HU215307B

HU215307B - Eljárás inkoherens fényt kibocsátó fényforrás működtetésére

Info

Publication number: HU215307B
Application number: HU9502905A
Authority: HU
Inventors: Lothar Hitzschke; Frank Vollkommer
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1998-11-30
Also published as: DE59410172D1; KR960702169A; KR100299151B1; EP0738311B1; JP2004303737A; HU9502905D0; DE4311197A1; WO1994022975A1; JP3714952B2; US5604410A; EP0738311A1; CA2159906A1; EP1078972A3; CZ242195A3; CA2155340A1; CA2159906C; JP2004296446A; EP1076084A3; JP2005276846A; EP0733266A1

Abstract

A találmány tárgya eljárás inkőherens fényt kibőcsátó fényfőrrás,különösen kisülőlámpa működtetésére dielektrőmősan gátőlt kisüléssel,amelynél a legalább részben áttetsző, villamősan nem v zető anyagbólkészült kisülési edény gáztöltéssel van feltöltve és legalább kételektróda van a gáztöltés közelében elhelyezve és árambevezetőkönkeresztül villamős energiafőrrásra csatlakőztatva, és ahől legalább azegyik elektróda és a gáztöltés között dielektrőmős réteg vanelhelyezve. A találmány szerinti eljárásnál a villamősenergiafőrrásból feszültségimpűlzűsők őlyan sőrőzatát jűttatjűk azelektródákra (3, 4a, 4b), amelynek az egyes impűlzűsai (n) TPn = 1ns... 50 <F"Symből" ms idejű UPn(t) feszültséglefűtásúak, és az egyesfeszültségimpűlzűsőkat TOn = 500 ns... 1 ms hőltidejű UOn(t)feszültséglefűtású szünet követi és választja el, ahől a TPn idő alattUPn(t) feszültségfüggvényeket úgy választjűk meg, hőgy a TPn idő alatta gáztöltésbe (5) lényegében hatásős teljesítményt csatőlűnk be, míg aTOn hőlt idő alatti UOn(t) feszültségfüggvén eket úgy választjűk meg,hőgy a gáztöltés (5) visszatérhessen egy őlyan állapőtba, amely azelőző UPn(t) feszültségimpűlzűs előtti állapőthőz hasőnlít, és azUPn(t), TPn, UOn(t), TOn é tékeket úgy választjűk meg egymáshőzképest, hőgy az elektródák (3, 4a, 4b) között viszőnylag kisáramsűrűségű kisülési strűktúrák jönnek létre. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás inkoherens fényt kibocsátó fényforrás, különösen kisülőlámpa működtetésére dielektromosan gátolt kisüléssel, amelynél a legalább részben áttetsző, villamosán nem vezető anyagból készült kisülési edény gáztöltéssel van feltöltve és legalább két elektróda van a gáztöltés közelében elhelyezve és árambevezetőkön keresztül villamos energiaforrásra csatlakoztatva, és ahol legalább az egyik elektróda és a gáztöltés között dielektromos réteg van elhelyezve.

Sugárzáskeltő mechanizmusként kisülési edényben létrehozott kisülés szolgál, ahol legalább egy elektróda és a kisülőcső között dielektromos réteg van elhelyezve, aminek következtében az ilyen kisülést csendes, dielektromosan gátolt vagy korlátolt kisülésnek is nevezik. Inkoherens módon emittáló fényforrás alatt ultraibolya (UV) és infravörös (IR) sugárzókat, valamint olyan kisülési lámpákat értünk, amelyek elsősorban látható fényt bocsátanak ki. A találmány mind kisnyomású, mind nagynyomású lámpák esetében, a kisnyomás és nagynyomás közti minden gáznyomáson alkalmazható.

Az ilyen kisülés gerjesztése szokásosan váltakozó feszültséggel történik, amint azt például a DE 40 22 279 és a DE 42 03 594 közzétételi irat, valamint az US 5,117,160 szabadalmi leírás ismerteti. Ezeknél a 35 gerjesztő frekvencia a műszaki váltóáram frekvenciája és néhány MHz (DE 4022279), illetve 20 és 100 kHz (US 5,117,160) között van.

Ennek az üzemmódnak az a hátránya, hogy a kívánt sugárzási nyereség a műszakilag elfogadható teljesítménysűrűségeknél viszonylag alacsony. A jellemző UVhatásfok 10% 1 kW/m² felületi teljesítménysűrűségnél és 15% 10 W/m² mellett, lásd az Universitát Karlsruhe Fénytechnikai Intézet UV és IR munkacsoportjának 3. ülését 1992. 10. 07-én, és a „Dielektromosan gátolt kisülések: szokatlan fényforrás”, M. Neiger, LTI, Universitát Karlsruhe, 6. Nemzetközi Fényforrás-tudományi és -technológiai Szimpózium, Budapest, 1992.

Az EP-A 0 302 748 szabadalmi leírás olyan, elektromosan szigetelt elektródájú, lámpaszerű kijelzőt ismertet, amelyet dielektromosan gátolt kisüléssel üzemeltetnek. A kisülés beindításához a lámpaelektródák között nagyfrekvenciás feszültséget alkalmaznak, amelynek csúcsértékei 300 V és 6 kV között vannak. Ehhez a lámpaszerű kijelző elektródái egy transzformátor szekunder tekercsével vannak összekötve. A transzformátor primer tekercse kapcsolótranzisztoron keresztül áramforráshoz csatlakozik. A kapcsolótranzisztor bázisát impulzusgenerátor vezérli, amely ismételt unipoláris négyszögimpulzusokat szolgáltat 0,5 kHz és kHz közötti ismétlési frekvenciával. A négyszögfeszültség pulzus- és szünetideje nincs meghatározva.

A találmány célja olyan eljárás megadása inkoherens fényt kibocsátó fényforrás működtetésére, amely15 nek hatásfoka lényegesen nagyobb az ismert fényforrásokénál.

A találmány célját olyan, inkoherens fényt kibocsátó fényforrás működtetésére alkalmas eljárással érhetjük el, melynek során a villamos energiaforrásból fe20 szültségimpulzusok olyan sorozatát juttatjuk az elektródákra, amelynek az egyes impulzusai Tp„ = 1 ns... 50 fls idejű U_Pn(t) feszültség-lefutásúak, és az egyes feszültségimpulzusokat Tq,, = 500 ns... 1 ms holtidejű Uo„(t) feszültség-leíütású szünet követi és választja el, ahol a 25 T_Pn idő alatti U_Pn(t) feszültségfüggvényeket úgy választjuk meg, hogy a Tj^ idő alatt a gáztöltésbe lényegében hatásos teljesítményt csatolunk be, míg a Tq,, holt idő alatti U_On(t) feszültségfüggvényeket úgy választjuk meg, hogy a gáztöltés visszatérhessen egy olyan álla30 pótba, amely az előző Up,,(t) feszültségimpulzus előtti állapothoz hasonlít, és az U_Pn(t), T^,, U_On(t), Tq,, értékeket úgy választjuk meg egymáshoz képest, hogy az elektródák között viszonylag kis áramsűrűségű kisülési struktúrák jönnek létre.

