EP1320869B1 - Entladungslampe mit kapazitiver feldmodulation - Google Patents

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EP1320869B1
EP1320869B1 EP01974014A EP01974014A EP1320869B1 EP 1320869 B1 EP1320869 B1 EP 1320869B1 EP 01974014 A EP01974014 A EP 01974014A EP 01974014 A EP01974014 A EP 01974014A EP 1320869 B1 EP1320869 B1 EP 1320869B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge
discharge lamp
lamp according
electrodes
vessel
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01974014A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1320869A1 (de
Inventor
Lothar Hitzschke
Frank Vollkommer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1320869A1 publication Critical patent/EP1320869A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1320869B1 publication Critical patent/EP1320869B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • 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 present invention relates to a so-called silent discharge lamp, also called dielectric barrier discharge lamp, which is for dielectric disabled discharges is designed.
  • a discharge lamp include a discharge vessel containing the discharge medium in which ignited and maintained via electrode discharges.
  • silence Discharge lamps are operated with dielectrically impeded discharges, wherein at least a part of the electrodes is formed by a dielectric Layer is separated from the discharge medium. If the electrodes are specific are designed as cathodes and anodes, so for operation with are provided a uniform polarity, so must at least the anodes be separated from the discharge medium by this dielectric layer. In bipolar mode, all electrodes must be protected by a dielectric Layer separated from the discharge medium. Also a wall of the discharge vessel comes as such a dielectric layer into consideration.
  • the discharge medium generally consists of a gas mixture and contains in usually noble gases, for example Xe.
  • Such individual discharge structures occur in silent discharge lamps especially when, according to the pulsed explained in WO94 / 23442 Operation is performed, with ⁇ -shaped single discharges arise. Depending on the operating parameters such discharges also occur widened and even form continuous "curtains", in Individual cases also be divided and the like. This is a question the electrode design and the various operating parameters of the discharge lamp. For the present invention, these details do not play any essential role.
  • the invention is also directed to silent discharge lamps, which may be in circumstances other than in the mentioned WO-document also describes stable and localizable Forming discharge structures. The invention is thus not based on the teaching restricted to the W0 font.
  • JP 08 031386 shows a dielectrically impeded discharge lamp with three electrodes, of which a runs on the inside of the discharge vessel and to reduce the time required for the ignition of the discharge Minimum voltage is used.
  • WO 98/26447 shows a dielectrically impeded discharge lamp a periodic structured cold cathode for generating free electrons with a ferroelectric.
  • US 5,146,140 shows an electrodeless discharge lamp arranged in a discharge tube hollow cylindrical metal bands to prevent mercury build-up in the discharge vessel walls.
  • the invention is based on the technical problem, the discharges in To influence discharge space so that an edge brightening can be achieved can.
  • the invention is directed to such silent discharge lamps, which are extended in at least one direction, hereinafter referred to as Longitudinal direction is called.
  • Longitudinal direction is called.
  • the expansion can also additionally present in a second direction, so be flat.
  • the invention is defined as a discharge lamp for dielectric disabled discharges with one with a discharge medium filled discharge vessel and discharge electrodes, at least partially separated from the discharge medium by a dielectric layer are, wherein the discharge vessel at least along a longitudinal direction is extended, and with an electrically conductive and by the electrodes Gleichwoodshunt electrically insulated device that at least one of the electrodes is AC capacitively coupled, thereby in that the conductive device is outside the discharge vessel is arranged and designed by the capacitive Coupling to the electrode by the electric field between the electrodes defined equipotential lines along the longitudinal direction between Edge regions and center regions of the discharge vessel different to modulate that modulation through the capacitive Coupling to the brightening of the discharge lamp is used.
  • This invention is based on the finding that the distribution of Discharge structures in the discharge space not only by an inhomogeneous Design of the electrodes can achieve even. Rather, it will According to the invention, a device for capacitive influencing of the field distribution in the discharge space proposed by the electrodes (im DC sense) is galvanically isolated.
  • the electrodes can therefore a have completely uniform shape, for example, be straight stripes (they are but not limited to uniform configurations). As the operating frequencies of dielectrically impeded discharges anyway relatively high lie, can be achieved by a capacitive coupling of the invention Establish an AC-influencing the field distribution.
  • capacitive Called device the invention Device for capacitive influencing
  • capacitive Called device the invention Device for capacitive influencing
  • This distorts the capacitive means the equipotential lines in the discharge space.
  • the modulation according to the invention serves to brighten the edges, for which reference is made to the embodiments.
  • the capacitive Modulation is equal to multiple of the intermediate discharge distances, where within these multiple intervals an intermediate subdivision by others Measures is provided.
  • the adaptation of the oscillation length scale The intermediate distances should also be understood in this sense.
  • the capacitive device may be provided two or more times to Discharge Vorzugshus from different sides of the discharge vessel from "impress".
  • a capacitive device can also the equipotential lines in the region of two or more electrodes influence.
  • the capacitive device is provided at least twice in the sense of two parts and the Means or parts of the device both Elektrodenpolarticianen the Capture lamp. This is especially true for bipolar operated discharge lamps advantageous because it generally offers, the cathodes or the Range of cathodes to provide with preferred places for discharges, because There the discharges are more localized than in the area of the anodes. In bipolar operation, all electrodes operate in certain phases of operation as cathodes. It also works with two capacitive devices or two parts of such a light holders for a discharge lamp construct, which would be necessary anyway and thus for the invention necessary effort on a suitable structuring of the brackets restrict. For this purpose, reference is made to the example of Figure 2.
