WO1998043277A2 - Flachleuchtstofflampe für die hintergrundbeleuchtung und flüssigkristallanzeige-vorrichtung mit dieser flachleuchtstofflampe - Google Patents

Flachleuchtstofflampe für die hintergrundbeleuchtung und flüssigkristallanzeige-vorrichtung mit dieser flachleuchtstofflampe Download PDF

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WO1998043277A2
WO1998043277A2 PCT/DE1998/000827 DE9800827W WO9843277A2 WO 1998043277 A2 WO1998043277 A2 WO 1998043277A2 DE 9800827 W DE9800827 W DE 9800827W WO 9843277 A2 WO9843277 A2 WO 9843277A2
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fluorescent lamp
flat fluorescent
flat
liquid crystal
crystal display
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Frank Vollkommer
Lothar Hitzschke
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/92—Lamps with more than one main discharge path

Definitions

  • the invention relates to a flat fluorescent lamp for background lighting according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a lighting system according to the preamble of claim 18 with this flat fluorescent lamp.
  • the invention relates to a liquid crystal display device according to the preamble of claim 19 with this lighting system.
  • flat fluorescent lamp here means fluorescent lamps with a flat geometry that emit white light. They are primarily designed for the backlighting of liquid crystal displays, also known as LCDs (Liquid Crystal Displays).
  • these are flat lamps with strip-like electrodes, in which either the electrodes of one polarity or all electrodes, i.e. both polarities, are separated from the discharge by means of a dielectric layer (one-sided or two-sided dielectric barrier discharge).
  • dielectric electrodes Such electrodes are also referred to in the following as "dielectric electrodes”.
  • strip-like electrode also called “electrode strip” for short - here and in the following an elongated, in Compared to its length, a very thin and narrow structure can be understood which is able to act as an electrode.
  • the edges of this structure need not necessarily be parallel to one another.
  • substructures should also be included along the long sides of the strips.
  • the dielectric layer can be formed by the wall of the discharge vessel itself, in that the electrodes are arranged outside the discharge vessel, for example on the outer wall.
  • An advantage of this design with external electrodes is that no gas-tight leadthrough has to be passed through the wall of the discharge vessel.
  • the thickness of the dielectric layer - an important parameter that influences, among other things, the ignition and the operating voltage of the discharge - is essentially determined by the requirements placed on the discharge vessel, in particular its mechanical strength.
  • the dielectric layer can also be implemented in the form of an at least partial covering or layer of at least the anodic part of the electrodes arranged within the discharge vessel.
  • This has the advantage that the thickness of the dielectric layer can be optimized for the discharge properties.
  • internal electrodes require gas-tight leadthroughs. As a result, additional manufacturing steps are required, which generally makes the manufacturing more expensive.
  • Liquid crystal display devices have recently been used in particular in portable computers (laptops, notebooks, palmtop or the like), but also for stationary computer monitors. Further areas of application are information displays in control rooms of industrial plants or flight monitoring devices, displays of cash register systems and automatic cash dispensing systems and television sets, to name just a few. Liquid crystal display devices are also increasingly being used in automotive Mobile technology used for so-called driver information systems. Liquid crystal display devices require a backlight which illuminates the entire liquid crystal display as brightly and evenly as possible.
  • WO 94/23442 discloses a method for operating an incoherently emitting radiation source, in particular a discharge lamp, by means of dielectrically impeded discharge.
  • the operating method provides a sequence of active power pulses, the individual active power pulses being separated from one another by dead times.
  • a plurality of similar discharges similar to delta-like ( ⁇ ), burn in the plan view, that is perpendicular to the plane in which the electrodes are arranged, between adjacent electrodes of different polarity.
  • These individual discharges are lined up along the electrodes, each widening in the direction of the (current) anode.
  • alternating polarity of the voltage pulses of a bilaterally dielectric discharge a superimposition of two delta-shaped structures appears visually.
  • discharge structures are preferably generated with repetition frequencies in the kHz range, the viewer perceives only a "medium" discharge structure corresponding to the temporal resolution of the human eye, for example in the form of an hourglass.
  • the number of individual discharge structures can be influenced, inter alia, by the electrical power that is coupled in.
  • Another advantage of this pulsed mode of operation is the high efficiency of the radiation generation.
  • This mode of operation is also suitable for flat lamps of the type described at the outset, as has already been demonstrated in WO 94/04625.
  • a flat radiator is known from WO 94/04625, which is operated in accordance with the operating method of WO 94/23442. Due to the very efficient mode of operation, the flat radiator produces relatively little heat loss.
  • strip-shaped electrodes are arranged on the outer wall of the discharge vessel with the disadvantages described at the outset.
  • Another disadvantage of this solution is that the surface luminance drops significantly towards the edge. The reason for this is, among other things, the radiation contribution from the neighboring areas outside of the discharge vessel which is missing at the edge.
  • the individual discharges preferably form between the anodes and only one of the two immediately adjacent cathodes. Hence, individual discharges do not form simultaneously on both sides of the anode strips. Rather, it cannot be predicted from which of the two adjacent cathodes the discharges will form in each case. In relation to the flat radiator as a whole, this results in an irregular discharge structure and, consequently, in a temporally and spatially non-uniform surface luminance.
  • a uniform surface luminance is desirable for numerous applications of such spotlights.
  • backlighting LCDs requires visual uniformity, the modulation depth of which does not exceed 15%.
  • EP 0 363 832 discloses, among other things, a UV high-power radiator with strip-shaped electrodes which are arranged on the inner wall of the base plate of the discharge vessel. However, no information is provided on current feedthroughs for connecting the inner electrodes to a voltage source.
  • the UV high-performance lamp is operated with sinusoidal AC voltage. As is known, the achievable UV yields in AC operation are limited to less than approximately 15%. However, higher yields are required for efficient backlighting of LCD systems.
  • an exemplary embodiment with cooling channels integrated in the base plate is also given, which is impractical for many applications, in particular in the office area and in mobile use.
  • a liquid crystal display with a surface lighting device is known from EP 0 607453.
  • the area lighting device essentially consists of a plate-shaped light guide and at least one curved rod-shaped fluorescent lamp.
  • the fluorescent lamp is arranged according to the bend on two or more abutting edges of the light guide plate.
  • the light from a fluorescent lamp is already coupled into the light guide plate at the at least two edges and is scattered by the plate surface facing the liquid crystal display.
  • This measure is intended to achieve good illumination without a correspondingly large number of lamps being required.
  • the disadvantage of this solution is that an optical fiber plate cannot be dispensed with.
  • external reflectors are additionally provided along the lamps, which laterally reflect part of the lamp light into the light guide plate.
  • Another aspect is the simple design of the electrode structures in terms of production technology, which enables low-cost implementation of flat fluorescent lamps with increased and uniform surface luminance.
  • Another object of the present invention is to provide a lighting system according to the preamble of claim 18. This Object is solved by the characterizing features of claim 18.
  • the basic idea of the first part of the invention is to design the inner electrodes, including bushings and outer current leads, as three functionally different sections, each of a single, interconnected, conductor-like structure on the cathode or anode side.
  • the two structures also offer the advantage of almost any formability.
  • the shapes of the electrodes which are optimized to a uniform surface luminance up to the edges, can be implemented in a technically simple and cost-effective manner. For this, for example, only a structured pressure screen has to be designed accordingly.
  • Another advantage of the invention is that the constructive concept enables the cost-effective production of flat fluorescent lamps of almost any size, since all production steps can always be carried out in the same way practically regardless of the size of the spotlight. It can be used to economically implement transmit flat lamps for the backlighting of different sized liquid crystal displays. Further advantages are the high luminance and the high luminous efficacy, a typical specific luminous intensity is approx. 8 cd / W for a lamp including optical diffuser.
  • the discharge vessel is constructed from a base plate and a cover plate, which are separated by a frame and by means of solder, e.g. Glass solder, are connected to each other to form a closed discharge vessel.
  • solder e.g. Glass solder
  • One end of the electrode strips is guided gas-tight to the outside through the solder.
  • the seal between the bushing and frame as well as between the frame and the floor or ceiling plate takes over.
  • the materials for solder and frame as well as the floor and ceiling slab are coordinated.
  • the thicknesses of the preferably metallic electrode strips are chosen to be so thin that on the one hand the thermal stresses remain low and on the other hand the current intensities required during operation can be achieved.
  • a sufficiently high current carrying capacity of the conductor tracks is of particular importance insofar as the high luminous intensities sought for such flat lamps ultimately require high current intensities.
  • a particularly high light intensity is essential because of the low transmission of such displays of typically 6%. This problem is exacerbated again in the preferred pulsed operating mode of the discharge, since particularly high currents flow in the conductor tracks during the relatively short duration of the repetitive active power coupling. Only in this way is it possible to couple in sufficiently high average active powers and thereby achieve the desired high light intensity on average.
  • Typical thicknesses for conductive silver strips are in the range from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably in the range from 5.5 ⁇ m to 30 ⁇ m, particularly preferably in the range from 6 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • Support points for example in the form of glass spheres, which are arranged at a suitable distance from one another between the floor and ceiling panels, may also contribute to this, which give the flat radiator sufficient bending stability without causing unacceptably strong shading.
  • the two parameters d st - d E1 and P 2 d St / d P1 as relevant for life Duration of the flat radiator viewed, where d st the distance between the support points to each other or to the delimiting side wall, d E1 the thickness of the electrode tracks and d P1 the smaller of the two thicknesses of the floor or ceiling plate.
  • Typical values for P are in the range from 50 mm ⁇ m to 680 mm ⁇ m, preferably in the range from 100 mm ⁇ m to 500 mm ⁇ m, particularly preferably from 200 mm ⁇ m to 400 mm ⁇ m.
  • Typical values for P 2 are in the range from 8 to 20, preferably in the range from 9 to 18, particularly preferably from 10 to 15.
  • the anodes and / or cathodes are each composed of two electrically conductive components coupled to one another.
  • the first component is designed as a relatively narrow strip, but it is made of a material capable of withstanding high currents, preferably of metal, for example gold or silver.
  • the second component is designed as a wider strip than the first component. For that he is targeted from one material essentially transparent for visible radiation, for example made of indium tin oxide (ITO). Because of the larger width of the strip that is possible as a result, despite the possibly lower electrical conductivity, the overall current carrying capacity of the second component is also sufficient. Both components are in electrical contact with each other. In this way, a sufficiently large electrode area - an important parameter for the dielectric barrier discharge - is also realized.
  • ITO indium tin oxide
  • the two components are galvanically separated from one another by a dielectric.
  • the coupling between the two components is capacitive.
  • the second component is preferably arranged closer to the inside of the discharge vessel than the first component.
  • only the first component is continued as a feedthrough and power supply to the outside. In this case, the second component merely serves to enlarge the effective electrode area within the discharge vessel.
  • At least the inner wall of the ceiling panel is coated with a mixture of phosphors, which converts the UV / VUV radiation from the gas discharge into white light during operation.
  • a mixture of phosphors which converts the UV / VUV radiation from the gas discharge into white light during operation.
  • the inner wall of the discharge vessel is complete, i.e. Ceiling plate, frame and base plate coated with the phosphor mixture.
  • the outer power supply lines are arranged on an outer edge of the floor and / or ceiling plate and / or the frame.
  • the base plate or the ceiling plate is or are extended beyond the frame, at least on the sides of the flat lamp on which the bushings lead from the inside of the discharge vessel to the outside.
  • the electrode strips end after the lead-through area in a number of external current leads corresponding to the number of electrode strips.
