CN1710691A - 高光效低工作电压气体放电灯管及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

高光效低工作电压气体放电荧光灯管，包括两端封闭的灯管玻壳，在灯管玻壳的内部设有荧光粉层，在灯管玻壳的两端上设有电极，在灯管玻壳内充有放电气体，在灯管玻壳的内部制作有高二次电子发射材料介质层制备工艺：取两端开口的灯管玻壳，在灯管玻壳的的内表面上制备高二次电子发射材料介质层，在灯管玻壳的内壁上设荧光粉层，在灯管玻壳的两端设置电极并封闭，其中一端连接排气管，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭排气孔。本发明的技术同样适合于应用于热阴极荧光灯、冷阴极荧光灯、节能灯、外电极荧光灯、无极放电灯、卤素灯、氙灯等多种形式的气体放电灯。

Description

高光效低工作电压气体放电灯管及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种高光效低工作电压气体放电灯管及其制备工艺，属于照明设备制造的技术领域。

背景技术

气体放电灯是在灯管内冲入放电气体如惰性气体、汞等在一定电场、磁场作用下形成气体放电发光或气体放电发出的紫外线激发荧光粉发光的光源，是目前日常照明、仪器仪表照明、大型广场照明和飞机、车辆照明上得到广泛应用的光源，它有多种结构形式，如采用热阴极的荧光灯、节能灯，采用冷阴极的荧光灯，电极在灯管外部的外电极荧光灯，内部冲卤化物的卤素放电灯等等。由于这些光源应用面非常的广泛，因此是能源消耗的主要组成部分。为了开发绿色照明产品，节约有效的能源，提高光源的发光效率和降低产品的成本，一直是相关产品开发所追求的目标。要达到这一目标，除了在电路、材料、工艺上进行改进外，另外的方法就是在结构上对气体放电灯进行改进，设计新型的气体放电灯结构，降低气体放电灯着火电压，增加气体放电中电子、离子的数量，提高放电的效率。气体放电灯工作电压的降低，可以有效降低支持灯管工作的外部电路的成本，提高利用电池等供电的电源利用效率，延长寿命。

现有无荧光粉的气体放电灯，一般在玻壳内表面上不做特殊材料层，带荧光粉的气体放电荧光灯一般将荧光粉涂附在玻壳内表面经烘烤成为荧光粉层。对于灯的改进的主要工作在灯的阴极材料和形状、气体配方、荧光粉材料、外部电路灯方面，而对玻壳内表面和荧光粉层的结构很少有改进。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种应用于多种形式的气体放电灯的高发光效率、低工作电压的气体放电灯管及其制备工艺。

技术方案：本发明所述气体放电灯管采用如下技术方案：

对于无荧光粉的高光效低工作电压气体放电灯管，包括两端封闭的灯管玻壳，在灯管玻壳的两端上设有电极，在灯管玻壳内充有放电气体，其特征在于在灯管玻壳的内壁上设有高二次电子发射材料介质层或荧光粉层。(高二次电子发射材料，即是最大二次电子发射系数比灯管玻壳材料高的二次电子发射材料。)

对于有荧光粉的高光效低工作电压气体放电荧光灯管，包括两端封闭的灯管玻壳，在灯管玻壳的内部设有荧光粉层，在灯管玻壳的两端上设有电极，在灯管玻壳内充有放电气体，为提高光效并降低工作电压，在灯管玻壳的内壁上制作高二次电子发射材料介质层，在介质层上制作荧光粉层；或将荧光粉层制作在玻壳内壁，在荧光粉层表面上设有高二次电子发射材料介质层；或在玻壳内壁上制作的荧光粉层中掺入高二次电子发射材料介质。

所述的高二次电子发射材料介质层为氧化镁层、或氧化铝层或铝酸镁层。

在气体放电灯管的两端所设的电极，是电极在玻壳外的外电极或电极在玻壳内的冷阴极，或电极在玻壳内的热阴极。在灯管玻壳内的冷阴极或热阴极表面设有高二次电子发射材料介质层。对于电极是在玻壳内的热阴极或冷阴极，将一对电极置于玻壳的同一端，两电极之间保持电隔离，玻壳的另一端封闭。或仅在灯管两端靠近电极部分制作高二次电子发射材料介质层。放电气体为惰性气体，或汞金属或卤素化合物气体，以及由它们组成的混合气体。

