CN1744275A - 电介质阻挡层放电灯 - Google Patents

Abstract

一种电介质阻挡层放电灯(1)包括具有主轴(6)的放电容器(2)，该放电容器封闭着充满放电气体的放电容积，还包括被所述主轴(6)横切的端部。至少一个第一类型的电极(3)和至少一个第二类型的电极(4)位于该灯内。所述一个类型的电极和所述另一个类型的电极被通以电流以分别用作阴极和阳极。所述电极基本上是直线形伸长的电极，其具有的纵轴基本上平行于所述放电容器(2)的主轴(6)。所述电极(3，4)设置在所述放电容积内。所述至少一个类型的电极(3)被电介质层(5)与所述放电容积隔离开；其中电极(3，4)还可成组地设置在所述放电容积内，每一个组包括所述第一类型的一个电极(3)和所述第二类型的至少一个电极(4)。

Description

电介质阻挡层放电灯

技术领域

本发明涉及一种电介质阻挡层放电灯。

背景技术

目前已知的和商业上可得到的低压放电灯大部分是所谓的紧凑型荧光灯。这些灯填充有包含少量汞的气体。由于汞是极其有毒的物质，因此最近已经研制出各种新型灯。一种代替充汞荧光灯的极具前景的选择是所谓的电介质阻挡层放电灯(简称DBD灯)。除可以消除汞外，这种电介质阻挡层放电灯还可以提供长寿命和可忽略的预热时间的优点。

正如在例如美国专利US6,060,828中所详细描述的，DBD的工作原理基于的是惰性气体(典型为氙)内的气体放电。这种放电通过一对电极来维持，至少一个电介质层位于该对电极之间。具有频率在kHz范围内的几kV的电压施加在该电极对上。通常，具有第一极性的多个电极与具有相反极性的单个电极相联合。放电期间，在气体内产生受激准分子(受激分子)，并且当亚稳态的受激准分子分解(dissolve)时发出电磁辐射。这些受激准分子的电磁辐射被适当的发光材料经过类似于在充汞荧光灯中发生的物理过程转化成可见光。这种类型的放电也称作电介质阻碍放电。

如上所述，DBD灯必须具有至少一个电极组，该至少一个电极组用电介质与放电气体分开。已知的是可以利用放电容器的壁本身作为电介质。这样，可以避免薄膜电介质层。从而这是有利的，因为薄膜电介质层难以制作而且易于恶化。已经提出多种放电容器电极结构来满足这样的要求。美国专利US5,994,849披露了一种平面结构，其中放电容器的壁用作电介质。具有相反极性的电极彼此交替地设置。这种配置所具有的优点在于电极不会从至少一侧覆盖着放电容积，而被用来在电极之间设立电场的能量的大部分却可以从放电容器消散。但是，另一方面，平面灯的结构不能被用在为传统白炽灯泡而设计的大多数现有的灯座和灯罩内。

美国专利US6,060,828和US5,714,835披露了基本为圆柱形的DBD光源，该光源适合用于传统的拧入式灯座。这些灯在放电容积内具有单个内电极，该放电容积在放电容器的外表面上被几个外电极环绕。已经发现，这样的电极结构并不提供充分同质的光，因为在相对较大放电容积内的放电易于变得不均匀。而且，某些容积部分实际上完全没有产生有效的放电，特别是远离两个电极的那些容积部分。

美国专利US6,777,878披露了具有伸长电极的DBD灯结构，这些伸长电极设置在圆柱形放电容器的壁的内部上并用电介质层覆盖。在这种结构中，这些电极彼此之间具有相对大的距离，因而需要极高的电压来启动点火。为了克服冷启动的困难，建议在伸长圆柱形放电容器的一端处设置外金属环。然而，尽管这种灯结构属于具有传统伸长圆柱形的DBD灯组，但是却不能用作白炽灯的替代品。

相应地，就需要一种具有改进放电容器电极结构的DBD灯结构，使得点火容易启动并易于保持有效，同时不需要高的工作电压。另外，还需要一种改进的放电容器电极结构，其能够确保有用放电容积内的电场和放电是同质且强烈的，从而基本上使灯的整个容积可以被有效地使用。因此，期望提供一种DBD灯，除具有改进的放电容器电极设置外，该灯可以相对简单地制造。而且，期望提供一种放电容器电极结构，根据所用放电气体、激发电压、频率以及激发信号形状的性质，该放电容器电极结构可以很容易地支持不同类型的电极组结构。另外，为了提供较高的亮度和效率，所提出的电极配置应当将电极的自屏蔽效应降至最小。

