專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有至少一個(gè)電容耦合結(jié)構(gòu)的氣體放電燈。
這種類(lèi)型的氣體放電燈通常由放電容器形成，該放電容器帶有兩個(gè)熔接到該容器中的電極。放電氣體處于該容器內(nèi)。用于通過(guò)電子發(fā)射來(lái)激勵(lì)氣體放電的各種操作模式是已知的。
除了通過(guò)輝光發(fā)射或通過(guò)離子轟擊(離子感應(yīng)的二次發(fā)射)使得在所謂的熱電極處產(chǎn)生電子之外，可特別地通過(guò)在強(qiáng)電磁場(chǎng)中的電子發(fā)射來(lái)產(chǎn)生氣體放電。在這種電容耦合工作模式中，電容耦合結(jié)構(gòu)用作電極。這些電極由電介材料制成，該材料在一側(cè)與放電氣體接觸，而在另一側(cè)通過(guò)其上的導(dǎo)電體與外部電流電路接觸。高頻交流電壓施加到該電極上，以便在放電容器中產(chǎn)生交流電磁場(chǎng)，在該電磁場(chǎng)中電子按照已知方式移動(dòng)并激勵(lì)氣體以產(chǎn)生放電。
從WO 94/10701中已知這種放電燈，其中電極形成為突伸到放電空間中的桿電極，并且該電極設(shè)置有不可透過(guò)氣體的電介套。在一方面，其用途是在放電空間的中心聚集高頻場(chǎng)，以便使放電氣體與放電容器的壁的相互作用盡可能的弱。在另一方面，這防止了放電氣體被電極材料污染或防止該電極被該放電氣體侵蝕或破壞。由于該桿電極的低電容性，所以高頻場(chǎng)的頻率在此最好高于50MHz，因?yàn)闅怏w動(dòng)力特性的原因，所以用于該放電燈的頻率需要盡可能的高。
然而，這種放電燈的工作需要在高頻時(shí)具有較低效率的鎮(zhèn)流器，并造成損失，這被認(rèn)為是缺陷。
因此本發(fā)明的一目的在于，提供一種本文開(kāi)始第一段所述形式的氣體放電燈，該放電燈的總功效非常好。
另外，本發(fā)明提供的放電燈還可工作在放電氣體含有高比例的侵蝕性的化合物或元素的情況下，并且電極沒(méi)有被過(guò)度地侵蝕，并且沒(méi)有出現(xiàn)由此引起的燈壽命顯著縮短。
最后，在本發(fā)明所提供的放電燈中，由于在工作狀況中各種材料的膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致?lián)p壞的風(fēng)險(xiǎn)被大大地減小。
該方案可借助于依據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，這種氣體放電燈帶有至少一個(gè)電容耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電容耦合結(jié)構(gòu)設(shè)置用于產(chǎn)生頻率低于50MHz的電磁場(chǎng)，其中該結(jié)構(gòu)由帶有電介層的金屬元件形成，該電介層至少在放電空間的區(qū)域中包圍該金屬元件，該電介層小于大約100微米的厚度。
該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面該氣體放電燈可在例如2.65MHz或更低的頻率下工作，并且在這種頻率時(shí)所使用的鎮(zhèn)流器由此可具有大于90％的效率。另一方面，該耦合結(jié)構(gòu)所給定的尺寸非常小，使得該結(jié)構(gòu)基本上不阻擋光。這兩個(gè)特性使得該燈的總功效顯著增高。
由于該電介層包圍該金屬元件，該放電燈可在化學(xué)侵蝕性強(qiáng)的放電氣體下工作，因此使用該燈大致可獲得非常好的光度特性，這可在大致不影響燈壽命的情況下實(shí)現(xiàn)。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的其它的有利的實(shí)施例。
權(quán)利要求2和7所述的實(shí)施例由于耦合結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單的制造和安裝及其特別小的屏蔽特性而得以實(shí)現(xiàn)。
