DE3525888C1

DE3525888C1 - Leuchtstofflampe fuer unipolaren Betrieb

Info

Publication number: DE3525888C1
Application number: DE3525888A
Authority: DE
Inventors: Loy Helmut M; Armin Eich; Sigurd Kohler
Original assignee: GTE Licht GmbH; GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Licht GmbH
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1987-01-08
Also published as: JPH0467744B2; EP0231303A1; DE3666112D1; JPS63500833A; KR910001418B1; US4814663A; KR880700448A; EP0231303B1; WO1987000683A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe für unipolaren Betrieb, wie sie in "Lichttechnik", 30. Jahrg. Nr. 3, 1978, Seiten 106 bis 108 beschrieben ist.

Eine solche Leuchtstofflampe ist vornehmlich mit Quecksilberdampf gefüllt und die Innenfläche ihres Glaskolbens ist mit Leuchtstoff beschichtet. Der unipolare Betrieb ist eine Speisung mit Gleichstrom oder mit einer getakteten Gleichspannung, nämlich einer nur mit einer Polarität pulsierenden Spannung, wie einer Sinushalbwellenspannung, einem Rechteckimpulszug, usw. Gleichstrombetrieb, insbesondere von Niederdruck-Gasentladungslampen, erbringt aus physikalisch plausiblen und experimentell nachgewiesenen Gründen, sofern ohmsche Stabilisierungswiderstände umgangen werden können, eine um 20% und mehr verbesserte Lichtausbeute gegenüber konventionellem Wechselstrombetrieb.

Bei Gleichstrombetrieb wandern jedoch Quecksilberionen von der Anode zur Kathode, weshalb der Anodenbereich nachteiligerweise eine Quecksilberverarmung erfährt, womit die Lichtausbeute im Anodenbereich verringert wird. Diese Erscheinung wird auch als Kataphorese bezeichnet.

Zur Verringerung der Kataphorese ist nun bei der eingangs genannten, als Doppelrohrlampe aufgebauten Leuchtstofflampe die Verwendung eines besonderen Diaphragmas, das quecksilberdampfdurchlässig, jedoch gasentladungsdicht ist, vorgeschlagen worden. Die Verwendung eines solchen Diaphragmas und der Aufbau einer Doppelrohrlampe stellen jedoch einen erheblichen Aufwand dar.

Aus "Technical Newsletter", Dezember 1984, Vol. 6, Nr. 6, Seiten 1 und 2 ist eine Leuchtstofflampe bekannt, deren Kathode dauernd beheizt ist, um ideale Bedingungen für die Zündung der Bogenentladung und deren Aufrechterhaltung, sowie einen genügend hohen Hg-Dampfdruck zu schaffen, was bei hoher Schalthäufigkeit von Vorteil ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtstofflampe für unipolaren Betrieb zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln der Effekt der Kataphorese weitgehend verringert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kataphorese dadurch weitgehend verringert werden kann, daß zwischen Kathode und Anode der Leuchtstofflampe ein größerer Temperaturgradient erzeugt wird. Deshalb wird gemäß der Erfindung die Anode möglichst großflächig bemessen, damit sie bei Nennleistung eine geringe Stromdichte, und zwar nur bis 10^-5 A/cm², hat, wodurch die Anode trotz ausreichendem Elektronenstrom nur wenig erwärmt wird. Die Anordnung von Wärmeableitern unterstützt die gewünschte niedrige Temperatur der Anode, die im übrigen eine Schwärzung durch Elektrodenmaterial auf der Anodenseite verhindert. Die großflächige Anode ergibt einen kleineren Anodenfall, eine kleinere Anodenverlustleistung und einen höheren Wirkungsgrad.

Die kleine Anodenstromdichte führt auch zu einer Verringerung der Amplitude der Relaxationsschwingungen im Anodenbereich, womit geringere Hochfrequenzstörungen auftreten.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei dient die Verwendung einer dauernd beheizten Kathode nicht nur der Verhinderung der Kataphorese, sondern sie erhöht auch die Steuerbarkeit der Leuchtstofflampe und vermindert den Kathodenfall. Ganz allgemein ist eine externe Heizung der Kathode zwingend erforderlich bei Helligkeitsregelung der Lampe durch Variation des Anodenstromes und/oder durch Impulsmodulation. Bei kleinem effektivem Lampenstrom reicht dieser nämlich nicht aus, um die Kathode auf volle Emissionstemperatur zu heizen. Die externe Kathodenheizung auf konstante Emissionstemperatur kann mit Gleich- oder Wechselstrom erfolgen. Bei Betrieb mehrerer Lampen können die Heizer parallel geschaltet werden und mit lediglich einer Konstant-Spannungsquelle versorgt werden. Daraus ergibt sich, daß eine externe und darüber hinaus auch dauernde Beheizung der Kathode vor allem bei Leuchtstofflampen vorteilhaft ist, die für die Wiedergabe von alphanumerischen Zeichen und Bildern im Rahmen einer Anzeigematrix, eines Displays oder dergleichen Verwendung finden.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beschrieben, in der sind

Fig. 1 eine Draufsicht einer Leuchtstofflampe und

Fig. 2 ein Schnitt durch die Leuchtstofflampe längs der Linie A-A in Fig. 1.

Die Leuchtstofflampe enthält ein U-förmig gebogenes Entladungsgefäß 5 aus Glas, dessen Innenwand mit einem Leuchtstoff beschichtet ist. Die Rohrenden sitzen in zwei gleichförmigen Sockeln 11. Der eine Sockel trägt über den Pumpstengel 3 die Kathode 4 in Form einer oxidbeschichteten Wolframwendel, die über die Kathodenheizungsanschlüsse 1 und 2 durch Energiezufuhr von außen dauernd beheizt wird und dadurch Elektronen emittiert. Der andere Sockel trägt die Anode 7 in Form einer Scheibe oder Ronde, deren wirksame Oberfläche 73% der Querschnittsfläche des Entladungsgefäßes 5 beträgt. Die Anode ist vorteilhaft mit einem Hg-Dispenser in Form einer kreisförmigen Sicke 8 versehen, die mit Quecksilber gefüllt ist. An der Anode 7 sind zwei Wärmeableiter 9′ und 9″ angebracht, die gleichzeitig als Anodenhalterung dienen. Die beiden Wärmeableiter 9′ und 9″ sind mit zwei nach außen führenden Lampenanschlußstiften 10 zur Abführung der Wärme aus der Lampe nach außen verbunden.

Die als Metallkörper mit relativ großer Oberfläche ausgebildete Anode kann auch die Form eines Hohlzylinders, einer Halbkugel oder eines Kegelstumpfs haben.

Die Anodenstromdichte bei Nennleistung beträgt vorzugsweise 10^-5 bis etwa 10^-7 A/cm². Mehr als 10^-5 A/cm² sind nicht zweckmäßig.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein sogenanntes Penninggemisch verwendet wurde, z. B. Ar-Hg (angeregte Ar-Atome des metastabilen Niveaus von 11,5 eV ionisieren Hg-Atome der Ionisationsenergie 10,4 eV), ergaben sich folgende Werte:

Gasdruck Ar: ca. 1 bis 10 mbar
Gasdruck Hg: ca. 10^-3 bis 10^-2 mbar
Menge Hg: 10 mg (0,7 mg/cm³)
Brennspannung: ca. 25 bis 30 V
Lampenstrom: 1 bis 200 mA
Lampenleistung: 3-5 W max
Heizleistung: ca. 0,5 bis 1 W
Zündimpuls: ca. 300 bis 400 V, 2 bis 20 µsec
Anodenstromdichte: ca. 1 mA/mm²
Lichtstrom:
(Farbe Grün) ca. 250 lm

Es ist zu betonen, daß die Form des Entladungsgefäßes natürlich von der geschilderten Ausführungsform abweichen kann. Insbesondere bei der Herstellung sogenannter Pixel können langgestreckte, auch rechteckige bzw. quaderförmige Entladungsgefäße verwendet werden, welche Entladungsstrecken für die drei Farben Rot, Grün und Blau aufweisen.

Claims

1. Leuchtstofflampe für unipolaren Betrieb mit einem Entladungsgefäß, mit einer Kathode und mit einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode eine für die Ausbildung des elektrischen Feldes der Entladung wirksame Oberfläche von 60-100% der maximalen Querschnittsfläche des Entladungsgefäßes, senkrecht zur Entladungsachse gemessen, besitzt.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (8) mit mindestens zwei Wärmeableitern (9′, 9″) aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit zum Abführen der Wärme aus der Lampe nach außen verbunden ist.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2 mit zwei Wärmeableitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiter (9′, 9″) in zwei Lampenanschlußstifte (10) übergehen.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode von außen und dauernd beheizt ist.