WO2002027762A1

WO2002027762A1 - Dielektrische barrieren-entladungslampe

Info

Publication number: WO2002027762A1
Application number: PCT/DE2001/003679
Authority: WO
Inventors: Rainer Kling; Reinhold Wittkötter
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2002-04-04
Also published as: KR20020053878A; TW507248B; EP1334510A1; ATE420456T1; DE50114646D1; CA2392373C; JP4610850B2; EP1334510B1; US20020163312A1; US6847157B2; JP2004510310A; KR100834186B1; DE10048986A1; CA2392373A1

Abstract

Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit Sockel (2), einem länglichen Entladungsgefäß (1) und streifenförmigen Außenelektroden (5a-5f) weist für jede Außenelektrode eine korrespondierende Kontaktfeder (7a-7f) auf. Diese Kontaktfedern sind im Inneren des Sockels angeordnet. Der Sockel umfasst außerdem eine Sockelhülse (6), die ein Ende des Entladungsgefäßes (1) derart umschließt, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelektrode (5a-5f) mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfeder (7a-7f) in elektrisch leitfähigem Kontakt steht. Bevorzugt ist die transversale Ausdehnung der einzelnen Kontaktfedern zumindest im Bereich der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden streifenförmigen Außenelektrode. Diese Konstruktion vereint einfache Montage des Sockels mit zuverlässiger Kontaktierung und hoher Lampeneffizienz.

Description

Dielektrische Barrieren-Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barrieren-Entladungslampe.

Der Begriff „dielektrische Barrieren-Entladungslampe" umfasst dabei Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis von dielektrisch behinderten Gasentladungen. Das Spektrum der Strahlung kann dabei sowohl den sicht- baren 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 (Licht) vorgesehen sein.

Eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe setzt notwendigerweise min- destens eine sogenannte dielektrisch behinderte Elektrode voraus. Eine dielektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes mittels eines Dielektrikums getrennt. Dieses Dielektrikum kann beispielsweise als eine die Elektrode bedeckende dielektrische Schicht ausgeführt sein, oder sie ist durch das Entladungsgefäß der Lampe selbst gebildet, nämlich wenn die Elektrode auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist. Letztere wird im Folgenden verkürzend als „Außenelektrode" bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrische Barrieren- Entladungslampe mit einem länglichen oder rohrförmigen, beidseitig verschlossenen Entladungsgefäß, welches eine ionisierbare Füllung umschließt. Die ionisierbare Füllung besteht üblicherweise aus einem Edelgas, beispielsweise Xenon oder einer Gasmischung. Während der Gasentladung, die bevorzugt mittels eines in der EP-B-733266 beschriebenen gepulsten Betriebs- verfahrens betrieben wird, werden sogenannte Excimere gebildet. Excimere sind angeregte Moleküle, z.B. Xe₂*, die bei der Rückkehr in den in der Regel ungebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittieren. Im Falle von Xe₂* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca. 172 nm.

Außerdem weist die Lampe mindestens eine Außenelektrode der vorgenann- ten Art auf, wobei die bzw. jede Außenelektrode im wesentlichen streifenför- mig ist.

Stand der Technik

Aus der Schrift WO- A-98/ 11596, insbesondere Figuren 5a bis 5c, ist bereits eine derartige Lampe mit Edison-Schraubsockel für die Allgemeinbeleuchtung bekannt. Diese Lampe weist eine wendeiförmige Elektrode innerhalb des Entladungsgefäßes auf. Außerdem sind vier streifenförmige Elektroden auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet. Allerdings sind keine Details darüber offenbart, wie die streifenförmigen Außenelektroden mit einem der beiden Sockelkontakte verbunden sind.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dielektrische Barrieren- Entladungslampe mit mindestens einer streifenförmigen Außenelektrode und einem Sockel bereitzustellen derart, dass eine einfache und zuverlässige Kontaktierung der bzw. jeder Außenelektrode mit einem Sockelkontakt gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird durch eine Entladungslampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist für jede streifenförmige Außenelektrode der dielektri- sehen Barrieren-Entladungslampe eine korrespondierende Kontaktfeder vorgesehen. Diese Kontaktfedern sind im Innern des Sockels angeordnet. Der Sockel umfasst außerdem eine Sockelhülse, die ein Ende des Entladungsgefäßes derart umschließt, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelektrode mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfeder in elektrisch leitfähi- gern Kontakt steht.

