Flachstrahler mit örtlich modulierter Flächenleuchtdichte Querverweis Auf die folgende Parallelanmeldung der selben Anmelderin mit dem An- meldetag 23.12.1997 wird Bezug genommen : europäische Patentanmeldung Nr. 97122800.2 mit dem Titel"Signallampe und Leuchtstoffe dazu".

Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf Lampen. Es gibt verschiedene Typen von Lampen, die sich nach den Kriterien Funktionsprinzip, Baugröße, Bauform, Leistungsbereich usw. unterscheiden lassen.

Einer unter vielen Gesichtspunkten bei der Entwicklung und Auswahl von Lampentypen für bestimmte Anwendungsfälle liegt in der Flächigkeit der Lichterzeugung und der Gleichmäßigkeit der flächigen Lichterzeugung. Bei manchen Anwendungsfällen geht es darum, um einige Beispiele zu nennen, eine Fläche bestimmter Ausdehnung zu hinterleuchten, eine bestimmte Lichtleistung auf eine bestimmte Fläche zu verteilen, um die Blendwirkung zu verringern, aus Gründen der Verringerung der Schattenbildung eine Be- leuchtungslösung mit möglichst flächig verteilter Lichtabgabe zu finden, aus dekorativen oder gestalterischen Gründen eine Lampe besonders großflächig auszuführen und dergleichen mehr. Konkrete Ausgestaltungen sind etwa mit mäandrierenden Gasentladungslampen hinterleuchtete Werbetafeln oder Signallampen oder Spiegelreflektoren mit brennpunktnah angeordneten

Glühlampen für den erwähnten Aspekt der flächigen Hinterleuchtung und Beleuchtung, Kombinationen aus ein oder mehreren geometrisch großen Leuchtstofflampen mit (Mehrfach)-Reflektorsystemen für die Bürobeleuch- tung als Beispiel für den Aspekt Blendfreiheit und geringe Schattenbildung, oder Leuchttische für die Arbeit mit Fotonegativen für den Gesichtspunkt Blendfreiheit sowie säulenförmige Leuchten mit aufrecht stehenden Leucht- stofflampen oder von einer Vielzahl von Glühlampen hinterleuchteten, matt- streuenden Glasscheiben für den Innenarchitektur-und Dekorationsbereich.

Stand der Technik In vielen solchen Fällen sind Leuchstofflampen bzw. Gasentladungslampen verwendet worden. Auch wurden Glühlampen z. B. mit Reflektorsystemen oder Systeme aus einer Vielzahl von Glühlampen eingesetzt.

Ein relativ junger Lampentyp sind die Leuchtstofflampen mit einer dielek- trisch behinderten Entladung, die aufgrund ihrer besonderen Funktionswei- se häufig als Flachstrahler ausgeführt sind. Dabei wird ein Entladungsvolu- men gebildet aus nicht unbedingt ebenen im Sinne von geraden, jedoch flä- chigen und weitgehend ebenen Platten, etwa aus Glas, wobei die Elektroden- strukturen auf einer oder beiden Glasplatten hergestellt sind. Durch die Elek- trodenverteilung auf eine große Fläche und eventuell durch Einsatz zusätzli- cher Diffusorschichten lassen sich großflächige flache Lampen mit sehr gleichmäßiger Lichtverteilung realisieren.

Darstellung der Erfindung Dieser Erfindung liegt auf der Grundlage des dargestellten Standes der Technik das Problem zugrunde, eine Lampe für Anwendungsgebiete mit auf eine Fläche verteilter Lichterzeugung zu schaffen, die hinsichtlich der techni-

schen Funktionalität oder der ästhetischen Wirkung dem Stand der Technik neue Möglichkeiten hinzufügt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Flachstrahler mit dielektrisch behinderter Entladung mit einer flächig inhomogenen Elektro- dengeometrie zur örtlichen Modulation der Flächenleuchtdichte.