上述的气体放电灯技术方案也适合弯形、螺旋形、球型或其它形状的气体放电灯。

本发明所述气体放电灯的制备工艺采用如下技术方案：

取经过清洗干燥的灯管玻壳，在灯管玻壳内表面设最大二次电子发射系数比灯管玻壳材料高的高二次电子发射材料介质层并在高二次电子发射材料介质层上制作荧光粉层，或先在灯管玻壳内制作荧光粉层，再在荧光粉层上制作高二次电子发射材料介质层，或将高二次电子发射材料与荧光粉材料混合后在玻壳上制作混合材料层；一对电极放置在玻壳两端并与玻壳封接在一起，将玻壳与排气管封接，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭并切除排气管。采用真空镀膜、或化学镀膜、涂附、印刷、烧结或金属氧化的物理或化学方法，使形成氧化镁、氧化铝或铝酸镁成份置于玻壳被表面或荧光粉层内表面或荧光粉层中；或采用高温烘烤后可以分解产生高二次电子发射系数介质材料的化学浆料涂附在玻壳或荧光粉层内表面或荧光粉中，通过烘烤使化学浆料分解产生高二次电子发射材料，实现高二次电子发射材料介质层的制备。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的基本思想是将现有的气体放电灯或气体放电荧光灯的灯管内部设置具有高二次发射系数的介质材料层，利用介质材料的高二次电子发射系数，提高在气体放电区域进行电离碰撞的电子数，从而提高发光效率。

本发明采用的高二次电子发射介质材料在电子、离子轰击后在产生大量的二次电子的同时，由于介质材料导电性能差，在介质材料表面又有电荷积累形成，这样的电荷积累形成壁电荷分布和壁电压分布，这样的壁电压分布在两电极间电压反相工作时时，将和两电极上的电压相叠加，共同成为放电电压，因此可以降低外部电路所施加的电压，达到降低驱动电压的目的，因此优其适合在交流工作方式下工作。

在电极附近的玻壳内表面制作高二次电子发射材料介质层，由一对电极发射的电子轰击介质层后产生大量二次电子，同样可以提高在气体放电区域进行电离碰撞的电子数，从而提高发光效率。形成的壁电荷分布和壁电压分布，同样可以起到降低工作电压的目的。

本发明的技术同样适合于应用于热阴极荧光灯、冷阴极荧光灯、节能灯、外电极荧光灯、无极放电灯、卤素灯、氙灯等多种形式的气体放电灯。

附图说明

图1是本发明高二次电子发射层在玻壳与荧光粉之间的结构示意图。

图2是高二次电子发射介质层在荧光粉表面结构示意图。

图3是高二次电子发射介质材料和荧光粉层混合在一起的结构示意图。

图4是仅在电极附近玻壳上制作高二次电子发射介质材料层的结构示意图。

图5是电极表面和电极附近玻壳上制作高二次电子发射介质材料层的结构示意图

图6是高二次电子发射层在玻壳与荧光粉之间电极在灯管外的外电极荧光灯以及排气管的结构示意图。

图7是高二次电子发射层在电极附近的外电极荧光灯的结构示意图。

图8是一对电极在玻壳一端的结构示意图。

图9是环行气体放电灯的外部示意图。

图10是螺旋型气体放电灯的外部示意图。

以上图中有：荧光粉1，灯管玻壳2，放电气体3，电极4，高二次电子发射材料介质层5，排气管6，玻璃芯柱7。

具体实施方式

本发明的高光效低工作电压气体放电灯管，包括两端封闭的灯管玻壳2，在灯管玻壳2的两端上设有电极4，在灯管玻壳2内充有放电气体3，在灯管玻壳2的内壁上设有最大二次电子发射系数比灯管玻壳材料高的高二次电子发射材料介质层5或荧光粉层1。

在灯管玻壳2的内壁上制作高二次电子发射材料介质层5，在介质层5上制作荧光粉层1；或将荧光粉层1制作在玻壳内壁，在荧光粉层1表面上设有高二次电子发射材料介质层5；或在玻壳内壁上制作的荧光粉层1中掺入高二次电子发射材料介质5。所述的高二次电子发射材料介质层5为氧化镁层、或氧化铝层或铝酸镁层。在气体放电灯管的两端所设的电极4，是电极在玻壳外的外电极或电极在玻壳内的冷阴极，或电极在玻壳内的热阴极。或在灯管玻壳2内的冷阴极或热阴极表面设有高二次电子发射材料介质层。对于电极是在玻壳内的热阴极或冷阴极，将一对电极置于玻壳的同一端，两电极之间保持电隔离，玻壳的另一端封闭。或仅在灯管两端靠近电极部分制作高二次电子发射材料介质层。放电气体3为惰性气体，或汞金属或卤素化合物气体，以及由它们组成的混合气体。