  • each electrode strip is thus designed as a structure similar to a conductor track, which in each case comprises the three following, functionally different partial areas: inner electrode area, lead-through area and outer current supply area.
  • connection of the power supply lines of the same polarity to the two poles of a pulse voltage source takes place, for example, with the aid of a suitable plug-cable combination.
  • the electrode strips of the same polarity can merge into a common, bus-like external power supply.
  • these two external power supplies can be connected directly to one pole of the voltage source. In this case, there is no need for a special plug-cable combination.
  • the strip-like electrodes are arranged next to one another on the base plate (case I). This results in an essentially flat discharge structure during operation.
  • the advantage is that shadowing from the electrodes on the illuminated ceiling panel is avoided.
  • Between the cathode strips are two parallel anode strips, i.e. an anode pair, instead of a single anode strip previously arranged. This solves the problem described at the outset that, in the cited prior art, individual discharges burn from only one of two adjacent cathode strips in the direction of the individual anode strip lying between them.
  • the two anode strips of each anode pair are widened in the direction of their respective two narrow sides.
  • an increasing electrical current density and consequently also an increasing luminance of the individual discharges is achieved.
  • the advantage is a relatively uniform luminance distribution up to the edges of the flat lamp.
  • the anode strips are widened asymmetrically with respect to their longitudinal axis in the direction of the respective anodic partner strip.
  • the respective distance from the adjacent cathode remains constant despite the widening of the anode strips. Consequently, the ignition conditions for all individual discharges along the electrode strips are the same during operation. This ensures that the individual discharges are lined up along the entire length of the electrode (provided there is sufficient electrical input power).
  • the anode strips can also be widened in the direction of the respective adjacent cathode without the advantageous effect of the widening being lost in principle.
  • the broadening is only relatively weak. This prevents the discharges from occurring only at the location of the greatest width of the anode strip, i.e. at the location of the shortest stroke distance in this case.
  • the broadening is significantly smaller than the stroke distance, typically about a tenth of the stroke distance.
  • both types of distribution can also be combined, i.e. the widening is then both in the direction of the respective anode partner and also to the adjacent cathode.
  • the electrode structure for a bilaterally disabled discharge is preferably of symmetrical design, since in this case the polarity of the electrodes changes. As a result, each electrode acts alternately as an anode or cathode.
  • the basic relationships of the structure are shown schematically in FIG. 1.
  • the entire conductor track-like structure 100 consists of a first part 101 and a second part 102. Both parts 101, 102 have the double anode strips 103a and 103b or 104a and 104b already described, the double anode strips 103a, b of the first part 101 and the double anode strips 104a, b of the second part 102 of the structure being arranged alternately next to one another.
  • Both parts 101, 102 of the electrode structure are covered with a dielectric layer (not shown).
  • a dielectric layer not shown.
  • the double anode strips 103a, b; or 104a, b into bus-like external power supply lines 105; 106 a.
  • the two outer power supply lines 105; 106 each connected to one pole of the voltage source (not shown).
  • the cathode strips specifically have spatially preferred starting points for the individual discharges.
  • the electrode structure for a flat lamp with a diagonal of 6.8 is shown schematically in FIG. 2.
  • the anode-side structure 107 has the double anode strips 108a and 108b already mentioned several times.
  • the anode-side structure 107 is terminated on both sides a single anode strip 109 and 110.
  • the preferred starting points are realized by nose-like extensions 113 facing the respectively adjacent anode strip.
  • the anode 109a, b and cathode strips 111 open at their mutually opposite ends into an anode-side 114 and cathode-side 115 bus-like external power supply.
  • the anode-side power supply 114 is connected to the positive pole (+) and the cathode-side power supply 115 to the negative pole (-) of a voltage source (not shown) supplying unipolar voltage pulses.
  • the feature of widening the double anode strips can also be combined with the feature of the compression of the cathode processes.
  • anode and cathode strips are arranged on different plates (case II).
  • the discharges consequently burn from the electrodes of one plate through the discharge space to the electrodes of the other plate.
  • Two anode strips are assigned to each cathode strip in such a way that, when viewed in cross-section with respect to the electrodes, the imaginary connection of cathode strips and corresponding anode strips results in the shape of a “V” It has been shown that this arrangement can achieve higher UV yields than if anodes and cathodes are arranged alternately next to one another on the basis of the current state of knowledge, this positive effect is attributed to reduced wall losses the double anode strips are arranged on the ceiling plate, which primarily serves to decouple light, and the cathode strips are arranged on the base plate.
  • the advantage is the low shadowing of the ceiling plate Useful light, since the anode strips are narrower than the cathode strips.
  • the two-part electrodes explained above can be used with particular advantage to reduce the shading effect.
  • at least the anode strips are advantageously each composed of a narrow, high-current-carrying and a wide transparent component.
  • a light-reflecting layer for example Al 2 O a and / or Ti0 2 , to the base plate. This prevents part of the white light which is emitted by the phosphor layer by converting the UV / VUV radiation from being transmitted through the base plate and being lost through the base plate for the direction of use.
  • an inert gas preferably xenon and possibly one or more buffer gases, e.g. Argon or neon.
  • the internal pressure is typically approx. 10 kPa to approx. 100 kPa.
  • balls made of an electrically insulating material for example glass
  • This increases the mechanical stability and reduces the risk of implosion due to the pressure difference between inside and outside. It is advisable to fix the balls with solder. It is also advantageous to provide the support points with a reflection and a light to provide a layer of fabric to maximize the luminance of the flat lamp.
  • Protection is also claimed for a lighting system which consists of the aforementioned new flat lamp and a pulse voltage source.
  • the lighting system according to the invention is completed by a pulse voltage source, the output poles of which are connected to the external power supply lines of the electrodes of the discharge vessel and which supplies a sequence of voltage pulses during operation.
  • a pulse voltage source the output poles of which are connected to the external power supply lines of the electrodes of the discharge vessel and which supplies a sequence of voltage pulses during operation.
  • a suitable circuit arrangement for generating unipolar pulse voltage sequences is described in German patent application P 195 48 003.1.
  • the lighting system can also be operated with unipolar and bipolar pulse voltages, e.g. are generated by the circuit disclosed in WO96 / 05653.
  • the liquid crystal display device in turn uses this lighting system as backlighting for the liquid crystal display.
  • the device contains a receptacle in which the liquid crystal display including control electronics for controlling the liquid crystal display and the lighting system are arranged.
  • the lighting system and the liquid crystal display are oriented to one another in such a way that the ceiling plate of the flat lamp of the lighting system illuminates the rear of the liquid crystal display.
  • An optical diffuser is optionally arranged between the flat lamp and the liquid crystal display. It serves to smooth the luminance of the flat lamp. This is particularly advantageous in the case of large-area displays in order to compensate for shadowing caused by the glass spheres which act as support points.
  • so-called light reinforcement films also known as BEF (Brightness Enhancement Film) are optionally arranged between the flat lamp and the liquid crystal display or, if appropriate, between the diffuser and the liquid crystal display. They serve to concentrate the light from the backlight in a narrower solid angle and consequently to increase the brightness within the viewing angle range.
  • BEF Brightness Enhancement Film
  • the mercury-free filling of the flat lamp enables an immediate start without start-up behavior. This makes it possible to switch off the flat lamp even when the display device is not used for a short time, for example during a work break, and consequently to save electrical energy. It is also advantageous that the proposed liquid crystal display device manages without external reflectors and light guiding devices, which reduces the number of components and consequently the system costs.
  • FIG. 1 shows the principle of an electrode structure according to the invention for a bilaterally disabled discharge
  • FIG. 2 shows the basic relationships of the electrode structure for a flat lamp with a diagonal of 6.8 ", preferably to be operated with unipolar voltage pulses
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a partially broken top view of a flat lamp according to the invention with electrodes arranged on the base plate,
  • Figure 3b is a schematic representation of a side view of the flat lamp from Figure 3a.
  • FIG. 4 shows the sectional view of the implementation of a double anode
  • FIG. 5 a flat lamp with a pulse voltage source
  • FIG. 6a shows a schematic illustration of a side view of a flat lamp with electrodes arranged on both the base plate and the cover plate
  • FIG. 6b shows a partial sectional view of some bushings of the flat lamp from FIG. 6a
  • Figure 7 shows a liquid crystal display device according to the invention including a flat lamp.
  • FIG. 8a shows a schematic representation of a partially broken top view of a further flat lamp according to the invention with electrodes arranged on the base plate
  • FIG. 8b shows a schematic illustration of a side view of the flat lamp from FIG. 8a
  • Figure 9 is a partial sectional view of a flat lamp with two-part anodes.
  • FIGS. 3a, 3b show a schematic representation of a top view and side view of a flat fluorescent lamp that emits white light during operation emitted. It is designed as a backlight for an LCD (Liquid Crystal Display).
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the flat lamp 1 consists of a flat discharge vessel 2 with a rectangular base area, four strip-like metallic cathodes 3, 4 (-) and dielectric anodes (+), three of which are designed as elongated double anodes 5 and two as individual strip-like anodes 6.
  • the discharge vessel 2 in turn consists of a base plate 7, a cover plate 8 and a frame 9. Base plate 7 and cover plate 8 are each gas-tightly connected to the frame 9 by means of glass solder 10 such that the interior 11 of the discharge vessel 2 is cuboid.
  • the base plate 7 is larger than the cover plate 8 in such a way that the discharge vessel 2 has a peripheral free-standing edge.
  • the inner wall of the ceiling panel 8 is coated with a phosphor mixture (not visible in the illustration), which converts the UV / VUV radiation generated by the discharge into visible white light. It is a three-band phosphor with the blue component BAM (BaMgAl ⁇ oOi7- Eu 2+ ), the green component LAP (LaPO ⁇ [Tb 3+ , Ce 3+ ]) and the red component YOB ([Y, Gd] B ⁇ 3: Eu 3+ ).
  • BAM blue component
  • LAP LaPO ⁇ [Tb 3+ , Ce 3+ ]
  • YOB [Y, Gd] B ⁇ 3: Eu 3+
  • the breakthrough in the ceiling plate 8 is only for illustrative purposes and provides a view of a part of the cathodes 3, 4 and anodes 5, 6.
  • the cathodes 3, 4 and anodes 5, 6 are arranged alternately and in parallel on the inner wall of the base plate 7.
  • the anodes 6, 5 and cathodes 3, 4 are each extended at one end and guided on the bottom plate 7 from the inside 11 of the discharge vessel 2 on both sides in such a way that the associated anodic 12 or cathodic bushings on opposite sides the bottom plate 7 are arranged.
  • the outer power supply lines 13, 14 serve as contacts for connection to preferably an electrical pulse voltage source (not shown). The connection to the two poles of a voltage source usually takes place as follows.
  • the individual anodic and cathodic power supply lines are each connected to one another, for example by means of a suitable plug connector (not shown) including connecting lines.
  • the two common anodic or cathodic connecting lines are connected to the associated two poles of the voltage source.
  • the anodes 5, 6 are completely covered with a glass layer 15, the thickness of which is approximately 250 ⁇ m.
  • the two anode strips 5a, 5b of each anode pair 5 are widened in the direction of the two edges 16, 17 of the flat lamp 1, which are oriented perpendicular to the electrode strips 3-6, and asymmetrically only in the direction of the respective partner strips 5b and 5a .
  • the mutual greatest distance between the two strips of each anode pair 5 is approximately 4 mm, the smallest distance is approximately 3 mm.
  • the two individual anode strips 6 are each arranged in the immediate vicinity of the two edges 18, 19 of the flat lamp 1 which are parallel to the electrode strips 3-6.
