WO1999066537A2 - Entladungslampe mit dielektrisch behinderten elektroden - Google Patents

Entladungslampe mit dielektrisch behinderten elektroden Download PDF

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WO1999066537A2
WO1999066537A2 PCT/DE1999/001421 DE9901421W WO9966537A2 WO 1999066537 A2 WO1999066537 A2 WO 1999066537A2 DE 9901421 W DE9901421 W DE 9901421W WO 9966537 A2 WO9966537 A2 WO 9966537A2
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discharge
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dielectric layer
discharge lamp
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Michael Seibold
Michael Ilmer
Angela Eberhardt
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/245—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps
    • H01J9/247—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps specially adapted for gas-discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • discharge lamp here encompasses sources of electromagnetic radiation based on gas discharges.
  • the spectrum of the radiation can encompass both the visible range and the UV (ultraviolet) / VUV (vacuum ultraviolet) range and the IR (infrared) range.
  • a phosphor layer can also be provided for converting invisible radiation into visible radiation.
  • dielectric impeded electrodes These are discharge lamps with so-called dielectric impeded electrodes.
  • the dielectrically impeded electrodes are typically implemented in the form of thin metallic strips, at least some of which are arranged on the inner wall of the discharge vessel. At least some of these inner wall electrodes are completely covered with a dielectric barrier layer in relation to the inside of the discharge vessel.
  • a so-called unilaterally dielectric discharge is formed in preferably unipolar operation.
  • all electrodes, ie both polarities, covered with a dielectric barrier layer are all electrodes, ie both polarities, covered with a dielectric barrier layer, a bilaterally dielectric discharge is formed in both unipolar and bipolar operation.
  • At least one further functional layer is applied to the dielectric barrier layer and generally also to other parts of the inner wall of the discharge vessel, e.g. a layer of a phosphor or phosphor mixture and / or one or more reflection layers for visible radiation (light) and / or UV radiation.
  • the purpose of the reflective layer is to bring visible light to the outside, i.e. only in a certain preferred direction of the lamp.
  • the geometric shape of the discharge vessel is not subject to any particular restrictions. .
  • trough-shaped or flat discharge vessels are common, the latter being u.a. Suitable as so-called flat lamps for the backlighting of liquid crystal screens (LCD).
  • LCD liquid crystal screens
  • the starting materials for both the reflector and the phosphor layer or layers are initially in the form of a powder with a suitable grain size. These powders are then applied as a suspension, usually with an organic binder, in a defined layer thickness to the inner wall of the lamp or to the other functional layers previously applied, for example electrodes and dielectric barrier layer.
  • the layer thickness of the reflector or phosphor layer is controlled via the viscosity of the suspension, adapted to the respective coating process.
  • the reflector and / or phosphor layer is present as a porous powder layer or layers.
  • the closed nature of the reflector and / or fluorescent layer and its mechanical adhesion which decreases with increasing layer thickness, is an important prerequisite for achieving an optimal conversion of UV light into visible light.
  • the dielectric barrier layer usually consists of glass frits, preferably lead borosilicate glass (Pb-B-Si-0).
  • the discharge vessels of which each consist of an essentially planar base glass, such a front glass and optionally a frame the base glass is provided with a so-called solder rim, which likewise consists of a glass frit, preferably Pb-B-Si-0.
  • This solder edge has the task of connecting the components of the discharge vessel (base glass, frame, front glass) in a vacuum-tight manner during the joining process. In this joining process, a temperature treatment takes place, in which the solder edge is defined as "melted", i. H. a defined viscosity is achieved.
  • the layer which is arranged substantially immediately below the phosphor or reflection layer of the discharge lamp consists of a glass solder, the viscosity profile of which is irreversible with respect to the temperature. This feature is explained in more detail below. For the sake of simplicity, this layer is also referred to below as a “load-bearing” layer or “anti-ice floe layer”.
  • essentially immediately below the fluorescent or reflection layer of the discharge lamp means that there should be as far as possible no further layer between the “supporting” layer and the porous fluorescent or reflective layer, at most only a very thin layer.
  • the highest permissible The thickness of an additional layer depends on the condition that the porous phosphor or reflection layer arranged directly above does not tear open when the lamp is heated (heating, joining process, etc.) due to excessive "movement" due to the softening of the additional layer may. Depending on the nature and composition, the thickness of an additional layer should not exceed 100 ⁇ m, better 50 ⁇ m, typically 10 ⁇ m, ideally 5 ⁇ m.
  • the "load-bearing" layer is preferably immediately below the phosphor or reflection layer arranged, ie without any additional layer between the "supporting" layer and the phosphor or reflection layer.