发明内容

在本发明的一个例举性实施方案中，一种电介质阻挡层放电灯包括具有主轴的放电容器，该放电容器封闭着充满放电气体的放电容积。该放电容器还包括被所述主轴横切的端部。至少一个第一类型的电极和至少一个第二类型的电极位于该灯内。所述一个类型的电极被通以电流以用作阴极，所述另一个类型的电极被通以电流以用作阳极。所述电极基本上是直线形伸长的电极，其具有的纵轴基本上平行于所述放电容器的主轴。所述电极设置在所述放电容积内。所述至少一个类型的电极被电介质层隔离开所述放电容积。

在本发明另一方面的例举性实施方案中，一种电介质阻挡层放电灯包括具有主轴的放电容器，该放电容器封闭着充满放电气体的放电容积。该放电容器还包括被所述主轴横切的端部。第一类型的电极和第二类型的电极位于所述灯内。所述一个类型的电极被通以电流以用作阴极，所述另一个类型的电极被通以电流以用作阳极。所述电极基本上是直线形伸长的电极，其纵轴基本上平行于所述放电容器的主轴。所述这些电极成组地设置在所述放电容积内，所述组的每一个包括所述第一类型的一个电极和所述第二类型的至少一个电极。所述至少一个类型的电极被电介质层隔离开所述放电容积。

本发明所公开的这种DBD灯比现有技术具有以下几个优点。可以确保全部使用可用的放电容积来容纳两种类型的电极(阴极和阳极)，并且没有任何其它的元件设置在放电容器内，从而不会减少有用的放电容积并且不会引起某种屏蔽效应。不同类型的电极设在放电容器内并且彼此平行的这种设置将能够使用输出具有kHz范围内频率的1-5kV出射电压的电源。电场的力线的密度大体上比已知传统的采用外部电极的传统灯结构的要高。依照本发明的灯可以高效率地工作。除此之外，这种灯还可以提供均匀同质的容积放电，以及较大的照明表面。

附图说明

参看所附的视图将说明本发明进一步的细节和优点，在附图中：

图1是具有封闭着不同类型的两个电极的圆柱形放电容器的电介质阻挡层放电灯的横截面顶视图；

图2是具有图1所示圆柱形放电容器的电介质阻挡层放电灯的横截面侧视图；

图3是具有不同放电容器和电极设置的DBD灯的另一个实施方案的横截面顶视图；

图4是具有图3所示平坦放电容器的DBD灯的横截面侧视图；

图5具有封闭着四个电极的圆柱形放电容器的DBD灯的另一个实施方案的横截面顶视图；

图6是具有封闭着四个电极的圆柱形放电容器的DBD灯的又一个实施方案的横截面顶视图；

图7是具有封闭着一个电极阵列的圆柱形放电容器的DBD灯的再一个实施方案的横截面顶视图；

图8是具有封闭着一个电极阵列的圆柱形放电容器的DBD灯的另一个实施方案的横截面顶视图；

图9具有相同类型的电极彼此互连并连接在电源上的电极设置的示意性侧视图。

参考数字列表：

1灯

2放电容器

3(第一类型)电极

4(第二类型)电极

5电介质层

6主轴

7电源

8导体

9导体

10电源电压

a(电介质层的)厚度

A(两个电极之间的)距离

d(电极的)直径

具体实施方式

现在参看图1和2，示出低压放电灯1的示意性视图。该灯是电介质阻挡层放电灯(以下也称作DBD灯)，该放电灯具有的单个放电容器2也用作DBD灯的外壳。放电容器2封闭着充满放电气体的放电容积。放电容器的壁上可以涂覆发光层，以将受激气体发出的短波辐射转换成可见光。在所示的实施方案中，放电容器基本为圆柱形，并由透明材料制成，该透明材料可以是软玻璃或硬玻璃，或者可以是对灯发出的波长透明的任何陶瓷材料。为保持较高安全性的原因，还可以采用一单独的外部外壳(未示出)，该单独的外部外壳可以由与放电容器相同的材料制成，或者可以由对灯发出的波长透明的任何塑料材料制成。放电容器2和外部的外壳(如果使用的话)由灯座(未示出)机械支撑，该灯座还容纳着灯1的接触端点，灯座可以是标准的插入式、拧入式或卡口灯座。灯座还可以装有输出50-200kHz频率的1-5kV电压的已知类型的电源，其详细内容不必在此加以说明。用于DBD灯的电源的工作原理例如披露在美国专利US5,604,410中。

在放电容器2的内部，两个不同类型的电极3和4设置得基本彼此平行，并且基本平行于放电容器2的主轴6。这些电极被电源(未示出)通以电流，以用作阳极和阴极。这两个电极都被引导穿过放电容器的同一个端部，从而提供电极与电源之间较方便的连接。该两个电极中的一个被电介质层5与放电容积隔开。由于DBD灯的工作原理，在不同类型的电极之间必须有电介质隔离层，该电介质隔离层可以避免形成连续电弧。为此，用图1和2所示的电介质层可足以隔离该两个电极中的一个。作为电介质层，任何具有足够高电介质常数并且可以与电极和放电容器结合起来的材料都可以使用。为了沿电极提供同质放电，电介质层沿着放电容器内的电极具有相同的厚度a。电介质层的厚度应当保持得尽可能低，可以大约为0.25mm。若用作电介质层的材料和放电容器的材料相同，则在放电容器的馈通区域内比较容易提供气密封。

在该提出的实施方案中，这些电极是由良好的导体材料如银或铜制成的直线形伸长的棒状导线。电极的直径d优选为大约1mm。也可以使用管状电极，以减少制造电极所用的材料和重量。平行电极3和4之间的距离A并不严格要求，但是随着该距离的增加，激励电压的大小也随着增加。对于2-5kV的激励电压，已经发现2mm和5mm的电极距离A是合适的。为了使激励电压不超出3kv的限制，不同类型的相邻电极3和4之间的距离A不应超过3mm。该电极距离也称作放电间隙，其值影响着放电容器2内放电过程的一般参数。

图3和4示出具有不同放电容器电极结构的DBD灯。在放电容器2的内部，不同类型的两个电极3和4设置得基本上彼此平行，并且平行于放电容器2的主轴6。这些电极被电源(未示出)通以电流，以用作阳极和阴极。这两个电极被引导穿过放电容器相对的端部，从而提供在端部的馈通区域处较方便地将电极固定到放电容器上。与图1和2不同，在图3和4示出的这个实施方案中，该两个电极都被电介质层5与放电容积隔离开。如上所述，也可以不必要向该两类电极都施加电介质层，但是当在放电容器的馈通区域内形成气密封时这可能是有利的。与第一实施方案的另一个不同之处在于该放电容器具有带有略圆形角区域的矩形横截面。这种放电容器配置可以用来提供更加同质分布的电场，同时还可以在放电容器2内提供更加同质的气体激发。已经发现，通过增加电极的数目，可以提高电场的同质性，并因而提高放电分布的同质性。接下来的实施方案示出具有至少一种类型的一个电极的不同电极配置。

在图5和6中，示出具有不同类型的四个电极的DBD灯。在图5示出的实施方案中，有第一类型的一个电极3(阳极/阴极)和围绕着该第一类型电极的第二类型的三个电极4(阴极/阳极)。若第二类型的这些电极4与第一类型的电极3之间的距离不同，则放电在彼此相邻设置的不同类型的电极之间产生。若第二类型的这些电极4与第一类型的电极3之间的距离相同，则放电在第一类型的电极3与第二类型的电极4之间随机产生，由此在放电容器内提供更加同质的放电分布。为了在所有电极3和4之间产生放电，还很重要的是这些电极的参数(厚度，长度，电介质隔离)应当相同。在这种配置中，四个电极构成一个组，每次只有一对有效的电极产生放电。在图6示出的实施方案中，在放电容器2内有第一类型的两个电极(阳极/阴极)和第二类型的两个电极(阴极/阳极)。在这种配置中，两个不同类型的电极构成一组(对)电极，只有一个电极分配给两种类型中的一个，从而可以同时(在每个激发间隔内)确立两个放电路径。根据可以同时产生两个放电路径这样的事实，相对于图5所示具有相同数目电极的实施方案，这种配置的亮度可以加倍。如果一对电极之间的距离小于各对电极之间的距离，则将形成两个恒定的放电路径。然而，如果该四个电极配置在正方形的四个拐角点处，如图6所示，例如一对电极之间的距离与各对电极之间的距离相同，则将形成可以产生更加同质气体激发的放电路径。

如果在放电容器内使用几组电极的电极阵列，则可以获得更好亮度的DBD灯。在这样的位于放电容器内的几组电极阵列中，同时放电(concurrentdischarge)路径的数目等于阵列内组的数目。每组包括第一类型的一个电极(阳极/阴极)和第二类型的至少一个电极(阴极/阳极)。若一组电极内各个电极之间的距离不同，则放电发生在彼此相邻设置的不同类型的电极之间。若不同类型的电极之间的距离相同，则放电随机发生在第一类型的电极与第二类型的电极之间，由此在放电容器内部提供更加同质的放电分布。为了在每个电极之间产生放电，还很重要的是这些电极的参数(厚度，长度，电介质隔离)应当相同。

第二类型的电极可以设置成二维周期点阵，第一类型的电极可以设置在点阵区格中间。在图7和8所示的优选实施方案中，电极设置成六角点阵(类似于蜂窝图案)。六角形的设置是优选的，因为六角点阵与其它周期点阵例如方形点阵相比具有相对高的填充密度。这意味着放电容器2的有用容积可以以这种方式进行最有效地填充，至少在当希望将(∑iVi)/Ve比最大化时，其中Vi是第i个电极的容积，Ve是放电容器2的容积。

放电容器2内的电极3和4的数目可以根据灯1的尺寸或期望的功率输出而变化。例如，七个，十九个或三十七个电极可以形成六角形块。

电介质阻挡层放电(也称作电介质阻碍放电)由第一组互连的电极3和第二组互连的电极4产生。术语“互连”指的是电极3和4位于共同的电势上，即在一组内它们彼此相连，如图9所示。第一类型的电极3其末端彼此相连，并经由导体8与电源7的一个端子相连，第二类型的电极4其末端彼此相连，并经由导体9与电源7的另一个端子相连。电源7连接到电源电压10上。为了确保对该两个电极组更好地观察，在附图中，第二类型的电极4(阴极/阳极)为白色，而第一类型的电极3(阳极/阴极)为黑色。相同类型的电极可以在放电容积内部或放电容积外部进行互连。不同类型的电极可以在放电容器相同的端部被引导穿过放电容器。放电容器的端部被主轴横切。另外，还可以使第一类型的电极在放电容器的第一端部被引导穿过放电容器，而第二类型的电极在与该第一端部相反的第二端部被引导穿过放电容器。

在图7所示的实施方案中，不同类型的两个相邻电极之间的距离大约为3-5mm。该距离也称作放电间隙，其值也影响着放电容器2内放电过程的一般参数。

如图7和8所示，第一类型和第二类型的电极3和4都设置在六角点阵的阵点上。在图7所示的实施方案中，第二类型的六个(三个在拐角点上)电极包围着第一类型的一个电极。在这种配置中，不同类型的电极的数目是不同的。该六角点阵由13个第一类型的电极和24个第二类型的电极总共37个电极形成。从而，这意味着在激发13期间，同时并且独立的放电路径可以在这些电极之间形成，由此提供更加良好的亮度和高输出的光强度。

在图8所示的实施方案中，在一行内仅有相同类型的电极，交替类型的电极位于相邻的行内。在这种配置中，不同类型的电极的数目是类似的。这种六角点阵由20个第一类型的电极和17个第二类型的电极总共37个电极形成。从而，这就意味着在激发17期间，同时并且独立的放电路径可以在这些电极之间形成，由此提供更加良好的亮度和更高输出的光强度。

为了提供可见光，将放电容器2的内表面15覆盖发光材料层(未示出)。作为发光材料，本领域公知的许多含磷化合物和混合物都可以使用，因此在此不必详细说明。发光层将受激准分子去激的UV辐射转换成可见光。

该发光层可以涂敷在放电容器2的内壁或外壁上。如果在放电容器周围设置单独的外壳，则发光层还可以覆盖着该单独外壳的内表面。在任何情形下，外壳都优选为不透明而仅是半透明的。这样，放电容器2内相对薄的电极3和4仅仅是可以看得见的，并且灯1还可以提供更加均匀的照明外表面。当然，也可以用发光层覆盖放电容器或外壳的外表面，但是在这样的情形中放电容器2必须在UV范围内基本是不吸收的，否则灯将会具有很低的效率。

在所示的所有这些实施方案中，优选的是，从制造的视点来看，电介质层5的壁厚基本上是恒定的，并且确保在放电容器2内沿电极全部长度有着均匀的放电。电介质层的厚度必须保持得尽可能的低，可以为大约0.25mm。

最后，必须注意的是，放电容器内电场的参数和电介质阻挡层放电的效率还取决于一些其它的因素，例如激发频率，激发信号形状，气压和成份，等等。这些因素在本领域是公知的，并不构成本发明的一部分。

本发明提出的这种电极放电容器配置具有下面一些优点。首先，一个放电容器2可以比多个薄壁、弯曲的放电容器更加有效地制造。其次，可以在放电容器内使用相对多数目的电极，以在每一次都提供大量的微放电，由此产生同质分布的放电和高亮度的DBD灯。

本发明并不限于所示和所公开的各个实施方案，其它的元件、改进和改变也应当包含在本发明的范围内。例如，对于本领域的熟练人员，很明显许多其它形式的放电容器2或外壳可以应用于本发明的目的，例如，外壳可以具有三角形、方形或六角形的横截面。因而，这些电极可以设置成各种类型的点阵，例如方形(立方形)或非周期点阵，然而，这些实施方案优选采用具有基本相同形状、均匀尺寸的电极的周期性点阵。同时，电极的材料也可以改变。

Claims (10)

1.一种电介质阻挡层放电灯，包括：

a)具有主轴(6)的放电容器(2)，该放电容器封闭着充满放电气体的放电容积，该放电容器还包括被所述主轴(6)横切的端部；

b)至少一个第一类型的电极(3)和至少一个第二类型的电极(4)，所述一个类型的电极被通以电流以用作阴极，所述另一个类型的电极被通以电流以用作阳极，所述电极(3，4)基本上是直线形伸长的电极，其纵轴基本上平行于所述放电容器的主轴(6)；

c)所述电极(3，4)设置在所述放电容积内；以及

d)所述至少一个类型的电极(3)被电介质层(5)与所述放电容积隔离开。

2.如权利要求1所述的灯，其中所述电极(3，4)成组地设置在所述放电容积内，所述组的每一个包括所述第一类型的一个电极(3)和所述第二类型的至少一个电极(4)。

3.如权利要求2所述的灯，其中在所述各个电极组内，所述第二类型的电极(4)相对于所述第一类型的电极(3)隔开相等的距离。

4.如权利要求3所述的灯，其中所述第二类型的电极(4)设置成二维周期点阵，所述第一类型的电极(3)设置在所述点阵区格的中间。

5.如权利要求4所述的灯，其中所述第二类型的电极(4)设置成六角点阵，所述第一类型的电极(3)设置在所述六角点阵区格的中间。

6.如权利要求1所述的灯，其中相同类型的电极在所述放电容积内互连。

7.如权利要求6所述的灯，其中不同类型的电极在相同的端部被引导穿过所述放电容器。

8.如权利要求6所述的灯，其中所述第一类型的电极在第一端部被引导穿过所述放电容器，所述第二类型的电极在相反于所述第一端部的第二端部被引导穿过所述放电容器。

9.如权利要求1所述的灯，其中所述放电容器包括形成外壳的透明材料壁，所述壁覆盖有发光层。

10.一种电介质阻挡层放电灯，包括：

a)具有主轴(6)的放电容器(2)，该放电容器封闭着充满放电气体的放电容积，该放电容器还包括被所述主轴(6)横切的端部；

b)第一类型的电极(3)和第二类型的电极(4)，所述一个类型的电极被通以电流以用作阴极，所述另一个类型的电极被通以电流以用作阳极，所述电极(3，4)基本上是直线形伸长的电极，其纵轴基本上平行于所述放电容器(2)的主轴(6)；

c)所述电极(3，4)成组地设置在所述放电容积内，所述组的每一个包括所述第一类型的一个电极(3)和所述第二类型的至少一个电极(4)；以及

d)所述至少一个类型的电极(3)被电介质层(5)与所述放电容积隔离开。

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