Brevet FR2613129A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne un perfectionnement aux lampes à décharge dans un gaz qui comportent une élec- trode interne placée dans une ampoule en forme de tube ayant un film d'un matériau fluorescent à sa paroi interne et une électrode externe en forme de.bande à sa surface externe, en contact intime avec elle, dans la direction axiale du tube, et l'application d'une tension à haute fréquence entre les électrodes interne et externe afin qu'une décharge soit provoquée dans l'ampoule. Dans- la lampe précitée à décharge dans un gaz, le matériau de décharge, par exemple un gaz rare ou le mercure ou un de leurs mélanges, est chargé dans l'ampoule. La lampe à décharge dans un gaz décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 645 979 est un exemple de lampe de la technique antérieure. Dans cette lampe à décharge, l'une des électrodes est disposée dans l'ampoule en forme de tube, sous forme d'une électrode interne, et l'autre électrode est formée par une ceinture placée à la surface externe de l'ampoule, en contact intime avec elle sous forme d'une électrode externe. Une tension à haute fréquence est appliquée entre les électrodes interne et externe afin qu'elle provoque une décharge luminescente dans l'ampoule. La lampe à décharge dans un gaz peut ne pas avoir une répartition uniforme de luminance le long de l'axe du tube étant donné la présence de l'électrode externe en forme de bande. Dans la lampe à décharge dans un gaz, une décharge se forme entre les diverses parties de l'électrode externe et l'électrode interne. Ainsi, la décharge est peu impor- tante à proximité de l'électrode interne et devient plus grande lorsque l'électrode externe se rapproche de l'extré- mité opposée de l'ampoule. Plus la distance de décharge comprise entre les deux électrodes est grande, plus la densité de courant dans l'espace de décharge est faible et plus la quantité de matériau fluorescent qui est excitée est faible. A proximité des électrodes internes cependant, les électrons émis par l'électrode interne ne sont pas suffi- samment accélérés, si bien que les rayons ultraviolets créés par la décharge sont peu importants et le matériau fluorescent n'est pas suffisamment excité. En conséquence, la luminance est élevée dans la partie centrale de l'ampoule et elle est faible au niveau des deux parties d'extrémité de l'ampoule. Comme les électrodes externes elles-mêmes ont une certaine impédance, il est probable que la densité de cou- rant devienne plus importante dans la partie de l'électrode externe qui est proche de l'endroit auquel un fil de conne- xion est extrait et soit plus faible à un point plus éloi- gné de l'emplacement de ce fil de connexion. Ceci provoque une irrégularité de la distribution de la luminance. L'invention a pour objet la réalisation d'une lampe à décharge dans un gaz dans laquelle l'épaisseur d'un film d'un matériau fluorescent formé sur la paroi interne d'une ampoule en forme de tube varie dans la direction axiale du tube afin que la luminance de toute la surface de l'ampoule ait une pLus grande uniformité, par rapport au cas o l'épaisseur du film est constante. A cet effet, une lampe à décharge comprend: une ampoule en forme de tube constituant un corps principal de la lampe à décharge, un film d'un matériau fluorescent formé sur une paroi interne de l'ampoule et excité par des rayons ultra- violets, le film du matériau fluorescent ayant des épais- seurs différentes dans la direction axiale du tube afin que la luminance de la surface soit régularisée sur la longueur de l'ampoule, un matériau générateur de rayons ultraviolets, en- fermé de manière étanche dans l'ampoule, une électrode interne placée dans l'ampoule, et une électrode externe ayant la forme d'une bande à la surface externe de l'ampoule, dans la direction axiale du tube. Dans la structure précédente, le défaut d'uniformité de la luminance de l'ampoule peut être compensé. Dans les lames à décharge dans un gaz de type ordinaire, le coeffi- cient de transmission de la lumière du film du matériau fluoresdent formé sur la paroi interne de l'ampoule peut être réglé par modification de l'épaisseur du film, mais ceci a une influence sur la luminance de la surface de l'ampoule. On sait que le film de matériau fluorescent ayant une épaisseur qui donne un coefficient de transmis- sion de 25 à 40 % de la lumière, donne la luminance maxi- male, mais le film ayant une épaisseur inférieure à 25 % ou supérieure à 40 % réduit la luminance. Plus précisément, lorsque le coefficient de transmission dépasse 40 %, le film du matériau fluorescent ne peut pas transformer suffi- samment les rayons ultraviolets en lumière visible, et, lorsque le coefficient de transmission est inférieur à %, bien que le film de matériau fluorescent puisse suffisamment transformer les rayons ultraviolets en lumière visible, la lumière est absorbée par le film et ne sort pas si bien que le flux lumineux est réduit. En conséquence, selon l'invention, le coefficient de transmission est réglé entre 25 et 40 % dans la partie de lampe qui a une faible luminance, si bien que la luminance y est accrue, alors qu'il est réglé à moins de 25 % ou à plus de 40 % dans la partie de l'ampoule qui a une très grande luminance, si bien que la luminance y est réduite. Le réglage de l'épaisseur du film d'un matériau fluorescent dans la direction axiale du tube permet la compensation du défaut d'uniformité de la luminance et l'obtention d'une luminance superficielle uniforme sur toute l'ampoule. Lorsque la lampe doit être mise en fonctionnement, un dispositif destiné à appliquer une tension à haute fréquence entre les électrodes interne et externe est uti- lisé comme source externe d'énergie. Cette source d'énergie provoque une décharge luminescente entre les électrodes et l'émission de rayons ultraviolets. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe représentant la structure générale d'une lampe à décharge dans un gaz ayant un cir- cuit externe d'alimentation, dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une perspective de l'aspect de la lampe à décharge dans un gaz selon l'invention; la figure 4 est un graphique représentant la rela- tion entre la luminescence relative et l'épaisseur d'un film de matériau fluorescent en fonction de la position de mesure, dans ce mode de réalisation; et la figure 5 est un graphique représentant la rela- tion entre une luminance relative et l'épaisseur du film du matériau fluorescent en fonction de la position de mesure, dans un autre mode de réalisation de l'invention. On décrit maintenant un mode de réalisation de l'in- vention, sous forme d'une lampe à décharge dans un gaz rare du type à diaphragme comme représenté sur les figures 1 à 3. Sur la figure 1, une ampoule 10 en forme de tube est formée d'un mince barreau allongé de quartz ou de verre dur ou facilement fusible. Un film 12 d'un matériau fluorescent est formé sur la paroi interne de l'ampoule 10 dans la- quelle un gaz rare contenant essentiellement du xénon, destiné à émettre des rayons ultraviolets à 147 nm provo- quant l'excitation du matériau fluorescent et au moins un gaz choisi parmi le krypton, l'argon, le néon, l'hélium ou analogue, est enfermé de manière étanche à une pression de torrs. En pratique, il est souhaitable que la quantité de gaz rare soit telle qu'elle donne une pression comprise entre 20 et 200 torrs. Lorsque la pression du gaz rare est inférieure à 20 torrs, l'intensité des rayons ultraviolets est trop faible et, au-delà de 200 torrs, l'intensité est saturée et la tension appliquée pour que la décharge soit entretenue devient trop élevée pour qu'elle remplisse les critères de sécurité. Le gaz de la décharge, dans ce mode de réalisation, est essentiellement le xénon, mais on peut utiliser du mercure à sa place comme gaz de décharge, avec utilisation des rayons ultraviolets résultants à 254 nm. Une électrode interne 14 d'une première polarité est disposée dans l'ampoule 10, à une première extrémité. Cette électrode 14 est formée par exemple de nickel et elle est couplée à un fil 16 d'alimentation qui traverse, de manière hermétique, la paroi de cette extrémité de l'ampoule 10. Une électrode externe 18 de polarité opposée est formée intimement à la surface latérale externe de l'am- poule 10 sur toute la longueur de celle-ci entre les deux extrémités de l'ampoule 10 et elle a une forme de bande de largeur approximativement uniforme dans la direction axiale du tube. Une électrode externe 18 est formée d'un film conducteur constituant un revêtement, obtenu par recuit d'une couche d'une pâte de cuivre et de carbone. En outre, un film 20 de protection contre la lumière est disposé sur la surface externe de l'ampoule 10 et est formé sur toute la surface externe de l'ampoule 10 à l'ex- clusion d'une ouverture ou fente 22 disposée