  • this modulation is over substantially the entire extent the discharge lamp is present at least in the one longitudinal direction and furthermore preferably at least over this entire length in the essential periodically.
  • these discharge lamps in usually substantial homogeneity of the luminance distribution can be achieved.
  • the capacitive device is arranged outside the discharge vessel and the electrodes, i. at least the electrodes in the range of capacitive Device, preferably within the discharge vessel, so it is already the previously addressed galvanic separation given.
  • the capacitive device is preferably a discharge vessel holder or a part of such.
  • the effect of the invention is particularly pronounced when the Capacitive means a capacitive coupling between the coupled with her Electrode and an associated counter electrode closer Parts of the discharge space causes. Then there is an effective one Electrode broadening comparable effect.
  • the present invention is related to those treated with the invention there Problems in the following context:
  • a certain temperature homogenization along the at least one longitudinal direction of the discharge lamp be effected. This depends in detail on how well the thermal contact between the capacitive device and the discharge vessel is.
  • the necessary by the modulation of the field distribution Structuring the capacitive device is this temperature homogenization not necessarily in the way, because of this Modulation with a matched to the insectsladungsababout Length scale should be made.
  • the temperature inhomogeneities in the discharge lamp However, they usually occur on a larger length scale; the discharge lamp is usually warmer in the middle than on the Rand, with a steady course between them.
  • thermal Device in addition, the defined in the cited application thermal Device, however, be combined with the present invention. It can therefore the thermal device according to the cited application and the capacitive device according to the present application simultaneously be provided, in particular, they can also be combined.
  • the thermal / capacitive device on the self-temperature behavior adapted to the lamp thermally inhomogeneous effect for example by different thermal conductivity. When doing so for the capacitive effect does not use crucial properties can, the field modulation of it remain completely untouched.
  • the material thickness or the material itself could be chosen this way be that the device in the middle of the lamp cools more than on the Edge. Similarly, only in the middle could a thermally conductive Connection to a cooling device may be provided and the like. In particular, inhomogeneously arranged cooling fins can be used become.
  • the various design options for the thermal Institution is referred to the cited advance notification.
  • the discharge lamp according to the invention with a ballast provided on the already mentioned pulsed operating method is tailored. According to current knowledge can be with this Method in a particularly efficient way localized discharge structures produce.
  • Such flashlights are of particular interest to copiers or scanning devices in which a flashlight on a visually scanned Field, about a paper surface, must be performed.
  • the invention is also suitable for flat radiators, which, as mentioned, in particular for the backlighting of display devices an essential Field of application for silent discharge lamps form.
  • Figure 1 illustrates a device for capacitive modulation on a simple example. However, it is not an embodiment. 1 with a silent rod discharge lamp is called, consisting essentially of an elongated glass tube. The details of the electrode structure are not shown here, but to some extent in Figure 2 can be seen. For details of such silent rod discharge lamps reference is made to the document US Pat. No. 6,097,155.
  • this rod discharge lamp 1 internal electrodes generated potential distribution within the discharge vessel, namely the Glass tube, can be modulated by the designated 2 metal sheet.
  • This metal sheet has a comb-like shape extending vertically in FIG Structure, wherein the upper ends of the tines 3 of this comb structure abut the rod discharge lamp 1.
  • Figure 2 also shows no embodiment and illustrates that the Tines 3, the lamp 1 can also partially enclose. Otherwise shows Figure 2 in cross section the internal electrodes 4 of the rod discharge lamp.
  • the tines 3 couple to the interior of the discharge vessel the rod discharge lamp 1 at.
  • This is a purely capacitive Effect in which between the electrodes 4 and the tines 3 and between the interior of the discharge vessel and the tines 3 a complete galvanic Separation is present.
  • this results in a modulation of the result of the homogeneous strip-shaped Design of the electrode strips 4 otherwise along the longitudinal extent the rod discharge lamp 1 substantially undisturbed Equipotential lines.
  • the discharge structures are distributed within the rod discharge lamp 1. They are preferably located at the points of the tines 3 inside the discharge vessel. In the second example in FIG. 2 occurs this effect over the first example in Figure 1 amplified on that the tines 3 to the rod discharge lamp 1 each about a Quadrant circumference are guided around. You can also do this modulation clearly understand as effective electrode broadening.
  • Figure 1 shows that the sheet 2 only in one in the longitudinal extension the rod discharge lamp 1 middle area over a wider Sheet metal part 5 and two screws is mounted.
  • the assembly can also take place on a heat sink, whereby the sheet 2 as a whole as a cooling device acts. If the tines 3 run slightly wider than drawn and a relatively good thermal contact with the rod discharge lamp 1, for example by having a part as shown in FIG abut the cross-sectional circumference at this, the sheet 2 forms an inhomogeneous Cooling device in the sense of the previously mentioned earlier invention, without thereby the capacitive coupling inhomogeneous in the same way would.
  • FIG. 3 shows very schematically a first embodiment of the invention, and an alternative arrangement of tines one in the rest comparable comb structure, wherein the tines are designated here with 6.