A találmány alapgondolata azon alapul, hogy a dielektromosan gátolt kisülést ismételt impulzusokkal üzemeltetjük úgy, hogy az egymást követő villamos energiabecsatolásokat még az egyes kisülések magas teljesítménysűrűsége esetén is Tón időköz, a továbbiak40 bán „holtidő” választja el határozottan egymástól. A megszakító időközök időtartama abból a követelményből adódik, hogy az energia vagy pontosabban a hatásos teljesítmény becsatolása lényegében befejeződik, amint további villamos energia becsatolása kevésbé 45 effektív módon alakul át a kívánt sugárzássá, illetve a „holtidő” befejeződik, amint a gáztöltés annyira relaxálódott, hogy ismét alkalmas a kívánt sugárzás hatékony létrehozását eredményező gerjesztésre, tehát időátlagban a sugárzási hatékonyság optimálva van. Ily 50 módon például 65%-os és még ennél magasabb hatásfok is elérhető a villamos energia UV-sugárzássá alakítása során, ami sokszorosa a dielektromosan gátolt kisüléseknél hagyományosan elérhető hatásfoknak.

Normális esetben azonos vagy csak a polaritásukat 55 váltó feszültségimpulzusok sorozatát alkalmazzuk, ahol a feszültségimpulzusok n számát nem korlátozzuk. Speciális esetekben azonban szabályosan változó feszültségimpulzusok sorozatát is felhasználhatjuk. Végül a feszültségimpulzusok sorozata teljesen sza60 bálytalan is lehet (pl. effektusvilágításnál, ahol több

HU 215 307 Β feszültségimpulzus úgy van összefoglalva egy csoportba, hogy az emberi szem számára felismerhető fényhatás jöjjön létre).

A Tp„ impulzusidők alatt az elektródákra U^/t) feszültségimpulzust adunk, miközben hatásos teljesítményt csatolunk be. Ennek időfüggvénye nincs pontosan meghatározva, több különböző forma közül választhatunk:

a) unipoláris formák, azaz a feszültségimpulzusok nem váltanak előjelet a Tpn impulzusidő alatt. Ide tartoznak többek között a trapéz-, a háromszög és az ív alakú feszültségimpulzusok, különösen a parabola alakú feszültségimpulzusok és a szinuszos félhullámok, ahol mind a pozitív, mind a negatív értékek megfelelnek (lásd a 6a ábrát, ahol például csak negatív értékek vannak ábrázolva),

b) bipoláris formák, azaz a feszültségimpulzusok előjele változik a impulzusidő alatt, ahol az impulzussorozat pozitív vagy negatív feszültségértékkel is kezdődhet. Ilyen jelalakok lehetnek például a szinuszos jel mindkét félhulláma, két egymást követő ellentétes előjelű háromszögjel, két egymást követő ellentétes előjelű négyszög- és trapézjel, ahol a felfutó és a lefutó élek meredeksége eltérő lehet (lásd 6b ábra), valamint

c) az a) és b) változat néhány (előnyösen kettő vagy három) elemének időbeli kombinációja, ahol az Up„(t) feszültségfüggvények a legkülönbözőbb értékeket vehetik fel, így rövid ideig a 0 értéket is, és így az egyes elemek például a 0 feszültségértékekkel jellemezhető időtartományokkal választhatók el egymástól (lásd 6c ábra). Az egyes elemek adott esetben ismétlődhetnek is.

A 6a-c ábrákon csupán példaként látható néhány kiválasztott lehetséges feszültségforma. Ezenkívül természetesen számos más feszültségforma is elképzelhető. A gyakorlatban a villamos jelek mindig véges felfutási és lefutási meredekséggel, valamint az átmenetek utáni felső és alsó hullámokkal rendelkeznek, amit a 6a-c ábrákon nem ábrázoltunk.

A Tqo holtidő alatti feszültségformával szemben támasztott követelmény szerint az U_On(t) feszültségfüggvényt úgy választjuk meg, hogy lényegében ne történjen hatásos teljesítménybecsatolás. Eléggé kis feszültségértékek, amelyek az újragyújtási feszültség alatt vannak, hosszabb ideig fennállhatnak, adott esetben a teljes Τθη holtidőt kitölthetik. Az sem kizárt, hogy rövid ideig, azaz a Tp,, impulzusidőnél lényegesen rövidebb ideig, a holtidő alatt is fellépjenek feszültségcsúcsok.

Az Up„ feszültségfüggvény tipikus abszolút értékei néhány kV-ig terjednek. A holtidő alatti Uon feszültség előnyösen 0 V közelében van. A T_Pn és T_On idők értékei tipikusan a ps-tartományban vannak, és Tpn értéke általában lényegesen kisebb mint T_On.

A találmány szerinti üzemeltetésnél a kisülést a gerjesztőjel paramétereinek (T^, T_c>n, UpJ megfelelő megválasztásával érjük el, miközben a paramétereket különösen jó hatásfok elérése érdekében egymással is egyeztetjük. Eközben az impulzusok formája is szerepet játszik.

Az egyes esetekben a három gerjesztési paraméter [Tp„, Το„, Upn(t)] kiválasztandó értékei a kisülési geometriától, a gáztöltés fajtájától, a gáznyomástól, az elektróda konfigurációtól, valamint a dielektromos réteg fajtájától és vastagságától függnek. Ha a kisülés a találmány szerinti üzemben történik, a kívánt sugárzás nyeresége optimálisan alakul.

A megadott lámpatöltés mellett a kisülés közben lejátszódó ütközési folyamatokat és ezáltal a létrehozott sugárzást lényegében a n_e elektronsűrűség és az elektronok energiaeloszlása határozza meg. A találmány szerinti üzemeltetési eljárás lehetővé teszi, hogy ezeket az időfüggő értékeket a Tp„, T^ idők és az U_Pn feszültségamplitúdó, valamint az impulzusalak megfelelő megválasztásával optimálisan állítsuk be a sugárzás létrehozása érdekében.

A váltakozó feszültségű üzemmel ellentétben a találmány szerinti eljárás során tudatosan egy további paramétert, a T_o holtidőt is felhasználhatjuk, amellyel még a nagy teljesítménysűrűségek esetén is célzottan befolyásolhatjuk a töltéshordozók időbeli és térbeli eloszlását, valamint az energiaeloszlási függvényt. A technika állása szerint, ahol váltakozó feszültséget alkalmaznak, ezeket az értékeket célzottan csak nagyon korlátozottan, a frekvencián keresztül lehet befolyásolni. Csak a jelen találmány teszi lehetővé, hogy a dielektromosan gátolt kisülések hatásfokát olyan mértékben növeljük műszakilag érdekes teljesítménysűrűségek mellett, hogy ezzel a hagyományos fényforrásokkal összemérhető alternatívát kapjunk.

A találmány szerinti üzemeltetési eljárás arról ismerhető fel, hogy az elektródák közötti különböző alakú, jellegzetesen szál- vagy csavarszerű kisülési struktúrák helyett sok azonos, felülnézetben, azaz a kisülésre merőlegesen, deltaszerű kisülési struktúra jön létre, amely a (pillanatnyi) anód irányában kiszélesedik. Mivel ezek a kisülési struktúrák általában a kHz tartományba eső ismétlődési frekvenciával jönnek létre, a szemlélő a szem felbontásának megfelelően csak egy „középső” kisülési struktúrát lát, ahhoz hasonlóan, amint az a 9a ábra szerinti fényképfelvételen látható. A kétoldalt dielektromosan gátolt kisülésnél váltakozó polaritású feszültségimpulzusok alkalmazása esetén vizuálisan két delta alakú kisülési struktúra összegződése jelenik meg. Ha például két hosszanti elektróda, amelyek egyoldali vagy kétoldalt dielektromosan gátoltak, párhuzamosan egymással szemben helyezkedik el, akkor az egyes kisülési struktúrák keresztirányban jönnek létre a hosszanti elektródákhoz képest, sorban egymás mellett (lásd 9a, b ábra). A paraméterek megfelelő megválasztása esetén, például megfelelően kis nyomásnál elérhető, hogy az egyes struktúrák egymás melletti sora egyetlen, diffúz megjelenésű kisüléshez vezet. A kisülési struktúrák például áttetsző lámpafej esetén közvetlenül is megfigyelhetők.

