CN202259174U - 真空电子轰击荧光节能灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种真空电子轰击荧光节能灯，包括透光玻璃体、阴极、阳极及相对所述阴极加载一正向电压的第三电极，透光玻璃体以气密方式封闭一抽气空间且透光玻璃体内壁内侧设有荧光粉层，透光玻璃体内设有电子发射体及电子吸收体，电子发射体两极分别连接所述阴极及第三电极，电子吸收体连接所述阳极且分布在所述透光玻璃体内壁的内侧。本实用新型具有如下优点：光电转换效率更高；灯管制作工艺简单，无污染，生产合格率高，成本低，产品质量更为可靠，使用寿命更长；通过调节阳极电压就能调节荧光灯灯光光通量，功率能够做的更大；利用现用低压充气荧光节能灯产业相结合稍作补充修改即可进行生产，并且能够在现有的供电网络中使用。

Description

真空电子轰击荧光节能灯

技术领域

本实用新型涉及一种节能灯，具体地，涉及一种真空电子轰击荧光节能灯。

背景技术

20世纪70年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源。为了取代传统白炽灯，近年来发展出将灯管、镇流器、启辉器结合在一起，配合使用白炽灯灯座的改良型荧光灯泡，称为节能灯，又称为自镇流荧光灯、低压充气荧光灯，可以在不更换灯具基座的情况下，直接取代白炽灯使用。荧光灯属于弧光灯的一种，其使用电力在氩或氖气中激发水银蒸气，形成等离子并发出短波紫外线，紫外线被磷质吸收后，磷会发出可见的光以照明，这样发出可见光的方式属于荧光。与白炽灯不同，充气荧光管必须设有镇流器，与启辉器配合产生让气体发生电离的瞬间高压。荧光灯管壁上的荧光粉在光子的轰击下发光，其光色接近日光，并且通过添加稀土元素使发光效率提高，在同等功率下是普通白炽灯6倍的亮度。用一个10瓦的节能灯可以得到60瓦的光芒，节约了50瓦的电力。

但节能灯却有以下诸多缺点：

1.有别于白炽灯，节能灯在使用时，会产生些微的电磁波与微波。每一瓦特的节能灯产生的电磁波强度约为4.67毫高斯，与微波约3.3μW/cm²。

2.含汞、可能有紫外线泄漏；充气、制作工艺复杂且安全性差，许多中国工人因为制造节能灯而汞中毒。

3.存在光衰问题，用久了光度会低于新品。

4.节能灯的单价高于白炽灯，必须在经常使用的情况才会省钱。

5.节能灯大多数无法调光，不适用于可调光亮度的灯具。

6.不适用需要经常开关的场所，在这些场所以LED或CCFL照明(CCFL节能灯)较佳。

7.演色性较低：白炽灯及卤素灯演色性为100，表现完美；节能灯演色性大多在80至90之间，节能灯演色性最高只有超过90；若要更高演色性，则可选购最完美的T8荧光灯管，演色性达到98至99。低演色的光源不但看东西颜色不漂亮、也对健康及视力有害。

此外，由于荧光管的启动、灯丝预热、辉光放电、弧光点亮到转入稳态工作是在同一电路元件内完成，要想将元件的参数相互适配是十分困难的，需要考虑照明灯管灯丝的预热、限定预热电流、限定灯管两端的辉光电压，再考虑到弧光击穿、限流点亮稳态工作，很难在动态条件下进行精确适配。所以低压充气荧光灯在很长一段时间内由于各个元件的离散性等问题，导致灯的质量不高、性价比较低，市场反映节能不节钱。节能光源发展到今天，由于低压充气节能技术始终缺乏改进，逐渐被其他节能光源技术所替代。

除了节能灯外，目前最强力的竞争者为高强度气体放电灯(HID)以及发光二极管(LED)固态照明技术。

高强度气体放电(HID)灯泡包含了下列这些种类的电灯：水银灯、金属卤化灯(HQI)、高压钠灯、低压钠灯、高压水银灯，以及较少见的短弧氙气灯。这些灯泡种类的发光元件是一颗置于耐高温灯管(弧光管)内安定的电弧放电器，并有超过3W/cm²的发光能力。跟荧光灯一样，HID灯需要一个安定器来触发并维持内部的电弧，而触发电弧的方式各有不同：水银灯和有些金属卤化灯通常用第三个电极在其中一个主电极旁边来帮助启动，而其他灯种则通常使用高压脉冲的方式。HID灯通常应用在大面积区域且需要高品质的光线时，或针对能源效率、光源密度等特殊要求时。这些地方包括体育馆、大面积的公共区域、仓库、电影院、户外活动区域、道路、停车场或巷道。高强度气体放电(HID)灯泡的主要缺点是较为笨重且价格偏高，并且由于其安全性问题并不适合在家用照明领域普及使用。