  • the tines are in a left edge region of the rod discharge lamp in FIG 1 arranged denser than in a middle right in Figure 3 shown Area, which also results in a denser array of discharge structures in the rod discharge lamp 1 results. From this follows an inventive Brightening of the edge area.
  • Such edge brightening can be useful for a variety of reasons, in particular it can be used for Compensation of an otherwise occurring edge darkening can be selected So basically only serve for homogenization of the luminance distribution.
  • For brightening the rest reference is made to the already cited US Pat. No. 6,252,352 B1.
  • FIG. 4 shows a variant of FIG. 3 with the tines 7 illustrated there second embodiment.
  • the tines 7 in the left to be recognized Edge region of the rod discharge lamp, although not arranged denser, but wider.
  • the discharge structures burn in Edge area brighter than in the middle right in Figure 4 center area Bar discharge lamp 1.
  • the Heterogeneity of the tine structure 6 or 7 towards the edge a bit exaggerated is shown.
  • the heterogeneity in usually only be so pronounced that overall as homogeneous as possible Luminance distribution is achieved.
  • FIG. 5 shows the third embodiment, also in a highly schematic Presentation.
  • 1 is again the already explained rod discharge lamp designated.
  • a designated 8 metal strip is applied, in the left and right outer area relatively wide and in the middle Area is made relatively narrow, with continuous between Transitions are given.
  • the electrode strips within the rod discharge lamp 1 are not structured, but because of a high lamp power a continuous curtain-like discharge burns. (However, you can the electrode strips also be structured, as is known from the prior art Technology is already known.)
  • the present invention has only the Task to provide for the already explained edge brightening.
  • the capacitive device 8 modulates the field lines over in essentially the entire length of the rod discharge lamp 1, but independently of intermediate discharge distances. This modulation could also only available in the edge area.
  • This modulation is oscillating in the sense that it is a “back and forth” or “up and down shift” with an intermediate maximum or minimum equivalent. That would apply even if the middle range of the metal strip 8 would be missing.
  • the third embodiment of Figure 5 could also with the first or second example, so that on a structuring the electrode strip 4 itself can be dispensed with.

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Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine sogenannte stille Entladungslampe, auch dielektrische Barrieren-Entladungslampe genannt, die für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt ist. Zu einer solchen Entladungslampe gehören ein Entladungsgefäß, das das Entladungsmedium enthält, in dem über Elektroden Entladungen gezündet und aufrechterhalten werden. Stille Entladungslampen werden mit dielektrisch behinderten Entladungen betrieben, wobei zumindest ein Teil der Elektroden durch eine dielektrische Schicht von dem Entladungsmedium getrennt ist. Wenn die Elektroden spezifisch als Kathoden und Anoden ausgelegt sind, also für einen Betrieb mit einer uniformen Polarität vorgesehen sind, so müssen zumindest die Anoden durch diese dielektrische Schicht von dem Entladungsmedium getrennt sein. Bei bipolarem Betrieb müssen alle Elektroden durch eine dielektrische Schicht vom Entladungsmedium getrennt sein. Auch eine Wand des Entladungsgefäßes kommt als solche dielektrische Schicht in Betracht. Das Entladungsmedium besteht im allgemeinen aus einer Gasmischung und enthält in der Regel Edelgase, beispielsweise Xe.
Stand der Technik
Im übrigen kann auf einen einschlägigen Stand der Technik und die Fachliteratur verwiesen werden, soweit stille Entladungslampen im allgemeinen betroffen sind.
Spezielleren Stand der Technik, der für die vorliegende Anmeldung von Interesse ist, bildet die US 6 252 352 B1. Dieses Dokument beschreibt stille Entladungslampen mit streifenförmigen Elektroden, an denen in bestimmten Abständen Vorsprünge vorgesehen sind, um für einzelne Entladungsstrukturen Vorzugsplätze zu definieren. Damit soll ein unkontrolliertes Wandern oder Erlöschen und Wiederauftreten solcher Entladungsstrukturen vermieden werden und die örtliche Verteilung der Entladungsstrukturen in dem Entladungsraum systematisch geordnet werden. Bei dem zitierten Stand der Technik geht es dabei insbesondere um die Steigerung der Homogenität der Leuchtdichteverteilung in sogenannten Flachstrahlern, also flach ausgebildeten stillen Entladungslampen, die vor allem zur Hinterleuchtung von Anzeigen verschiedenster Art von Interesse sind. Es wird außerdem auf die noch ältere US-A 6 060 828 verwiesen.
Es kann jedoch auch aus anderen Gründen erwünscht sein, auf die Anordnung einzelner Entladungsstrukturen in dem Entladungsraum Einfluß nehmen zu können.
Solche einzelnen Entladungsstrukturen treten in stillen Entladungslampen insbesondere dann auf, wenn gemäß der in der WO94/23442 erläuterten gepulsten Betriebsweise vorgegangen wird, wobei Δ-förmige einzelne Entladungen entstehen. Je nach Betriebsparametern können solche Entladungen auch verbreitert auftreten und sogar durchgehende "Vorhänge" bilden, in Einzelfällen auch in sich aufgeteilt sein und dergleichen. Dies ist eine Frage des Elektrodendesigns und der verschiedenen Betriebsparameter der Entladungslampe. Für die vorliegende Erfindung spielen diese Einzelheiten keine wesentliche Rolle. Die Erfindung richtet sich im übrigen auch auf stille Entladungslampen, in denen sich möglicherweise unter anderen Umständen als in der genannten WO-Schrift beschrieben ebenfalls stabile und lokalisierbare Entladungsstrukturen ausbilden. Die Erfindung ist damit nicht auf die Lehre der WO-Schrift eingeschränkt.
Die JP 08 031386 zeigt eine dielektrisch behinderte Entladungslampe mit drei Elektroden, von denen eine an der Innenseite des Entladungsgefäßes verläuft und zur Verringerung der für die Zündung der Entladung erforderlichen Mindestspannung dient. Die WO 98/26447 zeigt eine dielektrisch behinderte Entladungslampe mit einer periodische strukturierten Kaltkathode zur Erzeugung von freien Elektronen mit einem Ferroelektrikum. Die US 5,146,140 zeigt eine elektrodenlose Entladungslampe mit in einer Entladungsröhre angeordneten hohlzylindrischen Metallbändern zur Verhinderung der Quecksilbereinlagerung in den Entladungsgefäßwänden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Entladungen im Entladungsraum so zu beeinflussen, dass eine Randaufhellung erreicht werden kann. Dabei richtet sich die Erfindung auf solche stille Entladungslampen, die in zumindest einer Richtung ausgedehnt sind, die im folgenden als Längsrichtung bezeichnet wird. Dabei kann die Ausdehnung natürlich auch zusätzlich in einer zweiten Richtung vorliegen, also flächig sein.
Allgemein ist die Erfindung definiert als eine Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen mit einem mit einem Entladungsmedium gefüllten Entladungsgefäß und Entladungselektroden, die zumindest teilweise durch eine dielektrische Schicht von dem Entladungsmedium getrennt sind, wobei das Entladungsgefäß zumindest entlang einer Längsrichtung ausgedehnt ist, und mit einer elektrisch leitenden und von den Elektroden gleichspannungsmäßig elektrisch isolierten Einrichtung, die an zumindest eine der Elektroden wechselspannungsmäßig kapazitiv gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Einrichtung außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, durch die kapazitive Kopplung an die Elektrode die durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden definierten Äquipotentiallinien entlang der Längsrichtung zwischen Randbereichen und Mittenbereichen des Entladungsgefäßes unterschiedlich so zu modulieren, dass die Modulation durch die kapazitive Kopplung zur Randaufhellung bei der Entladungslampe dient.
Dieser Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Verteilung von Entladungsstrukturen in dem Entladungsraum nicht nur durch eine inhomogene Ausgestaltung der Elektroden selbst erzielen läßt. Vielmehr wird erfindungsgemäß eine Einrichtung zur kapazitiven Beeinflussung der Feldverteilung im Entladungsraum vorgeschlagen, die von den Elektroden (im Gleichstromsinn) galvanisch getrennt ist. Die Elektroden können also eine völlig uniforme Gestalt haben, beispielsweise gerade Streifen sein (sie sind jedoch nicht auf uniforme Ausgestaltungen eingeschränkt). Da die Betriebsfrequenzen von dielektrisch behinderten Entladungen jedenfalls relativ hoch liegen, läßt sich durch eine kapazitive Ankopplung der erfindungsgemäßen Einrichtung eine wechselstrommäßige Beeinflussung der Feldverteilung herstellen. Man kann sich zur Veranschaulichung vorstellen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zur kapazitiven Beeinflussung (im folgenden kapazitive Einrichtung genannt) gegenüber der oder den Elektroden oder dem Entladungsraum wechselstrommäßige Abgriffe bildet. Dadurch verzerrt die kapazitive Einrichtung die Äquipotentiallinien in dem Entladungsraum.
Dies geschieht erfindungsgemäß vorzugsweise in einer entlang der Ausdehnung der Entladungslampe in der Längsrichtung oszillierenden Weise. Dabei ist mit dem Begriff "oszillierend" umschrieben, daß die Äquipotentiallinien sozusagen in einem "auf und ab" oder "hin und her" verlaufenden Sinn verzerrt werden. Diese oszillierende Verzerrung kann, muß jedoch nicht periodisch sein. Eine periodische Modulation der Äquipotentiallinien bildet allerdings einen bevorzugten Fall.
Aus dem zitierten Stand der Technik wird bereits deutlich, daß sich die einzelnen Entladungsstrukturen abhängig von der Feldverteilung anordnen. Durch die Verzerrung der Äquipotentiallinien können dabei erfindungsgemäße Vorzugsplätze für Entladungsstrukturen gegeben sein, mit denen sich in der gewünschten Weise eine bestimmte Anordnung der Entladungsstrukturen sicherstellen läßt. Die kapazitive Einrichtung bildet somit eine Alternative zu der in dem beschriebenen Stand der Technik angeführten Strukturierung der Elektroden selbst. Die Erfindung kann somit beispielsweise von Interesse sein, um eine Elektrodenstrukturierung zu vermeiden, etwa weil sich zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens oder wegen schlechter Zugänglichkeit der für die Elektroden vorgesehenen Plätze homogenkontinuierliche Elektroden anbieten. Im übrigen erfordert die erfindungsgemäße kapazitive Einrichtung, die aus elektrisch leitendem Material bestehen muß, keinen wesentlichen technischen Aufwand und kann insbesondere auch außerhalb des Entladungsgefäßes angebracht sein, muß dieses nicht einmal berühren.
Mit der Erfindung kann also auf besondere Strukturierung der Elektroden zur Erzeugung von Vorzugsplätzen für Entladungsstrukturen verzichtet werden. Solche Strukturierungen sind jedoch nicht ausgeschlossen. Insbesondere können solche Strukturierungen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen korrigiert, ergänzt oder, wenn gewünscht, kompensiert werden.
Insbesondere dient nämlich die erfindungsgemäße Modulation zur Randaufhellung, wozu auf die Ausführungsbeispiele verwiesen wird.
Es ist also nicht unbedingt notwendig, daß die Modulation durch die kapazitive Einrichtung in einer 1:1-Entsprechung an die Entladungsstrukturverteilung angepaßt ist. Jedoch ist bevorzugt, daß die kapazitive Modulation an die Zwischenabstände zwischen den Entladungsstrukturen angepaßt ist. Dies kann allerdings auch so der Fall sein, daß beispielsweise die kapazitive Modulation Mehrfachen der Zwischenentladungsabstände entspricht, wobei innerhalb dieser mehrfachen Abstände eine Zwischenunterteilung durch andere Maßnahmen vorgesehen ist. Die Anpassung der Oszillationslängenskala an die Zwischenabstände ist auch in diesem Sinn zu verstehen.
Erfindungsgemäß hat sich ein Längenbereich von höchstens dem 6-fachen, besser 5-fachen, 4-fachen oder sogar höchstens dem 3-fachen Entladungsabstand als bevorzugter Bereich für diese Oszillationslängenskala herausgestellt.
Die kapazitive Einrichtung kann zwei- oder mehrfach vorgesehen sein, um Entladungsvorzugsplätze von verschiedenen Seiten des Entladungsgefäßes aus "einzuprägen". Natürlich kann auch eine (der) kapazitiven Einrichtung(en) die Äquipotentiallinien im Bereich zweier oder mehrerer Elektroden beeinflussen. Erfindungsgemäß bevorzugt ist, daß die kapazitive Einrichtung zumindest doppelt im Sinne von zweiteilig vorgesehen ist und die Einrichtungen bzw. Teile der Einrichtung beide Elektrodenpolaritäten der Lampe erfassen. Dies ist besonders bei bipolar betriebenen Entladungslampen von Vorteil, weil es sich im allgemeinen anbietet, die Kathoden bzw. den Bereich der Kathoden mit Vorzugsplätzen für Entladungen zu versehen, weil dort die Entladungen stärker lokalisiert sind als im Bereich der Anoden. Beim bipolaren Betrieb wirken alle Elektroden in bestimmten Betriebsphasen als Kathoden. Außerdem lassen sich mit zwei kapazitiven Einrichtungen bzw. zwei Teilen einer solchen leicht Halterungen für eine Entladungslampe konstruieren, die ohnehin notwendig wären und damit den für die Erfindung notwendigen Aufwand auf eine geeignete Strukturierung der Halterungen beschränken. Hierzu wird auf das Beispiel von Figur 2 verwiesen.
Vorzugsweise ist diese Modulation über im wesentlichen die gesamte Erstreckung der Entladungslampe zumindest in der einen Längsrichtung vorhanden und weiterhin vorzugsweise zumindest über diese gesamte Länge im wesentlichen periodisch. Dadurch kann die bei diesen Entladungslampen in der Regel wesentliche Homogenität der Leuchtdichteverteilung erzielt werden.
Wenn nach der Erfindung die kapazitive Einrichtung außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet ist und die Elektroden, d.h. zumindest die Elektroden im Bereich der kapazitiven Einrichtung, bevorzugt innerhalb des Entladungsgefäßes, so ist damit bereits die zuvor angesprochene galvanische Trennung gegeben. Natürlich kann auch bei außerhalb des Entladungsgefäßes liegenden Elektroden eine Isolierung zwischen der kapazitiven Einrichtung und den Elektroden vorgesehen sein. Wie bereits erwähnt, ist die kapazitive Einrichtung vorzugsweise eine Entladungsgefäßhalterung bzw. ein Teil einer solchen.
Besonders ausgeprägt ist die erfindungsgemäße Wirkung dann, wenn die kapazitive Einrichtung eine kapazitive Kopplung zwischen der mit ihr gekoppelten Elektrode und einer zugehörigen Gegenelektrode näher liegenden Teilen des Entladungsraumes bewirkt. Dann ergibt sich ein einer effektiven Elektrodenverbreiterung vergleichbarer Effekt.
Bei einer früheren Patentanmeldung (DE-A 199 55 108) derselben Anmelderin wurde erläutert, daß sich mit einer äußeren thermischen Einrichtung der Wärmetransport in die Entladungslampe oder aus der Entladungslampe heraus in inhomogener Weise beeinflussen läßt. Dadurch sollte dem an sich inhomogenen Eigentemperaturverhalten der Entladungslampe entgegengewirkt werden, um möglichst homogene Entladungsbedingungen und damit eine homogene Leuchtdichteverteilung zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung steht mit den mit der dortigen Erfindung behandelten Problemen in folgendem Zusammenhang: Durch die kapazitive Einrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann eine gewisse Temperaturhomogenisierung entlang der zumindest einen Längsrichtung der Entladungslampe bewirkt werden. Dies hängt im einzelnen davon ab, wie gut der thermische Kontakt zwischen der kapazitiven Einrichtung und dem Entladungsgefäß ist. Die durch die Modulation der Feldverteilung notwendige Strukturierung der kapazitiven Einrichtung steht dieser Temperaturhomogenisierung schon deswegen nicht notwendigerweise im Weg, weil diese Modulation mit einer auf die Zwischenentladungsabstände abgestimmten Längenskala erfolgen soll. Die Temperaturinhomogenitäten in der Entladungslampe treten jedoch in der Regel auf einer größeren Längenskala auf; die Entladungslampe ist nämlich gewöhnlich in der Mitte wärmer als am Rand, wobei sich dazwischen ein stetiger Verlauf ergibt. Die für die Modulation der Feldverteilung notwendige Strukturierung kann also theoretisch zwar zu einer leichten Modulation der Temperaturverteilung führen, wenn der Wärmekontakt zu dem Entladungsgefäß gut ist. Jedoch sind Temperaturschwankungen auf der Längenskala der Zwischenentladungsabstände, die sich jedoch über die Erstreckung der Lampe mit dieser Modulation wiederholen, unwesentlich, weil davon die Entladungsstrukturen im wesentlichen alle gleich betroffen sind.
Darüber hinaus kann die in der zitierten Anmeldung definierte thermische Einrichtung allerdings auch mit der vorliegenden Erfindung kombiniert sein. Es können also die thermische Einrichtung gemäß der zitierten Anmeldung und die kapazitive Einrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung gleichzeitig vorgesehen sein, insbesondere können sie auch kombiniert sein. Dazu kann die thermisch/kapazitive Einrichtung auf das Eigentemperaturverhalten der Lampe angepaßt thermisch inhomogen wirksam sein, beispielsweise durch unterschiedlich ausgeprägte thermische Leitfähigkeit. Wenn dabei für die kapazitive Wirkung nicht ausschlaggebende Eigenschaften verwendet werden, kann die Feldmodulation davon völlig unberührt bleiben. Beispielsweise könnte die Materialstärke oder das Material selbst so gewählt werden, daß die Einrichtung in der Mitte der Lampe stärker kühlt als am Rand. Gleichermaßen könnte nur in der Mitte ein thermisch leitender Anschluß an eine Kühleinrichtung vorgesehen sein und dergleichen mehr. Insbesondere können auch inhomogen angeordnete Kühlrippen verwendet werden. Zu den verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten für die thermische Einrichtung wird auf die zitierte Voranmeldung verwiesen.
Wenn die thermisch inhomogene Beeinflussung der Lampe durch Isolationsmaßnahmen vorgenommen wird, indem die tendentiell zu kalten Enden der Lampe isoliert werden, so kann dies ohnehin unabhängig von der kapazitiven Einrichtung erfolgen.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Entladungslampe mit einem Vorschaltgerät versehen, das auf das bereits erwähnte gepulste Betriebsverfahren zugeschnitten ist. Nach heutigem Kenntnisstand lassen sich mit diesem Verfahren in besonders effizienter Weise lokalisierte Entladungsstrukturen erzeugen.
Besondere Anwendung findet die Erfindung bei stabförmig langgestreckten Entladungslampen. Zum einen sind diese ein bevorzugter Anwendungsfall für die erläuterte "thermische Homogenisierung", zum anderen kann es vor allem bei solchen Entladungslampen schwierig sein, strukturierte Elektroden anzubringen, insbesondere wenn diese innerhalb des Entladungsgefäßes liegen sollen. Elektroden innerhalb des Entladungsgefäßes sind jedoch zur Verringerung der für das Starten und den Betrieb notwendigen Spannungen häufig erwünscht. Im Gegensatz zu flächig offeneren Situationen, in denen beispielsweise mit Siebdruckverfahren gearbeitet werden kann, ist innerhalb einer Glasröhre als Entladungsgefäß nur schwer eine mit Vorsprüngen oder anderen geometrischen Elementen zur Definition von Vorzugsstellen für Entladungen versehene Elektrode herzustellen. Hier bietet die Erfindung einen leicht gangbaren Ausweg, vor allem dann, wenn die ohnehin notwendige Halterung in erfindungsgemäßer Weise ausgestaltet ist.
Solche Stablampen sind von besonderem Interesse für Kopiereinrichtungen oder Scaneinrichtungen, bei denen eine Stablampe über ein optisch abzutastendes Feld, etwa eine Papierfläche, geführt werden muß.
Die Erfindung ist jedoch auch für Flachstrahler geeignet, die, wie erwähnt, insbesondere zur Hinterleuchtung von Anzeigeeinrichtungen ein wesentliches Anwendungsgebiet für stille Entladungslampen bilden.
Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die dabei offenbarten Merkmale können auch in anderen als den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Im einzelnen zeigt:
Figur 1
eine schematisierte Ansicht einer stillen Stabentladungslampe zur Veranschaulichung;
Figur 2
eine Variante zu Figur 1, und zwar im Schnitt entlang der Längsachse;
Figur 3
eine schematische Ansicht einer Variante zu Figur 2 als erstes Ausführungsbeispiel;
Figur 4
eine schematische Ansicht einer weiteren Variante zu Figur 3 als zweites Ausführungsbeispiel;
Figur 5
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen stillen Stabentladungslampe als drittes Ausführungsbeispiel.
Figur 1 verdeutlicht eine Einrichtung zur kapazitiven Modulation an einem einfachen Beispiel. Es handelt sich jedoch nicht um ein Ausführungsbeispiel. Mit 1 ist eine stille Stabentladungslampe bezeichnet, die im wesentlichen aus einem langgestreckten Glasrohr besteht. Die Einzelheiten der Elektrodenstruktur sind hier nicht dargestellt, jedoch ansatzweise in Figur 2 zu erkennen. Zu Einzelheiten solcher stillen Stabentladungslampen wird verwiesen auf die Schrift US-A 6 097 155.
Die durch die bei dieser Stabentladungslampe 1 innenliegenden Elektroden erzeugte Potentialverteilung innerhalb des Entladungsgefäßes, nämlich dem Glasrohr, kann durch das mit 2 bezeichnete Metallblech moduliert werden. Dieses Metallblech weist eine sich in Figur 1 vertikal erstreckende kammähnliche Struktur auf, wobei die oberen Enden der Zinken 3 dieser Kammstruktur an der Stabentladungslampe 1 anliegen.
Figur 2 zeigt ebenfalls kein Ausführungsbeispiel und verdeutlicht, daß die Zinken 3 die Lampe 1 auch teilweise umschließen können. Im übrigen zeigt Figur 2 im Querschnitt die innenliegenden Elektroden 4 der Stabentladungslampe.
In der bereits erläuterten Weise koppeln die Zinken 3 an das Innere des Entladungsgefäßes der Stabentladungslampe 1 an. Dies ist ein rein kapazitiver Effekt, bei dem zwischen den Elektroden 4 und den Zinken 3 bzw. zwischen dem Inneren des Entladungsgefäßes und den Zinken 3 eine völlige galvanische Trennung vorliegt. Bei der vorgenommenen Strukturierung des Bleches 2 ergibt sich daraus eine Modulation der in Folge der homogen streifenförmigen Gestaltung der Elektrodenstreifen 4 im übrigen entlang der Längserstreckung der Stabentladungslampe 1 im wesentlichen ungestört verlaufenden Äquipotentiallinien. Damit prägt die Kammstruktur des Bleches 2 der Feldverteilung innerhalb der Stabentladungslampe 1 eine Struktur mit gleicher Oszillationslänge auf, wobei bei diesem Beispiel praktisch über die gesamte Länge der Stabentladungslampe 1 eine periodische Oszillation vorliegt. Dementsprechend verteilen sich die Entladungsstrukturen innerhalb der Stabentladungslampe 1. Sie sitzen vorzugsweise an den Stellen der Zinken 3 innerhalb des Entladungsgefäßes. Bei dem zweiten Beispiel in Figur 2 tritt dieser Effekt gegenüber dem ersten Beispiel in Figur 1 dadurch verstärkt auf, daß die Zinken 3 um die Stabentladungslampe 1 jeweils etwa um einen Viertelkreisumfang herumgeführt sind. Man kann diese Modulation auch anschaulich als effektive Elektrodenverbreiterung auffassen.
Im übrigen zeigt Figur 1, daß das Blech 2 nur in einem in der Längserstreckung der Stabentladungslampe 1 mittleren Bereich über einen breiteren Blechteil 5 und zwei Schrauben montiert ist. Hierbei kann die Montage auch an einer Wärmesenke erfolgen, wodurch das Blech 2 insgesamt als Kühleinrichtung wirkt. Wenn die Zinken 3 etwas breiter als gezeichnet ausgeführt werden und einen relativ guten Wärmekontakt zu der Stabentladungslampe 1 haben, beispielsweise indem sie wie in Figur 2 dargestellt über einen Teil des Querschnittsumfangs an dieser anliegen, bildet das Blech 2 eine inhomogene Kühleinrichtung im Sinne der bereits erwähnten früheren Erfindung, ohne daß dadurch die kapazitive Einkopplung in gleicher Weise inhomogen wäre.
Figur 3 zeigt stark schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar eine alternative Anordnung von Zinken einer im übrigen vergleichbaren Kammstruktur, wobei die Zinken hier mit 6 bezeichnet sind. Die Zinken sind in einem in Figur 3 linken Randbereich der Stabentladungslampe 1 dichter angeordnet als in einem in Figur 3 rechts dargestellten mittleren Bereich, wodurch sich auch eine dichtere Anordnung von Entladungsstrukturen in der Stabentladungslampe 1 ergibt. Hieraus folgt eine erfindungsgemäße Aufhellung des Randbereichs. Eine solche Randaufhellung kann aus verschiedenen Gründen sinnvoll sein, insbesondere kann sie zur Kompensation einer sonst auftretenden Randverdunkelung gewählt werden, also im Grunde nur zur Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung dienen. Zur Randaufhellung wird im übrigen verwiesen auf die bereits zitierte US 6 252 352 B1.
Figur 4 zeigt mit den dort dargestellten Zinken 7 eine Variante zu Figur 3 als zweites Ausführungsbeispiel. Hier sind die Zinken 7 im links zu erkennenden Randbereich der Stabentladungslampe zwar nicht dichter angeordnet, jedoch breiter ausgeführt. Dadurch brennen die Entladungsstrukturen im Randbereich heller als im in Figur 4 rechts liegenden mittleren Bereich der Stabentladungslampe 1. Zu beiden Figuren 3 und 4 ist anzumerken, daß die Heterogenität der Zinkenstruktur 6 bzw. 7 zum Rand hin etwas übertrieben dargestellt ist. Bei einer praktischen Ausführung wird die Heterogenität in der Regel nur so ausgeprägt sein, daß insgesamt eine möglichst homogene Leuchtdichteverteilung erzielt wird.
