專利名稱：平面光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述的一種平面光源。此外，本發(fā)明涉及權(quán)利要求10前序部分所述的一個由該平面光源和一個電源組成的系統(tǒng)。
所謂“平面光源”這里是指具有一個平面的幾何形狀的光源，這種光源發(fā)射光線，亦即發(fā)射可見的電磁輻射或紫外線輻射以及真空紫外線輻射。
這類光源根據(jù)發(fā)出的輻射的光譜適用于普通照明和輔助照明，例如住宅和辦公照明或顯示器例如液晶顯示的背景照明、交通照明、信號照明、紫外線照射例如消毒或光分解。
這里涉及的平面光源借助介電阻隔的放電進(jìn)行工作。
在這類光源中，一個極性的電極或全部電極即兩個極性的電極用一介電層與放電隔開(一側(cè)或兩側(cè)的介電阻隔放電，參見例如專利WO94/23442或EP 0 363 832)。這類電極下面也簡稱“介電電極”。
專利文獻(xiàn)DE-OS 195 26 211公開了一種將片狀電極設(shè)置在放電管外壁上的平面光源。這種光源借助于一個由間隔時間相互隔開的有效功率脈沖序列進(jìn)行工作。從而在不同極性的相鄰電極之間分別在頂視圖中、即在垂直于設(shè)置電極的平面中產(chǎn)生許多均勻的三角形(Δ)似的單個放電。這些單個放電沿電極排列成行，而且這些電極分別在(瞬態(tài))陽極的方向展寬。在一種兩側(cè)介電阻隔的放電的電壓脈沖的交換極性的情況中，可看到兩個三角形放電結(jié)構(gòu)的重疊。此外，通過輸入的電功率可影響這些單個放電結(jié)構(gòu)的數(shù)目。
根據(jù)等距離設(shè)置的電極片，這些單個放電-在足夠的電輸入功率的前提下-幾乎均勻分布在平面放電管內(nèi)。但這種解決方案的缺點是，單位面積亮度朝邊緣方向明顯下降。其原因是由于放電管外面的相鄰范圍在邊緣上缺少輻射量所致。
另一個缺點是，單個放電優(yōu)先在陽極和兩個相應(yīng)的直接相鄰的陰極中的一個陰極之間產(chǎn)生。很明顯，不是同時在陽極片兩端產(chǎn)生相互獨立的單個放電，而是不能預(yù)先確定兩個相鄰陰極中的哪一個陰極產(chǎn)生放電。從而在作為整體的平面光源上產(chǎn)生一個不規(guī)則的放電結(jié)構(gòu)，因而產(chǎn)生一個時間和空間的不均勻的單位面積亮度。
但對這種光源的多數(shù)應(yīng)用場合來說都要求均勻的單位面積亮度。所以，例如對液晶顯示的背景照明要求視覺的均勻度，其調(diào)制深度不超過15％。
本發(fā)明的目的是，提出一種按權(quán)利要求1前序部分所述的具有片狀電極的平面光源，該光源的單位面積亮度一直到邊緣都幾乎是均勻的。
這個目的是通過權(quán)利要求1所述的特征來實現(xiàn)的。特別有利的各種結(jié)構(gòu)可從各項從屬權(quán)利要求中得知。
“片狀電極”-也簡稱“電極片”-的概念，這里和下面是指一種與它的長度比較很細(xì)長的和直線的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠起電極的作用。其中，這種結(jié)構(gòu)的邊緣不需相互平行，特別是沿電極片的縱邊還包括下部結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的基本想法在于，用一種適當(dāng)?shù)碾姌O結(jié)構(gòu)來消除平面光源從中心到邊緣的亮度的典型的下降。為此目的，電極結(jié)構(gòu)做成可使電功率密度朝平面光源的邊緣方向不斷增加。
在第一種結(jié)構(gòu)中，片狀的電極并排排列在放電管的一個共同的壁上(型式Ⅰ)，從而在運行中可得一種基本上呈面積狀的放電結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是，避免了在對應(yīng)的壁上由電極引起的遮蔽。在陰極片之間分別設(shè)置兩個相互平行的陽極片的一對陽極代替迄今為止的單個陽極片。從而可避免開始時所述的問題，即在援引的先有技術(shù)中，分別只從兩個相鄰的陰極片中的一個在位于其間的單個陽極片的方向內(nèi)引燃單個放電。
參照

圖1示意圖來對型式Ⅰ的平面光源用的一種電極結(jié)構(gòu)的本發(fā)明第一實施原則進(jìn)行如下的原則說明。為清晰起見。圖中只示出了電極范圍的一部分。要達(dá)到的目的是，在運行中使單個放電朝平面光源的邊緣1～3的方向在空間上比放電管的其余部分更密。為此目的，陰極片4有意做成這樣的形狀，即它們在空間上具有易于引起單個放電的凸點。這種凸點通過分別面向相鄰的陽極5的凸部6來實現(xiàn)。這些凸部引起電場的局部的有限增強(qiáng)，從而只在這些凸部上引燃三角形的單個放電7。這些凸部6沿陰極4、4’的窄邊的方向、亦即沿相對于電極片4、5垂直定向的邊緣1、3的方向布置較密。這些凸部6的相互距離在邊緣1、3上一般只有中部的一半。在平面光源四角的附近，凸部6的距離下降到三分之一左右，在相對于電極片4、5平行定向的邊緣2的附近(在圖1選出的一段中沒有示出平面光源相互對置的第二邊)最好分別設(shè)置一個單獨的陽極片5’。所以，在運行中沿這些單個陽極片5’排成一行的三角形(Δ)單個放電的基本邊分別與相應(yīng)的邊緣2相鄰。從而使亮度下降一直到這些邊緣2的附近都保持相當(dāng)小。此外，相鄰陰極片4’的面向這兩個單獨陽極片5’的凸部8總的說來比在其余陰極片4時布置得較密，這也附加地有助于實現(xiàn)這個目的。但平均的功率密度小于可達(dá)到的最大功率密度。所以用這個解決方案也不能達(dá)到對整個平面光源平均求出的最大亮度。
型式Ⅰ的平面光源用的一種電極結(jié)構(gòu)的第二實施原則的目的在于，單個放電離邊緣越近，其亮度就越大。這個目的是這樣實現(xiàn)的(參見圖2所示部分原理圖)，每對陽極9的兩個陽極片9a、9b沿平面光源的垂直定向的邊緣10、11的方向展寬。展寬的典型值在平面光源的邊緣區(qū)為兩倍左右，在角區(qū)大約為三倍。
在第一方案中，陽極片相對于其縱軸沿相應(yīng)陽極的對應(yīng)片9b或9a的方向不對稱地展寬。通過這個措施，雖然陽極片9a、9b展寬，但到相鄰陽極12的相應(yīng)距離d一般保持不變。所以在運行中全部單個放電(圖中未示)的點燃條件沿電極片9、12也是相同的。這樣就保證了沿整個電極長度的單個放電排列成行(在足夠的電輸入功率的前提下)。
在第二方案中(未示出)，陽極片沿相應(yīng)的相鄰陰極的方向展寬。但在這種情況中，展寬只是相當(dāng)小的。這樣就防止了只在陽極片的最大寬度的部位，亦即在這種情況中只在最短擊穿間隙的部位產(chǎn)生放電。展寬明顯小于擊穿間隙，一般為擊穿間隙的十分之一左右。此外，這兩個展寬方案也可組合，亦即既可在相應(yīng)的對應(yīng)陽極片的方向內(nèi)、又可在相鄰陰極的方向內(nèi)展寬。
沿著展寬實現(xiàn)了電流密度的不斷增加，因而也實現(xiàn)了單個放電的亮度的不斷增加，從而使亮度分布一直到邊緣10、11都是均勻的。當(dāng)然，由于平面光源的邊緣區(qū)的亮度增加而使該光源的中部區(qū)域不再可能實現(xiàn)最大的亮度。但與第一解決方案比較則具有這樣的優(yōu)點，即-在足夠的電輸入功率的前提下-在放電管內(nèi)到處都可達(dá)到單個放電的最大的空間密度，亦即在這種情況中，單個放電基本上是鄰接的。
此外，有意構(gòu)成的電極形狀的這兩個實施原則也可相互組合(見圖3a)。
在陽極展寬的情況中，陰極不需要圖2示例那樣設(shè)置凸部，寧可在展寬陽極片的情況中將陰極也做成簡單的平行的片。
為了把單位面積亮度的邊緣下降減小到最低限度，需要根據(jù)具體的個別情況對凸部的排列密度和/或陽極展寬進(jìn)行最佳化試驗。
在另一種結(jié)構(gòu)中，陽極片和陰極片設(shè)置在放電管的相互對應(yīng)的壁上(型式Ⅱ)。這樣，在運行時放電就可從一個壁的電極通過放電空間引燃到另一個壁的電極。其中每個陰極片這樣配置兩個陽極片，即在橫截面中相對于電極看去，陰極片和相應(yīng)陽極片的推想的連接線成一個“V”字形，從而實現(xiàn)了擊穿間隙大于兩個壁之間的距離。業(yè)已證明，用這種布置達(dá)到的紫外線發(fā)射率比陽極和陰極只交替并排排列在一個共同的壁上時的紫外線發(fā)射率高。根據(jù)現(xiàn)有的認(rèn)識水平，這個有利的效應(yīng)是由于減小了壁損耗所致。最好將雙陽極片設(shè)置在起光耦合作用的平面光源的基本頂板上，而將陰極片設(shè)置在平面光源的底板上。這種布置的優(yōu)點是，從頂板發(fā)出的有效光線很少被遮蔽，因為陽極片做成比陰極片窄。為了盡可能減少亮度的邊緣下降，象在型式Ⅰ的平面光源時那樣，陰極片具有朝其窄邊不斷增加排列密度的凸部。此外或另一方面，已在型式Ⅰ的平面光源時所述的陽極片朝平面燈的邊緣的不斷展寬對此也是有利的。
下面結(jié)合一個實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
其中圖1表示用來說明本發(fā)明電極的第一造型的原理示意圖；圖2表示用來說明本發(fā)明電極的第二造型的原理示意圖；圖3a表示本發(fā)明平面光源的部分露出頂視圖的示意圖；圖3b表示圖3a平面光源的示意側(cè)視圖。
圖3a、3b分別表示一種在工作中發(fā)出白色光的平面熒光燈即一種平面光源的原理頂視圖和側(cè)視圖。這種平面光源適用于普通照明或顯示用例如液晶顯示用的背景照明。下面用相同的參考號表示圖1和圖2中的相同的特點。
該平面光源13由一個帶矩形基面的平面放電管14、四個片狀的金屬陰極12、15(-)以及介電阻隔的陽極(+)組成。其中，三個做成縱長的雙陽極9和兩個做成單個的片狀陽極8。放電管14由一塊底板18、一塊頂板19和一個框架20組成。底板18和頂板19分別用玻璃焊料21與框架20這樣氣密連接，使放電管14的內(nèi)部22構(gòu)成長方形。底板18比頂板19大，所以放電管14具有一個環(huán)繞的伸出邊緣。頂板19的內(nèi)壁用一種熒光混合物涂敷(圖中看不出)，這種混合物將放電產(chǎn)生的紫外線輻射真空紫外線輻射轉(zhuǎn)換成可見的白色光。在一種方案中(圖中未示)，除了在頂板的內(nèi)壁外還在底板的內(nèi)壁以及框架的內(nèi)壁上涂敷一種熒光混合物。此外，在底板上涂一層由Al2O3或TiO2制成的反光層。
頂板19露出來只是為了圖示目的，以便于看到陽極8、9和陰極12、15的一部分。陽極8、9和陰極12、15交替和平行設(shè)置在底板18的內(nèi)壁上。陽極8、9和陰極12、15分別在其一端上延長并在底板18上從放電管14的內(nèi)部22兩側(cè)向外這樣引出，即相應(yīng)的陽極或陰極引線設(shè)置在底板18相互對應(yīng)的一側(cè)上。電極片8、9、12、15在底板18的邊緣上分別過渡成一根陰極側(cè)23和陽極側(cè)24的母線狀的印制導(dǎo)線。這兩條印制導(dǎo)線23、24作為與一個電壓源(未示出)連接用的接點。陽極8、9在放電管14的內(nèi)部22中完全用一玻璃層25覆蓋(參見圖1和圖2)，其厚度約為250微米。
如已在圖2中詳細(xì)示出的那樣，雙陽極9分別由兩個相互平行的片組成。每對陽極9的這兩個陽極片9a、9b沿平面光源13垂直定向的邊緣26、27的方向內(nèi)一側(cè)沿相應(yīng)的對應(yīng)陽極片9b或9a的方向展寬。陽極片9a、9b在最窄的部位約為0.5毫米寬，在最寬的部位約為1毫米寬。每對陽極9的兩片的相互最大距離gmax(見圖2)約為4毫米，最小距離gmin約為3毫米。兩個單獨的陽極片8分別設(shè)置在與電極片8、9、12、15平行的平面光源13的兩上邊緣29、30的附近。
陰極片12；15分別具有面向相鄰陽極8；9的凸部28。這些凸部引起電場的局部有限增強(qiáng)，從而只在這些部位引燃三角形的單個放電(在圖3a、3b中未示出，但可參見圖1)。與電極片8、9、12、15平行的平面光源13的邊緣29、30直接相鄰的兩個陰極15的凸部28沿相應(yīng)的、面向邊緣29、30的縱邊朝陰極15的窄邊方向內(nèi)布置的密度不斷增加。凸起28和相應(yīng)的直接相鄰的陽極片之間的距離d(見圖2)約為6毫米。
電極8、9、12、15包括引線和電源引線23、24作為分別相互連接的陰極側(cè)或陽極側(cè)的印制導(dǎo)線似的結(jié)構(gòu)組成。這兩種結(jié)構(gòu)借助于絲網(wǎng)印刷技術(shù)直接設(shè)置在底板18上。
平面光源13的內(nèi)部22充有充氣壓力為10千帕的氙。
一種方案(未示出)與圖3a、3b所示的平面光源的區(qū)別只在于，不但陽極，而且陰極也用一介電層與放電管的內(nèi)部隔開(兩側(cè)的介電阻隔的放電)。
在整個系統(tǒng)中，平面光源13的陽極8、9和陰極12、15通過接點24或23分別連接在一個脈沖電壓源的一個極上(在圖3a、3b中未示出)。該脈沖電壓源在運行中提供用間隔相互隔開的單極電壓脈沖。從而形成許多單個放電(圖3a、3b中未示出)，這些單個放電在相應(yīng)陰極12；15的凸部28和相應(yīng)的直接相鄰的陽極片8；9之間引燃。
本發(fā)明不限于給出的實施例。此外，不同實施例的特征也可進(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1．具有一個用不導(dǎo)電的材料制成的、至少部分透明的和充氣密封的放電管(14)或充氣流通的敞開的放電管的平面光源(13)，在該放電管(14)的壁上設(shè)置有片狀電極(8；9；12；15)，其中至少陽極(8、9)分別通過一種介電材料(25)與放電管(14)的內(nèi)部隔開，其特征在于，為了達(dá)到影響放電的電功率密度分布的目的，電極(8；9；12；15)有意做成這樣的形狀，使平面光源(13)在運行時的單位面積亮度一直到它的邊緣(26、27、29、30)幾乎保持恒定。
2．按權(quán)利要求1的平面光源，其特征在于，電極的造型是這樣的，陰極(15)具有面向相應(yīng)相鄰陽極(8)的凸部(28)，這些凸部(28)沿該陰極(15)的相應(yīng)兩個窄邊的方向內(nèi)在空間上不斷增加排列的密度。
3．按權(quán)利要求1的平面光源，其特征在于，電極的造型具有陽極片(9a；9b)沿其相應(yīng)的兩個窄邊的方向展寬。
4．按權(quán)利要求1的平面光源，其特征在于，具有權(quán)利要求2和3的特征。
5．按權(quán)利要求1的平面熒光燈，其特征在于，片狀電極(8；9；12；15)并排設(shè)置在放電管(14)的一個共同的內(nèi)壁上，其中在相鄰陰極片(12、12或12、15)之間分別設(shè)置兩個陽極片(9a、9b)，亦即一對陽極(9)。
6．按權(quán)利要求5的平面光源，其特征在于，電極的造型是這樣的，每對陽極(9)的兩個陽極片(9a；9b)沿其相應(yīng)兩個窄邊的方向并相對于其縱軸不對稱地沿相應(yīng)的對應(yīng)陽極片(9b或9a)的方向展寬，所以到相鄰陰極(12、15)的相應(yīng)距離通常是恒定的，從而在運行中單個放電的亮度朝邊緣(26、27)方向增加。
7．按權(quán)利要求1的平面光源，其特征在于，電極片(9；12；15；16)設(shè)置在放電管(14)的內(nèi)壁上，其中至少陽極片(9；16)用一電介層(25)完全覆蓋。
8．按前述權(quán)利要求一項或多項的平面光源，其特征在于，電極(8、9、12、15)包括引線和電源引線(23、24)作為分別具有不同功能區(qū)段的一種相互連接的陰極側(cè)或陽極側(cè)成印制導(dǎo)線似的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
9．按權(quán)利要求1的平面光源，其特征在于，至少放電管內(nèi)壁的一部分具有一層熒光物質(zhì)或熒光混合物。
10．具有一個平面光源和一個適合在運行中提供通過間隔相互隔開的電壓脈沖的脈沖電壓源的系統(tǒng)，其特征在于，該平面光源具有權(quán)利要求1至9一項或多項所述的特征。
全文摘要
一種平面光源具有交替并排排列在放電管(14)壁上的介電阻隔的片狀陰極(12;15)和陽極(8;9a),在相鄰陰極(12;12、15)之間分別設(shè)置一個附加的陽極(9b),亦即在陰極(12;12、15)之間分別設(shè)置一對陽極(9)。陰極(15)具有分別面向陽極(8)的凸部(28),這些凸部沿平面光源(13)的邊緣(26、27)的方向不斷增加布置密度。另一方面或此外,每對陽極(9)的兩個陽極片(9a;9b)在平面光源(13)的邊緣(26、27)的方向內(nèi)一側(cè)沿相應(yīng)的對應(yīng)陽極片(9a或9b)的方向展寬。通過這些措施使平面光源(13)的單位面積亮度一直到邊緣(26、27、29、30)幾乎都是恒定的。
文檔編號H01J65/04GK1220770SQ98800319
公開日1999年6月23日 申請日期1998年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月21日
發(fā)明者F·福爾科默, L·希特施克, S·杰雷比斯 申請人:電燈專利信托有限公司