A találmány figyelemre méltó előnye, hogy az egyes kisülési struktúrák különösen stabilak a kisülési edénybe csatolt villamos teljesítménysűrűség változásával szemben. A feszültségimpulzusok U^ amplitúdójának növekedésével nem változik az egyes kisülési struktúrák formája. Egy küszöbérték átlépése után a kisülési struktúrák egyikéből további hasonló struktúrák

HU 215 307 Β jönnek létre. A becsatolt villamos teljesítmény növelése a feszültségimpulzusok amplitúdójának növelése útján tehát lényegében a fent leírt egyes kisülési struktúrák számának növekedéséhez vezet, miközben ezen kisülési struktúrák minősége, különösen azok külső megjelenési formája és fénykibocsájtási tulajdonsága változatlan marad.

Ez a viselkedés teszi lehetővé először, hogy a meghatározott kisülési térfogatba becsatolható villamos teljesítményt célszerűen tovább növeljük azáltal, hogy kettőnél több elektródát alkalmazunk, amelyek a kisülési térfogatot optimálisan kihasználják. Például a kisülési edényben centrikusán elhelyezett belső elektróda mellett több, a kisülési edény külső falán szimmetrikusan elrendezett külső elektróda lehet elhelyezve. A külső elektródák számával a kisülési edény térfogatából maximálisan kivehető sugárzási teljesítmény növelhető, mivel a kisülési struktúrák a központi belső elektródától indulnak ki és az egyes külső elektródák felé terjednek, és megfelelő teljesítmény becsatolása esetén a kisülési edény térfogatát fokozott mértékben kitöltik.

Ennél a lehetőségnél párhuzamos tengelyű elektródák esetén további előnyt jelent, hogy a villamos teljesítmény és a fényáram a kisülési edény hosszával arányosan változik. Mivel ebben az esetben az elektromos tér lényegében merőleges a kisülési edény hossztengelyére, a kisülési edény hossza tetszőlegesen növelhető anélkül, hogy a szükséges gyújtófeszültség, amint az például egy hagyományos kisülési csőnél szokásos, szintén megnőne. A teljesítmény megadásához tehát ennél a kisülési fajtánál figyelembe kell venni a kisülési edény térfogatát, és az elektródák számát, illetve a kisülési struktúrákat hordozó síkok számát is. Egy cső alakú 50 cm hosszú, 24 mm átmérőjű, xenonnal feltöltött lámpánál kisülési síkonként általában 15 W villamos hatásos teljesítményt lehet becsatolni.

Ha a Tp„ és/vagy T_On és/vagy Up„(t) értékét nem megfelelően választjuk meg, akkor stochasztikusan egy vagy több, a gáztérből élesen kiváló, vékony és fényesen világító ,,kisülési szál” jön létre. Ezek a találmány szerinti kisülési struktúrák rovására széles tartományban kiterjedhetnek a kisülési edényben, amint az a 10b ábra szerinti fényképfelvételen látható. Ezek a „kisülési szálak” tehát vizuálisan különböznek a találmány szerinti üzemeltetési eljárással létrehozott kisülési struktúrák alakjától és fényeloszlásától, és nem kívánatosak, mivel az áramot kis keresztmetszeti felületre koncentrálják, ami a töltéshordozók koncentrációjának növekedését eredményezi és csökkenti a kívánt sugárzás létrehozásának hatékonyságát.

Ebből a meggondolásból levezethető egy általános előírás a találmány szerinti üzemeltetési eljáráshoz alkalmas Upn(t), Tpn és Tq,, értékek megválasztására. A kisülés begyújtása után az Uj^/t), T_Pn és T_On értékeket úgy kell megválasztani, hogy a kívánt villamos teljesítmény a találmány szerinti üzemeltetéshez becsatolható legyen, azaz a fent leírt kisülési struktúrák láthatóvá váljanak. Meglepő módon ugyanis kiderült, hogy éppen ezen kisülési struktúrák megjelenésekor jön létre olyan elektronsűrűség és az elektronok energiaeloszlási függvényének olyan értéke, ami a veszteségeket minimálisra csökkenti.

Mind a három fent említett üzemi paraméter befolyásolja a töltéshordozó-sűrűség időbeli és térbeli szerkezetét és az elektronok energiaeloszlási függvényét is. Mivel ezek befolyása az említett értékekre különböző erősségű, az egyik paraméter megválasztása durva értékhatárokat szab a többi paraméter választható értékeinek, amelyek még hatékony kisülési üzem elérését biztosítják.

Az U_Pn amplitúdó tipikus értékei 0,01 és 2 V között vannak átütési távolság cm-enként és töltőnyomás Paonként, a T_Pn impulzusidő és a holtidő pedig 1 ns és 50 ps között, illetve 500 ns és 1 ms között lehet. A találmány szerinti üzemeltetési eljárásnál a töltőnyomás előnyösen 100 Pa és 3 MPa között van. Közepes nyomásértékek (pl. 10 kPa) mellett az U_Pn feszültségimpulzusok amplitúdója átütési távolság cm-enként 100 V és 20 kV közötti értéket vehet fel. Magas nyomásértékek (pl. 1 MPa) mellett az U^, feszültségimpulzusok amplitúdója átütési távolság cm-enként 10 kV és 200 kV közötti értéket vehet fel.

Villamos biztonságtechnikai okokból a külső elektródákat általában testpotenciálra, a belső elektródát pedig nagyfeszültségre kötik. Ezáltal lehetővé válik a feszültség alatti elemek hatásos érintésvédelme. A kisülési edény az elektródákkal együtt egy külső burkoló lámpafejben is elhelyezhető. Ezáltal akkor is biztosított az érintésvédelem, ha a külső elektródák nincsenek összekötve a testpotenciállal. Vezető elektródaként bármely áramvezető képességű anyag, tehát elektrolit is felhasználható.

Az egyoldali dielektromosan gátolt kisülésnél ilyenkor legalább egy dielektromosan nem gátolt elektróda van a kisülési edény belsejében, a gáztérben - ezenkívül követelmény, hogy a belső elektróda a pulzusidő kezdetén negatív polaritású legyen a dielektromosan gátolt (a kisülési edényen belüli vagy kívüli) elektródával szemben (eltekintve a teljesítménybecsatolás szempontjából lényegtelen lehetséges pozitív tűszerű előimpulzusoktól). Ezt követően, az impulzusidő alatt változhat a polaritás.

A találmány szerinti üzemeltetési eljárás kétoldalt dielektromosan gátolt kisülésnél is alkalmazható (az összes elektróda dielektrikummal el van választva a kisüléstől, ami maga a kisülési edény is lehet) anélkül, hogy azon elvileg változtatni kellene vagy az előnyös hatása elveszne. Abban az esetben, amikor minden elektróda dielektromosan gátolt, a polaritás és annak időbeli sorrendje nem játszik szerepet.

Elvileg az elektródák mindegyike lehet a gáztéren kívül, például a kisülési edény külső felületén, de lehetséges az is, hogy az elektródák egy része kívül és egy része belül, vagy akár mindegyik belül a kisülési edényben, a gáztérben van. Ez utóbbi esetben fontos, hogy legalább az egyik elektróda dielektrikummal legyen bevonva és a többi elektródához képest ellentétes polaritást kapjon.