Figur 5 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel, ebenfalls in stark schematisierter Darstellung. Mit 1 ist wiederum die bereits erläuterte Stabentladungslampe bezeichnet. Auf dieser ist ein mit 8 bezeichneter Metallstreifen aufgebracht, der im linken und rechten äußeren Bereich relativ breit und im mittleren Bereich relativ schmal ausgeführt ist, wobei dazwischen kontinuierliche Übergänge gegeben sind. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Elektrodenstreifen innerhalb der Stabentladungslampe 1 nicht strukturiert sind, jedoch wegen einer hohen Lampenleistung eine durchgehende vorhangartige Entladung brennt. (Jedoch können die Elektrodenstreifen auch strukturiert sein, wie dies aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist.) Hier hat die vorliegende Erfindung lediglich die Aufgabe, für die bereits erläuterte Randaufhellung zu sorgen. Dementsprechend moduliert die kapazitive Einrichtung 8 die Feldlinien zwar über im wesentlichen die gesamte Länge der Stabentladungslampe 1, jedoch unabhängig von Zwischenentladungsabständen. Diese Modulation könnte auch ausschließlich im Randbereich vorliegen. Jedoch soll erfindungsgemäß zumindest im Randbereich der Längserstreckung der stillen Entladungslampe oder über im wesentlichen ihre gesamte Länge in der Längsrichtung die erfindungsgemäße Modulation vorliegen.
Diese Modulation ist in dem Sinn oszillierend, als sie einer "Hin-und-her-" oder "Auf-und-ab-Verschiebung" mit einem Zwischenmaximum bzw. -minimum entspricht. Das würde auch dann gelten, wenn der mittlere Bereich des Metallstreifens 8 fehlen würde.
Natürlich könnte das dritte Ausführungsbeispiel aus Figur 5 auch mit dem ersten oder zweiten Beispiel kombiniert sein, so daß auf eine Strukturierung der Elektrodenstreifen 4 selbst verzichtet werden kann.

Claims (12)

  1. Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen mit
    einem mit einem Entladungsmedium gefüllten Entladungsgefäß (1) und
    Entladungselektroden (4), die zumindest teilweise durch eine dielektrische Schicht von dem Entladungsmedium getrennt sind,
    wobei das Entladungsgefäß (1) zumindest entlang einer Längsrichtung ausgedehnt ist,
    und mit einer elektrisch leitenden und von den Elektroden gleichspannungsmäßig elektrisch isolierten Einrichtung (2, 3, 5, 6-8), die an zumindest eine der Elektroden (4) wechselspannungsmäßig kapazitiv gekoppelt und außerhalb des Entladungsgefäßes (1) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Einrichtung (2, 3, 5, 6-8) dazu ausgelegt ist, durch die kapazitive Kopplung an die Elektrode (4) die durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden (4) definierten Äquipotentiallinien entlang der Längsrichtung zwischen Randbereichen und Mittenbereichen des Entladungsgefäßes (1) unterschiedlich so zu modulieren,
    dass die Modulation durch die kapazitive Kopplung zur Randaufhellung zur Kompensation einer sonst auftretenden Randverdunklung und zur Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung bei der Entladungslampe dient.
  2. Entladungslampe nach Anspruch 1, bei der die Modulation räumlich oszillierend ist.
  3. Entladungslampe nach Anspruch 2, bei der die oszillierende Modulation periodisch ist.
  4. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die leitende Einrichtung (3) doppelt vorgesehen ist, wobei jede der leitenden Einrichtungen (3) mit jeweils zumindest einer Elektrode (4) jeweils einer anderen Polarität kapazitiv gekoppelt ist.
  5. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (4) im Inneren des Entladungsgefäßes (1), angeordnet sind.
  6. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die leitende Einrichtung (3, 6, 7) eine oder ein Teil einer Halterung des Entladungsgefäßes ist.
  7. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer thermischen Einrichtung zur Steuerung des Wärmetransports in die / aus der Lampe in entlang der Längsrichtung inhomogener Weise, die so ausgelegt ist, daß im Betrieb die Temperatur in der Lampe entlang der Längsrichtung homogenisiert wird, welche thermische Einrichtung Kühlrippen aufweist, die entlang der Längsrichtung hinsichtlich ihres Vorhandenseins, ihrer Ausdehnung und/oder ihrer Dichte inhomogen angeordnet sind.
  8. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die elektrisch leitende Einrichtung (3) eine kapazitive Kopplung zwischen der mit ihr gekoppelten Elektrode (4) und zu der Gegenelektrode (4) näher liegenden Teilen des Entladungsraumes bewirkt.
  9. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Entladungsgefäß (1) stabförmig langgestreckt ist.
  10. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die als Flachstrahler ausgebildet ist.
  11. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem für ein gepulstes Betriebsverfahren ausgelegten Vorschaltgerät.
  12. Verwendung einer Entladungslampe nach Anspruch 9 für eine Kopiereinrichtung oder eine Scaneinrichtung.
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