  • This “load-bearing” layer (“anti-ice floe layer”) can be realized either by the barrier layer itself acting as a dielectric barrier for the discharge or by an intermediate layer arranged between the dielectric barrier layer on the one hand and the reflection and / or phosphor layer on the other hand.
  • This intermediate layer should cover at least the entire dielectric barrier layer, but can also be applied “over the entire area”. For the effect according to the invention, it has proven sufficient if the thickness of this “load-bearing” intermediate layer is of the order of magnitude of approximately 10 ⁇ m or more.
  • the typically pasty system is applied by standard methods such as spraying, dispensing, rolling, screen or stencil printing, etc.
  • the dielectric barrier layer can be applied in strips to the individual electrodes (for one-sided and two-sided dielectric impediment) or - in the case of double-sided dielectric barrier discharge - "over the entire surface" by means of a single coherent barrier layer that covers all internal wall electrodes.
  • the choice of the appropriate thickness The barrier layer is essentially determined by discharge physical requirements and is typically in the order of magnitude of 10 ⁇ m to several hundred ⁇ m, in particular between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m, typically between 80 ⁇ m and 180 ⁇ m.
  • the thickness of the barrier layer (s) for anodes or cathodes can also be selected differently, with unipolar pulse operation (WO94 / 23442) the barrier layer for the anodes being preferably thicker than that for the cathodes, although the layer thicknesses can also be the same his.
  • the advantage of the first solution, ie the dielectric barrier layer is at the same time designed as a “supporting” layer (“anti-ice floe layer”), consists essentially in the fact that no additional manufacturing or printing step is required.
  • the solution with the additional intermediate layer offers an additional degree of freedom for the targeted material selection of the dielectric barrier layer, in particular with regard to the dielectric and electrical properties influencing the discharge.
  • the behavior of the glass solders usually used as a supporting glass layer for the porous layers will be explained first. Normally, even with Pb-B-Si-O glasses, the viscosity decreases with increasing temperature. This behavior is reproducible if the temperature was not so high that devitrification is already taking place. Reproducible means that the temperature range in which the glass softens at a defined viscosity, also with repetitions, i.e. after appropriate previous cooling, is almost constant.
  • the glass solders proposed according to the invention do not show this behavior. Rather, their viscosity curve is irreversible with respect to temperature. Initially, the viscosity drops with increasing temperature. After that, however, the viscosity increases again, even if the temperature continues to rise.
  • Bismuth borosilicate glass (Bi-B-Si-0) has proven to be a particularly suitable crystallizing glass solder.
  • Other suitable crystallizing glass solders are, for example, zinc bismuth borosilicate glass (Zn-Bi-B-Si-0) and zinc borosilicate glass (Zn-B-Si-0).
  • FIG. 1 a shows a schematic representation of a partially broken top view of a flat discharge lamp according to the invention with electrodes arranged on the base plate,
  • FIG. 1b shows a schematic illustration of a side view of the flat lamp from FIG.
  • FIG. 1 c shows a partial sectional illustration of the flat lamp from FIG. 1 a along the line AA
  • FIG. 2 shows a partial sectional illustration of a variant of the flat lamp from FIG. 1 a along the line AA
  • Figures la, lb and lc show a schematic representation of a top view, a side view and a partial section along the line AA of a flat fluorescent lamp which emits white light during operation. 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, four strip-like metallic cathodes 3, 4 (-) and 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 front plate 8 and a frame 9. Base plate 7 and front 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 front plate 8 in such a way that the discharge vessel 2 has a peripheral free-standing edge.
  • the breakthrough in the front 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 are guided on the base plate 7 from the inside 11 of the discharge vessel 2 to the outside on both sides.
  • the electrode strips 3, 4, 5, 6 merge into a cathode-side 13 and anode-side 14, bus-like external power supply.
  • the two outer power supply lines 13, 14 serve as contacts for the connection to an electrical supply source (not shown).
  • the electrodes 3-6 are completely covered with a sintered glass ceramic layer 61 made of Bi-B-Si-O (cf. FIG.
  • the thickness of which is approximately 250 ⁇ m. On the one hand, this layer counteracts the "formation of ice floes".
  • the sintered glass ceramic layer 61 simultaneously acts as a dielectric barrier layer for all electrodes 3-6. It is therefore a dielectric barrier on both sides.
  • a reflector layer 62 is formed on the sintered glass ceramic layer 61 A thickness of about 4 ⁇ m is applied to TiO 2.
  • a layer of phosphor mixture 63 is in turn applied to the reflector layer 62 and to the inner wall of the front plate 8 (the layers are not shown in FIG. which converts the UV / VUV radiation generated by the discharge into visible white light, a three-band phosphor with the blue component BAM (BaMgAl!
