CN1097293C - 低压放电灯 - Google Patents

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低压放电灯具有灯室(1)，圆柱形空心电极(3)***其中，放电路径在电极之间延伸。空心体(5)位于与电极的末端(4A，4B)隔开一段距离的位置通过导电装置(7)被连接到电极上，且涂敷有电子发射体(6)。电子发射体至少包括一种至少是元素Ba和Sr之一的元素与包括Ta，Ti，Zr，Sc，Y，La和镧系金属等一组金属中的至少一种金属的混合氧化物，其中不包括x在0到1的范围内成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体。根据本发明的灯可提供相对来说高的光通量。

Description

低压放电灯
本发明涉及一种低压放电灯，包括
以真空气密的方式封闭，并有端部的管形玻璃灯室；
在灯室中的包括惰性气体的可电离填充物；
圆柱形空心电极，该电极各在灯室的相应端部***灯室，并各自具有在灯室内部和外部的内部末端和外部末端。
这种低压放电灯可从EP-A 0 562 679(PHN 14.189)获知。
这种已知的灯结构简单，易于实现。其中的圆柱形空心电极具有多种功能：它们在灯室内起电极的作用，作为提供电流的导体以及在灯室内和灯室壁中的电流引线，并且还起管的作用，通过它可清洁灯室并为灯室提供填充物。可这样将灯室以真空气密的方式封闭，即在灯室外部将玻璃管熔合到每个电极上，并将玻璃管在其自由端例如通过熔合而封闭。
这种已知灯的结构使得容易实现内径较小，例如1.5到7mm的灯以及长度较大，例如1m或更长的灯。
可电离填充物可包括惰性气体或惰性气体的混合物，或者再加上能够蒸发的成分，如汞。可给灯室壁配以荧光材料。灯可用于照明的目的，或者作为信号灯，例如有氖填充物的灯作为汽车中的尾灯或刹车灯。在后一种用途中，这种灯在通电之后10ms后而不是300ms后就已发射全部光，优于白炽灯。
一般用于已知灯中的轴向成形的非发射空心电极，其高的阴极电压降(≈180伏)和高的逸出功将它们的应用限制在电流小于10mA到15mA的灯中。较低的电流导致低的光输出(＜900lm/m)，且高的阴极电压降使灯的效率降低。对高电流窄直径(ND)的荧光灯和氖灯有很高的需求，但它们还不存在。目前还不能获得用于电流在20mA到50mA之间的ND荧光灯的电极。对这种灯的要求之一是低的阴极电压降，例如小于80伏。因此在本领域中需要高电流和高效率的ND灯。这种较高电流ND荧光灯可用于车内照明或作为膝上型计算机的背景光。
灯中电极的阴极电压降可通过促进电子发射而被降低。在传统的较大直径和高电流(＞200mA)的荧光灯中，将涂敷有三元碳酸盐(如碳酸钡，碳酸锶和碳酸钙的混合物)的钨线圈用作电极。因此这些灯有四个接线端，每边各有两个接线端用于每个电极。在灯的制造期间，在额外的处理步骤中，通过给钨线圈通电流，使灯中的碳酸盐因热作用而转换成氧化物。在灯中，当通过给钨线圈通加热电流或离子轰击而将电极加热到1000-1300℃时，这些氧化物[(Ba、Sr、Ca)O]通过热离子发射而促进电子发射。需要有新型的在制造期间不需要额外的灯内热处理步骤的电极，特别是由于这一步骤需要有昂贵的处理时间。
由于几何方面的制约，ND灯需要单根引线的电极，因此离子轰击是唯一的阴极加热源。由于没有线圈，在制造期间在单根引线的ND灯中使用碳酸盐需要外部RF加热以便将它们转换成氧化物。这又将额外的，甚至成本更高的步骤加入到制造工序中。
未公开的申请IB 95/00951(PHN 15023)描述了根据上述种类的窄直径灯，其中在电极前端设置一个管。该管可涂敷有作为发射体的BaxSr1-xY2O4，其中x例如为0.75。
本发明的目的是提供一种开篇中所述种类的低压放电灯，该灯可提供增加的光通量。
根据本发明，该目的这样实现，即空心体在至少一个电极的延伸方向上位于与电极末端隔开一段距离的位置，在其至少一个表面上涂敷有电子发射体，且空心体通过构成绝热体的导电装置被连接到电极上，所述电子发射体至少包括一种至少是元素Ba和Sr之一与包括Ta、Ti、Zr、Sc、Y、La、和镧系金属等一组金属中的至少一种金属的混合氧化物，其中不包括x在0到1的范围内成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体。
已发现对于同样的功耗，根据本发明的灯可提供增加的光通量。
还发现在灯启动期间放电电弧主要加在电极的内部。该电弧还到达空心体，使其温度升高。在一段时间之后，放电弧主要加在空心体上并保持在那里。
在灯工作期间，空心体呈现较高的温度。这使得在空心体上使用的发射体材料有好的电子发射。导电装置为空心体提供热绝缘，以使电极本身保持较凉，比已知灯的电极凉。这表明电极在其与灯室接触和灯室外部的区域上的温度情况。因此在灯工作期间，灯室和在灯室外部的电极可与具有较低耐热性的材料接触或连接。所用电子发射体不需激活，且即使是长时间暴露于空气中也不吸收潮气。
较好的方案是电子发射体包括一种或多种混合氧化物，该混合氧化物选自包括Ba4Ta2O9，Ba5Ta4O15，BaY2O4，BaCeO3，Ba2TiO4，BaZrO3，BaxSr1-xTiO3以及BaxSr1-xZrO3，其中x取值范围在0至1的一组物质。
最好的方案是电子发射体包括一种或多种混合氧化物，该混合氧化物选自包括Ba4Ta2O9、BaCeO3、Ba2TiO4、BaZrO3、Ba.5Sr.5TiO3以及Ba.5Sr.5ZrO3的一组物质。
仅有一个带有空心体的电极的灯非常适合于DC工作。这样带有空心体的电极是阴极。然而，当两个电极均装有这样的空心体时，该灯最好是例如工作于AC。
导电装置可由例如通过接触焊接或激光焊接而焊接到电极和空心体上的一金属丝构成。而一种替代的方式是所述装置可包括两个或更多的金属丝。这一实施例用在其工作期间要经受例如由于冲撞或震动而加速老化的灯中较好。
在一优选实施例中，空心体与电极构成一个整体。在这种情况下，将材料例如通过锯，磨削，钻孔，燃烧或腐蚀等方式从圆柱壳体上去除，由此在该圆柱壳体的纵向部分上形成电极和空心体。这样在空心体和电极之间可保留一处或多处连接以将其用作导电装置。分布于圆周上的三处这种连接提供牢固的机械结构。空心体的壁由例如硬材料，例如与电极相同的材料构成，例如，空心体与电极为一个整体。
将空心体内部涂敷发射体是有利的。而一种替代的方式是可在空心体外部涂敷，或者内部和外部都涂敷。在内部涂敷的情况下，放电弧优先加于空心体内部。这样从空心体上分离的任何材料基本上保留在空心体内，而不是沉积到灯室壁上。当将空心体浸没于发射体材料的悬浮液时，可尤其方便地将空心体内部和外部都涂敷。这样，如果内部发射体要用完使灯寿命将尽，可将外部的发射体作为储备。
可通过选择空心体和电极之间的间距，空心体和电极之间的连接的数量和其平均横截面来选择空心体的热绝缘状况。如果空心体和电极被装配成一体，也可通过选择所述装置的材料，特别是其热导率来调节绝缘状况。本领域技术人员在对每种灯所做的小测试系列中容易做此选择。
电极，因而可能还有空心体可以由膨胀系数与灯室玻璃的膨胀系数相适应的金属制成，例如在氧化钙玻璃的情况下为CrNiFe合金，例如其重量比为Cr 6％、Ni 42％、其余为Fe。对于硬质玻璃灯室，例如硼硅玻璃，可使用例如由Ni/Fe或NiCoFe制成的例如直径为1.5mm，壁厚为0.12mm的电极，该NiCoFe例如重量比为Ni 29％、Co 17％、其余为Fe。
一种替代的方式是，在装配好的电极和空心体单元中的空心体可由例如重量比为Cr 18％、Ni 10％、其余为Fe或Ni的CrNiFe构成。这样导电装置可以是例如NiCr，例如Ni80Cr20(重量/重量)，例如取直径为0.125或0.250mm的丝线形状。
在根据本发明灯的实施例中，空心体两端均开口，且位于灯室内部。实际上在这一实施例中，利用了由放电弧所产生的全部辐射，这对于较短的灯室来说尤其有吸引力。
灯室可这样封闭，即将玻璃管熔接到灯室外部的一个或两个电极上并封闭。然而可能的替代方式是在灯室外部的电极管本身已进行了密封。为此目的，空心体可能已通过例如用激光熔合而封闭，或已夹紧，或夹紧并熔合。
在根据本发明灯的另一实施例中，空心***于灯室外在电极前端。这具有在工作期间从空心体上分离的材料基本上在灯室外用完，从而保持灯室本身的清洁的优点。输出流明因而在灯的寿命期内保持高水平。这一实施例对于其填充物包括能够蒸发的组分的灯尤其重要。由于在正常工作期间放电弧主要施加于空心体上，灯室外容纳空心体的空间呈现较高的温度。这样蒸发组分可有较高的蒸汽压。
如同面对电极的面一样，背离电极的相对一面可以是开口的，或者也可是封闭的，例如通过夹紧而封闭。
附图中：
图1以部分侧视、部分剖视的形式示出根据本发明的低压放电灯第一实施例。
图2更详细地示出图1的灯的端部。
图3示出根据本发明第二实施例的灯的端部。
图4示出本发明的第三实施例。
图5示出该实施例的细部。
图6示出根据现有技术的灯的端部。
图1中的低压放电灯具有一个以真空气密的方式封闭，并有端部2的管形玻璃灯室1。该灯具有包括惰性气体的可电离填充物，在附图中为氩和汞的填充物。荧光粉8的混合物覆盖了灯室主要部分的内表面。圆柱形空心电极3各在灯室的相应端部2***灯室，并具有在灯室内部和外部的末端4A、4B。灯室1通过固定到电极4的末端4B的玻璃管9而封闭，玻璃管9在其自由端封闭。
在图2中更详细地示出的空心体5用导电装置7激光焊接或电阻焊接焊到电极3上，该导电装置7形成绝热体，例如Ni或Ni-Cr丝。在空心体5的至少一个表面上，且最好是在其内表面上覆有电子发射体6。该电子发射体6包括Ba、Sr的混合氧化物，该混合物带有包括Ta、Ti、Zr、Sc、Y、La和镧系元素等一组金属中的一种或多种金属。
本发明灯的第二实施例示于图3中。该图中的部件具有比图1和2中的相应部件大10的参考数字。在该实施例中，空心体15为杯形，且有一开口面15A背离电极13。
图4和5示出第三实施例。其中的部件具有比图1和2中的相应部件大20的参考数字。在第三实施例中，电极23和空心体25为一个整体。构成绝热体的导电装置27是通过形成具有宽度w1、w2约为1mm的切口而获得的。空心体25的长度l为2mm。
对根据本发明第一实施例的灯进行寿命测试。在此寿命测试期间，在几个时刻对阴极电压降进行测量。结果示于表1中。
                           表1电子发射体                 寿命[hr]
                        0     500    1000   2000   3000   4000Ba.5Sr.5TiO3(+Y2O3)  30     60     70     65     63     96Ba.5Sr.5TiO3            64     84     67BaY2O431                 68     75BaZrO3                    27     30     40     45     75     45BaTiO4                    34     43     43     45     45     40BaCeO3                    30     45     48     45     44     45Ba4Ta2O9                30     45     42     45     44     45
本发明的灯具有较低的阴极电压降，使得在同样功耗情况下能够增加光通量。
如图4、5所示，本发明第三实施例的灯工作在DC 10mA灯电流下，在工作10分钟后，在灯室壁的七个点上进行测温。测温点从阳极附近的‘a’延伸到阴极附近的‘g’。其后，将DC电流的极性以及随之阴极和阳极的位置和a-g的位置颠倒。还是在工作10分钟后在a-g各位置上进行测温。对同样的四个灯进行上述每种测温，从而在a-g每个位置上获得八个数值。根据本发明的灯inv1和inv2的这八个数值的平均值列于表2中。在inv1和inv2类型的灯中，空心体分别涂敷有发射体材料BaZrO3和Ba4Ta2O9。为进行比较，还测量了非根据本发明的灯ref1和ref2的温度。在这些灯中，两端部为如图6所示的结构，其中没有在电极前端的空心体。在灯ref1中，电极没有电子发射体。在灯ref2中，电极涂敷有Ba4Ta2O9。
