熒光燈的制作方法

專利名稱：熒光燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及權利要求1前序部分的一種熒光燈。另外本發明還涉及使用該熒光燈的、按照權利要求17前序部分的照明系統。
這是一種這樣的熒光燈，其中一種極性的電極或者是所有的電極、也就是兩種極性的電極，都用一種介電層遮蔽阻礙放電(單側或雙側阻礙放電)。這樣的電極以下簡稱為“介電電極”。
介電層可以由放電容器的器壁構成，即將電極設在放電容器的器壁以外、比如設在其外壁上的方式，通過放電容器器壁的自身構成。采用外部電極的優點是導線不必通過氣密密封的引線段就能穿過放電容器的器壁引出。然而介電層的厚度仍然是一個重要的參數。它至少會影響放電的引弧電壓和點火電壓，這主要是由于對于放電容器的要求，特別是對于其機械強度的要求造成的。因為所需的饋電電壓隨著介電層的厚度而遞減，結果產生下列缺點。首先，要想使扁平輻射器工作，就需要將饋電電壓設計成較高的需用電壓。這樣一般要涉及高成本和較大的外形尺寸。除此以外，為了防止觸摸觸電，還需要較高的防觸電措施。結果是因為產生了不希望產生的高電磁輻射而成為問題。
另外在外形方面，至少要將設在放電容器內的一個電極加以部分包覆或遮蔽方才能夠使介電層得以實現。采用這樣的辦法的優點在于，可以通過介電層的厚度使放電性能能夠達到最佳化的程度。當然還要求內部電極氣密密封導電。轉而需要增加制造加工步驟，這樣一般會增加制造成本。
問題還進一步出在熒光燈本身，特別是出在圓管形的、放電容器的兩端被封住的、其內壁至少部分涂有熒光材料的熒光燈身上。
這類的燈在辦公室自動化(OA=Office Automation)，例如在復印機、掃描機；在信號照明中，例如在汽車的剎車和轉彎指示燈；在輔助照明中，例如在汽車的車內照明；以及在廣告背景照明中，例如在液晶廣告中被稱之為“角型背光”中使用。
在此類技術用途中，不但啟動相特別短，而且盡可能需要不受溫度約限的光通量。所以這類燈不得含有水銀。更確切地說這樣的燈一般要填充惰性氣體，最好是氙氣，或者是惰性氣體的混合物。
對于以上所列的用途不但要有高的光密度，而且需要在燈的通長方向上有均勻的光密度。要想在OA用途中提高光密度，一般要沿著長軸開一道光孔。為了要進一步提高光密度，僅只在現有的系統中提高耦合功率還不夠用，因為要想使燈作長時間的、可靠的工作所需的負載不是可以任意提高的。而且在現有的復印機和掃描機中所用的系統中放電效率隨著功率的耦合而遞減。現有技術在US 5,117,160中已經發表了一種在QA用途中使用的惰性氣體放電燈。在圓管形的放電容器中沿著燈的長軸設置兩個帶狀電極。燈最好是采用頻率在20kHz到100kHz的交流電驅動。在工作狀態中，激發147nm氙氣線譜。其缺點在于，除了需要采取防觸摸觸電保護措施以外，為不但要遮蔽電極帶、而且還要遮蔽其余的燈表面所需的保護涂層不完全透明。如果沒有這層保護層，處于交變的高壓電勢(例如，約1600V)之下的電極就會因暴露使人觸電。另外，保護層還有抑制寄生表面沿面放電的功能。由于要驅動外電極工作還需要較高的點火電壓，結果又造成另一個缺點。因此又導致產生不希望產生的高電磁輻射。另一方面，為了使燈啟動所需的較高的點火電壓，必須設計一個前置電子設備，從而提高了一般的制造成本。結果在其工作方式中使可達到的有用輻射效率和產生的光密度都有所減小。
另外，在US-PS 5,604,410中發表，借助于與特定關系(放電距離、電極結構、電極幾何形狀、充填壓力)相適配的脈沖運作(介電阻礙脈沖放電)的介電阻礙放電效果與交流激發的介電阻礙放電(參見US-PS5,117,160)相比，前者有明顯的提高。
