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Dokumentenidentifikation DE102007027176A1 20.12.2007
Titel Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum sowie zugehörige Ansteuerungseinrichtung
Anmelder ORC Manufacturing Co., Ltd., Machida, Tokyo, JP
Erfinder Yasuda, Makoto, Chino, Nagano, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 13.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007027176
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H01J 61/12(2006.01)A, F, I, 20070613, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01J 61/68(2006.01)A, L, I, 20070613, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einer erfindungsgemäßen Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum ist ein Paar von Elektroden (7, 8) mit einem Dielektrikum bedeckt, das außerhalb eines für UV-Licht durchlässigen, rohrförmigen Entladungsgefäßes (1) angeordnet ist und in dieses eingeführt ist. Zwischen den Elektroden im Entladungsgefäß existiert ein Abschirmungskasten (2) mit einer Trennwand (3). In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas, Wasserstoffgas oder ein Gasgemisch mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas als Entladungsgas eingeschlossen. In der Trennwand ist entlang der Achse des Entladungsgefäßes ein Schlitz (4) ausgebildet, um den zwischen den Elektroden auftretenden Entladungspfad einzuquetschen. Der Schlitz sorgt für kontinuierliche Strahlungspunkte, wobei keine Begrenzung für die Länge der Lampe besteht. Wenn zwischen die Elektroden eine hohe Sinusspannung gelegt wird, kommt es zu einer Entladung an einer Dielektrikumsbarriere. Dadurch kann UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum und hoher Strahlungsintensität über eine große Fläche erzielt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum und eine zugehörige Ansteuerungseinrichtung, insbesondere eine industriell anwendbare Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum, die UV-Licht mittels einer Gasentladung in Wasserstoffgas oder Deuteriumgas abstrahlt.

Wenn nachfolgend verkürzt von einer Lampe gesprochen ist, ist darunter immer eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum zu verstehen.

In den letzten Jahren wird UV-Licht häufig zum Reinigen von Glassubstraten und für verschiedene fotochemische Reaktionen verwendet. Als UV-Lichtquelle werden dabei häufig Niederdruck-Quecksilberdampflampen und Excimerlampen verwendet. Diese Lampen zeigen nahe einer jeweiligen spezifischen Wellenlänge ein starkes Spektrum. UV-Licht dieser spezifischen Wellenlänge sorgt für verschiedene chemische Reaktionen und für eine Umwandlung bestrahlter Materialien. Niederdruck-Quecksilberdampflampen emittieren Strahlung mit festen Wellenlängen bei 185 nm und 254 nm. Excimerlampen emittieren bei mehreren verschiedenen Wellenlängen, sind jedoch nicht dazu in der Lage, bei einer wahlfrei bestimmbaren Wellenlänge zu emittieren. Auch können sie Licht nicht in einem beliebigen Wellenlängenbereich mit beliebiger Weite des Wellenlängenbereichs emittieren. Daher können sie auch nicht für Bestrahlungen angewandt werden, die einen weiten Wellenlängenbereich erfordern.

Als Lampe mit kontinuierlichem Spektrum vom Vakuum-UV- bis in den UV-Bereich sind Deuteriumlampen gut bekannt. Insbesondere werden sie in weitem Umfang wissenschaftlich verwendet. Derartige Lampen sind beispielsweise in den folgenden Dokumenten offenbart:

  • Patentdokument 1: JP2001-015073A
  • Patentdokument 2: JPH01-137554A
  • Nichtpatentdokument: MURAYAMA Seiichi: "The Characteristics of Licht Source and its Usage", Measuring Method Series 9 of The Spectrascopical Society of Japan, S. 23-30, Japan Scientific Societies Press, 1985.

Der Aufbau der im Patentdokument 1 und im Nichtpatentdokument beschriebenen Deuteriumlampe ist der folgende. Ein metallischer Abschirmungskasten mit einem feinen Loch ist in einem Entladungsgefäß mit einem Fenster zum Durchlassen von UV-Licht angeordnet. Der Abschirmungskasten ist ein Raum, der mit Ausnahme des feinen Lochs vollständig abgetrennt ist. In diesem Abschirmungskasten ist eine Anode angeordnet, und außerhalb desselben ist eine Kathode angeordnet. Zwischen der Anode und der Kathode tritt durch das feine Loch hindurch bei Ansteuerung eine Entladung auf, wobei die positive Säule der Entladung durch das feine Loch gequetscht wird. Durch den eingeschränkten Entladungsabschnitt wird intensives UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum emittiert.

Diese Deuteriumlampe zeigt eine lange Lebensdauer mit verbesserten Eigenschaften der Wärmeabstrahlung von der Anode. Die Anode und die Kathode sind in einer mit Gas gefüllten Entladungshülle aus Glas angebracht. Mit der Anode und der Kathode sind elektrische Zuleitungen verbunden, die abgedichtet durch die Entladungshülle verlaufen. Außerdem verfügt die Lampe über eine Fenster-Schirmelektrode, eine Kathoden-Schirmelektrode, eine Fokussierelektrode und einen Keramikhalter. Die Anode ist an der Rückseite des Keramikhalters angebracht. Dadurch ist die Wärmestrahlung von ihr nach hinten verbessert. Im Patentdokument 2 ist eine industrielle Deuteriumlampe mit mehreren Abstrahlungspunkten von jeweils ungefähr 1 mm Durchmesser in einer rohrförmigen Struktur offenbart.

Bei der herkömmlichen Deuteriumlampe bestehen die folgenden Probleme. Der Abstrahlungspunkt für UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum ist auf den engen Bereich des feinen Lochs mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm eingeschränkt. Daher ist die Intensität des UV-Lichts für Beleuchtungsquellen, wie sie für verschiedene fotochemische Reaktionen zu verwenden sind, unzureichend. Selbst eine Lampe mit mehreren Abstrahlungspunkten, wie sie im Patentdokument 2 offenbart ist, kann für keine ausreichend starke Beleuchtung sorgen, da die Abstrahlungspunkte an diskreten Positionen vorhanden sind. Der Aufbau der Lampe ist kompliziert, und es ist auch die Ansteuerungsabfolge kompliziert. Insgesamt gilt, dass dann, wenn feine Löcher verwendet werden, eine Begrenzung hinsichtlich der Erhöhung der Strahlungsintensität besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beleuchtungsintensität einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum zu erhöhen, um es zu ermöglichen, dass die Lampe eine große Fläche mit hoher Beleuchtungsintensität bestrahlt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerungseinrichtung zum Betreiben einer derartigen Lampe zu schaffen.

Diese Aufgaben sind durch die Lampe gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und die Ansteuerungseinrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 6 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lampe hängen Abstrahlungspunkte zusammen, wobei die Länge derselben nicht begrenzt ist, so dass die Lampe intensives UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum liefern kann, um eine große Fläche mit hoher Beleuchtungsstärke zu bestrahlen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.

1 zeigt drei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

2 zeigt zwei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

3 zeigt drei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

4 zeigt zwei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Die in der 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum zum Abstrahlen von UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum mittels einer Entladung mit Dielektrikumsbarriere. Zwei Elektroden sind jeweils durch ein Dielektrikum bedeckt, um von einem Entladungsraum getrennt zu werden. Zwischen den Elektroden ist eine Trennplatte mit Schlitzen vorhanden, um den Entladungspfad einzuquetschen. Im Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingeschlossen.

Die 1(a) ist eine perspektivische Ansicht der Lampe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 1(b) ist eine Zeichnung eines Schnitts entlang einer in der 1(a) dargestellten Röhrenachse entlang einer in der 1(c) dargestellten Linie AOB. Die 1(c) ist eine Schnittzeichnung orthogonal zur Lampenachse. Das Entladungsgefäß 1 ist eine zylindrische Hülle aus künstlichem Quarz. Sie muss nicht zylindrisch sein, jedoch sollte sie in etwa zylinderförmig ausgebildet sein. Ein Abschirmungskasten 2 ist ein Kasten aus einer dünnen Nickelplatte und einer Einrichtung zum Isolieren der einen Elektrode gegen die andere. Die Seite des Abschirmungskastens 2 nahe dem Zentrum des Entladungsgefäßes ist mit einer Trennwand 3 in Form einer dicken Molybdänplatte verschweißt, um die beiden Teile zu kombinieren. Die dicke Trennwand 3 kann aus einem anderen Material bestehen, insoweit dieses hitzebeständig ist, wie beispielsweise aus Wolfram. Die Dicke der Trennwand 3 beträgt bei dieser Ausführungsform ungefähr 2 mm. Ein Schlitz 4 ist eine lange Öffnung zum Einquetschen des Entladungspfads, um eine Verengungsstelle zu bilden. Der Schlitz 4 ist im Zentrum der Trennwand 3 vorhanden. Er verfügt über eine Weite von 1 mm und eine Länge von 300 mm.

Quarzröhren 5 und 6 sind dünn ausgebildet, und sie bilden einen Teil des Entladungsgefäßes 1. Sie sind vom Boden des Entladungsgefäßes 1 nach innen hin verlängert. Die Innenseite des Entladungsgefäßes 1 und die Außenseite der zwei Quarzröhren 5 und 6 bilden ein luftdichtes Gefäß (einen Entladungsraum). Die eine dünne Quarzröhre 5 ist so angeordnet, dass sie im Inneren des Abschirmungskastens 2 vorhanden ist und durch diesen völlig umschlossen ist. Die Innenseite der Quarzröhren 5 und 6 ist die Außenseite des Entladungsraums, und dort sind Elektroden 7 und 8 eingesetzt. Die Elektroden 7 und 8 liegen im Inneren der Quarzröhren 5 und 6 eng beieinander. In die Quarzröhren 5 und 6 ist eine verdrillte Metallleitung eingesetzt, die die Elektroden 7 und 8 bildet. Zwischen die Innenfläche der Quarzröhren 5 und 6 und die Elektroden 7 und 8 ist ein leitender Füllstoff eingefügt. In das Entladungsgefäß 1 ist Deuteriumgas von mehreren kPa eingefüllt.

Nun werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit dem oben angegebenen Aufbau erläutert. Zwischen die Elektroden 7 und 8 wird eine hohe Sinusspannung mit mehreren kHz gelegt. Demgemäß tritt im Deuteriumgas zwischen den Elektroden 7 und 8 eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere auf. Die Elektrode 7 befindet sich innerhalb des Abschirmungskastens 2, und die Elektrode 8 befindet sich außerhalb desselben. Da der Abschirmungskasten 2 mit Ausnahme des Schlitzes 4 dicht verschlossen ist, tritt durch den Schlitz 4 hindurch in unvermeidlicher Weise eine Entladung auf. Entsprechend den Eigenschaften einer Entladung an einer Dielektrikumsbarriere ist diese nicht auf einen Punkt an der Elektrodenfläche lokalisiert. Die Entladung tritt vielmehr an der gesamten Oberfläche der Elektrode auf. Daher ist die Entladung, obwohl sie an einer langen Elektrode stattfindet, nicht auf einen Teil lokalisiert, und es tritt über die gesamte Elektrode hinweg eine beinahe gleichmäßige Entladung auf.

Daher wird die Entladung entlang dem gesamten Schlitz 4 gleichmäßig gequetscht. Die Stromdichte ist in der Entladungsengstelle am Schlitz 4 hoch, weswegen UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum emittiert wird. Daher kann entlang dem weiten und langen Bereich am Schlitz 4 entlang der Lampenachse starkes UV-Licht durch eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere in Deuteriumgas erzielt werden. UV-Licht bedeutet hier Licht im Wellenlängenbereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 400 nm, einschließlich des Vakuum-UV-Bereichs (Wellenlängenbereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 200 nm. Zwischen die Elektroden 7 und 8 kann eine hohe Rechteckwechselspannung anstelle einer hohen Sinusspannung angelegt werden.

Das Entladungsgas muss nicht unbedingt Deuteriumgas sein, sondern es kann auch Wasserstoffgas oder eine Mischung eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, kann die Innenwand des Entladungsgefäßes 1, die dem Schlitz 4 in der Gegend der Elektrode 8 gegenüber steht, durch eine dünne Platte wie eine Nickelplatte umgeben sein, solange nicht der Entladungspfad unterbrochen wird. Auf diese Weise wird die Rekombination von Wasserstoffatomen und Wasserstoffionen an der Innenseite der dünnen Platte aktiviert, damit sich wieder Wasserstoffmoleküle bilden, wodurch der Verlust an Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert werden kann.

Da die Lampe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung auf die obige Weise aufgebaut ist, kann sie in einem weiten Bereich intensives UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum liefern.

Die durch die 2 veranschaulichte zweite Ausführungsform der Erfindung ist eine Lampe zum Abstrahlen von UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum durch eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere. Zwei Elektroden sind jeweils mit einem Dielektrikum bedeckt, um vom Entladungsraum getrennt zu sein. Zwei Schlitze sind so ausgebildet, dass der Entladungspfad durch einen Schlitz nach dem anderen verläuft, um dort jeweils gequetscht zu werden. In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingefüllt.

Die 2(a) ist eine perspektivische Gesamtansicht dieser Lampe. Die 2(b) ist eine Zeichnung eines Schnitts orthogonal zur Lampenachse. Bei dieser Lampe bilden Schlitze 15 und 16 Maßnahmen zum Zusammenquetschen der Entladungspfade, um Verengungsstellen zu bilden. Quarzröhren 11 und 12 sind jeweils dünnwandig ausgebildet. Wie bei der ersten Ausführungsform sind sie vom Boden des Entladungsgefäßes 1 hin zur Innenseite verlängert. In den Röhren sind Elektroden 13 uns 14 vorhanden. Ein Abschirmungskasten 2 bildet eine Maßnahme zum Trennen der Elektroden. Sein Inneres ist durch eine Unterteilungswand 17 abgetrennt. In einem Raum des Abschirmungskastens 2 sind die dünne Quarzröhre 11 und die Elektrode 13, die ein Paar bilden, vorhanden. Ein anderes Paar aus der Quarzröhre 12 und der Elektrode 14 ist in einem anderen Raum des Abschirmungskastens 2 enthalten. An jedem Raum ist an der Trennwand 3 in einem Teil des Abschirmungskastens 2 ein Schlitz 15 bzw. ein Schlitz 16 ausgebildet. Sie sind zur Außenseite des Abschirmungskastens 2 hin angeordnet. D. h., dass die zwei Schlitze in solcher Weise parallel zueinander ausgebildet sind, dass der Entladungspfad vom einen zum anderen Schlitz verläuft. Die anderen Komponenten sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform, und sie tragen jeweils dieselbe Bezugszahl.

Nun werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß dieser zweiten Ausführungsform erläutert. Der Entladungspfad verläuft von der einen Elektrode aus dem einen Raum heraus durch den einen Schlitz hindurch. Dann verläuft er durch den anderen Schlitz hindurch, um die andere Elektrode zu erreichen. Wie bei der ersten Ausführungsform tritt über die gesamte Elektrode hinweg eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere auf, und vom gesamten Schlitz wird UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum abgestrahlt. Da der Entladungspfad durch zwei Schlitze verläuft, wo er jeweils eine hohe Stromdichte zeigt, kann eine höhere Leuchtstärke als mit einem einzelnen Schlitz erzielt werden.

Das Entladungsgas kann wiederum Wasserstoffgas statt Deuteriumgas oder eine Mischung eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Jeder Schlitz kann an mehreren Punkten in mehrere Schlitze unterteilt sein, die in einer Linie angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine thermische Verformung der Schlitze an der Verengungsstelle des Entladungspfads vermieden werden.

Mit dieser Lampe der zweiten Ausführungsform werden dieselben Vorteile wie bei der Lampe gemäß der ersten Ausführungsform erzielt, wobei zusätzlich die erzielbare Leuchtstärke höher ist.

Bei der in der 3 dargestellten Lampe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung isoliert der Abschirmungskasten eine der zwei Elektroden aufgrund eines Abschnitts mit zwei Knicken. Zwischen dem Elektrodenpaar ist eine Trennwand mit einem Schlitz vorhanden. In ein Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingefüllt. An das Elektrodenpaar wird eine pulsförmige Spannung angelegt, damit es zu einer pulsförmigen Entladung kommt, um einen Zustand mit anormaler Glimmentladung zu erzielen, die beendet wird, bevor ein Übergang auf eine Bogenentladung erfolgt.

Die 3(a) ist eine perspektivische Ansicht der gesamten Lampe gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die 3(b) ist eine Darstellung eines Schnitts orthogonal zur Achse. Die 3(c) zeigt einen bei einem Ansteuerungsvorgang anzulegenden Spannungsverlauf. Gemäß der 3 sind die Elektroden 21 und 22 konkave Metalldrähte mit einem Querschnitt mit zwei Knicken. Stromzuleitungen 21' und 22' sind am Stutzen 20 des Entladungsgefäßes 1 abgedichtet in das Innere des Entladungsgefäßes 1 geführt. Sowohl die Elektrode 21 im Abschirmungskasten 2 als auch die externe Elektrode 22 sind am Stutzen mit diesen Stromzuleitungen 21' und 22' verbunden. Außerdem ist in diesem Fall die Elektrode 21 durch die Hülle 23, die dem Abschirmungskasten 2 ähnlich ist, bedeckt, um zu verhindern, dass auf dem weg vom Stutzen 20 zum Abschirmungskasten 2 eine Entladung auftritt. Die anderen Komponenten sind dieselben wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, und sie tragen dieselben Bezugszahlen.

Nun werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Die Spannung mit dem in der 3(c) dargestellten Signalverlauf wird an die Elektroden 21 und 22 angelegt, um eine Ansteuerung durch Wechselspannungspulse auszuführen. Die Entladung beginnt bei der ansteigenden Flanke des Pulses. Zunächst beginnt eine Dunkelentladung, und dann entsteht eine Glimmentladung. Bei der Glimmentladung sind die an der Kathode abfallende Spannung und. die Stromdichte vor der Kathode konstant, und der Strom steigt an. Da der Querschnitt der Elektrode zweifach abgeknickt ist, tritt ein Hohlkathodeneffekt auf. Dieser führt zu einer Glimmentladung im Inneren der zweifach abgeknickten Elektrode. Der Entladungsstrom steigt beim Fortschreiten der Glimmentladung an, und die Entladungsfläche an der Kathodenoberfläche wird größer. Schließlich tritt im gesamten Inneren der zweifach abgeknickten Elektrode eine Entladung auf. Dann ändert sich diese in den Zustand einer anormalen Glimmentladung. Dabei fällt die an der Kathode abfallende Spannung, während die Stromdichte ansteigt. Dies kann zu einer Bogenentladung führen, wenn der Strom weiter ansteigt. Jedoch werden die Spannung und die Weite des Pulses so eingestellt, dass die Entladung endet, bevor sie auf eine Bogenentladung wechselt, nachdem sie die gesamte Elektrode überdeckt hat.

Durch die auf die obige Weise geeignet eingestellte Pulsbreite kann eine Entladung erzeugt werden, die sich bei jedem Puls stabil über die gesamte Elektrode erstreckt. Im Ergebnis bildet sich im gesamten Schlitz 4 der Trennwand 3 ein ausgebreiteter Entladungspfad. Der Entladungspfad wird durch den Schlitz 4 gequetscht, um eine Verengungsstelle zu bilden, an der die Stromdichte hoch wird. Daher wird über eine große Fläche entlang dem gesamten Schlitz 4 UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum emittiert.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Elektrode im Schnitt zweifach abgeknickt, jedoch besteht keine notwendige Einschränkung auf diese Form. Es kann sich um eine beliebige Form wie eine ebene oder eine V-Form handeln, insoweit die Funktion ähnlich ist. Die Spannungsversorgung der Ansteuerungseinrichtung muss derartige Pulse erzeugen, dass es zu einer anormalen Glimmentladung kommt, die die gesamte Elektrodenfläche bedeckt, und dass die Entladung beendet wird, bevor ein Übergang auf eine Bogenentladung erfolgt.

Das Entladungsgas muss wiederum nicht notwendigerweise Deuteriumgas sein, sondern es kann auch Wasserstoffgas oder eine Mischung eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, kann sich ein Rand des Abschirmungskastens 2 nach außen erstrecken, um die Elektrode 22 an der Außenseite des Abschirmungskastens 2 abzudecken, solange dabei nicht der Entladungspfad unterbrochen wird. Auf diese weise wird die Rekombination von Wasserstoffatomen und Wasserstoffionen aktiviert, damit an der Innenfläche der dünnen Platte wieder Wasserstoffmoleküle entstehen. Dadurch kann der Verlust an Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert werden. Außerdem kann der Schlitz an mehreren Punkten in mehrere Schlitze unterteilt werden, die in einer Linie angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine thermische Verformung der Schlitze an der Verengungsstelle des Entladungspfads vermieden werden.

Da die Lampe gemäß dieser dritten Ausführungsform auf die obige Weise aufgebaut ist, kann die Leuchtstärke des UV-Lichts mit kontinuierlichem Spektrum über eine große Fläche auf einen hohen Wert gebracht werden. Die Lampe kann mit fester Pulsbreite angesteuert werden. Andernfalls kann die Ansteuerungseinrichtung so aufgebaut sein, dass die Spannung (der Strom) abgeschaltet wird, während der Lampenstrom überwacht wird, um die Entladung zu beenden, wenn bei der anormalen Glimmentladung ein spezieller Strom erkannt wird, um vor dem Übergang auf eine Bogenentladung abzuschalten.

Bei der in der 4 dargestellten vierten Ausführungsform der Erfindung ist eine Elektrode mit einem Dielektrikum bedeckt, um gegen den Entladungsraum isoliert zu sein. Die andere Entladung ist eine Wendel, die mit einem Material für Thermoemission beschichtet ist. Zwischen den Elektroden ist eine Trennwand mit Schlitzen vorhanden. In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingeschlossen.

Die 4(a) ist eine perspektivische Ansicht der gesamten Lampe der vierten Ausführungsform. Die 4(b) ist eine Darstellung eines Schnitts orthogonal zur Lampenachse. In der 4 sind die Elektroden 34a34f für Thermoemission Wendeln (dünne Wolframdrähte), die als Spule gewickelt sind), wobei mit den beiden Enden zwei Leitungsdrähte verbunden sind. Diese Elektroden sind mit einem Thermoemissionsmaterial beschichtet. Eine dünne Quarzröhre 30 erstreckt sich vom Boden zur Innenseite des Entladungsgefäßes 1 aus künstlichem Quarz. Eine Elektrode 33 ist in der dünnen Quarzröhre 30 vorhanden. Die Quarzröhre 30 und die Elektrode 33 sind im Abschirmungskasten 2 angeordnet. Der Stutzen 10 und der Abschirmungskasten 2 sind durch einen Mantel 35 isoliert, damit es zwischen ihnen zu keiner Entladung kommt.

Die Elektrode 33 im Abschirmungskasten 2 ist so lang wie der gesamte leuchtende Teil. Sie ist mit einem Dielektrikum abgedeckt (der dünnen Quarzröhre 30). Dann wirkt sie als Elektrode einer Entladung an einer Dielektrikumsbarriere. Andererseits sind die Zuleitungsdrähte 31 und 32 aus Nickel parallel außerhalb des Abschirmungskastens 2 angeordnet. Sie sind am Stutzen 10 mit den Stromzuleitungen 31' und 32' verbunden. Die Zuleitungsdrähte 31 und 32 sind mit den mehreren Elektroden 34a34f für Thermoemission verbunden. Jeder von Schlitzen 4a4f ist jeder Elektrode für Thermoemission ausgebildet, um den Entladungspfad einzuquetschen. Die anderen Komponenten sind dieselben wie bei den bisherigen Ausführungsformen, wobei dieselben Bezugszahlen verwendet sind.

Nun werden die Funktion und der Betrieb dieser Lampe gemäß der vierten Ausführungsform erläutert. Es wird eine elektrische Spannung von mehreren Volt an die zwei Leitungsdrähte 31 und 32 gelegt, um das Thermoemissionsmaterial auf eine passende Temperatur zu erhitzen. Zwischen die Elektrode 33 und den einen Zuleitungsdraht der Thermokathode wird eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle mit hoher Spannung zur Entladung angelegt. Die Entladung tritt zwischen den Elektroden 34a34f für Thermoemission und der anderen, gemeinsamen Elektrode 33 auf. Ausgehend von schmalen Bereichen an den Elektroden 34a34f für Thermoemission bildet sich zur anderen Elektrode hin ein fächerförmiger Entladungspfad aus, wobei der Strom auf vergleichsweise kleine Bereiche jeder Elektrode konzentriert wird. Die für die Entladung erforderliche Spannung kann abgesenkt werden, und es kann auch der Energieverbrauch gesenkt werden, da für einen Teil der Elektrode eine solche mit Thermoemission verwendet ist. Demgemäß kann eine einfache Spannungsversorgung verwendet werden, und die Lampe erzielt eine hohe Effizienz.

Das Entladungsgas muss wiederum nicht notwendigerweise Deuteriumgas sein, sondern es kann beispielsweise Wasserstoffgas oder ein Gemisch eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, kann sich ein Rand des Abschirmungskastens 2 nach außen hin erstrecken, um die Elektroden 34a34f an der Außenseite des Abschirmungskastens 2 zu bedecken, solange dabei nicht der Entladungspfad unterbrochen wird. Auf diese Weise kann wiederum der Verlust von Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert werden.

Auch mit der Lampe gemäß dieser vierten Ausführungsform kann über eine große Fläche eine hohe Leuchtstärke erzielt werden.

Bei einer Lampe gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Elektroden wiederum eine Trennwand mit Schlitzen vorhanden. In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingeschlossen. An das Elektrodenpaar wird eine hochfrequente Spannung von 500 kHz bis 100 MHz angelegt. Dabei ist der Grundaufbau dieser Lampe derselbe wie bei den bisherigen Ausführungsformen. Jedoch besteht ein Unterschied dahingehend, dass die Entladung mit einem hochfrequenten Strom von über 500 kHz ausgeführt wird. Bei einer Hochfrequenzentladung wird für das Material des Abschirmungskastens 2 und des Schlitzes 4 eine Keramik mit hohem Schmelzpunkt verwendet, beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrid. Zwischen die Elektroden wird eine hochfrequente Spannung von beispielsweise 13,56 MHz gelegt. Im Ergebnis tritt zwischen den Elektroden eine Hochfrequenzentladung auf. Dabei hängt die Entladung zwischen den Elektroden von der Intensität des hochfrequenten elektrischen Felds ab, die wiederum von der an die Elektroden angelegten hochfrequenten Spannung abhängt. Dabei ist das elektrische Feld unabhängig von der Position konstant, da die Elektroden parallel angeordnet sind. Daher tritt in der Richtung der Achse eine Hochfrequenzentladung auf gleichmäßige Weise auf, ähnlich der positiven Säule einer Glimmentladung. Da der Entladungspfad durch den Schlitz 4 gequetscht wird, bildet sich an dieser Verengungsstelle ein Plasma mit hoher Stromdichte. Demgemäß kann wie bei den bisherigen Ausführungsformen starkes UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum über eine große Bestrahlungsfläche erzielt werden.


Anspruch[de]
Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum mit einer für UV-Licht durchlässigen Entladung, einem Elektrodenpaar, an das eine Spannung angelegt werden kann, um eine Entladung hervorzurufen, und einer Trennwand mit einem Schlitz zum Einquetschen des Entladungspfads zwischen den Elektroden, wobei Deuteriumgas, Wasserstoffgas, ein Gasgemisch mit Deuteriumgas oder mit Wasserstoffgas als Entladungsgas im Entladungsgefäß eingeschlossen ist. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß rohrförmig ist und der Schlitz entlang der Achse desselben langgestreckt ausgebildet ist. Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schlitze in einer Reihe in der Richtung der längeren Kante derselben angeordnet sind oder parallel in der Richtung orthogonal zur längeren Kante derselben angeordnet sind oder als Gitter in beiden Richtungen entlang der längeren Kante der Schlitze und orthogonal dazu angeordnet sind. Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode im Elektrodenpaar mit einem Dielektrikum bedeckt ist, um gegen den Entladungsraum isoliert zu sein. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Elektrode im Elektrodenpaar durch ein Dielektrikum bedeckt ist, um den Entladungsraum isoliert zu sein, und die andere Elektrode eine gewendelte Elektrode im Entladungsraum ist, die mit einem Thermoemissionsmaterial beschichtet ist. Abschirmungskasten für eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der sich mindestens eine Elektrode des Elektrodenpaars im Entladungsraum befindet, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer pulsförmigen Spannung zum Anlegen an das Elektrodenpaar, um für eine Entladung zu sorgen, die eine anormale Glimmentladung erreicht, und um die Entladung zu beenden, bevor ein Übergang auf eine Bogenentladung erfolgt. Ansteuerungseinrichtung für eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Ansteuerungsspannung mit einer Frequenz von 1 kHz bis 500 kHz zum Anlegen an das Elektrodenpaar. Ansteuerungseinrichtung für eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Ansteuerungsspannung mit einer Frequenz von 500 kHz bis 100 MHz zum Anlegen an das Elektrodenpaar, um eine Hochfrequenzentladung zu erzielen.






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