对于高光效低工作电压气体放电灯管的制备工艺，首先取经过清洗干燥的灯管玻壳，在玻壳内表面制作高二次电子发射材料介质层。对于电极放置在管内的热阴极或冷阴极，将阴极放置在玻壳两端，并将阴极和玻壳烧结在一起，在玻壳上接一排气管，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭并切除排气管。

对于高光效低工作电压气体放电荧光管灯的制备工艺，取经过清洗干燥的灯管玻壳，在玻壳内表面设高二次电子发射材料介质层并在高二次电子发射材料介质层上制作荧光粉层或先在玻壳内制作荧光粉层再在荧光粉层上制作高二次电子发射材料介质层或将高二次电子发射材料与荧光粉材料混合后在玻壳上制作混合材料层，然后将一对电极放置在玻壳两端并与玻壳封接在一起，将玻壳与排气管封接，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭并切除排气管。对于电极放置在灯管一侧的气体放电灯或气体放电荧光灯，灯管内高二次电子发射材料的制作方法和上述方法相同，但这时可以将一对电极制作在带有排气管的灯芯柱上，将灯芯柱和灯管封接，然后通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭并切除排气管。

对于电极在灯管外的气体外电极气体放电灯或气体放电荧光灯，在灯管内用前述的方法在灯管内制作高二次电子发射材料介质层或荧光粉层后，将灯管一端封闭，一端接排气管，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，封闭并切除排气管，然后再在灯管两端制作导电的外电极。

氧化镁层、氧化铝层或铝酸镁层等高二次电子发射材料介质层的可以通过电子束蒸发、溅射镀膜等真空镀膜方法制作在玻壳内部或荧光粉层表面；也可以通过将一些化学物品如碳酸镁、醋酸镁、氢氧化镁、氢氧化铝等与水或有机溶剂配置成溶液或胶体或悬浮液形式的浆料，涂附在玻壳内表面或荧光粉层内表面，通过加热烘烤是上述材料分解形成所需的高二次电子发射材料介质层；也可以通过在制作通过真空镀膜、电镀等方式在玻壳内部或荧光粉层表面制作镁、铝等金属层，然后在通过高温氧化工艺将金属层氧化，实现高二次电子发射材料介质层的制作；通过在荧光粉的制作中掺入碳酸镁、醋酸镁、氢氧化镁、氢氧化铝等化学物品制作荧光粉和介质材料的浆料，在玻壳内制作荧光粉层，高温烘烤后获得荧光粉和介质材料混合材料层。

对于电极在灯管内的气体放电灯或气体放电荧光灯，也可以采用以上制作介质层的方法在电极表面制作介质层。

实施例1

一种可作为液晶背光源或照明用的高光效低工作电压冷阴极荧光灯管，包括两端封闭的灯管玻壳2，在灯管玻壳2的内壁上设有荧光粉层1，在灯管玻壳2的两端设有用钼、镍、钨等金属制作的内部冷电极4，在灯管玻壳2内充有氖、氩和汞组成的放电气体3，在灯管玻壳2的内表面上设有高二次电子发射材料介质层5，上述高二次电子发射材料介质层5为氧化镁层、氧化铝层或铝酸镁层，该高二次电子发射材料介质层5也可以是其它高二次电子发射材料，上述灯管玻壳2可以是直的，弯的，螺旋形或其它形状。

实施例2

一种可作为液晶背光源或照明用的高光效低工作电压外电极荧光灯管，包括两端封闭的灯管玻壳2，在灯管玻壳2的内壁上设有荧光粉层1，在灯管玻壳2的两端外表面上设有用石墨制作的外部电极4，在灯管玻壳2内充有充有氖、氩和汞组成的放电气体3，在灯管玻壳2的内表面上设有高二次电子发射材料介质层5，上述高二次电子发射材料介质层5为氧化镁层、氧化铝层或铝酸镁层，该高二次电子发射材料介质层5也可以是其它高二次电子发射材料，上述灯管玻壳2可以是直的，弯的，螺旋形或其它形状。

