EP1256971A2 - Gasentladungslampe - Google Patents

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EP1256971A2
EP1256971A2 EP02100454A EP02100454A EP1256971A2 EP 1256971 A2 EP1256971 A2 EP 1256971A2 EP 02100454 A EP02100454 A EP 02100454A EP 02100454 A EP02100454 A EP 02100454A EP 1256971 A2 EP1256971 A2 EP 1256971A2
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EP
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gas discharge
discharge lamp
ceramic material
batio
doping
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Wilhelm Albert Philips Corp Int.Prop.GmbH Groen
Petra Philips Corp Int.Prop.GmbH Huppertz
Knuth Dr. Philips Corp Int.Prop.GmbH Albertsen
Bernd Dr Philips Corp Int.Prop.GmbH Rausenberger
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • 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 invention relates to a gas discharge lamp with at least one capacitive Coupling structure.
  • Gas discharge lamps of this type are generally made of one discharge vessel with two ceramic electrodes are formed, which are melted into the vessel. In the jar there is a discharge gas. To stimulate gas discharge by emission of Various modes of operation are known to electrons.
  • Glow emission can also result from the emission of electrons in a strong gas discharge electric field or directly by ion bombardment (ion-induced secondary emission) are caused.
  • capacitive Coupling structures used as electrodes. These electrodes are made of a dielectric Formed material that has contact with the discharge gas on one side and on the other side is electrically conductively connected to an external circuit. By an AC voltage applied to the electrodes winds in the discharge vessel alternating electric field generated, in which the electrons move and in known Way to stimulate a gas discharge.
  • the coupling structures consist of a ferroelectric ceramic.
  • An object of the invention is to provide a gas discharge lamp to create the type mentioned, their operating characteristics in particular on the light output are further improved.
  • a gas discharge lamp is to be created, which compared to the state of the art can operate higher operating temperatures.
  • a gas discharge lamp with at least one capacitive coupling structure in that the coupling structure comprises a ceramic material that has pure BaTiO 3 .
  • the coupling structure comprises a ceramic material that has pure BaTiO 3 .
  • pure is to be understood as meaning BaTiO 3 which is not doped and has no zirconium.
  • a particular advantage of this solution is that the operating temperature of gas discharge lamps with this ceramic can be more than 100 ° C, while in the above-mentioned prior art is limited to approximately 80 ° C.
  • the Curie temperature of ceramic material can be increased to over 130 ° C.
  • a coercive field strength of less than 80 V / mm and a saturation polarization of at least 17 ⁇ C / cm 2 can be achieved.
  • the gas discharge lamp shown in FIG. 1 has an essentially tubular shape Discharge vessel 1, for example made of quartz glass, the inner surface of which with a luminescent layer is occupied and that a discharge space with a discharge gas includes. At its opposite axial ends, the vessel is separated by one capacitive coupling structure completed.
  • the coupling structures expose each other two substantially disc-shaped elements 2, 3 together, the first element 2 adjoins the discharge space and the second element 3 on the outside of the vessel 1 lies.
  • the first element 2 is formed by a ceramic material, while the second element 3 represents an electrically conductive layer, for example made of conductive silver, on which Connection wires 4 for connection to an AC voltage source 5 are attached.
  • the two coupling structures act like one due to their disc-shaped elements Plate capacitor.
  • the application of an AC voltage forms in the discharge vessel an alternating electrical field, which in a known manner an excitation of the Gas discharge and the subsequent continuous operation of the lamp causes.
  • the operating properties of the lamp are decisively determined by the ceramic material of the coupling structures. To optimize these properties, the material should have the highest possible saturation polarization P S and a high dielectric constant. Furthermore, the hysteresis loop should be as rectangular as possible. Finally, a Curie temperature T C above the operating temperature of the lamp and a coercive field strength E C below the operating voltage of the lamp are required.
  • a ceramic material is therefore used for the coupling structures instead of the above-mentioned Ba (Zi 1-x Zr x ) O 3 , which has pure BaTiO 3 , that is to say without doping and without zirconium.
  • This material has a Curie temperature of around 130 ° C.
  • the Curie temperature can rise can be increased even further.
  • the BaTiO 3 can be at least partially doped with donors / acceptors.
  • the barium doping preferably remains less than 2%, while the manganese doping can be in the range between 0.01 and 1%.
  • FIG. 2 shows the course of the coercive field strength E C that is achieved as a function of the
  • FIG. 3 finally shows the course of the saturation polarization P S for such a doping.
  • values of 17 ⁇ C / cm 2 and more can be achieved in a range between about 0.35 and about 0.75% barium.

