TW550623B - Discharge lamp with capacitive field modulation - Google Patents

Description

550623 五、發明説明（1 ) (技術領域） 本發明係關於設計來進行介電空泛層放電之所謂無聲放 電燈，又稱爲介電空泛層放電燈（dielectricbal.l·ier di scharge 1 amp)。這種放電燈具有收容放電介質之放電容 器，在容器內藉電極引發並維持放電。無聲放電燈係藉一 些電極引發之介電空泛層放電而運作，這些電極係藉介電 塗層而與放電介質隔離。如果電極係特別設計成作爲陽極 及陰極時亦即要以均勻之極性動作時，則至少須藉這種介 電塗層將陽極與放電介質隔離。若係雙極性動作時則須藉 介電塗層將所有之電極與放電介質隔離。這種介電塗層也 可用作爲放電容器之壁。放電介質一般包含氣體混合物， 且正常係含有稀有氣體，例如，氣（xenon)。 (以往技術） 普通，有關無聲放電燈，大體上有相關之以往技術及專 家之論著能供參考。 美國專利US 6 252 352 B1號揭示一種更具體之以往技 術，其也是本專利申請案所之重點。此文件敘述條狀電極 之無聲放電燈，在電極上以特定之間隔設置突出物，俾爲 各個放電結構界定理想之地點。這是藉在放電區域上有系 統地構組放電結構之物理分佈以避免這種放電結構不受控 制地游走，消失，及再產生。在這方面上述之以往技術係 有關在所謂扁平照明元件，亦即，扁平無聲放電燈上增加 光度分佈之均一性，這些扁平照明元件在各種型式迴異之 顯示器之背景照明上係特別引人關心。有關這方面技術也 550623 五、發明説明（2 ) 可參考更早之美國專利第USA 6 06 0 828號。 但是，也因其它之理由需能影響各個放電結構在放電區 域上之配置。 當使用WO 94/ 23442號說明之脈衝動作模式時在無聲放 電燈裡產生之這種各個無聲結構更形特殊，這種情形會產 △-型之各自放電。依運轉參數，這種放電也能更廣泛產 生，甚至形成連續”幕"（\111^&丨1^”），但於各別之情形上 ，它們也有可能分開，等等。這是電極設計及各種放電燈 之運轉參數之問題。這些細節對本發明並不重要。本發明 大體上亦關於在與上述WO文件所述者不同之環境下，也可 照樣地形成能決定穩定地產生放電結構之地點之無聲放電 燈。因此，本發明並不受限於上述WO文件之開示。 (發明之敘述） 本發明係基於最初敘述之用於規範一般型之無聲放電燈 之技術問題，其中能影響各個放電結構在放電區域上之本 地分佈（local distribution)。這種情形，本發明之目標 係在於具有在至少一個方向，後文裡稱爲縱向，上延伸之 這些無聲放電燈。另外，當然，這些放電燈亦可在第2方 向，亦即水平方向，延伸。 大體上，本發明係定義爲介電空泛層放電之放電燈，其 具有內部充塡放電介質之放電容器，及放電電極，這些放 電電極至少藉介電塗層而部份與放電介質隔離，前述放電 容器係沿著至少一個縱向延伸，其特徵係爲導電性之裝置 ，在電氣上係與電極作直流-分離（DC-decoupled)，但電容 -4- 550623 五、發明説明（3 ) 性地與至少一個電極作交流耦合（AC-coupled)，其係被設 計成藉對電極作電容性耦合以調變在電極間之電場沿著縱 向界定之等電位線（equipotential lines)。

本發明係基於放電結構在放電區塊上不是僅能藉電極本 身之不均一之組態達成分佈之認知（knowledge)。事實上， 依本發明，提出用於電容性地影響在放電區域上之電場分 佈之裝置，此裝置在電氣上係與電極作直流分離（亦即隔離 直流）。因此，電極可具有完全均一之形狀，例如，係爲直 條狀（雖然它們並不限定於均一組態）。因在任何情形下介 電空泛層放電之頻率相當高，故本發明之裝置之電容性耦 合容許電場分佈受交流之影響。爲說明起見，能想像用於 執行本發明之電容性影響之裝置（後文裡稱爲電容性裝置） 係對電極或多數電極，或放電區域形成交流（AC)分接頭 (taps)。此電容性裝置因此扭曲在放電區域上之等電位 線。