  • the cathode strips 3; 4 have nose-like semicircular projections 20 facing the respectively adjacent anode 5; 6. They cause locally limited amplifications of the electric field and consequently that the delta-shaped individual discharges (not shown) ignite and burn only at these points.
  • the distance between the extensions 20 and the respective directly adjacent anode strip is approximately 6 mm.
  • the radius of the semicircular extensions 20 is approximately 2 mm.
  • the individual electrodes 3-6 including feedthroughs and external power supply lines 13, 14, are each designed as functionally different sections of interconnected silver-like structures.
  • the structures have a thickness of approx. 10 ⁇ m and are applied directly to the base plate 7 by means of screen printing technology and subsequent baking.
  • a 15 "monitor, 14 ' double anode strips and 15 cathodes are alternately arranged on the base plate of a flat fluorescent lamp.
  • the two ends of the electrode arrangement form one each
  • the cathodes have 32 semicircular projections offset from one another along their two long sides.
  • the outer dimensions of the lamp are approximately 315 mm • 239 mm • 10 mm (length • width • height).
  • the frame is made of a glass tube with a diameter of approximately 5 mm. 48 precision glass balls with a diameter of 5 mm are arranged equidistantly between the base and ceiling plate.
  • the anode and cathode strips open at their mutually opposite ends in an anod bus-side external power supply on the side or cathode side (cf. also Figure 2).
  • FIG. 4 schematically shows part of a sectional view along the line AA (see FIG. 3a).
  • the same features are provided with the same reference numbers.
  • the part shown includes, for example, the feedthrough 12 of a double anode 5.
  • the two lead-through strips 12a, 12b are applied directly to the base plate 7 and are also completely covered with the glass layer 15.
  • the base plate 7 with the feedthrough 12 including the glass layer 15 are in turn connected gas-tight to the frame 9 by means of glass solder 10.
  • the ceiling plate 8 is connected gas-tight to the frame 9 to the discharge vessel 2 by means of glass solder 10.
  • the cathodes 3, 4 and anodes 5, 6 in FIG. 5 are each connected to a pole 21, 22 of a pulse voltage source 23 via the current leads 13 and 14, respectively.
  • the pulse voltage source supplies unipolar voltage pulses, which are separated from one another by pauses.
  • a suitable pulse voltage source for this is described in German patent application P19548003.1.
  • a large number of individual discharges (not shown) are formed, which burn between the extensions 20 of the respective cathode 3, 4 and the corresponding immediately adjacent anode strip 5, 6.
  • FIGS. 6a and 6b schematically show a side view or a partial section perpendicular to the electrodes of a further variant of the flat fluorescent lamp from FIG. 3a.
  • the cathodes 24 are applied to the inner wall of the ceiling plate 8.
  • Each cathode 24 is assigned an anode pair 25a, 25b in such a way that, in the cross section of FIG. 6b, the imaginary connection of cathodes 24 and corresponding anodes 25a, 25b is in the form of an upside-down “V” results.
  • the approximate distances between the cathodes 24, between the individual anodes 25a, 25b of the corresponding anode pairs with one another and between the adjacent corresponding anode pairs are 22 mm, 18 mm and 4 mm, respectively.
  • the cathodes 24 each have nose-like semicircular extensions 26a, 26b along their two longitudinal sides and at a mutual spacing of approximately 10 mm. In operation, individual discharges start at these extensions 26a, 26b and burn to their associated anode strips 25a and 25b, respectively.
  • the part shown comprises, by way of example, only two cathodes 24 with their respective anode pair 25a, 25b. The structure and basic arrangement of the remaining electrodes are the same.
  • Cathodes 24 and anodes 25a, 25b are led to the outside on the same narrow side of the fluorescent lamp and pass on the corresponding edge of the top plate 8 or bottom plate 7 into the cathode-side 27 or anode-side 14 outer power supply. As can be seen in the sectional illustration (FIG.
  • both the anodes 25a, 25b and the cathodes 24 are completely covered with a dielectric layer 28 and 29 (discharge that is dielectrically impeded on both sides), which extends over the entire inner wall of the bottom 7 or cover plate 8 extends.
  • a light-reflecting layer 30 made of A1 2 0 3 or TiO 2 is applied to the dielectric layer 28 of the base plate 7.
  • the last layer is followed by and also on the dielectric layer 29 of the ceiling plate 8, a phosphor layer 31 or 32 made of a BAM, LAP, YOB mixture.
  • FIG 7 a side view, partially in section, of a liquid crystal display device 33 is shown schematically, with the flat fluorescent lamp 1 corresponding to Figure la as background lighting for a liquid crystal display 35 known per se.
  • a diffuser 36 as optical diffuser arranged between the flat fluorescent lamp 1 and the liquid crystal display 35.
  • two light amplification foils (BEF) 37, 38 from 3M are arranged between the lens 36 and the liquid crystal display 35.
  • the fluorescent lamp 1, the diffusing screen 36, the two light intensifying foils 37, 38 and the liquid crystal display 35 are arranged in a housing and are held by the frame 39 of the housing.
  • a heat sink 41 is arranged on the outside of the rear wall 40 of the housing.
  • the circuit arrangement 23 connected to the flat fluorescent lamp 34 corresponding to FIG. 5 and a control electronics 42 known per se and connected to the liquid crystal display 35 are arranged.
  • a suitable liquid crystal display 35 with control electronics 42 reference is made to EP 0 607453.
  • the flat lamp 1 ′ shown schematically in plan view and side view in FIGS. 8a-8b differs from flat lamp 1 (FIGS. 3a and 3b) only in the design of the external power supply 12; 13.
  • the feedthroughs 10; 11 of each electrode strip 3; 4 are initially continued on the edge of the base plate 5 and open into a bus-like conductor track on the cathode-side 12 or anode-side 13.
  • the ends (+, -) of these conductor tracks 12; 13 serve as external contacts for the connection to an electrical voltage source (not shown).
  • FIG. 9 shows a schematic partial sectional illustration of a further variant of the flat lamp. It differs from that shown in FIG. 6b essentially in that the anodes 25a and 25b of each anode pair 25 are made in two parts. They each consist of a narrow silver strip 25 'and a wider transparent indium tin oxide strip 25 ", the silver strip 25' being embedded in the indium tin oxide strip 25". In this way, shading is reduced by the anodes on the ceiling plate, ie their effective transparency for the useful light is increased.
  • the invention is not restricted by the exemplary embodiments specified. Features of different exemplary embodiments can also be combined.

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Abstract

Eine Flachleuchtstofflampe (1) weist ein Entladungsgefäß (2) auf mit einer Bodenplatte (7), einer Deckenplatte (8) und einem Rahmen (9), die mittels Lot (10) gasdicht miteinander verbunden sind. Leiterbahnähnliche Strukturen fungieren im Innern des Entladungsgefäßes als Elektroden (3-6), im Durchführungsbereich als Durchführungen und im Außenbereich als äußere Stromzuführungen (13; 14). Dadurch lassen sich Flachlampen unterschiedlichster Größen fertigungstechnisch einfach und gut automatisierbar herstellen. Außerdem sind nahezu beliebige Elektrodenformen realisierbar, insbesondere im Hinblick auf eine gleichmäßige Leuchtdichte mit verringertem Leuchtdichteabfall zu den Rändern der Flachlampe hin optimiert. Zumindest die Anoden (5, 6) sind jeweils mit einer dielektrischen Schicht (15) bedeckt. Die Lampe (1) wird vorzugsweise mit einer Impulsspannungsquelle betrieben und dient als Hintergrundbeleuchtung für LCD, z.B. in Monitoren oder Fahrerinformationsdisplays.

Description

Flachleuchtstofflampe für die Hintergrundbeleuchtung und Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung mit dieser Flachleuchtstofflampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Flachleuchtstofflampe für die Hinter grundbe- leuchtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 mit dieser Flachleuchtstofflampe. Des weiteren betrifft die Erfin- d ng eine Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19 mit diesem Beleuchtungssystem.
Unter der Bezeichnung „Flachleuchtstofflampe" sind hier Leuchtstofflampen mit einer flächigen Geometrie gemeint, die weißes Licht emittieren. Sie sind in erster Linie für die Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen, auch als LCD's (Liquid Crystal Displays) bekannt, konzipiert.
Des weiteren handelt es sich dabei um Flachlampen mit streifenartigen Elektroden, bei denen entweder die Elektroden einer Polarität oder alle Elektroden, d.h. beiderlei Polarität, mittels einer dielektrischen Schicht von der Entladung getrennt sind (einseitig bzw. zweiseitig dielektrisch behinder- te Entladung). Derartige Elektroden werden im folgenden auch verkürzend als „dielektrische Elektroden" bezeichnet.
Unter dem Begriff „streifenartige Elektrode" - verkürzend auch „Elektrodenstreifen" genannt - soll hier und im folgenden ein längliches, im Vergleich zu seiner Länge sehr dünnes und schmales Gebilde verstanden werden, das in der Lage ist, als Elektrode zu wirken. Dabei müssen die Kanten dieses Gebildes nicht notwendigerweise parallel zueinander sein. Insbesondere sollen auch Unterstrukturen entlang der Längsseiten der Strei- fen umfaßt sein.
Die dielektrische Schicht kann durch die Wandung des Entladungsgefäßes selbst gebildet sein, indem die Elektroden außerhalb des Entladungsgefäßes, etwa auf der Außenwandung, angeordnet sind. Ein Vorteil dieser Ausführung mit äußeren Elektroden ist, daß keine gasdichten Stromdurchführung durch die Wandung des Entladungsgefäßes geführt werden müssen. Allerdings ist die Dicke der dielektrischen Schicht - ein wichtiger Parameter, der unter anderem die Zünd- und die Brennspannung der Entladung beeinflußt - im wesentlichen durch die Anforderungen an das Entladungsgefäß, insbesondere dessen mechanische Festigkeit, festgelegt.
Andererseits kann die dielektrische Schicht auch in Gestalt einer zumindest teilweisen Umhüllung oder Schicht mindestens des anodischen Teils der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Elektroden realisiert sein. Das hat den Vorteil, daß die Dicke der dielektrischen Schicht auf die Entladungseigenschaften hin optimiert werden können. Allerdings erfordern in- nere Elektroden gasdichte Stromdurchführungen. Dadurch sind zusätzliche Fertigungsschritte erforderlich, was die Herstellung in der Regel verteuert.
Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen werden insbesondere in tragbaren Computern (Laptop, Notebook, Palmtop o.a.) in jüngster Zeit aber auch für stationäre Computermonitore eingesetzt. Weitere Anwendungsgebiete sind Informationsanzeigen in Leitwarten von Industrieanlagen oder Flugüberwachungseinrichtungen, Anzeigen von Kassensystemen und automatischen Geldausgabesystemen sowie Fernsehgeräte, um nur einige zu nennen. Zunehmend werden Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen auch in der Auto- mobiltechnik für sogenannte Fahrerinformationssysteme eingesetzt. Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen benötigen eine Hintergrundbeleuchtung, welche die gesamte Flüssigkristallanzeige möglichst hell und gleichmäßig ausleuchtet.
Stand der Technik
In der WO 94/23442 ist ein Verfahren zum Betreiben einer inkohärent emittierenden Strahlungsquelle, insbesondere einer Entladungslampe, mittels dielektrisch behinderter Entladung offenbart. Das Betriebsverfahren sieht eine Folge von Wirkleistungspulsen vor, wobei die einzelnen Wirkleistungspulse durch Totzeiten voneinander getrennt sind. Dadurch brennen zwischen be- nachbarten Elektroden unterschiedlicher Polarität jeweils eine Vielzahl gleichartiger, in Draufsicht, also senkrecht zur Ebene, in der die Elektroden angeordnet sind, deltaähnlicher (Δ) einzelner Entladungen. Diese Einzelentladungen sind nebeneinander entlang der Elektroden aufgereiht, wobei sie sich jeweils in -Richtung der (momentanen) Anode verbreitern. Im Fall wech- selnder Polarität der Spannungspulse einer zweiseitig dielektrisch behinderten Entladung erscheint visuell eine Überlagerung zweier deltaförmiger Strukturen. Da diese Entladungsstrukturen bevorzugt mit Wieder- holfrequenzen im kHz-Bereich erzeugt werden, nimmt der Betrachter nur eine der zeitlichen Auflösung des menschlichen Auges entsprechende "mittlere" Entladungsstruktur wahr, etwa in der Form einer Sanduhr. Die Anzahl der einzelnen Entladungsstrukturen ist unter anderem durch die eingekoppelte elektrische Leistung beeinflußbar. Ein weiterer Vorteil dieser gepulsten Betriebsweise ist eine hohe Effizienz der Strahlungserzeugung. Diese Betriebsweise eignet sich ebenfalls für Flachlampen der eingangs ge- schilderten Art, wie bereits in der WO 94/04625 belegt ist. Aus der WO 94/04625 ist nämlich ein Flachstrahler bekannt, der entsprechend dem Betriebsverfahren der WO 94/23442 betrieben wird. Aufgrund der sehr effizienten Betriebsweise produziert der Flachstrahler relativ wenig Verlustwärme. In den Ausführungsbeispielen sind jeweils streifenförmige Elektroden auf der Außenwandung des Entladungsgefäßes angeordnet mit den eingangs geschilderten Nachteilen. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, daß die Flächenleuchtdichte zum Rand hin deutlich abfällt. Ursache hierfür ist unter anderem der am Rand fehlende Strahlungsbeitrag von den benachbarten Bereichen außerhalb des Entladungsgefäßes. Außerdem bilden sich die Einzelentladungen bevorzugt zwischen den Anoden und nur einer der beiden jeweils unmittelbar benachbarten Kathoden aus. Offenbar bilden sich nicht gleichzeitig zu beiden Seiten der Anodenstreifen unabhängig voneinander Einzelentladungen aus. Es kann vielmehr nicht vorhergesagt werden, von welcher der beiden Nachbarkathoden sich die Entladungen jeweils ausbilden werden. Auf den Flachstrahler als Ganzes bezogen resultiert dadurch eine unregelmäßige Entladungsstruktur und folglich eine zeitlich und räumlich ungleichförmige Flächenleuchtdichte.
Eine gleichförmige Flächenleuchtdichte ist aber für zahlreiche Anwendungen derartiger Strahler wünschenswert. So wird beispielsweise für die Hin- terleuchtung von LCD's eine visuelle Gleichförmigkeit gefordert, deren Modulationstiefe 15 % nicht überschreitet.
In der DE 19548 003 AI ist eine Schaltungsanordnung angegeben, mit deren Hilfe sich unipolare Impulsspannungsfolgen erzeugen lassen, wie sie insbesondere für den effizienten Betrieb von einseitig dielektrisch behinderten Entladungen benötigt werden. Auch an überwiegend kapazitiv wirkenden Lasten - wie dielektrisch behinderten Entladungsanordnungen - werden glatte Impulsformen mit geringen Schaltungsverlusten erzielt. In der EP 0 363 832 ist unter anderem ein UV-Hochleistungsstrahler mit streifenförmigen Elektroden offenbart, die auf der Innenwandung der Bodenplatte des Entladungsgefäßes angeordnet sind. Über Stromdurchführungen zum Verbinden der inneren Elektroden mit einer Spannungsquelle sind allerdings keine Angaben enthalten. Der UV-Hochleistungsstrahler wird mit sinusförmiger Wechselspannung betrieben. Bekanntermaßen sind die erzielbaren UV- Ausbeuten bei Wechselspannungsbetrieb auf weniger als ca. 15 % begrenzt. Für eine effiziente -Hintergrundbeleuchtung von LCD-Systemen sind aber höhere Ausbeuten erforderlich. Außerdem ist auch ein Ausfüh- rungsbeispiel mit in der Bodenplatte integrierten Kühlkanälen angegeben, was für viele Anwendungen, insbesondere im Bürobereich sowie im mobilen Einsatz unpraktisch ist.
Aus der EP 0 607453 ist eine Flüssigkristallanzeige mit einer Flächenbeleuchtungsvorrichtung bekannt. Die Flächenbeleuchtungsvorrichtung be- steht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Lichtleiter und mindestens einer gebogenen stabförmigen Leuchtstofflampe. Die Leuchtstofflampe ist entsprechend der Biegung an zwei oder mehr aneinander stoßenden Kanten der Lichtleiterplatte angeordnet. Dadurch wird das Licht bereits einer Leuchtstofflampe an den mindestens zwei Kanten in die Lichtleiterplatte eingekoppelt und durch die der Flüssigkristallanzeige zugewandten Plattenoberfläche gestreut. Durch diese Maßnahme soll eine gute Ausleuchtung erreicht werden, ohne daß entsprechend viele Lampen erforderlich sind. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß auf eine Lichtleiterplatte nicht verzichtet werden kann. Ferner sind zusätzlich äußere Reflektoren entlang der Lampen vorgesehen, welche einen Teil des Lampenlichts seitlich in die Lichtleiterplatte reflektieren. Dennoch entstehen bei der Umverteilung von der linearen (stabförmige Leuchtstofflampe) in die flächige (Lichtleiterplatte) Lichtquelle unvermeidbare Einkoppel- sowie Streuverluste, welche die erzielbare Flächenleuchtdichte vermindern. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Flächenbeleuchtungsvorrichtung durch die Leuchtstofflampen begrenzt. Bei der Verwendung von mehreren Leuchtstofflampen wächst zunehmend die Fehleranfälligkeit der gesamten Vorrichtung.
Weitere Nachteile bei auf Quecksilber-Niederdruckentladungen basierenden Leuchtstofflampen resultieren aus den Eigenschaften des Quecksilbers selbst. Zum einen muß das Quecksilber erst seinen Betriebsdampfdruck erreichen, d.h. derartige Leuchtstofflampen zeigen ein ausgeprägtes Anlauf- verhalten, was ein Abschalten eines damit ausgerüsteten PC-Monitors während einer Arbeitspause als wenig ratsam erscheinen läßt. Außerdem ist Quecksilber gesundheitsschädlich und muß daher als Sondermüll entsorgt werden.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Flachleuchtstofflampe mit streifenartigen inneren Elektroden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine Elektrodenstruktur und Stromdurchfüh- rungen aufweist derart, daß der Flachstrahler - weitgehend unabhängig von der Größe und damit der Anzahl der Elektroden - in relativ wenigen Fertigungsschritten und folglich kostengünstig herstellbar ist. Ein weiterer Aspekt ist die fertigungstechnisch einfache Gestaltung der Elektrodenstrukturen, die eine kostengünstige Realisierung von Flachleuchtstofflampen mit erhöhter und gleichmäßiger Flächenleuchtdichte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungs- System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19 bereit- zustellen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 19 gelöst.
Die Grundidee des ersten Teils der Erfindung besteht darin, die inneren Elektroden inklusive Durchführungen und äußeren Stromzuführungen als drei funktionell unterschiedliche Abschnitte jeweils einer einzigen kathoden- bzw. anodenseitigen zusammenhängenden, leiterbahnähnlichen Struktur auszubilden.
Durch dieses Konzept lassen sich die drei genannten funktionell unterschiedlichen Teile - innere Elektroden, Durchführungen und äußere Stromzuführungen - quasi gleichzeitig in einem gemeinsamen Fertigungsschritt, vorzugsweise mittels Drucktechnik herstellen. Gegenüber dem Stand der Technik ist die Anza7hl der Handhabungs- und Fertigungsschritte dadurch deutlich reduziert. Außerdem entfallen Verbindungen mittels Löten o.a. zwischen den Einzelkomponenten.
Die beiden Strukturen bieten außerdem den Vorteil der nahezu beliebigen Formbarkeit. Dadurch lassen sich auf herstellungstechnisch einfache und kostengünstige Weise die auf eine gleichmäßige Flächenleuchtdichte bis zu den Rändern hin optimierten Formen der Elektroden realisieren. Dafür ist z.B. lediglich ein strukturiertes Drucksieb entsprechend zu gestalten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das konstruktive Konzept die kosten- günstige Fertigung nahezu beliebig großer Flachleuchtstofflampen ermöglicht, da alle Fertigungsschritte praktisch unabhängig von der Größe des Strahlers immer gleichartig realisiert werden können. Damit lassen sich pas- sende Flachlampen für die Hintergrundbeleuchtung untersc-hiedlich großer Flüssigkristallanzeigen wirtschaftlich realisieren. Weitere Vorteile sind die hohe Leuchtdichte und die hohe Lichtausbeute, eine typische spezifische Lichtstärke beträgt ca. 8 cd/W für eine Lampe einschließlich optischem Dif- fusor. Im folgenden sind eine Reihe weiterer Vorteile der Flachlampen in Verbindung mit der gepulsten Betriebsweise aufgeführt. Da gepulst betriebene, dielektrisch behinderte Entladungen eine positive Strom- Spannungskennlinie besitzen, lassen sich beliebig viele Einzelentladungen nebeneinander anordnen, so daß im Prinzip nahezu beliebig große Flachlampen realisierbar sind. Außerdem sind diese Flachlampen mit nur einem elektrischen Vorschaltgerät betreibbar. Da die Füllung der Lampe kein Quecksilber enthält, ist eine Gefährdung durch giftige Quecksilberdämpfe ausgeschlossen und die Entsorgungsproblematik entfällt. Ein weiterer Vorteil der quecksilberfreien Füllung ist der Sofortstart der Lampe ohne Anl uf verhalten. Aufgrund der schichtartigen Elektrodenstruktur ohne filigrane Einzelteile ist die Lampe zudem äußerst robust und hat eine lange Lebensdauer.
Erfindungsgemäß ist das Entladungsgefäß aus einer Bodenplatte und einer Deckenplatte aufgebaut, die durch einen Rahmen und mittels Lot, z.B. Glaslot, miteinander zu einem geschlossenen Entladungsgefäß verbunden sind. Auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes sind gasdicht streifenähnliche Elektroden direkt auf der Boden- und/oder Deckenplatte aufgebracht - ähnlich wie Leiterbahnen auf einer elektrischen Leiterplatte -, z.B. durch Aufdampfen, mittels Siebdruck mit anschließendem Einbrennen oder ähnlichen Techniken.
Die Elektrodenstreifen sind jeweils mit einem Ende durch das Lot hindurch gasdicht nach außen geführt. Die Dichtung zwischen Durchführung und Rahmen sowie zwischen Rahmen und Boden- bzw. Deckenplatte übernimmt das Lot. Um Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen gering zu halten, und um die Gasdichtheit auch im Dauerbetrieb zu gewährleisten, sind die Materialien für Lot und Rahmen sowie Boden- und Deckenplatte aufeinander abgestimmt. Außerdem sind die Dicken der vorzugsweise me- tallischen Elektrodenstreifen so dünn gewählt, daß einerseits die Wärmespannungen gering bleiben und daß andererseits die im Betrieb erforderlichen Stromstärken realisiert werden können.
Dabei kommt einer ausreichend hohen Stromtragfähigkeit der Leiterbahnen insofern eine besondere Bedeutung zu, als die für derartige Flachlampen angestrebten hohen Lichtstärken letztendlich hohe Stromstärken bedingen. Bei Flachleuchtstofflampen für die Hinterleuchtung von Flüssigkristallanzeigen (LCD) ist nämlich aufgrund der geringen Transmission derartiger Anzeigen von typisch 6% eine besonders hohe Lichtstärke unabdingbar. Nochmals verschärft wird diese Problematik bei der bevorzugten gepulsten Betriebsweise der Entladung, da während der relativ kurzen Dauer der re- petitiven Wirkleistungseinkopplung besonders hohe Ströme in den Leiterbahnen fließen. Nur so ist es möglich, auch ausreichend hohe mittlere Wirkleistungen einzukoppeln und dadurch im zeitlichen Mittel die gewünschte hohe Lichtstärke zu erzielen.
Um die vorgenannte hohe Stromtragfähigkeit zu gewährleisten, werden relativ dicke Leiterbahnen verwendet. Zu geringe Leiterbahndicken bergen nämlich die Gefahr der Rißbildung aufgrund lokaler Überhitzung der Leiterbahnen. Die Erwärmung der Leiterbahnen durch den ohmschen Anteil des Leiterb ahnstromes ist umso höher, je geringer die Querschnittsfläche der Leiterbahnen ist. Der Breite der Leiterbahnen sind aber Grenzen gesetzt, unter anderem weil mit zunehmender Breite die Abschattung der leuchtenden Fläche des Flachstrahlers durch die Leiterbahnen ebenfalls zunimmt. Deshalb werden eher schmale, dafür aber möglichst dicke Leiterbahnen angestrebt, um das Problem der Rißbildung aufgrund von Wärmeentwicklung durch hohe Stromdichten in den Leiterbahnen zu lösen. Typische Dicken für Leitsilberstreifen liegen im Bereich von 5 μm bis 50 μm, bevorzugt im Bereich von 5,5 μm bis 30 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 6 μm bis 15 μm.
Allerdings lassen derart dicke Leiterbahnen auf relativ ausgedehnten flachen Trägermaterialien, wie sie bei Flachlampen verwendet werden, Rißbildungen durch Materialspannungen erwarten, die beispielsweise aus den Biegebelastungen beim Evakuieren des Entladungsgefäßes während des Herstellungsprozesses resultieren können. Der Grund für die wachsende Gefahr von -Rißbildungen ist die Abhängigkeit der Dehnungsgrenze ε einer Schicht von deren Dicke d gemäß ε ° l/Vcf . Demnach ist die Dehnungs- grenze umso geringer, je größer die Schichtdicke ist. Außerdem wächst mit zunehmender Schichtdicke die WahrscheinlicThkeit von Diskontinuitäten innerhalb der Schicht dramatisch. Diese Diskontinuitäten führen zu lokal er- höhten Zugspannungen innerhalb der Schicht. Daraus folgt schließlich die Gefahr der Ablösung der Schicht vom Trägermaterial.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß dennoch Flachlampen mit derart dicken Leiterbahnen gasdicht hergestellt werden können und daß darüber hinaus die Lebensdauer durchaus einige tausend Stunden betragen kann.
Möglicherweise tragen dazu auch gezielt in geeignetem Abstand voneinander zwischen Boden- und Deckenplatte angeordnete Stützstellen, beispielsweise in Form von Glaskugeln, bei, die dem Flachstrahler eine ausreichende Biegestabilität verleihen, ohne eine unakzeptabel starke Abschattung zu bewirken.
Nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis werden unter anderem die beiden Parameter
Figure imgf000012_0001
dst - dE1 und P2= dSt/dP1 als relevant für die Lebens- dauer des Flachstrahlers angesehen, wobei dst den Abstand der Stützstellen zueinander bzw. zur begrenzenden Seitenwand, dE1 die Dicke der Elektrodenbahnen und dP1 die kleinere der beiden Dicken von Boden- bzw. Dek- kenplatte bezeichnen. Typische Werte für P: liegen im Bereich von 50 mm μm bis 680 mm μm, bevorzugt im Bereich von 100 mm μm bis 500 mm μm, besonders bevorzugt von 200 mm μm bis 400 mm μm. Typische Werte für P2 liegen im Bereich von 8 bis 20, bevorzugt im Bereich von 9 bis 18, besonders bevorzugt von 10 bis 15.
Gute Erfahrungen wurden beispielsweise mit 10 μm dicken aufgedruckten Silber schichten und zwischen jeweils 2,5 mm dicken Boden- und Deckenplatte im gegenseitigen Abstand von ca. 34 mm mittels Glaslot eingepaßten Glaskugeln gemacht. Aus diesen Werten resultieren T. = 340 mm μm und P2=13,6.
Wie bereits erwähnt, ist es vor dem Hintergrund der Gefahr der -Rißbildung im Prinzip vorteilhaft, die, wegen der erforderlichen hohen Strcmtragfähig- keit ebenfalls erforderlichen großen Querschnittsflächen der Leiterbahnen, statt hauptsächlich mittels großer Dicke, auch mittels entsprechender Breite der Leiterbahnen zu realisieren. Insbesondere wenn Elektroden sowohl auf der Boden- als auch auf der Deckenplatte, d.h. folglich auch auf der Innen- seite der primären Leuchtfläche des Flachstrahlers angeordnet sind, läßt sich die Problematik der Abschattung durch die Leiterbahnen selbst wie folgt zumindest mildern.
Zu diesem Zweck sind die Anoden und/oder Kathoden jeweils aus zwei miteinander gekoppelten, elektrisch leitfähigen Komponenten zusammenge- setzt. Die erste Komponente ist als relativ schmaler Streifen ausgebildet, besteht dafür aber aus hochstromtragfähigem Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Gold oder Silber. Die zweite Komponente ist als gegenüber der ersten Komponente breiterer Streifen ausgeführt. Dafür ist er gezielt aus einem für sichtbare Strahlung im wesentlichen transparenten Material gewählt, z.B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO). Aufgrund der dadurch möglichen größeren Breite des Streifens, ist trotz gegebenenfalls geringerer elektrischer Leitfähigkeit eine in der Summe ebenfalls ausreichende Stromtragfähigkeit der zweiten Komponente gegeben. Beide Komponenten befinden sich miteinander in elektrischem Kontakt. Auf diese Weise ist auch eine ausreichend große Elektrodenfläche - ein wichtiger Parameter für die dielektrisch behinderte Entladung - realisiert.
In einer Variante sind die beiden Komponenten durch ein Dielektrikum voneinander galvanisch getrennt. Die Kopplung zwischen den beiden Komponenten erfolgt kapazitiv. Bevorzugt ist die zweite Komponente näher zum Innern des Entladungsgefäßes angeordnet, als die erste Komponente. Außerdem ist nur die erste Komponente als Durchführung sowie Stromzuführung nach außen weitergeführt. Die zweite Komponente dient in diesem Fall lediglich zur Vergrößerung der effektiven Elektrodenfläche innerhalb des Entladungsgefäßes.
Zumindest die Innenwandung der Deckenplatte ist mit einem Leuchtstoffgemisch beschichtet, welches im Betrieb die UV/VUV-Strahlung der Gasentladung in weißes Licht konvertiert. Um einen möglichst großen Anteil der UV/VUV-Strahlung konvertieren zu können, d.h. um den Lichtstrom zu maximieren, ist die Innenwandung des Entladungsgefäßes komplett, d.h. Deckenplatte, Rahmen und Bodenplatte mit dem Leuchtstoffgemisch beschichtet.
Die äußeren Stromzuführungen sind auf einem äußeren Rand der Boden- und/oder Deckenplatte und/oder des Rahmens angeordnet. Dazu ist oder sind gegebenenfalls die Boden- bzw. die Deckenplatte, zumindest auf den Seiten der Flachlampe, an denen die Durchführungen aus dem Inneren des Entladungsgefäßes nach außen führen, über den Rahmen hinaus verlängert. Außerhalb des Entladungsgefäßes enden die Elektrodenstreifen nach dem Durchführungsbereich in einer der Anzahl der Elektrodenstreifen entsprechenden Anzahl von äußeren Stromzuführungen. Jeder Elektrodenstreifen ist also für sich betrachtet als eine leiterbahnähnliche Struktur ausgebildet, welche jeweils die drei folgenden, funktionell unterschiedlichen Teilbereiche umfaßt: innerer Elektrodenbereich, Durchführungsbereich und äußerer Stromzuführungsbreich.
Die Verbindung der Stromzuführungen gleicher Polarität mit den beiden Polen einer Impulsspannungsquelle erfolgt beispielsweise mit -Hilfe einer geeigneten Stecker-Kabelkombination.
Zusätzlich können die Elektrodenstreifen gleicher Polarität in je eine gemeinsame, busartige äußere Stromzuführung übergehen. Im Betrieb können diese beiden äußeren Stromzuführungen direkt mit je einem Pol der Spannungsquelle verbunden werden. In diesem Fall kann auf eine spezielle Stek- ker-Kabelkombination verzichtet werden.
In einer ersten Ausführung sind die streifenartigen Elektroden nebeneinander auf der Bodenplatte angeordnet (Fall I). Dadurch ergibt sich im Betrieb eine im wesentlichen flächenartige Entladungsstruktur. Der Vorteil ist, daß Abschattungen durch die Elektroden auf der leuchtenden Deckenplatte vermieden werden. Zwischen den Kathodenstreifen sind jeweils zwei zueinander parallele Anodenstreifen, d.h. ein Anodenpaar, statt bisher ein einzelner Anodenstreifen angeordnet. Dadurch wird das eingangs geschilderte Problem behoben, daß beim zitierten Stand der Technik jeweils nur von einem von zwei benachbarten Kathodenstreifen Einzelentladungen in Rich- tung zum dazwischen liegenden einzelnen Anodenstreifen brennen.
In einer Variante sind die beiden Anodenstreifen jedes Anodenpaares in -Richtung zu ihren jeweiligen beiden Schmalseiten hin verbreitert. Entlang der Verbreiterung wird eine zunehmende elektrische Stromdichte und folglich auch eine zunehmende Leuchtdichte der Einzelentladungen erzielt. Der Vorteil ist eine relativ gleichmäßige Leuchtdichteverteilung bis zu den Rändern der Flachlampe.
Die Anodenstreifen sind bezüglich ihrer Längsachse asymmetrisch in Richtung zum jeweiligen anodischen Partnerstreifen verbreitert. Durch diese Maßnahme bleibt der jeweilige Abstand zur Nachbarkathode trotz Verbreiterung der Anodenstreifen durchgängig konstant. Folglich sind im Betrieb auch die Zündbedingungen für alle Einzelentladungen entlang der Elektro- denstreifen gleich. Somit ist sichergestellt, daß sich die Einzelentladungen entlang der gesamten Elektrodenlänge aufgereiht ausbilden (ausreichende elektrische Eingangsleistung vorausgesetzt).
Die Anodenstreifen können ebenso in -Richtung zur jeweiligen Nachbarkathode verbreitert sein, ohne daß die vorteilhafte Wirkung der Verbreiterung prinzipiell verloren ginge. Allerdings ist in diesem Fall die Verbreiterung nur relativ schwach ausgebildet. Dadurch wird verhindert, daß sich die Entladungen ausschließlich an der Stelle der größten Breite des Anodenstreifens, d.h. an der Stelle der in diesem Fall kürzesten Schlagweite, ausbilden. Die Verbreiterung ist deutlich kleiner als die Schlagweite, typisch etwa ein Zehntel der Schlagweite. Ferner können beide VerbreiteruiTgsvarianten auch kombiniert sein, d.h. die Verbreiterung ist dann sowohl in Richtung zum jeweiligen Anodenpartner streifen als auch zur Nachbarkathode ausgebildet.
Die Elektrodenstruktur für eine zweiseitig behinderte Entladung ist vorzugsweise symmetrisch ausgeführt, da in diesem Fall die Polarität der Elek- troden wechselt. Folglich wirkt jede Elektrode abwechselnd als Anode bzw. Kathode. Die prinzipiellen Verhältnisse der Struktur sind in der Figur 1 schematisch dargestellt. Die gesamte leiterbahnähnliche Struktur 100 besteht aus einem ersten Teil 101 und einem zweiten Teil 102. Beide Teile 101,102 weisen die bereits beschriebenen Doppelanodenstreifen 103a und 103b bzw. 104a und 104b auf, wobei die Doppelanodenstreifen 103a,b des ersten Teils 101 und die Doppelanodenstreifen 104a,b des zweiten Teils 102 der Struktur abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Beide Teile 101,102 der Elektrodenstruktur sind mit einer dielektrischen Schicht (nicht dargestellt) bedeckt. An ihren einander wechselseitig gegenüberliegenden Enden münden die Doppelanodenstreifen 103a,b; bzw. 104a,b in busartige äußere Stromzuführungen 105; 106 ein. Im Betrieb werden die beiden äußere Stromzuführungen 105; 106 mit je einem Pol der Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.
In einer Variante für eine ein- oder zweiseitig behinderte Entladung mit unipolaren Spannungspulsen weisen die Kathodenstreifen gezielt räumlich bevorzugte Ansatzpunkte für die Einzelentladungen auf. Zur Verdeutlichung der prinzipiellen Verhältnisse ist die Elektrodenstruktur für eine Flachlampe mit einer Diagonale von 6,8" in der Figur 2 schematisch dargestellt. Die anodenseitige Struktur 107 weist die bereits mehrfach erwähnten Doppelanodenstreifen 108a und 108b auf. Den beidseitigen Abschluß der anodenseitigen Struktur 107 bildet je ein einzelner Anodenstreifen 109 und 110. Bei den Kathodenstreifen 111 der kathodenseitigen Struktur 112 sind die bevorzugten Ansatzpunkte durch nasenartige, dem jeweils benachbarten Anodenstreifen zugewandte Fortsätze 113 realisiert. Sie bewirken lokal begrenzte Verstärkungen des elektrischen Feldes und folglich, daß die del- taförmigen Einzelentladungen (nicht dargestellt) ausschließlich an diesen Stellen 113 zünden. Dadurch läßt sich im Betrieb eine gleichmäßige Vertei- lung der Einzelentladungen innerhalb des flachen Entladungsgefäßes quasi erzwingen. Ohne die Fortsätze würden sich die Einzelentladungen während des vertikalen Betriebs aufgrund der Konvektion zunehmend in den oberen Bereich der Flachlampe verschieben. Bevorzugt sind die Fortsätze zu den jeweiligen beiden Schmalseiten der streifenartigen Kathoden räumlich zu- nehmend dichter angeordnet (nicht dargestellt; vgl. Figur 3a). Der Vorteil ist wiederum eine relativ gleichmäßige Leuchtdichteverteilung bis zu den Rändern der Flachlampe, d.h. dem eingangs erwähnten Nachteils des Randabfalls der Leuchtdichte im Stand der Technik wird dadurch wirksam abgehol- fen. Die Anoden- 109a,b und Kathodenstreifen 111 münden an ihren wechselseitig gegenüberliegenden Enden in eine anodenseitige 114 bzw. katho- denseitige 115 busartige äußere Stromzuführung ein. Im Betrieb wird die anodenseitige Stromzuführung 114 mit dem Pluspol (+) und die kathoden- seitige Stromzuführung 115 mit dem Minuspol (-) einer unipolare Span- nungspulse liefernden Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.
Außerdem kann in einer Ausführung das Merkmal der Verbreiterung der Doppelanodenstreifen auch mit dem Merkmal der Verdichtung der Katho- denfortsätze kombiniert sein.
In einer weiteren Ausführung sind Anoden- und Kathodenstreifen auf ver- schiedenen Platten angeordnet (Fall II). Im Betrieb brennen die Entladungen folglich von den Elektroden der einen Platte durch den Entladungsraum hindurch zu den Elektroden der anderen Platte. Dabei sind jedem Kathodenstreifen zwei Anodenstreifen zugeordnet derart, daß im Querschnitt bezüglich der Elektroden betrachtet jeweils die gedachte Verbindung von Ka- thoden- und korrespondierenden Anodenstreifen die Form eines „V" ergibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schlagweite größer als der Abstand zwischen Boden- und Deckenplatte ist. Wie sich gezeigt hat, lassen sich mit dieser Anordnung höhere UV- Ausbeuten erzielen als wenn Anoden und Kathoden auf nur einer Platte wechselweise nebeneinander angeordnet sind. Nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis wird dieser positive Effekt verminderten Wandverlusten zugeschrieben. Vorzugsweise sind die Doppelanodenstreifen auf der primär der Lichtauskopplung dienenden Dek- kenplatte und die Kathodenstreifen auf der Bodenplatte angeordnet. Der Vorteil ist die geringe Abschattung des von der Deckenplatte emittierten Nutzlichtes, da die Anodenstreifen schmäler als die Kathodenstreifen ausgeführt sind.
Bei der Typ-II-Flachlampe lassen sich die zuvor erläuterten zweiteiligen Elektroden mit besonderem Nutzen zur Verminderung des Abschattungsef- fekts verwenden. Zu diesem Zweck sind vorteilhaft zumindest die Anodenstreifen jeweils aus einer schmalen hochstromtragfähigen und einer breiten transparenten Komponenten zusammengesetzt.
Außerdem ist es auch für den Fall II vorteilhaft, wenn die Kathodenstreifen wie im Fall I Fortsätze aufweisen. Für einen möglichst geringen Randabfall der Leuchtdichte ist zudem eine Verdichtung dieser Fortsätze und/oder eine
Verbreiterung der Anodenstreifen zum Rand der Flachlampe hin vorteilhaft.
Ferner ist es vorteilhaft auf die Bodenplatte eine lichtreflektierende Schicht, z.B. Al2Oa und/oder Ti02 , aufzubringen. Dadurch wird verhindert, daß ein Teil des weißen Lichtes, welches von der Leuchtstoffschicht durch die Kon- vertierung der UV/VUV-Strahlung emittiert wird, durch die Bodenplatte transmitiiert wird und für die Nutzrichtung durch die Bodenplatte verloren geht.
Im Innern des Entladungsgefäßes befindet sich ein Edelgas, vorzugsweise Xenon und eventuell ein oder mehrere Puffergase, z.B. Argon oder Neon. Der Innendruck beträgt typisch ca. 10 kPa bis ca. 100 kPa.
Insbesondere für relativ große Flachlampen ist es unter Umständen angebracht, Kugeln aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. Glas, als Abstandshalter bzw. Stützstellen zwischen Boden- und Deckenplatte einzubringen. Dadurch erhöht sich die mechanische Stabilität und vermindert sich die Implosionsgefahr aufgrund des Druckunterschieds zwischen innen und außen. Es ist zweckmäßig, die Kugeln mittels Lot zu fixieren. Außerdem ist es vorteilhaft, auch die Stützstellen mit einer Reflexions- und einer Leucht- stoffschicht zu versehen, um die Leuchtdichte der Flachlampe zu maximie- ren.
Außerdem wird Schutz für ein Beleuchtungssystem beansprucht, welches aus der vorgenannten neuen Flachlampe und einer Impulsspannungsquelle besteht.
Das erfindungs gemäße Beleuchtungssystem wird durch eine Impulspan- nungsquelle komplettiert, deren Ausgangspole mit den äußeren Stromzu- führungen der Elektroden des Entladungsgefäßes verbunden sind und die im Betrieb eine Folge von Spannungspulsen liefert. Eine geeignete Schal- tungsanordnung zum Erzeugen unipolare Impulsspannungsfolgen ist in der deutschen Patentanmeldung P 195 48 003.1 beschrieben. Das Beleuchtungssystem kann auch mit unipolaren und bipolaren Impulsspannungen betrieben werden, wie sie z.B. von der in der WO96/05653 offenbarten Schaltung erzeugt werden.
Ferner wird Schutz für eine Flüssigkristallanzeige- Vorrichtung beansprucht, welche das vorgenannte Beleuchtungssystem als Hintergrundbeleι:chtung für die Flüssigkristallanzeige verwendet.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung wiederum verwendet dieses Beleuchtungssytem als -Hintergrundbeleuchtung für die Flüs- sigkristallanzeige. Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung eine Aufnahme, in der die Flüssigkristallanzeige inklusive Steuerelektronik zum Ansteuern der Flüssigkristallanzeige sowie das Beleuchtungssytem angeordnet sind. Das Beleuchtungssytem und die Flüssigkristallanzeige sind dabei so zueinander orientiert, daß die Deckenplatte der Flachlampe des Beleuch- tungssytems die Hinterseite der Flüssigkristallanzeige beleuchtet. Optional ist zwischen der Flachlampe und der Flüssigkristallanzeige ein optischer Diffusor angeordnet. Er dient dazu, Ungleichmäßigkeiten der Flächen- leuchtdichte der Flachlampe zu glätten. Dies ist insbesondere bei großflächigen Anzeigen vorteilhaft, um Abschattungen durch die als Stützstellen fungierenden Glaskugeln auszugleichen. Ferner sind optional zwischen der Flachlampe und der Flüssigkristallanzeige bzw. gegebenenfalls zwischen dem Diffusor und der Flüssigkristallanzeige sogenannte Lichtverstärkungsfolien, auch als BEF (Brightness Enhancement Film) bekannt, angeordnet. Sie dienen dazu, das Licht der Hintergrundbeleuchtung in einen engeren Raumwinkel zu konzentrieren und folglich die Helligkeit innerhalb des Be- trachtungswinkelbereichs zu erhöhen. Die quecksilberfreie Füllung der Flachlampe ermöglicht einen Sofortstart ohne Anlaufverhalten. Dies ermöglicht es, auch bei kurzzeitiger Nichtbenutzung der Anzeigevorrichtung, z.B. während einer Arbeitspause, die Flachlampe auszuschalten und folglich elektrische Energie einzusparen. Vorteilhaft ist außerdem, daß die vorgeschlagene Flüssigkristallanzeige- Vorrichtung ohne äußere Reflektoren und Lichtleiteinrichtungen auskommt, wodurch sich die Anzahl der Komponenten und folglich die Systemkosten reduzieren.
Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur für eine zweiseitig behinderte Entladung,
Figur 2 die prinzipiellen Verhältnisse der Elektrodenstruktur für eine vorzugsweise mit unipolaren Spannungspulsen zu betreibende Flachlampe mit einer Diagonale von 6,8", Figur 3a eine schematische Darstellung einer teilweise durchbrochenen Draufsicht einer erfindungsgemäßen Flachlampe mit auf der Bodenplatte angeordneten Elektroden,
Figur 3b eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Flachlampe aus Figur 3a.
Figur 4 die Schnittdarstellung der Durchführung einer Doppelanode,
Figur 5 eine Flachlampe mit Impulsspannungs quelle,
Figur 6a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Flachlampe mit sowohl auf der Boden- als auch auf der Deckenplatte angeord- neten Elektroden,
Figur 6b eine Teilschnittdarstellung einiger Durchführungen der Flachlampe aus Figur 6a,
Figur 7 eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigevorrichtung einschließlich Flachlampe.
Figur 8a eine schematische Darstellung einer teilweise durchbrochenen Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Flachlampe mit auf der Bodenplatte angeordneten Elektroden,
Figur 8b eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Flachlampe aus Figur 8a,
Figur 9 eine Teilschnittdarstellung einer Flachlampe mit zweiteiligen Anoden.
Die Figuren 3a, 3b zeigen in schematischer Darstellung eine Draufsicht bzw. Seitenansicht einer flachen Leuchtstofflampe, die im Betrieb weißes Licht emittiert. Sie ist als -Hintergrundbeleuchtung für ein LCD (Liquid Crystal Display) konzipiert.
Die Flachlampe 1 besteht aus einem flachen Entladungsgefäß 2 mit rechtek- kiger Grundfläche, vier streifenartigen metallischen Kathoden 3,4 (-) sowie dielektrisch behinderten Anoden (+), wovon drei als längliche Doppelanoden 5 und zwei als einzelne streifenartigen Anoden 6 ausgebildet sind. Das Entladungsgefäß 2 besteht seinerseits aus einer Bodenplatte 7, einer Deckenplatte 8 und einem Rahmen 9. Bodenplatte 7 und Deckenplatte 8 sind jeweils mittels Glaslot 10 mit dem Rahmen 9 gasdicht verbunden derart, daß das Innere 11 des Entladungsgefäßes 2 quaderförmig ausgebildet ist. Die Bodenplatte 7 ist größer als die Deckenplatte 8 derart, daß das Entladungsgefäß 2 einen umlaufenden freistehenden Rand aufweist. Die Innenwandung der Deckenplatte 8 ist mit einem Leuchtstoffgemisch beschichtet (in der Darstellung nicht sichtbar), welches die von der Entladung erzeugte UV/VUV-Strahlung in sichtbares weißes Licht konvertiert. Es handelt sich dabei um einen Dreibandenleuchtstoff mit der Blaukomponente BAM (BaMgAlιoOi7- Eu2+), der Grünkomponente LAP (LaPO^ [Tb3+, Ce3+]) und der Rotkomponente YOB ([Y, Gd]Bθ3: Eu3+). Der Durchbruch in der Deckenplatte 8 dient lediglich darstellerischen Zwecken und gibt den Blick auf einen Teil der Kathoden 3,4 und Anoden 5,6 frei.
Die Kathoden 3,4 und Anoden 5,6 sind abwechselnd und parallel auf der -[nnenwandung der Bodenplatte 7 angeordnet. Die Anoden 6,5 und Kathoden 3,4 sind jeweils an ihrem einen Ende verlängert und auf der Bodenplatte 7 aus dem Innern 11 des Entladungsgefäßes 2 beidseitig nach außen ge- führt derart, daß die zugehörigen anodischen 12 bzw. kathodischen Durchführungen auf zueinander entgegengesetzten Seiten der Bodenplatte 7 angeordnet sind. Auf dem Rand der Bodenplatte 7 gehen die Elektrodenstreifen 3,4,5,6 jeweils in kathodenseitige 13 bzw. anodenseitige 14 äußere Stromzuführung über. Die äußeren Stromzuführungen 13,14 dienen als Kontakte für die Verbindung mit vorzugsweise einer elektrischen Impulsspannungsquelle (nicht dargestellt). Die Verbindung mit den beiden Polen einer Spannungsquelle geht üblicherweise wie folgt von statten. Zunächst werden die einzelnen anodischen und kathodischen Stromzuführungen jeweils unter- einander verbunden, z.B. mittels je eines geeigneten Steckverbinders (nicht dargestellt) inklusive Verbindungsleitungen. Schließlich werden die beiden gemeinsamen anodischen bzw. kathodischen Verbindungsleitungen mit den zugehörigen beiden Polen der Spannungsquelle verbunden.
Im Innern 11 des Entladungsgefäßes 2 sind die Anoden 5,6 vollständig mit einer Glasschicht 15 bedeckt, deren Dicke ca. 250 μm beträgt.
Die beiden Anodenstreifen 5a,5b jedes Anodenpaares 5 sind in Richtung zu den beiden Rändern 16,17 der Flachlampe 1, die senkrecht zu den Elektrodenstreifen 3-6 orientiert sind verbreitert und zwar asymmetrisch ausschließlich in -Richtung auf den jeweiligen Partnerstreifen 5b bzw. 5a zu. Der gegenseitige größte Abstand der beiden Streifen jedes -Anodenpaares 5 beträgt ca. 4 mm, der kleinste Abstand beträgt ca. 3 mm. Die beiden einzelnen Anodenstreifen 6 sind jeweils in unmittelbarer Nähe der beiden zu den Elektrodenstreifen 3-6 parallelen Rändern 18,19 der Flachlampe 1 angeordnet.
Die Kathodenstreifen 3;4 weisen nasenartige, der jeweils benachbarten Anode 5;6 zugewandte halbkreisförmige Fortsätze 20 auf. Sie bewirken lokal begrenzte Verstärkungen des elektrischen Feldes und folglich, daß die del- taförmigen Einzelentladungen (nicht dargestellt) ausschließlich an diesen Stellen zünden und brennen. Die Fortsätze 20 der beiden Kathoden 4, die den zu den Elektrodenstreifen 3-6 parallelen Rändern 18,19 der Flachlampe 1 unmittelbar benachbart sind, sind auf den diesen Rändern 18,19 zugewandten Seiten und in Richtung zu den Schmalseiten der Elektrodenstreifen 4,5 hin dichter angeordnet als auf der der Mitte der Flachlampe 1 zuge- wandten Seite. Der Abstand zwischen den Fortsätzen 20 und dem jeweiligen unmittelbar benachbarten Anodenstreifen beträgt ca. 6 mm. Der Radius der halbkreisförmigen Fortsätze 20 beträgt ca. 2 mm.
Die einzelnen Elektroden 3-6 inklusive Durchführungen und äußere Strom- Zuführungen 13,14 sind jeweils als funktionell verschiedene Abschnitte zusammenhängender leiterb ahnähnlicher Strukturen aus Silber ausgebildet. Die Strukturen haben eine Dicke von ca. 10 μm und sind mittels Siebdruck- technik und anschließendem Einbrennen direkt auf der Bodenplatte 7 aufgebracht.
Im Innern 11 der Flachlampe 1 befindet sich eine Gasfüllung aus Xenon mit einem Fülldruck von 10 kPa.
In einer Variante (nicht dargestellt; die Ausführung entspricht qualitativ der Darstellung in Figur 2) für die Hintergrundbeleuchtung eines 15"-Monitors sind 14' Doppelanodenstreifen und 15 Kathoden abwechselnd auf der Bo- denplatte einer Flachleuchtstofflampe angeordnet. Den beidseitigen Abschluß der Elektrodenanordnung bilden je ein einzelner Anodenstreifen. Die Kathoden weisen entlang ihrer beiden Längsseiten jeweils 32 halbkreisförmige zueinander versetzt angeordnete Fortsätze auf. Die äußeren Abmessungen der Lampe betragen ca. 315 mm • 239 mm • 10 mm (Länge • Breite • Höhe). Die Wandstärke der Boden- sowie Deckenplatte beträgt jeweils ca. 2,5 mm. Der Rahmen ist aus einem Glasrohr mit einem Durchmesser von ca. 5 mm gefertigt. Zwischen Boden- und Deckenplatte sind 48 Präzisionsglaskugeln mit einem Durchmesser von 5 mm als Stützstellen äquidistant angeordnet. Die Anoden- und Kathodenstreifen münden an ihren wechselseitig gegenüberliegenden Enden in eine anodenseitige bzw. kathodenseitige busartige äußere Stromzuführung ein (vgl. auch Figur 2). Im Betrieb wird die anodenseitige Stromzuführung mit dem Plus- pol (+) und die kathodenseitige Stromzuführung mit dem Minuspol (-) einer unipolare Spannungspulse liefernden Spannungs quelle verbunden.
In Figur 4 ist schematisch ein Teil einer Schnittdarstellung entlang der Linie AA (vgl. Figur 3a) gezeigt. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugs- Ziffern versehen. Der dargestellte Teil umfaßt exemplarisch die Durchführung 12 einer Doppelanode 5. Bei den restlichen Elektroden ist der Aufbau prinzipiell ähnlich. Die beiden Durchführungsstreifen 12a,12b sind direkt auf der Bodenplatte 7 aufgebracht und außerdem vollständig mit der Glasschicht 15 bedeckt. Die Bodenplatte 7 mit der Durchführung 12 inklusive Glasschicht 15 sind wiederum mittels Glaslot 10 gasdicht mit dem Rahmen 9 verbunden. Ebenso ist die Deckenplatte 8 mittels Glaslot 10 gasdicht mit dem Rahmen 9 zum Entladungsgefäß 2 verbunden.
Zum Betreiben der Flachlampe 1 sind in Figur 5 die Kathoden 3,4 und Anoden 5,6 über die Stromzuführungen 13 bzw. 14 an je einen Pol 21,22 einer Impulsspannungsquelle 23 angeschlossen. Die Impulsspannungsquelle liefert im Betrieb unipolare Spannungspulse, welche durch Pausen voneinander getrennt sind. Eine hierfür geeignete Impulsspannungsquelle ist in der deutschen Patentanmeldung P19548003.1 beschrieben. Dabei bilden sich eine Vielzahl einzelner Entladungen (nicht dargestellt) aus, die zwischen den Fortsätzen 20 der jeweiligen Kathode 3;4 und dem entsprechenden unmittelbar benachbarten Anodenstreifen 5,6 brennen.
Die Figuren 6a und 6b zeigen in schematischer Darstellung eine Seitenansicht bzw. einen Teilschnitt senkrecht zu den Elektroden einer weiteren Variante der flachen Leuchtstofflampe aus Figur 3a. Hier sind die Kathoden 24 auf der Innenwandung der Deckenplatte 8 aufgebracht. Jeder Kathode 24 ist ein Anodenpaar 25a,25b zugeordnet derart, daß im Querschnitt der Figur 6b betrachtet jeweils die gedachte Verbindung von Kathoden 24- und korrespondierenden Anoden 25a,25b die Form eines auf dem Kopf stehenden „V" ergibt. Die ungefähren Abstände zwischen den Kathoden 24, zwischen den einzelnen Anoden 25a,25b der korrespondierenden Anodenpaare untereinander sowie jeweils zwischen den einander benachbarten korrespondierenden Anodenpaaren betragen 22 mm, 18 mm bzw. 4 mm. Die Kathoden 24 weisen jeweils entlang ihrer beiden Längsseiten und im gegenseitigen Abstand von ca. 10 mm nasenartige halbkreisförmige Fortsätze 26a,26b auf. Im Betrieb setzen an diesen Fortsätzen 26a,26b einzelne Entladungen an, die zu ihren zugehörigen Anodenstreifen 25a bzw. 25b brennen. Der dargestellte Teil umfaßt exemplarisch lediglich zwei Kathoden 24 mit ihrem jeweils zu- gehörigen Anodenpaar 25a,25b. Bei den restlichen Elektroden ist der Aufbau und die prinzipielle Anordnung gleich. Kathoden 24 und Anoden 25a,25b sind auf derselben Schmalseite der Leuchtstofflampe nach außen geführt und gehen auf dem entsprechenden Rand der Decken- 8 bzw. Bodenplatte 7 in die kathodenseitige 27 bzw. anodenseitige 14 äußere Stromzuführung über. Wie in der Schnittdarstellung (Figur 6b) zu erkennen ist, sind sowohl die Anoden 25a,25b als auch die Kathoden 24 vollständig mit einer dielektrischen Schicht 28 bzw. 29 bedeckt (zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung), die sich über die komplette Innenwandung der Boden- 7 bzw. Dek- kenplatte 8 erstreckt. Auf der dielektrischen Schicht 28 der Bodenplatte 7 ist je eine lichtreflektierende Schicht 30 aus A1203 bzw. Ti02 aufgebracht. Als letzte Schicht folgt darauf und ebenso auf der dielektrischen Schicht 29 der Deckenplatte 8 eine Leuchtstoffschicht 31 bzw. 32 aus einem BAM, LAP, YOB Gemisch.
In Figur 7 ist schematisch eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung 33 gezeigt, mit der Flachleuchtstofflampe 1 entsprechend Figur la als Hinter grundbeleuchtung für eine an sich bekannte Flüssigkristallanzeige 35. Zwischen der Flachleuchtstofflampe 1 und der Flüssigkristallanzeige 35 ist eine Streuscheibe 36 als optischer Diffusor angeordnet. Zwischen der Streuscheibe 36 und der Flüssigkristallanzeige 35 sind zwei Lichtverstärkungsfolien(BEF) 37,38 der Firma 3M angeordnet. Die FlacThleuchtstofflampe 1, die Streuscheibe 36, die beiden Lichtverstärkungsfolien 37,38 und die Flüssigkristallanzeige 35 sind in einem Gehäuse angeordnet und durch den Rahmen 39 des Gehäuses gehaltert. Auf der Außen- seite der Gehäuserückwand 40 ist ein Kühlkörper 41 angeordnet. Außerdem ist auf der Außenseite der Gehäuserückwand 40 die mit der Flachleuchtstofflampe 34 verbundene Schaltungsanordnung 23 entsprechend Figur 5 sowie eine an sich bekannte und mit der Flüssigkristallanzeige 35 verbundene Ansteuerelektronik 42 angeordnet. Für weitere Details zu einer geeigne- ten Flüssigkristallanzeige 35 mit Ansteuerelektronik 42 sei auf die EP 0 607453 verwiesen.
Die in den Figuren 8a-8b schematisch in Draufsicht sowie Seitenansicht dargestellte Flachlampe 1' unterscheidet sich von der Flachlampe 1 (Figuren 3a und 3b) lediglich in der Gestaltung der äußeren Stromzuführung 12;13. Die Durchführungen 10;11 jedes Elektrodenstreifens 3;4 sind auf dem Rand der Bodenplatte 5 zunächst weitergeführt und münden in einer kathodenseiti- gen 12 bzw. anodenseitigen 13 busartigen Leiterbahn. Die Enden (+, -) dieser Leiterbahnen 12;13 dienen als Außenkontakte für die Verbindung mit einer elektrischen Spannungs quelle (nicht dargestellt).
Die Figur 9 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung einer weiteren Variante der Flachlampe. Sie unterscheidet sich von der in der Figur 6b dargestellten im wesentlichen dadurch, daß die Anoden 25a bzw. 25b jedes Anodenpaares 25 zweiteilig ausgeführt sind. Sie bestehen jeweils aus einem schmalen Silberstreifen 25' und einem breiteren transparenten Indium-Zinn- Oxid-Streifen 25", wobei der Silberstreifen 25' in den Indium-Zinn-Oxid- Streifen 25" eingebettet ist. Auf diese Weise wird die Abschattung durch die Anoden auf der Deckenplatte vermindert, d.h. deren effektive Transparenz für das Nutzlicht erhöht. Die Erfindung ist nicht durch die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Außerdem können Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele auch kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Flachleuchtstofflampe (1) für die Hinter grundbeleuchtung mit einem zumindest teilweise transparenten und mit einer Gasfüllung gefüllten geschlossenen flachen Entladungsgefäß (2) aus elektrisch nichtleitendem Material, welches Entladungsgefäß (2) auf seiner Innenwan- düng zumindest teilweise eine Schicht eines Leuchtstoffes oder
Leuchtstoffgemisches aufweist, und mit auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes (2) angeordneten streifenartigen Elektroden (3-6), wobei zumindest die Anoden (5,6) jeweils mit einer dielektrischen Schicht (15) bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• das Entladungsgefäß (2) aus einer Bodenplatte (7), einer Deckenplatte (8) und einem Rahmen (9) besteht, wobei die Bodenplatte (7), die Deckenplatte (8) und der Rahmen (9) mittels Lot (10) gasdicht miteinander verbunden sind,
• die streifenartigen Elektroden (3-6) zusätzlich in Durchführun- gen (12) und diese in Stromzuführungen (13,14) übergehen derart, daß die Elektroden (3-6), Durchführungen (12) und äußere Stromzuführungen (13,14) als leiterbahnähnliche Strukturen (3,4,13;5,6,14) ausgebildet sind, wobei die Durchführungen durch das Lot (10) gasdicht abgedeckt nach außen geführt sind und wobei die sich unmittelbar daran anschließenden äußeren Stromzuführungen (13,14) zum Anschluß einer elektrischen Versorgungsquelle dienen.
2. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Strukturen im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm, bevor- zugt im Bereich von 5,5 μm bis 30 μm, besonders bevorzugt im Bereich von. 6 μm bis 15 μm liegt.
3. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Boden- und der Deckenplatte Abstandshalter angeordnet sind.
4. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter durch Glaskugeln realisiert sind.
5. Flachstrahler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter
Figure imgf000031_0001
dSt • dE1 im Bereich von 50 mm μm bis 680 mm μm, bevorzugt im Bereich von 100 mm μm bis 500 mm μm, besonders bevorzugt im Bereich von 200 mm μm bis 400 mm μm liegt, wobei dst den Abstand der Stützstellen zueinander bzw. zur begrenzenden Seitenwand und dE1 die Dicke der Elektrodenbahnen bezeichnen.
6. Flachstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter P2= dSt/dpj im Bereich von 8 bis 20, bevorzugt im Bereich von 9 bis 18, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 liegt, wobei dSt den Abstand der Stützstellen zueinander bzw. zur begrenzenden Seitenwand und dpl die kleinere der beiden Dicken von Boden- bzw. Deckenplatte bezeichnen.
7. Flachleuchtstofflampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenartigen Kathoden (3,4) entlang ihrer Längsseiten nasenartige Fortsätze (20) aufweisen.
8. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (20) in -Richtung zu den jeweiligen beiden Schmalseiten der streifenartigen Kathoden (4) räumlich zunehmend dichter angeordnet sind.
9. Flachleuchtstofflampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenartigen Elektroden (3-6) neben- einander auf der Innenwandung der Bodenplatte (7) des Entladungsgefäßes (2) angeordnet sind, wobei zwischen benachbarten Kathodenstreifen (3,3 bzw. 3,4) jeweils zwei Anodenstreifen (5a,5b), d.h. ein Anodenpaar (5), angeordnet ist.
10. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anodenstreifen (5a;5b) jedes Anodenpaares (5) in -Richtung zu ihren jeweiligen beiden Schmalseiten hin verbreitert sind.
11. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbreiterungen bezüglich der jeweiligen Längsachse der Strei- fen (5a;5b) asymmetrisch und ausschließlich in -Richtung zum jeweiligen Partnerstreifen (5b bzw. 5a) ausgebildet sind, so daß der jeweilige Abstand zwischen Anodenstreifen (5a,5b) und Nachbarkathodenstreifen (3) bzw. (4) durchgängig konstant ist.
12. Flachleuchtstofflampe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (24) und Anoden (25) auf unterschiedlichen Platten angeordnet sind, vorzugsweise die Anoden (25) auf der Deckenplatte (8) und die Kathoden (24) auf der Bodenplatte (7), wobei jeder Kathode (24) zwei Anoden (25a,25b) zugeordnet sind derart, daß im Querschnitt bezüglich der Elektroden be- trachtet jeweils die gedachte Verbindung von Kathode (24) und korrespondierenden Anoden (25a,25b) die Form eines gegebenenfalls auf dem Kopf stehenden „V" ergibt.
13. Flachleuchtstofflampe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden und/oder Ka- thoden jeweils aus zwei miteinander gekoppelten, elektrisch leitfähigen
Komponenten (25', 25") bestehen, wobei die erste Komponente (25') als schmaler hochstromtragfähiger Streifen und die zweite Komponen- te (25") als gegenüber der ersten Komponente (25') breiterer, für sichtbare Strahlung im wesentlichen transparenter Streifen ausgeführt sind.
14. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen erster und zweiter Komponente ein Dielektrikum befin- det und folglich die Kopplung zwischen den beiden Komponenten kapazitiv ist.
15. Flachleuchtstofflampe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur die erste Komponente als Durchführung sowie Stromzuführung nach außen weitergeführt ist und die zweite Komponente lediglich zur Vergrößerung der effektiven Elektrodenfläche innerhalb des Entladungsgefäßes dient.
16. Flachleuchtstofflampe einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenwandung der Bodenplatte (7), dem Rahmen (9) und den Abstandshaltern eine Reflexions- schicht für Licht aufgebracht ist.
17. Flachleuchtstofflampe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die äußeren Stromzuführungen derart ausgebildet sind, daß die Durchführungen (12) der Kathoden (3,4) und Anoden (5,6) in eine kathoden- bzw. anodenseitige busartige Leiter- bahn (13;14) münden.
18. Beleuchtungssystem mit einer Flachleuchtstofflampe (1) und mit einer mit der Flachleuchtstofflampe (1) elektrisch leitend verbundenen elektrischen Spannungsquelle (23), die geeignet ist, im Betrieb durch Pausen voneinander getrennte Wirkleistungspulse in die Flachleucht- stofflampe (1) einzukoppeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachleuchtstofflampe (1) Merkmale eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
19. Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung (33) mit einer Flüssigkristallanzeige (35), einer Ansteuerelektronik (42) zum Ansteuern der Flüssigkristallanzeige (35), einem Beleuchtungssystem als Hintergrundbeleuchtung für die Flüssigkristallanzeige (35) sowie einer Aufnahme (39), in der die Flüssigkristallanzeige (35) mit der Ansteuerelektronik (42) und dem Beleuchtungssystem angeordnet sind, gekennzeichnet durch das Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 18.
20. Flüssigkristallanzeige- Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flachlampe (1) und Flüssigkristallanzei- ge (35) mindestens ein optischer Diffusor (36) angeordnet ist.
21. Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flachlampe (1) und Flüssigkristallanzeige (35) mindestens eine Lichtverstärkungsfolie (37,38) BEF (Brightness Enhancement Film) angeordnet ist.
22. Flüssigkristallanzeige- Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flachlampe und Flüssigkristallanzeige zunächst ein erster optischer Diffusor, danach eine Lichtverstärkungsfolie und schließlich ein zweiter optischer Diffusor angeordnet sind.
PCT/DE1998/000827 1997-03-21 1998-03-20 Flachleuchtstofflampe für die hintergrundbeleuchtung und flüssigkristallanzeige-vorrichtung mit dieser flachleuchtstofflampe WO1998043277A2 (de)

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US09/180,861 US6034470A (en) 1997-03-21 1998-03-20 Flat fluorescent lamp with specific electrode structuring
EP98925418A EP0912991B1 (de) 1997-03-21 1998-03-20 Flachleuchtstofflampe für die hintergrundbeleuchtung und flüssigkristallanzeige-vorrichtung mit dieser flachleuchtstofflampe
DE59810890T DE59810890D1 (de) 1997-03-21 1998-03-20 Flachleuchtstofflampe für die hintergrundbeleuchtung und flüssigkristallanzeige-vorrichtung mit dieser flachleuchtstofflampe
CA002256346A CA2256346C (en) 1997-03-21 1998-03-20 Flat fluorescent light for background lighting and liquid crystal display device fitted with said flat fluorescent light
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