ES2209164T3 - Lampara de descarga. - Google Patents

Abstract

Ya se conoce que se puede alterar la salida espectral de ciertas lámparas de descarga mediante la aplicación de ondas pulsantes en vez de ondas sinusoidales simples. Est e efecto se ha utilizado en el pasado para hacer lámparas fluorescentes de salida de color variable. En la invención, se aplican impulsos cortos (de alrededor de un µS) a una frecuencia de alrededor de 5 kHz a una lámpara de descarga tal como una lámpara de mercurio/argón de baja presión para desplazar la relación de intensidades de dos de las líneas de mercurio en particular las líneas 254 nm y 365 nm, de las cuales es predominante la línea 254 nm para la aplicación sinusoidal, hacia una longitud de onda más elevada. Esto incrementa gratamente la eficiencia de una lámpara utilizando luminóforos excitados por estas emisiones ultravioletas, a causa del reducido desplazamiento de Stokes.

Description

Lámpara de descarga.

La presente invención se refiere a lámparas de descarga, y en particular al control eléctrico y la construcción de tales lámparas con vistas a obtener características deseadas de longitud de onda de emisión.

Una lámpara ampliamente utilizada en iluminación interior, el tubo fluorescente, explota las propiedades de una descarga a presión baja en vapor de mercurio (típicamente 7 x 10^{-3} torr (0,93 Pa), correspondiente a una temperatura de pared de aproximadamente 40ºC) y gas argón (típicamente 3 torr (400 Pa)) producida por la aplicación de un voltaje alto de frecuencia alternante de la red, o superior, a un par de electrodos fríos o calentados en ambos extremos de un tubo de vidrio sellado. Tal plasma emite varias líneas discretas de emisión de mercurio de las que la más larga con mucho es la línea de resonancia de 254 nm (hasta 60% de la potencia total de entrada de la lámpara puede aparecer en esta línea). La intensa radiación UV de 254 nm se convierte en radiación visible de banda ancha útil por un recubrimiento de fósforos rojo, verde y azul en las paredes interiores de la envuelta de vidrio.

Una desventaja importante conocida de la lámpara fluorescente es la gran diferencia de energía (inversamente proporcional a la longitud de onda de la radiación) entre la radiación de excitación a 254 nm y el rango de longitudes de onda visibles de 400 nm a 700 nm, es decir, hay un "desplazamiento de Stokes" muy grande. En teoría, el fotón de 254 nm tiene energía suficiente para producir dos fotones visibles, por ejemplo, dos a más de 508 nm, y un proceso que lograse esto supondría un avance principal en la eficiencia general de las lámparas. Un proceso práctico de lograr esto no se ha implementado ni descrito en principio hasta la fecha. Como consecuencia, se desperdicia como calor una gran proporción (típicamente 75%) de la energía suministrada a una lámpara fluorescente de diseño estándar.

Recientemente se ha demostrado que el color de la emisión de las descargas de mercurio/gas raro se puede alterar considerablemente sustituyendo la fuente de alimentación alterna (sinusoidal) estándar por una fuente de alimentación pulsada. M. Aono, R. Itatani y otros (J. Light & Visual Environment, vol. 3, nº 1, p. 1-9, 1989) demostraron que la intensidad relativa de las emisiones del gas raro propiamente dicho, generalmente insignificante, se podría mejorar en gran medida por excitación pulsada. Esto se explotó para producir lámparas cuyas emisiones de fósforo cambiaban de color según que se utilizase excitación eléctrica alterna (onda sinusoidal) o pulsada. Hitachi ha demostrado el control eléctrico del color de la emisión de lámparas de mercurio/gas raro y de lámparas de xenón; véase por ejemplo JP-A-5-135744 (Shinkishi y otros).

El efecto se ha explotado para satisfacer requisitos comerciales particulares. Por ejemplo, OSRAM Sylvania ha descrito (EP-A2-700074) la excitación pulsada de una descarga de neón para producir una lámpara adecuada como una luz indicadora de destellos y como una luz de freno para automóviles.

