CN1910728B - 放电灯和用于放电灯的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷阴极放电灯，其具有被提高的发光效率和被延长的寿命。放电灯(1)包括在玻璃管(2)的任意一端的具有杯体(4)的电极(3)，其中杯体(4)具有底。每个杯体(4)被连接到一条引入线(8)，该引入线(8)被插入并维持在玻璃管(2)的端部。每个杯体(4)的开口端部分(4a)具有覆盖杯体(4)的端部的防碰撞环(5)。每个杯体(4)的底部部分的内侧具有作为电子发射物质的多孔钨盘(6)，其填充有包含钡(Ba)、铝(Al)和钙(Ca)的三元金属氧化物。

Description

放电灯和用于放电灯的电极
技术领域
本发明涉及冷阴极型放电灯和用在这种冷阴极型放电灯中的电极。更具体而言，本发明涉及将包含电子发射材料的电子发射构件配置在杯体(cup)中，从而使得可以提高发光效率并且可以产生高亮度。
背景技术
传统上，采用荧光物质作为光源的放电灯已被使用。在多种放电灯中，冷阴极型放电灯由于其玻璃管直径可被减小而被用作液晶显示器(LCD)的背光。
冷阴极型放电灯具有如下配置：其中其玻璃管在其对端配置有电极，诸如氩和汞之类的稀有气体被封装在玻璃管的内部空间中，并且荧光物质被涂覆在玻璃管的内部。
图1是传统的冷阴极型放电灯的配置的重要组件的截面图。放电灯51在其玻璃管52的两个对端中的每一端配置有电极53。诸如氩和汞之类的稀有气体被封装在玻璃管52的内部空间中，并且任何荧光物质52a被涂覆在玻璃管52的内部的预定区域中。
电极53具有杯体54。杯体54的形状为具有底并且一端开口，并且杯体54被连接到引入线55的前端，该引入线55穿过玻璃管52的一端并由此被支撑在合适的位置上。
以下将说明冷阴极型放电灯51的光发射原则：当以高频在电极53之间施加电压时，发生辉光放电，从而从杯体54发射电子。从杯体54发射的电子被加速，从而以激发汞原子的方式使汞原子相互碰撞。这样激发的汞原子发射紫外光。该紫外光被荧光物质52a转换成可见光，从而使放电灯51发光。
传统的冷阴极型放电灯面临这样一个问题，即在工作期间阴极电压发生极大下降。换言之，它面临这样一个问题，即电极本身会耗损大量功率，这些功率无法贡献于光发射，从而导致相对于耗损功率的较低发光效率。
此外，它们还面临所谓的离子溅射问题，在离子溅射中，在放电期间生成的任何离子与电极碰撞并因此导致明显的离子浪费。随着杯体逐渐衰弱，它变得无法发射足够量的电子，从而导致亮度减小。这带来电极的服务寿命缩短这一问题。电极服务寿命的这种缩短进而导致放电灯的服务寿命受限。
发明内容
鉴于以上原因并且为了解决这些问题，因此开发了本发明，本发明的目的在于提供一种放电灯以及用在该放电灯中的电极，它们可以提高发光效率并且产生高亮度。
为了解决这些问题，与本发明相关的放电灯在玻璃管的两个对端中的每一端处都具有电极，在所述玻璃管中封装有包含发光材料的气体，并且在所述玻璃管内部涂覆有荧光物质，其中所述电极在杯体中具有包含电子发射材料的电子发射构件，所述杯体的形状为具有底并且一端开口，并且其中所述电极在杯体的开口端具有环形碰撞防止构件，该碰撞防止构件具有套筒部分和凸缘部分，所述套筒部分适合装入所述开口端中并且被塞紧在所述开口端处，所述凸缘部分覆盖整个所述开口端。
根据与本发明相关的放电灯，通过以高频在两个电极之间施加电压，从而发生辉光放电。辉光放电加热电子发射构件，并进而使电子发射材料发射电子。例如，通过在多孔的电子发射构件中填充以电子发射材料，该电子发射材料可以大量加入该构件，从而产生能够容易地发射电子的状况。这使得电压下降特性能够被增强。
经加速的电子与发光材料碰撞以使其激发，从而例如发射紫外光。然后，该紫外光与荧光物质碰撞以被转换成可见光，从而使放电灯发光。
虽然杯体一般会由于在放电期间生成的离子与电极的碰撞而磨损，但是在杯体的开口端配置碰撞防止构件来覆盖杯体的前端从而防止了离子碰撞杯体，从而抑制了杯体的磨损。
此外，由于电子发射构件被附接到杯体底部，因此防止了离子碰撞电子发射构件，从而抑制了电子发射材料的溅射。
根据本发明配置到玻璃管的两个对端中的每一端的放电灯电极在杯体中具有包含电子发射材料的电子发射构件，所述杯体的形状为具有底并且一端开口，其中在所述玻璃管中封装有包含发光材料的气体，并且在所述玻璃管内部涂覆有荧光物质，并且该放电灯电极在杯体的开口端还有环形碰撞防止构件，所述碰撞防止构件具有套筒部分和凸缘部分，所述套筒部分适合装入所述开口端中并且被塞紧在所述开口端处，所述凸缘部分覆盖整个所述开口端。
根据与本发明相关的放电灯，通过以高频在附接到玻璃管的两个对端的两个电极之间施加电压，发生了辉光放电。该辉光放电加热电子发射构件，并进而使电子发射材料发射电子。例如，在多孔的电子发射构件中填充以电子发射材料使该电子发射材料能够大量加入该多孔电子发射构件，从而产生可以容易地发射电子的状况。
附图说明
图1是传统的冷阴极型放电灯的配置的重要组件的截面图；
图2A是本实施例的放电灯的配置的重要组件的一个截面图；
图2B是本实施例的放电灯的配置的重要组件的另一截面图；
图3是本实施例的放电灯电极的配置的透视图；以及
图4是将本实施例的放电灯的服务寿命和传统放电灯的服务寿命相比较的图。
具体实施方式
本发明的放电灯以及用在该放电灯中的电极的实施例将参考附图来描述。
1.放电灯和电极的配置
图2A和2B是本实施例的放电灯的配置的截面图，而图3是本实施例的放电灯电极的透视图。应该注意，图2A是沿包括管轴的平面截取的一端的重要组件的截面图，而图2B是放电灯的整个截面图。此外，图3是从电极前端观看的电极的透视图。
本实施例的放电灯1是冷阴极型放电灯，其具有一个直径很小的棒状玻璃管2，在该玻璃管2的相对两端中的每一端具有电极3。荧光物质2a被涂覆在玻璃管2的内部的预定区域中。此外，在玻璃管2的内部，封装有作为发光材料的诸如氩(Ar)、氖(Ne)和汞(Hg)之类的稀有气体。
电极3具有杯体4。杯体4由镍(Ni)、钼(Mo)或铌(Nb)等制成，并且形状为具有底并且一端开口。在杯体4的开口端4a，附接有碰撞防止环5。该碰撞防止环5作为碰撞防止构件的一个示例，其由包含金属氧化物的陶瓷制品制成，所述金属氧化物例如是氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)或氧化镁(MgO)。
碰撞防止环5由凸缘部分5a和套筒部分5b构成，其中凸缘部分5a覆盖杯体4的开口端4a的端表面，而套筒部分5b刚好适合装入开口端4a中。凸缘部分5a覆盖整个开口端4a，因此其直径稍大于杯体4的直径。套筒部分5b具有与杯体4的内径几乎相同的直径。
通过将该套筒部分5b插入杯体4的开口端4a并例如沿开口端4a利用激光束进行照射，以使开口端4a可由于其热量部分变形，从而使套筒部分5b塞紧在开口端4a处。这样，碰撞防止环5被固定在杯体4上，以使杯体4的前端被碰撞防止环5的凸缘部分5a所覆盖。应该注意，由于碰撞防止环5是环形的，因此其内部是开口的。
此外，电极3具有钨盘6。钨盘6是电子发射构件的一个示例，并且是通过用4BaO:CaO:Al2CO3的电子发射材料填充由钨制成的多孔盘状构件而构成的，其中所述4BaO:CaO:Al2CO3是一种由钡(Ba)、铝(Al)和钙(Ca)构成的三元金属氧化物。还应该注意，该电子发射材料可以是不包含CaO的二元钡氧化物。
还将注意，该电子发射材料可能由诸如稀有金属(例如钼)之类的金属或诸如氧化铱(IrOx)之类的合金构成，这两者中任意一种都能够导致工函(work function)降低。此外，该电子发射材料可以包含锶(Sr)。
钨盘6通过附接到底盖7而被安装在杯体4上。底盖7例如由镍制成，它是具有与杯体4的内径几乎相同的外径的圆盘，并被插入杯体4中，通过焊接被固定在杯体4的底部。以这种方式，钨盘6被固定在杯体4的底部。应该注意，该电子发射构件的形状可以是圆柱状的并被附接在杯体4的内部。
电极3被附接到一个引入线8，该引入线8穿过玻璃管2的一端并由此被支撑。引入线8由内引线8a和外引线8b构成，其中内引线8a朝玻璃管2的内部伸出，而外引线8b朝玻璃管2的外部伸出，并且杯体4的底部通过焊接被固定在内引线8a的前端。应该注意，引入线8的内引线8a例如由科伐铁镍钴合金(Kov)制成，而其外引线8b例如由镍制成。
应该注意，上述荧光物质2a在玻璃管2内部的涂覆区域朝电极3的杯体4的前端的外部稍微延伸。涂覆有该荧光物质2a的区域提供了放电灯1的光发射部分。
2.放电灯的操作
以下将描述本实施例的放电灯1的操作。例如大约1.5kV的电压以高频被施加到两个电极3之间。这产生对钨盘6加热的辉光放电，从而导致包含在其中的电子发射材料发射电子。应该注意，在发生辉光放电之后，施加在电极3之间的电压被控制以维持在例如850V附近。
从钨盘6发射并且随后被加速的电子与汞原子碰撞并使汞原子激发。这样激发的汞原子发射紫外光。该紫外光被荧光物质2a转换成可见光，从而使放电灯1发光。
应该注意，杯体4中具有填充了电子发射材料的多孔钨盘6，因此易于发射电子。因此，可以降低发射电子所需的温度。
施加在电极3之间的电压因此可以被降低。例如，在传统配置中，在辉光放电开始之后将施加大约1kV的电压，而在本实施例的配置中，可以将施加的电压减小到大约例如850V。这减小了冷阴极处的电压下降，从而提高了相对于耗损功率的发光效率。
此外，钨盘6的提供可以增大将被发射的电子数目，从而导致更强的亮度。
另外，离子与电极3碰撞会导致杯体4的磨损，但是由于在杯体4的开口端4a处提供了碰撞防止环5，因此可以通过防止在放电期间生成的离子与杯体4碰撞来防止杯体4磨损。因此，电极3可以在更长的时段中发射电子，因此可延长其自身的服务寿命以及放电灯1的服务寿命。
一般而言，如果电流值增大，离子溅射就会变得明显，尽管增大了亮度。因此，根据电极的传统构造杯体磨损更快，并且服务寿命大大缩短，从而使得即使在电流值增大时，也无法增大亮度。相反，在本实施例的放电灯1中，碰撞防止环5被设置在杯体4的开口端4a，从而使杯体即使在电流值增大时，也可被防止磨损。因此，可以通过增大电流值来增强亮度，同时延长其服务寿命。
因此，放电灯1的亮度可被增大，并且如果放电灯1被用作例如LCD正下方的背光，则可以减少在整个屏幕上获得所需亮度所要求的放电灯的数目。
此外，杯体4的底部具有填充了电子发射材料的钨盘6，以便防止离子与该钨盘6碰撞，从而可协助抑制电子发射材料的溅射。
图4是示出本实施例的放电灯1的服务寿命和传统放电灯的服务寿命之间的比较的图，并且该图还表明了相对亮度和服务寿命之间的关系。如虚线L2(该虚线L2指示图1所示传统结构的放电灯的相对亮度随时间的改变)所示，作为由离子溅射引起的电极的磨损等的结果，该具有传统结构的放电灯表明这样一种亮度，即在启动后大约60,000小时的时间内，亮度降低到其原始值的50％。
另一方面，实线L1指示参考图2A、图2B和图3说明的本实施例的放电灯1的相对亮度随时间的变化。在本实施例的放电灯1中，即使在过去80,000小时之后，相对亮度也可以保持在其原始值的50％或更高，这是因为该放电灯1采用了这样一种配置，在该配置中，由离子溅射引起的电极3的磨损被抑制并且电子因此容易被发射。因此，放电灯1的服务寿命不是由电极3的服务寿命来决定的，而是由涂覆在玻璃管2上的荧光物质2a的寿命来决定的。
如上所述，与本发明相关的放电灯的配置在杯体内部包括包含电子发射材料的电子发射构件，使得可以更容易地发射电子，从而辅助降低了电子发射所需温度。在配置有这种电极的放电灯中，可以降低在工作期间施加在电极之间的电压电平，从而抑制冷阴极的电压下降。因此可以增强相对于耗损功率的发光效率。由于将被发射的电子增多，因此还可以增大亮度。
此外，在杯体的开口端提供了碰撞防止构件来覆盖杯体的前端，从而可以防止离子碰撞杯体，因此可防止杯体磨损。因此可以延长电极的服务寿命，并因此延长放电灯的服务寿命。
此外，虽然离子溅射强度随着电流值增大而增大，但是碰撞防止构件的提供可以防止杯体磨损，即使在电流值很高时也是如此。因此可以通过增大电流来增强甚至冷阴极型放电灯的亮度。
工业实用性
本发明提供了一种放电灯，它可以增强发光效率并延长服务寿命，因此其不仅可被用作发光器具，还可被用作LCD的背光等等，从而有助于延长LCD的服务寿命，还有助于降低能量耗损的水平。

Claims (10)

1.一种在玻璃管的两个对端中的每一端处都包含电极的放电灯，在所述玻璃管中封装有包含发光材料的气体，并且在所述玻璃管内部涂覆有荧光物质，
其中所述电极在杯体中具有包含电子发射材料的电子发射构件，所述杯体的形状为具有底并且一端开口；
其中所述电极在所述杯体的所述开口端具有环形碰撞防止构件，所述碰撞防止构件具有套筒部分和凸缘部分，所述套筒部分适合装入所述开口端中并且被塞紧在所述开口端处，所述凸缘部分覆盖整个所述开口端；
其中所述电子发射构件通过附接到底盖而被安装在杯体上；并且
其中所述电子发射构件是圆柱状的，并且具有第一盘状平面表面、相反的第二盘状平面表面、以及圆柱表面，所述圆柱表面连接所述第一盘状平面表面和所述第二盘状平面表面，并且所述圆柱表面与所述杯体的内圆柱表面面对并间隔开，所述第一盘状平面表面固定连接到所述杯体内部，并且所述第二盘状平面表面朝向所述开口。
2.如权利要求1所述的放电灯，其中所述电子发射构件由多孔的钨、钼和铱氧化物中的任意一种制成。
3.如权利要求1所述的放电灯，其中所述电子发射材料由从钡、钙、铝和锶中选出的任意一些的组合的氧化物制成。
4.如权利要求1所述的放电灯，其中所述电子发射构件被附接到所述杯体的底部。
5.如权利要求1所述的放电灯，其中所述碰撞防止构件由包含金属氧化物的陶瓷制品制成。
6.一种配置到玻璃管的两个对端中的每一端的放电灯电极，在所述玻璃管中封装有包含发光材料的气体，并且在所述玻璃管内部涂覆有荧光物质，所述电极包括：
在杯体中的包含电子发射材料的电子发射构件，所述杯体的形状为具有底并且一端开口；以及
设置在所述杯体的所述开口端的环形碰撞防止构件，所述碰撞防止构件具有套筒部分和凸缘部分，所述套筒部分适合装入所述开口端中并且被塞紧在所述开口端处，所述凸缘部分覆盖整个所述开口端；
其中所述电子发射构件通过附接到底盖而被安装在杯体上；并且
其中所述电子发射构件是圆柱状的，并且具有第一盘状平面表面、相反的第二盘状平面表面、以及圆柱表面，所述圆柱表面连接所述第一盘状平面表面和所述第二盘状平面表面，并且所述圆柱表面与所述杯体的内圆柱表面面对并间隔开，所述第一盘状平面表面固定连接到所述杯体内部，并且所述第二盘状平面表面朝向所述开口。
7.如权利要求6所述的放电灯电极，其中所述电子发射构件由多孔的钨、钼和铱氧化物中的任意一种制成。
8.如权利要求6所述的放电灯电极，其中所述电子发射材料由从钡、钙、铝和锶中选出的任意一些的组合的氧化物制成。
9.如权利要求6所述的放电灯电极，其中所述电子发射构件被附接到所述杯体的底部。
10.如权利要求6所述的放电灯电极，其中所述碰撞防止构件由包含金属氧化物的陶瓷制品制成。
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