实施例3

一种用于制造上述高光效低工作电压外电极荧光灯管的制备工艺：取经过清洗干燥的两端开口的灯管玻壳，在其内表面用醋酸镁和有机溶剂混合成为浆料涂附后进行烘烤，醋酸镁和有机溶剂被分解，生成的氧化镁介质层附着在玻壳内表面上，再在灯管玻壳的内壁上设置荧光粉层1，将灯管玻壳的一端封闭，另一端的与一玻璃排气管相封接，通过排气管将管内气体排出并充入放电气体，切除排气管并封闭排气孔，最后在被封闭后的灯管玻壳两端用石墨乳制作放电电极，经烘烤后作为外部电极，上述灯管玻壳可以是直的，弯的，螺旋形或其它形状，由此制得的荧光灯管即为直的，弯的，螺旋形或其它形状，在本实施例中，将排气管与真空系统连接进行排气和充气；将由惰性气体和汞金属组成的混合气体作为放电气体充入灯管玻壳内；通过浆料的涂附、烧结的方法，将氧化镁二次电子发射材料置于灯管玻壳内表面，实现高二次电子发射材料介质层的制备。

Claims (10)

1、一种高光效低工作电压气体放电灯管，包括两端封闭的灯管玻壳(2)，在灯管玻壳(2)的两端上设有电极(4)，在灯管玻壳(2)内充有放电气体(3)，其特征在于在灯管玻壳(2)的内壁上设有最大二次电子发射系数比灯管玻壳材料高的高二次电子发射材料介质层(5)或荧光粉层(1)。

2、根据权利要求1所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于在灯管玻壳(2)的内壁上制作高二次电子发射材料介质层(5)，在介质层(5)上制作荧光粉层(1)；或将荧光粉层(1)制作在玻壳内壁，在荧光粉层(1)表面上设有高二次电子发射材料介质层(5)；或在玻壳内壁上制作的荧光粉层(1)中掺入高二次电子发射材料介质(5)。

3、根据权利要求1或2所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于所述的高二次电子发射材料介质层(5)为氧化镁层、或氧化铝层或铝酸镁层。

4、根据权利要求1所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于在气体放电灯管的两端所设的电极(4)，是电极在玻壳外的外电极或电极在玻壳内的冷阴极，或电极在玻壳内的热阴极。

5、根据权利要求4所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于在灯管玻壳(2)内的冷阴极或热阴极表面设有高二次电子发射材料介质层。

6、根据权利要求4所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于对于电极是在玻壳内的热阴极或冷阴极，将一对电极置于玻壳的同一端，两电极之间保持电隔离，玻壳的另一端封闭。

7、根据权利要求1或4所述的高光效低工作电压气体放电灯管，其特征在于其特征是仅在灯管两端靠近电极部分制作高二次电子发射材料介质层。

8、根据权利要求1所述的高光效低工作电压气体放电灯管的制备工艺，其特征在于放电气体(3)为惰性气体，或汞金属或卤素化合物气体，以及由它们组成的混合气体。

9、一种用于权利要求1所述高光效低工作电压气体放电灯管的制备工艺，其特征在于：取经过清洗干燥的灯管玻壳(2)，在灯管玻壳(2)内表面设高二次电子发射材料介质层(5)并在高二次电子发射材料介质层(5)上制作荧光粉层(1)，或先在灯管玻壳(2)内制作荧光粉层(1)，再在荧光粉层(1)上制作高二次电子发射材料介质层(5)，或将高二次电子发射材料与荧光粉材料混合后在玻壳上制作混合材料层；一对电极(4)放置在玻壳两端并与玻壳封接在一起，将玻壳一端与排气管(6)封接，通过排气管(6)将管内气体排出并充入放电气体(3)，封闭并切除排气管(6)。

10、根据权利要求9所述的高光效低工作电压气体放电管灯的制备工艺，其特征在于采用真空镀膜、或化学镀膜、涂附、印刷、烧结或金属氧化的物理或化学方法，使形成氧化镁、氧化铝或铝酸镁成份置于玻壳被表面或荧光粉层内表面或荧光粉层中；或采用高温烘烤后可以分解产生高二次电子发射系数介质材料(5)的化学浆料涂附在玻壳或荧光粉层内表面或荧光粉中，通过烘烤使该化学浆料分解为高二次电子发射材料，实现高二次电子发射材料介质层的制备。

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