Mit dieser Lösung nutzt die Erfindung die besondere Struktur der Flach- strahler für dielektrisch behinderte Entladungen, indem sie die geometrische Verteilung der Entladungselektroden auf den flachen Wänden des Entla- dungsvolumens, also z. B. auf zwei im wesentlichen ebenen und das Entla- dungsvolumen zusammen mit einem Rahmen einschließenden Glasplatten, bewußt nicht homogen verteilt. Damit weicht die Erfindung von dem im Stand der Technik bei flachen Lampen oder flachen zu hinterleuchtenden Tafeln und dergleichen im allgemein vorherrschenden Grundsatz ab, daß nämlich eine möglichst gleichmäßige Flächenleuchtdichte angestrebt wird.

Dieser vom Stand der Technik abweichenden Ausrichtung der Erfindung, liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es viele Anwendungsfälle gibt, bei denen eine auf den Anwendungsfall abgestimmte örtliche Modulation der Flä- chenleuchtdichte durch eine entsprechende inhomogene Verteilung der Elek- troden in der Fläche des Flachstrahlers von Vorteil sein kann. Solche Vorteile können im Bereich der besseren Ablesbarkeit einer Anzeige oder eines Schriftzugs oder Signals, im Bereich der Energieeinsparung durch bessere Ausrichtung der Flächenleuchtdichte auf die örtlichen Beleuchtungsanforde- rungen, in durch die Erfindung zu erzielenden dekorativen Effekten und dergleichen mehr liegen. Einige Beispiele sind in dieser Anmeldung aufge- führt, und eines ist als Ausführungsbeispiel konkreter dargestellt ; die Erfin- dung bezieht sich jedoch auf Lampen und auf Leuchten mit erfindungsge- mäßen Lampen im allgemeinen.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann eine weitere Maßnahme sehr vorteilhaft sein, die zu einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungs- gemäßen Flachstrahlers führt. Bei dieser Variante werden die erfindungsge- mäß flächig inhomogen verteilten Elektroden in zwei oder mehreren Grup- pen betrieben, die unabhängig voneinander schaltbar bzw. betreibbar sind.

Dazu sind die Elektroden einer jeweiligen Gruppe an einem eigenen grup- penspezifischen Kathoden-oder Anodenanschluß angeschlossen. Dies ist überhaupt erst durch die Verwendung von dielektrisch behinderten Entla- dungen möglich, die-aufgrund ihrer sogenannten positiven Strom- Spannungscharakteristik-das problemlose Parallelschalten mehrerer Tei- lentladungen bzw. Elektrodenbahnen zu Elektrodengruppen ermöglichen.

Gerade in Zusammenhang mit der örtlich inhomogenen Aufteilung der Elek- troden auf die Flachstrahlerfläche kann es dabei besonders sinnvoll sein, die getrennt betreibbaren Gruppen jeweils bestimmten Flächenbereichen des Flachstrahlers entsprechen zu lassen, insbesondere Flächenbereichen erhöh- ter Leuchtdichte, die dann separat voneinander ein-und ausgeschaltet wer- den können. Man kann die getrennt betreibbaren Gruppen aber auch zur Leistungsabstufung der Lampe verwenden oder zur Erzeugung verschiede- ner Flächenmuster, um besondere optische Effekte zu erzielen.

Ein wesentliches Anwendungsbeispiel für diese Erfindung liegt bei optischen Anzeigen. Dabei kann es sich um Analoginstrumente handeln, wie im Aus- führungsbeispiel dargestellt, um Digitalanzeigen, um Felder mit einzelnen, durch ihr Leuchten bestimmte symbolisierte Aussagen zur Geltung bringen- den Anzeigefeldern, wie bei konventionellen Kontrollampen usw. In jedem Fall ist eine bestimmte zu beleuchtende Flächenform der Anzeigeeinrichtung vorgegeben, auf die erfindungsgemäß die Elektrodengeometrie abgestimmt ist. Damit wird im Bereich der zu beleuchtenden Flächenformen eine höhere, die höchste oder überhaupt eine Flächenleuchtdichte erzeugt. Damit können

die gesamte erzeugte Lichtmenge und damit der Energieverbrauch anwen- dungsspezifisch optimiert werden, ohne daß für den Flachstrahler insgesamt, also seine Gehäusegeometrie bzw. das Entladungsvolumen anwendungsspe- zifische Formen oder komplizierte Formen notwendig werden.