依本發明，上述動作最好係以振盪方式在沿著放電燈本 體（extent)之縱向上進行。這種情形，”振盪”一詞係表示 ，可以說是，等電位線被扭曲，意即”上及下’’或”往及返π 進行振盪。此振盪性扭曲可，但不必需，爲週期性。但是 ，等電位線之週期地調變較爲理想。 從上述之以往技術證明各個放電結構係作爲電場分佈之 函數而配置。這種情形，等電位線之扭曲導致找出本發明 上放電結構用之理想地點，藉此，能確保以所需方式達成 放電結構之特定配置。電容性裝置逐成爲構組上述以往技 550623 五、發明説明（4 ) 術提及之電極本身之替選物Ulternative)。本發明因此在 對，例如，避免構組成均一連續之電極俾簡化生產流程或 解決不易接近需設置電極之地點上可爲有利。一般，須由 導電性材料組成之本發明之電容性裝置並不牽涉到任何主 要之技術複雜性，且能，特別地，安裝於放電容器之外側 ，甚至外必觸及容器。

本發明逐能不必特別構組產生放電結構所需之良好地點 之電極。但是，這種構組電極之方式並不被排除。特別是 ，這種構組電極之方式如需要能被校正，增加，或藉本發 明之方法予以補償。尤其是，本發明之調變亦能用於緣邊 照明（edge brightening)，這點將於第3，第4及第5良好 實施例上敘述。因此，藉電容性裝置使產生1 : 1配合放電 結構之分佈之調變並非絕對重要。但是，電容性調變最好 配合放電結構間之距離。例如，電容性調變也可對應放電 間之距離之倍數進行，而在此倍數之距離中再藉其它之方 法予以細分。意即振盪長度尺寸對中間距離之配合亦應瞭 解。 依本發明已發現，長度範圍最大爲6倍，或較好爲5 倍，4倍或甚至最少爲3倍，放電間之距離係爲振盪長度尺 寸之理想範圍。 電容性裝置能形成爲雙重或多重形式俾從放電容器之不 同側π鉻刻n ( n i mp 1· e s s")良好之放電位置。電容性裝置，或 多數電容性裝置之一，當然，也會影響在兩個或多個電極 之區域上之等電位線。依本發明，電容性裝置係良好地爲 -6- 550623 五、發明説明（5 )

雙重形式，亦即裝置，或部份裝置之兩部份係涵蓋燈之兩 個電極極性。這對雙極性-動作（b i ρ ο 1 a r - 〇 p e r a t e d )之放 電燈之情形係特別有利，因，一般，能提供具有放電之良 好位置之陰極或陰極區域，因放電係比陽極之區域更尖銳 地局限於該處之故。於雙極性之動作上，所有之電極在某 運轉階段係成陰極作用。更甚者，能使用雙電容性裝置， 或此裝置之兩個部件而容易構成放電燈之把持器，此把持 器在任何情形下皆需要，因此本發明能降低適宜地構組把 持器之複雜性。這點將於第2良好實施例上敘述。 調變最好係在放電燈之實質相同本體內，至少在一個縱 向上進行，且，更甚者，至少在放電燈之整個長度上實質 週期地進行。此則使其能達成均一之光度分佈，而此點一 般係爲評估放電燈之主要因數。

如果，依本發明之另外良好實施例，電容性裝置係設在 放電容器外部，且多數電極，亦即至少在電容性裝置之區 域內之電極，係設在放電容器內時則其本身即達成前述之 直流分離。當電極設在放電容器外側時當然也能隔離電容 性裝置與電極。如上述，電容性裝置良好地係爲放電容器 把持器，或此把持器之部件。 如果電容性裝置在耦合至此裝置之電極與位在相當接近 放電區域之部份之關聯之相對電極之間產生耦合時本發明 之效果則更爲顯著。進而，產生與增寬電極之效果可匹敵 之效應。 本專利申請者早期提出之專利申請（DE-A 1 99 55 1 08 ) 550623 五、發明説明（6 ) 說明外部熱裝置容許熱以不均一之方式傳輸進入放電燈或 從要受影響之放電燈傳出。這是要消除放電燈之固有不均 ~^之本微溫度響應（eigen-temperature response)，俾產 生盡可能均一之放電條件，進而達成均一之光度分佈。