另外在US-PS 5,604,410發表一種有帶狀外電極和棒形內電極的圓形截面圓管形放電燈。棒形內電極借助于兩個卡箍狀的饋線被偏心固定在放電容器的內壁附近與其長軸平行的位置上。兩條導線分別穿過一個熔結圓盤向外引出。外電極被固定在沿直徑對面一端的外壁上。其缺點在于制造費用較高，結果使燈的內部的金屬電極棒和兩個燈口的結構昂貴。另外，金屬內電極必須做的很厚，借以保證電極棒有足夠的剛性。另外的危險在于，內電極棒會撓曲下垂，結果使放電距離沿著電極的方向不能保持恒定。采用受張的金屬絲做內電極不可能解決問題，因為燈絲在燈工作時受熱，從而使其真正成為下垂狀態。出于這樣的原因，需要將以上所述的燈作成大直徑的，但是這在對于規定的用途方面，特別是在辦公室自動化和汽車的信號照明方面有矛盾。發明描述本發明的任務是為了消除上述缺點，按照權利要求1前序部分提供一種光密度有所改善的熒光燈。
這項任務通過權利要求項1的特征得以解決。本發明的其他優選措施參見其他權利要求。
另外，這項任務通過權利要求4的特征也能得以解決。特別優選措施參見其他從屬權利要求項。
本發明的基本思想是以這樣的認識為依據，一方面，應該盡可能加大高功率耦合的介電阻礙脈沖放電的放電距離。另一方面，應當將所有的電極設置在放電容器的外壁上，這樣就能夠避免有關的缺點。另外，要盡可能使介電阻礙脈沖放電的放電距離沿著放電容器的縱向保持恒定不變。因此重要的在于，在燈的工作期間要保證每次放電沿著電極具有同樣的點火條件(參見US-PS 5,604,410)。所以，應該保證每次沿著整個電極長度產生有序放電(先決條件是足夠的饋電功率)，結果就能滿足使燈達到高的、均勻的光密度的基本先決條件。
一種按照本發明解決這個問題的第一條途徑建議，在放電容器的內壁上至少設置一個或者所有的電極。以下將這種類型的電極簡稱為“內壁電極”。通過這樣的概念就能夠將對面的另一個從屬電極的設置位置選定在距離整個直徑的最遠的位置上，用來作為放電距離之用。這種解決方式的優點首先在于電極通過容器材料向外的熱偶合。這樣可以保證內壁電極在工作期間不會從內壁上融脫。結果使放電距離保持恒定不變。
內壁電極做成導電的、有時做成類似一條導電通路的“線形的”帶狀的結構，并且按照平行于圓管形放電容器的長軸方向取向。導電通路可以，例如以流體導電銀等類似方式涂布在內壁上。然后通過、例如焙燒，使帶狀物固化。內壁電極還要另外再做向外引線包括做外部導線的結構。為此，還要在圓管形放電容器的兩端各用一個堵頭封住。內壁電極通過密封焊料向外引出。封頭使用焊料、例如用玻璃焊料密封熔結在容器內壁上。內壁電極穿過焊料密封向外引出，這就是說，內壁電極穿過引線段的焊接區引向容器以外，最后過渡成為外部導線。采用這種結構，內壁電極及其附屬引線段以及附屬外部導線分別作為三個不同的功能段共同形成一個統一的共用類似導電通路的結構。這種結構是實現內壁電極的關鍵。這種方案能以用簡單的方式并且用較少的另部件實現，從而可以進行良好的自動化。為了將通過不同的熱延伸產生的機械應力保持在最小程度，為了使密封性能在工作期間保持不變，玻璃焊料的材料應該與放電容器的彼此適配。除此以外，應該選用這樣很薄的導電通路(電極、引線段、導線)，即一方面使熱應力保持在很低的限度，另一方面，能夠實現工作所需的電流強度。
這樣就能使導電通路獲得的足夠高的載流能力另有一種特殊意義，使此類燈所追求的高的光強度最終只取決于電流強度。由于優選的脈沖放電方式使這個問題更為尖銳，因為功率重復耦合持續的時間越短，在導電通路中流過的電流越高。可能的出路只有一條，也要耦合足夠高的平均功率，借以達到按時間平均的所希望的高的光強度。