在權(quán)利要求3中所述的用于電介層的材料對(duì)于其耐熱性和其相對(duì)較高的電介常數(shù)是有利的。
在權(quán)利要求4-6中所述的用于放電容器的壁、電介層、和金屬元件的材料具有隨溫度平均的大致相同的熱膨脹系數(shù)，因此通過(guò)使用這些材料的組合，在工作中大致避免了由燈的各自部件的不同膨脹系數(shù)引起的破壞的風(fēng)險(xiǎn)。
最后，氣體放電燈與權(quán)利要求8所述的鎮(zhèn)流器的組合具有特別經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)橛糜谠诖讼薅ǖ念l率范圍的鎮(zhèn)流器可非常便宜地制造成。
通過(guò)參照附圖并結(jié)合對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征、和優(yōu)點(diǎn)將更清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，在附圖中

圖1示意性地示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例；和圖2示意性地示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的一部分。
圖1所示的氣體放電燈具有大致管狀的例如由石英玻璃制成的放電容器1，該放電容器封裝了一個(gè)具有放電氣體的放電空間2。該容器1在其相對(duì)的軸向端部處設(shè)置有電容耦合結(jié)構(gòu)10、10’，借助該結(jié)構(gòu)，由帶有鎮(zhèn)流器3的源產(chǎn)生的高頻電磁能耦合到該放電氣體中，以便產(chǎn)生氣體放電。
該放電氣體優(yōu)選地包括以下元素和化合物及其混合物硫、硒、碲，鈦、鋯、鉿的鹵化物，鈮和鉭的鹵化物或鹵氧化物，鉬和鎢的鹵化物或鹵氧化物，Re2O7，帶有元素鋁、銦、汞、鈦的鹵化物成分的物質(zhì)，以及帶有硅、鍺、硒、鉛的鹵化物成分和硫族化物的物質(zhì)。由此形成的放電氣體的優(yōu)點(diǎn)在于它們具有非常高的功效和/或非常高的演色性值。
在第一實(shí)施例中，圖1所示的電容耦合結(jié)構(gòu)10、10’均由金屬桿101、101’形成，至少在放電容器的區(qū)域中，即該金屬桿暴露于放電氣體的區(qū)域中，該金屬桿涂敷有薄的電介層102、102’，該層特別地小于100微米厚。
在第二實(shí)施例中，在圖2中僅示出了該氣體放電燈的一個(gè)端部的區(qū)域，電容耦合結(jié)構(gòu)11包括連接到連接銷(xiāo)112上的金屬箔111，以便供應(yīng)電磁能。在該金屬箔之上和之下的是各自的電介層113、114，其特別地小于100微米厚，該電介層共同地完全封裝該金屬箔111。
在此設(shè)置的電容耦合結(jié)構(gòu)10、10’用于將高頻交流電磁場(chǎng)電容耦合到放電氣體中，其頻率低于50MHz，并且特別為2.65、13、或27MHz。
已知的電容耦合結(jié)構(gòu)對(duì)于這種低頻具有較大的表面積，這導(dǎo)致顯著的屏蔽效應(yīng)，由此使得整個(gè)系統(tǒng)的可能的效率不超過(guò)大約60％；與已知的電容耦合結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的電容耦合結(jié)構(gòu)形成非常小的屏蔽效應(yīng)，或者實(shí)際上幾乎沒(méi)有任何屏蔽效應(yīng)。
此外，電介層102、102’；113、114保護(hù)該金屬桿101、101’或該金屬箔111，以防止上述類(lèi)型的具有強(qiáng)化學(xué)侵蝕性的放電氣體侵蝕，因此燈的壽命不會(huì)縮短。
這些電容耦合結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，所使用的鎮(zhèn)流器在所述的低頻下具有高效率。
圖1和2所示的放電容器在其軸向端部處均具有大致管狀延伸部103、103’；115，在所述延伸部中分別設(shè)置有該電容耦合結(jié)構(gòu)10、10’；11中的一個(gè)結(jié)構(gòu)。這些耦合結(jié)構(gòu)借助于玻璃釉104、104’以氣體密封的方式固定或熔接到其中。因此該耦合結(jié)構(gòu)相對(duì)于放電容器凹進(jìn)，并且通過(guò)它們各自的自由端部?jī)H突伸到該容器中。這具有以下優(yōu)點(diǎn)耦合結(jié)構(gòu)的屏蔽效應(yīng)特別小。
用于該薄的電介層102、102’；113、114的材料在低于50MHz的頻率(特別是在2.65、13、或27MHz)時(shí)提供了特別高效的工作。該層具有小于100微米的厚度。通過(guò)使用這種耦合結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)該燈及鎮(zhèn)流器的非常高的總效率。特別是對(duì)于2.65MHz的頻率，這是肯定的，這時(shí)鎮(zhèn)流器可獲得大于90％的效率。
以下的元素和化合物被證實(shí)作為電介材料特別有利鎂、鉀、鍶、鋇、鈧、釔、鑭的氧化物、稀土氧化物、鈦、鋯、鉿、釷、鈮、鉭、鉻、鋁、硅的氧化物、以及鋁、鎵、銦、硅的氮化物或它們的氮氧化物、以及電介體硫化物或硒化物。這些材料的組合也是可行的，例如MgTiO3(εr＝12)，CaTiO3(εr＝168)，SrTiO3(εr＝300)。
表1列出了電介材料以及其沸點(diǎn)的特例，對(duì)于耐熱性、其電介常數(shù)εr、和熱膨脹系數(shù)α的測(cè)量值。
表1電介體 沸點(diǎn)[K]電介常數(shù)εr膨脹系數(shù)α[10-61/K]MgO3873 9，7 14[293-1673]CaO3773 13，7[293-1673]SrO3300BaO2300Sc2O3Y2O3139，3[273-1273]La2O34473CeO23500 15-26 8，5[293-1273]稀土氧化物 3000-4000通常8-10[293-1273]TiO23200 80-90 7-8[293-873]ZrO24573 8-12 8[473-1353]HfO2126，45[293-1973]ThO24673 9，5[293-1673]VO2或V2O53300或2325Nb2O53200 280Ta2O5222，8Cr2O33273 9，6[293-1673]Al2O33253 108[293-1673]SiO22250 4 0，5[293-1523]AlN2300 8，5 4-5Si3N42，4CaS 17在材料的選擇中應(yīng)當(dāng)注意到，這些材料應(yīng)當(dāng)具有盡可能高的電介常數(shù)和耐熱性，以便足以滿(mǎn)足放電燈涉及的要求。此外，金屬桿或金屬箔以及電介材料的熱膨脹系數(shù)必須大致相等，這是因?yàn)槿绻皇沁@樣的話(huà)，可能導(dǎo)致在該電介層中出現(xiàn)破裂的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，電介層102、102’；113、114及金屬桿101、101’或金屬箔111的材料必須滿(mǎn)足這樣的情況，即，隨溫度平均的熱膨脹系數(shù)大致等于放電容器1的熱膨脹系數(shù)，這是因?yàn)槿绻皇沁@樣的話(huà)，可能導(dǎo)致在放電容器和該電介層之間的過(guò)渡部中出現(xiàn)破裂的風(fēng)險(xiǎn)。在這方面中，發(fā)現(xiàn)用于放電容器的適當(dāng)?shù)谋诓牧鲜鞘ⅰ⒅旅軣Y(jié)的氧化鋁(Al2O3)、AlN、和釔鋁石榴石(Y3Al5O12)。
表2壁材料電介體金屬PCA＝Al2O3Al2O3或隨溫度平均的熱膨脹系數(shù)為Nb或Pt，Ta，Re8*10-61/K的所有電介體，例如TiO2，Y2O3，ZrO2，HfO2，CeO2，ThO2，Cr2O3，和稀土氧化物石英 Ta2O5或SiO2，或Si3N4Mo或W的薄箔AlN AlN或HfO2和Ta2O5的混和物 Mo或W通過(guò)使用這些材料的組合，可避免在溫度波動(dòng)非常劇烈的情況下由所述部件的膨脹系數(shù)不同引起的破損的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種帶有至少一個(gè)電容耦合結(jié)構(gòu)的氣體放電燈，其特征在于，該電容耦合結(jié)構(gòu)(10、10’；11)設(shè)置用于產(chǎn)生頻率低于50MHz的電磁場(chǎng)，其中所述結(jié)構(gòu)由帶有電介層(102、102’；113、114)的金屬元件(101、101’；111)形成，該電介層至少在放電空間(2)的區(qū)域中包圍該金屬元件，該電介層小于大約100微米的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，該金屬元件由突伸到放電空間(2)中的金屬桿(101、101’)或金屬箔(111)形成。