-
Die Erfindung betrifft strahlungsemittierende Paneele mit zwei parallelen Platten,
welche entlang ihrer Kanten miteinander versiegelt sind und ein
Entladungsvolumen bei geringem Gasdruck einschließen, wobei die Platten strahlungsdurchlässig
sind und mindestens eine der Platten auf ihrer inneren Oberfläche eine
Phosphorbeschichtung aufweist, welche die Strahlung bei einer Entladung innerhalb des Paneels
erzeugt.
-
In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, von einer Lampe eine gleichmäßige
Beleuchtung über eine große Fläche zu erzeugen, beispielsweise bei der
Rückseitenbeleuchtung von Instrumenten. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsstärke sehr hoch
bei geringem Energieverbratich und geringer Hitzeerzeugung während die Lampe
kompakt und leicht sein soll.
-
Die Fluoreszenzbeleuchtung, bei welcher Licht durch Photoionisation einer
Phosphorschicht innerhalb einer Gasentladungsröhre erzeugt wird, entspricht diesen
Anforderungen in idealer Weise, was die Beleuchtungsstärke und den Energieverbrauch
betrifft. Wenn eine gieichmäßige Beleuchtung über eine große Fläche gefordert ist,
müssen jedoch mehrere Fluoreszenzröhren parallel zueinander oder eine gebogene
Röhre verwendet werden, um eine gleichmäßige Lichtverteilung zu erzeugen. In der
WO 87/04562 ist eine Anzeige beschrieben, bei welcher eine Anordnung paralleler
Röhren in einem flachen Paneel erzeugt wird, und zwar durch Wandungen, welche
das Paneel in verschiedene Entladungswege abteilen, von denen jeder seine eigene
Elektrode hat. Die EP-A-0283014 beschreibt eine Lampe, welche von parallelen
Wandungen abgestützt wird. Bei diesen Anordnungen beschränkt sich die
Entladung auf gerade Entladungswege zwischen den Wandungen. Eine Anordnung mit
einer gebogenen Röhre kann auf ähnliche Weise durch Wände erzeugt werden, welche
einen kreisförmigen Weg zwischen zwei Elektroden beschreiben. Dabei ist es
üblicherweise auch notwendig einen Diffusor vor derartigen Anordnungen anzubringen,
um eine gleichmäßigere Beleuchtung zu erzeugen. Hierdurch wird jedoch aufgrund
der vorhandenen Wandungen noch irnmer keine Beleuchtung erzeugt, welche für
manche Anwendungsfälle gleichmäßig genug ist.
-
Die WO 87/04562 beschreibt auch eine Flachbettfluoreszenzvorrichtung, welche aus
zwei Glasplatten besteht, die an ihren einander gegenüberliegenden Seiten mit
Phosphor beschichtet sind. Die Platten weisen zueinander einen Abstand auf und sind
entlang ihrer Kanten miteinander versiegelt, wobei der Zwischenraum zwischen den
Platten auf einen geringen Gasdruck evakuiert ist. Elektroden verlaufen entlang
gegenüberliegender Kanten innerhalb des Raums zwischen den Platten, wodurch eine
Gasentladung zwischen den Platten erzeugbar ist. Der Nachteil dieser Konstruktion
besteht darin, daß aufgrund des reduzierten Drucks innerhalb der Vorrichtung die
Platten relativ dick sein müssen, um der an ihnen anliegenden Druckdifferenz
widerstehen zu können. Dies führt zu einer relativ schweren und sperrigen Vorrichtung.
-
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein strahlungsemittierendes Paneel
bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
-
Erfindungsgemäß wird ein strahlungsemittierendes Paneel der oben genannten Art
vorgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Platten innerhalb ihrer
Kanten durch eine Anordnung aus einer Vielzahl strahlungsdurchlässiger Säulen
gegeneinander abgestützt sind, welche ansteigende, gewinkelte Oberflächen aufweisen, die
Strahlung außerhalb und innerhalb der Säulen reflektieren, wobei die Säulen als
Lichtleiter für Strahlung wirken, welche von der reflektierenden äußeren Oberfläche
einer Platte zu der anderen Platte reflektiert wird.
-
Die Säulen sind vorzugsweise mit einer Phosphorschicht beschichtet. Die Säulen
können in einer Vielzahl von Reihen angeordnet sein und der Durchmesser der Säulen
entlang jeder Reihe kann im wesentlichen dem Abstand einer Säule zu der nächsten
Säule in der gleichen Reihe entsprechen. Säulen in einer Reihe sind zu den Säulen
in der nächsten Reihe vorzugsweise in einem Abstand versetzt angeordnet, welcher
dem Durchmesser der Säulen entspricht. Die Säulen sind vorzugsweise
pyramidenstumpfförmig.
Mindestens eine der Platten kann einstückig mit dieser gebildete
Säulen aufweisen.
-
Ein lichtemittierendes Paneel und eine Anzeigevorrichtung mit einem solchen Paneel
entsprechend der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben,
welche zeigen:
-
Fig. 1 eine Draufsicht auf das Paneel;
-
Fig. 2 einen Querschnitt des Paneels in vergrößerter Darstellung;
-
Fig. 3 einen Querschnitt der Anzeigevorrichtung mit dem Paneel mit
eingezeichneten Strahlengängen innerhalb des Paneels; und
-
Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform des Paneels.
-
Aus den Figuren 1 bis 3 ist ersichtlich, daß das lichtemittierende Paneel zwei
rechteckige Glasplatten 1 und 2 umfaßt, welche beide lichtdurchlässig sind. Ein elektrisch
isolierender Abstandhalter 3, welcher aus Glasstangen bestehen kann, befindet sich
zwischen den beiden Platten entlang deren Kanten, um diese voneinander zu trennen
und eine gasdichte Abdichtung zwischen ihnen zu bilden. Die äußeren Oberflächen
4 und 5 beider Platten 1 und 2 sind flach und eben, wobei sich auf der Oberfläche
5 der unteren Platte 2 ein ebener Reflektor 6 befindet, welcher aus einer direkt
reflektierenden Metallbeschichtung oder einer diffus reflektierenden Farbbeschichtung
bestehen kann.
-
Die inneren Oberflächen 7 und 8 beider Platten 1 und 2 sind durch eine Anordnung
aus Säulen 10 unterbrochen. Die Säulen 10 weisen quadratischen Querschnitt auf,
sind pyramidenstumpfförmig und haben typischerweise eine Breite von 0,707 mm,
was einen diagonalen Durchmesser von l mm an ihrer Basis ergibt bei einem
Wandungswinkel Θ von 60&sup0; zur Horizontalen und einer Höhe von 0,433 mm. Die Säulen
sind in geraden, in Figur 1 horizontalen, Reihen angeordnet, wobei die Abstände
zwischen benachbarten Säulen in einer Reihe gleich dem Basisdurchmesser der Säulen
sind. Die Säulen 10 in benachbarten Reihen sind zueinander in einem Abstand,
welcher gleich dem Durchmesser der Säulen ist, versetzt angeordnet, wodurch die
Säulen 10 einer Reihe in der Mitte zwischen den Säulen der benachbarten Reihe
ausgerichtet sind. Die Kanten benachbarter Reihen fallen aufeinander, so daß zwischen
benachbarten Reihen kein Zwischenraum entsteht.
-
Die Säulenanordnung ist auf den beiden Platten 1 und 2 identisch, so daß die
Oberseite jeder Säule 10 auf einer Platte die Oberseite einer entsprechenden Säule auf
der anderen Platte kontaktiert. Die einander berührenden Oberseiten der Säulen 10
auf den beiden Platten sind durch einen Klebstoff miteinander verbunden, dessen
Brechungsindex dem Glas der Platten angepaßt ist. Der Abstand zwischen den
beiden Platten ist demzufolge gleich der Summe der Höhen der Säulen auf den beiden
Platten.
-
Entlang gegenüberliegender, vertikaler Seiten innerhalb des Paneels befinden sich
zwei Elektroden 21 bzw. 22, welche innerhalb des Abstandshalters 3 versiegelt sind
und einen elektrischen Leiter aufweisen, der durch den Abstandshalter nach außen
verläuft und an den eine Spannung angelegt werden kann. Jede Elektrode 21 und
22 verläuft im wesentlichen entlang der gesamten Länge einer Seite des Paneels, und
zwar im rechten Winkel und entlang der Enden aller Säulenreihen. Die Elektroden
21 und 22 sind vorzugsweise unbeheizt, wodurch das Paneel eine
Gasentladungsvorrichtung des Kaltkathodentyps bildet. In alternativen Ausführungsformen kann
eine Konfiguration mit heißen Kathodenelektroden verwendet werden. Die
Elektroden können als dicke leitfähige Beschichtung der Abstandshalter 3 ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung erfordert im Gegensatz zu machen
vorbekannten Anordnungen nur einen Elektrodensatz, wodurch Interferenzprobleme zwischen
verschiedenen Etektrodensätzen und ihren entsprechenden Entladungen vermieden
werden.
-
Der Raum innerhalb des Paneels beinhaltet eine Mischung aus Argon, Gas und
Quecksilberdampf oder anderen Gasen oder Gasmischungen bei geringem Druck.
Die exponierten Oberflächen innerhalb des Paneels, also die flache innere Oberfläche
der beiden Platten 1 und 2 zwischen den Säulen 10 und die Wandungen der Säulen
sind mit einer oder mehreren Phosphorschichten 30 beschichtet, welche das gewünschte
Strahlungsspektrum emittieren, wenn sie durch eine Gasentladung zur Fluoreszenz
angeregt werden.
-
Zum Betrieb wird eine Hochspannung zwischen den beiden Elektroden 21 und 22
angelegt, welche innerhalb des Paneels eine Gasentladung bewirkt die wiederum
eine Fluroreszenz der Phosphorschicht 30 bewirkt. Eine Entladung zwischen den
beiden Elektroden 21 und 22 führt zu einer Plasmaproduktion, welche nicht durch
innere Barrieren innerhalb des Paneels begrenzt ist und welche daher gleichförmig
innerhalb des Paneels um die Säulen 10 herum verteilt ist. Licht, welches von der
Phosphorschicht 30 emittiert wurde, verläuft sowohl in den Gasraum zwischen den
beiden Platten 1 und 2 als auch in das Glas, auf welchem die
Phosphorbeschichtung angeordnet ist, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Die geneigten Wandungen der
Säulen 10 bewirken, daß jedwedes Licht, welches in die Säulen eintritt in Richtung
der äußeren Oberflächen 4 oder 5 der Platten 1 oder 2 reflektiert wird. Aus diesem
Grunde ist der Winkel der Wandungen der Säulen, wo diese auf die Oberflächen
der Platten auftreffen vorzugsweise geringer als 90º. Licht, welches auf die untere
Oberfläche 5 auftrifft, wird von dem Reflektor 6 in Richtung der oberen Platte 1
reflektiert. Die Säulen 10 wirken als Lichtleiter, welche einen erheblichen Anteil des
von dem Reflektor 6 reflektierten Lichts unmittelbar aus der äußeren Oberfläche des
Paneels heraus leiten, ohne daß dieses durch Absorption in der
Phosphorbeschichtung 30 abgeschwächt würde. Auf diese Weise ist bei Betrachtung des Paneels das
im Bereich der Basis der Säulen emittierte Licht im wesentlichen das gleiche wie
das von den Bereichen um die Säulen herum. Jede geringfügige Abweichung der
Beleuchtungsstärke dieser Bereiche hat nur eine geringe Wirkung auf die insgesamte
gleichförmige Erscheinung der Beleuchtung, und zwar aufgrund der gleichmäßigen
Verteilung der Säulen, ihrer geringen Breite und der Tatsache, daß die Säulen von
der flachen Oberfläche der Platte umgeben sind.