                        表2寿命时间，    玻璃上位置号处1hr.          的温度(C)灯            1     2     3     4     5      6      7ref1          60    60    60    50    177    177    230ref2          66    70    77    54    120    130    150inv1          52    72    80    48    9583   59inv2          44    46    46    46    100    104    102
在400小时的寿命实验之后对灯ref2、inv1和inv2重复上述测量。其结果示于表3。
                      表3寿命时间，        玻璃上位置号处400hr.            的温度(C)灯        1     2       3       4       5        6        7ref1      -     -       --      --  -ref2      66    71      75      54      121      142      160inv1      43    49      57      52      7077     67inv2      60    66      72      54      103      111      115
本发明的测量表明在灯室表面的温度明显较低。这使得相对来说较廉价的材料用于照明成为可能。
在进一步的寿命实验中，将具有氖填充物的第一和第三实施例的灯周期性地开关。在根据第一实施例的灯中，空心体涂敷有作为电子发射体的BaZrO3。在3500h和565,500周期之后灯仍然工作。在根据第三实施例的灯中，空心体涂敷有Ba4Ta2O9。在3500h和580,000周期之后该灯仍然工作。

Claims (10)

1一种低压放电灯，包括
以真空气密的方式封闭、并有端部(2)的管形玻璃灯室(1)；
在灯室中的包括惰性气体的可电离填充物；
圆柱形空心电极(3)，该电极各在灯室的相应端部(2)***灯室，并各自具有在灯室内部和外部的内部末端(4A)和外部末端(4B)；
其特征在于，空心体(5)在至少一个电极(3)的延伸方向上位于与电极的末端(4A，4B)隔开一段距离的位置处，在空心体(5)的至少一个表面上涂敷有电子发射体(6)，且空心体(5)通过构成绝热体的导电装置(7)被连接到电极(3)上，所述电子发射体包括元素Ba和/或Sr与包括Ta、Ti、Zr、Sc、Y、La和镧系金属一组金属中的至少一种金属的混合氧化物，其中不包括0＜x＜1成分为BaxSr1-xY2O4的电子发射体。
2如权利要求1所要求的低压放电灯，其特征在于，电子发射体包括一种或多种混合氧化物，该混合氧化物选自Ba4Ta2O9、Ba5Ta4O15、BaY2O4、BaCeO3、Ba2TiO4、BaZrO3、BaxSr1-xTiO3以及BaxSr1-xZrO3，其中X的范围为0＜x＜1。
3如权利要求2所要求的低压放电灯，其特征在于，发射体材料包括一种或多种混合氧化物，该混合氧化物选自Ba4Ta2O9、BaCeO3、Ba2TiO4、BaZrO3、Ba0.5Sr0.5TiO3以及Ba0.5Sr0.5ZrO3的一组物质。
4如权利要求1、2或3所要求的低压放电灯，其特征在于，空心体(5)两面开口，且位于灯室(1)内部在电极(3)前端。
5如权利要求1、2或3所要求的低压放电灯，其特征在于，空心体(15)位于灯室(11)内部在电极(13)前端，且为杯形，具有背离电极的开口面。
6如权利要求1、2或3所要求的低压放电灯，其特征在于，空心***于灯室外部在电极前端。
7如权利要求1或2的低压放电灯，其特征在于，空心体(5)的内部涂敷有发射体(6)。
8如权利要求7所要求的低压放电灯，其特征在于，空心体(5)的内部和外部涂敷有发射体(6)。
9如权利要求1或2的低压放电灯，其特征在于，电极(23)和空心体(25)是一个整体。
10如权利要求1或2的低压放电灯，其特征在于，两电极(3)各具有一个所述的空心体。
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