CN1057865C - 复合放电灯 - Google Patents

Abstract

一种复合辉光放电灯，它包括一细长玻璃管，在该细长玻璃管的相对端的每一端都有一电极组件，该电极组件包括一用来发射电子的中心电极和一包围该中心电极的辉光电极，该辉光电极由有一开口和一封闭底部的罩组成，它被如此地设置使得开口朝向与之相近的玻璃管的那一相对端，而封闭底部朝向玻璃纵向上的中部，因此，可以防止玻璃管变黑，且可延长复合放电灯的使用寿命。

Description

复合放电灯

本发明涉及诸如热阴极低压荧光放电灯之类的复合放电灯，这种热阴极低压荧光放电灯具有一个引入有一些电极组件的玻璃管，每一电极组件由一用来发射电子的中心电极和一包围中心电极的辉光电极组成，这些电极组件分别位于细长形玻璃管相对两端附近的位置。

与灯泡类似，热阴极低压荧光放电灯即所谓的荧光灯被广泛用作高效率光源。

荧光灯中的灯丝线圈阴极电极之上由一层电子发射物质(下面将称之为“发射体”)所涂覆，这种电子发射体主要由钡、鳃和钙组成，该物质因由向阴极上的离子轰击引起的溅射及打开放电灯时它本身的蒸发而被损耗，使得灯不能被点亮或结束灯的使用寿命。

已经有人提出一种常规荧光灯，在该荧光灯中，为了延长荧光灯的使用寿命，把阳极安装于灯丝线圈阴极上以消除离子的轰击。但是，安装阳极使得所发出的光闪烁，因此实际上现在不再使用这种荧光灯。

常规冷阴极或热阴极放电灯中的电极组件的结构包括灯丝(中心电极)和包围灯丝的辉光电极。辉光电极是一个带有一开口和封闭底部的罩。辉光电极的开口对着装有电极组件的细长玻璃管的中部，而辉光电极的底部则对着靠近它的玻璃管的一端。可参见日本专利申请“平4-22057号”。这种常规荧光灯有下列缺点：

(1)灯的使用寿命短，即一般为4000至5000小时；

(2)在玻璃管相对的两个端部出现黑化；

(3)在使用寿命后期产生大量热量；

如上所述，常规荧光灯中辉光电极的开口面对玻璃管的中部，从而把辉光电极所包围的灯丝阴极暴露给离子或电子。尽管已经对常规荧光灯的玻璃管中的发射体或气压进行了各种各样的改进，但是，仍然不能足够地防止荧光灯的使用寿命因离子轰击而被缩短。

本发明是为了消除上述缺点而提出的，因此，本发明的一个目的是提供一种能够消除上述缺点的复合放电灯。

为此，根据本发明，提供了一种复合放电灯，它包括：一细长玻璃管(如杆状玻璃管或环状玻璃管)，它有一长度方向的中部和长度方向的相对端头；一些电极组件，每一电极组件由一用来发射电子的中心电极和一包围中心电极的辉光电极组成，电极组件分别位于玻璃管沿长度方向相对的两端附近，辉光电极为一个具有一开口和一封闭底部的罩，该开口朝向玻璃管长度方上向相对的两端中与之相近的一端，而该封闭底部则朝向玻璃管长度方向上的中部。

如上所述，由于根据本发明的辉光电极布置得与常规荧光灯的相反，即辉光电极的开口面向玻璃管长度方向上相对的两端中与之相近的一端，还由于辉光电极的底部朝向玻璃管长度方向的中部，因此，热电子(包括辉光放电引起的二次电子)首先穿过辉光电极的开***出，然后朝向玻璃管的端部。利用电子放电所产生的离子轰击辉光电极的底部，这样得到的轰击能量用作增加灯管电流的二次电子放电能量。在常规技术中，由于离子带来了离子轰击的问题，因此，人们认为离子对放电灯是有害的。但是，根据本发明，却可以有效地利用离子的作用。