-
Die Säulen 10 vermindern den flachen Bereich der inneren Oberflächen 7 und 8 der
Platten um etwa 20 %. Die exponierten Wände der Säulen 10 haben jedoch eine
Oberfläche von etwa 38 % des flachen Bereichs, wodurch sich die Fläche der
Phosphorbeschichtung 30 um etwa 18 % gegenüber der sich nur aus den beiden Platten
ergebenden Fläche vergrößert. Die Säulen bewirken aufgrund ihrer
Lichtführungseigenschaften auch eine effizientere Verwendung des in die untere Platte emittierten
Lichtes.
-
Die Säulen verleihen dem Paneel auch eine festere Struktur und höhere Festigkeit
gegenüber senkrecht auf das Paneel wirkenden Kräften. Hierdurch können die
Platten 1 und 2 relativ dünn sein, weil die Säulen deren korrekten Abstand
gewährleisten. Das Paneel kann demzufolge erheblich leichter und dünner sein als
entsprechende Paneele, welche keine Säulen aufweisen. Beispielsweise kann ein
quadratisches Paneel mit 100 mm Seitenlänge aus nur 2 mm starken Platten gefertigt werden,
was eine Gesamt dicke von etwa 5 mm ergibt.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Paneels mit großer
Gleichförmigkeit der Beleuchtung und mit stark unidirektionaler Emission. Es sei
angemerkt, daß bidirektionale Paneele herstellbar sind, indem der Refiektor weggelassen
wird, wodurch das Licht auf beiden Seiten aus tritt.
-
Die Säulen 10 auf den Platten 1 und 2 können in jeder herkömmlichen Technik
ausgeführt werden, beispielsweise durch chemisches Ätzen, mechaniscbe Methoden
oder Ionenbeschuß oder aber mithilfe von Laserablationsmethoden.
-
Anstelle der Ausbildung von Säulen auf beiden Platten können diese auch nur auf
einer Platte 2' ausgebildet werden, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Bei dieser
Anordnung ist die Steigung der Säulen 10' entlang deren Länge gleichförmig. Es ist
ersichtlich, daß das Licht bei dieser Anordnung vorzugsweise in die untere Platte 2'
gelenkt wird und daß demzufolge ein Reflektor vorzusweise auf der oberen Platte 1'
anzuordnen ist.
-
Alternativ hierzu können die Säulen als Komponenten getrennt von den beiden
Platten gefertigt und anschließend mit einer oder beiden Platten verbunden werden. Um
den von diesen Säulen in die Platte transmittierten Lichtanteil nicht zu vermindern,
ist es wünschenswert, daß die Verbindungsstellen zwischen den Säulen und den
Platten mit einem optischen Zement ausgeführt werden, der im wesentlichen den gleichen
Brechungsindex wie das Glas der Säulen und der Platten aufweist.
-
Die Säulen mussen nicht pyramidenstumpfförmig sein, sondern können auch andere
Formen, beispielsweise Kegelstumpfform aufweisen. Die Form einer vierseitigen
Pyramide ist jedoch maschinell leichter herstellbar als konische Formen. Die äußere
Oberfläche der Platten muß nicht flach sein, sondern kann auch profiliert sein,
beispielsweise um eine Fokussierung oder Dispersion des Lichts zu bewirken.
-
Lichtemittierende Paneele dieser Art können für verschiedene Zwecke eingesetzt
werden. Sie können beispielsweise in Anzeigevorrichtungen zur Rückseitenbeleuchtung
einer Werbetafel oder eines Instruments verwendet werden, beispielsweise für eine
Flüssigkristall-Matrixanzeige 40 (Figur 3). Sie können auch bei anderen
Anwendungen verwendet werden, wo eine gleichförmige Beleuchtung benötigt wird,
beispielsweise in fotographischen Anwendungen oder zur Raumbeleuchtung mit
geringer Schattenbildung.