CN101536144A - 无电极灯泡和具有该无电极灯泡的无电极照明系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种无电极灯泡(10)和具有该无电极灯泡(10)的无电极照明系统。该无电极灯泡(10)包括：发光单元(11，13)，该发光单元(11，13)具有气密的内部空间(11a，13a)；主放电材料，该主放电材料被填充在发光单元(11，13)的内部空间(11a，13a)内并通过微波放电，用于发光；放电辅助材料，该放电辅助材料被填充在发光单元(11，13)内，用于在主放电材料产生等离子体之前在内部空间(11a，13a)内形成等离子体；以及放电催化剂材料，该放电催化剂材料被填充在发光单元(11，13)内，用于引发主放电材料和放电辅助材料的初始放电。该照明系统提高了填充在发光单元(11，13)内的主放电材料的照明效率，并且通过不包括诸如汞的环境污染物而具有环保特征。

Description

无电极灯泡和具有该无电极灯泡的无电极照明系统

技术领域

本发明涉及一种使用微波放电的无电极照明系统，更具体地，涉及一种无电极灯泡和具有该无电极灯泡的无电极照明系统，该无电极照明系统通过在无电极灯泡的发光单元附近形成包含放电辅助材料和放电催化剂材料的辅助发光单元而能够便于初始照明。

背景技术

一般而言，无电极照明系统(等离子体照明系统)使用磁控管。由磁控管产生的微波使无电极灯泡内的放电材料放电以形成等离子体态，并且使金属化合物连续发光，使得无电极照明系统能够在没有电极的情况下供给高强度的光。

在无电极照明系统的无电极灯泡内填充有：诸如金属、卤素化合物、硫或硒等的用于在运行中通过形成等离子体而引起光发射的主放电材料；诸如氩、氙、氪等惰性气体的用于在光发射的初始阶段在发光单元内形成等离子体的放电辅助材料；以及诸如汞的用于通过帮助初始放电或调整所产生的光的光谱而便于照明的放电催化剂材料。

图1是示出了常规无电极照明系统的剖面图。

参照图1，该常规无电极照明系统包括：磁控管2，该磁控管2安装在外壳1中，用于产生微波；高压发生器3，该高压发生器3用于将普通的AC电源升压到高电压并将该高电压供给到磁控管2；波导件4，该波导件4连接到磁控管2的出口单元，用于传输由磁控管2产生的微波；无电极灯泡5，该无电极灯泡5填充有主放电材料、放电辅助材料和放电催化剂材料，用于在所填充的材料通过经波导件4传输的微波来产生等离子体时发光；谐振器6，该谐振器6覆盖在波导件4和无电极灯泡5的前部上，用于使所述微波以预定谐振频率谐振；反光罩7，该反光罩7用于容纳谐振器6并集中地反射由无电极灯泡5直接产生的光；反射器8，该反射器8安装在谐振器6内并定位在无电极灯泡5的后侧，用于传输通过波导件4供给的微波并反射由无电极灯泡5产生的光；以及冷却风扇9，该冷却风扇9设置在外壳1的一侧，用于冷却磁控管2和高压发生器3。

无电极灯泡5包括：发光单元5a，该发光单元5a由石英制成，为球形，具有内部空间，并且设置在外壳1的外部；和支撑单元5b，该支撑单元5b形成为从发光单元5a延伸的杆形，用于在外壳1中支撑发光单元5a。

主放电材料、放电辅助材料和放电催化剂材料在预定压力下被填充在发光单元5a的内部空间内，用于产生等离子体并发光。

支撑单元5b穿过反射器8联接到安装于外壳1中的灯泡马达M的转轴。

附图标记8a表示灯泡通孔，而M2表示用于使冷却风扇9旋转的风扇马达。

现在将描述常规无电极照明系统的运行。

当根据控制单元的指令向高压发生器3输入驱动信号时，高压发生器3使AC电源升压并将高电压供给到磁控管2，通过该高电压，磁控管2产生具有很高频率的微波。该微波通过波导件4在谐振器6中谐振，用于使填充在无电极灯泡5内的主放电材料放电。当主放电材料被激发以产生等离子体时，产生了具有本征放电光谱的光。该光被反光罩7和反射器8反射到前方，从而照亮空间。

在主放电材料通过微波放电之前，填充在带有主放电材料的发光单元5a内的放电辅助材料放电，从而在发光单元5a内产生等离子体。放电催化剂材料也填充在发光单元5a内，用于在初始照明阶段使主放电材料或放电辅助材料被迅速放电。

