CN1719576B - 介电阻挡式放电灯 - Google Patents

Abstract

一种介电阻挡式放电灯(1)，其包括：多个管状的放电容器，其具有大致相同的尺寸且具有主轴线，每一放电容器(10)封装填充有放电气体的放电容积(13)，该放电容器(10)布置成大致平行其主轴线且彼此相邻。该放电灯还包括：第一组互连的电极(16、18)和第二组互连的电极(16、18)，电极(16、18)借助至少一个介电层与该放电容积(13)隔离开，所述介电层中的至少一个是由该放电容器的壁构造成的，至少一个电极组的电极位于该放电容器之间。在一个实施例中，放电容器以方格形式彼此相邻，并且第一和第二电极组位于放电容器之间处于方格的空隙中。在另一实施例中，放电容器沿棱柱的母线彼此相邻布置。

Description

介电阻挡式放电灯

技术领域

本发明涉及一种介电阻挡式放电灯。

背景技术

绝大部分现今已知且可在市场上获得的低压放电灯是所谓的紧凑荧光灯。这些灯具有包含少量汞的气体填充物。由于汞是剧毒的物质，因此最近开发出新型的灯。一种具有前途的代替填充汞的放电灯的备选方案是所谓的介电阻挡式放电灯(简称为DBD灯)。除了不使用汞之外，其还提供了长寿命和启动时间非常短的优点。

例如在美国专利6060828中详细描述的，DBD灯的工作原理基于稀有气体(通常为氙)的气体放电。放电由一对电极保持，在电极之间具有至少一个介电层。频率在kHz范围内的几kV的交流电压施加在该电极对上。通常，具有第一极的多个电极结合成具有相反极的单个电极。在放电过程中，准分子(受激的分子)在气体中产生，并且当亚稳的准分子分解时发出电磁辐射。在与填充汞的荧光灯发光类似的过程中，准分子的电磁辐射由适当的荧光体转变成可见光。这种类型的放电还称为介电阻挡的放电。

如上所述，DBD灯必须具有至少一个电极组，其借助介电体与放电气体分隔开。已知的是，可使用放电容器的壁本身作为介电体。以这样的方式，可省去薄膜介电层。这是有利的，这是因为薄膜介电层对于制造而言是复杂的并且质量容易变差。已经提出了各种放电容器-电极的结构以便满足该要求。美国专利5994849披露了一种平面结构，其中放电容器的壁作为介电体。带有相反极性的电极彼此交替地定位。该组件具有以下的优点，从至少一个侧放电容积没有由电极覆盖，但是在电极之间的电场的大部分位于放电容器外侧。另一方面，平面的灯结构不能用于现有的绝大部分的设计成用于传统白炽灯的灯座和灯壳体。

美国专利6060828和5714835披露了适于传统的螺口灯座的大致柱形的DBD光源。这些灯具有在放电容积内的单个内电极，其在放电容器的外表面上由多个外电极包围。已经发现这种电极结构不能提供足够均匀的光，这是因为在较大的放电容积内放电往往是不均匀的。特定的容积部分实际上完全没有有效的放电，特别是远离两个电极的容积部分。

美国专利5763999和申请公开号为US2002/0067130A1的美国专利披露了带有细长且环形的放电容器的DBD光源。该环形的放电容器是大致双壁的柱形容器，其中放电容积限制在两个直径不同的同心的柱体之间。第一组电极由环形放电容器包围，以便第一组电极位于小的柱体内，而第二组电极位于放电容器的外表面上，即位于较大柱体的外侧上。

这种已知的组件具有灯的形状接近传统的白炽灯和最近的荧光灯的优点。另外，没有电极组需要与放电容器的任何特别的绝缘，这是因为放电容器的壁提供了稳定且可靠的绝缘。然而，放电容器的环形形状导致出现制造问题，外电极在视觉上是不希望的，并且即使放电容器由另一外透明封壳覆盖也能看见该外电极。

美国专利6049086披露了一种DBD照射器，其包括多个平行布置的充气管.该充气管用作放电管，并且电极放置在充气管之间，因此充气管的壁作为介电体.这种已知的照射器用作高功率的平面UV(紫外线)光源，并且已经部分地提出了这种组件以便使得冷却流体在充气管附近流动或直接接触该充气管.然而，并没有提出布置该充气管以便形成大致柱形的光源主体，并且没有提出与通常的白炽灯或荧光灯光源相似.

因此，存在提供一种具有改进的放电容器-电极结构的DBD灯结构的需要，其几乎不影响灯的美观外形。还存在提供一种改进的放电容器-电极结构的需要，其确保在可获得的放电容积内电场和放电是均匀的且强烈的，并由此大致有效地利用灯的整个容积。希望提供这样的一种DBD灯，除了具有改进的放电容器-电极结构之外，其在制造上较简单，并且不需要昂贵的电极的薄膜介电层绝缘以及相关的复杂的制造设施。另外，希望提供一种放电容器结构，依据所使用的放电气体、激励电压、频率、和激励信号形状的特征，其可容易地支承不同类型的电极组结构。

发明内容

在本发明的一方面的实施例中，提供了一种介电阻挡式放电灯，其包括：多个管状的放电容器，其具有大致相同的尺寸且具有主轴线。每一放电容器封装填充有放电气体的放电容积。该放电容器布置成大致平行其主轴线且彼此相邻。该放电灯还包括：第一组互连的电极和第二组互连的电极，并且该电极借助至少一个介电层与该放电容积隔离开。所述介电层中的至少一个是由该放电容器的壁构造成的。至少一个电极组的电极位于该放电容器之间。

在本发明的另一方面的实施例中，提供了一种介电阻挡式放电灯，其包括：多个管状的放电容器，其具有大致相同的尺寸且具有主轴线。每一放电容器封装填充有放电气体的放电容积。该放电容器布置成大致平行其主轴线且以栅格形式彼此相邻。该放电灯还包括：第一组互连的电极和第二组互连的电极，并且该电极借助至少一个介电层与该放电容积隔离开。所述介电层中的至少一个是由该放电容器的壁构造成的。第一和第二电极组位于放电容器之间处于栅格的间隙空隙中。

在本发明的另一方面的实施例中，提供了一种介电阻挡式放电灯，其包括：多个管状的放电容器，其具有大致相同的尺寸且具有主轴线。每一放电容器封装填充有放电气体的放电容积。该放电容器布置成大致平行其主轴线且沿棱柱的母线彼此相邻。该放电灯还包括：第一组互连的电极和第二组互连的电极，并且该电极借助至少一个介电层与该放电容积隔离开。所述介电层中的至少一个是由该放电容器的壁构造成的。

所披露的DBD灯确保了可用的灯容积分成多个较小的放电容积。这些较小的放电容积具有大致相同的尺寸和形状，并且它们的电极布置也大体相似。因此，所有的放电容积展示出非常相似的辐射特征。多个管的布置允许电极间隔布置，因此电场的场力线延伸到放电容积中，并且该灯可高效地工作。如果需要，电极可位于放电容器之外，但是实际上不覆盖该灯的外表面。另外，不需要用于电极的密封的引入线或任何介电体覆盖的薄膜层。该灯可提供均匀且均质的容积放电，且提供了较大的发光表面。

附图说明

参照以下附图来描述本发明，在附图中：

图1是介电阻挡式放电灯的侧视图，其中大致管状或柱形的封壳封装多个管状放电容器；

图2是图1所示的灯的放电容器和封壳的截面图；

图3是DBD灯的另一实施例的放电容器和封壳的截面图，其中放电容器的布置与图1所示的相似；

图4示出了放电容器和电极的布置，其示出了沿图3的IV-IV平面截取的放电容器束；

图5是DBD灯的另一实施例的放电容器和封壳的截面图，其中的放大局部示出了电极和单个放电容器；和

图6示出了不同电极布置的封壳和放电容器的另一实施例，其与图5所示的相似。

具体实施方式

参照图1，其示出了低压放电灯1。该灯是介电阻挡式放电灯(以下称为DBD灯)，其具有封装多个放电容器10的外封壳2。在所示的实施例中，外封壳2以及放电容器10是大致柱形的。放电容器10和外封壳2由灯头3以机械方式支承，该灯头还保持灯1的触点端子4、5，以便与标准的螺口灯座相对应。灯头还容纳仅示意地表示的交流电源7。该交流电源7是已知类型的且不需进一步描述，其输送交流频率为50-200kHz的交流电压1-5kV。DBD灯的电源的工作原理例如披露在美国专利5604410中。如图1所示的实施例，通风槽口6还可设置在灯头3上。