Különösen abban az esetben, ha a kisülési edényben agresszív közegek találhatók, előnyös, ha az elektródák

HU 215 307 Β egyike sem érintkezik közvetlenül a közeggel, és így a belső elektróda korróziója hatékonyan meggátolható. Ez például úgy érhető el, hogy az elektródák mindegyike a kisülési edényen kívül helyezkedik el, vagy ha a kisülési edényben lévő elektródák dielektromos réteggel vannak körülvéve.

A találmánynál nem alkalmazunk nagy felületű elektródákat. Az elektródák árnyékoló hatása ezért nagyon csekély. A dielektromosan gátolt elektródáknál a dielektrikummal érintkezésben álló elektródafelület aránya a teljes elektródafelülethez képest célszerűen viszonylag kicsi. Egy különösen előnyös kiviteli példánál a dielektromosan gátolt elektródák a kisülési edény külső falára felvitt vékony csíkok. Alkalmasak a rácsszerű külső elektródák is, mint például a rácshálók, lyuggatott lemezek vagy hasonlók. Annak érdekében, hogy a kisülési edény térfogatát optimálisan ki lehessen használni, a belső elektróda lehetőleg kis kiteqedéssel rendelkezik a kisülés irányában. Egy különösen előnyös kiviteli példánál a belső elektróda rúd alakú.

Az egyoldali vagy kétoldalt dielektromosan gátolt kisülés nagyszámú kisülési edény geometria megvalósítását teszi lehetővé, többek között olyanokat, amelyek hagyományosan üzemeltetett dielektromosan gátolt kisülési lámpáknál kerültek alkalmazásra és például az EP-A 0385 205, EP-PS 0312732, EP-A 0482230, EP-A 0363 832, EP-A 0458140, EP-A 0449018 és az EP-A 0 489 184 ismertet.

Kis keresztmetszetű kisülési edényeknél az elektródákat célszerű úgy elrendezni, hogy a megfelelő anódok és katódok távolsága lehetőleg nagy legyen. Például kis keresztmetszetű hengeres kisülési edényeknél a belső elektródát célszerű acentrikusan a kisülési edényen belül, a külső elektródát pedig azzal szemben átlósan a külső falon rögzíteni. A kisülési út hossza az elektródák szakaszolásával tovább növelhető. Ehhez a belső- és külső elektróda váltakozva két különböző tartománnyal rendelkezik, amelyeken belül a kisülés megindul, illetve el van nyomva. Az elektródák úgy vannak elrendezve, hogy két egymással ellentétes szakasz kerüljön egymással szembe, miáltal a radiális kisülési struktúrák elnyomhatok. A kisülés ilyenkor ferde ívet alkot a legközelebbi ellenelektróda szomszédos szakaszáig. Ez például úgy érhető el, hogy az elektródákon felváltva van kiegészítő dielektromos réteg.

Nagyobb keresztmetszetek esetén a belső elektróda előnyösen központosán van elhelyezve a kisülési edényben, és több külső elektróda van a kisülési edény külső falára rögzítve, amelyek célszerűen szimmetrikusan és egyenletesen vannak elosztva.

A kisülési edény formája nincs kötelezően meghatározva. Az alkalmazási cél függvényében az edényfalakat olyan anyagból kell kialakítani, amely a kívánt sugárzáshoz - legalább egy meghatározott aperturán belül - kellőképpen átlátszó. Dielektromos korlátként az alkalmazott nagyfeszültségen is átütésbiztos, villamosán szigetelő anyagok (dielektrikumok), mint például boroszilikátüvegek, például DURAN® (Schott művek), kvarcüveg A1₂O₃, MgF₂, LiF, BaTiO₃ stb. használhatók. A dielektrikum fajtájával és vastagságával is befolyásolni lehet a kisülési struktúrát. Különösen a kellően vastag, megfelelően alacsony dielektromos állandójú dielektrikumok alkalmasak a találmány szerinti, viszonylag kis elektronsűrűségű kisülési struktúra támogatására, illetve arra, hogy a nagy elektronsűrűségű és áramsűrűségű nem kívánt kisülési struktúrákat megakadályozzuk. Leegyszerűsítve, ez egyrészt abból adódik, hogy az eltolási áramsűrűség által okozott helyi feszültségesés a dielektrikumon egyenesen arányos annak vastagságával és fordítottan arányos annak dielektromos állandójával. Másrészt a dielektrikumon eső feszültség az áramsűrűség növekedése ellen hat.

A sugárzás spektrális összetétele lényegében a gáztöltéstől függ, és például a látható infravörös (IR) vagy ultraibolya (UV) tartományba eshet. Gáztöltésként elvileg bármely töltés megfelel, amelyet a hagyományosan működtetett dielektromosan gátolt kisülési lámpákban lehet alkalmazni, és például a DE-OS 40 22 279, EP-A 0449018, EP-A 0254111, EP-A 0324953 és az EP-A 0312 732 ismertet, valamint olyan töltőgázok, amelyeket az excimer-, illetve exciplex-lézerekben alkalmaztak (például I. S. Lakóba és S. I. Yakovlenko, „Exciplex lézerek aktív közegei (áttekintés)”, Sov. J. Quantum Electron. 10(4), 1980. április, 389. o., valamint Ch. K. Rhodes, Ed., „Excimer lézerek”, Springer, 1984). Ide tartoznak többek között a nemesgázok és azok keverékei, nemesgáz és halogének vagy halogénvegyületek keverékei, fémgőzök és azok keverékei, nemesgázok és fémgőzök keverékei, nemesgázok és fémgőzök, valamint halogének vagy halogénvegyületek keverékei, továbbá a következő elemek önmagukban vagy egymással kombinálva, amelyek az előbb említett töltőgázokhoz is hozzáadhatok: hidrogén, deutérium, oxigén, nitrogén, nitrogén-oxidok, szén-monoxid, szén-dioxid, kén, arzén, szelén és foszfor. Különösen a találmány szerinti üzemeltetési eljárás következtében igen hatékony, az excimer kisülésnél is alkalmazható UVsugárzás széles alkalmazási területet nyit meg a nagyteljesítményű UV-sugárzók előtt, amilyent az EP-A 0482230 is említ. Ehhez tartoznak többek között a fotokémiai eljárások, mint például lakkok kikeményítése, felületek megváltoztatása, az ivóvíz vagy hasonlók csírátlanítása, és a káros anyagok lebontása a környezetben UV-sugárzással. Különösen az utóbbi alkalmazási területen előnyös, ha a kisülést a besugárzandó közeg közvetlen közelébe tudjuk vinni, azaz ha nem alkalmazunk hermetikusan zárt kisülési edényt és ezáltal nem csökkentjük az edényfalakkal a sugárzás rövidhullámú összetevőjét. Különösen UV- vagy VUV-sugárzás előállításánál jelentkezik a találmány szerinti üzemeltetési eljárással elérhető magas UV-nyereség további lényeges előnye: a technika állása szerinti, hasonló fénysűrűségű UV- vagy VUV-sugárzókkal szemben a találmány szerinti megoldásnál nincs szükség vízhűtésre. Egy másik előnyös alkalmazási terület a világítás, amihez az UV-sugárzást megfelelő világító anyag segítségével az elektromágneses spektrum látható tartományába lehet konvertálni.

A találmány további előnyei: nincs szükség külső áramhatárolásra, a lámpa dimmelhető, több lámpa pár5

HU 215 307 Β huzamos üzeménél is csak egy feszültségforrásra van szükség, a világítástechnikában szükséges teljesítménysűrűség mellett nagy hatékonyságú sugárzáselőállítás lehetséges.

