöst bzw. sich gegen sie wegemittelt hat.
Bei den Arbeiten zu dieser Erfindung hat sich eine Milchglasschicht als besonders günstiger Kompromiß zwischen einer stark diffus streuenden Wirkung einerseits und einem möglichst hohen Transmissionsvermögen zugunsten eines hohen Wirkungsgrades der Gesamtanordnung andererseits herausgestellt. Aus technischen Gründen kann es sinnvoll sein, die unmittelbar das Entladungsvolumen begrenzende Schicht aus einem aus anderweitigen technischen Erwägungen heraus bestimmten Glas aufzubauen, während die Milchglasschicht als Überfangschicht darüber ausgeführt ist. Im Sinne einer Vereinfachung der Gesamtkonstruktion ist es bei für eine entsprechende Anfertigung spezieller Milchgläser sinnvollen Stückzahlen jedoch auch möglich, die transparente Wand grundsätzlich (in einer Schicht) aus einem Milchglas aufzubauen.
Bei der eingangs bereits erwähnten Möglichkeit eines Rahmens eines Flachstrahler-Entladungsgefäßes als Abstandshalter im Sinn der Erfindung ergibt sich der Vorteil einer Vergrößerung der effektiven leuchtenden Fläche. Dies wird im Ausführungsbeispiel erläutert.
Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel für die Erfindung näher beschrieben, das in den beiliegenden Figuren dargestellt ist. Dabei offenbarte Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Im einzelnen zeigt:
Figur 1 eine schematisierte Ausschnittsdarstellung, die einen Abstandshalter in einer erfindungsgemäßen Flachstrahler-Leuchtstofflampe im Querschnitt darstellt, wobei der Abstandshalter ringsum von einer Aussparung in einer Leuchtstoffschicht umgeben ist; und
Figur 2 eine schematisierte Ausschnittsansicht, die einen weiteren Abstandshalter in der erfindungsgemäßen Flachstrahler-Leuchtstofflampe im Querschnitt darstellt, wobei der Abstandshalter einem Flachstrahlerrahmen ent- spricht und zu einer Seite hin von einer Aussparung in der Leuchtstoffschicht umgeben ist.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Flachstrahler-Leuchtstofflampe. Die Leuchtstofflampe ist für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt und dabei weitgehend in bekannter Weise aufge- baut, wobei auf den bereits zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Insbesondere werden im Folgenden die Elektrodenanordnungen und die für - 9 -
die dielektrisch behinderte Entladung charakteristischen dielektrischen Schichten nicht weiter behandelt.
Figur 1 zeigt dabei eine Ausschnittsansicht, in der nur der Bereich eines Abstandhalters 6 mit einem Teil einer Bodenplatte 1 und einer summarisch mit 2 bezeichneten Deckplatte um den Abstandshalter 6 herum dargestellt ist.
Der Abstandshalter 6 besteht aus einer Präzisionsglaskugel mit einem Durchmesser von 5 mm. Beispielsweise würde bei einer Flachstrahler- Leuchtstofflampe mit Abmessungen von etwa 315 mm x 239 mm x 10 mm bei einer Stärke der Bodenplatte 1 und der Deckplatte 2 von jeweils 2,5 mm eine Anordnung aus 48 solchen Abstandshaltern 6 verwendet.
Die Bodenplatte 1 ist mit einer Reflexionsschicht 7 zur Reflexion des erzeugten sichtbaren Lichts zu der transparenten Deckenplatte 2 versehen. Auf der dem Entladungsvolumen zugewandten Seite der Reflexionsschicht 7 und der Deckenplatte 2 ist jeweils eine Leuchtstoffschicht 3 vorgesehen. Der Ab- Standshalter 6 ist auf der Bodenplatte 1 mit einem Glaslot 5 befestigt, das als zähflüssige Mischung aus einem Weichglaspulver mit einem Bindemittel aufgetragen und durch eine thermische Behandlung getrocknet und gehärtet wird. An der Deckenplatte 2 liegt der Abstandshalter 6 aufgrund seiner Kugelform fast punktförmig an, wobei die restliche unvermeidbare Anlageflä- ehe aus einer elastischen Verformung und Unebenheiten der beteiligten Oberflächen resultiert. Um diese Anlagefläche zwischen dem Abstandshalter 6 und der Deckenplatte 2 herum ist die Leuchtstoffschicht 3 an der Deckenplatte ausgewischt; d. h. die Anlagefläche liegt inmitten einer Aussparung 8 der Leuchtstoffschicht.
