CN102132375A - 电介质阻挡放电灯 - Google Patents

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CN102132375A CN2009801324109A CN200980132410A CN102132375A CN 102132375 A CN102132375 A CN 102132375A CN 2009801324109 A CN2009801324109 A CN 2009801324109A CN 200980132410 A CN200980132410 A CN 200980132410A CN 102132375 A CN102132375 A CN 102132375A
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G·格鲁尔
R·希尔比希
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Abstract

提供了一种在气体放电容器中具有金属材料的电介质阻挡放电灯。该金属材料提高灯的功效。

Description

电介质阻挡放电灯
技术领域
本发明涉及电介质阻挡放电灯领域。
背景技术
许多年来电介质阻挡放电（DBD）灯在本领域中是已知的。它们在比如表面改性、臭氧和自由基分子生成、光生成、有机和无机材料消毒等许多应用中被使用。DBD灯通常用于各种目的，例如用在复印机中或者用作广告目的的照明。DBD灯在短的持续时间内生成从真空紫外到红外波长范围中的光辐射。DBD灯被用于各种应用和产品。
DBD灯主要是通过在两个电极之间施加交变电压来运行的，所述两个电极至少之一或者二者被电介质材料覆盖。在填充在两个电极之间的间隙中的气体内激发放电。从气体放电生成光发射。在某些情况下，通过位于灯壳的内部或外部的荧光和磷光材料，将来自气体放电的光发射转换成其它波长的光。
在实验上知道，当间隙的输入电功率变大时，放电趋于缩小。窄的电弧通道形成于间隙中，这与较低输入功率的扩散放电不同。对于较高的输入功率，生成光发射的效率于是变得更小。
从几十年来的实验和理论研究知道，单位输入电功率的光发射生成的高效率只有针对扩散放电工作才能实现，而针对缩小的电弧工作是不能实现的。然而，尽管在现有技术中已经进行不断的努力，仍无法制出这样的DBD灯：其中针对较高的输入功率有可能保持放电扩散。
发明内容
本发明的目的是提供一种电介质阻挡放电灯，其至少部分地克服现有技术的缺点且对于较高输入功率能够维持扩散放电。
该目的是通过一种用于提供紫外光的电介质阻挡放电灯实现的，该放电灯包括放电气体，其中至少一种金属材料配置有该放电气体。
在本发明的上下文中，术语“金属材料”尤其包括和/或包含通常称为金属的任何元素，但也包括称为“半金属”或“类金属”（例如镓或铟）的元素以及这些材料的任何合金或其它合适的组合。
应注意，术语“金属材料”不旨在暗示实际实施例和/或应用不包括提供非金属形式（例如作为盐）的所述至少一种金属材料。
在本发明的上下文中，术语“放电气体”尤其包括和/或包含通过放电生成的气体材料（即，原子和分子）和气体电载体物质。
在本发明的上下文中，术语“配置有”尤其包括和包含：至少一种金属材料至少部分地被提供在含有放电气体的容器中。在大多数实际应用中，在DBD灯的外管和内管之间将存在空间，不过这不是限制本发明。
对于本发明的许多应用，这种DBD灯的使用已表现出具有下述优点的至少一种：
有可能在高得多的输入功率下运行该DBD灯，从而对于给定输入功率，达到更高的光发射数量而不降低生成光发射的效率。
根据本发明的实施例，该DBD灯为气体材料的受激准分子灯。这种情况下尤其优选的是，所述至少一种金属材料以金属或其合金的形式被提供，优选地以固体形式被提供，例如作为块料或作为粉末被提供，或者所述至少一种金属材料作为卤化物盐被提供，例如作为氯化物或氟化物盐被提供。
根据本发明的实施例，该DBD灯为不具有位于灯壳的内部或外部的荧光和/或磷光材料的灯。
根据本发明的实施例，该DBD灯为配置有位于灯壳的内部或外部的荧光和/或磷光材料的灯。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料具有在400K 下≤1.6×102Pa的蒸气压。这在实践中已得到证明，尤其由于在工作期间在该灯内金属材料的低压积聚的原因。优选地，所述至少一种金属材料具有这样的蒸气压：在400K 下≤1.2×102Pa，更优选地在400K下 ≤1×102Pa且最优选地在400K下 ≤0.8×102Pa。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料具有≥400K的熔点。藉此，对于许多应用，可以避免与金属材料的结构有关的问题。优选地，所述至少一种金属材料具有≥500K的熔点，更优选地所述至少一种金属材料具有≥700K的熔点。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料的量为≥3×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积。这种量表明适合于本发明的许多应用。优选地，所述至少一种金属材料的量为≥4×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积，更优选地为≥5×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料选自包括下述元素的群组：铝、镓、铟、铊、硅、锗、锡、铅、镁、钙、锶、钡、铜、银和金或其混合物。
本发明还涉及使用至少一种金属材料用于提高DBD灯的光发射的辐射率或/和对于DBD灯中的较高输入功率，维持DBD灯中的气体放电通道扩散。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料具有在400K 下≤1.6×102Pa的蒸气压。这在实践中得到证明，尤其由于在工作期间在该灯内金属材料的低压积聚的原因。优选地，所述至少一种金属材料具有这样的蒸气压：在400K下 ≤1.2×102Pa，更优选地在400K 下≤1×102Pa且最优选地在400K下 ≤0.8×102Pa。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料具有≥400K的熔点。藉此，对于许多应用，可以避免与金属材料的结构有关的问题。优选地，所述至少一种金属材料具有≥500K的熔点，更优选地所述至少一种金属材料具有≥700K的熔点。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料的量为≥3×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积。这种量表明适合于本发明的许多应用。优选地，所述至少一种金属材料的量为≥4×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积，更优选地为≥5×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积。
根据本发明的实施例，所述至少一种金属材料选自包括下述元素的群组：铝、镓、铟、铊、硅、锗、锡、铅、镁、钙、锶、钡、铜、银和金或其混合物。
本发明还涉及用于提高根据本发明的DBD灯的性能的方法，其包括加热DBD灯的步骤。
对于本发明的许多应用，这已经令人惊奇地表明提高了DBD灯的辐射率。
根据本发明的实施例，该方法包括步骤：将该DBD灯至少加热到比所述至少一种金属材料的平均熔化温度低50度的温度。
本发明还涉及使用至少一种金属材料作为DBD灯中的氧吸气剂（getter）。
根据本发明的DBD灯和/或利用根据本发明的用途可以在多种***和/或应用中使用，所述***和/或应用为下述的一种或多种：
- 表面改性，
- 臭氧和/或自由基分子生成，
- 光生成，
- 有机和无机材料消毒，
- 复印机，
- 照明应用。
前述部件以及所要求保护部件和在所述实施例中依照本发明将使用部件的尺寸、形状、化合物选择以及技术构思方面没有任何特殊例外，使得相关领域中已知的选择标准可被应用而没有限制。
附图说明
本发明目的的附加细节、特征、特性和优点在从属权利要求、附图和对各附图和实例的下述描述中公开，所述附图和实例以示范性方式示出发明DBD灯的若干实施例和实例。
在附图中：
图1为根据本发明一个实施例的DBD灯的截面侧视图。
图2示出对于本发明的两个发明实施例和两个对照实施例，UV强度作为频率函数的图示；
图3示出对于本发明的另一个发明实施例和一个对照实施例，效率（单位为%）作为输入功率函数的图示；
图4示出对于图3的灯，输入功率作为灯的频率函数的图示；以及
图5示出对于另一发明实施例和对照实施例，磷光材料的退化量和光输出的减少作为寿命的函数。
具体实施方式
在图1中说明可以用于本发明的电介质阻挡放电灯10的第一实施例。电介质阻挡放电灯10包括外管12和与外管12同轴布置的内管14。电介质阻挡放电灯10包括外电极16，该外电极16可以是导电涂层或者优选地是导电网状网络。外电极16可以布置在外管12的外部或内部上。
内管14和外管12之间的空间18用放电气体填充；该至少一种金属材料还设置于该空间18中。
根据本发明的一些应用和/或实施例，荧光和/或磷光材料置于内管14和外管12上或者置于灯的外部。荧光和磷光材料将来自气体放电的光发射转换成其它波长的光。
应注意，图1中示出的DBD灯本身是现有技术并且对于本发明而言也是非限制性的，本发明可以与本领域技术人员知晓的所有DBD灯一起使用。
实例
通过下述实例I至III将进一步理解本发明，所述实例仅仅是用于说明而非限制本发明。
实例I：
间隙距离为4mm的圆柱形石英玻璃DBD灯（长度为23cm，直径为2.4cm）填充有300mbar Xe气体以及重量为~3.0mg的金属铟块。
对照实例I：
使用只是不含铟的相同的灯作为对照实例I。
发明实例和对照实例接着按下述方式运行：
极***替变化的几kV电压以介于20-65kHz的频率施加到灯的间隙。施加电压的幅值恒定。对于每个电压循环，在灯的间隙中激发放电。
测量在大约170nm波长处来自Xe2准分子的光发射强度作为驱动频率的函数。由于所施加的电压在这里是恒定的并且反复放电的放电电流总是相同，增大驱动频率意味着增大单位时间的输入能量，因而增大电功率。
图1示出来自填充有铟金属和未填充铟金属的两种DBD灯的光发射强度（垂直轴）作为驱动频率（因而作为输入功率）（水平轴）的函数的依存性。
术语“Xe_standard1”和“Xe_standard2”代表未填充铟的两种灯（对照实例I，实心点），而Xe_In1和Xe_In2代表填充铟的两种灯（根据实例I制作的发明实例，空心点）。确切的数据示于表I。
表I
Figure 246044DEST_PATH_IMAGE002
对于含有铟的灯，发射强度随着输入功率线性地增大，而对于不含有铟的灯，发射强度在大约40kHz处达到其最大值，接着随着输入功率增大而减小。因此，与对照灯相比，本发明的灯在高输入功率下可以更高效地运行。
实例II
在实例II中，根据实例I制作灯，只是使用镓替代铟。
图3示出对于实例I和不含有镓的对照实例，效率（单位为%）作为输入功率函数的图示，图4示出对于两种灯，输入功率作为频率函数的图示。
确切的数据示于表II。
表II
Figure 163185DEST_PATH_IMAGE004
这里也可以非常清楚地看出本发明的有益效果。
实例III：
间隙距离为4mm的圆柱形石英玻璃DBD灯（长度为12cm，直径为2.4cm）填充有290mbar Xe气体以及重量为~3.0mg的金属镓块。DBD灯的外管的内部用磷光材料YPO4:Bi涂敷。
使用不含镓的灯作为对照实例。
图5示出磷光材料的退化量和光输出的减少作为灯寿命的函数。
表III示出确切的数据。
表III
Figure 2009801324109100002DEST_PATH_IMAGE006
在灯点亮某一时间段之后，几乎没有观察到实例III的灯的退化，而对照实例示出磷光材料强烈的退化和光输出减少。
尽管本发明已在附图和前述说明书中予以详细说明和描述，这种说明和描述被认为是说明性或示范性，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，可以理解和实现对所公开实施例的其它变型。在权利要求书中，措词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列出某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何附图标记不应解读为限制范围。

Claims (10)

1. 包括放电气体的电介质阻挡放电灯，其中至少一种金属材料配置有该放电气体。
2. 根据权利要求1的灯，其中所述至少一种金属材料具有在400K下 ≤1.6×102Pa的蒸气压。
3. 根据权利要求1的灯，其中所述至少一种金属材料具有≥400K的熔点。
4. 根据权利要求1的灯，其中所述至少一种金属材料的量为≥3×10-3kg每m3的该DBD灯填充体积。
5. 根据权利要求1的灯，其中所述至少一种金属材料选自包括下述的群组：铝、镓、铟、铊、硅、锗、锡、铅、镁、钙、锶、钡、铜、银和金。
6. 使用至少一种金属材料用于提高DBD灯的光发射的辐射率和/或对于DBD灯中的较高输入功率，维持DBD灯中的气体放电通道扩散。
7. 一种用于提高根据权利要求1至5中任意一项的DBD灯性能的方法，该方法包括将DBD灯加热的步骤。
8. 根据权利要求7的方法，包括步骤：将该DBD灯至少加热到比所述至少一种金属材料的平均熔化温度低50度的温度。
9. 使用至少一种金属材料作为DBD灯中的氧吸气剂。
10. 一种包括权利要求1至5中任意一项的DBD灯和/或利用根据权利要求6或9任意一项的用途的***，该***在一种或多种下述应用中使用：
- 表面改性，
- 臭氧和/或自由基分子生成，
- 光生成，
- 有机和无机材料消毒，
- 复印机，
- 照明应用。
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