本發明係關於處理下列之問題：本專利申請案定義之電 容性裝置容許沿著放電燈之一個縱向上達成某種程度之溫 度均一化。詳言之，這是依電容性裝置與放電容器間之熱 接觸程度而定。電場分佈調變所需之電容性裝置之構組方 式不需妨礙此種溫度均一化，因這種調變係設計在配合中 間放電距離之長度尺寸上進行。但是，放電燈內溫度不均 一性一般係在更長之長度尺寸上發生。這是因放電燈正常 上，中央部份之溫度係比緣邊部份之溫度高，在兩部份間 之溫度係呈連續之狀態改變。只要與放電容器之熱接觸良 好，調變電場分佈所需之結構才能理論上公認會導致對溫 度分佈有稍微的調變。但是，在放電燈之本體內重複在中 間放電距離之長度尺寸之溫度變化並不重要，因它們本質 上係以相同方式影響放電結構。 更甚者，在提及之專利申請案上定義之熱裝置事實上亦 能與本發明組合。依提及之專利申請案之熱裝置，及依本 發明之電容性裝置逐因此能同時提供，另外，特別是，它 們亦能組合在一起。爲了達此目的，例如，藉不同顯著之 導熱性，熱/電容性裝置，可具有配合放電燈之本微溫度 響應之熱不均一效果。此時，如果使用不是重要的特性以 達成電容性效應時則電場調變能保持完全不受此效應之影 550623 五、發明説明（7 ) 響。茲舉一例，能選擇材料之厚度或材質使裝置對放電燈 之中心比對緣邊提供較強之冷卻。同時地，對冷卻裝置之 導熱連接亦能僅設在中心，等等。特別是，可使用不均一 配置之冷卻肋。有關熱裝置之各種設計選項（design op t i ons )，請參考提及之前專利申請案，另外，前專利申 請案揭示之內容亦含於本說明書內。 如果放電燈之熱不均一性係藉隔離方法達成，其中要被 冷卻之燈之末端係被隔熱時，則此項隔離工作可在任意情 況下與電容性裝置無關地進行。 本發明之放電燈係良好地設有與已敘述之脈衝運轉方法 配合之安定器（ballast)。根據目前之知識水準，應用此方 法能以特別有效率之方式產生局限化（1 oca 1 i zed )之放電結 構。 本發明特別適用於棒狀之長條之放電燈。第1，這些係爲 已說明之”熱均一化”之良好專利申請案，第2，特別是這些 可能不易安裝結構化電極之放電燈，尤是要設在放電容器 內之情形者。但是，在放電容器內常需要設置電極俾降低 起動及運轉所需之電壓。對比於相當開放之二維情況，該 情況能使用’例如舖印法（s c r e e η · p r i n t i n g m e t h 〇 d )，設 有突出或其它幾何元件俾界定良好之放電點之電極僅能在 玻璃管形式之放電容器內困難地製成。針對此點，本發明 提供更可行之方法，特別是，如果任何情形下皆需要之把 持器係依本發明設計時。對於諸如複印裝置或掃瞄裝置特 別有用之條狀燈，此條狀燈必須通過要被掃瞄之光學區域 550623 五、名务明説明（8 ) ，例如，一張紙之表面之情形，本發明更能適用。 但是，本發明亦適用於扁平照明元件，其如前述係爲本 專利申請案之主要領域之無聲放電燈，特別是顯示裝置用 之背景照明燈。 (附圖之說明） 下文將更詳細地說明本發明之各種良好實施例。在本文 揭示之特徵與已說明者不同之組合成的發明皆屬於本發明 之範圍內。 第1圖係示出本發明之第1實施例之條狀放電燈之示意 圖； 第2圖係爲第1圖之變更例，亦爲本發明之第2良好實 施例，其示出沿著縱軸斷面之大要； 第3圖係爲第2圖之變更例之示意圖，亦爲本發明之第3 良好實施例； 第4圖係爲第3圖之變更例之示意圖，亦爲本發明之第4 良好實施例； ’ 第5圖係示出本發明第5良好實施例之條狀無聲放電燈 之示意圖。 第1圖說明使用簡化之良好實施例之本發明之基本原 理，1係代表本質上含有細長之玻璃管之無聲條狀放電燈。 圖上未示出詳細之電極結構，但基本上可從第2圖得知。 有關此種無聲條狀放電燈之細節請參考文件US-A 6 097 155° 此條狀放電燈1內之電極4所產生之電位分佈能藉金屬 -10- 550623 五、發明説明（9 ) 板2在放電容器，亦即玻璃管內被調變。金屬板2具有梳 狀結構，其係在第1圖上垂直延伸，並以梳狀結構之上端 之叉齒3座靠在條狀放電燈1上。 第2圖示出叉齒3也可局部地圍繞燈1。另外，第2圖也 示出條狀放電燈之內部電極4之斷面。 叉齒3係以已說明之方式耦合至條狀放電燈1之放電容 器之內部。此純粹係電容性效應，其係在電極4與叉齒3 之間，及放電容器之內部與叉齒3之間完全作直流分離。 如果板2構成爲本發明定義之電容性裝置時則會調變等電 位線，另電極條4係設計爲均一之條狀，故這些等電位線 在未被調變前大體上係沿著條狀放電燈1之縱向範圍分佈 而實質上無任何擾亂。板2之梳狀結構逐因此在條狀放電 燈1內之電場分佈上形成相同振盪長度之結構，本例，實 際上在條狀放電燈1之整個長度上產生週期性之振盪。條 狀放電燈1內之放電結構也因此進行分佈，且良好地座落 在放電容器內之叉齒3之點上。於第2良好實施例上，第2 圖所示，此種效應產生之範圍係大於第1圖所示之第1良 好實施例，因每個叉齒3係通過條狀放電燈1之週圍之1 / 4之故。此調變亦可視爲有效地增寬電極。 另外，第1圖示出板2係藉相當寬之薄片金屬部5及兩 個螺絲而僅安裝在條狀放電燈1之縱向範圍之中央區域。 這種情形，板2亦可裝在吸熱件上，從而板2整體可作爲 冷卻裝置。如果叉齒3設計成略寬於圖示者且與條狀放電 燈1，例如第2圖所示，藉座靠在其上之部份斷面之週圍而 -11- 550623 五 發明説明（1()) 作相當好的熱接觸時板2則形成爲前述早期發明上定義之 不均一之冷卻裝置，結果相同地不會造成不均一之電容性 親合。

第3圖係爲在其它方面能與叉齒3相比較之梳狀結構之 叉齒6之替選配置。這些叉齒6在條狀放電燈1，第3圖之 左側之緣邊區域設置較密而在第3圖之右側之中央部份設 置較疏，從而在條狀放電燈1內形成較緊密之放電結構之 配置。此則使緣邊區域光亮。這種緣邊之照明爲了各種理 由係値得，另外，用於補償暈暗之緣邊之照明尤其値得， 亦即，基本上係用來均一化光度分佈。有關緣邊照明之槪 要，請參考前已提及之US6252652 B1。

第4圖所示之叉齒7係代表第3圖之變更例，亦係爲第4 良好實施例。這種情形，能在左側看到條狀放電燈之緣邊 區域之叉齒7係設計成較寬而非靠近在一起。位在第4圖 右側，條狀放電燈1之緣邊區域內之放電結構逐因此發出 比中央區域者更亮之光。關於第3及第4圖兩者，應一提 者是各個叉齒結構6及7之異質性愈朝緣邊愈顯著。在實 際之實施例上，大體上顯著之異質性係僅確保在整體上盡 可能均一化光度分佈即已足夠。 第5圖示出第5良好實施例，相同地係爲高度示意之 圖。1再度用來代表前已說明之條狀放電燈。金屬條8係裝 在條狀放電燈上，金屬條8之左右兩外側區域相當寬而中 心區域則相當窄，此兩區域間之變遷係連續的。於第5良 好實施例上，係假設在條狀放電燈1內未構組電極條，但 -12- 550623 五、發明説明（11 )

