WO2003032362A2 - Dielektrische barriere-entladungslampe und verfahren sowie schaltungsanordnung zum zünden und betreiben dieser lampe - Google Patents

Dielektrische barriere-entladungslampe und verfahren sowie schaltungsanordnung zum zünden und betreiben dieser lampe Download PDF

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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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Definitions

  • Dielectric barrier discharge lamp and method and circuit arrangement for igniting and operating this lamp Dielectric barrier discharge lamp and method and circuit arrangement for igniting and operating this lamp
  • the invention relates to a dielectric barrier discharge lamp and a method for igniting and operating this lamp and a circuit arrangement suitable for carrying out the method.
  • Dielectric barrier discharge lamps are sources of electromagnetic radiation based on dielectric barrier gas discharges.
  • a dielectric barrier discharge lamp necessarily requires at least one so-called dielectric barrier electrode.
  • a dielectric barrier electrode is separated from the inside of the discharge vessel by means of a dielectric barrier.
  • This dielectric barrier can be designed, for example, as a dielectric layer covering the electrode, or it is formed by the discharge vessel of the lamp itself, namely when the electrode is arranged on the outer wall of the discharge vessel.
  • a time-varying voltage between the electrodes is required for the operation of such lamps, for example a sinusoidal AC voltage or pulse-shaped voltage, as disclosed in US Pat. No. 5,604,410.
  • the shape of the discharge vessel is arbitrary, for example tubular or flat.
  • the invention also relates to so-called flat lamps and rod-shaped lamps with or without an aperture.
  • the discharge vessel is essentially formed by a base plate and a front plate connected to it.
  • the light is usually emitted through the front panel.
  • Flat lamps are particularly suitable for large-area lighting tasks, for example for the direct backlighting of displays, e.g. Liquid crystal displays, but also for general lighting.
  • the discharge vessel is formed from a tube which is closed on both sides.
  • the light is emitted either through the entire outer surface of the discharge tube or only through an elongated aperture (aperture lamp).
  • the discharge vessel is usually filled with an inert gas, for example xenon, or a gas mixture.
  • an inert gas for example xenon, or a gas mixture.
  • excimers are formed during the gas discharge, which is preferably operated by means of a pulsed operating method described in US Pat. No. 5,604,410.
  • Excimers are excited molecules, eg Xe 2 *, which emit electromagnetic radiation on returning to the generally unbound basic state. In the case of Xe 2 *, the maximum of the molecular band radiation is approximately 172 nm (NUN radiation) , State of the art
  • US-A 6 034470 discloses a flat lamp with dielectrically impeded electrodes.
  • the discharge vessel of the lamp consists of a base plate and a front plate, which are connected to one another in a gas-tight manner via a surrounding frame.
  • the base plate is provided with a light reflecting layer, i.e. only the front panel is used to extract light.
  • the inner wall of both the base and the front plate are coated with a phosphor layer (see FIG. 6b). This results in a high luminous efficacy or high luminance on the front panel.
  • the long ignition delay after the voltage is applied to the electrodes of the lamp when the lamp is in the dark, for example within an LCD display is disadvantageous. After a long time in the dark, it may even happen that the lamp can only be ignited with a voltage that is significantly higher than in normal operation.
  • US Pat. No. 5,006,758 shows a flat lamp with dielectric pairs of electrodes that are connected in pairs to the two poles of a high-voltage source.
  • the electrodes consist of wires and are embedded in a flat glass dielectric. During operation, sliding discharges form on the dielectric surface between adjacent electrode wires.
  • a coating for lowering the ignition voltage for the discharge is applied to the dielectric surface.
  • the material for the coating comprises the oxides of magnesium, ytterbium, lanthanum and cerium (MgO, Yb 2 ⁇ 3, La 2 0 3 , Ce0 2 ).
  • a phosphor layer is applied to the outer wall of the transparent plate opposite the glass dielectric.
  • US-A 6097155 discloses a dielectric barrier discharge lamp of the type mentioned at the outset.
  • the lamp has a tubular discharge vessel, on the inner and / or outer wall of which at least two elongate, conductor-like electrodes are arranged parallel to the longitudinal axis of the discharge vessel. Ignition problems also occur with this lamp in the dark, for example within an OA device.
  • the object of the present invention is to provide a ner driving for igniting and operating a dielectric barrier discharge lamp according to the preamble of claim 1, which causes both a high luminous efficacy and an improved ignition behavior of the lamp.
  • Another object of the present invention is to provide a circuit arrangement suitable for carrying out the method.
  • the method according to the invention for igniting and operating a dielectric barrier discharge lamp with elongated electrodes proposes to divide at least one elongated electrode by a gap in two partial electrodes and to carry out the following method steps on this lamp modified in this way.
  • an ignition voltage is applied between the two sub-electrodes in such a way that an auxiliary discharge between the two sub-electrodes ignites in the region of the electrode gap.
  • an operating voltage is applied between the electrodes in such a way that a main discharge burns between the electrodes.
  • the advantage of this process is, among other things, that the ignition of the main discharge is made easier by the auxiliary discharge which is already burning. As a result, the operating voltage does not have to be increased even in the dark during the ignition phase. As a result, the additional outlay in the design of the lamp voltage generator supplying the operating voltage to the otherwise necessary higher dielectric strength can be avoided.
  • Only the control circuit for the electrode gap for igniting the auxiliary discharge must be suitably designed to be voltage-proof in order to ensure reliable ignition.
  • the voltage level required for the ignition of the auxiliary discharge can be limited by relatively simple measures.
  • the electrode gap is preferably chosen to be smaller than the distance to the next neighboring electrode or smaller than the distance of the electrodes of opposite polarity, between which the main discharge burns during normal operation.
  • the dielectric hindrance can also be completely dispensed with at the ends of the partial electrodes that delimit the electrode gap (non-dielectric auxiliary discharge) or only one end dielectric be hampered (one-sided dielectric interference discharge).
  • a dielectric unimpeded auxiliary discharge has the advantage of a particularly low ignition voltage, but at the expense of greater contamination by sputtering processes in the area of the two partial electrode ends.
  • the complete gap, or at least the partial electrode ends can therefore also be advantageous to provide the complete gap, or at least the partial electrode ends, with a dielectric layer (bilaterally dielectric-assisted auxiliary discharge) and to accept the somewhat higher starting voltage for the auxiliary discharge.
  • the power conversion in the auxiliary discharge which is significantly lower than that of the main discharge, is also advantageous.
  • the control circuit for the auxiliary discharge can consequently be dimensioned correspondingly weaker and therefore less expensive.
  • Another advantage is that in addition to the gap in one electrode - or, if necessary, several electrode gaps - no further modifications are required within the discharge vessel of the lamp. This can have negative effects on the lamp luminous flux, e.g. in US Pat. No. 5,006,758, cited at the beginning, are largely avoided.
  • the value of the voltage between the two partial electrodes is preferably selected to be less than the ignition voltage or the maintenance voltage of the auxiliary discharge. This will extinguish the auxiliary discharge in normal operation.
  • This has the advantage that the main discharge and the luminance homogeneity of the lamp as a whole are not influenced and, moreover, the control circuit for the auxiliary discharge is voltage-free in normal operation.
  • the value of the voltage between the two partial electrodes is particularly preferably chosen to be sufficiently small to avoid any influence on the main discharge. It has proven to be particularly advantageous in normal operation to keep the two partial electrodes at essentially the same electrical potential.
  • the operating voltage is preferably also applied between the two-part electrode and its counter electrode.
  • the main discharge also extends between each partial electrode and its adjacent counter electrode. This has the advantage that the two-part electrode not only serves for ignition but also contributes to the generation of the main discharge, i.e. works like a normal electrode in normal operation.
  • the operating voltage is preferably matched to a pulsed active power input into the gas discharge, the pulse and pause times of which are selected such that the main discharge consists of numerous partial discharges.
  • the electrode gap in this case is preferably between two of the means, i.e. positioned between two burning partial discharges during operation. In this way, the original partial discharge pattern of the main discharge through the electrode gap remains unchanged.
  • the means for localizing partial discharges can be implemented, for example, by nose-like projections, which are arranged at a distance from one another at least along the electrodes of one polarity.
  • US 6 060 828 for further details, reference is made to US 6 060 828.
  • a circuit arrangement for carrying out the method explained above has an ignition circuit for generating the ignition voltage for the auxiliary discharge and a lamp voltage generator designed for generating the operating voltage for the main discharge.
  • the ignition Voltage is tapped at the two connections on the secondary side of an ignition transformer.
  • the primary side of the ignition transformer is fed via a first means for applying a voltage from a DC voltage source.
  • the first means is implemented, for example, by a controllable switch connected to a connection on the primary side of the ignition transformer.
  • the ignition circuit also has a second means for short-circuiting the primary side of the ignition transformer.
  • the second means is, for example, a controllable switch connected in parallel with the primary winding of the ignition transformer.
  • a conventional coil transformer or a piezo transformer can be used as the ignition transformer.
  • the first connection of the secondary side of the ignition transformer is connected to one partial electrode of the dielectric barrier discharge lamp.
  • the second connection of the secondary side and the first output of the lamp voltage generator are connected to the other partial electrode and the undivided electrodes of a first polarity.
  • the second output of the lamp voltage generator is finally connected to the electrodes of a second polarity.
  • the elongated electrodes of the dielectric barrier discharge lamp are implemented, for example, as electrode tracks arranged on the wall of the discharge vessel. These electrode tracks can e.g. be printed using common printing technology (screen printing, stencil printing). The electrode gap interrupts the relevant electrode track in the longitudinal direction in two partial electrode tracks.
  • FIG. 1 shows a section of an electrode design for a flat dielectric barrier discharge lamp
  • FIG. 2 shows a simplified electrical circuit diagram of a circuit arrangement for igniting and operating a dielectric barrier discharge lamp with an electrode design according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a section of an electrode design for a flat dielectric barrier discharge lamp.