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Abstract

Es wird eine Gasentladungslampe mit mindestens einer kapazitiven Einkoppelstruktur (2,3) beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass die Einkoppelstruktur (2,3) ein keramisches Material umfasst, das reines BaTiO3 aufweist. Insbesondere eine zusätzliche Dotierung von zumindest einem Teil von BaTiO3 mit Barium führt zu einem Material, dessen Curietemperatur und Sättigungspolarisation wesentlich höher und dessen Koerzitivfeldstärke wesentlich geringer ist, so dass eine Gasentladungslampe mit einer aus diesem Material hergestellten Einkoppelstruktur bei wesentlich höheren Temperaturen und einer geringeren Betriebsspannung betrieben werden kann. Weiterhin werden verschiedene Dotierungen des BaTiO3 mit Titan, Mangan und Blei beschrieben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit mindestens einer kapazitiven Einkoppelstruktur.
Gasentladungslampen dieser Art sind im allgemeinen aus einem Entladungsgefäß mit zwei keramischen Elektroden gebildet, die in das Gefäß eingeschmolzen sind. In dem Gefäß befindet sich ein Entladungsgas. Zur Anregung einer Gasentladung durch Emission von Elektronen sind verschiedene Betriebsarten bekannt.
Abgesehen von der Erzeugung der Elektronen an sogenannten heißen Elektroden durch Glühemission kann die Gasentladung auch durch Emission von Elektronen in einem starken elektrischen Feld oder direkt durch Ionenbeschuss (ioneninduzierte Sekundäremission) hervorgerufen werden. Bei einer kapazitiven Betriebsart werden kapazitive Einkoppelstrukturen als Elektroden verwendet. Diese Elektroden sind aus einem dielektrischen Material gebildet, das auf einer Seite Kontakt mit dem Entladungsgas hat und auf der anderen Seite elektrisch leitfähig mit einem äußeren Stromkreis verbunden ist. Durch eine an die Elektroden angelegte Wechselspannung wind in dem Entladungsgefäß ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, in dem sich die Elektronen bewegen und in bekannter Weise eine Gasentladung anregen.
Aus der DE 199 15 616.6 ist eine nach diesem Prinzip arbeitende Gasentladungslampe bekannt, bei der die Einkoppelstrukturen aus einer ferroelektrischen Keramik bestehen. Die Keramik ist aus Ba(Ti1-xZrx)O3 mit Dotierungen aus Donator/Akzeptor-Kombinationen gebildet, wobei als bevorzugter Wert x = 0,09 gewählt wird. Mit einer solchen Keramik kann ein hoher Wert der Dielektrizitätskonstanten und der remanenten Polarisation erzielt werden.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Gasentladungslampe der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Betriebseigenschaften insbesondere im Hinblick auf die Lichtausbeute weiter verbessert sind.
Weiterhin soll eine Gasentladungslampe geschaffen werden, die bei im Vergleich zu dem genannten Stand der Technik höheren Betriebstemperaturen arbeiten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Gasentladungslampe mit mindestens einer kapazitiven Einkoppelstruktur dadurch, dass die Einkoppelstruktur ein keramisches Material umfasst, das reines BaTiO3 aufweist. Unter "rein" soll in diesem Zusammenhang BaTiO3 verstanden werden, das nicht dotiert ist und kein Zirkonium aufweist.
Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Betriebstemperatur von Gasentladungslampen mit dieser Keramik mehr als 100 °C betragen kann, während sie bei dem oben genannten Stand der Technik auf etwa 80°C begrenzt ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Mit den Ausführungen gemäß den Ansprüchen 2 und 7 kann die Curietemperatur des keramischen Materials auf über 130 °C erhöht werden.
Insbesondere mit den Ausführungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 kann eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 80 V/mm und eine Sättigungspolarisation von mindestens 17 µC/cm2 erzielt werden.
Die Ausführung gemäß Anspruch 6 bietet sich aus Gründen der einfachen Herstellung des Materials an.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • Fig 1 eine schematische Darstellung einer Gasentladungslampe;
  • Fig 2 den Verlauf der Koerzitivfeldstärke in Abhängigkeit von einer Ba-Dotierung; und
  • Fig 3 den Verlauf der Sättigungspolarisation in Abhängigkeit von einer Ba-Dotierung.
    • Die in Figur 1 gezeigte Gasentladungslampe weist ein im wesentlichen röhrenförmiges Entladungsgefäß 1 zum Beispiel aus Quarzglas auf, dessen innere Oberfläche mit einer lumineszierenden Schicht belegt ist und das einen Entladungsraum mit einem Entladungsgas beinhaltet. An seinen gegenüberliegenden axialen Enden ist das Gefäß durch jeweils eine kapazitive Einkoppelstruktur abgeschlossen. Die Einkoppelstrukturen setzen sich jeweils aus zwei im wesentlichen scheibenförmigen Elementen 2, 3 zusammen, wobei das erste Element 2 an den Entladungsraum angrenzt und das zweite Element 3 an der Außenseite des Gefäßes 1 liegt.
    Das erste Element 2 ist durch ein keramisches Material gebildet, während das zweite Element 3 eine elektrisch leitfähige Schicht zum Beispiel aus Leitsilber darstellt, an der Anschlußdrähte 4 zur Verbindung mit einer Wechselspannungsquelle 5 befestigt sind.
    Die beiden Einkoppelstrukturen wirken aufgrund ihrer scheibenförmigen Elemente wie ein Plattenkondensator. Durch Anlegen einer Wechselspannung bildet sich in dem Entladungsgefäß ein elektrisches Wechselfeld aus, das auf bekannte Weise eine Anregung der Gasentladung sowie den anschließenden Dauerbetrieb der Lampe bewirkt.
    Die Betriebseigenschaften der Lampe werden entscheidend von dem keramischen Material der Einkoppelstrukturen bestimmt. Zur Optimierung dieser Eigenschaften soll das Material eine möglichst hohe Sättigungspolarisation PS und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Weiterhin soll die Hystereseschleife möglichst rechteckig sein. Schließlich ist eine über der Betriebstemperatur der Lampe liegende Curietemperatur TC und eine unterhalb der Betriebsspannung der Lampe liegende Koerzitivfeldstärke EC erforderlich.
    Versuche haben gezeigt, dass die Betriebstemperaturen von Gasentladungslampen an sich auf 100 und mehr Grad gesteigert werden könnten. Hierfür sind die bekannten Einkoppelstrukturen jedoch nicht geeignet, da das ferroelektrische Keramikmaterial bei so hohen Arbeitstemperaturen paraelektrisch wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Dielektrizitätskonstante und die Sättigungspolarisation vermindern und die Koerzitivfeldstärke sowie die Form der Hystereseschleife verschlechtern.
    Erfindungsgemäß wird deshalb für die Einkoppelstrukturen anstelle des oben genannten Ba(Zi1-xZrx)O3 ein keramisches Material verwendet, das reines BaTiO3, das heißt ohne Dotierung und ohne Zirkonium, aufweist. Dieses Material hat eine Curietemperatur von etwa 130°C.
    Wenn das Barium zumindest teilweise durch Blei ausgetauscht wird, kann die Curietemperatur sogar noch weiter gesteigert werden.
    Zur weiteren Erhöhung der Sättigungspolarisation sowie zur Verminderung der Koerzitivfeldstärke kann das BaTiO3 zumindest teilweise mit Donatoren /Akzeptoren dotiert werden.
    Als besonders vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, das BaTiO3 einerseits mit Barium, das in Form von BaCO3 zugesetzt wird, sowie andererseits an den Titan-Plätzen mit etwa 0,05 % Mangan zu dotieren.
    Die Bariumdotierung bleibt dabei vorzugsweise kleiner als 2 %, während die Mangandotierung im Bereich zwischen 0,01 und 1 % liegen kann.
    In Figur 2 ist der damit erzielte Verlauf der Koerzitivfeldstärke EC in Abhängigkeit von der
    Menge des Barium-Dotiermittels zwischen 0,3 und 0,8 % bei einer konstanten Mangandotierung von 0,05 % dargestellt. Ein Minimum dieser Feldstärke von unter 80 V/mm ergibt sich für etwa 0,55 % Barium.
    Figur 3 zeigt schließlich den Verlauf der Sättigungspolarisation PS für eine solche Dotierung. Wie die Kurve deutlich zeigt, können in einem Bereich zwischen etwa 0,35 und etwa 0,75 % Barium Werte von 17 µC/cm2 und mehr erreicht werden.
    Schließlich hat sich gezeigt, dass mit einer Bleidotierung von BaTiO3 mit weniger als zwei Prozent die Curietemperatur weiter erhöht werden kann, während mit einer Titandotierung von maximal etwa zwei Prozent eine weitere Annäherung der Form der Hystereseschleife an die ideale Rechteckform möglich ist.

    Claims (8)

    1. Gasentladungslampe mit mindestens einer kapazitiven Einkoppelstruktur,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelstruktur (2,3) ein keramisches Material umfasst, das reines BaTiO3 aufweist.
    2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material BaTiO3 aufweist, bei dem das Barium ganz oder teilweise durch Blei ersetzt ist.
    3. Gasentladungslampe nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material BaTiO3 aufweist, das an der Titan-Stelle mit Mangan dotiert ist.
    4. Gasentladungslampe nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass zur Dotierung an der Titan-Stelle zwischen etwa 0,01 und 1 % Mangan vorgesehen sind.
    5. Gasentladungslampe nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material BaTiO3 aufweist, das mit Barium dotiert ist, wobei die Bariumdotierung weniger als 2 % beträgt.
    6. Gasentladungslampe nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass als Dotiermittel BaCO3 vorgesehen ist.
    7. Gasentladungslampe nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material BaTiO3 aufweist, das mit Blei dotiert ist, wobei Bleidotierung weniger als 2 % beträgt.
    8. Gasentladungslampe nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material BaTiO3 aufweist, das mit Titan dotiert ist, wobei die Titandotierung maximal 2% beträgt.
    EP02100454A 2001-05-09 2002-05-07 Gasentladungslampe Withdrawn EP1256971A3 (de)

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    JP (1) JP2002352773A (de)
    KR (1) KR20020085823A (de)
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