如上所述，常规无电极照明系统已经采用汞作为放电催化剂材料。由于汞被证明是一种环境污染物，已尽量不使用汞。然而，如果不使用汞作为放电催化剂材料，则所填充的材料的初始放电会延迟，并且如果外加电场的强度不均匀，则发生放电错误。结果，严重降低了无电极照明系统的可靠性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种无电极灯泡和具有该无电极灯泡的无电极照明系统，该无电极照明系统能够在不使用诸如汞的环境污染物的情况下容易而均匀地进行初始放电。

为了实现这些和其他优点并根据本发明的目的，如在此表达和广义描述的，提供了一种无电极灯泡，包括：发光单元，该发光单元具有气密的内部空间；主放电材料，该主放电材料被填充在发光单元的内部空间内并通过微波放电，用于发光；放电辅助材料，该放电辅助材料被填充在发光单元内，用于在主放电材料产生等离子体之前在内部空间内形成等离子体；以及放电催化剂材料，该放电催化剂材料被填充在发光单元内，用于引发主放电材料和放电辅助材料的初始放电。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无电极灯泡，包括：发光单元，该发光单元具有填充有放电材料的气密的内部空间，并且当放电材料通过微波放电以产生等离子体时发光；和辅助发光单元，该辅助发光单元形成在发光单元的外部，具有气密的内部空间，放电辅助材料被填充在该内部空间内，用于在发光单元的放电材料放电之前在发光单元的内部空间内形成等离子体。

根据本发明的又一个方面，提供了一种无电极照明系统，包括：磁控管，该磁控管安装在外壳中，用于产生微波；波导件，该波导件连接到磁控管的出口单元，用于传输由磁控管产生的微波；无电极灯泡，该无电极灯泡包括发光单元和从该发光单元的外周延伸的支撑单元，所述发光单元具有填充有放电材料的气密的内部空间，并且当放电材料通过所述微波放电以产生等离子体时发光；谐振器，该谐振器容纳无电极灯泡并且连接到波导件的出口，该谐振器使通过波导件传输的微波以预定谐振频率谐振；以及反射器，该反射器安装在谐振器内，用于传输由无电极灯泡产生的光，无电极灯泡的支撑单元穿过该反射器，其中，具有气密的内部空间的辅助发光单元形成在无电极灯泡的发光单元的外部，并且填充有用于在发光单元的放电材料放电之前在发光单元的内部空间内形成等离子体的放电辅助材料。

根据本发明，放电辅助材料和放电催化剂材料被填充在发光单元的内部空间内并且填充在形成于该发光单元的外周上的辅助发光单元的内部空间内。因此，放电辅助材料和放电催化剂材料通过形成于谐振器中的电场被迅速放电，这便于发光单元的主放电材料的初始照明，并减少该发光单元的照明时间。

通过以下结合附图进行的本发明的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将变得更显而易见。

附图说明

所包括的用于提供对本发明的进一步理解并且整合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，与该说明一起用来说明本发明的原理。

在附图中：

图1是示出了具有无电极灯泡的常规无电极照明系统的剖面图；

图2是示出了根据本发明的第一实施例的具有无电极灯泡的无电极照明系统的剖面图；

图3是示出了根据本发明的第二实施例的具有无电极灯泡的无电极照明系统的剖面图；

图4是示出了根据本发明的第二实施例的无电极灯泡的一个示例的剖面图；

图5是示出了根据本发明的第二实施例的无电极灯泡的修改例的剖面图；

图6是示出了根据本发明的第二实施例的无电极灯泡的另一个修改例的剖面图；

图7是示出了根据本发明的第二实施例的无电极灯泡的又一个修改例的剖面图；以及

图8是示出了根据本发明的第二实施例的无电极灯泡的又一个修改例的剖面图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的优选实施例，在附图中示出了所述优选实施例的示例。

图2是示出了根据本发明的第一实施例的具有无电极灯泡的无电极照明系统的剖面图。

如图2所示，该无电极照明系统包括：磁控管2，该磁控管2安装在外壳1中，用于产生微波；波导件4，该波导件4连接到磁控管2的出口单元，用于传输由磁控管2产生的微波；无电极灯泡10，该无电极灯泡10用于在通过经波导件4传输的微波来产生等离子体时发光；谐振器6，该谐振器6覆盖在波导件4和无电极灯泡10的前部上，用于使所述微波以预定谐振频率谐振；反光罩7，该反光罩7用于容纳谐振器6并集中地反射由无电极灯泡10直接产生的光；反射器8，该反射器8安装在谐振器6内并定位在无电极灯泡10的后侧，用于反射由无电极灯泡10产生的光；以及冷却风扇9，该冷却风扇9设置在外壳1的一侧，用于冷却磁控管2和高压发生器3。