Matsushita refiere (JP-A-7-272672) una lámpara fluorescente excitada por un suministro alterno de alta frecuencia complementado con una fuente de alimentación pulsada. La ventaja citada era un aumento de la intensidad radiante de la emisión de 254 nm y un aumento de la eficiencia de la lámpara fluorescente.

EP-A1-334356 (VEB NARVA) también describe el uso de descargas pulsadas para producir una emisión espectral deseada, aunque aquí el énfasis está en el uso de descargas de cesio y/o rubidio a alta presión, con aditivos posibles, y no se usan fósforos.

La invención utiliza la tecnología de la aplicación de voltaje pulsado de forma algo diferente.

Para explicar la invención, primero se hará referencia a la figura 1, que muestra los niveles de energía principales y las transiciones del átomo de mercurio. En una descarga CA normal, la emisión más intensa con mucho es la correspondiente a la transición de 6^{3}P_{1} al estado fundamental. Como resultado, el espectro de la descarga de mercurio continuamente excitada está dominado por la línea a aproximadamente 254 nm.

La presente invención surgió como resultado de una investigación detallada del comportamiento temporal de una descarga de mercurio gas raro sujeta a tal excitación. La observación básica se ejemplifica en la figura 2 que muestra las emisiones de resolución temporal de vapor de mercurio a las que se aplica un pulso de voltaje, a 254 nm (dos transiciones; línea de resonancia a 253,65 nm y la transición ^{3}D_{1}-^{3}P_{0} a 253,48 nm) y a 366 nm (cuatro transiciones: ^{1}D_{2}-^{3}P_{2} a 366,33 nm; ^{3}D_{1}-^{3}P_{2} a 366,29 nm; ^{3}D_{2}-^{3}P_{2} a 365,48 nm; y ^{3}D_{3}-^{3}P_{2} a 365,02 nm). Ambos conjuntos de transiciones muestran un aumento gradual de intensidad cuando se aplica el pulso de voltaje. Sin embargo, el comportamiento siguiente los diferencia. La intensidad de 254 nm continúa incrementando durante un período, permanece alta y después cae con un tiempo característico cuando el voltaje cae al final del pulso. En contraposición, la emisión de 365-366 nm muestra una caída inmediata durante el período de pulso activo, pero muestra un aumento gradual cuando se desactiva el pulso. Después de un máximo en un tiempo después del final del pulso, muestra una decadencia con un tiempo característico que es más largo que el que describe la emisión de 254 nm inmediatamente después del pulso. La consecuencia destacable de los últimos efectos, post-pulso, es que, integrada en todo el ciclo de la secuencia de pulsos repetitivos, la intensidad total de la emisión de 366 nm excede de la de la emisión de 254 nm si el tiempo de ciclo es suficientemente largo.

La investigación en una amplia gama de condiciones demostró que el comportamiento de estas dos emisiones de descarga a la terminación de cada pulso descrito anteriormente era característico de las condiciones predominantes de temperatura de pared, y la composición y presión del gas, es decir, los procesos competitivos que controlan las poblaciones de los estados electrónicos emisores implicados.

La mejora sostenida de la emisión de 254 nm durante el pulso surge probablemente de la transferencia de población neta de estados fundamentales de mercurio, ^{1}S_{0}, al colector de estados excitados, reduciendo así la captura de radiación de 254 nm que es una fuerte característica del mecanismo operativo de una lámpara fluorescente. (N.B. Probablemente también hay un aumento de la emisión de la otra línea de resonancia de mercurio a 184,96 nm durante el pulso). La ráfaga en la emisión de 366 nm a la terminación del pulso surge posiblemente del aumento rápido de la población de estados de mercurio altamente excitados producidos por la neutralización de la alta densidad de iones mercurio presentes durante el período intra-pulso. Los estados de gas raro excitados también pueden desempeñar un papel.