以下参照图2-4来描述在DBD灯1的外封壳2内的放电容器10的结构和几何布置。

图2和3示出了沿图1的平面II截取的灯1的截面的两个可能的实施例。从中可以看出，外封壳2封装多个管状的放电容器10，放电容器具有大致相同的尺寸。放电容器10布置成束，平行它们的主轴线且彼此相邻。在图2和3所示的优选实施例中，放电容器10布置成六方格方式(与蜂窝图案相似)。六方格布置是优选的，这是因为与其它的周期点阵格例如四方格相比，六方格具有较高的填装密度。这意味着封壳2的有用容积以该方式最有效地被填充。当封壳2只封装较少数量的例如7个的放电容器10时，这是所希望的，因此封壳2的表面也较靠近内容积部分，并且甚至这些放电容器可有效有助于不直接邻近封壳2的光输出。

每一放电容器10封装放电容积13，其填充有放电气体。放电容器10是大致管状的，在所示的实施例中它们是柱形，但是也可选择其它的适当的截面。例如，使用具有大致正方形截面且拐角修圆的管状放电容器可获得更高的填装密度，以便留出用于电极的空间。在所示的实施例中放电容器10可由玻璃制成。如图4所示，在放电容器10的一个端部12处可以看到排气管的残留部分。排气管被熔接以便封口，由此密封在放电容器10内的放电容积13。

尽管封壳2提供了将成束的放电容器10夹紧在一起的特定装置，但是考虑到放电容器10的机械特性，所希望的是提供另一固定或夹紧装置。例如，放电容器10可用适当的且优选为透明的胶例如GE SiliconIS-5108胶粘在一起。或者，衬垫层例如透明的塑料箔可设置在放电容器10的接触表面22之间和/或在外封壳2之间。如果不使用胶，还可使用适当的弹性夹紧机构，例如橡胶或软塑料带，以便保持放电容器10彼此紧密接触。

在灯1中的放电容器10的数量可依据灯1的尺寸或所需的功率输出来改变。例如，7个、19个、或37个放电容器10可形成六方格块。所选择的数量取决于多个因素。其中一个因素是放电容器10的壁厚，其还影响放电的特性，以及放电容器10的机械强度。这些因素是要求对立的，这是因为薄壁是高效放电所需(该壁作为介电体，以下将描述)，而较厚的壁是具有足够的机械稳定性所需的。对于放电容器10的壁厚的可接受的折衷范围大约为0.4-0.8毫米，优选为0.5毫米，当放电容器的直径在5-15毫米之间，优选为8-10毫米。

介电阻挡式放电(也称为以介电方式阻止的放电)是有第一组互连电极16和第二组互连电极18产生的。术语“互连”指的是电极16和18具有共同的电势，即它们彼此连接成组，如图4所示。为了确保更好地示出两个电极组，在附图中电极16是白色的，电极18是黑色的。

在图2所示的实施例中，相对组的两个相邻电极之间的最小距离是大约3-5毫米。该距离还称为放电间隙，并且其数值还影响在放电容器10内的放电过程的总体参数。

在另一方面，电极16和18由放电容器10的壁与放电容积13隔离开。具体地说，正是内管状部分的壁作为介电层。如图2所示，第一组电极16和第二组电极18位于放电容器10外部。在此，属于“外部”指的是电极16和18位于由放电容器10封装的密封容积13的外侧。这意味着电极16和18由薄的介电层不仅与放电容积13分隔开，而且在实际上正是与放电容积13分隔开的放电容器10的壁，即对于两个电极组16和18而言，放电容器10的壁作为介电阻挡式放电的介电层。因此，所希望的是使用较薄的壁。在玻璃壁与电极之间不需要另一介电层，或不需要覆盖电极的介电层，尽管使用这种介电体不排除在特定的实施例之外，如图6所示。