发光二极管(LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度，用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着白光发光二极管的出现而续渐发展至被用作照明，具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。但当LED的发光强度达至足以用于室内照明的话，尤其是作为瓦级照明光源时，成本会高至极不合理水平，而且LED的体积比较庞大，散热问题无法合理解决，另外需要成百上千倍的附加散热器、镇流器，成本很高，是当前LED照明未能普及的重要原因。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：针对上述存在的问题提供一种光电变换效率高、生产工艺简单、经济环保的真空电子轰击荧光节能灯。

本实用新型所采用的技术方案是：提供一种真空电子轰击荧光节能灯，包括透光的透光玻璃体，其特征在于：还包括阴极、阳极及相对所述阴极加载一正向电压的第三电极，所述透光玻璃体以气密方式封闭一近似真空空间的抽气空间且透光玻璃体内壁内侧设有荧光粉层，所述透光玻璃体内设有电子发射体及电子吸收体，所述电子发射体两极分别连接所述阴极及第三电极，所述电子吸收体连接所述阳极且分布在所述透光玻璃体内壁的内侧。

优选地，所述电子发射体包括一段灯丝，在所述灯丝上涂有电子粉，灯丝可以采用当前普遍使用的钨丝，这样能与现有的节能灯产业相结合，直接生产电子发射体。

具体地，所述透光玻璃体形成一灯管，所述灯丝设置在所述灯管管轴处，并沿灯管管轴在所述灯管内轴向延伸，所述灯丝的两端连接所述第三电极，所述灯丝在其轴向中间位置处连接所述阴极，这样不仅使得灯丝能够在整个灯管内延伸，而且采用灯丝中间抽头连接阴极，能有效改善灯管内电场均匀度。

优选地，所述电子吸收体包括一配合所述透光玻璃体内壁的细丝网栅体，所述细丝网栅体衬设于所述透光玻璃体内壁内侧，在所述细丝网栅体上涂有荧光粉，所述细丝网栅体的网孔直径大于等于5毫米、小于等于10毫米，所述细丝网栅体的细丝直径大于等于0.1毫米、小于等于0.2毫米，这样从电子发射体射出的电子在电场的作用下能够向透光玻璃体内壁运动，从而轰击荧光粉，实现照明。

进一步地，在技术条件许可的情形下，也可以通过蒸镀透明导电玻璃来作为电子回路吸收电子，即所述电子吸收体包括一透明的导电玻璃层，所述导电玻璃层设于所述透光玻璃体内壁与所述荧光粉层之间，这样使得透光玻璃体能够更容易制作成其他形状的灯管。

为了实现在真空环境下进行热电子发射，并考虑到工艺水平，所述透光玻璃体内的抽气空间的压强大于等于10^-6乇(托，Torr，相当于1毫米水银柱的压强)、小于等于10^-4乇，能保证荧光灯发光效果，并具有的经济价值。

具体地，节能灯中通常采用三基色荧光粉，所述荧光粉中掺入有含银铯化合物和/或含钡化合物，能够在真空条件下激发二次电子的发射，补充电子发射体的电子发射，从而延长灯丝使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型提供的真空电子轰击荧光节能灯具有如下优点：

1.真空电子轰击荧光节能灯较现有低压充气荧光节能灯光电转换效率更高，其直接利用电子轰击荧光粉发光，没有中间变换能耗；

2.真空电子轰击荧光节能灯的灯管制作工艺简单，无须像制作低压充气荧光节能灯一样充入Ar、Hg，而且无动态组件，无污染，生产合格率高，成本低，比低压充气荧光节能灯、LED灯都便于生产；

3.真空电子轰击荧光节能灯启辉点亮时不用瞬间高压，点亮后无重离子轰击，因此不会损伤节能灯组件，产品质量更为可靠，使用寿命更长；

4.真空电子轰击荧光节能灯的镇流器不用逆变电路，因此使用时没有逆变电路能耗，降低了生产成本；

5.真空电子轰击荧光节能灯通过调节阳极电压就能调节荧光灯灯光光通量，功率能够做的更大；

6.真空电子轰击荧光节能灯利用现用低压充气荧光节能灯的生产设备、工艺、技术、材料，与现有的节能灯产业相结合稍作补充修改即可进行生产，并且能够在现有的供电网络中使用。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例1中提供的真空电子轰击荧光节能灯的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例1中的真空电子轰击荧光节能灯的电路连接示意图。

图3示出了本实用新型实施例1中的真空电子轰击荧光节能灯的灯管与细丝网栅体安装示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述：

实施例1：如图1至图3所示，本实施例中的真空电子轰击荧光节能灯，其外部整体上是一透光玻璃体1，透光玻璃体1形成一灯管，灯管管口装定焊固有阴极2、阳极3及第三电极4三个电极，透光玻璃体1内设有电子发射体及电子吸收体，透光玻璃体1以气密方式封闭一近似真空的抽气空间5，透光玻璃体1内壁内侧设有荧光粉层6，电子发射体两极分别连接阴极2及第三电极4，电子吸收体连接阳极3且分布在透光玻璃体1内壁的内侧，当真空电子轰击荧光节能灯三个电极与外部电路配合连接并进行供电时，就能进行发光照明工作。