A találmány egyik előnyös kiviteli példájánál a kisülési edény fala világító anyagréteggel van bevonva annak érdekében, hogy a kisülésnél keletkező sugárzás a megfelelő spektrális tartományba transzformáljuk. A világítóréteges bevonat mind a kisnyomású, mind pedig a nagynyomású lámpáknál alkalmazható. Ehhez önmagukban ismert világító anyagok vagy keverékek alkalmazhatók. Világító anyagokat tartalmazó lámpáknál (fénycsöveknél) különösen beváltak a kék, zöld és piros fényt kibocsátó világító anyagok. Megfelelő kéken világitó anyag például a kétértékű európiummal aktivált bárium-magnézium-aluminát (BaMgAl₁₀Oi₇:Eu²⁺). Zöld komponensként főként terbiummal vagy mangánnal aktivált világító anyagok alkalmazhatók. Példaként említjük a terbiummal aktivált ittrium-oxid-szilikátot (Y2SiO5:Tb) vagy a lantánfoszfátot (LaPO4:Tb), illetve a kétértékű mangánnal aktivált cink-szilikátot (Zn2SiO4:Mn) vagy magnéziumaluminátot (MgAl2O4:Mn). Előnyös piros komponens található például a háromértékű európiummal aktivált világító anyagok között, ilyen például az ittrium-oxid (Y2O3:Eu³⁺) vagy az ittrium és/vagy gadolinium borátjai között. Ilyen anyagok például az YBO3:Eu³⁺, a GdBO3:Eu³⁺ és a (Gd,Y)BO3:Eu³⁺ borát keverék.

Meleg fényű lámpákhoz - az ismert fénycsöveknél ismert eljárásnak megfelelően - a kék komponenst tartalmazó rész csökkenthető vagy akár teljesen el is hagyható.

Speciális színhatású lámpákhoz olyan komponensek alkalmasak, amelyek a kékeszöld spektrumtartományban emittálnak. Ilyenek például a kétértékű európiummal aktivált világító anyagok. Ilyen célra előnyösen alkalmazható a stroncium-borofoszfát Sr₆BP₅0₂o:Eu²⁺.

A találmány áttörést jelent a világító anyagú lámpák (fénycsövek) területén. Első alkalommal sikerült a töltésből teljesen kiküszöbölni a higanyt, és ennek ellenére olyan belső UV-sugárzási hatásfokot elérni, ami megfelel a hagyományos fénycsövekének. A hagyományos fénycsövekkel összehasonlítva ezáltal még a következő előnyök adódnak. Problémamentes a hidegindítás, anélkül, hogy a környezeti hőmérséklet hatással lenne a fényáramra vagy burafeketedés lépne fel. Nincs szükség az élettartamot korlátozó elektródákra (pl. emittáló pasztás izzókatódok), nehézfémekre és radioaktív elemekre (glimmgyújtó). Az izzólámpákkal és az izzókatódos kisülési lámpákkal ellentétben a sugárzás jelentősebb késleltetés nélkül indul meg, közvetlenül az üzemi feszültség elektródákra kapcsolása után (a kisülési világítás késleltetése körülbelül 10 ps, világító anyaggal körülbelül 6 ms). Ezzel szemben az izzólámpák felgyulladási ideje körülbelül 200 ms. Ez különösen előnyös a fénykijelző berendezésekben, mint például közlekedési jelzőlámpákban való alkalmazása esetén.

A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon bemutatott kiviteli példák alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra a találmány szerinti kisülési lámpa rúd alakú kiviteli példájának részben metszett oldalnézeti rajza, a

2a ábra az 1. ábra szerinti kisülési lámpa A-A vonal menti keresztmetszeti rajza, a

2b ábra a találmány szerinti kisülési lámpa másik kiviteli példájának keresztmetszeti rajza, a

2c ábra a találmány szerinti kisülési lámpa további kiviteli példájának keresztmetszeti rajza, a

3a ábra az 1. ábra szerinti egyoldali dielektromosan gátolt kisülési lámpa katódja és anódja közötti feszültség találmány szerinti előnyös alakjának vázlatos rajza, a

3b ábra kétoldalt dielektromosan gátolt kisülési lámpánál alkalmazható feszültségforma vázlatos rajza, a

4a ábra a találmány szerinti kisülési lámpa lapos sugárzóként kialakított kiviteli példájának részben metszett felülnézeti rajza, a

4b ábra a 4a ábra szerinti kisülési lámpa keresztmetszeti rajza, az

5a ábra a találmány szerinti kisülési lámpa Edison-menetes fejű, hagyományos kiviteli példájának oldalnézete, az

5b ábra az 5 a ábrán látható kisülési lámpa A-A vonal menti keresztmetszeti rajza, a

6a ábra a találmány szerinti eljárásnál alkalmazott, negatív értékű unipoláris feszültségimpulzusok U_P(t) néhány lehetséges formájának sematikus rajza, a

6b ábra a találmány szerinti eljárásnál alkalmazott, bipoláris feszültségimpulzusok U_P(t) néhány lehetséges formájának sematikus rajza, a

6c ábra a 6a és a 6b ábra szerinti jelalakok kombinációjával létrehozott, találmány szerinti feszültségimpulzusok U_P(t) néhány lehetséges formájának sematikus rajza, a

7. ábra az U(t) feszültség, az I(t) áram és a P(t) =

U(t) · I(t) teljesítmény találmány szerinti eljárásnál mért időfüggvénye (173 hPa Xe, 25 kHz impulzusfrekvencia), a

8. ábra a 7. ábra szerinti függvények módosított időtengelyen, a

9a, b ábra a találmány szerinti kisülési struktúrák fényképfelvétele, és a lOa-dábraa nem kívánt kisülési struktúrák átmeneti állapotainak fényképfelvétele.

Az 1. ábra alapján a találmány legegyszerűbb kiviteli alakja ismerhető meg. Az ábrán egy közepes nyomású 1 kisülőlámpa látható részben metszett oldalnézeti rajzon, amely 200 hPa nyomású xenonnal van feltöltve. A hossztengelyt meghatározó, 590 mm hosszú, 24 mm átmérőjű 0,8 mm vastag üvegfalú hengeres 2 kisülési edényben a tengellyel párhuzamos 3 belső elektróda található, amely 2,2 mm átmérőjű nemesacélrúdból van kialakítva. A 2 kisülési edényen kívül 4 külső elektróda található, amely két, egyenként 2 mm széles 4a, b vezető ezüstcsíkból van kialakítva, amelyek ugyancsak a tengellyel párhuzamosan vannak elrendezve és a feszültségforrásra vannak csatlakoztatva. Az egyes 4a, b vezető ezüstcsíkok, amint az a jelen kiviteli példánál is látható, fémgyűrűvel összeköthetők és közösen is csat6

HU 215 307 Β lakoztathatók a feszültségforrásra. Eközben ügyelni kell arra, hogy a fémgyűrű elég vékony legyen és ne zavarja a kisülést. A 4a, b vezető ezüstcsíkok egy másik kiviteli példánál külön-külön is rácsatlakoztathatok a feszültségforrásra. A 3 belső elektróda kengyelformájú 14 árambevezetővel van villamos vezető kapcsolatban. A 14 árambevezető 15 lapításon keresztül van kivezetve, amely tányér alakú 16 véglezárással csatlakozik gáztömören a 2 kisülési edényhez.