El reconocimiento de la importancia relativa del borde trasero de los pulsos aplicados se puede explotar de formas interesantes. Por ejemplo, se puede realizar una descarga de mercurio/gas raro de tal forma que la intensidad de la emisión de 366 nm pueda exceder considerablemente la intensidad de la emisión de 254 nm (en la emisión de plasma de un tubo fluorescente típico esta relación favorece la línea de 254 nm en un factor de más de 20; véase la figura 3). Así, optimizando el diseño de una descarga de mercurio/gas raro de operación pulsada con respecto al comportamiento entre pulsos, es posible aumentar la relación de radiación de 366 nm a 254 nm en un factor de al menos 100.

Esta mejora relativa de 366 nm a 254 nm, y en general el desplazamiento de las relaciones de emisión producido utilizando excitación pulsada, se puede explotar de varias formas.

Por lo tanto, en un primer aspecto de la invención, se facilita una lámpara de descarga incluyendo un tubo para contener el medio de descarga, y unos medios de control para aplicar un campo al medio para producir una descarga dentro del tubo, donde la descarga en el medio cuando es excitado por un campo alterno simple contiene dos líneas a longitudes de onda primera y segunda, predominando la primera longitud de onda,

en la que el medio de control está adaptado para aplicar una forma de onda que consta de pulsos de excitación relativamente cortos ("marcas") y períodos sustancialmente de no excitación relativamente largos ("espacios") de tal manera que la integral en un período de la intensidad de la luz emitida a la segunda longitud de onda sea mayor que la integral correspondiente para la primera longitud de onda.

En el método correspondiente se aplica una señal eléctrica a una lámpara de descarga incluyendo un tubo en la que el medio de descarga se contiene para producir una descarga dentro del tubo, donde la señal consta de pulsos relativamente cortos y períodos de no excitación relativamente largos de tal manera que la integral en un período de la intensidad de la luz emitida a la segunda longitud de onda sea mayor que la integral correspondiente para la primera longitud de onda.

Preferiblemente, las dos longitudes de onda se originan de emisiones de un solo o el mismo elemento en la descarga. Ventajosamente, el componente activo del medio de descarga es mercurio, siendo el resto un gas raro tal como argón o neón, y las dos longitudes de onda son 254 nm y 366 nm, respectivamente. En realizaciones preferidas, la emisión de 366 nm es al menos dos veces más intensa que a 254 nm. Para ello, el ciclo de trabajo, es decir, la relación de la "marca" al período total, deberá ser entre 10^{-1} y 10^{-3}, preferiblemente de aproximadamente 10^{-2}. La presión de gas puede ser del orden de 5-30 torr (670-4000 Pa) y la temperatura de pared (temperatura de punto frío) aproximadamente 25-30ºC. La anchura de pulso puede ser menos de aproximadamente 1 \mus, preferiblemente menos de 0,5 \mus y la frecuencia aproximadamente 5-10 kHz. El tubo puede contener electrodos de forma normal para aplicar el campo, siendo el voltaje máximo aplicado a estos electrodos aproximadamente 1,4 kV y la corriente 1 amp.

En el caso de una lámpara de mercurio, el tubo se puede usar como una fuente de radiación UVA a 365 nm, pero para aplicaciones de iluminación normal se recubre preferiblemente con fósforos estándar para emisión a longitudes de onda visibles cuando con él choca la luz UV producida por la descarga de mercurio. En la invención, el espectro de la lámpara, es decir, de la descarga, es interesante desde el punto de vista de la distribución de energía más bien que de su color: la lámpara emite solamente por medio de los fósforos, y el equilibrio de color de los fósforos no cambia considerablemente cuando cambia el método de excitación. Además, con una lámpara de mercurio, son interesantes las líneas de mercurio en vez de las emisiones de gas raro.