Der Vorteil dieser Konstruktion besteht unter anderem in der einfachen Lampenfertigung, da die Sockelhülse einfach auf das Entladungsgefäßende aufgesteckt wird, wobei jede Kontaktfeder mit einer korrespondierenden Außenelektrode in einen elektrisch leitfähigen Kontakt tritt. Außerdem sind die Kontaktstellen durch die Sockelhülse gegen mechanische Einflüsse geschützt.

Der Begriff „streifenförmige Außenelektrode" ist hier dahingehend verallgemeinert zu verstehen, dass eine streifenförmige Außenelektrode nicht notwendigerweise gerade sein muss, sondern beispielsweise auch gekrümmt sein oder eine Unterstruktur aufweisen kann. Außerdem kann die streifenförmige Außenelektrode auch zu einer „Linienelektrode" in dem Sinne entartet sein, dass die Breite der Elektrode sehr gering im Vergleich zur Länge ist. Wesentlich im Sinne der erfindungsgemäßen Kontaktierung ist lediglich, dass zumindest die mit den Kontaktfedern in Kontakt stehenden Bereiche der Außenelektroden jeweils als zumindest streifenähnliche Kontaktflächen ausgebildet sind. Bei Bedarf kann das Entladungsgefäßende ergänzend mittels eines zusätzlichen Befestigungsmittels, z.B. Kitt oder Kleber, mit der Sockelhülse verbunden sein, um die mechanische Stabilität zu erhöhen.

Auf den ersten Blick scheint es durchaus zweckmäßig, - wie in Figur 5a der eingangs zitierten WO- A-98/ 11596 offenbart - zunächst die Enden aller Außenelektroden einer Polarität miteinander elektrisch leitend zu verbinden, z.B. mittels eines Ringes bzw. streifenförmigen Bandes (dort mit der Figurenbezeichnung 52e bezeichnet), der bzw. das an einem Ende der streifenförmigen Außenelektroden den gesamten Umfang des Entladungsgefäßes umschließt. Dieser gemeinsame Leiter ist im Stand der Technik mit dem zugehörigen Sockelkontakt verbunden. Allerdings hat es sich herausgestellt, dass bei dieser Lösung die dielektrisch behinderte Entladung innerhalb des Entladungsgefäßes beeinträchtigt und folglich die Effizienz der Lampe vermindert wird.

Dieser negative Effekt wird durch die vorgenannte erfindungsgemäße Maßnahme weitgehend vermieden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die transversale Ausdehnung der einzelnen Kontaktfedern zumindest im Bereich der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden streifenförmigen Außenelektrode ist.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Kontaktfedern als schmale Blattfedern ausgebildet. Die vorgenannte transversale Ausdehnung entspricht hier der jeweiligen Breite der Blattfedern. Um das Aufstecken des Sockels zu erleichtern und eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten ist es vorteilhaft, die bzw. jede Blattfeder zu einer Art federnden Schlaufe zu biegen.

Die Kontaktfedern bestehen üblicherweise aus CuBe₂. Bei der Verwendung der Entladungslampe als UV-Strahler werden wegen der Beständigkeit ge- genüber UV-Strahlung bevorzugt Kontaktfedern aus Edelstahl verwendet. Besonders geeignet ist auch Platin, das allerdings relativ teuer ist.

In einer bevorzugten Ausführung besteht die Sockelhülse aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Metall. Dabei sind die Kontaktfe- dem mit der Sockelhülse elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise hat die Sockelhülse zusätzlich zu einer Montagefunktion noch die Funktion eines Sockelkontakts mit einer ersten Polarität. Mit anderen Worten können sämtliche Außenelektroden einer ersten Polarität vermittels der Kontaktfedern über die elektrisch leitfähige Sockelhülse mit einem ersten Pol eines elektri- sehen Versorgungsgeräts verbunden werden.

Die Elektroden der zweiten Polarität können prinzipiell ebenfalls als Außenelektroden oder aber auch als Innenelektrode ausgebildet sein, d.h. innerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform weist beispielsweise eine wendeiförmige Innenelektrode auf, die innerhalb des Entladungsgefäßes axial orientiert angeordnet ist, wie in der bereits zitierten WO- A-98/ 11596 offenbart. Über eine an sich bekannte gasdichte Stromdurchführung ist die Innenelektrode mit einem Sockelkontakt mit einer zweiten Polarität verbunden. Dieser Sockelkontakt kann im einfachsten Fall als Stift ausgebildet sein. Für eine elektrisch und mechanisch zuverlässigen Verbindung mit dem Gegenstück eines elektrischen Versorgungsgeräts kann die Sockelhülse entsprechend weitergebildet sein, beispielsweise als Flansch-, Schraub- oder Bajonetsockel. Im konkreten Einzelfall entscheiden hier die Gegebenheiten in der Vorrichtung bzw. Fassung, in die die Entladungslampe eingebaut werden soll.

