Brevet FR2641125A1 — publié le 19900629

LAMPE A. DECHARGE SANS ELECTRODES. La présente invention concerne une lampe à décharge sans électrodes ne comportant aucune électrode à l'intérieur de son ampoule ou enveloppe et produisant par excitation une luminescence des gaz qui sont le siège d'une décharge électrique à l'intérieur de l'ampoule grâce à l'application extérieure d'un champ électro- magnétique de haute fréquence. La lampe à décharge sans électrodes du type mentionné peut être utilisée efficacement dans les appareils d'affichage extérieur ou dans les installations lumineuses en couleur à des fins de décoration et analogues% Comme lampe à décharge en couleur, d'une fa;on générale, on utilise des lampes à décharge comportant respectivement des électrodes disposées dans une ampoule ou enveloppe tubulaires et un mélange de gaz, par exemple de gaz néon et argon, rempli l'ampoule pour obtenir, par exemple, une luminescence de couleur rouge, comme décrit dans la demande de brevet japonais n 58-68862 ouverte à l'inspection publique. Bien que, dans ce cas, le gaz néon présente un rendement lumineux excellent quand on l'utilise sous une pression relativement faible, il existe un problème en ce que la décharge entre les électrodes à l'intérieur du gaz sous pression faible entraîne une dispersion intense de la substance des électrodes, en particulier de la substance de l'émetteur, au point d'abréger considérablement la durée de vie de la lampe à décharge. En outre, dans la lampe à décharge connue de la demande de brevet japonais précitée, le seul objectif est une luminescence par excitation du mélange gazeux et on ne mentionne aucune émission de lumière visible à l'aide de l'interposition d'une matière fluorescente, de sorte qu'un problème non résolu subsiste en ce qui concerne l'obtention d'une quantité de lumière suffisante. D'autre part, pour prolonger la durée de vie de la lampe à décharge, on a suggéré de diverses fayons des lampes à décharge sans électrodes en cherchant à minimiser les dimensions tout en obtenant encore un rendement élevé. Dans le brevet U.S. n 4 010 400, par exemple, on a proposé une lampe à décharge sans électrodes dans laquelle un enroulement hélicoïdal est monté au centre d'une ampoule ou enveloppe de lampe en verre et un mélange de gaz formé de vapeur de mercure et d'un gaz inerte, tel que l'argon, remplit l'ampoule ou enveloppe. Grace à cet agencement, un courant électrique de haute fréquence circulant à travers la bobine disposée à l'intérieur du tube crée un champ électromagnétique, la vapeur de mercure devient le siège d'une décharge sous l'effet de ce champ électromagnétique, et une luminescence par excitation se trouve ainsi produite. Toutefois, dans cette lampe connue du brevet U.S. 4 010 400, le couplage électromagnétique est limité de manière à avoir lieu exclusivement dans le champ électromagnétique présent périphériquement autour de l'enroulement par suite de la disposition centrale de cet enroulement dans l'ampoule ou enveloppe, de sorte qu'un problème reste non résolu en ce sens que le couplage électromagnétique ne doit pas se trouver à 264 1125 l'intérieur de l'enroulement o le champ électromagnétique devient relativement puissant et o on ne peut pas obtenir une décharge électrique très efficace dans la vapeur de mercure. En outre, dans cette lampe du brevet U.S. 4 010 400, le gaz inerte est utilisé uniquement comme gaz tampon et ce brevet ne donne aucune indication sur les moyens techniques apportant une contribution du gaz remplissant l'ampoule ou enveloppe de la lampe à décharge dans une mesure suffisante pour la luminescence, en particulier la luminescence de couleur rouge. C'est pourquoi on demande que la lampe à décharge ait une durée de vie prolongée dans une mesure remarquable en plus d'améliorer sa compacité et son rendement lumineux. La présente invention a donc pour objet principal une lampe à décharge sans électrodes- dont la durée de vie se trouve remarquable- ment prolongée et qui permet au gaz enfermé de façon étanche dans l'ampoule ou enveloppe de cette lampe de contribuer efficacement à la luminescence et d'obtenir une quantité voulue de lumière émise dans une large gamme allant d'une zone de températures basses à une zone de températures élevées. On peut atteindre cet objet, selon la présente invention, au moyen d'une lampe à décharge sans électrodes dans laquelle une luminescence par excitation de la vapeur de mercure remplissant l'ampoule ou enveloppe de la lampe en une matière transparente est effectuée par un courant électrique de haute fréquence que l'on fait circuler dans une bobine d'induction disposée le long de la périphérie extérieure de l'ampoule ou enveloppe de la lampe, cette lampe étant caractérisée en ce qu'une matière fluorescente est appliquée à la surface intérieure de l'ampoule ou enveloppe de la lampe et un gaz rare qui engendre, par excitation, une luminescence de la même série de couleurs que la couleur lumineuse de la matière 264 1 125 fluorescente se trouvant à l'intérieur de l'ampoule ou enveloppe remplit cette dernière en plus de la vapeur de mercure. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique montrant un mode de réalisation de la lampe à décharge sans électrodes selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe schématique de la lampe de la figure 1; la figure 3 est un graphique montrant les caractéristiques de rendemant lumineux en fonction de la température ambiante dans la lampe de la figure 1; les figures 4 à 8 sont des graphiques montrant la distribution spectrale dans la lampe à décharge sans électrodes selon la présente invention; la figure 9 est une vue schématique montrant un autre mode de réalisation de la lampe à décharge sans électrodes selon la présente invention; la figure 10 est un graphique montrant les caractéristiques de rendement lumineux en fonction de la pression du gaz Ne dans un autre mode de réalisation de la lampe selon la présente invention; et la figure 11 est un graphique montrant les caractéristiques de rendement lumineux en fonction de la température ambiante dans un autre mode de réalisation encore de la lampe selon la présente invention. En se référant aux Figures 1 et 2, on voit au'une lampe à décharge 10 sans électrodes comprend, dans un mode de réalisation selon la présente invention, une ampoule ou enveloppe 11 étanche aux gaz formée d'une matière transparente telle que le verre. Une matière fluorescente 12 est appliquée à la surface intérieure de l'ampoule 11, de préférence sur sensiblement toute cette surface intérieure, et un gaz a décharge, consistant en de la vapeur de mercure Hg et en gaz néon Ne, remplit l'ampoule 11. Eans ce cas, on fait en sorte aue la quantité de gaz néon remplissant l'am[oule soit telle que ce gaz néon à lui seul Fuisse produire la luminescence par une décharge en l'absence d'électrode même cuand, par exemple, la vapeur de mercure est absente dans l'ampoule 11. Une bobine d'induction 13 est enroulée sur la totalité de la périphérie extérieure de l'ampoule 11 en contact avec cette ampoule ou à proximité de cette dernière, et une source 14 de haute fréquence est reliée à la bobine d'induction 13 pour faire circuler dans cette bobine un courant électrique de haute fréquence. Lorsque le courant électriaue de haute fréquence circule depuis la source 14 de haute fréquence à travers la bobine d'induction 13 de la lamFe à décharge précitée 10, un champ électromagnétique est induit d'une façon bien connue. Dans le cas o, Far exemple, la température ambiante est supérieure à O C, la vapeur de mercure constitue ici principalement le gaz à décharge de sorte oue les atomes de mercure produisent une luminescence par excitation, les rayons ultraviolets émis dans une bande principale de fréquence de 254 nm sont transformés Far la matière fluorescente 12 en une lumière visible, et une lumière de couleur rouge est émise par luminescence dans la bande principale de 61C nm. A ce moment, le gaz néon remplissant l'amroule 11 avec la vapeur de mercure fonctionne comme un gaz tampon de manière à régler l'énergie des électrons sur une valeur Fermettant une excitation facile des atomes de mercure. Par contre, dans le cas d'une température ambiante basse, inférieure CO C, le nombre d'atomes de mercure gazeux ne se trouve pas à un niveau permettant de maintenir une décharge dans ce dernier, de sorte que le gaz néon agit comme gaz de décharge et une luminescence de couleur rouge est produite. Ici, la luminescence par excitation du gaz néon est effectuée avec une raie de couleur rouge à environ 640 nm. Lans l'agencement Frécité, comne il apparaît clairement sur la Figure 3, on a constaté que la lampe 1C selon la présente invention permet d'obtenir un rendement lumineux excellent sur une plage plus large de la température ambiante, allant de -30 C à 6C0C, en comparaison du cas dans lequel le gaz remplissant l'ampoule est un mrélanae de vapeur de mercure Eg et d'argon Ar. En outre, sur les Figures 4 à 8, on a représenté des distributions spectrales dans le cas de la lampe 10 è décharge des Figures 1 et 2 pour diverses températures ambiantes la telles cue la = - 30 C sur la Figure 4, Ta = -15 C sur la Figure 5, Ta = 0 C sur la Figure 6, Ta = 25 C sur la Figure 7 et la = 45 C sur la Figure 8, tandis que l'intensité du spectre est représentée b une échelle réduite pour en faciliter le tracé. Comme on peut le voir sur les Figures 4 et 5, en particulier, on peut obtenir une augmentation importante de luminescence par excitation dans la zone de basses températures au moyen de la lampe à décharge 10 sans électrode, remplie de vapeur de mercure et de gaz néon. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, le gaz remplissant l'ampoule ou enveloppe 11 de la lampe à décharge sans électrodes des Figures 1 et 2 comprend, en plus de la vapeur de mercure et du gaz néon, une petite quantité (par exemple environ 1%) de gaz argon ajouté au gaz néon. Grâce à cette disposition, la lampe 10 à décharge peut être allumée avec une tension d'amorçage relativement faible même aux températures ambiantes extrêmement basses, grâce a l'effet Penning entre le néon et l'argon utilisés. Autrement, l'agencement et le fonctionnement de ce mode de réalisation sont sensiblement identiques à ceux du mode de réalisation précédent des Figures 1 à 8. En se référant maintenant à la Figure 9, on voit que l'on y a représenté une lampe b décharge 20 sans électrodes selon un autre mode de réalisation encore de la présente invention, ce mode de réalisation comp:renant, en plus d'un agencement similaire à celui du mode de réalisation des Figures 1 et 2 et comportant une ampoule ou enveloppe 21 remplie de vaFeur de mercure et de néon et une bobine d'induction 23 enroulée sur la périphérie extérieure de l'ampoule 21 et reliée à une source 24 de haute fréquence faisant circuler dans cette 2C bobine un courant haute fréquence, un moyen 25 de commande de température monté sur la périphérie extérieure de l'ampoule 21 Four modifier la température dans cete ampoule 21. Dans ce mode de réalisation, le point le plus froid de l'intérieur de l'ampoule 21 peut être modifié de telle manière que la pression de la vaFeur de mercure soit sensible à la température de ce point le plus froid de cette ampoule 21 et que le gaz néon produise la luminescence de couleur rouge, Far exemple, uniquement quand la température est très basse. En outre, on Feut également obtenir la luminescence dans une grande diversité de couleurs selon l'élévation de la température du point le plus froid en choisissant de façon appropriée la matière fluorescente devant être appliquée à la parci intérieure de l'ampoule 21. Autrement, l'agencement et le fonctionnement de ce mode de réalisation sont sensiblement identiques à ceux de la lamFe à décharge précédente 10 des Figures 1 et 2. Selon un autre aspect de la présente invention, le gaz néon remplit l'ampoule 11 ou 21 sous une pression de 40-400 Pa (0,3-3,0 mm de Hg). Ceci étant, en se référant à la Figure 1C, on voit oue le rendement lumineux augmente à mesure que la pression du gaz néon à l'intérieur de l'ampoule 11 ou 21 diminue, mais ceci entraîne en même temps une élévation de la tension d'amorçage de sorte oue, quand la pression du gaz néon à l'intérieur de l'ampoule 11 ou 21 est inférieure à 40 Pa (C,3 mm de FG), l'amorçage a lieu difficilement tandis que, quand la pression du gaz néon à l'intérieur de l'ampoule 11 ou 21 est supérieure à 4CC Fa (3,0 mmi de Eg), l'amorçage devient plus facile mais le rendement lumineux est trop faible. La décharge dans le gaz néon sous une pression relativement plus faible entraîne, en Farticulier, une usure rapide de l'électrode émettrice par dispersion intense. Toutefois, dans la présente invention, la lampe est du type sans électrodes et par conséquent aucune usure d'électrode n'a lieu. Autrement, l'agencement et le fonctionnement de ce mode de réalisation de la présente invention sont sensiblement identiques à ceux de la lampe à décharge 1G des Figures 1 et 2. Selon un autre aspect encore de la présente invention, il est possible de réduire la pression du gaz néon tandis que, comme on l'a mentionné partiellement, cn ajoute du gaz argon en une quantité plus faible que celle du gaz néon (Far exemple, environ 1%), au gaz de remplissage formé de vapeur de mercure et de gaz néon dans l'ampoule 11 ou 21, et on fixe la pression du gaz de l'ensemble total de gaz néon et argon à 40 Fa (0,3 mm de Ea). Cn comprendra que, dans le présent mode de réalisation de l'invention, il est possible d'amorcer efficacement la lamFe à décharge grâce à l'effet Penning entre le néon et l'argon, même avec une pression de gaz néon et argon inférieure à 40 Pa (0,3 mm de Hg). Autrement, l'agencement et le fonctionnement du présent mode de réalisation sont sensiblement identiques à ceux de la lampe à décharge 10 des Figures 1 et 2. En outre, dans l'un et l'autre des modes de réalisation ci-dessus dans lesquels la pression du gaz néon est de 40-400 Pa (0,3-3,0 mm de Hg) et celle des gaz néon et argon est inférieure à 40 Fa (0,3 mm de Hg), la lampe à décharge peut être pourvue d'un moyen de réglage de température comme représenté sur la Figure 9. Selon un autre aspect encore de la présente invention, un amalgame à base de mercure, par exemple un amalgame Bi-In-Sg, remplit l'ampoule 11 ou 21 du mode de réalisation précédent, en plus de la vapeur de mercure et du gaz néon, grâce à ouoi la lampe à décharge peut être conçue de manière aue la pression de vapeur optimale puisse être obtenue au voisinage de 80 C et 120 C comme représenté sur la Figure 11 par la courbe Ne + Hc + Amalgame en traits interrompus, cela grâce à l'addition de l'amalgame. Dans ce graphique, la "température ambiante" désigne la température voisine de la surface de la lampe. Compte tenu que l'enveloppe de cette lampe est utilisée dans un support, la température ambiante" est beaucoup plus élevée que la température régnant dans l'atmosphère à- l'extérieur de ce support. En outre, on peut modifier la température optimale permettant d'obtenir la tension optimale de vapeur en modifiant le rapport de l'amalgame par rapport à la quantité de mercure selon ce qui est nécessaire. Dans ce mode de réalisation, alors eue les distributions spectrales représentées sur les Figures 5-8 peuvent être obtenues dans le mode de réalisation des Figures 1 et 2 à une température ambiante la telle que celle désignée par "'" sur les dessins, c'est-à-dire -15 C sur la Figure 5, C C sur la Figure 6, 25 C sur la Figure 7 et C sur la Figure 8, on peut obtenir les mêmes distributions spectrales dans le présent mode de réalisation à une température ambiante plus élevée Ta désignée par "E", c'est-à-dire 0 C sur la Figure 5, 20 C sur la Figure 6, 90 C sur la Figure 7 et 140 C sur la Figure 6, grâce a quoi la lampe à décharge selon la présente invention peut fonctionner facilement dans une gamme plus large de températures ambiantes. Il est ô remarquer, ici, oue lorsque la température ambiante est de -30 C, les deux modes de réalisation des Figures 1 et 2 et le présent mode de réalisation montrent la même distribution spectrale. Autrement, l'agencement et le fonctionnement du présent mode de réalisation sont sensiblement identicues à ceux du mode de réalisation des Fiaures 1 et 2. Dans le mode de réalisation ci-dessus de l'invention o l'on ajoute un amalgame, il est également possible d'obtenir un abaissement de la tension d'amorçage crâce à l'addition d'une petite quantité de gaz argon au gaz néon afin d'utiliser l'effet Penning entre le néon et l'argon. En outre, dans ce mode de réalisation également, on peut munir la lampe à décharge du moyen de réglage de température de la Figure 9 afin de modifier la température du point le plus froid de l'ampoule. il REVFNEDICATIORS 1. Lampe à décharge sans électrodes dans laquelle une luminescence, par excitation d'une vapeur de mercure remplissant une ampoule ou enveloppe (11,21) de lampe en matière transparente, est produite par un courant électrique de haute fréquence que l'on fait circuler dans une bobine d'induction (13,23) disposée sur la périphérie extérieure de l'ampoule, caractérisée en ce qu'une matière fluorescente est appliquée à la surface intérieure de l'ampoule ou enveloppe (11,21) et un gaz rare qui engendre, par excitation, une luminescence de la même série de couleurs eue la couleur lumineuse de la matière fluorescente à l'intérieur de l'ampoule remplit cette ampoule en Flus de la vapeur de mercure. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce oue la matière fluorescente donne une luminescence de couleur rouge et le gaz rare est du néon. 3. Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le gaz néon remplit l'ampoule sous une pression de 4C-40C Pa (C,3-3,C mm de Fa). 4. LamFe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le aaz rare comprend, en outre, du gaz argon. 5. Lampe selon la revendication 4, caractérisée Far le fait que le gaz argon est ajouté au gaz néon en unequantité relativement faible et lesdits gaz néon et argon ensemble remplissent l'ampoule sous une pression inférieure à 4C Pa (0,3 mm de Eg). 6. Lamre selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en outre, un moyen (9) de réglage de température servant à régler la température du point le plus froid de l'ampoule de la lampe. 2641 125 7. Lamie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le gaz rare comprend, en outre, un amalgame à base de mercure que l'on ajoute à la vapeur de mercure.