CN1276621A - 无电极放电灯 - Google Patents
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Abstract
一种无电极放电灯,包括一个外壳,其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不放电发光的填充材料。该填充材料使所述发光材料的放电稳定。
Description
本发明一般地涉及无电极放电灯。
图5示出一种传统的无电极放电灯装置的示意图，该装置采用微波作为激发装置。这种无电极放电灯装置包括：一个用于产生2.45GHz的微波的磁控管1，一个空腔部件2a，一个用于将由该磁控管1产生的微波传送至该空腔部件2a中的波导5，一个置于该空腔部件2a中的由一个支撑杆4a支撑的无电极放电灯4，一个连接至该支撑杆4a的用于旋转该无电极放电灯4的电动机6，和一个用于冷却该磁控管的冷却风扇7。通过将一种作为缓冲气体的惰性气体和一种发光物质密封在例如石英玻璃管之类的透明的外壳(或放电管)之中，可以制得这种无电极放电灯4。空腔部件2a是采用一种导电材料而构成为一个圆柱形状，该材料例如是导电网孔材料或类似的材料，基本上不传导微波，但可传导光。例如通过将经蚀刻而构成的金属网孔盘焊接起来，可以制得空腔部件2a。应使得空腔部件2a与波导5良好地电连接。由空腔部件2a和波导5的壁表面的一部分所限定的空间称为一个微波空腔2。微波空腔2经处于波导5的壁中的一个电源端3而与波导5中的发射空间相连接。
磁控管1的定位应使其天线插入波导5之中。磁控管1产生的微波从发射部分传送至波导5中，使得微波可以通过电源端3被提供至微波空腔2之中。微波能量激发无电极放电灯4中的发光材料，从而使发光材料发光。在光的发射过程中，惰性气体起初开始放电，这使得在无电极放电灯4中产生高温，并且使惰性气体的蒸汽压力上升。结果，发光材料受到蒸发并开始放电。继而，发光材料的蒸汽压力上升并且其分子受到微波能量的激发而发光。接着，发射出具有覆盖整个可见光范围的一个宽的连续光谱的白光。从无电极放电灯4发射的光通过空腔部件2a被导出微波空腔2。
在无电极放电灯4的工作过程中，其放电管的管壁趋于具有一个很高的温度。这是因为无电极放电灯4中的由微波产生的等离子体在管内扩散，并且因此处于无电极放电灯4的内壁附近。在这种方式下，管壁面对着高温。而且，无电极放电灯4的管壁趋于呈非均匀的温度分布，因为决定等离子密度的微波电磁场强度的分布并不是以无电极放电灯4为中心三维对称的。由于管内的对流而产生的热转换也促成无电极放电灯4的管壁内的非均匀的温度分布。无电极放电灯4的管壁内的高温和非均匀的温度分布会在构成放电管壁的材料中造成局部的高温区域。除非放电管中的温度受到控制，否则这些局部的高温区域会熔化并且因此损坏放电管。在如图5所示的无电极放电灯装置中，采用一种使放电管以一个适当的速度旋转从而获得冷却效果的方法，以便使放电管的温度均匀，以防止放电管本身具有高温，从而维持该温度而不损坏放电管。
在现有技术中已经知道有各种类型的无电极放电灯。然而，发光材料的选择可以影响无电极放电灯的放电管中的温度。例如，采用硫作为发光材料的放电灯，即JP6-132018A所公开的放电灯，其中的温度上升是相当显著的。特别地，由为了获得适当的灯输出所需的微波能量所导致的结果便是产生使放电管易于熔化的温度，除非该温度受到控制。产生高温的一个可能的原因是由于硫具有相对轻的原子量，使得热转换趋于发生在无电极放电灯的里面。因此，在采用硫作为发光材料的无电极放电灯中，放电管起初由强制鼓入的冷风进行风冷，然后再旋转放电管。
另一方面，当无电极放电灯采用铟卤化物作为发光材料，例如JP9-120800A所公开的放电灯，并使之工作在能够达到所要获得的稳定的灯输出的条件下时，这种灯不会产生如同采用硫的放电灯那样高的温度。然而，铟卤化物放电灯的发光效率稍低于硫放电灯，但在色彩表现方面相当出色。对于由铟卤化物无电极放电灯和硫无电极放电灯所产生的温度的差别，一个可能的原因是，在工作中，铟卤化物和硫具有不同的气压和分子量，以及因此而具有的不同的从等离子体至管壁的热转换系数。因此，在无电极铟灯中，在不导致损坏放电管并且既不采用对放电管强制风冷也不使其旋转操作的条件下使得放电灯能够工作的可能性是很高的。实际上，当铟卤化物无电极灯不旋转而工作时，管壁的最高温度一般不足以损坏放电管，即使放电管中的温度并不均匀。