Schließlich kann die Entladungslampe auch beidseitig gesockelt sein, d.h. dass das Entladungsgefäß an seinen beiden gegenüberliegenden Enden mit je einem Sockel versehen ist. Dabei können beide Sockel durchkontaktiert sein, d.h. für eine elektrische Anschlussfunktion ausgerüstet sein. In diesem Fall kann die Kontaktierung der Außenelektroden auch auf beide Sockel aufgeteilt sein, beispielsweise indem eine erste Hälfte der Außenelektroden mittels des einen Sockels und die zweite Hälfte mittels des anderen Sockels e- lektrisch kontaktiert wird. Außerdem kann es insbesondere bei sehr langen Lampen vorteilhaft sein die Elektroden zu halbieren und jede Elektrodenhälfte von dem korrespondierenden Sockel aus elektrisch zu versorgen, um die Gleichmäßigkeit entlang der Entladungslampe zu verbessern. Andererseits kann es auch vorteilhaft sein, nur einen Sockel als Verbindungsschnitt- stelle für ein elektrisches Versorgungsgerät zu benutzen und dem anderen Sockel lediglich eine Befestigungsfunktion für ein Montageelement zu zuordnen.

Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. la eine erfindungsgemäße dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit Sockel, teilweise im Schnitt,

Fig. lb eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA der Lampe aus Fig. la.

Die Figuren la und lb zeigen in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit einem teilweise ge- schnittenen Sockel bzw. eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA. Dabei sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Lampe dient als UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-Strahler zur Ozonerzeugung sowie der Bestrahlung, beispielsweise in der Photolithografie, dem UV-Curing von Wafern, der Photolyse o.a.. Die Lampe besteht aus einem rohrförmigen Entladungsgefäß 1 mit Elektroden und einem Sockel 2 mit Sockelkontakten.

Innerhalb des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas befindet sich Xenon als Füllgas mit einem Fülldruck von 15 kPa. Außerdem ist innerhalb des Entla- dungsgefäßes 1 eine wendeiförmige Elektrode 3 (nur in Figur lb erkennbar) aus Metalldraht axial angeordnet. Die Innenelektrode 3 ist mittels einer an sich bekannten gasdichten Stromdurchführung (nicht dargestellt) mit einem im Sockel 2 integrierten Kontaktstift 4 elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise fungiert der Kontaktstift 4 als Sockelkontakt für die Innenelektro- de 3.

Auf der Außenwand des rohrförmigen Entladungsgefäßes 1 mit kreisförmigem Querschnitt sind sechs streifenförmige Außenelektroden 5a bis 5f aus Platin parallel zur Längsachse R des Entladungsgefäßes 1 und gleichmäßig über dessen Umfang verteilt angeordnet.

Während des gepulsten Betriebs bilden sich innerhalb des Entladungsgefäßes 1 zahlreiche Teilentladungen. Für weitere Details hierzu sowie für konstruktive Details betreffend die Elektrodenkonfiguration wird auf die Figuren 5a bis 5c sowie die zugehörige Figurenbeschreibung der bereits zitierten WO- A-98/ 11596 verwiesen, deren Offenbarung durch diese Bezugnahme hiermit eingeschlossen wird.

Der Sockel 2 weist eine Sockelhülse 6 aus Aluminium auf, die soweit über das die Stromdurchführung der Innenelektrode 3 aufweisende erste Ende des Entladungsgefäßes 1 geschoben ist, dass ca. 5 mm des zugehörigen Endes der Außenelektroden 5a-5f abgedeckt sind. In der lupenartigen Vergrö- ßerungsdarstellung ist zu erkennen, dass an der Innenwand der Sockelhülse 6 sechs Kontaktfedern 7a, 7d (die Kontaktfedern 7b, 7c, 7e und 7f sind nicht erkennbar) befestigt sind. Die Verbindung zwischen den Kontaktfe- dern 7a, 7d und der Sockelhülse 6 ist elektrisch leitfähig ausgeführt. Außerdem sind die Kontaktfedern 7a, 7d so angeordnet, dass sie mit den korrespondierenden Außenelektroden 5a bis 5f in federndem Kontakt stehen. Um einerseits das Aufstecken des Sockels 2 bzw. der Sockelhülse 6 auf das Ende des Entladungsgefäßes 1 zu erleichtern und andererseits eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten, sind sämtliche Kontaktfedern 7a (bei den Kontaktfedern 7b bis 7f in der Fig. la nicht erkennbar) als Blattfedern ausgeführt, die entgegen der Aufsteckrichtung des Sockels zu einer Art federnden Schlaufe gebogen sind. Auf diese Weise fungiert die Sockelhülse 6 als So- ckelkontakt für die Außenelektrode 3. Aus Gründen des Berührungsschutzes ist die Sockelhülse 6 für die elektrische Verbindung mit Massepotential vorgesehen. Der im montierten Zustand nicht zugängliche Sockelstift 4 ist hingegen für die Verbindung mit Hochspannungspotential vorgesehen. Wegen der unterschiedlichen elektrischen Potentiale ist der Sockelstift 4 selbstver- ständlich gegenüber der Sockelhülse 6 in an sich bekannter Weise ausreichend elektrisch isoliert, beispielsweise indem der Sockelstift 4 in einem Sockelstein aus Isoliermaterial eingebettet ist (nicht dargestellt).

Die Breite der streifenförmigen Außenelektroden 5a bis 5f beträgt jeweils ca. 1 mm, die der Kontaktfedern 7a beträgt jeweils 1 mm. Auf diese Weise ist ein effizienter Betrieb der Entladungslampe sichergestellt.

Die Sockelhülse 6 ist an ihrem dem Entladungsgefäß 1 abgewandten Ende als Flansch 8 weitergebildet. Der Flansch 8 ermöglicht eine sichere Montage auf einem Träger (nicht dargestellt), der sowohl die elektrische Verbindung zwischen Sockel 8 und den Zuleitungen einer elektrischen Versorgungsquelle als auch die mechanische Halterung der Lampe übernimmt. Flanschverbindungen sind in vielen Bereichen der Vakuumtechnik üblich. Deshalb ist dieses Ausführungsbeispiel insbesondere für den Einbau in evakuierbare UV- Bestrahlungsreaktoren geeignet.

Claims

Patentansprüche

1. Dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit

• einem länglichen, beidseitig verschlossenen Entladungsgefäß (1), welches eine ionisierbare Füllung umschließt,

• einer oder mehreren streifenförmigen Außenelektroden (5a-5f), die auf der Außenwand des Entladungsgefäßes angeordnet ist bzw. sind,

• einem Sockel (2) mit einer Sockelhülse (6),

• einer oder mehrerer Kontaktfedern (7a-7f), die im Innern des Sockels (2) angeordnet ist bzw. sind, wobei die Anzahl der Kontaktfe- dern (7a-7f) gleich der Anzahl der streifenförmigen Außenelektro- den (7a-7f) ist,

• und wobei die Sockelhülse (6) ein Ende des Entladungsgefäßes (1) umschließt derart, dass die bzw. jede streifenförmige Außenelektrode (5a-5f) mit der bzw. einer korrespondierenden Kontaktfe- der (7a-7f) in elektrisch leitendem Kontakt steht.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei die bzw. jede Kontaktfeder (7a-7f) als Blattfeder ausgebildet ist.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, wobei die bzw. jede Blattfeder zu einer federnden Schlaufe (7a) gebogen ist, um das Aufstecken des So- ckels (2) zu erleichtern und eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die transversale Ausdehnung der bzw. jeder Kontaktfeder (7a-7f) zumindest im Bereich der Kontaktgabe kleiner oder gleich der Breite der korrespondierenden streifenförmigen Außenelektrode (5a-5f) ist.

5. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sockelhülse (6) aus einem elektrisch leitfähigen. Material besteht und die Kontaktfedern (7a-7f) mit der Sockelhülse (6) elektrisch leitend verbunden sind, wodurch die Sockelhülse (6) als ein Sockelkontakt mit ei- ner ersten Polarität wirkt.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, wobei die Sockelhülse (6) als Flansch (8) weitergebildet ist.

7. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Entladungsgefäßes (1) mindestens eine Innenelektrode (3) angeordnet ist.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, wobei die Innenelektrode (3) wendeiförmig ist und axial orientiert ist.

9. Entladungslampe nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Innenelektrode (3) mit einem Sockelkontakt (4) mit einer zweiten Polarität verbunden ist.

10. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Entladungsgefäß beidseitig gesockelt ist.