如图2和3所示，第一电极组和第二电极组的电极16和18布置在六方格的间隔空隙20中。在图2所示的实施例中，在每一间隔空隙20中设置有一个电极，并且具有相同数量的正电极和负电极。这意味着电极16和18如此布置，即与一组相关的一个电极被与另一组相关的三个电极包围。同时，每一电极借助介电体(放电容器10的接触壁部分22)与极性相反的最近的电极分隔开。另外，平均而言对于每一放电容器具有一个电极对。以这样的方式，电极16和18沿放电容器10的周边大致均匀地分布且彼此交替。然而，在该结构中，(在极性相反的两个最近电极之间的)最强电场的场力线仅经过放电容器10的周边，尽管在放电容器10内气体的激励更均匀。

因此，在如图3所示的另一优选实施例中，电极如此布置，即与第一组相关的电极16由六个与第二组相关的电极18包围，同时与第二组相关的电极18由三个与第一组相关的电极16包围。由此可看出，阳极的数量是阴极数量的一半。每两个间隔空隙20是空的，并且电极的总数大致等于放电容器10的数量。以这样的方式，每一对相反的电极16、18由两个接触壁部分22分隔开，而不是由一个接触壁部分22分隔开，同时最强电场的场力线在电极之间更好地穿过放电容器10。

第一组电极16和第二组电极18形成为细长的导体。例如，这些细长导体可由沿放电容器10的主轴线延伸的金属条或金属带形成。这些电极可通过任何适当的方法施加到一些或所有的放电容器10的玻璃表面上，例如将薄箔条刷镀印刷或胶粘到玻璃表面上。然而，电极16、18可由细金属丝形成，如图所示的实施例。

为了提供可见光，放电容器10的内表面15涂覆有荧光体层25(在图2-4中未示出)。该荧光体层25在密封的放电容积13内。荧光体层还可涂覆在柱形封壳2的内表面21上。在任何的情况下，封壳2优选为不是透明，而是半透明的。以这种方式，在封壳2内较薄的电极16、18刚刚可以被觉察到，并且灯1还提供了更均匀照明的外表面。

图5和6示出了DBD灯的另一实施例的放电容器布置，其截面图与图2和3相似。在此，放电容器10沿棱柱的母线布置，在所示的实施例中是柱体。圆形对称的棱柱的使用是优选的，以便具有均匀的光分布。当封壳2的直径明显大于管状放电容器10的直径时，这种布置是适当的，因此内放电容器不明显有助于光输出。实际上，将放电容器10围绕内柱体30彼此接近地定位，从而可实现圆形对称的布置，以便柱形的放电容器0的主轴线保持平行内柱体30的中心轴线(垂直于图5和6的图面)。内柱体30可由任何适当的材料制成，例如玻璃或塑料。该内柱体30的主要功能在于，放电容器10的机械支承，以便放电容器10限定在外柱形封壳2与内柱体30之间的环形容积32内。

如图5和6所示，最优选的是，内柱体30是中空的，其内容积34可用于各种用途。例如，如图5所示，内柱体30的内容积34可以容纳交流电源7，由此灯头3的容积可最小化。并且整个灯1的总体尺寸大致由封壳2来确定。在这种情况下，内柱体30的内表面35可具有导电层36，以便屏蔽来自交流电源7的电磁噪音。或者，内柱体30本身可由导电材料构造成。

在图5所示的DBD灯的实施例中，一个电极组的电极18位于放电容器10之间，而另一个电极组的电极16位于相关的放电容器10与内柱体30之间。这种布置在图5的放大部分中可清楚地看出。这种布置的优点在于，所有的电极18从与外封壳2直接相邻的位置回撤，因此实际上透过半透明的封壳2是看不到电极18。同时，电场33的场力线经过放电容器10的内部，由此有助于加强放电。

与图2和3所示的实施例相似，荧光体层25可涂覆在放电容器10的内表面15上。这种荧光体层25的组分是本领域已知的。该荧光体层25在放电容器10密封之前施加到放电容器的内表面上。还可用相似的荧光体层涂覆外封壳2的内表面21，尽管在这种情况下放电容器10必须在紫外线范围内是基本上不吸收光的，否则会降低灯的功效。或者，如图6所示的实施例，内柱体30的外表面17可涂覆有在紫外或可见光波长范围内或两者范围内反射光的反射层24。这种反射层24还提高了灯1的发光效率。

在如图6所示的实施例中，与一个电极组相关的电极16位于放电容器10和内柱体30之间，而与另一个电极组相关的电极18位于放电容器10内。在这种情况下，可在放电容器10内用第二介电层38来提供电极18，如图6所示。

在所示的所有实施例中，优选的是，通常在制造的角度来看放电容器10的壁厚应当大致恒定，并且确保在放电容器10内沿其整个长度的均匀放电。

最后，必须注意，在放电容积13内介电阻挡式放电的电场和效率的参数还取决于大量的其它因素，例如激励频率、激励信号形状、气体压力和组分等等。这些因素是本领域公知的，并且不形成本发明的一部分。

所披露的电极-放电容器布置具有许多优点.首先，管状薄壁的放电容器10比具有较大内表面的放电容器且在放电容器内带有介电层的结构更容易制造.在管状放电容器10之间的空隙非常适于设置电极，这是因为电场的场力线将穿过放电容积.另一方面，即使在单个放电容积13内放电过程和由此产生的发光不均匀或不足够均匀，仍然可确保该灯的总体均匀的光输出和整个视觉外观，这是由于在封壳2中每一放电容器10大致相同地工作.

本发明不限于所示和所述的实施例，而且其它的方面、改进、和变型仍在本发明的范围内。例如，对于本领域普通技术人员明显的是，大量的其它形式的封壳2适用于本发明的用途，例如该封壳可具有三角形或正方形截面。管状放电容器的整个截面不必限定为圆形(也不限定为柱形)，例如它们可采用三角形或矩形或简单四边形。相反地，放电容器可布置成各种方格，例如正方格(立方格)或非周期性的点阵格，尽管优选实施例使用具有大致相同形状且尺寸均匀的周期点阵格的放电容器。另外，电极的形状和材料可改变，不仅是单个电极，而且一个或多个电极对可设置在每一放电容器的放电容积中。

部件表

1灯

2外封壳

3灯头

4、5端子

6通风槽口

7交流电源

10放电容器

12端部

13放电容积

15内表面

16电极

17外表面

18电极

20间隙空隙

21内表面

22接触表面

24反射层

25荧光体层

30内柱体

32环形容积

34内容积

35内表面

36导电层

38介电层

Claims (10)

1.一种介电阻挡式放电灯(1)，其包括：

a)多个管状的放电容器，其具有大致相同的尺寸且具有主轴线，每一放电容器(10)封装填充有放电气体的放电容积(13)，该放电容器(10)布置成大致平行其主轴线且彼此相邻；

b)第一组互连电极(16)和第二组互连电极(18)，所述第一组互连电极(16)和所述第二组互连电极(18)借助至少一个介电层与该放电容积(13)隔离开，所述介电层中的至少一个是由该放电容器的壁构造成的，所述第一组互连电极(16)和所述第二组互连电极(18)中的至少一个位于该放电容器(10)之间。

2.如权利要求1所述的灯，其特征在于，该放电容器(10)限定在大致柱形的封壳(2)内。

3.如权利要求1所述的灯，其特征在于，该放电容器布置成六方格形式。

4.如权利要求3所述的灯，其特征在于，所述第一组互连电极(16)和所述第二组互连电极(18)布置在该六方格的间隙空隙中。

5.如权利要求1所述的灯，其特征在于，该放电容器(10)沿棱柱的母线布置。

6.如权利要求5所述的灯，其特征在于，该放电容器(10)限定在柱形外封壳(2)与内柱体(30)之间位于环形容积(32)内。

7.如权利要求6所述的灯，其特征在于，内柱体(30)包含交流电源。

8.如权利要求6或7所述的灯，其特征在于，所述第二组互连电极(18)位于放电容器之间，而第一组互连电极(16)位于相关的放电容器(10)与内柱体(30)之间。

9.如权利要求6或7所述的灯，其特征在于，所述第一组互连电极(16)位于放电容器(10)之外，而第二组互连电极(18)位于放电容器(10)内。

10.如权利要求1所述的灯，其特征在于，所述第一组互连电极(16)和所述第二组互连电极(18)形成为细长的导体，其大致平行放电容器(10)的主轴线延伸。

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