en face de l'électrode externe 18 en forme de bande, afin qu'elle transmette la lumière, le film revêtant aussi l'électrode 18. Dans ce mode de réalisation, la fente 22 a une largeur d'ouverture approximativement uniforme sur toute sa longueur. L'électrode interne 14 et l'électrode externe 18 sont couplées à une alimentation 32 à haute fréquence, directement et par l'intermédiaire d'un condensateur 30 respectivement. L'alimentation 32 à haute fréquence com- prend un circuit convertisseur 40, une section 60 d'un générateur de fréquence et une alimentation 70. Le circuit convertisseur 40 est un convertisseur symétrique dont le transformateur 42 a son primaire relié aux collecteurs de transistors 44 et 46 de commutation et dont le secondaire est couplé à la lampe 10 à décharge dans un gaz. Les transistors 44 et 46 de commutation ont leurs émetteurs couplés, et la connexion de leurs émetteurs est reliée à la borne négative (-) d'une alimentation variable en courant continu. Les transistors 44 et 46 ont leurs bases reliées à un circuit intégré 62 (par exemple du type TL494 de Texas Instrument). Le circuit intégré 62, en coopération avec un condensateur variable 64 et une résis- tance variable 66, constituent la section 60 formant géné- rateur de fréquence, le condensateur 64 et la résistance 66 étant à la masse. Le circuit intégré 62 est aussi couplé aux bornes positive et négative de l'alimentation 70 en courant con- tinu afin que de l'énergie parvienne à ce circuit 62. La borne positive (+ ) de l'alimentation 70 en courant continu est couplée à un emplacement prédéterminé du côté du pri- maire du transformateur 42, par l'intermédiaire d'un induc- teur 52. Dans la lampe à décharge dans un gaz rare ainsi réalisée, une tension à haute fréquence est appliquée par l'intermédiaire du convertisseur symétrique 40 à l'élec- trode interne 14 et à l'électrode externe 18 par l'alimen- tation continue 70. La fréquence de la tension est réglée convenablement par la section 60 formant générateur de fréquence qui est constituée par le circuit intégré 62, le condensateur variable 64 et la résistance variable 66. Lorsqu'une tension à haute fréquence est appliquée par l'alimentation 32 à l'électrode interne 14 et à l'élec- trode externe 18, une décharge luminescente, correspondant à une intensité du courant inférieure ou égale à 20 mA, est créée dans l'ampoule 10. Cette décharge luminescente pro- voque l'apparition des raies de résonance du gaz rare dans l'ampoule 10, par exemple essentiellement la raie de réso- nance à 147 nm dans le xénon, afin que le film 12 de maté- riau fluorescent soit excité et crée de la lumière visible. Cette lumière visible est renvoyée à l'extérieur de l'am- poule 10. Comme le film 20 de protection contre la lumière ayant une fente 22 est formé à la surface externe de l'am- poule 10, la lumière provenant du film 12 du matériau fluorescent est évacuée vers l'extérieur de l'ampoule 10 par la fente 22. Dans cette lampe, la lumière est évacuée uniquement par la fente 22, si bien que la lumière est dirigée et n'est projetée que vers la fente 22. Dans le mode de réalisation qui précède, l'épaisseur du film 12 du matériau fluorescent, sur la paroi interne de l'ampoule 10, est modifiée dans la direction axiale du tube. Dans une lampe du type à diaphragme ayant du xénon gazeux à une pression de 50 à 100 torr, enfermé dans l'am- poule qui a un diamètre externe de 2,5 mm et une longueur de 70 mm, si un film 12 de matériau fluorescent est formé avec une épaisseur uniforme sur toute sa longueur, la distribution de luminescence est indiquée par la courbe caractéristique a de la figure 1, lorsque la lampe est soumise à la tension à haute fréquence de 50 kHz. La lumi- nescence est élevée aux deux tiers de la longueur de l'am- poule 10 environ à partir de l'électrode interne 14, et décroît vers les deux extrémités de l'ampoule. Cependant, dans ce mode de réalisation, l'épaisseur du film. 12 du matériau fluorescent est réglée de manière que son coefficient de transmission soit compris entre 25 et 40 % dans la région d'extrémité X et dans la région d'extrémité Z de la figure 4, c'est-à-dire aux endroits o le film 12 est proche des deux extrémités de l'ampoule 10, et le film est plus étroit, de manière qu'il possède un coefficient de transmission supérieur à 40 %, dans la région Y de la figure 4. La variation d'épaisseur du film est indiquée par la courbe T sur la figure 