  • the thickness of the phosphor mixture layer 63 is approximately 30 ⁇ m.
  • the electrodes 3-6 including feedthroughs and external power supply lines 13, 14 are each formed as a coherent, cathode- or anode-side, conductor track-like, layer-like structure. These two layer-like structures and the subsequent other functional layers - dielectric barrier layer 61, reflection layer 62 and phosphor layer 63 are applied directly to the base plate 7 or front plate 8 by means of screen printing technology.
  • the base plate 7 is fused to the frame 9 and this in turn to the front plate 8 using glass solder 10 to form the complete flat lamp 1.
  • the joining process takes place, for example, in a vacuum oven.
  • the interior 11 of the flat lamp 1 is filled with xenon with a filling pressure of 10 kPa.
  • the two anode strips 5a, 5b of each anode pair 5 are widened in the direction of the two edges 15, 16 of the flat lamp 1, which are oriented perpendicular to the electrode strips 3-6, and asymmetrically exclusively in the direction of the respective partner strips 5b and 5a to.
  • 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 17, 18 of the flat lamp 1 which are parallel to the electrode strips 3-6.
  • the cathode strips 3; 4 have nose-like, semi-circular extensions 19 facing the respectively adjacent anode 5; 6. They cause locally limited amplifications of the electric field and consequently that the delta-shaped individual discharges that arise during operation according to WO 94/23442 (not shown in FIG. 1 a) ignite only at these points.
  • the distance between the extensions 19 and the respective immediately adjacent anode strip is approximately 6 mm.
  • the radius of the semicircular extensions 19 is approximately 2 mm.
  • Figure 2 shows a partial sectional view of a variant of the flat lamp from Figure la along the line AA. Identical features are provided with the same reference symbols.
  • an additional 12 ⁇ m thick intermediate layer 64 made of Bi-B-Si-O is arranged between the dielectric barrier layer 61 ′ and the reflection layer 62.
  • the dielectric barrier layer 61 'here consists of lead borosilicate glass.
  • the function of the crystallizing layer, which prevents the "formation of ice floes" is thus taken over by the intermediate layer 64.
  • a further reflection layer made of Al 2 O 3 is arranged between the TiO 2 layer and the phosphor layer. In this way the reflection effect is improved.
  • the thickness of the Al 2 O 3 layer is approximately 5 ⁇ m.
  • the layers shown schematically in FIGS. 1c and 2 do not necessarily have to be extended over the entire surface of the base plate. It is only essential that at least the respective electrode in question is completely covered with the corresponding layers. In the case of one-sided dielectric disability, only the electrodes of one polarity, preferably the anodes, are covered with a “load-bearing” dielectric layer.
  • the individual layers do not necessarily have to be completely flat, as is shown in a simplified manner in FIGS. 1c and 2. Rather, the individual layers, in particular the very thin layers, can also be uneven in practice. This is particularly evident when one or more layers are thinner than the electrodes and the layer (s) consequently still clearly show the surface shape of the base plate with the electrodes.
  • it is a tubular aperture lamp.
  • the main difference is that of the Flat lamp from Figure 1 in the manufacturing process matched to the changed vessel shape.
  • the phosphor is applied to the inner wall or the functional layers previously arranged thereon by means of slurries.
  • the basic sequence and function of the individual functional layers, in particular the effect according to the invention of the “load-bearing” layer, which prevents “ice floe formation”, correspond to that from FIG. 1.

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Abstract

Eine Entladungslampe, geeignet für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung, mit auf der Wand des Entladungsgefäßes angeordneten Elektroden weist mindestens eine dielektrische Schicht auf, die zumindest einen Teil der Elektroden und optional zusätzlich der Entladungsgefäßwand bedeckt. Auf der mindestens einen dielektrischen Schicht ist eine Leuchtstoff- und/oder Reflexionsschicht angeordnet. Erfindungsgemäß besteht zumindest die unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- bzw. Reflexionsschicht angeordnete dielektrische Schicht aus einem Glaslot, dessen Viskositätsverlauf bezüglich der Temperatur irreversibel ist, insbesondere aus einer Sinterglaskeramik. Dadurch wird verhindert, daß diese Schicht während des Fertigungsprozesses erneut aufschmilzt und dadurch die darüberliegenden porösen Reflektor- und/oder Leuchtstoffschichten aufreißen.

Description

Entladungslampe mit dielektrisch behinderten Elektroden
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Begriff „Entladungslampe" umfaßt dabei Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis von Gasentladungen. Das Spektrum der Strahlung kann dabei sowohl den sichtbaren Bereich als auch den UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-Bereich sowie den IR(Infrarot)- Bereich umfassen. Ferner kann auch eine Leuchtstoffschicht zur Konvertierung unsichtbarer in sichtbare Strahlung vorgesehen sein.
Es handelt sich dabei um Entladungslampen mit sogenannten dielektrisch behinderten Elektroden. Die dielektrisch behinderten Elektroden sind typi- scherweise in Form dünner metallischer Streifen realisiert, von denen zumindest ein Teil auf der Innenwandung des Entladungsgefäßes angeordnet ist. Zumindest ein Teil dieser Innenwandungselektroden ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes mit einer dielektrischen Sperrschicht vollständig abgedeckt.
Sind nur die Elektroden einer einzigen Polarität - vorzugsweise die Anoden - mit einer dielektrischen Sperrschicht abgedeckt, bildet sich im vorzugsweisen unipolaren Betrieb eine sogenannte einseitig dielektrisch behinderte Entladung aus. Sind hingegen alle Elektroden, d.h. beiderlei Polarität, mit einer dielektrischen Sperrschicht abgedeckt, bildet sich sowohl im unipolaren als auch im bipolaren Betrieb eine zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung aus.
Auf der dielektrischen Sperrschicht und im allgemeinen auch auf weiteren Teilen der Innenwandung des Entladungsgefäßes ist mindestens eine weitere funktionelle Schicht aufgebracht, z.B. eine Schicht aus einem Leuchtstoff oder Leuchtstoff gemisch und/ oder eine oder auch mehrere Reflexionsschichten für sichtbare Strahlung (Licht) und/ oder UV-Strahlung. Die Reflexionsschicht dient dem Zweck, sichtbares Licht gezielt nach außen zu bringen, d.h. nur in einer bestimmten Vorzugsrichtung der Lampe.
Die geometrische Form des Entladungsgefäßes unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. . Gebräuchlich sind beispielsweise roln-förmige oder auch flache Entladungsgefäße, letztere sind u.a. als sog. Flachlampen zur Hinter- leuchrung von Flüssigkristallbildschirmen (LCD) geeignet.
Stand der Technik
Die Ausgangsmaterialien sowohl für die Reflektor- als auch für die Leuchtstoffschicht bzw. -schichten liegen zunächst als Pulver in geeigneter Korngröße vor. Diese Pulver werden dann als Suspension, meist mit einem organischen Binder versetzt, in definierter Schichtdicke auf die Innenwandung der Lampe bzw. auf die zuvor aufgebrachten anderen funktionellen Schich- ten, z.B. Elektroden und dielektrische Sperrschicht, aufgebracht. Die Schichtdicke der Reflektor- bzw. Leuchtstoffschicht wird über die Viskosität der Suspension gesteuert, angepaßt an das jeweilige Beschichtungsverfahren. Nach dem Trocknen und Ausheizen liegen Reflektor- und/ oder Leuchtstoffschicht als poröse Pulverschicht bzw. -schichten vor. Neben der Leuchtstoffschichtdicke, ist auch die Geschlossenheit der Reflektor- und/ oder Leuchtstoff Schicht sowie deren mechanische Haftung, die mit zunehmender Schichtdicke abnimmt, eine wichtige Voraussetzung, um eine optimale Umwandlung von UV-Licht in sichtbares Licht zu erzielen.
Die dielektrische Sperrschicht besteht üblicherweise aus Glasfritten, vorzugsweise Bleiborsilikatglas (Pb-B-Si-0).
Bei Flachlampen, deren Entladungsgefäße jeweils aus einem im wesentlichen planen Grundglas, einem eben solchen Frontglas und optional einem Rahmen bestehen, wird das Grundglas mit einem sogenannten Lotrand verse- hen, der ebenfalls aus einer Glasfritte, vorzugsweise Pb-B-Si-0 besteht. Dieser Lotrand hat die Aufgabe, die Bestandteile des Entladungsgefäßes (Grundglas, Rahmen, Frontglas) beim Fügevorgang vakuumdicht zu verbinden. Bei diesem Fügevorgang erfolgt eine Temperaturbehandlung, bei der der Lotrand definiert "aufgeschmolzen", d. h. eine definierte Viskosität erreicht wird.
Die Aufbringung von Reflektor- und/ oder Leuchtstoff schichten erfolgt meist vor diesem Fügeprozeß. Dadurch wird bei der Fügetemperatur neben dem Lotrand auch die dielektrische Sperrschicht wieder niederviskos. Dadurch wiederum reißen die darüberliegenden porösen Reflektor- und/ oder Leuchtstoffschichten durch die "Bewegung" in der dielektrischen Sperrschicht auf ("Eisschollenbildung"). Grund hierfür ist, daß die porösen Schichten keinen Zusammenhalt besitzen und deshalb diese Bewegung nicht zerstörungsfrei mitmachen können, sondern aufreißen und/ oder sogar teilweise in die dielektrische Sperrschicht einsinken. Dadurch ist die Geschlossenheit der Reflektor- und Leuchtstoffschicht nicht mehr gegeben, was Lichtverluste zur Folge hat. Zudem sind diese "Eisschollen" beim Lampenbetrieb deutlich als Leuchtdichteinhomogenität, beispielsweise auf der Leuchtseite einer Flachlampe, erkennbar. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine hinsichtlich der Homogenität verbesserte Leuchtstoff- und/ oder Reflexionsschicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß besteht diejenige Schicht, welche im wesentlichen unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- oder Reflexionsschicht der Entladungslam- pe angeordnet ist, aus einem Glaslot, dessen Viskositätsverlauf bezüglich der Temperatur irreversibel ist. Dieses Merkmal ist weiter unten näher erläutert. Der Einfachheit halber wird diese Schicht im folgenden auch als „tragende" Schicht oder „Anti-Eisschollenschicht" bezeichnet.
Im wesentlichen unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- oder Reflexions- Schicht der Entladungslampe bedeutet in diesem Zusammenhang, daß zwischen der „tragenden" Schicht und der porösen Leuchtstoff- bzw. Reflexionsschicht möglichst keine weitere Schicht sein sollte, allenfalls nur noch eine sehr dünne. Die höchste zulässige Dicke einer zusätzlichen Schicht richtet sich nach der Bedingung, daß die unmittelbar darüber angeordnete porö- se Leuchtstoff- bzw. Reflexionsschicht beim Erwärmen der Lampe (Ausheizen, Fügevorgang etc.) nicht durch zu starkes „Bewegen" aufgrund des Er- weichens der zusätzlichen Schicht aufreißen darf. Je nach Beschaffenheit und Zusammensetzung sollte die Dicke einer zusätzlichen Schicht 100 μm, besser 50 μm, typischerweise 10 μm, idealerweise 5 μm nicht übersteigen. Bevorzugt ist die „tragende" Schicht allerdings unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- oder Reflexionsschicht angeordnet, d.h. ohne jegliche zusätzliche Schicht zwischen „tragender" Schicht und Leuchtstoff- bzw. Reflexionsschicht.
Diese „tragende" Schicht („Anti-Eisschollenschicht") kann entweder durch die für die Entladung als dielektrische Behinderung wirkende Sperrschicht selbst oder durch eine zwischen dielektrischer Sperrschicht einerseits und Reflexions- und/ oder Leuchtstoff Schicht andererseits angeordneten Zwischenschicht realisiert sein.
Diese Zwischenschicht sollte mindestens die gesamte dielektrische Sperrschicht abdecken, kann aber auch „ganzflächig" aufgebracht werden. Für die erfindungsgemäße Wirkung hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn die Dicke dieser „tragenden" Zwischenschicht in der Größenordnung von ca. 10 μm oder mehr beträgt. Die Aufbringung des typischerweise pastösen Systems erfolgt durch Standardverfahren wie Sprühen, Dispensen, Walzen, Sieb- oder Schablonendruck usw..