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，該電介層由以下一種或多種材料形成鎂、鉀、鍶、鋇、鈧、釔、鑭的氧化物，稀土氧化物，鈦、鋯、鉿、釷、鈮、鉭、鉻、鋁、硅的氧化物，以及鋁、鎵、銦、硅的氮化物或它們的氮氧化物，以及電介體硫化物或硒化物。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，用于所述燈的放電容器的壁的材料是Al2O3，用于該電介層的材料是Al2O3或帶有TiO2、Y2O3、ZrO2、HfO2、CeO2、ThO2、Cr2O3、和稀土氧化物的電介體，并且用于該金屬元件的材料是鈮、鉑、鉭、或錸。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，用于所述燈的放電容器的壁的材料是石英，用于該電介層的材料是Ta2O5或SiO2、或Si3N4，并且用于該金屬元件的材料是鉬或鎢的箔。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，用于所述燈的放電容器的壁的材料是AlN，用于該電介層的材料是AlN或HfO2和Ta2O5的混合物，并且用于該金屬元件的材料是鉬或鎢。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，大致管狀的放電容器(1)在其每一個(gè)軸向端部處具有延伸部(103、103’；115)，所述耦合結(jié)構(gòu)(10、10’；11)中的一個(gè)布置在每一個(gè)所述延伸部中，以便所述結(jié)構(gòu)僅在它們的自由端部處突伸到該放電容器中。
8.如權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，其包括用于產(chǎn)生該燈的供應(yīng)電壓的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器由公用電源電壓產(chǎn)生低于大約50MHz的頻率。
全文摘要
一種帶有至少一個(gè)電容耦合結(jié)構(gòu)的氣體放電燈，該放電燈具有特征是，該電容耦合結(jié)構(gòu)(10、10’)設(shè)置用于產(chǎn)生頻率低于50MHz的電磁場(chǎng)，其中該結(jié)構(gòu)由金屬元件(101、101’)形成，該金屬元件至少在放電空間(2)的區(qū)域中被電介層(102、102’；113、114)包圍，該電介層小于大約10微米的厚度。已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用該耦合結(jié)構(gòu)該燈可在低頻下工作，這時(shí)鎮(zhèn)流器可獲得高效率。本發(fā)明的耦合結(jié)構(gòu)與已知的耦合結(jié)構(gòu)相比的另一優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于低于50MHz的頻率僅形成最小程度的屏蔽效應(yīng)。由于這兩個(gè)原因，整個(gè)系統(tǒng)的功效大大高于這種類(lèi)型的已知放電燈的功效。
文檔編號(hào)H01J61/30GK1515022SQ02811578
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月8日
發(fā)明者R·P·肖爾, J·拜爾, A·克爾伯, R·希爾比格, J·A·J·M·范弗利特, , J M 范弗利特, R P 肖爾, 雀 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司