Mit der Abstimmung der Elektrodengeometrie und damit der Flächen- leuchtdichte auf das spezifische Design der zu beleuchtenden oder hinter- leuchtenden Anzeigeeinrichtung gewinnt man unabhängig von Energieein- sparungsaspekten auch einen weiteren Freiheitsgrad im Hinblick auf die Er- gonomie, d. h. auf die deutlichere Strukturierung oder bessere Erkennbarkeit der Anzeigeeinrichtung und ihrer verschiedenen Darstellungen und Funk- tionen. Dieser Aspekt ist auch in Kombination mit der getrennten Schaltbar- keit verschiedener Gruppen zu sehen, und zwar in dem Sinn, daß aus Grün- den der Energieeinsparung oder der Ergonomie unterschiedliche Bereiche der Anzeigeeinrichtung unterschiedlich hell betrieben und damit bestimmte Bereiche und Aussagen der Anzeige hervorgehoben werden können. Es können auch bestimmte, momentan nebensächliche Bereiche der Anzeigeein- richtung durch Dunkelschaltung ausgeblendet werden usw. Diese vorste- henden Gesichtspunkte sind hier für die Anzeigeeinrichtungen als besonde- ren Anwendungsfall dargestellt worden, weil sie dort als besonders interes- sant erscheinen. Sie können jedoch auch in ganz anderen Anwendungsberei- chen der Erfindung eine Rolle spielen und sind auch als dafür offenbart an- zusehen.

Das weiter unten näher erläuterte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung be- zieht sich auf eine Anzeigeeinrichtung in einem Kfz-"Armaturenbrett". Die- ser Sonderfall steht für einen bevorzugten Anwendungsbereich der Erfin- dung, nämlich Anzeigeeinrichtungen in Straßen-oder Schienenfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen bzw. motorisierten Verkehrsmitteln allgemein.

Gerade in diesem Bereich sind die ergonomischen Anforderungen an Anzei- geeinrichtungen bzw. Armaturen besonders hoch.

Ein Sonderfall für den Bereich Anzeigeeinrichtungen in geometrischer Hin- sicht sind die Analoganzeigen bei denen, wie beim Ausführungsbeispiel ver- anschaulicht, vor allem folgende Formen zur Hinterleuchtung durch eine angepaßte Elektrodengeometrie auftreten : Kreise, Kreissegmente, Kreisringe und Kreisringsegmente. Solche Formen sind mit der konventionellen Tech- nik praktisch nur durch Verwendung von Blenden oder Masken definiert zu hinterleuchten, so daß die Erfindung hier hinsichtlich der Einfachheit des technischen Aufbaus und des Energieverbrauchs wesentliche Vorteile bieten kann. Das gilt insbesondere für Kreisringe oder Kreisringsegmente und an- dere hohe oder um einen Innenbereich gekrümmte Formen.

Wie oben bereits erwähnt, ist die Erfindung nicht auf den Bereich von Si- gnallampen oder Anzeigeeinrichtungen eingeschränkt zu verstehen. Um nur ein Beispiel für einen völlig außerhalb dieses Bereichs liegenden Anwen- dungsfall zu nennen, bei dem die Erfindung nicht nur technische und ergo- nomische Vorteile bietet, seien Innenraumleuchten genannt. Gerade durch die Möglichkeit mit im Vergleich zu Glühlampen sehr niedrigen Flache- leuchtdichten großflächige flache Leuchten für den Innenbereich zu kon- struieren, erscheint die Flachstrahlertechnik mit dielektrisch behinderter Entladung auch hier interessant. Dabei kann durch die erfindungsgemäße örtliche Modulation der Flächenleuchtdichte in vielfacher Hinsicht eine be- sondere dekorative oder ästhetische Wirkung erzielt werden. Man kann sich z. B. vorstellen, graphisch gestaltete Schirme mit entsprechend angepaßten Flachstrahlern zu hinterlegen, so daß bestimmte Elemente in dem Schirm durch ihre Helligkeit spezifisch herausgehoben werden, etwa bei figürlichen Darstellungen für das Kinderzimmer.