Die dielektrische Sperrschicht kann sowohl streifenförmig auf die einzelnen Elektroden aufgebracht sein (für einseitige und zweiseitige dielektrische Behinderung) als auch - im Falle der zweiseitig dielektrisch behinderten Entladung - „ganzflächig" mittels einer einzigen zusammenhängenden Sperrschicht, die sämtliche Innenwandungselektroden überdeckt. Die Wahl der geeigneten Dicke der Sperrschicht wird im wesentlichen von entladungsphysikalischen Anforderungen bestimmt und liegt typischerweise in der Größenordnung von 10 μm bis mehreren hundert μm, insbesondere zwischen 50 μm und 200 μm, typischerweise zwischen 80 μm und 180 μm. Außerdem kann - im Falle der zweiseitig dielektrisch behinderten Entladung - die Dik- ke der Sperrschicht(en) für Anoden bzw. Kathoden auch unterschiedlich gewählt werden. Bevorzugt ist bei unipolarem Impulsbetrieb (WO94/ 23442) die Sperrschicht für die Anoden dicker als jene für die Kathoden, allerdings können die Schichtdicken auch gleich sein. Der Vorteil der ersten Lösung, d.h. die dielektrische Sperrschicht ist gleichzeitig als „tragende" Schicht („Anti-Eisschollenschicht") ausgeführt, besteht im wesentlichen darin, daß kein zusätzlicher Fertigungs- bzw. Druckschritt erforderlich ist. Die Lösung mit der zusätzlichen Zwischenschicht bietet hin- gegen einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die gezielte Materialauswahl der dielektrischen Sperrschicht, insbesondere im Hinblick auf die die Entladung beeinflussenden dielektrischen sowie elektrischen Eigenschaften.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst das Verhalten der üblicherweise als tragende Glasschicht für die porösen Schichten verwendeten Glaslote erläutert. Normalerweise, so auch bei Pb-B-Si-O-Gläsern sinkt die Viskosität mit steigender Temperatur. Dieses Verhalten ist reproduzierbar, sofern die Temperatur nicht so hoch war, daß bereits eine Entglasung stattfindet. Reproduzierbar heißt, daß der Temperaturbereich in dem das Glas bei definierter Viskosität erweicht, auch bei Wiederholungen, d.h. nach jeweils entsprechender vorheriger Abkühlung, nahezu konstant ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Glaslote zeigen dagegen dieses Verhalten nicht. Vielmehr ist deren Viskositätsverlauf bezüglich der Temperatur irreversibel. Hier sinkt zwar anfangs die Viskosität mit steigender Temperatur. Danach findet aber - auch bei weiter steigender Temperatur - wieder eine Viskositätserhöhung statt.
Dieses Verhalten der Viskosität bezüglich der Temperatur zeigen insbesondere auch an sich bekannte kristallisierende Glaslote, deren Verwendung als Schicht, welche unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- oder Reflexionsschicht der Entladungslampe angeordnet ist, erfindungsgemäß vorgeschla- gen wird. Die erwähnte Viskositätserhöhung bei gleichbleibender oder sogar steigender Temperatur wird bei kristallisierenden Glasloten durch das Einsetzen des Kristallisationsvorganges bewirkt. Durch eine definierte Temperaturführung kann zudem das Kristallwachstum sowie der Phasenbestand und die Kristallitgröße gesteuert werden. Die auf diese Weise erzielte sogenannte Sinterglaskeramik zeichnet sich dadurch aus, daß sie bei einer nachfolgenden Temperaturbehandlung jetzt erst bei höheren Temperaturen, typisch ca. 50 - 100°C und mehr höhere Temperaturen, zu erweichen beginnt.
Dies schafft die Voraussetzung, um eine bei Fügetemperatur feste, d.h. höherviskose, „tragfähige" Schicht zu erhalten, auf die die porösen Schichten aufgedruckt werden können. Durch den Einsatz solcher Sinterglaskeramikschichten erhält man, insbesondere nach dem Fügevorgang, geschlossene Refklektor- und/ oder Leuchtstoff schichten.
Als besonders geeignetes kristallisierendes Glaslot hat sich Wismutborsilikatglas (Bi-B-Si-0) erwiesen. Weitere geeignete kristallisierende Glaslote sind beispielsweise Zinkwismutborsilikatglas (Zn-Bi-B-Si-0) und Zinkborsilikatglas (Zn-B-Si-0).
Gute Ergebnisse sind auch mit bestimmten Kompositloten mit ähnlichem Viskositäts-Temperaturverhalten erzielt worden.
Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur la eine schematische Darstellung einer teilweise durchbrochenen Draufsicht einer erfindungsgemäßen, flachen Entladungslampe mit auf der Grundplatte angeordneten Elektroden,
Figur lb eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Flachlampe aus Figur la,
Figur lc eine Teilschnittdarstellung der Flachlampe aus Figur la längs der Linie AA, Figur 2 eine Teilschnittdarstellung einer Variante der Flachlampe aus Figur la längs der Linie AA,
Die Figuren la, lb und lc zeigen in schematischer Darstellung eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. einen Teilschnitt längs der Linie AA einer fla- chen Leuchtstofflampe, die im Betrieb weißes Licht emittiert. Sie ist als Hintergrundbeleuchtung für ein LCD (Liquid Crystal Display = Flüssigkristallbildschirm) konzipiert.
