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(11) | EP 1 063 682 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe Method for driving a discharge lamp Procédé pour alimenter une lampe à décharge |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
I. Stand der Technik
[0002] Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift WO 96/36066 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Entladungslampe, bei dem in der Entladungslampe eine erste, dielektrisch behinderte Entladung und eine zweite, dielektrisch nicht-behinderte Entladung erzeugt werden. Der dielektrisch nicht-behinderten Entladung wird die dielektrisch behinderte Entladung überlagert oder zeitlich vorgeschaltet. Über das Verhältnis der elektrischen Leistungen beider Entladungen wird der Farbort des von der Entladungslampe emittierten Lichts gezielt eingestellt. Als Entladungsmedium dient Neongas. Die dielektrisch behinderte Entladung generiert Neon-Excimere, die bei ihrem Zerfall UV-Strahlung emittieren, die wiederum mittels eines Leuchtstoffes in Licht umgewandelt wird, während die dielektrisch nicht-behinderte Entladung vorwiegend rotes Licht emittiert. Dieses Verfahren erlaubt kein Dimmen der Entladungslampe, da Änderungen der elektrischen Leistung der beiden Entladungen zu einer Verschiebung des Farbortes des emittierten Lichtes führen.
II. Darstellung der Erfindung
[0003] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe bereitzustellen, bei dem in der Entladungslampe eine dielektrisch behinderte und eine dielektrisch nicht behinderte Entladung erzeugt werden, und das eine Helligkeitsregelung des von der Entladungslampe emittierten Lichtes ermöglicht. Außerdem soll auf die Verwendung von Quecksilber in der Entladungslampe verzichtet werden.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
[0005] Das Betriebsverfahren erzeugt in der Entladungslampe zwei unterschiedliche Gasentladungen, nämlich eine dielektrisch behinderte Entladung und eine dielektrisch nicht behinderte Entladung, wobei in beiden Fällen als Entladungsmedium Xenon verwendet wird. Erfindungsgemäß generiert die dielektrisch behinderte Entladung durch Bildung von Xenon-Excimeren ultraviolette Strahlung, die durch Leuchtstoffe in Licht umgewandelt wird, während die dielektrisch nicht behinderte Entladung als ultraviolette Strahlung emittierende Xenon-Niederdruckentladung ausgebildet ist, wobei die von der Xenon-Niederdruckentladung emittierte UV-Strahlung ebenfalls durch Leuchtstoffe in Licht umgewandelt wird. Bei der Helligkeitsregelung des von der Entladungslampe emittierten Lichtes wird erfindungsgemäß zur Einstellung des ungedimmten Betriebszustandes die dielektrisch behinderte Entladung erzeugt und zur Einstellung eines gedimmten Betriebszustandes die Xenon-Niederdruckentladung generiert.
[0006] Durch diese erfindungsgemäße Betriebsweise der Entladungslampe werden die hohe Lichtausbeute einer dielektrisch behinderten Entladung und die gute Dimmbarkeit einer Niederdruckentladung miteinander vereint. Da als Entladungsmedium Xenongas genutzt wird, entsteht sowohl bei der dielektrisch behinderten als auch bei der Niederdruckentladung vorwiegend ultraviolette Strahlung, die durch Leuchtstoffe in weißes Licht oder einfarbiges Licht umgewandelt wird, so daß auf den Zusatz von Quecksilber im Entladungsraum verzichtet werden kann. Die Farbe des von der Entladungslampe emittierten Lichtes wird allein durch die Leuchtstoffe bestimmt. Es entstehen daher bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise keine Farbortverschiebungen durch Änderung der elektrischen Leistung der beiden Entladungsarten. Vorteilhafterweise wird zur Einstellung des ungedimmten Betriebszustandes in der Entladungslampe nur die dielektrisch behinderte Entladung erzeugt, da diese eine höhere Lichtausbeute gewährleistet als die dielektrisch nicht behinderte Entladung. Zur Verringerung der Helligkeit wird vorteilhafterweise zunächst die elektrische Leistung der dielektrisch behinderten Entladung reduziert und zur weiteren Verringerung der Helligkeit die dielektrisch behinderte Entladung ausgeschaltet und nur die Xenon-Niederdruckentladung generiert, wobei die elektrische Leistung der Xenon-Niederdruckentladung in Abhängigkeit von der gewünschten Helligkeit oder Dimmstufe eingestellt wird. Die Xenon-Niederdruckentladung läßt sich in einem wesentlich stärkeren Maß dimmen, als die dielektrisch behinderte Entladung, ohne daß ein Verlöschen der Entladung befürchtet werden muß oder eine inhomogene Entladung auftritt.
[0007] Vorteilhafterweise wird die dielektrisch behinderte Entladung mittels zweier Außenelektroden, die auf der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes angebracht sind, erzeugt, um eine möglichst homogene Entladung zu gewährleisten. Die dielektrisch nicht behinderte Entladung wird vorteilhafterweise mittels zweier innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneter Kaltkathoden generiert. Zur Erzeugung der dielektrisch behinderten Entladung werden die beiden Außenelektroden vorteilhafterweise mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, während zur Erzeugung der Xenon-Niederdruckentladung die Kaltkathoden vorteilhafterweise mit einer mittelfrequenten Wechselspannung oder mit Hochspannungsimpulen beaufschlagt werden.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
[0008] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Entladungslampe, anhand der das erfindungesmäße Verfahren näher beschrieben wird. Diese Entladungslampe dient beispielsweise als Display-Hinterleuchtung für Anzeigevorrichtung in Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen.
[0009] Die Entladungslampe besitzt ein rohrartiges, an den Enden gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß 1 aus Glas, das eine Länge von ca. 160 mm und einen Durchmesser von ca. 9 mm aufweist und auf der Innenseite mit Leuchtstoff 2 beschichtet ist. Die beiden Enden des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils mit einer in den Innenraum des Entladungsgefäßes 1 hineinragenden, becherartigen Kaltkathode 3, 4 ausgestattet. Die Kaltkathoden 3, 4 sind durch in den Enden des Entladungsgefäßes 1 gasdicht eingeschmolzene Stromzuführungen 8, 9 mit einem Betriebsgerät 7 verbunden. Auf der äußeren Oberfläche. des Entladungsgefäßes 1 sind zwei sich in Längsrichtung erstreckende, einander gegenüberliegende Außenelektroden 5, 6 aufgebracht. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 befindet sich Xenon mit einem Fülldruck von ungefähr 15 kPa. Zur Einstellung des ungedimmten Betriebszustandes der Entladungslampe werden die Außenelektroden 5, 6 mittels des Betriebsgerätes 7 mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt. Hierbei handelt es sich um unipolare, negative Spannungsimpulse von ca. 3 bis 5 kV mit Pulsbreiten von ca. 2-3 µs und Pulsabständen von ca. 10 µs. Im Innenraum des Entladungsgefäß 1 bildet sich quer zur Längserstreckung des Entladungsgefäßes 1 eine dielektrisch behinderte Entladung aus. In dieser Entladung werden Xenon-Excimere erzeugt, die unter Emission von ultravioletter Strahlung zerfallen. Die ultraviolette Strahlung wird durch die Leuchtstoffbeschichtung 2 in weißes Licht umgewandelt. Um die Helligkeit der Lampe geringfügig zu reduzieren, wird die elektrische Leistung der dielektrisch behinderten Entladung durch Austastung von Pulsfolgen verringert. Dieses Dimmverfahren erlaubt nur eine vergleichsweise geringfügige Reduktion der Helligkeit, nämlich nur im Verhältnis 20:1, da bei zu starker Austastung der Pulsfolgen eine inhomogene Entladung mit örtlich über die Lampe variierender Helligkeit entsteht. Um eine weitere, stärkere Reduktion der Helligkeit zu ermöglichen, wird mittels des Betriebsgerätes 7 über die Kaltkathoden 3, 4 eine Xenon-Niederdruckentladung gezündet und die dielektrisch behinderte Entladung abgeschaltet. Zur Erzeugung der Xenon-Niederdruckentladung werden die Kaltkathoden 3, 4 mit Hochspannungsimpulsen von ca. 5 bis 10 kV und einer Impulsbreite von ca. 1 µs sowie einer Impulsfolgefrequenz von ca. 20 kHz beaufschlagt. Die in der Entladung entstehende UV-Strahlung wird von der Leuchtstoffschicht 2 in weißes Licht umgewandelt. Das Dimmen der Xenon-Niederdruckentladung erfolgt durch Austastung von Impulsfolgen mit Austastfrequenzen oberhalb von 75 Hz. Auf diese Weise kann die Helligkeit der Entladungslampe im Verhältnis 1000 zu 1 kontinuierlich gedimmt werden. Die Hochspannungsimpulse für die Kaltkathoden 3, 4 und für die Außenelektroden 5, 6 werden von demselben Betriebsgerät 7 generiert.
[0010] Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann die Xenon-Niederdruckentladung anstatt durch Hochspannungsimpulse auch durch eine mittelfrequente Wechselspannung generiert werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Lampen angewandt werden, die statt der dielektrisch behinderten Außenelektroden 5, 6 dielektrisch behinderte Innenelektroden 5', 6' aufweisen. Eine Lampe mit derartigen Innenelektroden 5', 6' ist in der Figur 2 stark schematisiert abgebildet. Die Innenelektroden 5', 6' sind hier als einander gegenüberliegende, sich in Längsrichtung erstreckende Metallstreifen ausgebildet, die unmittelbar auf der Innenwand des Entladungsgefäßes 1 angebracht sind. Die Innenwand des Entladungsgefäßes 1 ist mit einer Leuchtstoffschicht 2 versehen und eventuell mit einem weiteren Dielektrikum 2' beschichtet, so daß die Metallstreifen 5', 6' zwischen der Innenwand des Entladungsgefäßes 1 und der Leuchtstoffschicht 2 bzw. dem Dielektrikum 2' angeordnet ist. Die dielektrisch behinderte Entladung bildet sich senkrecht zu den Metallstreifen 5', 6' aus. Die Kaltkathodenentladung wird mittels zweier in den Endverschlüssen 10, 11 des rohrartigen Entladungsgefäßes 1 angeordneten Becherelektroden 3, 4 erzeugt. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auf Lampen anzuwenden, die neben den Kaltkathoden eine oder mehrere Innenelektroden und eine oder mehrere Außenelektrode, zur Erzeugung der dielektrisch behinderten Entladung aufweisen. Eine solche Lampe ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 197 18 395 C1 offenbart.
- mittels der ersten, dielektrisch behinderten Entladung durch Bildung von Xenon-Excimeren UV-Strahlung erzeugt wird,
- die zweite, dielektrisch nicht behinderte Entladung eine UV-Strahlung emittierende Xenon-Niederdruckentladung ist,
- die von beiden Entladungen generierte UV-Strahlung mittels eines oder mehrerer Leuchtstoffe
(2) in sichtbares Licht umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Helligkeit der Entladungslampe geregelt wird, indem zur Einstellung des ungedimmten Zustandes in der Entladungslampe die dielektrisch behinderte Entladung erzeugt wird und zur Einstellung eines gedimmten Zustandes in der Entladungslampe die Xenon-Niederdruckentladung erzeugt wird.
- zum Betrieb der Entladungslampe im ungedimmten Zustand ausschließlich die dielektrische behinderte Entladung erzeugt wird,
- zum Verringern der Helligkeit der Entladungslampe zunächst die elektrische Leistung der dielektrisch behinderten Entladung reduziert wird, und
- zur weiteren Verringerung der Helligkeit der Entladungslampe die dielektrische Entladung ausgeschaltet und ausschließlich die Xenon-Niederdruckentladung erzeugt wird, wobei die elektrische Leistung der Xenon-Niederdruckentladung in Abhängigkeit von der gewünschten Helligkeit eingestellt wird.
- by forming xenon excimers, UV radiation being generated by means of the first, dielectrically impeded discharge,
- the second, dielectrically unimpeded discharge being a xenon low-pressure discharge emitting UV radiation,
- the UV radiation generated by the two discharges being converted into visible light by means of one or more fluorescent materials (2;), characterized in that
- the brightness of the discharge lamp is controlled by generating the dielectrically impeded discharge for the purpose of setting the undimmed state in the discharge lamp, and by generating the xenon low-pressure discharge for the purpose of setting a dimmed state in the discharge lamp.
- only the dielectrically impeded discharge is generated for the purpose of operating the discharge lamp in the undimmed state,
- the electric power of the dielectrically impeded discharge is firstly reduced in order to reduce the brightness of the discharge lamp, and
- the dielectric discharge is switched off for the purpose of further reducing the brightness of the discharge lamp and only the xenon low-pressure discharge is generated, the electric power of the xenon low-pressure discharge being set as a function of the desired brightness.
- au moyen de la première décharge rendue incomplète par voie diélectrique, on produit du rayonnement UV par formation d'excimères de xénon,
- la deuxième décharge qui n'est pas rendue incomplète par voie diélectrique est une décharge basse pression de xénon émettant du rayonnement UV,
- on transforme en lumière visible le rayonnement UV engendré par les deux décharges au moyen d'une ou de plusieurs substances (2) luminescentes, caractérisé en ce que
- on règle la brillance de la lampe à décharge en produisant, pour l'établissement de l'état non atténué dans la lampe de décharge, la décharge rendue incomplète par voie diélectrique et, pour l'établissement d'un état atténué dans la lampe de décharge, la décharge basse pression au xénon.
- pour le fonctionnement de la lampe à décharge à l'état non atténué on produit exclusivement la décharge rendue incomplète par voie diélectrique,
- pour diminuer la brillance de la lampe à décharge, on réduit d'abord la puissance électrique de la décharge rendue incomplète par voie diélectrique et
- pour diminuer davantage la brillance de la lampe à décharge on arrête la décharge diélectrique et on produit exclusivement la décharge basse pression au xénon, la puissance électrique de la décharge basse pression au xénon étant réglée en fonction de la brillance souhaitée.