  • the electrode design is designed for operation with unipolar voltage pulses and for this purpose has a number of anode tracks A and cathode tracks K, which are printed on the base plate of the flat lamp (not shown here).
  • a cathode path is always arranged between two anode paths. For the sake of clarity, only a section with two anode and one cathode path is shown here.
  • the electrode tracks are covered with a thin glass layer acting as a dielectric barrier (not shown).
  • Each cathode path K has protrusions V on both sides, which serve as means for localizing the triangular partial discharges E burning during operation.
  • the length 1 of the electrode gap L is approximately 0.8 mm.
  • To the left of the cathode path K is another anode path A, which is, however, in one piece.
  • the smallest distance d between the (partial) anode tracks A, A 'and the next adjacent cathode track K is approximately 6 mm.
  • this section of the electrode design is repeated several times and essentially covers the entire inside of the base plate.
  • a single anode path is usually sufficient or, in the case of very large flat lamps, a few NEN with such an electrode gap to support the ignition of the main discharge.
  • the anode and cathode tracks are connected to common supply lines in the edge region of the flat lamp (not shown). The functioning of this electrode design becomes clear together with the circuit arrangement of FIG. 2 explained below.
  • the circuit arrangement shown in simplified form in FIG. 2 has an ignition transformer TR1.
  • the primary circuit is fed by a direct voltage source U1, which is connected via a first field effect transistor (FET) M1 to the two connections of the primary winding of the ignition transformer TR1.
  • a second field effect transistor M2 is connected in parallel with the primary winding.
  • a first connection of the secondary winding of the ignition transformer TR1 is connected to the anode tracks A, the other connection of the secondary winding is connected to the partial electrode track A 'or optionally to the partial electrode tracks.
  • the circuit arrangement has a lamp voltage generator U2 which is connected on the one hand to the anode tracks A and on the other hand to the cathode tracks K.
  • the lamp voltage generator U2 supplies a pulse voltage sequence suitable for the pulsed power coupling and can be implemented, for example, as disclosed in US Pat. No. 6,323,600. Instead of the FET M1, M2, other controllable switches can also be used.
  • the lamp voltage generator U2 already delivers the pulsed operating voltage that is present between the anode tracks A and the cathode tracks K.
  • the field effect transistor M1 is now driven in a pulsed manner via its control input X.
  • a high voltage is generated between the anodes A and the partial electrode A 'on the secondary side of the ignition transformer TR1.
  • the auxiliary discharge initiates the main discharge, consisting of the partial discharges E.
  • the first field effect transistor M1 is controlled in a high-resistance state.
  • the second field-effect transistor M2 is turned into a conductive, i.e. controlled low-resistance state and thus shorts the ignition transformer TRl on the primary side.
  • the operating voltage U2 also acts between the partial electrode path A "and the cathode paths K during normal operation. This ensures that partial discharges E also burn during normal operation between the partial electrode path A 'and the next adjacent cathode path K.
  • the invention was explained in more detail above using the example of a flat lamp, it is in no way limited to this type of lamp. Rather, the invention can also be used in dielectric barrier discharge lamps with vessel shapes other than flat, without their advantageous effects being lost.
  • the invention can be very easily applied to rod-shaped lamps with tubular discharge vessels, for example by a cathode path and an anode path interrupted by the gap are arranged diametrically opposite one another on the inside parallel to the longitudinal axis of the discharge vessel. In principle, the control takes place in the same way as described above for the flat lamp.

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Abstract

Die Erfindung schlägt vor eine längliche Elektrode einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe durch eine Lücke (L) in zwei Teilelektroden (A, A') zu teilen. Die beiden Teilelektroden (A, A') werden während einer Zündphase derart angesteuert, dass im Bereich der Elektrodenlücke (L) eine Hilfsentladung zündet, die das Zünden der Hauptentladung (E), insbesondere wenn sich die Lampe im Dunkeln befindet, erleichtert. Im Normalbetrieb werden die Teilelektroden (A, A') so angesteuert, dass sie zur Erzeugung der Hauptentladung (E) beitragen.

Description

Dielektrische Barriere-Entladungslampe und Verfahren sowie Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben dieser Lampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine dielektrische Barriere-Entladungslampe und ein Verfahren zum Zünden und Betreiben dieser Lampe sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung.
Dielektrische Barriere-Entladungslampen sind Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis dielektrisch behinderter Gasentladungen.
Eine dielektrische Barriere-Entladungslampe setzt notwendigerweise mindestens eine sogenannte dielektrisch behinderte Elektrode voraus. Eine dielektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes mittels einer dielektrischen Barriere getrennt. Diese dielektrische Barriere 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.
Aufgrund der dielektrischen Barriere ist für den Betrieb derartiger Lampen eine zeitveränderliche Spannung zwischen den Elektroden erforderlich, beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung oder pulsförmige Spannung, wie in der US-A 5 604410 offenbart. Die Form des Entladungsgefäßes ist prinzipiell beliebig, z.B. rohrförmig oder flach. Insbesondere betrifft die Erfindung auch sogenannte Flachlampen und stabförmige Lampen mit oder ohne Apertur.
Bei Flachlampen ist das Entladungsgefäß im wesentlichen durch eine Grundplatte und eine damit verbundene Frontplatte gebildet. Die Lichtab- strahlung erfolgt üblicherweise durch die Frontplatte. Flachlampen eignen sich insbesondere für großflächige Beleuchtungsaufgaben, beispielsweise für die direkte Hinterleuchtung von Anzeigen, z.B. Flüssigkristallanzeigen, aber auch für die Allgemeinbeleuchtung.
Bei stabförmigen Lampen ist das Entladungsgefäß aus einem Rohr gebildet, das beidseitig verschlossen ist. Die Lichtabstrahlung erfolgt entweder durch die gesamte Mantelfläche des Entladungsrohres oder nur durch eine längliche Apertur ( Apertur lampe). Aperturlampen werden insbesondere in Geräten für die Büroautomation (OA = Office Automation), z.B. Farbkopierer und -Scanner, für die Signalbeleuchtung, z.B. als Brems- und Richtungsanzeigelicht in Automobilen, für die Hilfsbeleuchtung, z.B. der Innenbeleuchtung von Automobilen, sowie für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, z.B. Flüssigkristallanzeigen, als sogenannte „Edge Type Backlights" eingesetzt.
Das Entladungsgefäß ist üblicherweise mit einem Edelgas, beispielsweise Xenon, oder einer Gasmischung gefüllt. Während der Gasentladung, die bevorzugt mittels eines in der US-A 5 604410 beschriebenen gepulsten Betriebsverfahrens betrieben wird, werden sogenannte Excimere gebildet. Ex- cimere sind angeregte Moleküle, z.B. Xe2*, die bei der Rückkehr in den in der Regel ungebundenen Grundzustand elektromagnetische Strahlung emittie- ren. Im Falle von Xe2* liegt das Maximum der Molekülbandenstrahlung bei ca. 172 nm (NUN-Strahlung). Stand der Technik
In der US-A 6 034470 ist eine Flachlampe mit dielektrisch behinderten Elektroden offenbart. Das Entladungsgefäß der Lampe besteht aus einer Boden- und einer Frontplatte, die über einen umlaufenden Rahmen gasdicht miteinander verbunden sind. Die Bodenplatte ist mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen, d.h. nur die Frontplatte dient zur Lichtauskopplung. Die Innenwand sowohl der Boden- als auch der Frontplatte sind mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet (siehe Fig. 6b). Dadurch wird eine hohe Lichtausbeute bzw. hohe Leuchtdichte auf der Frontplatte erzielt. Nachteilig ist allerdings die lange Zündverzögerung nach dem Anlegen der Spannung an die Elektroden der Lampe, wenn sich die Lampe in Dunkelheit befindet, beispielsweise innerhalb einer LCD-Anzeige. Nach geraumer Zeit in Dunkelheit kann es sogar vorkommen, dass sich die Lampe nur noch mit gegenüber dem Normalbetrieb deutlich erhöhter Spannung zünden lässt.
Die US 5 006 758 zeigt eine Flachlampe mit dielektrisch behinderten Elektro- denpaaren, die paarweise an die beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Die Elektroden bestehen aus Drähten und sind in ein flächiges Glasdielektrikum eingebettet. Im Betrieb bilden sich auf der Dielektrikumsoberfläche zwischen jeweils benachbarten Elektrodendrähten Gleitentladungen aus. Auf der Dielektrikumsoberfläche ist eine Beschichtung zur Erniedrigung der Zündspannung für die Entladung aufgebracht. Das Material für die Beschichtung umfasst die Oxide von Magnesium, Ytterbium, Lanthan und Zer (MgO, Yb2θ3, La203, Ce02). Auf der Außenwand der dem Glasdielektrikum gegenüberliegenden transparenten Platte ist eine Leuchtstoffschicht aufgebracht. Nachteilig ist, dass die Dielektrikumsoberfläche wegen der Beschichtung zur Erniedrigung der Zündspannung keine Leuchtstoffschicht aufweist, wodurch ein Teil der maximal möglichen Lichtausbeute verschenkt wird. In der US-A 6097155 ist eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe der eingangs genannten Art offenbart. Die Lampe weist ein rohrförmiges Entladungsgefäß auf, auf dessen Innen- und /oder Außenwand mindestens zwei längliche, leiterbahnähnliche Elektroden parallel zur Längsachse des Entla- dungsgefäßes orientiert angeordnet sind. Auch bei dieser Lampe treten in der Dunkelheit, beispielsweise innerhalb eines OA-Gerätes, Zündprobleme auf.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Nerfahren zum Zünden und Betreiben einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das sowohl eine hohe Lichtausbeute als auch ein verbessertes Zündverhalten der Lampe bewirkt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den von Anspruchs 1 abhängigen Ansprüchen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des auf die Schaltungsanordnung gerichteten unabhängigen Anspruchs gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen.
Außerdem wird Schutz für eine für das Verfahren geeignete Lampe sowie ein Beleuchtungssystem, bestehend aus Lampe und Schaltungsanordnung beansprucht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zünden und Betreiben einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe mit länglichen Elektroden schlägt vor, mindestens eine längliche Elektrode durch eine Lücke in zwei Teilelektroden zu teilen und an dieser so modifizierten Lampe die folgenden Verfahrensschritte auszuführen.
In einer Zündphase wird eine Zündspannung zwischen den beiden Teil- elektroden angelegt derart, dass im Bereich der Elektrodenlücke eine Hilfsentladung zwischen den beiden Teilelektroden zündet.
Im darauffolgenden Normalbetrieb wird eine Betriebsspannung zwischen den Elektroden angelegt derart, dass zwischen den Elektroden eine Hauptentladung brennt.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht unter anderem in einer Erleichterung des Zündens der Hauptentladung durch die bereits brennende Hilfsentladung. Dadurch muss die Betriebsspannung während der Zündphase auch in Dunkelheit nicht erhöht werden. Folglich kann der Mehraufwand bei der Auslegung des die Betriebsspannung liefernden Lampenspannungsgenera- tors auf ansonsten notwendige höhere Spannungsfestigkeit vermieden werden. Lediglich die Ansteuerschaltung für die Elektrodenlücke zur Zündung der Hilfsentladung muss geeignet spannungsfest ausgelegt sein, um eine zuverlässige Zündung zu gewährleisten. Allerdings kann die für die Zündung der Hilfsentladung benötigte Spannungshöhe durch relativ einfache Maßnahmen begrenzt werden. So wird die Elektrodenlücke bevorzugt kleiner als der Abstand zu der nächstbenachbarten Elektrode bzw. kleiner als der Abstand der Elektroden entgegengesetzter Polarität, zwischen denen im Normalbetrieb die Hauptentladung brennt, gewählt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Zündspannung der Hilfsentladung geringer ist als die Zünd- Spannung der Hauptentladung ohne Zuhilfenahme der Hilfsentladung. Außerdem kann auch bei den die Elektrodenlücke begrenzenden Enden der Teilelektroden auf die dielektrische Behinderung ganz verzichtet werden (dielektrisch unbehinderte Hilfsentladung) oder nur ein Ende dielektrisch behindert sein (einseitig dielektrisch behinderte Hilfsentladung). Eine dielektrisch unbehinderte Hilfsentladung hat den Vorteil einer besonders geringen Zündspannung, allerdings auf Kosten einer stärkeren Verunreinigung durch Sputterprozesse im Bereich der beiden Teilelektrodenenden. In dieser Hinsicht kann es deshalb auch vorteilhaft sein, die komplette Lücke, zumindest aber die Teilelektrodenenden mit einer dielektrischen Schicht zu versehen (zweiseitig dielektrisch behinderte Hilfsentladung) und die dadurch etwas höhere Zündspannung für die Hilfsentladung in Kauf zu nehmen. Vorteilhaft ist jedenfalls auch der im Vergleich zur Hauptentladung deutlich ge- ringere Leistungsumsatz in der Hilfsentladung. Die Ansteuerschaltung für die Hilfsentladung kann folglich entsprechend schwächer dimensioniert und damit kostengünstiger werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass außer der Lücke in einer Elektrode - oder bei Bedarf auch mehrerer Elektrodenlücken - keine weiteren Modifikationen innerhalb des Entladungsgefäßes der Lampe erforderlich sind. Dadurch können negative Auswirkungen auf den Lampenlichtstrom, wie z.B. in der eingangs zitierten US 5 006 758, weitgehend vermieden werden.
Im Normalbetrieb wird der Wert der Spannung zwischen den beiden Teilelektroden bevorzugt kleiner als die Zündspannung bzw. die Aufrechterhal- tungsspannung der Hilfsentladung gewählt. Dadurch verlischt die Hilfsentladung im Normalbetrieb. Dies hat den Vorteil, dass die Hauptentladung sowie die Leuchtdichtehomogenität der Lampe insgesamt nicht beeinflusst werden und außerdem die Ansteuerschaltung für die Hilfsentladung im Normalbetrieb spannungsfrei ist. Besonders bevorzugt wird im Normalbe- trieb der Wert der Spannung zwischen den beiden Teilelektroden hinreichend klein gewählt, um jegliche Beeinflussung der Hauptentladung zu vermeiden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, im Normalbetrieb die beiden Teilelektroden auf im wesentlichen gleichem elektrischen Potential zu halten.
Außerdem wird im Normalbetrieb die Betriebsspannung bevorzugt auch zwischen der zweigeteilten Elektrode und ihrer Gegenelektrode angelegt. Dadurch erstreckt sich die Hauptentladung auch zwischen jeder Teilelektrode und deren benachbarten Gegenelektrode. Dies hat den Vorteil, dass die zweigeteilten Elektrode nicht nur zur Zündung dient sondern auch zur Erzeugung der Hauptentladung beiträgt, d.h. im Normalbetrieb wie eine normale Elektrode funktioniert.
Außerdem wird die Betriebsspannung bevorzugt auf eine gepulste Wirkleistungseinkopplung in die Gasentladung abgestimmt, deren Puls- und Pausenzeiten gewählt werden derart, dass die Hauptentladung aus zahlreichen Teilentladungen besteht. Für weitere Details hierzu wird auf die bereits zitierte US-A 5 604 410 verwiesen. In diesem Zusammenhang hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die Gegenelektrode der zweigeteilten Elektrode und /oder die zweigeteilten Elektrode selbst mit Mitteln zur Lokalisierung dieser Teilentladungen zu versehen. Die Elektrodenlücke ist in diesem Fall bevorzugt zwischen zwei der Mittel, d.h. im Betrieb zwischen zwei brennenden Teilentladungen, positioniert. Auf diese Weise bleibt das ursprüngliche Teilentladungs-Muster der Hauptentladung durch die Elektrodenlücke unverändert. Die Mitteln zur Lokalisierung von Teilentladungen können beispielsweise durch nasenartige Vorsprünge realisiert sein, die zumindest entlang der Elektroden einer Polarität in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Für weitere Details hierzu wird auf die US 6 060 828 verwiesen.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens weist eine Zündschaltung zur Erzeugung der Zündspannung für die Hilfsentladung sowie einen zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Hauptentladung ausgelegten Lampenspannungsgenerator auf. Die Zünd- spannung wird an den beiden Anschlüssen der Sekundärseite eines Zündtransformators abgegriffen. Die Primärseite des Zündtransformators wird über ein erstes Mittel zum Anlegen einer Spannung von einer Gleichspannungsquelle gespeist. Das erste Mittel ist z.B. durch einen mit einem An- schluss der Primärseite des Zündtransformators verbundenen steuerbaren Schalter realisiert. Außerdem weist die Zündschaltung ein zweites Mittel zum Kurzschließen der Primärseite des Zündtransformators auf. Das zweite Mittel ist z.B. ein parallel zur Primärwicklung des Zündtransformators geschalteter steuerbarer Schalter. Als Zündtransformator kommt z.B. ein her- kömmlicher Spulentransformator oder ein Piezotransformator in Betracht.
Für ein komplettes Beleuchtungssystem ist der erste Anschluss der Sekundärseite des Zündtransformators mit der einen Teilelektrode der dielektrischen Barriere-Entladungslampe verbunden. Der zweite Anschluss der Sekundärseite und der erste Ausgang des Lampenspannungsgenerators sind mit der anderen Teilelektrode sowie den ungeteilten Elektroden einer ersten Polarität verbunden. Der zweite Ausgang des Lampenspannungsgenerators ist schließlich mit den Elektroden einer zweiten Polarität verbunden.
Die länglichen Elektroden der dielektrischen Barriere-Entladungslampe sind beispielsweise als auf der Wand des Entladungsgefäßes angeordnete Elekt- rodenbahnen realisiert. Diese Elektrodenbahnen können z.B. mittels gängiger Drucktechnik (Siebdruck, Schablonendruck) aufgedruckt sein. Die Elektrodenlücke unterbricht die betreffende Elektrodenbahn in Längsrichtung in zwei Teilelektrodenbahnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Elektrodendesign für eine flache dielektrische Barriere-Entladungslampe,
Figur 2 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer dielektrische Barriere- Entladungslampe mit einem Elektrodendesign gemäß Fig. 1.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Elektrodendesign für eine flache dielektrische Barriere-Entladungslampe. Das Elektrodendesign ist für den Betrieb mit unipolaren Spannungspulsen ausgelegt und weist zu diesem Zweck eine Anzahl Anodenbahnen A und Kathodenbahnen K auf, die auf der Grundplatte der Flachlampe (hier nicht dargestellt) aufgedruckt sind. Dabei ist immer zwischen zwei Anodenbahnen eine Kathodenbahn angeordnet. Der Übersicht halber ist hier nur ein Ausschnitt mit zwei Anoden- und einer Kathodenbahn dargestellt. Die Elektrodenbahnen sind mit einer als dielektrische Barriere wirkenden dünnen Glasschicht bedeckt (nicht dar- gestellt). Jede Kathodenbahn K weist zu beiden Seiten Vorsprünge V auf, die als Mittel zur Lokalisierung der im Betrieb brennenden dreieckförmigen Teilentladungen E dienen. Die in der Fig. 1 rechte Anodenbahn ist durch die Lücke L, welche diese Anodenbahn unterbricht, in die beiden Teilanodenbahnen A und A' aufgeteilt. Die Länge 1 der Elektrodenlücke L beträgt ca. 0,8 mm. Links von der Kathodenbahn K befindet sich eine weitere Anodenbahn A, die allerdings einteilig ist. Der kleinste Abstand d zwischen den (Teil)Anodenbahnen A, A' und der jeweils nächstbenachbarten Kathodenbahn K beträgt ca. 6 mm. Je nach Größe der Grundplatte wiederholt sich dieser Ausschnitt des Elektrodendesigns mehrfach und bedeckt im wesentlichen die gesamte Innenseite der Grundplatte. Allerdings reicht in der Regel eine einzige oder bei sehr großflächigen Flachlampen einige wenige Anodenbah- nen mit einer derartigen Elektrodenlücke zur Unterstützung der Zündung der Hauptentladung. Die Anoden- und Kathodenbahnen sind in Randbereich der Flachlampe mit gemeinsamen Zuleitungen verbunden (nicht dargestellt). Die Funktionsweise dieses Elektrodendesigns wird zusammen mit der im Folgenden erläuterten Schaltungsanordnung von Fig. 2 deutlich.
Die in Fig. 2 vereinfacht dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Zündtransformator TRl auf. Der Primärkreis wird von einer Gleichspannungsquelle Ul gespeist, die über einen ersten Feldeffekttransistor(FET) Ml mit den beiden Anschlüssen der Primärwicklung des Zündtransforma- tors TRl verbunden ist. Parallel zur Primärwicklung ist ein zweiter Feldeffekttransistor M2 geschaltet. Ein erster Anschluss der Sekundärwicklung des Zündtransformators TRl ist mit den Anodenbahnen A verbunden, der andere Anschluss der Sekundärwicklung ist mit der Teilelektrodenbahn A' oder gegebenenfalls mit den Teilelektrodenbahnen verbunden. Außerdem weist die Schaltungsanordnung einen Lampenspannungsgenerator U2 auf, der einerseits den Anodenbahnen A und andererseits mit den Kathodenbahnen K verbunden ist. Der Lampenspannungsgenerator U2 liefert eine für die gepulste Leistungseinkopplung geeignete Impulsspannungsfolge und kann beispielsweise wie in der Schrift US 6323 600 offenbart realisiert sein. Anstatt der FET Ml, M2 können auch andere steuerbare Schalter verwendet werden.
Für die nachfolgende Funktionsbeschreibung wird nun Bezug auf beide Figuren 1 und 2 genommen. Mit Beginn der Zündphase liefert der Lampenspannungsgenerator U2 bereits die pulsförmige Betriebsspannung, die zwischen den Anodenbahnen A und den Kathodenbahnen K anliegt. Nun wird der Feldeffekttransistor Ml über seinen Steuereingang X gepulst angesteuert. Dadurch wird auf der Sekundärseite des Zündtransformators TRl eine Hochspannung zwischen den Anoden A und der Teilelektrode A' erzeugt. Diese zündet eine Hilfsentladung (in Fig. 1 nicht zu sehen, da dort der Normalbetrieb dargestellt ist) im Bereich der Lücke L. Die Hilfsentladung initiiert die Hauptentladung, bestehend aus den Teilentladungen E.
Zu Beginn des nun folgenden Normalbetriebs wird der erste Feldeffekttransistor Ml in einen hochohmigen Zustand gesteuert. Der zweite Feldeffekt- transistor M2 wird hingegen über seinen Steuereingang Y in einen leitenden, d.h. niederohmigen Zustand gesteuert und schließt so den Zündtransformators TRl primärseitig kurz. Dadurch sind die beiden Anschlüsse der Sekundärseite des Zündtransformators TRl und folglich auch die dort angeschlossenen Anodenbahnen A und die Teilelektrodenbahn A' auf dem selben e- lektrischen Potential. Auf diese Weise wirkt die Betriebsspannung U2 im Normalbetrieb auch zwischen der Teilelektrodenbahn A" und den Kathodenbahnen K. Dadurch ist sichergestellt, dass im Normalbetrieb auch zwischen der Teilelektrodenbahn A' und der nächstbenachbarten Kathodenbahn K ebenfalls Teilentladungen E brennen. Dies hat den Vorteil, dass die Teilelektrodenbahn A' nicht nur für die Zündhilfsentladung sondern auch für die Hauptentladung genutzt wird. Ansonsten wäre dieser Bereich während des Normalbetriebs dunkel, was unerwünscht ist.
Obwohl die Erfindung vorstehend am Beispiel einer Flachlampe näher erläutert wurde, ist sie keineswegs auf diesen Lampentyp beschränkt. Vielmehr lässt sich die Erfindung auch bei dielektrischen Barriere-Entladungslampen mit anderen als flachen Gefäßformen einsetzen, ohne dass ihre vorteilhaften Wirkungen verloren gingen. So lässt sich die Erfindung beispielsweise sehr einfach bei stabförmigen Lampen mit rohrförmigen Entladungsgefäßen anwenden, indem z.B. eine Kathodenbahn und eine durch die Lücke unterbro- chene Anodenbahn einander diametral entgegengesetzt auf der Innenseite parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes angeordnet sind. Die An- steuerung erfolgt prinzipiell in gleicher Weise wie vorstehend für die Flachlampe beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Zünden und Betreiben einer dielektrischen Barriere- Entladungslampe mit länglichen Elektroden (A, K), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine längliche Elektrode durch eine Lücke (L) in zwei Teilelektroden (A, A') zweigeteilt ist, sowie durch folgende Ver- fahrensschritte:
• in einer Zündphase: o Anlegen einer Zündspannung zwischen den beiden Teilelektroden (A, A') derart, dass im Bereich der Lücke (L) eine Hilfsentladung zwischen den beiden Teilelektroden ( A, A') zündet,
• im Normalbetrieb: o Anlegen einer Betriebsspannung zwischen den Elektroden (A, K) derart, dass zwischen den Elektroden (A, K) eine Hauptentladung (E) brennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Normalbetrieb der Wert der Spannung zwischen den beiden Teilelektroden (A, A') kleiner als die
Zündspannung bzw. die Aufrechterhaltungsspannung der Hilfsentladung gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Normalbetrieb der Wert der Spannung zwischen den beiden Teilelektroden (A, A') hinreichend klein gewählt wird, um eine Beeinflussung der Hauptentladung (E) zu vermeiden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei im Normalbetrieb die beiden Teilelektroden (A, A') auf im wesentlichen gleichem elektrischen Potential gehalten werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Normalbetrieb zwischen der zweigeteilten Elektrode (A, A') und ihrer Gegenelektrode (K) die Betriebsspannung angelegt wird, d.h. dass sich die Hauptentladung (E) auch zwischen jeder Teilelektrode (A, A') und der benachbarten Gegenelektrode (K) erstreckt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung auf eine gepulste Wirkleistungseinkopplung in die Gasentladung abgestimmt ist, deren Puls- und Pausenzeiten gewählt werden derart, dass die Hauptentladung aus zahlreichen Teilentladun- gen (E) besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Gegenelektrode (K) der zweigeteilten Elektrode und/oder die zweigeteilten Elektrode selbst mit Mitteln (V) zur Lokalisierung von Teilentladungen (E) der Hauptentladung versehen ist bzw. sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Elektrodenlücke (L) zwischen zwei der Mittel (V) zur Lokalisierung der Teilentladungen, d.h. zwischen zwei im Betrieb brennenden Teilentladungen (E), positioniert ist.
9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
• einer Zündschaltung, umfassend
o einen Zündtransformator (TRl) mit einem ersten Anschluss (A) und einem zweiten Anschluss (A') auf seiner Sekundärseite, wobei die beiden Anschlüsse zum Abgreifen der Zündspannung vorgesehen sind, o ein erstes Mittel zum Anlegen einer Spannung an die Primärseite des Zündtransformators (TRl), o ein zweites Mittel zum Kurzschließen der Primärseite des Zündtransformators (TRl),
• einem Lampenspannungsgenerator (U2), der für die Erzeugung der Betriebsspannung ausgelegt ist, und einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, wobei der erste Ausgang mit dem zweiten Anschluss der Sekundärseite des Zündtransformators (TRl) verbunden ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei das erste Mittel ein mit einem Anschluss der Primärseite des Zündtransformators (TRl) verbundener steuerbarer Schalter (Ml) ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das zweite Mittel ein parallel zur Primärseite des Zündtransformators (TRl) geschalte- ter steuerbarer Schalter (M2) ist.
12. Dielektrische Barriere-Entladungslampe mit länglichen Elektroden (A, K), angepasst für das Verfahren zum Zünden und Betreiben gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine längliche Elektrode durch eine Lücke (L) in zwei Teilelektroden (A, A') zweigeteilt ist, wobei diese Elektrodenlücke (L) für eine Hilfsentladung vorgesehen ist.
13. Dielektrische Barriere-Entladungslampe nach Anspruch 12, wobei die Länge (1) der Elektrodenlücke (L) kleiner als der Abstand (d) der nächstbenachbarten Elektrode (K) ist.
14. Dielektrische Barriere-Entladungslampe nach Anspruch 12 oder 13, wobei die länglichen Elektroden als auf der Wand des Entladungsgefäßes angeordnete Elektrodenbahnen (A, A', K) realisiert sind.
15. Dielektrische Barriere-Entladungslampe nach Anspruch 14, wobei die Elektrodenlücke (L) die betreffende Elektrodenbahn in Längsrichtung in zwei Teilelektrodenbahnen (A, A') unterbricht.
16. Beleuchtungssystem mit einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9 und einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe gemäß einem der Ansprüche 12 oder 15, wobei der erste Anschluss der Sekun- därseite des Zündtransformators (TRl) mit der einen Teilelektrode (A'), der zweite Anschluss der Sekundärseite und der erste Ausgang des Lampenspannungsgenerators (U2) mit der anderen Teilelektrode (A) sowie den ungeteilten Elektroden (A) einer ersten Polarität verbunden sind und der zweite Ausgang des Lampenspannungsgenerator (U2) mit den Elektroden (K) einer zweiten Polarität verbunden sind.
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