藉局電力使產生連續之幕狀放電。（但是從以往技術得知也 可能在燈內構組電極）。這裡，本發明之唯一目的係確保已 說明過之緣邊照明。因此，雖然電容性裝置8對實質上涵 蓋條放電燈1之整個長度之電場線進行調變，但這與中間 之放電距離無關。另外，也能專在緣邊區域進行調變。但 是，依本發明，係要至少在無聲放電燈之縱向範圍之緣邊 區域，或其縱向上之實質整個長度上執行調變。 此種調變之意義係爲對應具有中間極大及極小之"往及 返”或”上及下”之運動。即使省去金屬條8之中心區域’仍 會產生此項調變。 第5圖之第5良好實施例當然能與第1或第2良好實施 例組合，俾能省掉構組電極條4。 符號之說明 1.....放電燈

2，3,5，6〜8 ....導電性裝置 4.....電極 -13-

Claims (1)

1. 550623 又實質内容是否准予修" 六、中請專利範圍 第90 1 22980號「具有電容性電場調變之放電燈」專利案 (91年4月修正） Λ申請專利範圍 1. 一種用於介電空泛層放電之放電燈，其具有放電容器（1)， 該放電容器（1)內有充塡放電介質及設置放電電極（4)，該 等放電電極（4)藉介電塗層至少局部與放電介質隔離， >:、 該放電容器（1)係至少在一個縱向上延伸，該放電燈之 X·： 特徵爲導電性裝置（2,3,5,6〜8)係在電氣上與該等電極行 ί： 直流分離，但至少與該等電極（4)之一藉電容行交流耦合， %，’ 該導電性裝置（2,3，5,6〜8)係被設計成藉與電極（4)行電容 ^ 性賴合俾沿著縱向調變被電極⑷間之電場所界定之等電 ^ 位線。 Η! ί 2. $ 口申請專利範圍第1項之放電燈，其中該調變係爲三維 ^ 之振盪。 3. $口申請專利範圍第2項之放電燈，其中該振盪性調變具 有配合各個放電結構間之距離之振盪長度尺寸。 4. $口申請專利範圍第2項之放電燈，其中振盪性之調變係 週期性地進行。 5. $口申請專利範圍第3項之放電燈，其中振盪性之調變係 週期性地進行。 6. $口申請專利範圍第3項之放電燈，其中該振盪之長度尺 寸最多係在放電結構間之距離之6倍之範圍內。 7. $口申請專利範圍第1項之放電燈，其中導電性裝置（3)係 雙重設置，每個該導電性裝置（3)至少與各個不同極性之 550623 六、申讀專利範圍 一個電極（4)作電容性之耦合。 8. $口申請專利範圍第6項之放電燈，其中導電性裝置（3)係 雙重設置’每個該導電性裝置（3)至少與各個不同極性之 一個電極（4)作電容性之耦合。 9. $口申請專利範圍第1項之放電燈，其中電極（4)係設在放 電容器（1)之內部，而導電性裝置或多數導電性裝置 (2,3,5,6〜8)係設在該放電容器（1)之外部。 10·$口申請專利範圍第1項之放電燈，其中導電性裝置（3，6,7) 係爲放電容器之把持器或把持器之一部份。 1L $口申請專利範圍第1至第8項中任一項之放電燈，其中 具有沿著縱向上以不均一之方式控制對燈之往/返熱傳 輸用之熱裝置，該熱裝置係設計成當點燈期間燈內之溫 度在縱向上係均一的。 口申請專利範圍第11項之放電燈，其中該熱裝置具有在 縱向上，配置地點，範圍及/或密度不均一之冷卻肋。 II如申請專利範圍第1項之放電燈，其中該導電性裝置（3) 係在與其耦合之電極（4)及位在接近相對之電極（4)之這些 放電區域間產生電容性耦合。 14. $口申請專利範圍第1 3項之放電燈，其中藉電容性耦合所 產生之調變係用於放電燈之緣邊照明。 15. $口申請專利範圍第1項之放電燈，其中該放電容器（1)係 形成爲細長之棒。 16. $口申請專利範圍第1 5項之放電燈，其係被設計用於複印 裝置或掃瞄裝置上。~ -2- 550623 、申請專利範圍 17. $ 口申請專利範圍第1或第1 3項之放電燈，其係被設計成 爲扁平照明元件。 18. $口申請專利範圍第1項之放電燈，其具有被設計用在脈 衝動作方法上之安定器。