CN1539157A - 低压气体放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种低压气体放电灯，该放电灯包括放电容器(1)和至少两个在空间上相互分开的电容耦合结构，容器(1)具有最好是5mm或更小的小直径，并包括至少一介电材料的圆柱形管感应结构(2)。电容感应结构的外部感应板用作电接点并成形为套筒(4)并由导电柔性金属材料制成。套筒(4)直接设置在圆柱形管状感应结构(2)的介电材料上。可以确保因此形成的连接是气密的并具有例如收缩连接的永久性压缩应力。

Description

低压气体放电灯
技术领域
本发明涉及一种低压气体放电灯，该放电灯包括放电容器和至少两个在空间上相互分开的电容耦合结构，所述放电容器具有最好是5mm或更小的小直径，而每个耦合结构由至少一介电材料的圆柱形管形成。
背景技术
公知的气体放电灯包括具有填充气体的容器，气体放电在填充气体中进行，通常两个金属电极固定地密封在放电容器内。第一电极供应放电电子，并且电子通过第二电极再次移动到外部电流电路中。电子的供应通常通过发射辉光(热电极)进行，但也可以在强电场中发射来产生，或直接通过离子轰击产生(离子感生的二次发射)(冷电极)。
在操作的感应模式中，通过高频AC电磁场(在低压气体放电灯的情况下通常高于1MHz)在气体容积中直接产生电荷载体。电子在放电容器内沿闭合轨迹运动，常规电极在操作的这种模式下不存在。在操作的电容模式下使用电容耦合结构作为电极。这些电容电极通常由绝缘体(电介质)形成，该绝缘体在一侧接触，以便气体放电，并且在另一侧通过导电体(例如通过金属接点)连接到外部电流电路上。当AC电压作用在电容电极上时，形成AC电场，并且电荷载体沿相关的线性电场运动。在高频范围内(f＞10MHz)时，电容灯类似于感应灯，这是由于电荷载体在前一情况中的整个气体容积中产生。介电电极的表面性能在这里不重要(所谓的α放电模式)。在低频下，电容灯改变其操作模式，并且对于放电很重要的电子必须最初在介电电极表面处发射，并且必须在所谓的阴极压降区域内放大以便保持放电。因此，介电材料的发射性能是灯功能的确定因素(所谓的γ放电模式)。
在许多应用中，有利的是得到小直径(最好是5mm或更小)的荧光灯，并且每单位灯长度上的光量(流明/cm)尽可能大。另外，应用的大部分区域需要灯的高转换稳定性。例如，在液晶显示器的背景照明的情况下尤其如此。
一方面出于结构原因，另一方面由于此类型灯的小直径造成放电容器内表面的过度变黑，继而降低灯寿命，因此热阴极灯不能实现所述条件。
至今为止，小灯直径(5mm或更小)的荧光灯只可以冷阴极灯为形式，或以电容气体放电灯为形式，其操作频率在1MHz以上。
冷阴极灯可在低频(30～50Hz)下操作，并因此只表示出少量的电磁辐射。但是此类型灯的放电电流很强地受到限制(限制在大约10mA)。一方面这是由于更高的放电电流情况下电极材料过度溅射。另一方面，对于防止电极局部过度加热来说需要电流限制，过度局部加热出现放热，同样造成阴极过度溅射。通过分解去除的电极材料沉积在放电容器上，造成灯快速变黑。
在操作频率f＞1MHz的电容放电灯中，高操作频率和灯的高电流密度(强电流、小灯直径)相结合造成强的电磁辐射。为了限制此电磁辐射采用了大量的方法。由于功率是电容耦合的，操作频率通过耦合表面的电容在向下方向上受到限制(限制在大约1MHz)。
EP-A-1 043 757描述一种具有电容耦合结构的气体放电灯。这里的目的是通过公共电力网为具有电容耦合结构的气体放电灯供电，以便家庭使用，而不需要启动器电子元件。按照此出版物，这可通过适当选择介电饱和极化强度和电介质的有效表面面积来实现。此出版物不涉及直径最好为5mm或更小以及伴随高光输出的气体放电灯。
对于电介质来说，调查已经表示电介质的厚度和介电常数和频率的乘积之间的某种比例对于获得高光输出并具有最好小于5mm的小直径的低压气体放电灯来说很重要。气体放电灯适当地包括具有有用填充气体的透明放电容器，并在AC电源的频率f下操作。放电容器的材料和填充气体可选择成与所产生的辐射所需频谱相对应。特别是，放电容器设置荧光层，使得灯在某些频率范围内(例如UV范围内)发射辐射。提供至少两个相互分开的电容耦合结构。电介质可包括一个或多个层。灯适合以大于10mA的放电电流操作，在这种情况下将出现小的电磁辐射。这种气体放电灯的应用领域很宽。例如，重要的应用是用作液晶显示器的背景照明。
本发明涉及后一类型的气体放电灯。但是，为了实现实际上的应用，要解决另外的电气、机械和热学上的问题。EP-A-1 043 757所述的气体放电灯内的由电介质圆柱形管形成的电容耦合结构设置金属涂层，例如由导电银膏。电导体焊接在此层上以便连接到外部电源上。但是，这种电接触具有问题，并不适于大规模生产。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种此问题的解决方法。按照本发明，可以实现的是用作电容耦合结构的外部电容器板的元件构造成由导电柔性金属材料制成的套筒，该套筒直接设置在圆柱形管的介电材料上，以便形成处于压缩应力下的气密连接。
以非常适于大规模生产并且机械和电气上高度可靠的方式获得一个实施例。不需要设置例如导电银膏的金属涂层，这可一次减少制造步骤的数量。套筒由柔性材料制成，以便实现处于压缩应力下的气密连接。这是需要的，一方面这是由于套筒以及介电材料管的接触表面是耦合结构电容值的确定因素。另一方面，需要气密密封以便防止套筒和介电管之间的火花效应，该效应将在没有获得完全接触时出现。套筒具有优于银膏的另一优点是它具有更大的吸热能力。这通过选择套筒的适当厚度来进一步受到影响。
以气密方式提供的套筒材料可最好包括一种或多种材料：铜、黄铜、铝和低碳钢。
按照本发明另一优选的特征，套筒由导电柔性金属材料制成，该材料通过收缩压缩连接设置在介电材料的圆柱形管上。这种连接方法高度适于大规模生产。
通过使用圆柱形管的介电材料和导电套筒的金属材料之间的热膨胀的差别在一个实施例中获得收缩压缩连接。在另一实施例中，通过使用磁脉冲工艺形成收缩压缩连接，在该工艺中，导电柔性金属材料形成处于压缩应力下的气密连接，而介电材料的圆柱形管处于强磁场的脉冲影响下。
最好是，导电柔性金属材套筒设置有位于收缩区域之外的突片，电导体连接在突片上以便连接到电源上。最好是，所述突片和套筒形成整体单件，并且电导体最好通过点焊紧固在突片上。这还有助于可实现的大规模生产。
按照本发明的低压气体放电灯非常适于容纳在形成反射器的壳体中。于是，灯非常适于用作液晶显示器的背景照明。
最好是，反射器形成为铝的细长通道，形成耦合结构的灯的端部封装在反射器端部内的导热但不导电的合成树脂内。
通过包括填充50％的三水合铝的聚亚安酯的合成树脂获得特别好的散热性。
附图说明
现在通过参考以附图中实例表示的实施例更详细地说明本发明，附图中：
图1表示具有电容耦合结构的低压气体放电灯；以及
图2表示具有本发明电连接件的图1灯的端部。
具体实施方式
图1表示电容气体放电灯(通过本发明不局限于其中的实例)，该灯恰好设置有本发明的措施。玻璃管1用作放电容器并设置有磷层，使得灯发射UV范围内的辐射。玻璃管1具有3mm的内部直径、4mm的外部直径、40mm的长度，并可填充50mbar的Ar和5mg的Hg。通过介电材料(陶瓷氧化物，例如BaTiO3、SrTiO3或PbZrO3)的圆柱形管2在任一端形成电容耦合结构。介电圆柱体2具有仅3mm以下的外部直径、0.5mm的壁厚以及14mm的长度。介电圆柱体2通过玻璃熔合工艺在一侧连接在玻璃管1上，并在另一侧通过玻璃密封件3以真空密闭的方式闭合。
包括介电圆柱体的耦合结构可通过电导体(未示出)连接在外部电源上。此实施例中的外部电源可通过供应40kHz下的30mA电流和大约350V平均电压的灯驱动电路形成。灯接着在静态操作中产生大约600流明的光通量。驱动单元还包括点燃灯的元件。静态气体放电在点燃之后形成。
如图1所示的气体放电灯设置有电连接装置。最好是，还应该注意到散热性。灯的经济耐用性需要电连接和散热性适于大规模生产。
图2表示设置有优选使用的电连接装置的气体放电灯的端部。介电材料的圆柱形管2这里不设置导电膏，而是将套筒4直接设置在圆柱形管的介电材料上，以便形成处于压缩压力下的气密连接。
处于压缩应力下的气密连接可便于在大规模生产中提供。导电柔性材料制成的套筒4通过收缩压缩连接设置在介电材料的圆柱形管2上。管4的材料为此是柔性的，并最好由铜、黄铜、铝或低碳钢形成。可在将介电管2熔合在玻璃管1上之前、管2的端部已经熔合在玻璃管1上之后或放电灯已经如图1制造之后将套筒4连接到管2上。其选择将取决于大规模生产过程中选择的制造顺序。
处于压缩应力下的气密套筒1形成出色的电气和机械连接器。通过使用圆柱形管2的介电材料和导电套筒4的金属材料之间热膨胀的差别形成收缩连接。作为选择，收缩连接可通过使用磁脉冲工艺(电磁成形)形成，该工艺是公知的，但未使用在气体放电灯中，其中导电柔性金属材料制成处于压缩应力下的气密连接，而介电材料的圆柱形管处于强磁场脉冲的影响下。
导电柔性金属材料的套筒4设置有位于收缩区域之外的突片5，并且电导体6连接在突片上以便连接到电源上。最好是，突片5与套筒4形成整体。电导线5最好通过点焊连接在突片上。
气体放电灯可有利地容纳在形成壳体的反射器(未示出)中。反射器最好有细长铝通道形成。一方面，铝具有强的反射能量，而另一方面它具有显著的散热性。为了将灯固定在通道内，包括耦合结构的灯的端部封装在反射器的端部内的导热但不导电的合成树脂中。因此，灯紧固在反射器中，而合成树脂还有助于进一步散热。
合成树脂最好由聚亚安酯形成。为了增加散热，聚亚安酯可填充例如三水合铝的导热但不导电的填充剂。
上面描述了本发明的优选实施例。显然可以在所附权利要求的范围内进行变型。

Claims (10)

1.一种低压气体放电灯，该放电灯包括放电容器和至少两个在空间上相互分开的电容耦合结构，所述放电容器具有最好是5mm或更小的小直径，而每个耦合结构由至少一介电材料的圆柱形管形成，其特征在于用作电容耦合结构的外部电容器板的元件构造成由导电柔性金属材料制成的套筒，该套筒直接设置在圆柱形管的介电材料上，以便形成处于压缩应力下的气密连接。
2.如权利要求1所述的低压气体放电灯，其特征在于，套筒由铜、黄铜、铝和低碳钢中的一种或多种材料形成。
3.如权利要求1或2所述的低压气体放电灯，其特征在于，套筒由导电柔性金属材料制成，该材料通过收缩压缩连接设置在介电材料的圆柱形管上。
4.如权利要求3所述的低压气体放电灯，其特征在于，通过使用圆柱形管的介电材料和导电套筒的金属材料之间的热膨胀的差别获得收缩压缩连接。
5.如权利要求3所述的低压气体放电灯，其特征在于，通过使用磁脉冲工艺形成收缩压缩连接，在该工艺中，导电柔性金属材料形成处于压缩应力下的气密连接，而介电材料的圆柱形管处于强磁场的脉冲影响下。
6.如上述权利要求任一项所述的低压气体放电灯，其特征在于，导电柔性金属材套筒设置有位于收缩区域之外的突片，电导体连接在突片上以便连接到电源上。
7.如权利要求6所述的低压气体放电灯，其特征在于，突片和套筒形成整体单件。
8.如上述权利要求任一项所述的低压气体放电灯，其特征在于，灯容纳在形成反射器的壳体中
9.如权利要求8所述的低压气体放电灯，其特征在于，反射器形成为的细长铝通道，包括耦合结构的灯的端部封装在反射器端部内的导热但不导电的合成树脂内。
10.如权利要求9所述的低压气体放电灯，其特征在于，合成树脂包括填充50％的三水合铝的聚亚安酯。
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