根据下面结合附图的说明，本发明的其它特征和优点将很清楚。在附图中：

图1是概括说明荧光灯一个电极组件结构的示意图；

图2是说明根据本发明的复合放电灯中一个电极组件结构的示意图；

图3是说明本发明第一实施例中复合放电灯的一部分的配置的示意性剖视图，所说的复合放电灯装有图2所示的电极组件；

图4是表示本发明第二实施例中复合放电灯结构的示意性剖视图；

图5是表示控制第一实施例中复合放电灯的电接线图；

图6是说明本发明第二实施例中复合放电灯的一部分的示意图，其中局部被剖开；

图7是说明本发明第三实施例中复合放电灯的示意图，图中局部被剖开。

图8是表示控制本发明第三实施例中复合放电灯的电接线图；

图9是说明控制本发明第三实施例中复合放电灯的另一电接线图；

图10是表示一辉光电极和一灯丝线圈电极之间位置关系的透视图；

图11是说明一辉光电极和一电弧电极之间位置关系的剖面图；

图12是说明图4所示电极组件配置的剖视图，其中部分被剖开；

图13是表示灯的使用寿命特性的曲线图，这种使用寿命是在玻璃管的中部测量的，为了比较，图中分别示出了常规荧光灯和本发明的复合放电灯的使用寿命特性；

图14是说明图6所示复合放电灯的一种变型的剖视图；

图15是说明图2所示复合放电灯的一种变型的透视图；

图16是表示一例图4所示电极组件的透视图；

图17是说明图16所示电极组件的一种变型的透视图。

参见图1，它表示荧光灯中的电极组件，该电极组件由其上面涂覆有电子发射物质的灯丝线圈电极5和导线2、3组成，电流通过导线2、3加到灯丝线圈电极5上。导线2、3连接到有一个排气孔4的芯柱1上。参见图2，它除表示图1所示电极5之外还表示有一个辉光电极6。辉光电极6由铝、镍、主要由电子发射材料组成的烧结金属或类似的材料组成，它是柱形的，带有一个开口25和一个封闭底部26。导线2被点焊或铆接于辉光电极6上，开口25被设置为朝向芯柱1。

制造具有图2所示电极组件的荧光灯和具有图1所示电极组件的荧光灯并相互比较其发光情况。用100伏50HZ的交流启辉器电路作电源。

在具有电流值为215mA、电压值为47V的10.1W功率的情况下，具有图1所示电极组件的荧光灯发出9,000nt的亮度(在灯的中部测量)；而在电流为225mA、灯的电压为45V、功率为10.1W的情况下，具有图2所示电极组件的荧光灯呈现9,500nt的亮度(在灯的中部测量)。

参见图3，它表示本发明第一实施例中复合放电灯的一个端部分，其中装有图2所示电极组件，灯丝线圈中心电极5由双灯丝线圈组成，辉光电极6外径为8mm，长度为10mm、壁厚为0.15mm，它由纯度约95％的铝制成。

如图3所示，由上述对比实验已经知道，即使把辉光电极6罩到灯丝线圈中心电极5上，光强度也不会降低，它反而增加约5％。

使用图1所示电极组件，利用离子轰击灯丝线圈中心电极5，以使离子轰击的能量使电子发射物质即发射体溅射，导致荧光灯使用寿命缩短，而且，在使用寿命的后期产生大量的热量。相反，根据本发明，使用图2和图3所示的电极组件，离子12只轰击辉光电极的底部和侧壁，离子轰击的能量在辉光电极6整个宽阔的外壁面上被吸收以便发射大量的二次电子11，从而使灯的电流增大。

参见图3，如果如图所示把电极组件设置于负(-)端，则由灯丝线圈中心电极5产生的热电子10穿过辉光电极6的开口25，然后穿过辉光电极6的外周面和玻璃管13的内周面之间的空隙，由在未示出的正(+)端的电极组件所吸引，从而向图3中的右侧运动。由于汞蒸汽或蒸汽原子在玻璃管中被充电，因此，热电子10在其路径中激励汞原子以发出紫外线辐射，该紫外线辐射又激励涂覆在玻璃管13内壁面上的荧光物质膜9，从而发出光线7。由于热电子穿过辉光电极6的开口25之后被反向地反射，因此，透过玻璃管看不到作为罩子的辉光电极6的阴影，也就是说，荧光灯以均匀的亮度点亮。

参见图4，它表示本发明第二实施例，它装有一图12所示的拱顶形辉光电极32，图12为剖视图。辉光电极32直径D为8mm，高度H为4mm，内装一个由金属丝制成的10w灯丝线圈中心电极5，其宽度C约4mm，它横放于玻璃管14中。

参见图4，玻璃管14直径约为25.5mm、长度为33cm，内充有5乇的氩气和0.006毫米汞柱的汞蒸汽。此外，玻璃管14的内表面涂覆有荧光材料膜9。玻璃管14有4个灯脚27、28、29、30，启辉器15连接于灯脚27、28之间，而交流电源16和一个镇流器31则连接于灯脚29、30之间。

如果荧光灯左侧为负(-)，则由灯丝线圈中心电极5发射的热电子10穿过辉光电极26的开口25，再穿过玻璃管14的内壁面和辉光电极32的外壁面之间的空隙，在穿过玻璃管14长度方向上的中部之后最终到达相对一端的正(+)电极组件。同时，用离子12轰击包括底部26在内的辉光电极32的外周壁面，以便产生二次电子11，这些二次电子11也被吸引向正端电极组件。也就是说，灯的电流是在热电子10和二次电子11在中部得到混合的这样一种条件下流过玻璃管14长度上的中部的。基本上所有这些灯的电流到达正电极组件的辉光电极32包括底面在内的外周壁面，但不到达正电极组件中的灯丝线圈中心电极5。因此，少量电流在正辉光电极32的开口附近流动，因而在其附近不发光。

但是，由于电源16为交流电源，因此在交流频率波的每半周中负端和正端相互交替，结果，从玻璃管14的相对两端部分都发出亮光。为了尽可能地消除辉光电极附近的阴影部分，图4和图12所示的拱顶形辉光电极32用起来更好些，而不用图3所示柱形辉光电极6。此外，以辉光电极不与灯丝线圈中心电极相接触为限，把辉光电极的直径减至最小值要有利一些。

除热电子之外，在负端产生的电子还包括因灯丝线圈中心电极5和辉光电极32间的电位差(约11至12伏)所引起的辉光放电而产生的二次电子。这种电子穿过开口25向正电极组件运动。如上所述，由于辉光电极32内的灯丝线圈中心电极5上的发射体与离子轰击的能量相隔离，因此，可以消除它的溅射。

尽管灯丝线圈中心电极5上的发射体由于它本身的蒸发而消耗，但是，发射体的蒸汽散开，然后附着于辉光电极32的内壁面上。这样附着的发射体蒸汽也能发射电子，因此，这使放电电流增大。或者，它们进一步扩散，然后再附着于灯丝线圈中心电极5或别的部分上，因而在那些位置上发射电子。

这样，灯丝线圈中心电极5与离子轰击隔离以消除溅射，此外，由本身的蒸发而引起的发射体蒸汽的扩散往复于辉光电极内壁面和灯丝线圈中心电极之间以便能够连续地保持电子的发射，从而大大降低电极的损耗。结果，大大延长了荧光灯的使用寿命。

图13是把图4所示本发明该实施例中复合放电灯的使用寿命与通常使用的常规荧光灯的使用寿命进行比较的图。通过本发明该实施例的使用寿命曲线M与常规荧光灯的使用寿命曲线L之间的比较，可以看到按照本发明的复合放电灯的使用寿命得以延长，甚至在工作了50,000小时之后它也能点亮，因此，其使用寿命确实达到大约为常规荧光灯的8倍之高。

总的来说，在其使用寿命的后期，荧光灯降低了它的电子发射能力，因此，阴极的压降变大。这样，发射体的蒸汽扩散越多，消耗就越多，因此，就加速了荧光灯使用寿命的终结。同时，离子轰击的能量引起大量的热的产生。例如，已被确认，玻璃管每端部分的外壁的温度能上升到大约150至200℃的温度。结果，便可能破坏荧光灯的连接固定装置，而且，在使用在其相对两面上照亮彩色荧幕的电子布告牌或类似物把影像显示在荧幕上的情况下，就可能出现彩色荧幕褪色的问题。

根据本发明，即使在本发明的复合放电灯使用寿命的后期离子轰击变得过度的情况下，二次电子的辐射也会越来越强，从而可以进一步增加引起光辐射的放电电流。由于辉光电极设计得具有很大的热容量，因此，不会出现过度的亮点，也就是说，可以获得稳定的放电而不会有闪烁，就其热容量而言，辉光电极的壁厚最好设置为0.15至0.2mm范围内的一个值。

图6是只表示了本发明第三实施例中复合放电灯左侧的示意性剖视图。图6所示电极组件由诸如铝之类的金属制成的杯状辉光电极22和位于辉光电极22之内的杯状起弧电极21即中心电极组成，该中心电极由主要由电子发射物质组成的烧结金属制成。导线19与这些电极的中心轴线相对准，它连接于电极附近的钨丝20上。在该实施例中，导线19由杜美丝制成。辉光电极22，起弧电极21和钨丝20铆接和固定在一起而形成一多成份端部24。

在像图6所示那样组成的复合放电灯中，一个变换器18连接于导线19、19之间。当直流电源17连接到变换器18时，复合放电灯被激励。图5所示配置可适用于比如直径大约为3mm的小型薄管灯，它用于液晶显示屏的后部照明。

对于图5和图6所示实施例，下面为一特殊设计实例：

振荡频率：50Hz，振荡电压：700V(有效值)，所充气体：50乇的氩气和5毫米汞柱的汞，玻璃管外径：6.5mm(壁厚：0.5mm)，玻璃管长：250mm，荧光物质：三波荧光物质。

电极组件的尺寸：

辉光电极：

外直径：4.5mm；壁厚：0.15mm；筒长：5mm；

起弧电极(中心电极)：

外直径：3.0mm；壁厚：0.5mm；筒长：2mm；

电极多成分端部：

外直径：最大2mm

导线：

直径：0.5mm

由该设计例的实验结果可以确认，放电电流为16mA时放电的亮度为30,000nt，其使用寿命为35,000小时。

图5和图6所示的辉光电极22被如此放置，使其开口25朝向玻璃管与之相近的一端，而其底部则朝向玻璃管长度上的中部。因此，起弧电极即中心电极21完全避免了离子轰击。所以，不会出现溅射，而且离子12轰击的能量被外周壁吸收以实现二次电子的发射。

图7是只说明本发明第四实施例中复合放电灯的左部的示意图，该图部分被剖开。与图6所示复合放电灯不同，它用灯丝线圈中心电极23作起弧电极，而且使用了两根杜美丝制成的导线19。图8表示激励图7所示复合放电灯的电路。该电路为一使用一变换器的高压高频启动***。图9所示另一电路包括一高频振荡器33和一振荡变压器34以构成一快速启动器和一***启动电路。通过图6和图7所示电极组件之间的比较来看，图6所示的电极组件好在它的使用寿命更长；另一方面，图7所示的电极组件好在它的亮度更高。

人们已经证实，最好在辉光电极的开口和中心电极之间设定有一个几毫米量级的间隙X。参见图10，间隙X位于辉光电极6的开口26和相邻的灯丝线圈中心电极5的端部之间。同时，参见图11，间隙X设定于辉光电极22的开口25和起弧电极21的开口之间。在小型薄管复合放电灯的情况下，该间隙X最好大于2mm，而在10w复合放电灯的情况下，该间隙最好大于4mm。

由于发射体能够增加电子的发射，因此，最好用它涂覆辉光电极的内表面。尽管在上述实施例中已经说明辉光电极用诸如铝之类的金属制成，但是，也可以使用透明导电玻璃制作。该透明导电玻璃可以提供光学效率更高的电极。辉光电极可为任意形状，如柱形、杯形、漏斗形、拱顶形、船形等。但是，在此指出，在各种各样的用于辉光电极的金属材料中，溅射最少的一种是铝，如果其纯度高于95％则更好。

为了制造由透明导电玻璃制成的辉光电极，例如，可使用溅射膜形成工艺，在该工艺中用氧化锡搀杂的氧化铟在辉光电极所有表面上形成导电薄膜。或者，也可使用高纯铝的真空蒸发。由于由透明导电玻璃制成辉光电极的多成分端部不能用铆接来固定，因此，采用导电粘接剂来固定。

参见图14，它表示图6所示实施例的一种变型，杯形辉光放电电极22a固定于导线25a的远端，且提供一个由烧结金属材料制成的圆棒状中心电极21a来包围该导线25a远端。圆棒状中心电极21a浸渍有电子发射物质。此外，可把中心电极21a的端部固定于杯形辉光放电电极22a上。

此外，如图14所示，由于在玻璃管外周面上基本上看不到拱顶形辉光放电电极的阴影，因而拱顶形电极22a能给复合放电灯一个令人满意的美学外形，所以，最好使用由透明导电电极制成的拱形辉光放电电极22a，来代替图2、图6、图7、图10或图11所示的柱形辉光电极。

低溅射的辉光放电电极可由烧结金属制成，这类烧结金属除了可由铝组成之外，还可由作为主要成分的锆，以及钨和镍组成。此外，如果电极21a和22a在铸造时被相互做成一体的，然后再进行热处理，则可以简化其制造工艺。

对于底部封闭、直径约为10mm的辉光电极(参见图2和图12)，在辉光电极底部的中心部位形成一个直径约为0.5至2mm、最好约0.5至1mm的小孔40(参见图15)，然后进行测量其点亮情况的实验。即使是这样一个小孔，也能得到长的使用寿命和高亮度，而没有离子轰击和溅射。这样做之后，启动电压变低了(减低了3～5％)，启动时间缩短了。在辉光电极底部没有小孔的情况下，热电子要穿过辉光电极的开口以及辉光电极外壁面与玻璃管内壁面之间的间隙，因而放电阻抗增加了。相反，在辉光电极底部中心部位有小孔的情况下，热电子穿过该小孔以提高启动电压从而缩短启动时间，也就是说，该小孔有助于主放电。

如果该小孔的直径变得再大些，则会发生离子轰击，从而在其使用寿命的后期会引起灯丝线圈中心电极的溅射及产生大量热量。另一方面，如果该小孔的直径变得再小些，则启动电压将变低因而启动时间变长，也就是说，上述辅助作用将毫无意义。实验证实，对直径为10mm的辉光电极面言，该小孔的直径最好在0.5至2mm的范围内，其中，0.5至1mm最好。

按照本发明，可以大大延长复合放电灯的使用寿命(直到灯不能点亮时的时间为止)，且在玻璃管的相对端不会出现变黑现象。此外，在寿命的后半期不会产生大量热量。还有可以使辉光电极的阴影不被看到。

参见图16，它表示一例图4所示的电极组件，除了从芯柱1伸向灯丝线圈型电弧放电电极的相对两端的导线2、3之外，导电支架26b从芯柱1伸向拱顶形辉光放电电极26，它包括一个嵌入芯柱中的下端和一个点焊于辉光放电电极26开口外缘的上端。支架26b支撑辉光放电电极26，它通过导体26c与导线2电连接以便激励辉光放电电极26。

参见图17，它表示图16所示电极组件的一种变型，导线2、3均由带状导电材料制成，辉光放电电极26有一从辉放电电极26开口的周缘延伸出来榫状片26a，它向内弯曲以便点焊到导线2上。因此，在该变型中，导线2、3用作支撑辉光放电电极26的结构件。

此外，由于辉光放电电极开口处的放电电流过大，因此，在辉光放电电极的开口处可能发生因电子或离子轰击而引起的溅射或褪化，为了防止这种溅射或褪化的出现，最好用诸如陶瓷或云母之类的绝缘体26d，通过开口的周缘从辉光放电电极的外周表面延伸到内周表面，来涂覆辉光放电电极26开口的周缘。

应当指出，就大批量生产而言，图16或图17所示的电极组体较好。

Claims (5)

1.一种复合放电灯，它包括：

一细长玻璃管，它有相对的两端和一纵向上的中部；

电极组件，位于所述玻璃管相对两端中的每一端；

所述电极组件包括用于发射电子的中心电极和包围该中心电极的辉光放电电极，所述辉光放电电极制成为有一开口和封闭底部的罩，其特征在于所述罩设置成所述开口朝向所述玻璃管与所述罩相近的一端，所述封闭底部朝向所述玻璃管纵向上的中部。

2.权利要求1所述复合放电灯，其特征在于在所述封闭底部中形成一个小孔。

3.权利要求1所述复合放电灯，其特征在于所述罩由透明导电玻璃制成。

4.权利要求1所述复合放电灯，其特征在于所述罩沿所述开口涂覆有绝缘体。

5.权利要求4所述复合放电灯，其特征在于所述绝缘体为陶瓷或云母。

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