為了保證上述的高載流能力，至少要在一個內壁電極上使用較厚的導電通路。當導電通路的厚度小時，在導電通路中潛伏著因其中的局部過熱而引起裂紋的危險。導電通路截面面積越小，由于導電通路中的歐姆部分而引起的導電通路的發熱越高。然而，導電通路的寬度要受所占面積的約制，特別是當細長燈的直徑較小而加劇。但是為了解決因導電通路中的電流密度而引起的發熱現象導致形成裂紋的問題，還要致力于再進一步減小導電通路的厚度，所以其寬度會越來越窄。導電帶的典型厚度在5μm至50μm左右的范圍之間，最好是在5.5μm至30μm左右的范圍之間，更好是在6μm至15μm左右的范圍之間。
更麻煩的是按照本發明要另外在外壁上或者甚至是在內壁上再設置一個或多個電極。除此以外，還要至少在內壁的一部分涂布一層熒光層。在供OA用途中，還要僅只留出一道長條形的光孔不作涂布。在熒光層下面還要用Al2O3和/或TiO2涂布一層或多層可見光的反射層。采取這樣的辦法，有時侯能夠阻礙來自熒光層發射的一部分光穿過器壁向外發射。更確切地說，通過放射或者通過多次反射的光主要是被折射到光孔上，從而增強了該處的光密度。另一種辦法是利用熒光層本身作為反射層使用，在此情況下，要將熒光層涂到足夠的厚度。
在第一個實施例中，熒光燈有兩個分別設置在外壁和內壁上的電極。如果燈是在雙極電壓脈沖下工作，還要將內壁電極用一層介電層加以完全遮蔽。如果是采用單極電壓脈沖工作，則不一定要采用這樣的雙面介電阻擋(為此請參閱US-PS 5,604,410)。為了保證觸摸安全，在后一種情況下要在內壁電極上施加高壓電位。
在另一個方案中，是在放電容器的內壁上設置兩個電極，其中在兩個電極中至少有一個要用一層介電層遮蔽。如果燈要在雙極下工作，則要將兩個電極用相應的介電層遮蔽。
由于是有兩個電極，兩個方案在工作中在放電容器的兩個電極之間產生的是一個放電平面。在這個放電平面中，沿著電極由一個接一個地連續發生多次的單一放電，在極端情況下過渡成為類似屏障式的放電形狀。為了提高燈的光密度，可以在放電容器內形成另一個放電平面。這樣的燈要有三個或四個電極。有三個電極就能產生兩個放電平面，其中有一個是共用電極。若為單極電壓脈沖，最好是接成一個(臨時)陽極，將另外的兩個電極接成陰極。如有四個電極，或者是實現兩個各自獨立的兩個放電平面，或者但也可以接成共用一個電極的三個放電平面，其中或者是接成兩個陽極和兩個陰極，或者接成一個陽極和三個陰極。采用這種辦法原則上也可以接成多于三個的放電平面。然而由于要受占用面積的約制，所需電極帶的個數還有一個極限。
如果燈是作為OA用途而設，并且備有一個光孔，最有利的電極配置方式最好從剖面上看每個放電平面的垂線都是與熒光層相切。這樣可以保證UV-(紫外線)的最大放射量是落在熒光層上。
一種按照本發明解決這個問題的第二條途徑建議，在放電容器內的器壁上至少設置一個電極。以下將這種類型的電極簡稱為“器壁電極”。此時也能夠將對面的另一個從屬電極位置選定在距離整個直徑的最遠的位置上，用來作為放電距離之用。采用這種解決方式的優點在于，即便在雙極電壓脈沖的工作方式下，仍然不需要額外另加介電體。此時可以采用器壁本身的一部分作為對放電起作用的介電層之用，也就是用器壁的一部分沿著朝向放電容器內部的方向將電極遮蔽。起作用的介電層的厚度取決于電極進入器壁的深度。因此，仍然要求電極作成，例如直線的形狀，均勻進入器壁很深的內部。還需要注意的是，由容器材料(介電體)沿著管子長度遮蔽電極的厚度要盡可能保持恒定不變。否則就會使起作用的介電體在沿著內壁電極的縱向有不同層厚，結果形成一種不希望產生的不均勻放電結構，生成的有效輻射效率極小。此外，按照第二解決方案的熒光燈的特征原則上與按照第一解決方案的熒光燈的特征相同。特別是在這方面提出的所有的方案都值得考慮，在這些方案中僅只是用器壁電極取代了內壁電極。
最后，還可以將兩種解決方案相結合，即在內壁上和外壁上至少各設一個電極。另外，在這種情況下還可以在放電容器的外壁上設置一個或多個電極。
圓管形放電容器可以是直的，也可以是彎的。由于放電方向是垂直于燈的長軸，所以幾乎采用任何形狀都能實現。特別是還能采用圓圈形的，也不會對放電有任何影響。
在放電容器內部含有一種惰性氣體，特別是氙氣，或者混合氣體的填充氣體。


以下借助實施例對本發明作詳細說明。附圖所示如下圖1a按照本發明的一個具有光孔、外壁電極和內壁電極的熒光燈的縱向剖面圖，圖1b圖1a中熒光燈的橫向剖面圖，圖2具備兩個內壁電極的熒光燈的橫剖面圖，圖3具備一個內壁電極和兩個外壁電極的熒光燈的橫向剖面圖，圖4具備四個內壁電極的熒光燈的橫向剖面圖，圖5具備一個器壁電極和兩個外壁電極的熒光燈的橫向剖面圖，圖6具有一個光孔熒光燈和脈沖電源的照明系統，圖7圖1和圖3中的燈的測量曲線。
圖1a和1b所示是供OA-用途使用的一個光孔熒光燈1的縱向和橫向剖面示意圖。熒光燈1主要是由一個圓管形、圓形橫剖面的放電容器2和一個第一和一個第二長條形電極3、4構成的。放電容器2的內壁上有一個在熒光層6上開出的矩形光孔5的缺口。放電容器2在一端通過在容器上形成的連接端7和在另一端用一個堵頭氣密密封。堵頭8用玻璃焊料9與容器內壁作氣密連接。在放電容器2的內部充有充氣壓力為160乇的氙氣。
設在放電容器2的外壁上、與管子的縱軸平行、作為陽極設置的電極3是由金屬膜構成的。作為陰極設置的另一個電極是用導電銀帶制成的，是用液態銀借助一個細管涂布在放電容器2的內壁上，然后經過燒結的(內壁電極)。層厚為10μm左右。陽極4在堵頭8和放電容器2的第二端的內壁之間以氣密方式穿過引線段10引向器外，并在該處過渡成為導線11。通過這樣的方式，陽極4與其附屬的引線段10以及附屬的外部導線11分別作為三個不同的功能段共同形成一個統一共用的類似導電回路的結構。玻璃焊料9在引線段10使陽極4能夠進行氣密引線。
陽極帶和陰極帶的寬度分別為0.9mm和0.8mm。玻璃制的圓管形放電容器2的外徑為9mm，壁厚為0.5mm。光孔5的寬度和長度分別為6.5mm和255mm。熒光層6是一種三色譜熒光材料。是由藍組分BaMgAl10O17∶Eu；綠色組分LaPO4CeTb和紅色組分(Y,Gd)BO3∶Eu的混合物制成的。結果形成的色坐標是x=0.395,y=0.383，這就是說，產生白色光。
圖2至圖5是本發明的一種與圖1a所示類似的、有光孔或無光孔的熒光燈的其他實施例的橫剖面示意圖。其不同之處主要在于電極的結構。其中同樣的特征都標以同樣的標號。
圖2示出一個第一內壁電極和一個第二內壁電極12,4。兩個電極都是設在放電容器2的內部，第一電極12是用一種介電層13遮蔽(單側介電阻礙放電)。這是按照US-PS5,604,410的規定，按照單極脈沖工作的方式作為陽極設置的。
圖3中的燈備有兩個外壁電極3a,3b和一個內壁電極4。外壁電極3a,3b是作為陽極、內壁電極4是作為陰極設置的。結果構成由兩個平面按照US-PS 5,604,410的規定，按照單側介電阻礙單一放電的結構(圖中未繪出)。第一個放電平面在陰極4和陽極3a之間伸展。另一個放電平面在陰極4和陽極3b之間伸展。從剖面上觀察，電極3a,3b,4是一個想象的等腰三角形的頂點。