Andererseits kann beispielsweise eine flach an der Raumwand montierte Flachstrahlerleuchte durch eine ästhetisch ansprechende Strukturierung der Leuchtdichteverteilung ein besonders ansprechendes Design erhalten. Dies gilt insbesondere im Kontrast zu der durch das einheitliche Entladungsvo- lumen erzielbaren völlig homogenen und geschlossenen äußeren Form einer solchen Leuchte. Natürlich bieten sich auch hier im Hinblick auf die Lei- stungssteuerung oder aus gestalterischen Gesichtspunkten verschiedene Möglichkeiten für die Verwendung der oben bereits geschilderten Gruppen- aufteilung der Elektroden zum getrennt schaltbaren Betrieb.

Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nun veranschaulicht anhand eines konkreten Ausfüh- rungsbeispiels, das in der Figur schematisch dargestellt ist. Die Figur zeigt eine Draufsicht auf einen Flachstrahler für ein Kfz-"Armaturenbrett"zur Hinterleuchtung eines Kombinationsinstruments für die Anzeige der Ge- schwindigkeit, der Motordrehzahl, der Kühlwassertemperatur und des Tan- kinhalts.

Dargestellt ist zunächst der Außenrand eines mit 1 bezeichneten Entla- dungsvolumens, das von zwei flach in der Zeichenebene liegenden Glasplat- ten und einer entlang dem eingezeichneten Rand verlaufenden Dichtung eingeschlossen ist. Im unteren Bereich der Figur ragen die Glasplatten mit einem mit 3 bezeichneten Ansatz über das Entladungsvolumen 1 hinaus. Am rechten Rand ist der für die Evakuierung und Füllung verwendete Pumpstutzen (in geschlossenem Zustand) eingezeichnet. Summarisch mit 2 bezeichnet sind die auf eine der Platten aufgedruckten Elektroden, wobei Kathoden und Anoden jeweils abwechselnd verlaufen, in der Figur jedoch nicht näher differenziert sind. Mit dem größten Teil ihrer Lange liegen die Elektroden 2 in dem Entladungsvolumen 1 und sind an ihrem außerhalb des

Entladungsvolumens 1 befindlichen Teil im Bereich des Ansatzes 3 an die Versorgungsschaltung und Kfz-Elektrik angeschlossen.

Die Elektroden 2 liegen in drei räumlich getrennten Gruppen 2a, 2b und 2c vor, die jeweils bestimmten Anzeigeeinheiten bzw.-inhalten entsprechen.

Konkret entspricht die linke Gruppe 2a einem Analoginstrument zur Ge- schwindigkeitsanzeige und führt, von ihrem zu dem Ansatz 3 führenden geraden Abschnitt abgesehen, das Kreisringsegment dieses Analoginstru- ments nach. Entsprechendes gilt für die einem Motordrehzahlmesser ent- sprechende Gruppe 2b. Im Fall der Gruppe 2c sind zwei Instrumente zu- sammengeschlossen, und zwar eine Tankinhaltsanzeige und ein Kühlwasser- thermometer.

Sinn dieser Auftrennung ist im vorliegenden Fall, das je nach Betriebszu- stand des Kraftfahrzeugs nur die tatsächlich für den Fahrer notwendigen Informationen in das Armaturenbrett eingeblendet werden können. Das ist in jedem Fall die Geschwindigkeitsanzeige 2a. Bei Erreichen der Drehzahl- grenze des Motors oder auf Wunsch des Fahrers wird die Anzeige 2b hinzu- gefügt. Analog kann bei fast leerem Kraftstofftank oder bei noch niedriger oder überhöhter Kühlwassertemperatur des Motors sowie natürlich auf Wunsch des Fahrers die dritte Einheit 2c zur Hinterleuchtung der verblei- benden beiden Instrumente zugeschaltet werden. In genau analoger Weise werden auch einzelne Kontroll-und Warnfelder in der dargestellten Anzei- geeinrichtung bei Bedarf eingeschaltet. Die entsprechenden Elektrodenstruk- turen bilden jeweils weitere Gruppen, sind jedoch der Übersichtlichkeit hal- ber in der Figur nicht mehr dargestellt. Zu denken ist an die üblichen Warn- hinweise, etwa an"Handbremse angezogen","Fernlicht eingeschaltet"usw.

Die Elektroden 2 sind nach dem Siebdruckverfahren auf eine der beiden Glasplatten aufgedruckt. Sie sind mit einer Glasbarriere als Dielektrikum beschichtet. Der Abstand zwischen den beiden Glasplatten beträgt etwa 7

mm, wobei sie als Dichtung über einen den Außenrand des Entladungsvo- lumens 1 bildenden Glasrahmen mit Glaslot verbunden sind. Das so dicht eingeschlossene Entladungsvolumen enthält als Entladungsfüllung eine Xe- Füllung bei etwa 100 mbar (= 10 kPa).

Weitere Einzelheiten zu der Technik von Xe-Excimer-Entladungslampen und zu der hier gewählten gepulsten Betriebsweise sind folgenden Anmeldungen zu entnehmen, deren Offenbarungsgehalt hier in Bezug genommen ist : WO 94/23 442 bzw. DE-P 43 11 197.1 und WO 97/04625 bzw. DE 195 26 211.5.

Weiterhin wird verwiesen auf die Anmeldung DE 196 36 965.7, die besonde- re Elektrodenstrukturen zur Festlegung der zwischen den Kathoden und Anoden brennenden Einzelentladungen in ihrer geometrischen Struktur zeigt. Dazu werden auch bei diesem Ausführungsbeispiel an den Kathoden kleine Vorsprünge angebracht. Weiterhin wird verwiesen auf eine Anmel- dung der gleichen Anmelderin mit dem Titel :"Signallampe und Leuchtstoffe dazu", Aktenzeichen EP 97122800.2, die bevorzugte Leuchtstoffe für Signal- lampen insbesondere für Xe-Excimer-Entladungen zeigt. Auch die Offenba- rung dieser beiden Anmeldungen ist hier inbegriffen.

An dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird deutlich, daß sich die Er- findung im Gegensatz zum konventionellen Einsatz gebogener Leucht- stofflampen oder mehrerer Glühlampen durch einen technisch einfachen und rationell herstellbaren Aufbau und eine genau an das Design der Anzeige- einrichtung angepaßte Verteilung der Flächenleuchtdichte auszeichnet. Da- mit werden die Energieausnutzung und die Ergonomie verbessert. Darüber hinaus sind Flachstrahler mit dielektrisch behinderter Entladung auch be- sonders vorteilhaft, weil sie eine hohe Schaltfestigkeit und Vibrationsunemp- findlichkeit aufweisen und in ihrer Lebensdauer im Grunde nur durch die Stabilität der verwendeten Leuchtstoffe ("Maintenance") begrenzt sind. Die- se Vorteile sind vor allem bei motorisierten Verkehrsmitteln wichtig, bei de-

nen der Aufwand zur Reparatur oder zum Austausch hoch ist und ein Aus- fall einer Anzeigeeinrichtung bzw. ihre Beleuchtung aus Sicherheitsgründen besonders ungünstig ist. Von Vorteil sein kann auch die Geometrie der Flachstrahler, die, wie in diesem Ausführungsbeispiel deutlich, in Form und Größe besonders gut an den Ort der Verwendung bzw. des Einbaus ange- paßt werden können. Dabei erlaubt die vorliegende Erfindung dennoch die Verwendung einfacher Flachstrahler-Gehäuseformen, im vorliegenden Bei- spiel die Außenform des Entladungsvolumens 1 einschließlich des Ansatzes 3 anstelle der komplizierten Kreisringsegmente mit Anschlußstücken. Auch ist die Flachheit bei den begrenzten Raumverhältnissen in einem Armatu- renbrett, Cockpit usw. von Vorteil. Gleiches gilt für das geringe Gewicht.

Die in dieser Anmeldung und insbesondere beim Ausführungsbeispiel of- fenbarten Merkmale der Erfindung können auch einzeln oder in anderen als den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein.