DE10016736A1 - Gasentladungslampe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einer kapazitiven Einkoppelstruktur. Um die Leistung zu erhöhen, die in das Entladungsgefäß eingekoppelt werden kann, wird eine kapazitive Einkoppelstruktur aus einer Schichtenfolge mit wenigstens einer ersten Schicht aus einem dielektrischen Material, einer zweiten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und einer dritten Schicht aus einem dielektrischen Material vorgeschlagen. Damit wird die Oberfläche, über die die Leistung in das Entladungsgefäß eingekoppelt wird, deutlich erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer kapazitiven Einkoppelstruktur.

Bekannte Gasentladungslampen bestehen aus einem vakuumdichten Gefäß mit einem Füllgas, in dem die Gasentladung abläuft, und meist zwei metallischen Elektroden, die in das Entladungsgefäß eingeschmolzen sind. Eine Elektrode liefert die Elektronen für die Entladung, die über die zweite Elektrode wieder dem äußeren Stromkreis zugeführt werden. Die Abgabe der Elektronen erfolgt meist mittels Glühemission (heiße Elektroden), kann jedoch auch durch Emission in einem starken elektrischen Feld oder direkt durch Ionenbeschuß (ioneninduzierte Sekundäremission) hervorgerufen werden (kalte Elektro­ den). Eine Gasentladungslampe kann jedoch auch ohne elektrisch leitfähige Elektroden betrieben werden. Bei einer induktiven Betriebsart werden die Ladungsträger direkt im Gasvolumen über ein elektromagnetisches Wechselfeld hoher Frequenz f (typischerweise größer als 1 MHz bei Niederdruckgasentladungslampen) erzeugt. Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen innerhalb des Entladungsgefäßes solcher induktiver Lampen, her­ kömmliche Elektroden fehlen bei dieser Betriebsart. Bei einer kapazitiven Betriebsart werden kapazitive Einkoppelstrukturen als Elektroden verwendet. Diese werden aus Isola­ toren (Dielektrika) gebildet, die auf einer Seite Kontakt zur Gasentladung haben und auf der anderen Seite elektrisch leitfähig (beispielsweise mittels eines metallischen Kontaktes) mit einem äußeren Stromkreis verbunden sind. Bei einer an die kapazitiven Einkoppel­ strukturen angelegten Wechselspannung bildet sich im Entladungsgefäß ein elektrisches Wechselfeld aus, auf dessen linearen elektrischen Feldern sich die Ladungsträger bewegen. Im Hochfrequenzbereich (f < 10 MHz) ähneln kapazitive Lampen den induktiven Lam­ pen, da die Ladungsträger hier ebenfalls im gesamten Gasvolumen erzeugt werden. Die Oberflächeneigenschaften des dielektrischen Materials der Einkoppelstrukturen sind hier von geringer Bedeutung (sogenannter α-Entladungsmodus). Bei niedrigeren Frequenzen ändern die kapazitiven Lampen ihre Betriebsart und die für die Entladung wichtigen Elektronen müssen ursprünglich an der Oberfläche der dielektrischen Einkoppelstruktur emittiert und in einem sogenannten Kathodenfallgebiet vervielfacht werden, um die Entladung aufrechtzuerhalten. Daher ist dann das Emissionsverhalten des dielektrischen Materials bestimmend für die Funktion der Lampe (sogenannter γ-Entladungsmodus).

Gasentladungslampen benötigen zum Betrieb eine Treiberschaltung, die die Gasentladung in der Lampe zündet und einen Ballast für den Betrieb der Lampe an einem Stromkreis liefert. Ohne eine geeignete Ballastierung der Lampe in einem äußeren Stromkreis würde der Strom in der Gasentladungslampe durch Vermehrung der Ladungsträger im Gasvolu­ men des Entladungsgefäßes so stark steigen, dass es schnell zu einer Zerstörung der Lampe kommt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 35 18 299 ist eine gattungsgemäße Gasentladungslampe bekannt, bei der eine kapazitive Kopplung zwischen Elektroden und Leuchtgas mittels eines Dielektrikums entsteht. Die Elektroden zum Anschluss an eine Wechselspannung sind isoliert gegenüber dem in einem Quarzrohr enthaltenen Leuchtgas angeordnet, indem die Elektroden das Quarzrohr umschließen. Die Wandung des Quarzrohres wirkt dabei als Dielektrikum. Die metallischen Elektroden haben keinen direkten Kontakt zum Leucht­ gas, sondern die elektrische Energie wird durch eine kapazitive Kopplung der Elektroden mit dem Leuchtgas über das Dielektrikum zugeführt. Dabei kann nur der kleine Teil der inneren Oberfläche des Dielektrikums, der einerseits von der Elektrode umschlossen ist und andererseits Kontakt zum Leuchtgas hat, zur Einkoppelung von Leistung genutzt werden. Da die Höhe der einkoppelbaren Leistung stark von der Größe der Oberfläche des Dielektrikums abhängt, haben bekannte Gasentladungslampen mit einer kapazitiven Ein­ koppelung den Nachteil, dass nur wenig Leistung eingekoppelt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Gasentladungslampe zu schaffen, bei der der Gasentladung mehr Leistung über die kapazitiven Einkoppelstrukturen zugeführt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Schichtenfolge mit wenigstens einer ersten Schicht aus einem dielektrischen Material, einer zweiten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und einer dritten Schicht aus einem dielektrischen Material eine kapazitive Einkoppelstruktur bildet. Die Schichten bilden drei miteinander verbundene Lagen der Schichtenfolge. Auf diese Weise ist die elektrisch leitfähige Schicht, mittels der die kapazitive Einkoppelstruktur mit einem externen Stromkreis verbunden wird, auf beiden Seiten mit einem Dielektrikum umgeben. Über die Dielektrika wird Leistung in das Entladungsgefäß der Lampe eingekoppelt, die aufgrund der größeren wirksamen Fläche deutlich höhere Werte annehmen kann. Die Schichten werden derart aufeinandergelegt, dass an einer Seite der Schichtenfolge ein elektrischer Kontakt mit der leitfähigen Schicht hergestellt werden kann. Um die wirksame Oberfläche der kapazitiven Einkoppelstruktur weiter zu vergrößern, können zusätzliche Schichtenfolgen miteinander kombiniert werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bilden elastische Folien die Schichten. Die Verwendung von elastischen Folien ermöglicht es, der kapazitiven Einkoppelstruktur eine beliebige, an die Anwendung angepasste Form zu geben. Vorzugsweise ist dabei jeweils eine keramische Folie zur Bildung der ersten und dritten Schicht und eine metalli­ sche Paste zur Bildung der zweiten Schicht vorgesehen. Für die keramischen Folien eignen sich ferroelektrische, paraelektrische oder antiferroelektrische Materialien (z. B. BaTiO₃, BaZrO₃), die in Form einer Folie mit einer Dicke von etwa 100-200 µm verwendet wer­ den. Auf eine solche Folie wird beispielsweise mittels eines Druckverfahrens die metallische Paste (z. B. Ag, Pt) aufgetragen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schichtenfolge zu wenigstens zwei Wicklungen zusammengerollt. Durch das schneckenförmige Zusammenrollen entsteht eine stabile und platzsparende kapazitive Einkoppelstruktur. Die zusammen­ gerollte Schichtenfolge kann auf einfache Weise in das Entladungsgefäß der Lampe eingesetzt werden, so dass die Oberfläche, über die Leistung in das Füllgas im Entladungs­ gefäß eingekoppelt werden kann, sehr groß gewählt werden kann. Mittels einer geeigneten Anzahl von Wicklungen kann eine gewünschte Größe der wirksamen Oberfläche erreicht werden.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Schichtenfolge mit drei Schichten,

Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Schichtenfolge und

Fig. 3: eine kapazitive Einkoppelstruktur aus einer zusammengerollten Schichten­ folge.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schichtenfolge besteht aus einer ersten dielektrischen Schicht aus einer keramischen Folie 1 mit einer Dicke von etwa 100-200 µm. Auf die keramische Folie 1 wird mit einem Druckverfahren eine Platinpaste 2 aufgetragen, die nach dem Trocknen die zweite Schicht bildet. Darauf wird als dritte Schicht wieder eine keramische Folie 3 mit einer Dicke von etwa 100-200 µm aufgebracht. Die Verbindung der Schichten wird vorzugsweise mittels einer Press- oder Laminierungstechnik hergestellt. An einer Seite 4 reicht die Platinschicht 2 bis an den Rand der Schichtenfolge, um eine elektrische Kontaktierung vornehmen zu können.

Die Fig. 2 zeigt die Schichtenfolge im Querschnitt. Auf die drei Schichten 1, 2, 3 ist eine weitere Abstandsschicht 5 aus dem gleichen keramischen Material mit kleineren lateralen Abmessungen an der Seite 4 aufgebracht. Die Abstandsschicht 5 wird bei einer in Fig. 3 dargestellten kapazitiven Einkoppelstruktur 6 benötigt. Die kapazitive Einkoppelstruktur 6 besteht aus einer zusammengerollten Schichtenfolge, die der in der Fig. 1 dargestellten entspricht. Mittels der Abstandsschicht 5 wird ein Abstand zwischen zwei benachbarten Schichtenfolgen eingestellt. An der Seite 4 der zusammengerollten Schichtenfolge 6 kann eine flächige elektrische Kontaktierung aus einer Platinpaste angebracht werden.

Claims (4)

1. Gasentladungslampe mit wenigstens einer kapazitiven Einkoppelstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtenfolge mit wenigstens

• - einer ersten Schicht (1) aus einem dielektrischen Material,
• - einer zweiten Schicht (2) aus einem elektrisch leitfähigen Material und
• - einer dritten Schicht (3) aus einem dielektrischen Material eine kapazitive Einkoppel­ struktur bildet.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Folien (1, 2, 3) die Schichten bilden.

3. Gasentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine keramische Folie (1, 3) zur Bildung der ersten und dritten Schicht und eine metallische Paste (2) zur Bildung der zweiten Schicht vorgesehen ist.

4. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge zu wenigstens zwei Wicklungen zusammengerollt ist.