圖4中的燈備有四個內壁電極14a-14d。每個內壁電極14a-14d都用一層介電層14a-14d遮蔽，四個電極14a-14d中的第一個14a是為饋電電壓的第一極設置的，其他三個電極14b-14d是作為第二極設置的。從而在脈沖運作方式中，形成三個放電平面，也就是分別由第一電極14a和其他三個電極14b-14d中的一個電極形成三個放電平面。由于這是一種雙側介電阻礙放電，所以不僅能夠按照單極電壓脈沖運作，而且還能夠按照雙極電壓脈沖運作。在放電容器2的內壁的缺口上有一個涂有Al2O3或TiO2反光層16的光孔5。在反光層16上還涂有一層熒光層6。反光層16將熒光層產生的光反射回去。通過這樣的方式使光孔5的光密度增強。
圖5中的燈備有兩個外壁電極3a,3b和一個器壁電極4。器壁電極4是用熔融在玻璃中的、直徑約為100μm的Vacovit(Vakuumschmelze GmbH產品)金屬絲制成的。由于此處的所有電極全部都是介電阻礙式的，除了能夠按照單極脈沖運作以外還能夠按照雙極脈沖運作。放電容器2的內壁在整個范圍內都涂有一種熒光層17，這就是說，這種燈與以上的燈的不同之處在于沒有光孔。圖5的燈供汽車照明使用，根據熒光材料的不同，作為，例如，剎車燈或作為閃爍燈使用。
圖6所示是OA系統中的一套照明系統。圖1中的光孔熒光燈1在它的第二端上另外備有一個插座18。插座18主要是由插頭19和兩個插腳20a,20b構成的。插頭19主要是用來裝燈1用的。除此以外，在插頭19內部與外壁電極3和內壁電極4以及外部導線段11(與圖1對比)和兩個連接插腳20a,20b連接(未繪出)。連接插腳20a,20b再通過電氣導線21a,21b和一個脈沖電壓源23的兩個電極22a,22b相連接。
脈沖電壓源23連續發送單極電壓脈沖，頻率為66kHz。脈沖寬度為1.1μs。
圖7是通過光孔檢測到的、單位為cd/m2的光密度作為按時間測量的電功率P的W的函數圖。曲線24是由圖6所示的照明系統與當時的工作參數獲得的。由圖可見，當功率不足20W時，達到40,000cd/m2。按照US-PS5,117,160理論，與慣用的可比燈相比較，在同樣的功率條件下僅產生20,000cd/m2。結果是本發明的燈在同樣的電功率條件下產生雙倍的光密度；相當于較比現有技術水平提高100％。
曲線25是通過用圖3所示的燈取代圖1所示的燈取得的，也就是說，用兩個陰極帶取代只有一個陰極帶的燈。在工作期間，產生兩個放電平面(參閱圖3的說明)。由圖可見，從一個電功率大約為10W產生的光密度尚且高于測量曲線24所能達到的。當功率為20W時，幾乎可達50,000cd/m2。這相當于現有技術水平的2.5倍，或者是提高150％。
這個結果是本發明的有利效果的記錄。
本發明并不限于所列舉的實施例。特別是不同實施例的特征都應包括在內。
權利要求
1．熒光燈(1)，備有至少是部分透明的、其中裝有填充氣體、封閉的、用不導電材料做成的圓管形放電容器(2)，在放電容器(2)的內壁上至少有部分的熒光或熒光混合物的涂層(6)，在沿著平行于圓管形放電容器管(2)縱軸的方向設有電極(3；4；12；14a-14d)，其中，在放電容器的內部至少通過一種介電質(2；13；15a-15d)將一種極性的電極隔開；其特征在于●至少有一個電極(4；12；14a-14d)是裝在放電容器(2)的內壁上，●至少有一個內壁電極(4；12；14a-14d)還另外作為引線段(10)、并且作為外部導線(11)構成，即每個內壁電極(4)、它的附屬引線段(10)和附屬的外部導線(11)都分別作為三個不同的功能段，共同形成一個統一共用的類似導電通路的結構(4,10,11)。
2．如權利要求1的熒光燈，其特征在于，圓管形放電容器(2)的一端或兩端通過封頭(8)并且借助于焊料(9)封住，其中至少有一個內壁電極用焊料(9)氣密向外引出，即內壁電極(4)在焊料段(9)中過渡成為一個引線段(10)，并且在容器(2)外然后過渡成為一條外部導線(11)。