Die Flachlampe 1 besteht aus einem flachen Entladungsgefäß 2 mit rechtek- kiger Grundfläche, vier streifenartigen metallischen Kathoden 3,4 (-) sowie Anoden (+), wovon drei als längliche Doppelanoden 5 und zwei als einzelne streifenartige Anoden 6 ausgebildet sind. Das Entladungsgefäß 2 besteht seinerseits aus einer Grundplatte 7, einer Frontplatte 8 und einem Rahmen 9. Grundplatte 7 und Frontplatte 8 sind jeweils mittels Glaslot 10 mit dem Rahmen 9 gasdicht verbunden derart, daß das Innere 11 des Entladungsge- fäßes 2 quaderförmig ausgebildet ist. Die Grundplatte 7 ist größer als die Frontplatte 8 derart, daß das Entladungsgefäß 2 einen umlaufenden freistehenden Rand aufweist. Der Durchbruch in der Frontplatte 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 Innenwandung der Grundplatte 7 angeordnet. Die Anoden 6,5 und Kathoden 3,4 sind jeweils an ihrem einen Ende verlängert und auf der Grundplatte 7 aus dem Innern 11 des Entladungsgefäßes 2 beidseitig nach außen geführt. Auf dem Rand der Grundplatte 7 gehen die Elektrodenstreifen 3,4,5,6 in je eine kathodenseitige 13 bzw. anodenseitige 14, busartige äußere Stromzuführung über. Die beiden äußeren Stromzuführungen 13,14 dienen als Kontakte für die Verbindung mit einer elektrischen Versorgungsquelle (nicht dargestellt). Im Innern 11 des Entladungsgefäßes 2 sind die Elektroden 3-6 vollständig mit einer Sinterglaskeramikschicht 61 aus Bi-B-Si-O bedeckt (vgl. Figur lc), deren Dicke ca. 250 μm beträgt. Diese Schicht wirkt zum einen der „Eisschollenbildung" entgegen. Zum anderen wirkt die Sinterglaskeramik- schicht 61 gleichzeitig als dielektrische Sperrschicht für alle Elektroden 3-6. Es handelt sich hier also um eine beidseitig dielektrische Behinderung. Auf der Sinterglaskeramikschicht 61 ist eine Reflektorschicht 62 aus TiO2 aufgebracht, deren Dicke ca. 4 μm beträgt. Auf der Reflektorschicht 62 wiederum sowie auf der Innenwandung der Frontplatte 8 ist eine Leuchtstoffgemisch- schicht 63 aufgebracht (die Schichten sind in Figur la der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt; vgl. Figur lc), 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 (BaMgAl!0θ1 : Eu2+), der Grünkomponente LAP (LaPO_ι: [Tb3+, Ce3+]) und der Rotkomponente YOB ([Y, Gd]Bθ3: Eu3+). Die Dicke der Leuchtstoffgemischschicht 63 beträgt ca. 30 μm.
Die Elektroden 3-6 inklusive Durchführungen und äußere Stromzuführungen 13,14 sind als jeweils zusammenhängende kathoden- bzw. anodenseiti- ge, leiterbahnähnliche schichtartige Struktur ausgebildet. Diese beiden schichtartigen Strukturen sowie die darauffolgenden anderen funktioneilen Schichten - dielektrische Sperrschicht 61, Reflexionsschicht 62 sowie Leuchtstoffschicht 63 sind mittels Siebdrucktechnik direkt auf der Grundplatte 7 bzw. Frontplatte 8 aufgebracht.
Nach dem Aufbringen der Schichten 61-63 wird die Grundplatte 7 mit dem Rahmen 9 und dieser wiederum mit der Frontplatte 8 jeweils mittels Glaslot 10 zur kompletten Flachlampe 1 verschmolzen. Der Fügevorgang erfolgt beispielsweise in einem Vakuumofen. Vor dem Verschmelzen der Kompo- nenten des Entladungsgefäßes wird das Innere 11 der Flachlampe 1 mit Xenon mit einem Fülldruck von 10 kPa gefüllt.
Die beiden Anodenstreifen 5a,5b jedes Anodenpaares 5 sind in Richtung zu den beiden Rändern 15,16 der Flachlampe 1, die senkrecht zu den Elektro- denstreifen 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 Elek- trodenstreifen 3-6 parallelen Rändern 17,18 der Flachlampe 1 angeordnet.
Die Kathodenstreifen 3;4 weisen nasenartige, der jeweils benachbarten Anode 5;6 zugewandte halbkreisförmige Fortsätze 19 auf. Sie bewirken lokal begrenzte Verstärkungen des elektrischen Feldes und folglich, daß die im Betrieb gemäß WO 94/23442 entstehenden deltaförmigen Einzelentladungen (in Figur la nicht dargestellt) ausschließlich an diesen Stellen zünden. Der Abstand zwischen den Fortsätzen 19 und dem jeweiligen unmittelbar benachbarten Anodenstreifen beträgt ca. 6 mm. Der Radius der halbkreisförmigen Fortsätze 19 beträgt ca. 2 mm.