谐振器6形成为网眼形状，以阻隔微波并传输无电极灯泡10发射的光。反射器8由盘形电介质制成，用于传输通过波导件4供给的微波并反射由无电极灯泡10产生的光。灯泡通孔8a形成在反射器8的中心处，使得无电极灯泡10的支撑单元12能够穿过该灯泡通孔8a。

无电极灯泡10包括：发光单元11，该发光单元11形成为球形或圆柱形，具有内部空间11a，并且设置在外壳1的外部；和支撑单元12，该支撑单元12形成为从发光单元11延伸的杆形，用于在外壳1中支撑发光单元11。

发光单元11由表现高的光透射率和低的介电损耗的石英制成。在发光单元11的内部空间11a内填充有主放电材料和放电辅助材料，或者填充有主放电材料、放电辅助材料和除汞之外的放电催化剂材料。

硫、卤素化合物或硒用作主放电材料。

诸如氩、氙、氪的惰性气体用作放电辅助材料。

能够通过反射微波或由其自身辐射电子来产生电弧的金属材料能够用作放电催化剂材料。通常，该金属材料包括钨、铼、钽、钡、锑、铟、镉、锌、锗、砷、铊、铋、钪、钛和锆中的至少一种。

另外，氖能够用作放电催化剂材料。优选地，氖的混合比例在放电辅助材料的30％至50％的范围内，以提高光发射效率。

即使在不同的附图中，也使用相同的附图标记用于相同的元件。

现在将描述根据本发明的无电极照明系统的运行。

根据控制单元的指令，磁控管2运行产生具有很高频率的微波。该微波通过波导件4辐射到谐振器6，用于形成强电场。当填充在无电极灯泡10的发光单元11的内部空间11a内的主放电材料和放电辅助材料被激发以连续产生等离子体时，产生了具有本征放电光谱的光。该光被反光罩7和反射器8反射到前方，从而照亮空间。

如果具有高的微波反射能力和电子自辐射能力的金属、或者便于初始放电的氖和氩的混合物被填充在无电极灯泡10的发光单元11的内部空间11a内，则相当大地增加初始照明的成功率。特别地，当氖和氩混合时，增加了氖和氩原子生成的可能性。因此，通过使用由氖产生的紫外线能量，能够进一步提高照明效率。

在上述实施例中，放电辅助材料和放电催化剂材料已填充在无电极灯泡10的发光单元11中。在本实施例中，具有气密的内部空间13a的辅助发光单元13形成在发光单元11的外部，并且放电辅助材料和放电催化剂材料被填充在辅助发光单元13的内部空间13a内。

如图3至5所示，辅助发光单元13能够形成在发光单元11的外周上。如图6和7所示，辅助发光单元13能够形成在支撑单元12中。如图8所示，辅助发光单元13能够分别形成在发光单元11和支撑单元12中。另外，辅助发光单元13能够与发光单元11或支撑单元12结合或组装。

在辅助发光单元13形成在发光单元11的外周上的情况下，如图4所示，考虑到无电极灯泡10的旋转过程中的偏心，辅助发光单元13能够定位成与支撑单元12成一条直线，而且如图5所示，考虑到对发光单元11的遮光，辅助发光单元13能够定位成与支撑单元12成±180°(在图中为+90°)的范围内。

当辅助发光单元13形成在支撑单元12中，如图6所示，辅助发光单元13形成在支撑单元12的中间部分处，以与反射器8的灯泡通孔8a交迭，使得强电场能够集中在辅助发光单元13上。辅助发光单元13的长度L大于反射器8的厚度t。

如图8所示，辅助发光单元13能够形成在发光单元11和支撑单元12之间的边界上。

本实施例的主放电材料、放电辅助材料和放电催化剂材料与上述实施例的一致，因此省略其详细说明。

在无电极照明系统中，由于放电辅助材料和放电催化剂材料也填充在形成于发光单元11的外周上的辅助发光单元13的内部空间13a内，所以放电辅助材料和放电催化剂材料通过在谐振器6中产生的电场被迅速放电。因此，便于发光单元11的主放电材料的初始照明，并缩短发光单元11的照明时间。特别地，当辅助发光单元13形成在反射器8的灯泡通孔8a附近时，填充在形成于支撑单元12中的辅助发光单元13的内部空间13a内的放电辅助材料和放电催化剂材料通过形成于灯泡通孔8a上的强电场被迅速放电，从而显著地减少发光单元11的照明时间。

通过在不使用汞的情况下快速地进行初始照明或重新照明，本发明提供了具有高的光效率的环保的照明系统。

由于本发明可以在不偏离其精神或关键特征的情况下以多种形式体现，因此还应当理解，除非另外指明，上述实施例不限于前述说明的任何细节，而是应该在其如所附权利要求限定的精神和范围内广义地解释，因此，落入权利要求的界限和范围或者这种界限和范围的等同物内的所有变化和修改都意图被所附权利要求包括。

Claims (24)

1.一种无电极灯泡，包括：

发光单元，该发光单元具有气密的内部空间；

主放电材料，该主放电材料填充在所述发光单元的所述内部空间内，通过微波使该主放电材料放电，用于发光；

放电辅助材料，该放电辅助材料填充在所述发光单元内，用于在所述主放电材料产生等离子体之前在所述内部空间内形成等离子体；以及

放电催化剂材料，该放电催化剂材料填充在所述发光单元内，用于引发所述主放电材料和所述放电辅助材料的初始放电。

2.根据权利要求1所述的无电极灯泡，其中所述放电催化剂材料是金属。

3.根据权利要求2所述的无电极灯泡，其中所述金属包括钨、铼、钽、钡、锑、铟、镉、锌、锗、砷、铊、铋、钪、钛和锆中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的无电极灯泡，其中所述放电催化剂材料是氖。

5.根据权利要求1所述的无电极灯泡，其中金属和氖被填充作为所述放电催化剂材料。

6.一种无电极灯泡，包括：

发光单元，该发光单元具有填充有放电材料的气密的内部空间，并且当通过微波使所述放电材料放电以产生等离子体时该发光单元发光；和

辅助发光单元，该辅助发光单元形成在所述发光单元的外部，具有气密的内部空间，放电辅助材料填充在该内部空间内，用于在所述发光单元的所述放电材料放电之前在所述发光单元的所述内部空间内形成等离子体。

7.根据权利要求6所述的无电极灯泡，其中所述放电辅助材料是氩。

8.根据权利要求6所述的无电极灯泡，其中在所述辅助发光单元内填充有用于引发所述放电辅助材料的初始放电的放电催化剂材料。

9.根据权利要求8所述的无电极灯泡，其中所述放电催化剂材料是金属。

10.根据权利要求9所述的无电极灯泡，其中所述金属包括钨、铼、钽、钡、锑、铟、镉、锌、锗、砷、铊、铋、钪、钛和锆中的至少一种。

11.根据权利要求8所述的无电极灯泡，其中所述放电催化剂材料是氖。

12.根据权利要求8所述的无电极灯泡，其中金属和氖被填充作为所述放电催化剂材料。

13.一种无电极照明系统，包括：

磁控管，该磁控管安装在外壳中，用于产生微波；

波导件，该波导件连接到所述磁控管的出口单元，用于传输由所述磁控管产生的所述微波；

无电极灯泡，该无电极灯泡包括发光单元和从该发光单元的外周延伸的支撑单元，所述发光单元具有填充有放电材料的气密的内部空间，并且当通过所述微波使所述放电材料放电以产生等离子体时所述发光单元发光；

谐振器，该谐振器容纳所述无电极灯泡并且连接到所述波导件的出口，所述谐振器使通过所述波导件传输的所述微波以预定谐振频率谐振；以及

反射器，该反射器安装在所述谐振器内，用于传输由所述无电极灯泡产生的光，所述无电极灯泡的所述支撑单元穿过所述反射器，

其中，具有气密的内部空间的辅助发光单元形成在所述无电极灯泡的所述发光单元的外部并填充有放电辅助材料，从而在所述发光单元的所述放电材料放电之前在所述发光单元的所述内部空间内形成等离子体。

14.根据权利要求13所述的无电极照明系统，其中所述辅助发光单元作为单体形成在所述发光单元的外周上。

15.根据权利要求14所述的无电极照明系统，其中所述辅助发光单元形成为与所述支撑单元成一条直线。

16.根据权利要求14所述的无电极照明系统，其中所述辅助发光单元形成在与所述支撑单元成±180°的范围内。

17.根据权利要求13所述的无电极照明系统，其中所述辅助发光单元形成在所述支撑单元中。

18.根据权利要求17所述的无电极照明系统，其中所述辅助发光单元的长度与所述反射器的厚度交迭。

19.根据权利要求13所述的无电极照明系统，其中所述放电辅助材料是氩。

20.根据权利要求13所述的无电极照明系统，其中在所述辅助发光单元内填充有用于引发所述放电辅助材料的初始放电的放电催化剂材料。

21.根据权利要求20所述的无电极照明系统，其中所述放电催化剂材料是金属。

22.根据权利要求21所述的无电极照明系统，其中所述金属包括钨、铼、钽、钡、锑、铟、镉、锌、锗、砷、铊、铋、钪、钛和锆中的至少一种。

23.根据权利要求20所述的无电极照明系统，其中所述放电催化剂材料是氖。

24.根据权利要求20所述的无电极照明系统，其中金属和氖被填充作为所述放电催化剂材料。

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