專利名稱：容性無極燈的制作方法
容性無極燈技術(shù)領(lǐng)域照明電光源，個(gè)體功率小卻集成用電大戶。第一代白熾燈，光效低在10Lm/w,已進(jìn)入為氣體輝光放電燈的取代期。氣體輝光放電，系充入墮性氣體及汞的低氣壓腔內(nèi)，激發(fā)電離雪崩，高能粒子返回基態(tài)釋能，放射紫外線。185nm波產(chǎn)生03，即臭氧燈；253. 7nm波直接殺菌為紫外線消毒燈。拉弧強(qiáng)輝光制成碳弧燈脈沖氙燈，弱輝光沿面放電則用做03元件，生產(chǎn)臭氧。潘寧輝光，通過熒光層把紫外線轉(zhuǎn)化出照明光，便是第二代電光源熒光燈，光效提高到30Lm/w。界于陰、陽極位降區(qū)之間的正柱區(qū)，可大輻度拉長，故多為管形。提高熒光質(zhì)的能效，三基色熒光層光效高達(dá)60Lm/w，色溫照度顯色指數(shù)相應(yīng)提高，即為第三代電光源。然而，始于白熾燈的燈絲短命，卻難以擺脫。盡管加強(qiáng)管/泡與管腳的貼合度，把IOOOh的白熾燈壽提高到3000h，仍然難盡人意。燈的累進(jìn)損壞，釀成能源資源的雙重浪費(fèi)。難于掙脫這種歷史性故疾，難在金屬(管腳)與玻璃(管/泡)的熱漲冷縮系數(shù)只能是接近，不可能一致，微觀是通透的，滲透導(dǎo)至燈管內(nèi)‘中毒’。這種異質(zhì)體密封的溫度漲縮不等所釀成的先天不足，俗稱‘癌癥’。工藝要求固定W絲的管腳(金屬導(dǎo)線)線徑O. 6_，粗則難免玻璃炸裂，可想而知漲縮后果的嚴(yán)重。去掉燈絲管腳的無極燈管，以玻璃質(zhì)·體密封的理論燈壽達(dá)80000h，耐候性更佳。無極后以電磁耦合取代管腳的直通，磁環(huán)激發(fā)啟輝獲得成功，堪為電光源技術(shù)的歷史性大跨越。近幾年無極燈熱起來，我國已成生產(chǎn)大國，開始上市、出口。而LED，即半導(dǎo)體發(fā)光管從顯示屏轉(zhuǎn)向照明，另辟蹊徑。二者競相沖向第四代電光源的寶座。
背景技術(shù)：
熒光燈由燈管與啟輝器構(gòu)成。燈管工藝比較成熟，去掉燈絲管腳無極化，更簡便。啟輝鎮(zhèn)流則歷經(jīng)波折。開始是鐵芯電感加跳泡，耗電頻閃啟輝慢。改進(jìn)為電子鎮(zhèn)流器，獲得進(jìn)步，也附帶來故障點(diǎn)多可靠性降低與開關(guān)電源的諧波等問題。處理起來，涉及電子電力的方方面面，至今難于滿足節(jié)能環(huán)保的新要求，無極燈尤為突出。無極后失去熱子(燈絲熱)不利電子發(fā)射。尤其是磁環(huán)，加重了啟輝控制的負(fù)擔(dān)。從整流振蕩逆變，濾波扼流，到力率控制(PFC)，系統(tǒng)復(fù)雜元器件增多。從感性無極燈開關(guān)電源的體積重量、磁環(huán)的溫升，顯而易見。系統(tǒng)環(huán)節(jié)及器件增多，故障點(diǎn)與附加能耗增加，體極重量也隨之增加，工藝復(fù)雜化。其成本比熒光燈鎮(zhèn)流器超幾十倍。無極燈壽，實(shí)則取決于電子變壓器的可靠性?！?hào)稱燈壽80000H，實(shí)際不過8000H，有些只使用IOOOH流明已下降了 50%以上’(百度百科)?！疅o極燈光效實(shí)際不過65Lm/w，與節(jié)能燈相當(dāng)’。綜合起來，按建設(shè)部‘十一五城市綠色照明工程規(guī)劃綱要實(shí)施細(xì)則’的要求尚難達(dá)到。LED已進(jìn)入十城萬盞綠色照明工程試用，而同為爭奪第四代照明光源寶座的無極燈，則叫好不叫座，被甩在后頭.其實(shí)，在趨之若鶩的LED熱潮中也暴露出其隱患，‘只是潛在的危險(xiǎn)與其它照明技術(shù)不同罷了’。LED中的砷鉛鎳對(duì)人體及環(huán)境的影響最為嚴(yán)重?！畬?shí)際上在美國加州法律中，絕大多數(shù)LED燈都已明確定義為有毒垃圾’。試用表明，LED光效低于節(jié)能燈，并且顯色性差，為不爭的事實(shí)。燈壽也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值，溫升光衰增光折壽尤為嚴(yán)重。大多用于環(huán)境泛光亮化，尚難于進(jìn)入室內(nèi)照明?！?dāng)記者再走照明會(huì)展時(shí)，明顯感覺去年各大照明巨頭對(duì)LED的態(tài)度收斂了許多，更多的把宣傳方向轉(zhuǎn)回節(jié)能燈’。節(jié)能燈以汞齊代汞，有效降低了汞污染。而LED也同樣囿于異質(zhì)封裝漲縮難一的困擾，徘徊于散熱隱患釀成的光衰、擊穿、光頻偏移。LED的核心技術(shù)——芯片，80%靠進(jìn)口，國內(nèi)一哄而起的大多為下游企業(yè)。業(yè)界學(xué)者驚呼LED盲目投入的巨大浪廢。節(jié)能環(huán)保，呼喚無極燈提高性價(jià)比。省去燈絲管腳的無極燈管比節(jié)能燈管簡便，決定其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵是耦合的磁環(huán)。除了復(fù)雜化的開關(guān)電源，笨重的磁環(huán)也不利燈具配套按裝，使用維護(hù)不便。當(dāng)LED出師不利，電光源的發(fā)展方向，‘今年重點(diǎn)還是以節(jié)能燈為主導(dǎo)’。電光源市場現(xiàn)實(shí)，節(jié)能燈價(jià)不過十幾元/套，使用簡便；而同功率的LED為數(shù)十元，無極燈價(jià)則高達(dá)數(shù)百元。提高性價(jià)比一老課題，叫好不叫座，擺在面前。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是在無極燈管兩頭套上導(dǎo)電膜片為電容的外極板，燈管玻璃壁為介電體，管內(nèi)輝光放電(導(dǎo))體為對(duì)應(yīng)的內(nèi)極板及其連線，構(gòu)成等效電容的串聯(lián)。本技術(shù)方案，首先用于廢舊燈管利廢。汞燈鈉燈冷陰極熒光燈等等，也可以同理實(shí)現(xiàn)無極化。進(jìn)一步按原制燈工藝，把封裝熔焊前的喇叭頭(去掉燈絲管腳)改形內(nèi)置，對(duì)應(yīng)加裝以玻璃管壁為介質(zhì)的導(dǎo)電內(nèi)外膜片，兩組膜片構(gòu)成電容串聯(lián)。內(nèi)極板的串聯(lián)線仍然是輝光放電體兼顧。沿?zé)艄茌S線在內(nèi)極板加上針極鎢絲，構(gòu)成針/針尖端放電，見圖I。針極 曲率大電力線集中電場梯度高，以提高電子發(fā)射率，補(bǔ)償無極失去熱子——焦耳熱對(duì)洛侖茲力的促進(jìn)，大輻度降低電子逸出功。針極的在線自熱式聚焦性能量可大幅度提高光效。點(diǎn)射流的靜電冷卻、焦點(diǎn)熱的電極蒸發(fā)，在電源的交變中相互抵消。低溫汞齊可置于燈管的抽氣孔內(nèi)或內(nèi)極板上。低溫汞齊固汞，點(diǎn)燈時(shí)汞逸出關(guān)燈被吸回，克服了液態(tài)汞的污染并可精控加汞量。內(nèi)極板的材質(zhì)結(jié)構(gòu)，按陰極位降、吸氣、蓄汞、蒸發(fā)等特點(diǎn)綜合配定。照明，做為用電負(fù)載，以電容取代磁環(huán)耦合，不但根除感性滯后的力率及其控制，還能向電網(wǎng)補(bǔ)償無功。本質(zhì)而論，耦合電容為就地取材玻璃介質(zhì)的電容器，兼顧雙重濾波，從散熱看，也堪為巧奪天工的散熱器。按電容耦合結(jié)構(gòu)，改進(jìn)LED芯片封裝，同樣以質(zhì)體密封實(shí)現(xiàn)無極化，見圖
2。不同點(diǎn)是把整流環(huán)節(jié)也隨內(nèi)極板內(nèi)置于PN結(jié)的封裝內(nèi)，以便LED的直流供電。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)背光照明功率單元的集成化。如此，對(duì)LED則刮目相看。節(jié)能燈即緊湊型熒光燈，同樣可以實(shí)現(xiàn)有燈絲的無極化，把等效電容一分為二，燈鎢絲串聯(lián)于兩個(gè)內(nèi)極板，見圖3.這種無極化，其電容還可以多路串并聯(lián)，擴(kuò)大應(yīng)用面。


。圖I為內(nèi)置膜片，加針/針極的結(jié)構(gòu)示意圖。1、6—外極板；2、5—內(nèi)極板；3——管壁；4——輝光放電體。針極用鎢絲，熔點(diǎn)3655K，2700K的蒸發(fā)率僅為O. 0043mg/cm2o靜態(tài)質(zhì)量為零的電子，其動(dòng)量能量E = HV. H-普朗克常數(shù)，V-頻率。提高頻率便可提高光效，當(dāng)以電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)為限。通常場致發(fā)射的場強(qiáng)llOV/cm，針/針極激發(fā)則可大幅度降低啟輝電壓。針極為細(xì)螺旋結(jié)構(gòu)，內(nèi)蓄電子粉，進(jìn)一步增強(qiáng)能效。光敏對(duì)比法測得光效達(dá)120LM/W。與磁環(huán)無極燈的感性負(fù)載不同，容性無極燈屬于容性負(fù)載，不但消除了感性負(fù)載電流滯后，還能向電網(wǎng)補(bǔ)償無功，兼?zhèn)潆p重濾除電流諧波與散熱。圖2為無極封裝LED的電氣原理圖。耦合電容C1C2的外極板加引線X1X2，內(nèi)極板聯(lián)接整流橋ZL的交流輸入端，整流的直流供出LED的直流電源。整流橋ZL與LED同屬二極管，當(dāng)以其P/N結(jié)為單元，與C1C2的內(nèi)極板集成，以環(huán)氧樹脂封裝，實(shí)現(xiàn)質(zhì)體密封無極化。半導(dǎo)體芯片產(chǎn)成在超凈間內(nèi)，清潔度極高。盡管LED的引線封裝，與節(jié)能燈的低真空腔不同，異質(zhì)體密封的微滲漏，卻是共同性的基本難題。照明燈運(yùn)行于大氣中，處于N2 02 H20 C02等粒子包圍，不用時(shí)也擺脫不了管內(nèi)負(fù)壓抽力。尤其溫度變化，漲縮不一的貼合面產(chǎn)生微滲透，加之離子沿面潛移，進(jìn)入管內(nèi)的H20離解出羥基(OH)進(jìn)攻，俗稱輝光放電的‘癌癥’，無極化則迎刃而解。以管壁介電的等效電容量5PF/cm2，體積受限，當(dāng)按疊層電容結(jié)構(gòu)微縮，并隨喇叭頭內(nèi)置克服擋光。
具體實(shí)施方式
節(jié)能燈即緊湊型熒光燈，保持其能效與結(jié)構(gòu)基本不變的無極化，電氣原理見圖3。緊湊型熒光燈，燈管鎮(zhèn)流合一微縮于E27白熾燈頭，簡便實(shí)用。比白熾燈節(jié)電80%，高效低價(jià)，顯色色溫亦佳，廣為市場歡迎，潛力巨大?！F(xiàn)在中國家庭中白熾數(shù)21億只，以節(jié)能燈代之，每天以4小時(shí)計(jì),年節(jié)電1165億度,相當(dāng)2. 36個(gè)三峽電站的年發(fā)電量’(照明白皮書)。照明節(jié)電，為十大節(jié)能重點(diǎn)之首。節(jié)能燈 列入863計(jì)劃以來，綠色照明工程力推，2008年產(chǎn)值近700億元，產(chǎn)出6200萬只。2009年猛增到12億只。在國家補(bǔ)貼售價(jià)50%的支持下，涌起熱潮?？煽啃杂绕涫嵌堂鼰粢灿楷F(xiàn)出來。抽檢表明，節(jié)能燈大多達(dá)不到2000H光通不低于78%的標(biāo)準(zhǔn)。有的用了幾天光效倍減，甚而幾小時(shí)報(bào)廢，并非罕見。‘節(jié)能燈是省電，可為啥總是壞？節(jié)省的電費(fèi)還不夠買燈泡的’。