3．如權利要求1的熒光燈，其特征在于，內壁電極(n)(12；14a-14d)另外分別通過一層介電層(13；15a-15d)遮蔽。
4．熒光燈(1)，備有至少是部分透明的、其中裝有填充氣體、封閉的、用不導電材料做成的管狀放電容器(2)，在放電容器(2)的內壁上至少有部分的熒光或熒光混合物的涂層(17)，在沿著平行于圓管形放電容器(2)縱軸的方向設有長的電極(3a；3b；16)，其中，在放電容器內部至少通過一種介電質(2)將一種極性的電極隔開；其特征在于至少有一個電極(16)是裝在放電容器(2)的器壁上。
5．具有權利要求1及4的特征的熒光燈。
6．如上述一項或多項權利要求的熒光燈，其特征在于一種極性的電極(4；14a；16)的個數與另一種極性的電極(3a；3b；14b-14d)的個數不相等。
7．如上述一項或多項權利要求的熒光燈，其特征在于其中的填充氣體是由一種惰性氣體或由多種惰性氣體組成的。
8．如權利要求7記載的熒光燈，其特征在于充氣壓力為大于100乇。
9．如權利要求7或8記載的熒光燈，其特征在于填充氣體含有氙氣。
10．如上述一項或多項權利要求的熒光燈，其特征在于在放電容器(2)的內壁上有一個從熒光層(6)上、有時還從反射層(16)上開出缺口的光孔(5)。
11．如權利要求10的熒光燈，其特征在于在光孔(5)兩側不對稱設置電極。
12．如權利要求11的熒光燈，其特征在于不同極性的電極對(3,5；4,12；3a,4；14a,14d)是按照這樣的方式配置的，即沿橫剖面觀察，電極對(3,5；4,12；3a,4；14a,14d)的連接線上的中央垂線與熒光層(6)相切，也就是與光孔(5)以外的內壁相交。
13．如權利要求10的熒光燈，其特征在于在內壁和熒光層(6)之間至少有一層可見光的反光層(16)。
14．如權利要求13的熒光燈，其特征在于至少含有一層用Al2O3和/或TiO2制成的反光層(16)。
15．如上述一項或多項權利要求的熒光燈，其特征在于圓管形放電容器(2)的內徑小于20mm，最好是小于15mm。
16．如上述一項或多項權利要求的熒光燈，其特征在于電極的寬度小于2mm，最好是小于1mm。
17．具有熒光燈(1)和電脈沖電壓源(23)的照明系統，該脈沖電壓源(23)適合于在工作的期間通過歇期時間彼此發送獨立電壓脈沖，其特征在于，熒光燈(1)具備權利要求1至16的一種或多種特征，其脈沖電壓源(23)與熒光燈(1)的兩條外部導線作導電連接。
18．如權利要求17的熒光燈，其特征在于，具有以下工作參數●電壓脈沖的頻率大于60kHz●電壓脈沖的持續時間小于2μs。
全文摘要
本發明涉及一種熒光燈,其中備有裝有惰性氣體、并有熒光材料涂層(6)的一個圓柱形放電容器(2),其中包含設在與放電容器(2)縱軸平行的電極(3;4;12;14a－14d)。至少有一個電極(3;4;12;14a－14d)是位于放電容器(2)的內壁上。該放電容器(2)的兩端的堵頭(8)用焊料(9)封住,所以是氣密密封的。至少是一個的內壁電極(4)是采用保持氣密密封的方式通過焊料(9)引向壁外。另外的一個或者另加的一個電極(16)處于放電容器(2)的器壁以內。根據相應電極對的設置位置的不同,整個內徑段的絕大部分都可作為放電距離之用。由于沿著整段放電管整段的既長又穩定的放電長度獲得高光密度的效果。此燈適合于介電阻礙脈沖放電使用。
文檔編號H01J61/067GK1225748SQ98800563
公開日1999年8月11日 申請日期1998年4月16日 優先權日1997年4月30日
發明者F·沃爾克默, L·希茨施克, S·耶雷比斯 申請人:電燈專利信托有限公司