Figur 2 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer Variante der Flachlampe aus Figur la längs der Linie AA. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur Darstellung in Figur lc ist hier zwischen der dielektrischen Sperrschicht 61' und der Reflexionsschicht 62 eine zusätzliche 12 μm dicke Zwischenschicht 64 aus Bi-B-Si-O angeordnet. Die dielektrischen Sperrschicht 61' besteht hier aus Bleiborsilikatglas. Die Funktion der kristallisierenden Schicht, welche die „Eisschollenbildung" verhindert, wird hier also durch die Zwischenschicht 64 übernommen. In einer Variante (nicht dargestellt) ist zwischen der TiO2-Schicht und der Leuchtstoffschicht eine weitere Reflexionsschicht aus AI2O3 angeordnet. Auf diese Weise wird die Reflexionswirkung verbessert. Die Dicke der AI2O3- Schicht beträgt ca. 5 μm.
Im Rahmen der Erfindung sind noch weitere zusätzliche Schichten und Schichtanordnungen denkbar, ohne daß die vorteilhafte Wirkung der Erfindung verloren ginge. Wesentlich ist hier nur, daß diejenige dielektrische Schicht, deren Viskositätsverlauf bezüglich der Temperatur irreversibel ist und dadurch die „Eisschollenbildung" verhindert, unmittelbar unterhalb der Leuchtstoff- bzw. Reflexionsschicht angeordnet ist („tragende" Schicht).
An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, daß die in den Figuren lc und 2 stark schematisch dargestellten Schichten nicht notwendiger Weise über die gesamte Fläche der Grundplatte ausgedehnt sein müssen. Wesentlich ist nur, daß zumindest die jeweils betreffende Elektrode vollständig mit den entsprechenden Schichten bedeckt ist. Im Falle der einseitig dielektrischen Behinderung sind nur die Elektroden einer Polarität, bevorzugt die Anoden, mit einer „tragenden" dielektrischen Schicht bedeckt.
Ferner müssen die einzelnen Schichten nicht notwendiger Weise völlig plan sein, wie dies in den Figuren lc und 2 vereinfachend dargestellt ist. Vielmehr können die einzelnen Schichten, insbesondere die sehr dünnen Schichten, in der Praxis auch in sich uneben sein. Dies tritt besonders dann zu Tage, wenn eine oder mehrere Schichten dünner als die Elektroden sind und die Schicht(en) folglich die Oberflächenform der Grundplatte mit den Elektroden noch erkennbar abbilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) handelt es sich um eine rohrförmige Aperturlampe. Abgesehen von der unterschiedlichen Form des Entladungsgefäßes besteht der Hauptunterschied gegenüber der Flachlampe aus Figur 1 im auf die geänderte Gefäßform abgestimmten Herstellungsverfahren. Insbesondere wird der Leuchtstoff hier mittels Be- schlämmen auf die Innenwandung bzw. die zuvor darauf angeordneten funktioneilen Schichten aufgebracht. Die prinzipielle Reihenfolge sowie Funktion der einzelnen funktionellen Schichten, insbesondere die erfindungsgemäße Wirkung der „tragenden" Schicht, welche die „Eisschollenbildung" verhindert, entsprechen derjenigen aus Figur 1.

Claims

Patentansprüche
1. Entladungslampe (1), geeignet für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung, mit
• einem zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehenden Entladungsgefäß (2),
• Elektroden (3-6), die auf der Wand (7) des Entladungsgefäßes (2) angeordnet sind,
• mindestens einer dielektrischen Schicht (61; 64), die zumindest einen Teil der Elektroden (3-6) und optional zusätzlich der Entladungsgefäßwand (7) bedeckt,
• einer Leuchtstoff- (63) und/ oder Reflexionsschicht (62), welche die mindestens eine dielektrische Schicht (61; 61, 64) bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest die im wesentlichen unmittelbar unterhalb der Leuchtstoffbzw. Reflexionsschicht (62) angeordnete dielektrische Schicht (61; 64) aus einem Glaslot besteht, dessen Viskositätsverlauf bezüglich der
Temperatur irreversibel ist.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei die Erweichungstemperatur des Glaslotes (61; 64) bei wiederholter Erwärmung um mehr als ca. 25°C höher liegt, als die Erweichungstemperatur des Glaslotes beim er- sten Auf schmelzprozeß.
3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glaslot (61; 64) aus einem kristallisierenden Glaslot (Sinterglaskeramik) besteht.
4. Entladungslampe nach Anspruch 3, wobei die Sinter glaskeramik (61; 64) aus Bi-B-Si-O besteht. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glaslot (61; 64) aus einem Komposit-Glaslot besteht.
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