图3对旋转和无旋转条件下的灯输出进行了比较。在图3中，横轴表示所提供的微波功率，左边的纵轴表示灯的光通量，右边的纵轴表示管壁的最高温度。用×和虚线表示的数据a示出当放电灯工作于不旋转时的管壁的最高温度，用×和实线表示的数据b示出当放电灯工作于不旋转时的光通量数值。用○和实线表示的数据c示出当放电灯工作于旋转时的光通量数值，用○和虚线表示的数据d示出当放电灯工作于旋转时的管壁的最高温度。当放电灯工作于不旋转时，管壁的最高温度非常高，但并没有达到放电管的熔化温度(至少1100℃)。与放电管不旋转时相比，放电管旋转时的光通量数值变化不大。
对于传统的无电极放电灯装置而言，一直存在着对于对旋转放电管的一种担心，举例而言，当将灯装置安装在一个例如空气或类似的苛刻的工作环境中时，如图6所示的电动机6会限制该灯装置的寿命范围。因此，选择无电极放电灯采用不旋转放电管的方式工作是颇具吸引力的。然而，当铟卤化物无电极放电灯工作于不旋转并且增加微波功率时，放电趋于不稳定，因而导致闪烁。放电中的出现不稳定，是因为当管内的蒸汽压力增加时，从铟卤化物释放出的卤素捕捉等离子体中的电子。为了达到稳定发光，微波功率的上限一般受到限制，因而限制了灯输出。
在一个方面，本发明涉及一种无电极放电灯，包括：一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料，其中，所述填充材料使所述发光材料的放电稳定。
在另一个方面，本发明涉及一种无电极放电灯装置，包括：一个无电极放电灯，它具有一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料，其中，所述填充材料使所述发光材料的放电稳定；和用于激发所述发光材料的装置。
在另一个方面，本发明涉及一种无电极放电灯装置，包括：一个无电极放电灯，它具有一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料；和用于使所述发光材料的放电稳定的装置。
在另一个方面，本发明涉及一种在一个无电极放电灯中产生稳定的放电的方法，包括：在所述无电极放电灯的一个外壳中填充一种发光材料和一种填充材料；并且激发所述发光材料发光，其中，所述填充材料使所述受激发光稳定。
图1是示出根据本发明的一个实施例的无电极放电灯的结构的部分剖面图；
图2示出用于图1所示的无电极放电灯的微波放电过程；
图3是示出一种传统的无电极放电灯在旋转(c，d)和不旋转(a，b)时的灯输出的比较的曲线图；
图4是示出根据本发明的一个实施例的放电灯的发光效率和放电稳定性的曲线图；
图5是一种传统的无电极放电灯的示意图。
在根据本发明的无电极放电灯的一个例子中，最好使铯卤化物的填充量多达所述发光材料的填充量的n倍，其中n等于(0.0005×P)-0.28，其中P表示灯的输入电功率。
而且，在根据本发明的无电极放电灯的一个例子中，最好使发光材料的填充量处于0.5×10-6mol/cc和1.0×10-4mol/cc之间的范围。
参照附图，对本发明的各种举例性的实施例进行讨论。图1是示出一个无电极放电灯24的部分剖面图。该无电极放电灯24包括一种发光材料9和一种稳定材料10，它们密封在一个由例如石英玻璃的高热阻的透明材料所构成的外壳(或放电管)8中。该外壳中填充有一种例如氩(Ar)或类似的惰性气体，它起初会加热外壳8。在本实施例中，发光材料9是一种铟卤化物，稳定材料10是铯卤化物。稳定材料10使发光材料9所发射的光稳定。在放电开始之后，具有低电离势的稳定材料10使电子或类似物质的带电颗粒增加，使得可以防止放电减少并得以持续。因此，可获得发光材料9的稳定放电。在另一个实施例中，发光材料9可以是溴化铟(InBr)，稳定材料10可以是溴化铯(CsBr)。
图2示出用于图1所示的无电极放电灯24的微波放电过程。如图所示，无电极放电灯24设置在一个微波空腔22中，并由一个支撑杆24a支撑。微波空腔22经处于波导25的壁中的一个电源端23而与波导25中的发射空间26相连接。波导25设置在一个空腔部件22a之中。一个磁控管21的发射部分28通过波导25中的一个狭缝29而插入到波导25中，从而是磁控管定位于波导25。磁控管受到驱动时，还受到冷却风扇27的强制冷却，以防止过热。磁控管21产生的微波通过波导25从发射部分传输至微波空腔22。微波能量激发无电极放电灯24中的发光材料9，从而使发光材料9发光。在发光材料9开始发光之前，外壳8中的惰性气体起初开始放电，导致外壳8中的高温并使惰性气体的蒸汽压力上升。外壳8中的高温和增加了的蒸汽压力使发光材料9蒸发并开始放电。接着，发光材料的蒸汽压力上升，其分子受到微波能量的激发而发光。
已对溴化铯在发光效率方面的效果和无电极放电灯24的放电稳定性进行了检验。在研究中，在具有内径为30mm和壁厚为1.2mm的一种无水石英玻璃灯泡(以GE214A的交易名称进行销售)中填充40mg的溴化铟、5.8mg的溴化铯和1.3kPa的氩。已采用由磁控管输出的850W的行波功率使以不同量的溴化铯制造的无电极放电灯工作。对无电极放电灯的发光效率和放电稳定性进行了检验。所得数据如图4所示。横轴表示溴化铯的填充量，纵轴表示放电灯工作五分钟后的光通量。
在图4中，符号△表示产生带闪烁的发光条件的不稳定放电，符号○表示稳定放电。该图示出填充有不同量的溴化铯的放电管a、b、c和d各自工作于不同的电功率时的亮度和稳定性。从下至上的各符号示出当提供500W、600W、700W、800W和900W的功率时的值。根据此数据，在放电管中，溴化铯的填充量越少，达到稳定放电的电源功率的阈值就越低。因此，放电管就不能工作于高的功率，从而限制了所获得的光通量的数量。可以看到，表示通过加入适当量的溴化铯而达到的稳定放电的亮度的值高于不是通过加入溴化铯而是通过降低发光高功率而达到的稳定放电的亮度。
此外，对在工作时产生的自由金属铟的存在情况进行了检查，在加入了溴化铯的放电管并没有发现自由金属铟。在没有加入溴化铯的放电管中，铟附着到放电管上，因而导致石英玻璃的闷光。所以，可以预期，在加入溴化铯的放电管中，出现闷光的情况可以减轻。有鉴于此，进行了连续工作试验。在没有加入溴化铯的放电管中，在放电灯连续工作达500小时之前，可以清楚可见地判断闷光现象出现在部分石英管处。另一方面，在加入了溴化铯的放电管中，即使放电灯工作达1000小时也没有出现闷光。
虽然在上述实施例中描述了采用石英玻璃作为透明外壳，但显然可以采用其它材料。例如，采用透明陶瓷或类似物质而不采用石英玻璃时，无电极放电灯的性能不会变差。而且，稳定材料10并不限于溴化铯，而可以是碘化铯或一般地为其它铯卤化物。再有，溴化铟用作发光材料9的铟卤化物，但其它的卤化物，例如碘等等，也可用来达到同样的无电极放电灯的放电。还有，镓或铊的卤化物可用来代替铟卤化物。一般地，可以采用从由镓、铟和铊所组成的族中选出的一种金属的卤化物作为发光材料，并可得到同样的效果。再有，惰性气体并不限于氩。当采用较氩更重的气体时，例如氪、氙或类似气体，可达到推动卤素循环的效果，从而进一步改善抑制闷光的效果。
在图2所示的实施例中，微波空腔22是圆柱形状的，并且波导25是矩形的。然而，很明显，微波空腔22和矩形波导25的形状以及微波空腔22耦合至波导25的方法并不限于图2所示的特定的实施例。例如，微波空腔22可以包括，一个由导电材料构成的旋转抛物面形状的光反射体，配置一个导电网孔以便在光照射的方向覆盖光反射体的一个开口端，等等。此外，也可采用也使光有效地照射的空腔部件22a。
空腔部件22a可以例如采用将经蚀刻而构成的金属网孔盘焊接起来而得到处理过的部件。然而，为了进一步确保强度和光传输，可采用一种能够拦截微波传输的部件，这种部件例如可采用热阻玻璃、透明陶瓷或类似材料作为基底部件，使具有窄的线宽的导电网孔材料附着在基底部件的外表面上，或者在基底部件的外表面上采用导电材料构成网状薄膜。
在图2所示的实施例中，采用2.45GHz的微波作为使无电极放电灯24工作的能量提供装置，采用磁控管21作为产生微波的振荡器，采用波导25作为微波传输部件。然而，用于提供能量的部件并不限于此特定的结构。例如，可采用固态高频振荡器来代替磁控管21，可采用例如同轴线或类似部件的波导作为传输部件。还有，也可采用一种电感耦合的无电极放电系统，其中并不需要采用2.45GHz的微波。例如，向设置在无电极放电灯24之内或之外的一个线圈施加一个13.56MHz的高频，并且通过一个高频场使感应电流在灯内流动以导致放电。
上述的本发明提供了各种优点。例如，通过在外壳中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光但能使发光材料的放电稳定的填充材料，可以提供一种稳定放电的无电极放电灯。因此，不用使外壳旋转就可得到稳定的放电和由此产生的稳定的光辐射。另外，稳定材料的作用可抑制外壳的闷光，从而提供一种高度可靠的长寿命的无电极放电灯装置。
已就有限数量的实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员会得益于本项公开从而得出大量的修改和变换。希望后附的权利要求能够覆盖所有的这些属于本发明的真正的精神和范围的修改和变换。
Claims (15)
1.一种无电极放电灯，包括：
一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料，其中，所述填充材料使所述发光材料的放电稳定。
2.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述所填充的发光材料和填充材料是金属卤化物。
3.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述发光材料是从由镓、铟和铊组成的族中选出的一种金属的卤化物。
4.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述填充材料是铯卤化物。
5.根据权利要求4所述的无电极放电灯，其特征在于，所述铯卤化物是溴化铯。
6.根据权利要求4所述的无电极放电灯，其特征在于，所述铯卤化物的填充量多达所述发光材料的填充量的n倍，其中n等于(0.0005×P)-0.28，其中P表示灯的输入电功率。
7.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述发光材料的填充量处于0.5×10-6mol/cc和1.0×10-4mol/cc之间的范围。
8.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，在所述外壳中还填充从由氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)组成的族中选出的一种惰性气体，其中所述惰性气体用作一种启动辅助气体。
9.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述外壳由石英玻璃构成。
10.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述外壳是不旋转的，并且不需要用于使所述放电管旋转的机械结构。
11.根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，所述外壳由透明陶瓷构成。
12.一种无电极放电灯装置，包括：
一个无电极放电灯，它具有一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料，其中，所述填充材料使所述发光材料的放电稳定；和
用于激发所述发光材料的装置。
13.根据权利要求12所述的无电极放电灯装置，其特征在于，所述用于激发所述发光材料的装置包括微波能量。
14.一种无电极放电灯装置，包括：
一个无电极放电灯，它具有一个外壳，其中填充一种受激发光的发光材料和一种基本上不发光的填充材料；和
用于使所述发光材料的放电稳定的装置。
15.一种在一个无电极放电灯中产生稳定的放电的方法，包括：
在所述无电极放电灯的一个外壳中填充一种发光材料和一种填充材料，并且
激发所述发光材料发光，
其中，所述填充材料使所述受激发光稳定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |