CN1006344B - 冷阴极式放电灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明为关于一种冷阴极式放电灯装置，其构成包括一放电灯管，一由半导体瓷料(Semiconductor porcelain)制成且具有构成放电表面的顶点的大致上呈圆柱形状的阴极电极构件，一在管内密封及支持阴极电极构件的密封支持构件，以及一与阴极电极构件相连接的引线。在该种放电灯装置中，其阴极电极中使用的是半导体瓷料而非放射电子的材料，因而不会因加热而发生化学反应，因此，可防止放电管变黑并延长其使用寿命。

Description

本发明涉及一种放电灯装置，更明确地说，涉及一种冷阴极式放电灯装置。

水银灯为一种众所周知的冷阴极式放电灯装置。水银灯的阴极中，在冷阴极状态下接通开关时开始辉光放电并立即转换成为弧光放电，因此，其阴极系由冷阴极状态转化为热阴极状态以便实行热阴极放射。

此种水银灯的阴极的制造过程为，将碱土金属氧化物与具有耐热特性的其他氧化物混合，以便制造电子放射材料并填充于线圈状电极的储备部分内，然后进行焙烧。

在水银灯的电极中，电灯在如上所述的完全热阴极状态下稳定时，电极蓄电部分中的电子放射材料会因热而在其内发生化学反应，变成易于蒸发的物质，而该蒸发的物质在发光管长时间使用后附着于该发光管管壁，使该发光管变黑，使灯的光通量变差，减少灯的寿命。

如上所述，现有技术中的问题是发光管的电极表面因热而发生化学变化，使发光管变黑并减少其寿命。

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种冷阴极式放电灯装置，其中，可防止发光管管壁变黑并延长发光管寿命。

为达到上述目的，本发明的冷阴极式放电灯装置包括放电灯管，以半导体瓷料制成且在其顶点具有放电表面的大致呈圆柱形的阴极电极构件，密封并支持该阴极电极构件于管内的密封支持构件，以及连接至阴极电极构件的引线。

在此种放电灯装置中，其阴极电极使用的是半导体瓷料而非电子 放射材料，因此，不会产生因加热而发生的化学反应，可防止发光管变黑且可延长该管寿命。

图1a为本发明放电灯装置具体实施例的主要部分剖面图;

图1b为图1a中阴极电极的平面图;

图2为本发明阴极电极实验装置的概略示意图;

图3为阴极电极实验数据的说明图表;

图4a为本发明放电灯装置其他具体实施例主要部分剖面图;

图4b为图4a中阴极电极构件末端部分剖面图;

图5为本发明放电灯装置其他实施例主要部分剖面图;

图6a为本发明放电灯装置其他实施例主要部分剖面图;

图6b为图6a中阴极电极构件主要部分剖面图，展示引线连接结构的其他实施例;

图7a为本发明放电灯装置其他实施例主要部分剖面图;

图7b为图7a中阴极电极构件斜视图;

图8为本发明放电灯装置其他实施例主要部分的剖面图;

图9为图8中阴极电极构件主要部分剖面图，展示引线连接结构的另一个实施例;

图10a为本发明放电灯装置其他实施例主要部分剖面图;

图10b为图10a中阴极电极构件平面图;

图10c为图10a中末端部分的剖面图，展示引线结构的其他实施例;

图10d为图10a中末端部分的剖面图，展示引线连接结构的其他实施例。

现参照图1a详细说明本发明的第一个实施例。

图1a中所示放电灯电极由放电灯管1，使用半导体瓷料且装配在管1内的阴极电极构件2，将阴极电极构件2靠近管1的末端部分1a密封 且支持于管1内的密封支持构件3，以及连接至阴极电极构件2且通过密封支持构件3向外突出的引线4所构成。

如图1b中所示，阴极电极构件由半导体瓷料制成，包含在其一末端部分上的半圆形放电表面2a及大致呈圆柱形的基体2b。放电表面2b的中央部分为顶点2c，它最突出于基体2b。阴极电极构件2为圆柱形状。

密封支持构件3贯穿管1末端部分1a，密封并支持引线4于末端部分1a，引线4在管1内的末端部分4a被卷绕于基体2b的外周上，因此，在管1内将阴极电极构件2支持得与末端部分1a垂直，而引线4的另一末端4b自管1末端部分1a向外突出。

现详细说明作为阴极电极2原料的半导体瓷料。

例如，可以采用原子价补偿式半导体瓷料作为制造阴极电极的半导体瓷料。典型的原子价补偿式半导体瓷料是钛酸钡。

众所周知的原子价补偿方法（valency    compensation）的要点在于，将其原子价与金属氧化物组合金属离子的原子价相差数值为±1的金属离子作为杂质添加进去，而以组合金属离子的原子价数量补偿因引进该杂质所产生的电荷数的增减。

原子价补偿半导体形成剂为诸如Y、Dy、Hf、Ce、Pr、Nb、Sm、Gd、Ho、Er、Tb、Sb、Nb、W、Yb、Sc、Ta等。这些可用于同时添加。添加剂的添加量以0.01～0.8mol%为宜，尤以0.1～0.5mol%为佳。