Zudem ist die den Abstandshalter 6 bildende Glaskugel mit einer weiteren Leuchtstoffschicht 3' beschichtet. Durch ihre endliche Dicke vergrößert diese Leuchtstoffschicht 3' die Anlagefläche zwischen dem Abstandshalter 6 und - 10 -
der Deckenplatte 2 geringfügig, wie bereits ausgeführt, wobei die Leuchtstoffschicht 3' kaum zusätzlich zur Abschattung beiträgt.
Das in einer dielektrisch behinderten Gasentladung erzeugte ultraviolette Licht wird in den Leuchtstoffschichten 3 und 3' in sichtbares Licht umge- setzt, wobei sich eine weitgehend diffuse Verteilung des sichtbaren Lichtes im Entladungsvolumen ergibt. Dies wird durch die Reflexion an der Reflexionsschicht 7 unterstützt, um die Verluste im Bereich der Bodenplatte 1 zu rninirnieren. Dementsprechend kann in den leuchtstoffschichtfreien Bereich 8 um den Abstandshalter 6 herum sichtbares Licht einkoppeln, wobei der Beitrag insbesondere der der Deckenplatte 2 zugewandten Hälfte der Leuchtstoffschicht 3' auf dem Abstandshalter 6 besonders ins Gewicht fällt.
Durch die im Vergleich zu weiter entfernt liegenden Bereichen mit normaler Dicke der Leuchtstoffschicht 3 auf der Deckenplatte 2 wegfallende Absorption und Reflexion des Leuchtstoffs kann in der Umgebung des Abstandshal- ters 6 besonders viel Licht durch die Deckenplatte 2 dringen.
Figur 1 zeigt ferner, daß die Deckenplatte 2 aufgebaut ist aus zwei Teilschichten, nämlich einer unteren Glasschicht 2a, die wie die Bodenplatte 1 aus materialtechnischen Gründen aus einem weiter unten genauer beschriebenen B270-Glas besteht, und einer darüberliegenden Milchglasüberfang- schicht 2b zur diffusen Streuung des austretenden sichtbaren Lichtes. Diese materialtechnischen Gründe betreffen einerseits die Bearbeitungseigenschaften, nämlich eine günstig liegende Erweichungstemperatur von 708°C, ferner eine gute chemische Resistenz gegen die auftretenden Plasmen sowie gegen Alkalimigrationen innerhalb des Glases, den weiter unten näher be- handelten thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie schließlich günstige Transmissionseigenschaften. - 11 -
Über der Milchglasüberfangschicht 2b befindet sich weiterhin eine Prismenfolie 4, die den Raumwinkel des Lichtaustritts schwerpunktmäßig verengt (sogenannte Brightness-Enhancement-Folie des Herstellers 3M). Daneben hat die Prismenfolie auch die Eigenschaft einer zusätzlichen Mittelung der Leuchtdichte über die Wirkung der Milchglasüberfangschicht 2b hinaus.
Es können auch sogenannte DBEF-Folien des Herstellers 3M (oder Folien vergleichbarer Funktion) verwendet werden, die im wesentlichen teilreflektierende Polarisatoren sind. Abgestimmt auf die Polarisationseigenschaften einer Flüssigkristallanzeige kann damit die Ausbeute bei der Anwendung zur FlüssigkristallbildscMrmhinterleuchtung weiter gesteigert werden.
Insgesamt führt die Kombination aus der Milchglasüberfangschicht 2b mit der Prismenfolie 4 zu einer so weitgehenden Glättung der Inhomogenitäten der Leuchtdichteverteilung, daß der durch die direkte Anlage des Abstandshalters 6 an der Deckenplatte 2 verursachte kleine dunkle Fleck durch die hellere Umgebung im Bereich der Leuchtstoffaussparung 8 kompensiert wird. Darüber hinaus kompensiert die hellere Umgebung im Bereich 8 das Fehlen des Lichtbeitrags aus dem Bereich der Bodenplatte 1 unter dem Abstandshalter 6, insbesondere aus dem Bereich des Glaslots 5.
Weiterhm könnte die den Abstandshalter 6 bildende Glaskugel in ihrer in der Figur oberen Hälfte anstelle der Leuchtstoffschicht 3' oder darunter mit einer der Reflexionsschicht 7 entsprechenden. Reflexionsschicht versehen sein.