A bemutatott kiviteli példa egyik változatánál a 2 kisülési edény a fémgyűrűnél nagyobb keresztmetszetű dudorral rendelkezik. Ezáltal a zavaró parazita kisülések létrejötte megakadályozható ebben a tartományban. A fenti kiviteli példa egy különösen előnyös változatánál a rúd alakú 3 belső elektróda csak egyik végén van mereven összekötve a tányér alakú 16 véglezárással. A másik, szabad vég a második tányér alakú véglezárással összekötött tengelyirányú hengeres csőben van - laza illesztéshez hasonlóan - lazán megvezetve. Ennek az az előnye, hogy a 3 belső elektróda a nagyteljesítményű tartós üzem közbeni felmelegedés hatására akadálytalanul kitágulhat tengelyirányban. Ellenkező esetben nemkívánatos feszültségek ébredhetnek a 2 kisülési edényben és/vagy a 3 belső elektróda meghajolhat. Egyébként az előbb említett jellemzők előnyös hatása nem korlátozódik a találmány szerint üzemeltetett lámpákra, hanem elvileg minden hasonló típusú lámpánál is alkalmazható.

A 2a ábrán az 1. ábra szerinti 1 kisülőlámpa keresztmetszete látható. A 3 belső elektróda központosán van elhelyezve, és a 2 kisülési edény külső falán két 4 külső elektróda van szimmetrikusan és a külső falon egyenletes elosztással elrendezve.

Az 1 kisülőlámpa találmány szerinti üzemét biztosító feszültségforrás elvi felépítése is az 1. ábrán látható. Az impulzussorozatot, azaz a feszültségimpulzusok alakját, időtartamát és a holtidők idejét 10 impulzusgenerátor határozza meg, annak jelét pedig az impulzusgenerátorhoz csatlakozó 11 teljesítményerősítő erősíti fel. Az impulzussorozatot sematikusan úgy ábrázoltuk, ahogy az a 3 belső elektródán megjelenik. All teljesítményerősítő jelét 12 nagyfeszültségű transzformátor transzformálja a szükséges nagyfeszültségre. A lámpát pulzált egyenfeszültséggel üzemeltetjük. Ehhez negatív négyszögjeleket állítunk elő, amint az a 3a ábrán látható. A feszültségimpulzus paraméterei: impulzusidő T_P = 2 ps, holtidő T_o = 25 ps, feszültségamplitúdó a T_P impulzusidő alatt U_P = -3 kV és T_o holtidő alatt U_o = 0V.

A 2 kisülési edény belső fala járulékosan 6 világító bevonattal van ellátva. Az ennél a kiviteli példánál kibocsátott UV-sugárzás ezáltal az optikai spektrum látható tartományába konvertálódik, így a lámpa elsősorban világítási célra alkalmas. Jelen esetben három komponensű világító anyagot alkalmaztunk, amelynek összetevői: BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ kék összetevőként, Y₂SiO₅:Tb zöld összetevőként és Y₂O₃:Eu³⁺ piros összetevőként. Ezzel 37 lm/W fénykinyerés érhető el. A fény visszaadó tulajdonság értéke 4000 K színhőmérsékleten Ra > 80. A világító anyaggal meghatározott

VUV-kinyerés értéke 65%. Néhány további feltöltési példa és üzemi adat az alábbi táblázatban található. A táblázatban használt jelölések közül p a gáznyomás, U_P a feszültségimpulzus maximális értéke, u_P feszültségimpulzus átütési távolságra (1,2 cm) és a nyomásra vonatkoztatott maximális értéke, ftvuv pedig ^az elérhető VUV-kinyerés értéke. A becsatolt villamos teljesítmény minden esetben 18 W, az impulzusidő T_P (a maximális érték 10%-át elérő felfutójel és leíutójel közötti idő) körülbelül 1,5 ps (félértékszélesség 1 ps) és a holtidő T_o körülbelül 27 ps.

Táblázat

p(Xe) [hPa]	p(Ne) [hPa]	Up[kV]	Up [V/cmPa]	Πνυν
100	-	2,41	0,200	55
133	-	2,39	0,150	60
200	-	2,95	0,123	65
200	733	3,50	0,031	60

Egy további kiviteli példa látható a 2b ábrán, ahol a 3’ belső elektróda a belső fal közelében és nem központosán, de a hengeres 2 kisülési edény hossztengelyével párhuzamosan helyezkedik el, és a 4’ külső elektróda átlósan szemközt, a külső falon van rögzítve. Ez az elrendezés különösen a kis keresztmetszetű hengeres kisülési edényeknél alkalmazható előnyösen, mert a kisülési út ilyenkor a kisülési edényben átlósan megnő, és a kisülési edény külső fala csupán egyetlen vezető ezüstcsíkból kialakított külső elektródát hordoz, tehát a kisugárzó felületet nem korlátozza egy második külső elektróda, mint a 2a ábra szerinti kiviteli példánál.

A 2c ábrán látható további kiviteli példánál a 2a ábra szerinti változathoz hasonlóan a 3 belső elektróda a 2 kisülési edény belsejében van elhelyezve. A 2 kisülési edény külső falán szimmetrikusan és egyenletesen négy 4’a, 4’b, 4’d, 4’e külső elektróda van elrendezve, ami különösen nagy keresztmetszetű és ezáltal nagy palástfelületű kisülőlámpáknál előnyös. Az ilyen elrendezésnél a kisülés nem csupán egyetlen síkban jön létre, mint például a 2a és 2b ábra szerinti kiviteli példáknál, hanem egy második síkban is, miáltal a 2 kisülési edény térfogata még jobban kihasználható a sugárzás előállításához, mint a 2a és 2b ábra szerinti kiviteli példáknál.

Az 1. ábra szerinti kiviteli példa egy további változatánál a rúd alakú lámpa belső falán a 6 világító bevonat helyett UV-, illetve VUV-sugárzást visszaverő réteg van kialakítva például MgF₂, A1₂O₃ vagy CaF₂ vegyületekből, és csak keskeny, célszerűen a lámpatengellyel párhuzamos csík marad bevonat nélkül a belső falon. A külső elektródák úgy vannak elrendezve, hogy az UV-, illetve VUV-sugárzás akadálytalanul áthatolhasson ezen a csíkon. Ez a kiviteli forma különösen alkalmas nagyobb kiterjedésű tárgyak hatékony VUV-besugárzására, például litográfiái megvilágításra. Ezen kiviteli példa egyik előnyös változatánál a belső elektródát egy második külső elektróda helyettesíti, miáltal az UV-, illetve VUV-sugárzás akadálytalanul visszaverőd7

HU 215 307 Β hét a tükröző bevonaton és a csíkszerű átlátszó résen kifelé emittálható.

A 3a ábrán az egyoldali dielektromosan gátolt kisülési lámpa belső elektródája (katódja) és külső elektródája (anódja) közötti feszültség találmány szerinti előnyös alakjának vázlatos rajza. A feszültségimpulzus jelalakja eltérhet a 3a ábrán látható példáktól, amíg a feszültségimpulzusok negatív értékekkel kezdődnek és az egyes impulzusokat T_o holtidő választja el egymástól.

A 3b ábra olyan impulzusformát mutat, ahol a polaritás impulzusonként váltakozik. Ez a jelalak csak a kétoldalt dielektromosan gátolt kisülési lámpáknál alkalmazható, ahol az első impulzus tetszőleges polaritással kezdődhet.

A 4a ábrán a találmány szerinti, egyoldali dielektromosan gátolt, a találmány szerinti eljárással üzemeltethető kisülési lámpa további kiviteli példájának felülnézete, a 4b ábrán pedig annak keresztmetszete látható. Ez tulajdonképpen egy lapos sugárzó, amelynek felső 7a kisugárzó felülete és alsó 7b kisugárzó felülete van, amelyekre merőlegesek a 3 belső elektródák és a 4 külső elektródák, amelyek felváltva úgy vannak elrendezve, hogy több egymással párhuzamos 8 kisülési kamra jön létre. Az egymással szomszédos külső elektródák és belső elektródák dielektromos réteggel és gázzal töltött 8 kisülési kamrával, a szomszédos 3 belső elektródák pedig csupán dielektromos réteggel vannak egymástól elválasztva. A találmány szerinti üzemeltetési eljárás lehetővé teszi, hogy több egymással párhuzamosan kapcsolt 8 kisülési kamrát egyetlen közös 13 feszültségforrásról tápláljunk. A kisülési edény belső fala 6 világító bevonattal van ellátva. A felületi sugárzó kétoldalt dielektromosan gátolt kisülési kamrák összeillesztésével is megvalósítható.