另一方面，构成本实施例中半导体瓷料制成阴极电极的原料以钛酸盐（titanates）为宜。除上述钛酸钡之外，可使用钛酸锶、钛酸钙或钛酸镧，及这些盐的复合物。再者，钛酸盐中的钛酸可为硅酸、锆酸及锡酸中至少一种所代替。

本发明中放电电极用半导体瓷料可以是强制还原式半导体瓷料。 其制造方法为还原上述阴极电极用半导体瓷料，然后，若有充分的还原条件的话，可不添加半导体形成剂而再进行还原。本例中的还原，宜在氮或氢的还原气层内，最好是在700℃以上温度条件下，尤其是在1，200～1，450℃之间进行。

电极可通过同时使用原子价补偿式及强制还原式两者而形成。同时使用上述两者的方法按如下所述：

（a）添加半导体形成剂，形成原子价补偿式半导体瓷料模塑体。

（b）将（a）中模塑体直接予以还原并焙烧，或将在空气中焙烧的烧结瓷料（sintering    porcelain）再进行还原并焙烧，于是可获得同时使用原子价补偿式及强制还原式的半导体瓷料。

现将具体实验的例子说明如下。

将原子价补偿式半导体瓷料的顶端磨成约60°的锥形，所得半导体瓷料的电阻率为9.9Ωcm。

再者，在H₂+N₂的还原气层中，使H的密度为20%，将半导体瓷料在1，250℃的温度下予以还原并焙烧，而其稳定时间为二小时。被焙烧过瓷料的电阻率为0.90Ωcm。

其他钛酸盐中亦获得同样的结果。其结果如表1所示。

表1

各种放电电极用半导体瓷料的电阻

样品    成份    还原前    还原后

序号    （Ωcm）    （Ωcm

（1） Ba Ti O-Y₂O₃0.15mol-Si O₂0.6wt% 9.9 0.90

（2） Sr Ti O₃-Dy₂O₃0.3mol%-Si O₂0.6mol% 0.50 0.048

（3） Sr Ti O₃62wt%-La₂O₃3Ti O10wt%- 0.35 0.032

-Ca Ti O₃27.7wt%-Nb₂O₅0.3wt%

当钛酸盐中钛酸被锆酸、硅酸及锡酸中至少一种所取代时，亦可 获得同样结果。

为研究放射电子的容易性，就上述样品1至3测定其电场放射强度。为比较起见，同样对工作功能较低的Al、Cu、Fe进行了测定。其结果如图3所示。在图3中，将在聚乙烯容器内产生放电电压（KV）作为纵座标，而安排样品除阴于横座标。样品阴极以Cu、Al、Fe与在表1中所安排的样品1至3进行比较。实验中使用如图2所示的装置。如图2所示的装置包括宽为15mm、长度为5mm、高度为10mm的聚乙烯容器5，容器5的底部表面涂敷以银浆糊6。将样品电极2′安排于其底部表面上方，在样品电极2′与银浆糊6之间连接有交流电源7。样品电极2′中弧形部分顶端的半径R为20μm，样品电极2′顶端部分与银浆糊6之间的距离D为4mm。起动电压为10KV，而每一分钟增加电压1KV。

其结果可得到如图3所示的特性。从图3中可明显地看出，在实验中所使用的任何样品中，即使放电电压比通常情形中的来得低，放电也容易发生。

根据该结果，可了解用以制造该实施例中阴极电极的半导体瓷料的特性，与金属同等或比金属更为优良。

结果，本实施例中以半导体瓷料制成的阴极电极2可获得稳定的放电特性且可降低其制造成本。

下面，将依次说明使用上述阴极电极的放电灯装置的各种改进。

如图4a中所示放电灯装置的第二个实施例包括放电灯管11，使用半导体瓷料的阴极电极12，它包括被装设于管11内的顶端部分，贯穿管11末端部分11a而其另一末端部分12d为突出的基体12b，将阴极12的基体12b突出部分密封并支持于管11末端部分11a的密封支持构件13，其末端部分14a埋设在螺合于阴极电极12的突出末端部分12d上的螺丝体15的引线14。引线14连接至电源（未示出）以便供电。如 图4b中所示，阴极电极构件12可藉导电盖16连接至引线14。

图5展示了本发明的另一个实施例。图5中所示的放电灯装置包括管21，由半导体瓷料制成且装设于管21内的阴极电极构件22，其一端卷绕于阴极电极构件22而另一端贯穿管21末端部分21a而向外突出的引线24。锥形放电表面22a形成在阴极电极构件22基体22b的顶端部分，而突出端部分构成了顶尖22c。23为密封支持构件。

在图6a及6b中，使用如图5所示形状的阴极电极构件22。然而，两者之间，其装设结构及引线24的连接结构互不相同。在图6a中，阴极构件22的基体22b由设在管21末端部分21a的贯穿孔所密封并支持，而引线24与螺丝体25相连接。在图6b中，引线24经由导电盖26连接至阴极电极构件22。

图7a中显示了本发明的另一个实施例。如图7a中所示的装置包括放电灯管31，使用半导体瓷料且被装设于管31内的阴极电极构件32，将阴极电极构件32密封并支持于管31内靠近管31末端部31a的密封支持构件33。如图7b中所示，阴极电极构件32由半导体瓷料制成并包括一形成在圆形放电表面32a及基体32b中的末端表面。

密封支持构件33被装设为贯穿管31的末端部分31a，将引线34密封并支持于末端部分31a。位于管内31的引线34的末端部分34a卷绕于底座32b的外周，因此，可支持阴极电极构件32于管31内，并使圆形放电表面32a与末端部分31a平行，引线34的另一末端部分34b由管31的末端部分31a向外突出。

在图8及9中，使用的是如图7a所示的阴极电极构件32。然而，在两者的装设结构及引线34的连接结构均不相同。在这两个实施例中，阴极电极构件32贯密管31的末端部分31a而被支持住。然而，在图8中，螺丝体35螺合于阴极电极构件32的底面32c，而引线34的一端埋入 螺丝构件35中。在图9中，引线34经导电盖36连接之。

图10a显示本发明的另一个实施例。图10a中所示的装置包括放电灯管（由玻璃制成）41，使用半导体瓷料做成且被装设在管41内的阴极电极构件42，将阴极电极构件42密封并支持于管41内靠近管41末端部分41a的密封支持构件43。如图10b中所示，阴极电极构件41大致呈圆柱形状，并在其中间位置设有外凸部分42c，其外径稍小于管41内壁的直径。圆柱状突出底座42b的外径小于外凸部分42c，而由外凸部分42c上部表面中央向上突出，在突出基体42b末端表面形成有圆形的放电表面42a。其直径小于外凸部分42c直径的管装配部分42d由膨胀部分42c下部表面中央向下突出。在外凸部分42c外周上紧接于管41处，亦即紧接于管41的末端部分41a及内壁部分41b的部分用与管41同样的材料（亦即由玻璃制成）以涂装或烧固的方法形成密封层44。阴极电极构件42通过密封层44密封于管41内，由此构成密封构件43。在本例中，管41及密封层44均可由玻璃制成，因此，可简化密封工艺过程并可改善其气密性。由银制成的电极构件45形成于管装配部分42d的突出末端部分42c上。该电极构件45连接至电源（未图示），藉此，阴极电极构件42获得供电。图10c显示了对图10a中引线连接结构的改进。在图10c中，具有引线46的螺丝47螺合于突出末端部分42d。图10d显示引线连接结构的其他例子。在图10d中，配合以具有引线46的圆筒形盖48，因此，可给阴极电极构件42提供电源。

根据以上详细说明的本发明冷阴极式放电灯装置，在其阴极电极中使用半导体瓷料而不使用电子放射材料，因此，不会因为加热而引起化学反应的发生，可防止发光管变黑现象并可延长放电灯装置的寿命。同样，因半导体瓷料价格低廉，可降低装置的成本。此外，因为半导体瓷料可形成任何形状，因而可根据使用目的来选择半导体的形状，以便获得所需的特性。

Claims (8)

1、一种冷阴极式放电灯装置，它包含：

一个放电灯管及其末端部分；

一个基体接近圆柱形、顶尖作为放电表面的阴极电极构件；

一个用以密封并支持阴极电极构件于管内的密封支持构件，以及一个与阴极电极构件相连接的引线；

其特征在于，上述阴极电极构件由原子价补偿式或/和强制还原式半导体瓷料制成，其主要成分选自钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙和钛酸镧中的一种或这些盐的复合物；或者上述钛酸盐中的钛酸可用硅酸、锆酸及锡酸中的至少一种所代替。

2、如权利要求1所述的冷阴极式放电灯装置，其中，该半导体材料具有原子价补偿式半导体的形成剂的添加剂，而该半导体添加剂选自Y、Dy、Hf、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Ho、Er、Tb、W、Yb、Sc及Ta中的一种，或两种或两种以上。

3、如权利要求1所述的冷阴极式放电灯装置，其中，密封支持构件贯穿管的末端部分，引线被密封于该末端部分而管内的引线末端部分卷绕在与放电表面一方相对的阴极电极构件的部分上。

4、如权利要求1所述的冷阴极式放电灯装置，其中，密封支持构件密封阴极电极构件，并使其基体表面贯穿管的末端表面。

5、如权利要求1所述的冷阴极式放电灯装置，其中，密封支持构件具有突出于管外面及连接于阴极电极构件末端部分的引线。

6、如权利要求1所述的冷阴极式放电灯装置，其中，阴极电极构件接近圆柱形状，在其末端表面包括圆形放电表面，紧接于管内壁的外凸部分，及突出于管外的管装配件。

7、如权利要求6所述的冷阴极式放电灯装置，其中，形成的外凸部分外周上的玻璃层用由玻璃制成的管密封而构成密封支持构件。

8、如权利要求6所述的冷阴极式放电灯装置，其中，该阴极电极构件的管装配件具有用于与外部连接的电极构件。

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