Figur 2 zeigt eine Figur 1 weitgehend vergleichbare Querschnittsdarstellung, wobei jedoch ein Rand der Flachstrahler-Leuchtstofflampe gezeigt ist. Dort liegt ein Abstandhalter 6' in Form eines das Entladungsgefäß am Rand und zwischen den Platten 1 und 2 bildenden Glasrahmens aus dem weiter unten beschriebenen B270-Glas vor. Dieser Glasrahmen ist an seiner Ober- und an - 12 -
seiner Unterseite über Glaslotschichten 5 mit der Bodenplatte 1 und der Deckenplatte 2 verbunden. Aus Stabilitätsgründen ist hier weiterhin auch keine Minimierung einer Anlagefläche an der Deckenplatte 2 vorgesehen. Vielmehr hat der Glasrahmen 6' die Querschnittsform eines hochkantste- henden Rechtecks mit flächiger Anlage nach oben und nach unten.
Zur Seite des Entladungsvolumens hin, in der Figur nach rechts, ist der Abstandshalter bzw. der Glasrahmen 6' mit einer Leuchtstoffschicht 3' versehen, die die analoge Funktion zu der entsprechenden Leuchtstoffschicht auf der Glaskugel in der vorherigen Figur hat. Entsprechend der langgestreckten (quasi eindimensionalen) Geometrie des Abstandshalters 6' ist auch nur zu einer Seite, nämlich zu dem Entladungsvolumen hin, eine Verdünnung 8 in der Leuchtstoffschicht 3 der Deckenplatte 2 gebildet. Bei dieser Verdünnung 8 vermindert sich die Schichtdicke der Leuchtstoffschicht 3 mit abnehmendem lateralen Abstand von dem Abstandshalter 6' auf ungefähr Null an der Stelle der Berührung mit der Leuchtstoff Schicht 3'. Von dem Beginn der Schichtdickenverminderung an ist dieser Übergang im wesentlichen linear, wobei sich der genaue mathematische Verlauf dieser glatten Schichtdickenverringerung und die genaue Schichtdicke (theoretisch Null) in der unmittelbaren Umgebung der Leuchtstoffschicht 3' herstellungstechnisch nur be- grenzt kontrollieren lassen.
Der Aufbau der Schichten entspricht im übrigen vollständig dem Aufbau aus Figur 1 und wird hier nicht näher beschrieben. Es handelt sich lediglich um einen Querschnitt durch eine andere Stelle des grundsätzlich gleichen Schichtaufbaus.
Der Vorteil der Erfindung besteht an dieser Stelle darin, daß eine Abdunke- lung der Lampe in der Nähe des Rahmens bzw. des Abstandshalters 6' durch den von der Seite des Glasrahmens 6' fehlenden Beitrag diffuser Strahlung kompensiert werden kann.. Eine typische Breite für den Bereich 8 - 13 -
der Schichtdickenverringerung beträgt bis zu 1 cm und entspricht dem abgedunkelten Bereich ohne Schichtdickenverringerung.
Darüber hinaus kann auch erreicht werden, daß die effektive leuchtende Fläche vergrößert werden kann, indem die Glättungswirkung der Milch- glasüberfangschicht 2b oder auch eines externen optischen Diffusors und der Prismenfolie 4 für ein „Ausschmieren" der im Bereich 8 erhöhten Helligkeit über den an sich bereits abgedunkelten Bereich des Glasrahmens 6' hinaus sorgt.
Der Glasrahmen 6' ist in der dargestellten Form als Rechteck um eine im Grundriß rechteckige Flachstrahlergeometrie herumgeführt. Damit ergibt sich an allen Seiten des Flachstrahlers eine Ausweitung des leuchtenden Bereichs und damit insgesamt eine vergrößerte „sichtbare Diagonale" der eigentlich leuchtenden Fläche.
Zu den verschiedenen in Frage kommenden Glasmaterialien ist folgendes festzustellen: Im allgemeinen unterscheidet man zwischen Weichgläsern und Hartgläsern, wobei das Unterscheidungskriterium die Höhe der Erweichungstemperatur (mit 10 ,δ dPas) ist. Bei dieser Erfindung werden vorwiegend Zwischengläser aber auch Weichgläser verwendet und zwar in einem Bereich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 9 x W6 K'1 ± 30 % (vorzugsweise 20 %, 10 %). Üblicherweise fallen Hartgläser in den Bereich von 4 x W6 K"1 und Weichgläser etwa in den Bereich von 9 x 10'6 K'1.
Besonders bevorzugt ist hier das Glas B270 des Herstellers DESAG (Deutsche Spezialglas AG in Grünenplan) mit einen Ausdehnungskoeffizienten von 9,5 x 10"6 K1 und einer Erweichungstemperatur von 708°C. In diesem Bereich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten liegen auch die meisten Weichgläser, weswegen Weichglas oder auf Weichglas aufbauende Materialien für die Abstandshalter bevorzugt sind. Weiterhin in Frage kommt auch - 14 -
ein sogenanntes AR-Glas (Nr. 8350) des genannten Herstellers mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 9,1 x 10"6 K1. (Wobei die bereits erwähnten technischen Gründe für B270 weitgehend auch für das AR- Glas zutreffen). Weiterhin kann auch A1203 -Keramik verwendet werden mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 8,5 - 8,8 x lO^K1.
Nachteilig ist hingegen Quarzglas, das wegen der guten UV-Transparenz in diesem technischen Bereich häufiger verwendet wird. Zum einen beträgt sein mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient etwa 4,5 - 5,9 x lO^K'1 und beträgt damit nur noch etwa 5-6 % des Koeffizienten des für das Entla- dungsgefäß verwendeten Materials. Ferner hat Quarzglas die nachteilige Eigenschaft einer schlechten Haftung der meisten in Frage kommenden Leuchtstoffe. Es ist außerdem teuer und kommt damit für eine Herstellung des Entladungsgefäßes selbst und im Grunde auch der Abstandshalter nur in Ausnahmefällen in Betracht.

Claims

- 15 -Patentansprüche
1. Leuchtstofflampe für dielektrisch behinderte Entladungen mit einem mit einer Gasfüllung gefüllten Entladungsgefäß, (1, 2, 6'), mindestens einem Abstandshalter (6, 6') zum Abstützen mindestens einer Wand (2) des Entladungsgefäßes, die eine für sichtbare Strahlung zumindest teilweise transparente Fläche mit einer Leuchtstoffschicht (3) aufweist, wobei der Abstandshalter (6, 6') diese Wand (2) an dieser Fläche abstützt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (3) in einer Umgebung (8) des Abstandshalters (6, 6') eine verminderte Dicke aufweist.
2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, bei der die Umgebung eine geometrische Struktur aus Flächen unterschiedlicher Leuchtstoffschichtdicke aufweist.
3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Umgebung (8) Flächen ohne Leuchtstoffschicht aufweist.
4. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der
Abstandshalter (6, 6') die Wand (2) durch eine gering ausgedehnte Anlage an der Wand abstützt.
5. Leuchtstofflampe nach Anspruch (4), bei der die Anlage in jeder Richtung in ihrer Ebene gering ausgedehnt ist.
6. Leuchtstofflampe nach Anspruch 4 oder 5, bei der die geringe Ausdehnung weniger als 30 % des Plattenabstandes beträgt.
7. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstandshalter (6, 6') einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten - 16 -
aufweist, der mit einer Toleranz von ± 30 % demjenigen der Hauptbestandteile (1, 2, 6') des Entladungsgefäßes entspricht.
8. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstandshalter (6, 6') im wesentlichen aus Weichglas, einem im we- sentlichen weichglasenthaltenden Material oder einem Keramikmaterial besteht.
9. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstandshalter (6) verbindungsmaterialfrei an der Wand (2) anliegt.
10. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstandshalter (6, 6') eine äußere Leuchtstoffbeschichtung (3') aufweist.
11. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstandshalter in einem der Wand zugewandten Bereich eine reflektierende Beschichtung aufweist.
12. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Fläche (2) eine Milchglasschicht (2b) aufweist.
13. Leuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, außer Anspruch 5 und Anspruch 9, bei der der Abstandshalter (6') eine Begrenzungswand des Entladungsgefäßes (1, 2, 6') bildet.
14. Leuchtstofflampe nach Anspruch 13, bei der der Abstandshalter (6') ein Rahmen einer Flachstrahler-Leuchtstofflampe ist, der eine Bodenplatte (1) und eine die Wand bildende Deckenplatte (2) verbindet.
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