Az 5a ábrán oldalnézetben, az 5b ábrán pedig keresztmetszetben látható a találmány szerinti kisülési lámpa egy további kiviteli alakja. Ez külső formájában hasonlít a 9 Edison-lámpafejjel ellátott hagyományos lámpákhoz és az új eljárás szerint is üzemeltethető. A 2 kisülési edény belsejében hosszúkás 3 belső elektróda van központosán elhelyezve, amelynek keresztmetszete egy szimmetrikus keresztet alkot. A 2 kisülési edény külső falán négy 4’a, 4’b, 4’d, 4’e külső elektróda van elrendezve úgy, hogy azok a 3 belső elektróda négy hosszanti oldalával szemben állnak, és ezáltal a kisülési struktúrák lényegében két egymásra merőleges, a lámpa hossztengelyében egymást metsző síkban jönnek létre.

A fenti kiviteli példa egy másik előnyös változatánál a belső elektróda körkeresztmetszetű és 2 mm átmérőjű nemesacél rúdból van kialakítva, és egy 0,7 mm falvastagságú hengeres kisülési edényben van központosán elhelyezve. A kisülési edény átmérője körülbelül 50 mm, a fejjel ellentétes végén szívócsonk van, amelybe a belső elektróda fejjel ellentétes vége benyúlik. A kisülési edény belseje 173 hPa nyomáson xenonnal van feltöltve. A külső elektródákat tizenkét 1 mm széles, 8 mm hosszú vezető ezüstcsík alkotja, amelyek a tengellyel párhuzamosan és a kisülési edény külső falán egyenletes elosztással vannak elrendezve. A külső elektródák a lámpafej tartományában egymással villamosán vezető módon össze vannak kötve egy, a kisülési edény külső falára felhúzott vezető ezüstgyűrű által. A 2 kisülési edény belső fala 6 világító bevonattal van ellátva. Ennél a kiviteli példánál három komponensű világító anyagot alkalmaztunk, amelynek összetevői: BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ kék összetevőként, LaPO4:(Tb³⁺,Ce³⁺) zöld összetevőként és (Gd,Y)Bo3:Eu³⁺ piros összetevőként. Ezzel 40 lm/W fénykinyerés érhető el. A színhőmérséklet 4000 K és a színhely a CIE szabványos színtáblán x=0,38 és y=0,377 koordinátákkal határozható meg. Az U(t) feszültség, az I(t) áram és a P(t) = U(t) · I(t) teljesítmény idő függvénye a 7. ábrán, módosított időtengellyel pedig a 8. ábrán látható. A belső elektróda külső elektródára vonatkoztatott feszültségének maximális értéke körülbelül -4 kV. Az impulzusidő (a maximális érték feléhez tartozó idő) és a holtidő körülbelül 1,2 ps, illetve 37,5 ps. A 8. ábrán ezenkívül az U(t) feszültségfuggvény második főimpulzusa előtt négy, kisebb amplitúdójú előimpulzus látható. Amint az I(t) áram és P(t) teljesítmény függvényeinél megfigyelhető, az előimpulzusok alatt nem folyik áram, és így nem csatolódik villamos teljesítmény sem a gázba. Ennek köszönhetően az ilyen előimpulzusok nem károsak a találmány szerinti eljárásnál. 25 kHz-es impulzusfrekvencia mellett körülbelül 65%-os VUV-kinyerés érhető el.

Az előbbi kiviteli példa egy további változatánál a kisülési edény az UV- és a VUV-sugárzás számára átlátszó (transzparens) anyagból, például a SUPRASIL® - kvarcüvegből (Heraeus Quarzschmelze GmbH) készül. Ez alkalmas a VUV-sugárzóknál, például a fotokémiában. Egy másik változatnál a belső elektróda üveggel van bevonva. Ez különösen agresszív közegek, mint például nemesgáz-halogenidek alkalmazása esetén előnyös, mert így a belső elektróda korróziója meggátolható.

A 9a, b ábrákon fényképfelvételek láthatók a találmány szerint unipoláris feszültségimpulzusokkal létrehozott kisülési struktúrákról. A 9a ábrán kétoldalt dielektromosan gátolt kisülés látható. Körhenger alakú csőszerű üveg kisülési edény külső falán két egymással átlósan szemközti tengelyirányú csíkszerű külső elektródával van ellátva. A kisülési edény belsejében és a két külső elektródát összekötő síkban vannak egy sorban a zöldes delta-alakú kisülési struktúrák. A delta-alakú kisülési struktúrák keskeny talppontjai a katódoldali belső falon kezdődnek és kiszélesedve az anódoldali belső falig terjednek. A 9b ábrán egyoldali dielektromosan gátolt kisülés látható. A kisülési elrendezés abban különbözik a 9a ábra szerintitől, hogy ennél egy további, fémes belső elektróda van a kisülési edény belsejében központosán elhelyezve, amely katódként működik. A belső elektróda felületétől kezdődően kiszélesedő delta-alakú kisülési struktúrák láthatók mindkét külső elektróda irányában. A 9b ábrán különösen jól látható, hogy ezek a struktúrák lényegében egyenletesen diffúz fényt adnak, és csak a katódoldali csúcsnál van egy valamivel fényesebb tartományuk. Ezenkívül figyelemre méltó a struktúrák nagyfokú egyenletessége, ami

HU 215 307 Β egyrészt az egyes struktúrák egymás közötti távolságára, másrészt pedig a fénysűrűség eloszlására vonatkozik egymáshoz képest.

Az egyforma kisülési struktúrák ilyen sokasága szemmel láthatóan ellentétben áll a lOa-d ábrákon látható fényképfelvételekkel. Ezeken az ábrákon látható a fokozatos átmenet a nem kívánatos kisülési struktúrák irányában. A 10a ábrán - amelyhez a 9b ábrának megfelelő kisülési elrendezés tartozik - még megfigyelhető néhány találmány szerinti delta-alakú kisülési struktúra. Baloldalt alul a kisülési elrendezés képén viszont már látható egy Y-alakú kisülési struktúra kialakulása. A kép felső részén, a kép közepétől kissé balra, már kialakult egy szálszerű fényes kisülési struktúra néhány, eredetileg jobb oldalt létrejött delta-alakú kisülési struktúra rovására. A megnövekedett fényerő a kisülési edény belső falán ebben a tartományban csúszó kisülés kialakulására utal. A 10b ábrán látható kisülés a 10a ábrához képes további UV-sugárzási hatásfokcsökkenést mutat. Az ebben a tartományban korábban kialakult delta-alakú kisülési struktúrák száma tovább csökkent. A 10c és lOd ábrákon kétoldalt dielektromosan gátolt kisülés (a kisülési elrendezés megfelel a 9a ábra szerintinek), illetve egyoldali dielektromosan gátolt kisülés látható. Mindkét esetben már csak egy szál alakú kisülési struktúra látható. Az anód tartományában egykét csíkszerű csúszó kisülés ismerhető fel a kisülési edény belső falán. Ezek Y-alakban torkollnak egy fényesen világító ív alakú struktúrába, ami a szemközti katódoldali belső falon ismét két hasonló csíkszerű csúszó kisülésre osztódik (10c ábra) vagy - egyoldali dielektromosan gátolt kisülés esetén - a katódon végződik.

A találmány nem korlátozódik az itt bemutatott kiviteli példákra. Szakember számára nyilvánvaló, hogy az egyes kiviteli példák jellemzői megfelelő módon egymással kombinálhatók.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás inkoherens fényt kibocsátó fényforrás, különösen kisülőlámpa (1) működtetésére dielektromosan gátolt kisüléssel, amelynél a legalább részben áttetsző, villamosán nem vezető anyagból készült kisülési edény (2) gáztöltéssel (5) van feltöltve és legalább két elektróda van a gáztöltés (5) közelében elhelyezve és árambevezetőkön (14) keresztül villamos energiaforrásra csatlakoztatva, és ahol legalább az egyik elektróda és a gáztöltés (5) között dielektromos réteg van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a villamos energiaforrásból feszültségimpulzusok olyan sorozatátjuttatjuk az elektródákra, amelynek az egyes impulzusai (η) Tp,, = 1 ns... 50 ps idejű U_Pn(t) feszültséglefutásúak, és az egyes feszültségimpulzusokat T_On = 500 ns... 1 ms holtidejű Uon(t) feszültséglefutású szünet követi és választja el, ahol a Tp„ idő alatti Up„(t) feszültségfüggvényeket úgy választjuk meg, hogy ^a Tp„ idő alatt a gáztöltésbe (5) lényegében hatásos teljesítményt csatolunk be, míg a Tqh holtidő alatti UoJt) feszültségfüggvényeket úgy választjuk meg, hogy a gáztöltés (5) visszatérhessen egy olyan állapotba, amely az előző Up„(t) feszültségimpulzus előtti állapothoz hasonlít, és az Upjt), Tp„, U_On(t), értékeket úgy választjuk meg egymáshoz képest, hogy az elektródák között viszonylag kis áramsűrűségű kisülési struktúrák jönnek létre.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az U_Pn(t) feszültségfüggvények unipolárisak, és az unipoláris esetben a kisülés egyes Δ-szerű kisülési struktúrákat hoz létre, és kétoldalt dielektromosan korlátozott kisülés váltakozó polaritása esetén ennek megfelelően két ilyen kisülési struktúra tükörképszerű egymásra rakodása jön létre, ami egy Z-ra hasonlít, ahol az egyes ilyen kisülési struktúrák egymás közötti távolsága annyira lecsökkenhet, hogy határesetben az egész kisülési sík „függöny”-szerű struktúrát alkot.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a Το„ időket úgy választjuk meg, hogy az egyes kisülési struktúrák térfogatának időbeli középértéke maximális legyen.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektródák (3,4) között, a Tpn idő alatt alkalmazott Up„(t) feszültségfüggvényeknek a kisülés újragyújtási feszültségének megfelelő értékeit választjuk.
5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az Upn(t) és az U^jt) feszültségfüggvényeket, valamint a Tp„ és Tqh időket a töltőnyomásnak, a töltés fajtájának, az átütési távolságnak, a dielektrikumnak és az elektróda konfigurációnak megfelelően választjuk meg.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy vagy több alapformából - mint például háromszög, négyszög, trapéz, lépcső, ív, parabola, szinusz - közvetlenül vagy közelítőleg összetett Uprft) feszültségfüggvényeket választunk.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektródák (3, 4) között a Τρπ idők alatti Upjt) feszültségfüggvények maximumát legalább az újragyújtási feszültségnek megfelelően választjuk meg, és ehhez hozzáadjuk a dielektrikum által okozott feszültségesést is.
8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a feszültségimpulzusok maximális értékeit 0,01 és 2 V között választjuk meg átütési távolság cm-enként és töltőnyomás Pa-onként.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a viszonylag kis áramsűrűségű kisülési struktúrák kialakulását kellően vastag dielektromos rétegekkel és elegendően alacsony relatív dielektromos állandó megválasztásával is támogatjuk.
10. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a feszültségfüggvény periodikus.
11. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dielektromos réteget legalább az egyik elektródánál a kisülési edény (2) fala képezi.
12. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dielektrikummal kapcsolatban álló elektródafelület és az elektróda kerület aránya viszonylag kicsi.

HU 215 307 Β
13. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyoldalt dielektromosan gátolt kisülés esetében a dielektromosan nem gátolt elektróda és a dielektromosan gátolt elektróda közötti Up„(t) feszültségfüggvények a teljesítmény becsatolás alatt negatív értékekkel kezdődnek - eltekintve az esetleges pozitív, a hatásos teljesítményre vonatkoztatva jelentéktelen feszültségcsúcsoktól.
14. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyoldalt dielektromosan gátolt kisülés esetében a dielektromosan nem gátolt elektróda és a dielektromosan gátolt elektróda közötti U_Pn(t) feszültségamplitúdók a teljesítmény becsatolás alatt kizárólag negatívak - eltekintve az esetleges pozitív, a hatásos teljesítményre vonatkoztatva jelentéktelen feszültségcsúcsoktól.
15. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kétoldalt dielektromosan gátolt elektródák között több dielektromosan gátolt elektróda alkalmazása esetén unipoláris vagy bipoláris feszültségimpulzusokat vagy változó polaritású feszültségimpulzusokat alkalmazunk.
16. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kétoldalt dielektromosan gátolt elektródák között több dielektromosan gátolt elektróda alkalmazása esetén bipoláris feszültségimpulzusokat alkalmazunk.
17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy vagy több, a kisülési edényben (2) elhelyezett, különösen rúd alakú vagy csík alakú elektróda alkalmazása esetén az elektródákat centrikusán vagy acentrikusan helyezzük el, és egy vagy több elektródát dielektromosan körülveszünk.
18. Az 1-17. igénypontok bármelyike, különösen az 1. vagy 12. vagy 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy vagy több, a kisülési edényen (2) kívül elhelyezett elektróda esetén az elektródák csík alakúak.
19. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kisülési edényt (2) cső alkotja, amelynek hossztengelyében belső elektróda (3) van elrendezve, és annak külső falán legalább egy külső elektróda (4) van elhelyezve.
20. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kisülési edénynek (2) négyszögletes felületi szerkezete van, amelyet oldallapok és két fedőlapot alkotó kisugárzó felületek (7a, 7b) határolnak, és ahol a fedőlapokra merőlegesen a belső elektródák (3) és a külső elektródák (4) úgy vannak elhelyezve, hogy több, négyszögletes felületi szerkezet kisugárzó felületével (7a, 7b), azaz a fedőlapjaival párhuzamos közös síkban elhelyezkedő, párhuzamos kisülési kamra (8) jön létre, ahol az egymással szomszédos és eltérő potenciálú elektródákat (3, 4) gázzal töltött kisülési kamra (8) és dielektromos réteg választja el egymástól.
21. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektródákat dielektromos réteg választja el a gázzal töltött kisülési kamrától (8).
22. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kisülési edény (2) lényegében hengeres, és egyik végén fejelt (9), továbbá a kisülési edényen (2) belül előnyösen egyoldalt rögzített, centrikus rúd alakú belső elektróda (3) van és a kisülési edény (2) külső falán legalább egy csík alakú elektróda van elhelyezve.
23. A 22. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a belső elektróda (3) körkeresztmetszetű.
24. Az 1-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázteret határoló falak legalább részben világító bevonattal (6) vannak bevonva.
25. Az 1-24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gáztöltés (5) üzemi nyomása 100 Pa és 3 MPa között van, előnyösen több mint 1 kPa.