針對(duì)市民的普遍反應(yīng)，市消協(xié)隨機(jī)買了 636只節(jié)能燈進(jìn)行比較試驗(yàn)。。。。。(北京日?qǐng)?bào)2011年4月2日)。除了粗制泛造，鹵粉冒充三基色等惡性競爭，潛在的根本問題還是異質(zhì)密封的隱患。低于25W的節(jié)能燈鎮(zhèn)流器，例如，YPZ 220/201^81，簡化到23個(gè)元器件，微縮于33117(111111)的園餅形空間里，以便與E27燈頭配套。幾乎沒有處理電流諧波與力率控制(PFC)的余地，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)也難于對(duì)其苛求。在照明用電的高峰期，無功與電流諧波損耗集中突出，沖擊繼電保護(hù)系統(tǒng)，處理中性線電流、電容補(bǔ)償?shù)拇鷥r(jià)不菲，釀成供電網(wǎng)的額外負(fù)擔(dān)。為低碳，不得不取大舍小，實(shí)在是沒有辦法的辦法。節(jié)能燈無極化，無需功率因數(shù)控制，且可向電網(wǎng)補(bǔ)無功，兼?zhèn)潆p重電容濾波附帶散熱。故比節(jié)能燈更節(jié)能，燈壽倍增。從低碳角度衡量，除了燈節(jié)電，燈壽倍增，還有能耗倍減等多種意義——制燈工藝的用氣用電；原材料(在先)的熔煉玻璃、金屬的能耗；原材料資源，尤其是制取三基色熒光質(zhì)的稀土資源浪廢。。。。皆相應(yīng)倍減。
權(quán)利要求
1.一種電光源，其特征是以場致發(fā)射啟輝的容性無極燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述，容性無極燈的等效電容，由以無極燈管壁為介電體的內(nèi)外極板構(gòu)成，從而給定容性負(fù)載的串聯(lián)回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多路串并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的容性無極燈，其等效電容內(nèi)極板加裝針極，構(gòu)成針/針尖端放電，提高場致發(fā)射的能效。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的等效電容結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件LED芯片之類的無極化封裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集成化。
全文摘要
一種電光源——容性無極燈，其特征是以管壁為介電體的等效電容耦合，啟輝鎮(zhèn)流。電容耦合取代燈絲管腳的直通，排除了玻璃(管壁)與金屬(管腳)漲縮不一的微滲透，燈壽巨增。從白熾燈熒光燈到節(jié)能燈的歷史性燈絲短壽“中毒”迎刃而解。與磁環(huán)耦合的感性無極燈不同，去掉笨重的磁環(huán)及其感性負(fù)載的電流滯后，也簡化了開關(guān)電源(電子變壓器)，相應(yīng)降低諧波危害。容性負(fù)載不但排除電流滯后，還可向電網(wǎng)補(bǔ)償無功。LED與各類輝光放電燈，同理可以實(shí)現(xiàn)無極化。根據(jù)需要，等效電容可以多路串并聯(lián)，擴(kuò)展應(yīng)用面。尤其半導(dǎo)體器件P/N結(jié)類無極化集成化，成效優(yōu)異。節(jié)能燈，即緊湊型熒光燈無極化，保持其能效、工藝結(jié)構(gòu)基本不變，比節(jié)能燈更節(jié)能燈壽倍增。
文檔編號(hào)H01J61/56GK102891069SQ20111021684
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月23日
發(fā)明者時(shí)文生 申請(qǐng)人:時(shí)文生