Estas medidas dan lugar a una lámpara fluorescente que es intrínsecamente más eficiente que la lámpara fluorescente estándar, excitada de 254 nm. La principal razón de esto es el desplazamiento de Stokes considerablemente menor implicado al convertir un fotón de 366 nm a un fotón de región visible. Entre otros beneficios importantes están el carácter más benigno de la radiación de 366 nm que la radiación de 254 nm con respecto a la degradación de materiales por UV. Los fósforos en dicha lámpara fluorescente de nueva generación se optimizarían para excitación de 366 nm en contraposición a excitación de 254 nm (aunque responderían a la luz a 254 nm), aumentando más la eficiencia.

La invención es aplicable a lámparas de descarga, no sólo a lámparas de mercurio, como las utilizadas en edificios, vehículos o alumbrado público. En general utiliza las emisiones que aparecen después de que ha cesado la excitación, más bien que durante la excitación, y en particular durante una descarga más o menos de estado de régimen. Es sabido que tales emisiones post-excitación se producen, por ejemplo, en descargas de deuterio en operación pulsada. La primera longitud de onda podría ser más alta o menor que la segunda.

La invención en un aspecto alternativo se dirige a un método de activar una descarga aplicando una señal eléctrica a un medio de descarga, en el que la señal eléctrica se aplica de manera pulsada, terminándose el pulso antes de que la descarga llegue a un estado de régimen. Típicamente, esto podría implicar la terminación de la excitación cuando una variable eléctrica adecuada, tal como la corriente mediante la descarga, ha llegado a aproximadamente la mitad de su valor de régimen. Esto tarda típicamente aproximadamente 0,5 \mus.

El principio se puede usar para coincidencia de emisiones de descarga de fósforos excitados por estas emisiones para minimizar las pérdidas de Stokes. Por lo tanto, en otro aspecto alternativo, la invención se refiere a una lámpara de descarga incluyendo un medio de descarga y un recinto para el medio, y medios para aplicar un campo eléctrico al medio, en el que la pared del recinto está recubierta con un material del tipo de fósforo que emite a una longitud de onda \lambda y los medios de aplicación de campo están adaptados para aplicar el campo de manera pulsada a una frecuencia y ciclo de trabajo tales que el medio descargue preferentemente a una longitud de onda \Lambda, donde \lambda/\Lambda > 0,6.

En algunas realizaciones puede ser preferible que la línea o líneas de emisión principales en la descarga estén dentro de 20% de la emisión del fósforo en longitud de onda; para aplicaciones de alumbrado normal, donde \lambda es naturalmente visible, la longitud de onda deberá estar cerca de UV, por ejemplo < 400 nm.

En un cuarto aspecto, la invención utiliza una lámpara de descarga pulsada como una fuente de radiación casi UV intensa, monocromática, para uso en iluminaciones posteriores LCD. En UVLCDs, es decir, LCDs que utilizan iluminación posterior UV y emisores de fósforo en el lado del observador para dar una salida cuando son golpeadas por la UV, es especialmente deseable utilizar longitudes de onda casi visibles para la iluminación posterior puesto que incluso 366 nm daña la mayoría de los materiales de cristal líquido.

Por lo tanto, en este aspecto, la invención se refiere a una pantalla incluyendo, por una parte, una lámpara de descarga incluyendo un medio de descarga y un recinto para el medio, y medios para aplicar un campo eléctrico al medio para hacer que el medio emita radiación, y, por otra parte, unos medios obturadores, a los que se dirige la radiación, para conmutar la radiación para permitir selectivamente que choque con un emisor del tipo de fósforo, en el que los medios de aplicación de campo están adaptados para aplicar el campo de manera pulsada a una frecuencia y ciclo de trabajo de tal manera que el medio descargue preferentemente a una longitud de onda próxima a aquella a la que emite el fósforo. Preferiblemente la relación de longitud de onda es al menos 0,6 o más o menos. Naturalmente, en una pantalla en color, la relación será más alta para los fósforos azules que para los rojos.

Tal sistema de iluminación para LCDs, usando la luz de descarga directamente, es mucho más eficiente que el que utiliza un fósforo intermedio para conversión, por ejemplo, a 365 nm, lo que es una consideración importante para pantallas activadas por batería. La longitud de onda es preferiblemente del rango 350-400 nm, en particular lo más cerca que sea posible de la cifra superior en vista de las consideraciones mencionadas anteriormente.

Para una mejor comprensión de la invención, ahora se describirá realizaciones de la misma, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es un diagrama que representa los niveles principales de energía de mercurio, que dan origen a las líneas características.

La figura 2 muestra la salida en función del tiempo de una descarga pulsada.

La figura 3 muestra la salida espectral de una lámpara en serpentín excitada según la técnica anterior.

La figura 4 muestra la forma de onda pulsada utilizada en la invención, siendo la figura 4A un esbozo de los pulsos alternos usados y mostrando la figura 4B la traza del inicio de una descarga.

La figura 5 muestra el montaje experimental para comparar dispositivos de lámpara de la técnica anterior y de la invención.

La figura 6 muestra el circuito usado en una realización de la invención.

La figura 7 muestra resultados experimentales para el efecto de ciclo de trabajo y PRF (frecuencia de repetición de pulsos) en la salida de una lámpara de mercurio.

La figura 8 muestra la salida espectral de lámparas excitadas según la invención.

La figura 9 muestra las salidas de las lámparas ilustradas en la figura 5.

Las figuras 10 a 12 muestran los resultados de otra investigación del comportamiento de algunas de las líneas de mercurio durante la excitación pulsada.

Y la figura 13 muestra la intensidad de la línea de deuterio de 656 nm para excitación pulsada.

La figura 1 muestra los niveles de energía relevantes del átomo Hg, como ya se ha explicado. En una lámpara de vapor de mercurio de baja presión típica, las magnitudes relativas de las líneas de emisión se pueden ver en la figura 3, donde se observará que la mayor salida es con mucho a 254 nm.

En la primera realización de la invención, la descarga es excitada por pulsos, como se representa esquemáticamente en la figura 4A, que tienen un ciclo de trabajo de 0,005 y una frecuencia de repetición de pulsos de 10 kHz. Para hacer el uso máximo de las emisiones de post-excitación, el pulso deberá terminarse tan pronto como comience la descarga. Como se representa en la figura 4B, donde a los efectos de ilustración se aplicó un pulso 5 \mus en t=0, la traza de voltaje V muestra un pico inicial (fuera del gráfico) y después disminuye a un valor constante, mientras que la traza de corriente A muestra un pequeño pico inicial que se considera que representa la carga de elementos capacitivos del sistema tal como los cables, y después un crecimiento constante a un valor constante. (La traza T es un pulso de disparo no relevante para la presente explicación). La excitación deberá parar cuando la descarga esté aproximadamente a mitad de camino de establecerse, es decir, después de aproximadamente 0,5 \mus. La decadencia del pulso tiene lugar, si la capacitancia del sistema se mantiene baja, en aproximadamente 100 ns.

El ciclo de trabajo, d, viene dado por d = t_{ON}/(t_{ON} + t_{OFF}), mientras que la frecuencia de repetición de pulsos, PRF, viene dada por PRF = 1/(t_{ON} + t_{OFF}). La forma de onda de excitación alterna entre pulsos positivos y negativos para mantener un voltaje medio de cero a través de la lámpara. El voltaje de pulso máximo, V_{P}, variará a causa de la naturaleza de potencia media constante del sistema, como se describe más adelante. Su valor máximo es 1,4 kV.

La construcción de la lámpara es en gran parte la misma que la de una lámpara Hg estándar, a excepción del circuito de excitación, igualmente a explicar a continuación. Una unidad de demostración para contrastar las dos rutas diferentes de producir radiación visible se construyó con el diseño representado en la figura 5. Se colocaron dos lámparas de idéntica construcción a ambos lados de un tabique en un recinto. La construcción de las lámparas era en gran parte la misma que la de una lámpara de mercurio estándar: electrodos de triple capa de óxido, de triple espiral, en los extremos de cada una de las lámparas se calentaron con iguales potencias por circuitos calentadores independientes. Las lámparas en forma de U con un recorrido de descarga de 100 mm de longitud se construyeron de sílice. Las lámparas recibieron mercurio y argón y ninguna lámpara se recubrió con fósforo. Una lámpara era excitada por una fuente de alimentación alterna convencional de alta frecuencia (33 kHz); la otra por una fuente de alimentación pulsada descrita más adelante. La presión de argón era 5 torr (670 Pa), aunque se puede utilizar una amplia gama de presiones, por ejemplo, 2-50 torr (270-6700 Pa); la presión de mercurio correspondía a una temperatura de pared de 27ºC. La configuración de la figura 5 se elige para simular el uso de lámparas como iluminaciones posteriores para LCDs de tipo UV/fósforo.

Las emisiones de cada lámpara se muestran en la parte superior de la figura 9. La lámpara excitada por un circuito convencional emite predominantemente a 254 nm, la otra lámpara predominantemente a 366 nm. La emisión de 254 nm de la lámpara excitada convencionalmente se convirtió en primer lugar a 366 nm con un fósforo de conversión recubierto sobre vidrio de sosa-cal para quitar toda UV por debajo de aproximadamente 300 nm. Las emisiones de ambas lámparas se filtraron después para quitar toda radiación visible; las emisiones resultantes se muestran en la parte inferior de la figura 7. Finalmente, ambas se utilizaron para excitar un fósforo que convertía radiación de 366 nm a la radiación visible. Para las condiciones operativas dadas, donde las potencias de calentador y las potencias totales disipadas eran las mismas en cada lámpara, la lámpara excitada por la circuitería pulsada era 300% más brillante.

La figura 6 muestra el circuito usado para esta realización. Un convertidor de potencia media constante 101 emite una potencia, por ejemplo, de 2W con un voltaje máximo de 400 V. La salida se coloca sobre un puente H de MOSFETs de modo de mejora, cuya barra central la forma un inductor 105, parte de un transformador cuya salida se aplica a los electrodos de la lámpara 21, a un voltaje máximo de aproximadamente 1400 V. La lógica de excitación 107 activa y desactiva los transistores respectivos para dar corrientes pulsadas alternativamente opuestas a través del inductor 105 y por lo tanto la forma de onda de pulso deseada como se ilustra en la figura 4. Se puede ver claramente por la figura 7 que, en particular a frecuencias superiores a 1 kHz, la disminución del ciclo de trabajo aumenta la salida de 366 nm y la relación de esta salida a la de 254 nm. Se considera que esto es debido a la concentración de líneas espectrales a 365-366 nm, todas las cuales son excitadas en el modo de excitación pulsada.

En los experimentos, se obtuvo una relación de aproximadamente 2:1 a ciclos de trabajo de aproximadamente 3,10^{-3}, y parece que no hay razón por la que no se deban obtener tasas todavía más altas. Naturalmente, la disminución del ciclo de trabajo disminuye la potencia total de salida para una altura de pulso máxima dada, de manera que se pueda alcanzar un compromiso; el límite inferior útil es aproximadamente 10^{-3}.

La figura 8 muestra la variación de todo el espectro cuando el ciclo de trabajo se reduce a una tasa de repetición constante de 5 kHz; los tres gráficos tienen respectivos ciclos de trabajo de 0,19, 0,043 y 0,0033. Se deberá observar que la línea de 508 nm es un artefacto del sistema, que representa solamente el doble de la línea de 254 nm.

El efecto de la polarización de la descarga hacia la emisión de 366 nm se puede ver en los gráficos de la figura 9, que comparan las emisiones UV y la entrada de estimulación de fósforo resultante (filtrada) de las dos lámparas. Los gráficos a la derecha, para la lámpara convencional (no pulsada), muestran que las mayores emisiones con mucho se producen a 254 nm, que da lugar a una salida correspondientemente baja a 366 nm (de la capa intermedia de fósforo). Los gráficos a la izquierda, con la línea de descarga predominante ya a 366 nm, dan un pico mucho más alto y más pronunciado a 366 nm. Obsérvese que las intensidades mostradas en los ejes y no son a escala.

La figura 10 muestra el comportamiento de las emisiones de 254 nm y 365 nm para diferentes anchuras y frecuencias de pulso. Demuestra que por encima del rango de anchura de pulso de 0,5 \mus a 5 \mus y el rango de frecuencia de 10-50 k4z, la línea 365 disminuye en intensidad con el aumento de la anchura, mientras aumenta la línea 254. Para ambas líneas, la intensidad aumenta con la disminución de la frecuencia, aunque la corriente media se mantenga constante.

La figura 11 muestra con más detalle y mayor resolución temporal el comportamiento de las emisiones de 365 nm para pulsos de longitud variable a una frecuencia constante de 10 kHz y una corriente de descarga media constante. Se puede ver que cuanto más corto es el pulso, más alto es el pico inicial; esto es una consecuencia del requisito de una salida media dada. Además aparece que cuanto más corto es el pulso, más alta es la salida siguiente de la radiación de 365 nm, con una cantidad considerable de emisión ("post-luminiscencia") en las pocas docenas de microsegundos después del pulso para pulsos más cortos que aproximadamente 2 \mus. Parece plausible que se requiere un pulso de voltaje más alto que el normal para llenar parte de los estados de energía más alta de la mezcla de gases, que después decaen para "alimentar" la transición de 365 nm, pero esto es una conjetura.

La figura 12 muestra un análisis espectral simple de la post-luminiscencia para pulsos de 4 \mus a 10 kHz. Es sorprendentemente evidente que no hay virtualmente post-luminiscencia para las líneas de 405, 435 y 546 nm, por comparación con la línea de 365 nm. La línea de 254 nm no se muestra aquí.

La figura 13 muestra una descarga pulsada para una descarga de deuterio (puro), siendo V el voltaje aplicado, I la corriente y B la traza de intensidad de la línea de emisión de 656 nm. Aquí se puede ver que hay una pequeña post-luminiscencia para esta línea, mientras que otras líneas D no muestran este efecto; por lo tanto, la excitación pulsada puede polarizar la salida de la línea de 656 nm por comparación con las otras líneas espectrales del espectro de deuterio.

Es posible mejorar la eficiencia del sistema atendiendo más al diseño de la forma de pulso. En diseños de sistema que no incluyen circuitos o electrodos de arranque auxiliares es aconsejable elegir un perfil de tiempo de borde delantero que minimiza el daño a los electrodos durante el aumento rápido de corriente-voltaje al comienzo de los pulsos: si el voltaje está en rampa, cuando aumenta, se inician en el medio algunos procesos que contribuyen a iniciar fiablemente la descarga, sin un voltaje de pulso máximo demasiado alto. En segundo lugar, la duración del pulso deberá ser lo más corta que sea posible, porque es la longitud de onda de estado de régimen principal la que predomina durante este tiempo. En tercer lugar, la terminación del pulso deberá ser lo más rápida que sea posible. En particular, el pulso deberá tener una naturaleza o perfil asimétrico. Un perfil de pulso favorable en general tiene un aumento en rampa de cero voltios a un voltaje máximo donde hay una caída casi instantánea a cero voltios, sin meseta interviniente.

El tiempo entre pulsos (es decir, la frecuencia de repetición de pulsos) es una función de las condiciones operativas de la lámpara elegida (es decir, la temperatura de pared de la lámpara, la composición del gas de llenado y la presión del gas de llenado).

Claims (13)

1. Una lámpara de descarga (21) incluyendo un tubo para contener un medio de descarga, y unos medios de control (100) para aplicar un campo al medio para producir una descarga dentro del tubo, donde la descarga en el medio cuando es excitado por un campo alterno simple contiene dos líneas a longitudes de onda primera y segunda, predominando la primera longitud de onda en términos de intensidad, en la que los medios de control aplican una forma de onda que consta de pulsos de excitación relativamente cortos ("marcas") y períodos de no excitación relativamente largos ("espacios") de tal manera que la integral en un período de la intensidad de la luz emitida a la segunda longitud de onda sea similar o mayor que la integral correspondiente para la primera longitud de onda.

2. Una lámpara de descarga según la reivindicación 1, en la que el ciclo de trabajo, es decir, la relación de los pulsos de excitación al período total, es de entre 10^{-1} y 10^{-3}, preferiblemente de aproximadamente 10^{-2}.

3. Una lámpara de descarga según la reivindicación 1 o 2, en la que la presión de gas es del orden de 2-50 torr (270-6700 Pa), preferiblemente 5-30 torr (670-4000 Pa), y la temperatura de pared de aproximadamente 25-30ºC.

4. Una lámpara de descarga según cualquier reivindicación anterior, en la que la anchura de pulso es aproximadamente 1 \mus, preferiblemente menos que 0,5 \mus, la frecuencia aproximadamente 5-10 kHz, y el voltaje máximo aproximadamente 1,4 kV y la corriente aproximadamente 1A durante el pulso.

5. Una lámpara de descarga según cualquier reivindicación anterior, en la que el componente activo del medio de descarga es mercurio, siendo el resto un gas raro tal como argón o neón, y las dos longitudes de onda son 254 nm y 366 nm respectivamente.

6. Una lámpara de descarga según cualquier reivindicación anterior, en la que la salida de luz de la lámpara se produce directamente por la descarga sin emisores intermedios tal como fósforos.

7. Una lámpara de descarga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la lámpara tiene un recubrimiento de tipo de fósforo que responde a ambas longitudes de onda primera y segunda.

8. Un dispositivo de lámpara de descarga incluyendo un medio de descarga y un recinto para el medio, y medios para aplicar un campo eléctrico al medio para excitar una descarga que emite radiación, en la que la radiación se dispone de manera que choque con un material del tipo de fósforo que emite a una longitud de onda \lambda y los medios de aplicación de campo aplican el campo de manera pulsada a una frecuencia y ciclo de trabajo tales que el medio descargue preferentemente a una longitud de onda \Lambda, donde \Lambda/\lambda > 0,6.

9. Una pantalla incluyendo, por una parte, un dispositivo de lámpara de descarga (21) según la reivindicación 6 o la reivindicación 8, y, por otra parte, unos medios obturadores, a los que se dirige la radiación, para conmutar la radiación para permitir selectivamente que choque en el material del tipo de fósforo, en el que la longitud de onda \Lambda está cerca de aquella a la que emite el fósforo, preferiblemente al menos 0,6 veces la longitud de onda de fósforo media \lambda.

10. Una lámpara de descarga incluyendo un dispositivo según la reivindicación 8, en la que la pared del recinto está recubierta con el material de fósforo.

11. Un método de operar una lámpara de descarga, en el que se aplica una señal eléctrica a una lámpara de descarga incluyendo un tubo en el que se contiene el medio de descarga para producir una descarga dentro del tubo, donde la descarga en el medio cuando es excitado por un campo alterno simple contiene dos líneas a longitudes de onda primera y segunda, predominando la primera longitud de onda en términos de intensidad, en el que la señal consta de pulsos relativamente cortos y períodos de no excitación relativamente largos de tal manera que la integral en un período de la intensidad de la luz emitida a la segunda longitud de onda sea similar o mayor que la integral correspondiente para la primera longitud de onda.

12. Un método de excitar una lámpara de descarga aplicando una señal eléctrica a un medio de descarga, en el que la señal eléctrica se aplica de manera pulsada, terminándose el pulso y parando la excitación antes de que la descarga llegue a un estado de régimen de manera que la descarga pueda decaer entre pulsos.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que la excitación se termina cuando un parámetro de la descarga que sube a la aplicación de un pulso, tal como la corriente mediante la descarga, ha llegado a aproximadamente la mitad de su valor de régimen.