4. Dans cet arrangement, la distribution de la lumi- nance sur la longueur de l'ampoule est meilleure dans les régions X et Z d'extrémité et est réduite dans la région Y comme l'indique la courbe b de la figure 4 si bien que la distribution de luminance relative est uniforme. Plus précisément, lorsque la lampe est alimentée, une décharge est provoquée entre l'électrode externe' 18 et l'électrode interne 14 et, bien que la densité de courant devienne faible à l'endroit o l'électrode externe 18 est distante de l'électrode interne 14, la luminance augmente parce que l'épaisseur du film 12 du matériau fluorescent est réglée de manière que le coefficient de transmission soit compris entre 25 et 40 %. En outre, comme l'épaisseur du film 12 du matériau fluorescent, aux deux tiers environ de la longueur de l'ampoule, est réglée de manière que le coefficient de transmission dépasse 40 %, la luminance est réduite dans cette région. En conséquence, la luminance dans les régions X et Z, dans les parties d'extrémité de l'ampoule, augmente, alors que la luminance dans la région Y est réduite. Ainsi, la distribution de luminance de l'ampoule 10 est compensée et devient plus uniforme dans son ensemble. Dans la lampe à décharge dans un gaz rare de ce mode de réalisation, des rayons ultraviolets créés par la co- lonne positive du gaz rare contenant essentiellement du xénon excitent le matériau fluorescent afin qu'il émette de la lumière visible, si bien que du mercure n'est pas utili- sé. Ceci est avantageux car le rendement de la lampe n'est pas influencé par la sensibilité du mercure à la tempéra- ture, c'est-à-dire la variation de la tension de vapeur du mercure à la température de l'ampoule. L'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisa- tion particulier. Par exemple, bien que l'épaisseur du film du maté- riau fluorescent soit amincie dans la région Y afin que le coefficient de transmission dépasse 40 % dans le mode de réalisation précédent, il peut être épaissi afin que le coefficient de transmission soit inférieur à 25 %, la quantité de lumière absorbée augmentant si bien que la luminance est réduite. Lorsque le film du matériau fluorescent doit être réalisé avec une plus faible épaisseur dans la partie centrale de l'ampoule et une plus grande épaisseur dans les deux parties d'extrémité, une solution du matériau fluores- cent doit être introduite par les deux extrémités de l'am- poule et doit alors revêtir la paroi interne de l'ampoule de manière que la partie centrale soit plus mince, ou la vitesse de séchage du film fluorescent doit être accrue par chauffage des deux extrémités de l'ampoule si bien que les parties chauffées donnent un film plus épais. Si la solu- tion du matériau fluorescent est transmise d'une seule extrémité de l'ampoule vers l'autre et revêt toute la paroi interne de l'ampoule, l'épaisseur du film du matériau fluo- rescent dans la région dans laquelle l'énergie excitée est faible doit être réglée de manière que le coefficient de transmission dépasse 40 % ou soit inférieur à 25 %. En particulier, lorsque le diamètre interne du tube est infé- rieur à 3 mm, le réglage fin de l'épaisseur du film du matériau fluorescent en fonction de la distribution d'éner- gie d'excitation est difficile. Dans ce cas, lorsque l'épaisseur du film varie successivement d'une extrémité de l'ampoule à l'autre, la partie du film qui donne une faible énergie d'excitation en moyenne doit être réglée de manière que le coefficient de transmission soit compris entre 25 et 40 % alors que la partie du film qui donne une énergie élevée d'excitation en moyenne doit être réglée de manière que le coefficient de transmission soit inférieur à 25 % ou supérieur à 40 %. En outre, comme la distribution de luminance dans la partie du film dans laquelle le fil d'alimentation sort est élevée, le fil d'alimentation peut être placé à l'une des extrémités de l'ampoule, ou, à proximité d'une telle extré- mité, l'épaisseur du film du matériau fluorescent peut être modifiée successivement afin que l'épaisseur du film, au niveau de la partie de sortie du fil d'alimentation, pré- sente un coefficient de transmission inférieur à 25 % ou supérieur à 40 %, alors que l'épaisseur du film dans les autres parties est réglée de manière qu'elle donne un coefficient de transmission compris entre 25 et 40 %. En outre, l'épaisseur du film 12 du matériau fluo- rescent formé à la paroi interne de l'ampoule 10 peut être modifiée dans la direction axiale du tube, alors que la largeur d'ouverture de la fente 22 peut être agrandie aux deux extrémités de l'ampoule 10 par rapport à la largeur dans la partie centrale comme représenté dans le mode de réalisation de la figure 5. Dans ce cas, la distribution de luminance devient plus uniforme comme l'indique la courbe caractéristique c de la figure 5. Deux électrodes internes de même polarité peuvent être montées intimement aux extrémités respectives de l'am- poule. L'invention n'est pas limitée à une lampe à décharge dans un gaz rare du type à diaphragme; elle s'applique aussi à une lampe à décharge dans un gaz n'ayant pas de film 20 de protection contre la lumière. En outre, le mercure peut être enfermé dans l'am- poule en plus d'un gaz rare contenant au moins du xénon, du krypton, de l'argon, du néon, de l'hélium ou analogue, comme matériau enfermé dans l'ampoule 10, si bien que les rayons ultraviolets créés par le mercure et le gaz rare excitent le matériau fluorescent ou seuls les rayons ultra- violets formés par le mercure excitent le matériau fluores- cent (type d'une lampe fluorescente). L'électrode externe 18 n'est pas obligatoirement formée de cuivre et de carbone, mais il peut s'agir d'une feuille métallique ou d'un film conducteur transparent. D'autres dispositifs existent pour la modification de la distribution de la luminance dans la direction axiale du tube, en fonction du sens dans lequel la régularisation doit être réalisée: augmentation de la luminance, réduc- tion de la luminance, ou obtention d'une luminance moyenne. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux lampes qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limita- tifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge dans un gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: une ampoule "(10) en forme de tube, un matériau de décharge dans un gaz remplissant l'ampoule (10), une électrode interne (14) placée à l'intérieur de l'ampoule (10), une électrode externe (18) en forme de bande réali- sée sur une surface externe de l'ampoule et disposée sui- vant un axe de l'ampoule, et un film (12) d'un matériau fluorescent, formé sur une surface interne de l'ampoule (10), destiné à être excité par une décharge dans un gaz et ayant une épaisseur qui n'est pas uniforme suivant l'axe du tube. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif destiné à appli- quer de l'énergie à haute fréquence entre l'électrode in- terne (14) et l'électrode externe (18) afin qu'une décharge luminescente soit créée entre l'électrode interne (14) et l'électrode externe (18). 3. Lampe à décharge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le film du matériau fluores- cent (12) a, aux deux extrémités de l'ampoule (10) auxquel- les la luminance doit être accrue, une épaisseur telle que le coefficient de transmission est compris entre 25 et %, et, dans la partie centrale de l'ampoule (10) dans laquelle la luminance doit être réduite, une épaisseur telle que le coefficient de transmission est inférieur ou égal à 25 % ou est supérieur ou égal à 40 %. 4. Lampe à décharge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le film de matériau fluores- cent (12) a une épaisseur qui varie successivement. 5. Lampe à décharge selon la revendication 4, carac- térisée en ce que le film de matériau fluorescent (12) a une épaisseur qui varie successivement de manière que l'épaisseur dans la partie du film du matériau fluorescent (12) dont sort un fil d'alimentation de l'électrode externe (18) donne un coefficient de transmission inférieur à 25 % ou supérieur à 40 %. 6. Lampe à décharge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un film (20) de protection contre la lumière est formé à la surface externe de l'am- poule (10) et a une fenêtre (22) de largeur prédéterminée destinée à projeter de la lumière à l'extérieur de l'am- poule (10) parallèlement à l'axe du tube de l'ampoule (10). 7. Lampe à décharge selon la revendication 6, carac- térisée en ce que la largeur de la fenêtre (22) n'est pas la même le long de l'axe du tube. 8. Lampe à décharge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'électrode externe (18) a une largeur déterminée de manière que la lampe possède des caractéristiques voulues de fonctionnement. 9. Lampe à décharge selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la matière de décharge est un gaz rare.