电辐射源和具有此辐射源的照射系统

摘要

借助于一个预切换设备(37)适合于介质阻挡的脉冲放电工作的辐射源(36),尤其一放电灯含有一个通过介质材料(40a、40b)与放电管的内部相分离的电极(41a、41b)。通过至少一个电极(39)和/或介质材料(40a、40b)的特殊设计如此建立用于位置场强的点,在脉冲工作期间在此点唯一地产生一个或多个介质阻挡的单独放电,其中在每个点最多产生一个单独放电。该点尤其通过位置受限的距离放大实现,例如,其中的一个电极含有半球形的向相反电极方向伸展的突起(42a、42b－44a、44b)。通过此措施产生了具有高应用辐射效率的放电结构,该辐射平均地分配到放电管(38)上并且在时间是稳定的。

说明书

                  技术领域

本发明涉及权利要求1前序部分所述的电辐射源。另外，本发明涉及具有此辐射源和具有权利要求15前序部分所述的电压源的照射系统。

该辐射源在工作中借助一介质阻挡放电发射不相干辐射。介质阻挡放电以此产生，一个或两个与电压源相连的放电装置的电极通过放电管内的放电介质分开(一侧或两侧的介质阻挡放电)。

在不相干发射的辐射源的情况下，此处是UV-(紫外线)和IR-(红外线)7辐射器或放电灯，其尤其理解为能发射可见光。

这种类型的辐射源适合于，分别根据辐射光谱，用于一般和辅助照明，例如居室和办公室照明，或者用于显示的背景照明，例如LCD(液晶显示)，用于交通和信号照明，以及用于UV照射，例如杀毒或光解。

                   先有技术

本发明出自于WO94/23442和其中所公开的用于介质阻挡放电的工作方式。这种工作方式应用了一般不受限制的通过无效时间或空隔时间相互分开的电压脉冲序列。为了判定产生应用辐射的效率，使用了另一种脉冲形式以及脉冲或无效时间的时间周期。为了此工作方式优选使用了窄的，例如条带形的电极，其能够在一侧或两则被介质阻挡。例如两个长的电极相互平行，当从上面看，即垂直于平面时，许多相同类型的类似于(Δ)形的放电介质中设置了两个电极，这些放电介质沿电极排成排并且分别在(此时的)阳极方向上扩展。当两侧的介质阻挡放电中的电压脉冲的极性变换时，两个Δ形结构的叠加是可见的。因为这种放电结构优选地通过处于kHz范围内的重复频率产生，观察者在人眼的时间分辨率上只能看清一个相应的“中间”放电结构，其大约为计时沙漏形状。这种放电结构的数量受其他的通过耦合的电功率影响。然而其缺点是，每一个放电结构能够在一定情况下自发地改变沿电极的具体的位置，结果在辐射方向上造成一定的不稳定。另外，该放电结构能在放电管的一定区域上堆积，以此在放电管的整个容积上的功率分布是非常不均匀的。

从专利文献中可知许多借助交流电压工作的辐射源，在此该每个放电结构都可以自发地改变它的位置。另外不能详细预测在哪个地点会产生一单独的放电。该单独放电的形成表明了具有时间和空间上的随机特性。

在DE4010809A1中公开了一具有相互平行的条带或线形的电极的高功率辐射器。在不同极性的两个直接相邻的电极的各自纵向上，没有位置特别相对于相邻的位置进行标出。结果是在电极之间的起动的单独放电具有一自由度，其相应于平行的、纵向的电极的一般设计。

在EP0254111B1中公开了一具有一第一透明的和第二平面的金属电极例如金属层的辐射器。该透明的电极是作为透明的导电层或作为导线网实现的。在第一种情况下，也就是当存在两个相对的平面电极时，该单独放电就具有两个自由度，其分别相应于两个电极平面的两个设计。在第二种情况下，该单独放电能够在导线网的链接或连接方向上的任何位置实现，并且还一直具有一个自由度。

最后在EP0312732B1中公开了一具有两个分别由导线网组成的相互平行的电极的辐射器。此处，该单独放电能够沿两个导线网的两个相对的和相互平行的链接或连接线上的任何位置处实现。每一各自的单独放电还再具有一自由度，其相应于平行的链接或连接线的一般设计。

                    发明描述

本发明的任务在于，为了解决上述缺点而提供一辐射源，其根据放电管的整个容积具有比较均匀的功率分配，并且其具有一个，特别是在时间上的更加稳定的整个放电。本发明的另一方面是改善产生应用辐射的效率。

按照本发明此任务通过权利要求1的特征部分的特征解决。本发明的特别有利的实施例描述在从属权利要求中。

本发明的另一任务是提供一辐射源，其含有上述的辐射源。此任务根据本发明通过权利要求15的特征部分的特征解决。

本发明的基本思路是，借助于许多位置受限的电场强来建立用于单独放电的空间有利的启动点。该单独放电似乎被强制在这些位置的场强的点上并且被基本上保持固定在那，也就是，在直接相邻的一点上他们不再具有自由度。结果是该放电的整个结构在时间长上是非常稳定的。在这种情况下，该单独放电的具体形式只起一个次要的作用。开头所述的Δ和计时沙漏形状的单独放电因为产生应用辐射的高效性而是特别合适的。并且本发明并不局限于此种形状的单独放电。

用于位置场强的点能够通过不同的措施实现，比如所示的简化考虑。用U(t)来标明具有距离d的两个电极之间的随时间可变的电压，结果是在两电极之间的电场强度大约为E(t)＝U(t)/d。然后，该位置场强E(t，r＝r_i)＝U(t)/d(r_i)通过电极间距d(r)的位置缩短到相应的点r_i实现，其中i＝1，2，3，…n。n标明了场强的总数。

另外，放电空间中的电场强度E(r)能够通过阻挡电极(n)的介质层的容性作用而受影响。因此通过该介质的容性作用削弱了放电空间中的电场强度E(r)。根据本发明，位置场强E(r＝r_i)也因此能够通过位置受限的(总)厚度b(r_i)的减小和/或在相应点r_i处的介质层的相对介电常数ε(r_i)的提高而实现。

该位置场强的点也能够通过至少一个电极和/或介电材料的特殊设计而建立。该点的几何膨胀在此情况下也应与此单独放电的具体尺寸相适应。此时，“设计”一词理解为形状、结构、材料以及空间的设置和定位。

距离缩短Δd(r_i)能通过特殊形成或构成的电极实现，该电极以合适的方式在空间相互设置。该电极结构的具体设计应与放电管的形状或对称性相适应。另外还应该注意双极性电压脉冲的应用，该电极交替地作为阴极或阳极而具有不同的极性，因此应该理想地为完全一致的结构。在应用单极性电压脉冲的情况时，通过比较，有利的只有阴极实现了构成或形成。因为在那开始存在Δ形单独放电的尖峰。

两个或更多基本上为长的电极适用于矩形或平的放电管，该电极相互平行设置。对于本发明的电极结构的有利作用，无论该电极全都在外部或内部。在一侧或者放电管的相对两侧都没有关系。重要的只是，至少一种极性的电极(一侧的介质阻挡放电)或两种极性的电极(两侧的介质阻挡放电)通过一介质层与放电相分离。

在管平面上，在具有凸起的调整距离内具有至少一种极性的电极，该凸起在电极的反方向上延伸，以此达到前面给出的距离缩短Δd(r_i)的数字n，其中i＝1，2，3，…n。棒形的电极例如适合于具有类似于鼻形的凸起或锯齿形以及矩形。

半圆形或半球形的凸起特别有利，因为在此情况下一与矩形或三角形相比较-既实现了设定的缩短距离又避免了不希望的尖峰作用。

各个电极的凸起或轮廓如此设计，以此实现的位置场强E(r_i)在一侧足够高，为了在距离缩短Δd(r_i)的唯一的这些点r_i产生单独放电。另一方面，由凸起或电极的廓轮所占用的放电管的部分空间不能被单独放电本身所利用。第一步就是建立一个尽可能紧凑的放电管或一个可以有效利用的管容积，因此该目标就是达到相对小的距离缩短。在每种情况下也应该找到一个可接受的折衷方案。

在距离缩短Δd(r_i)和有效的窄带宽w之间的典型比例大约位于0.1到0.4之间。在此，有效的窄带宽w也是在点r_i处的相邻具有不同极性的电极之间的各自距离d(r_i)减去介质的厚度b，即w＝d(r_i)-b。

由螺旋形和一个或多个长的电极构成的组合特别适合于圆柱形的放电管。该螺旋形电极优选中心轴对称地设在放电管的内部。该长电极与电极螺旋的外表面首先具有一距离，例如在放电管的柱形外壳的外壁上，优选与圆柱体的纵轴平行设置。通过该电极的特殊轮廓或设置建立了许多具有缩短的电极距离的可以相互分开的点。该螺距即该螺旋完全旋转一周时所行的路径一优选地大约等于或大于单独放电的最大横向膨胀二在Δ形状的情况下，这相应于底宽-以避免单独放电的重叠。

在DE4140497A1中已经公开了一高功率辐射器，尤其是用于紫外光的具有一螺旋形内电极的辐射器。此内电极仅仅用于将一极耦合到交流电压源将压铸的部分作为一分散的辐射电容。该交流电场的耦合通过具有高介电常数的流体，优选为软化水(ε＝81)。另外该反电极以导线网形式实现。在每种情况下，在开头所概述的类型的单独放电的位置受限的场强不会从它的结构产生。因此根据本发明，既不会产生也不会分开相应的单独放电。

为了完成该辐射源以形成一照射系统，该辐射源的电极交替地与脉冲电压源的两极相连。该脉冲电压源通过间歇提供中断的电压脉冲，例如在WO94/23442中所公开。

本发明的另一方面是，进一步避免或者至少限制单独放电的重叠。因此示出了，产生应用辐射的效率通过减少的重叠上升了。另外，能够耦合到放电管的容积内的电功率能够通过把单独放电移得更近或重叠它们而提高。结果在每种情况下都要选择一个在高功率(较强重叠)和高效率(较少重叠)之间的折衷方案。根据要求，在此情况下才可能衡量辐射功率的绝对值或其效率是比较重要的，也就是说，在可见的射线情况下，光电流的高度或者光能量高度哪一个更重要。

从这些观点证明了单独放电的最大横向膨胀的标准距离位于大约0.5到1.5比较合适。此处的标准距离例如为0.5、1和1.5意味着中间轴相邻的部分放电以一半、一倍和一倍半于它们的最大横向膨胀相互移开，这相应于部分放电的重叠、接触但不重叠或分开。在分开的部分放电的情况下，也就是说在部分放电之间存在无放电区域时，进一步排除了部分放电的相互影响。

                     附图描述

下面借助一个实施例详细描述本发明。

图1放电装置的原则性描述，用于脉冲化的一侧的介质阻挡放电，其具有电极距离位置缩短的两个相邻设置的电极，

图2具有两个阳极和锯齿形阴极的图1所示装置的变型，

图3具有两个阳极和阶梯形阴极的图1所示装置的变型，

图4具有一个鼻形突起的阴极的平辐射器的实施例，

图5a从侧面看的具有螺旋形阴极的圆柱形放电灯的实施例，

图5b沿图5a所示的放电灯的沿A-A线的截面图，

图5c沿图5a所示的放电灯的沿B-B线的纵向截面图，

图6a本发明的在底面设置有电极距离位置缩短的电极的平面灯的部分顶视剖面图的示意图，

图6b图6a所示平面灯的侧面示意图。

图1首先解释了本发明的基本原理-精确地讲，借助于位置场强的脉冲介质阻挡放电的单独放电的特殊定位-更精确的放电装置1的电极距离的位置缩短。为此，图1示意性描述了具有两个以距离d相互平行设置的纵向电极2、3的放电装置1的纵向视图。两个电极2、3的第一个2通过介质层4与限定的在两个电极2、3之间延伸的放电空间分开。第二个金属电极3在此没有描述。在此还涉及一侧介质阻挡放电，其通过单电极的电压脉冲工作尤为有效。这里如此选择极性，介质阻挡电极2作为阳极，而非阻挡电极3作为阴极。

阴极3含有四个鼻形的突起9～12，其面对阳极2。以此在此突起9～12的位置产生电场的位置受限放大。这种特定场强的作用为：-假定电功率足够高-在这些突起9～12的每一个都会产生一个Δ形的具有尖峰的单独放电5～8。为了避免或至少减少在突起9～12处的对于单独放电5～8的尖峰的不希望的起动点的移动，每一个突起横向距离为s，即，阴极3的纵向轮廓与单独放电的底的宽度f相比相对较小。横向距离s典型地选为大约底宽f的1/10。另一个重要措施就是突起9～12的侧面距离l，即，到对面的阳极2的每个最短放电的方向上的距离，也即，前面所描述的距离短缩Δd(r_i)。突起9～12和阳极之间的每个距离-减去介质层4-产生了用于单独放电的有效的窄带宽w。结果是如此设计侧面距离l，在施加电压电压U(t)时产生足够的场强E(t)＝U(t)/w，以保证单独放电5～8的可靠的启动。侧面距离l和有效窄带宽w的比例典型地取为约0.1到0.4之间。

单独放电5～8的相邻距离可受所属的突起9～12的距离a影响。为了清楚表明此点，在图1中相邻顺序的突起9～12的距离以及所属的单独放电5～8是分别选择的。另外假设，Δ形的单独放电5～8具有相等的三角形状。两个第一突起9和10之间的相对距离正好相应于两个所属的单独放电5和6的一半底宽f，相应于底宽f单位距离的0.5。然后，两个单独放电5和6在重叠区域13相重叠。第二和第三突起6和7的相对距离正好相应于两个所属单独放电6和7的整个底宽f，相应于一个单位距离l。结果是这两个单独放电6和7只是直接相连，而不是重叠，并且在两个单独放电6和7的底部区域之间没有无放电区。第三和第四突起11和12的相对距离大于两个所属单独放电7和8的底宽f，相应大于单位距离l。结果是这两个单独放电7和8在底部区域通过无放电空间分。

图2和图3示出了图1中的分别具有两个相互平行设置的阳极的放电装置的变型。同样的特征用相同的符号表示。

在图2中电极距离的位置缩短通过位于在两个阳极2a、2b之间的平面的中心设置的锯齿形阴极14，例如由金属线弯曲而成，来实现。阴极14的六个锯齿15～20交替地表明了两个阳极2a、2b中的一个或另一个。以此方式达到，在每一个锯齿15～20上施加相应的电功率时可以精确地启动Δ形的单独放电21-26。在此情况下，在“奇数”锯齿，也就是说第一个锯齿15和分别相邻的锯齿17和19上启动的单独放电21、23、25结束在一个阳极2a上。在此之间的或最近相邻的“偶数”16、18、20处启动的单独放电22、24、26相应结束在相对设立的另一个阳极2b处。各单独放电的相对距离可以受锯齿的相应距离影响。在图2中，最近相邻的锯齿15、17；17、19或16、18和18、20之间的距离分别精确选择大小，如同单独放电21～26的底宽。结果使奇数的和偶数的单独放电21、23、25以及22、24、26分别直接相连地排在阴极14的两侧。

图3与图1相比只有阴极27改变了。并且以此方式，一个由四个阶梯28～31，例如由金属丝弯成，构成的序列在两个阳极2a、2b之间的中心延伸。该四个阶梯28～31交替地由一个阳极2a和另一个阳极2b定位，以使此阶梯起到电极距离的位置缩短的作用。

图3中的放电装置特别适合于“屏似”的放电结构，例如其能够在确定的放电条件下，例如放电管内的相对低的气体或气体混合物的压力情况下产生。在此特定条件下也没有Δ形的单独放电形成。另外，一方面在28、30和相邻的阳极2a之间，另一方面在阶梯29、31和相邻的阳极2b之间分别产生矩形的放电32、34和33、35。

在一个变型中，该阶梯形的阳极另外由一薄的介质层弯曲(未未出)。以此实现两侧的介质阻挡装置。以一种具有两极电压脉冲的有效工作方式成为可能。该Δ形的单独放电的调整连续地随着电压脉冲的在相反方向上的改变极性而变化。在典型的脉冲频率处于几十kHz的范围内时产生可视的沙漏形的单独放电(未示出)。

由此还可以考虑阴极的其他适合形式，其含有用于本发明的电极距离的位置受限的缩短的特征。该电极尤其能以导轨的形式印刷在放电管的内或外壁上，例如由EP0363832A1所述。用于本发明的有利作用的主要只是一用于位置放大的辅助装置，尤其分别是每一单独放电的装置。另外，代替设在平面上，该电极能够精确地设在空间位置上。

图4a和4b部分地在纵截面和横截面上示意性地描述了具有平面型辐射器36和电源设备37的辐射系统的实施例。该电极装置近似于图1所示的用于解释的本发明的思想。该辐射器36由玻璃制的纵向正方体形的放电管38所组成。在放电管38内存在气压约为8kPa的氙气。在放电管38的纵轴中心上设置有一个第一的与电源设备37的负极相连的电极39(阴极)。在与纵轴平行的两个窄侧面40a、40b的外壁上分别设有另外一个与电源设备37的正极相连的带形的由铝薄制成的电极41a、41b(阳极)。该阴极39由一个金属棒组成，其与三对鼻形突起42a、42b-44a、44b的相对距离约为15mm。每一对42a、42b-44a、44b的两个突起位于相反方向上并且分别朝向两个阳极41a、41b之一定位。该突起42a、42b-44a、44b为半圆形具有约2mm的直径的结构。在具体的阳极方向上的侧面宽l大约为1mm。其与有效的约9mm的窄带宽w相结合使比例l/w的值大约为0.11。电源设备37在工作时提供具有约1μs宽(半高时的全宽)的负电压脉冲序列和约80kHz的脉冲重复频率。以此能够在放电管38内部的每一个突起42a、42b-44a、44b处产生一Δ形的单独放电。在一个突起上分别启动一个具有尖峰的单独放电并且其延展到起介质层的相对设置的边壁40a、40b，在边壁的外侧固定有所属的阳极41a、41b。

图5a、图5b和图5c分别示出了放电灯48的另一实施例的侧视图、截面图和部分纵向截面图。它们的外部形状类似于具有爱迪生灯头49的传统灯。在由0.7mm厚的玻璃制成的圆柱形放电灯管50的内部沿中心设有一纵向的内部电极51。该放电管50具有约50mm的直径。该放电管50内填充有气压为173hPa的氙气。该内部电极51是由金属丝作为右旋的灯丝构成。金属丝和灯丝的直径分别取为1.2mm和10mm。螺距h-即该灯丝完全旋转一周时走过的路径-取15mm。这个值大致相应于Δ形单独放电的底宽f。在放电管50的外壁上设有8cm长的导体银条并且等距且平行于灯丝纵轴的四个外部电极52a-52d。结果是每一个绕线各有四个等距点53a-53d在灯丝电极51的外表面上，该电极与相应的外部电极52a-52d直接相邻。在此四个具有最短的窄带宽w的点上分别启动Δ形单独放电54a-54d的尖峰并且其向外部电极52a-52d的方向扩展到放电管50的内部。此最短的窄带宽的点从绕线到绕线并且沿着外部电极52a-52d重复。以此方式，该单独放电分成两个相互在灯纵轴上垂直的面，其中每个面都穿过两个相对设立的外部电极52a、52c和52b、52d。另外通过特殊的选择h≈f保证了该单独放电沿外部电极52a～52d不会相互重叠。

在放电管50的灯头范围内，该外部电极52a-52d借助于环形的位于外壁上的导体银条52e相互导电连接。该放电管50的内壁由一发光材料层55覆盖。其在此涉及一三种光谱的发光材料，分别为蓝色BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺、绿色LaPO₄：(Tb³⁺，Ce³⁺)和红色(Gd，Y)BO₃：Eu³⁺。以此在通过大约1.2μs脉宽的电压脉冲工作时，由每一个相互分开37.4μs的暂停时间实现了大约45lm/w的照明效率。它与WO94/23442中公开的灯的类型相类似，除了具有一棒状电极，也就是说，没有将单独放电特定分开就实现了效率提高约12～13％。

在一个变型中，一个预切换设备(未示出)集成在灯插头49中，该预切换设备用于在该灯工作时提供所需的电压脉冲。

图6a、6b示意性描述了一平面照明材料灯的顶视图以及侧视图，该灯在工作时发出白光。它可以用于LCD的背景照明。

该平面灯56由具有矩形底平面的平放电管57、四个条形的金属阴极58(-)以及介质阻挡阳极59(+)所组成。该放电管57依次由底板60、盖板61和框架62。底板60和盖板61分别借助于玻璃胶63与该框架62如此气密地相连，该放电管57的内部60构成正方体。底反60以如此方式大于盖板61，该放电管57具有一个环形的自由边。该盖板61的内壁通过发光材料覆盖(未示出)，它将从放电产生的UV、VUV辐射转换成可见的白光。在此还涉及三种光谱的发光材料，蓝色BAM(BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺)，绿色LAP(LaPO₄：[Tb³⁺，Ce³⁺]和红色YOB([Y，Gd]BO₃：Eu^3-)。在盖板61上的剖开只是用于描述目的并且可以自由地看到阴极58和阳极59的一部分。

阴极58和阳极59交替的并且平行地设在底板60的内壁上。该阳极59和阳极58分别延伸到其端点并且在底板60上由放电管57的内壁64从两侧向外如此引出，所属的阳极和阴极的引线设在底板的相互面对的两侧。在底板60的边缘电极条58、59跨过阴极侧65的和阳极侧66的外部的电流引线。该外部的电流引线65、66作为与电脉冲电压源(未示出)相连的阴极。与脉冲电压源两极的连接一般可以如下替代。首先该独自的阳极和阴极的电流引线分别相互连接，例如分别借助一个含有连接导线的合适的插头连接器(未示出)。然后两个公共的阳极和阴极连接线与脉冲电压源的所属的两个电极相连。

在放电管57的内壁64，该阳极59完全由大约250μs厚的玻璃层67所覆盖。

该阴极条58含有鼻形的分别朝向各相邻的阳极58的半圆形的突起68。它们起到电场的位置受限的放大作用并且随后使这些Δ形的单独放电(未示出)唯一地在该点启动并且随后在那位置受限制地启动。

突起68和各个直接相邻的阳极条之间的距离取大约0.6mm。该半圆形突起68的半径取大约0.2mm。

该含有引线和外部电流引线65、66的各个电极58、59分别作为所属的类似于导轨的结构构成。该结构借助于屏压技术直接设在底板60上。

在平面灯56的内部64存在具有填充压为10kPa的由氙气构成的气体填充物。

本发明并不局限于上述的实施例。不同实施例的各个特征尤其可以适合的方式相互组合。