透光玻璃体1内的抽气空间5能够保证电子自由通行，通过真空泵抽气到10^-4乇的压强，即可保证正常工作，10^-4乇真空通过机械真空泵即可实现，在技术允许时也可以通过真空泵抽气到10^-6乇至10^-4乇。灯管设计呈圆柱形(也可以设计成方形或异形，例如花形、八边形)的管状，也可以呈球形、灯泡状的形状。灯管内壁设有涂层，该涂层主要包括三基色荧光粉(配合白光照明)，例如较为细纯的CRT显像荧光粉，并掺入有含银铯化合物和/或含钡化合物，这样在低压(真空)条件下激发二次电子的发射，从而补充电子发射体的电子发射，延长灯丝寿命。

电子发射体包括一段灯丝7，灯丝采用涂有电子粉的钨丝即可用来加热发射电子，在技术允许时，也可以采用其他电热丝作为灯丝。灯丝7设置在灯管管轴处，并沿灯管管轴在灯管内轴向延伸，总长度比灯管短1厘米。灯丝采用双丝或三丝螺管结构，灯丝在专用真空炉内分解，还原、激活后装入灯管。灯丝7的两端连接第三电极4，灯丝7中间抽头连接阴极2(实物如图1所示，阴极2在灯管底部连接灯丝7，示意图如图2所示，灯丝7中间抽头连接阴极2)，从而构成一段同轴式电子发射体。例如当节能灯功率采用2W时，热电子发射量一般为30至40毫安/厘米。

热电子发射是加热金属使其中的大量电子克服表面势垒而逸出的现象。与气体分子相似，金属内自由电子作无规则的热运动，其速率有一定的分布。在金属表面存在着阻碍电子逃脱出去的作用力，电子逸出需克服阻力作功，称为逸出功。在室温下，只有极少量电子的动能超过逸出功，从金属表面逸出的电子微乎其微。一般当金属温度上升到1000℃以上时，动能超过逸出功的电子数目极剧增多，大量电子由金属中逸出，这就是热电子发射。若无外电场，逸出的热电子在金属表面附近堆积，成为空间电荷，它将阻止热电子继续发射。通常以发射热电子的金属丝为阴极，另一金属板为阳极，其间加电压，使热电子在电场作用下从阴极到达阳极，这样不断发射，不断流动，形成电流。钢铁在低温时不可能有热电子发射，在600℃温度下也几乎没有热电子发射随着电压的升高，单位时间从阴极发射的电子全部到达阳极，于是电流饱和。许多电真空器件的阴极是靠热电子发射工作的。由于热电子发射取决于材料的逸出功及其温度，应选用熔点高而逸出功低的材料来做阴极，例如在本实施例中，就采用加热涂有电子粉的钨丝作为电子发射体来发射电子，而且由于本实用新型通过市电或其他直流电源配合外部电路在节能灯外部加载一几十至几百伏的电压，不会发生类似显像管中产生X射线的现象。

电子吸收体包括一配合灯管内壁的不锈钢细丝网栅体8，细丝网栅体8衬设于灯管内壁内侧，细丝网栅体8与阳极3连接，从而将电子汇流引出灯管外。为了便于涂设荧光粉的工艺在最后进行，在细丝网栅体8上也涂有荧光粉，这样也有利于真空电子轰击荧光节能灯整体发光，进一步提高照明效果。本实施例中，细丝网栅体8的网孔直径大于等于5毫米、小于等于10毫米，细丝网栅体8的细丝直径大于等于0.1毫米、小于等于0.2毫米，这样既能有利于实现沿轴径向均布电场，而且不会影响灯管的整体透光性。

真空电子轰击荧光节能灯外部设有配合真空电子轰击荧光节能灯进行照明工作的电路，将220V的交流电源转化为直流电向真空电子轰击荧光节能灯进行供电。真空电子轰击荧光节能灯与外部电路具体连接方式如图2所示，市电(交流电220V)通过保险丝F连接桥式整流电路D_1-4进行整流后输出脉动直流，该脉动直流通过第一调控电路加载在阴极2与阳极3之间，同时该脉动直流另外通过第二调控电路在第三电极4与阴极2之间，从而形成两个回路。其中，阴极2与阳极3之间的回路构成了一个电子回路，而第三电极4与阴极2之间的回路构成了加热灯丝7的电路回路。

具体地，第一调控电路包括第一单向可控硅SCR₁、第一二极管D₅、第一双向触发二极管DB₃、第一可调电阻R₁、第一电阻R₂及第一电容C₁，第一单向可控硅SCR₁的阳极连接的桥式整流电路D_1-4的输出端，第一单向可控硅SCR₁的阴极连接节能灯的阴极2，第一二极管D₅、第一双向触发二极管DB3₁、第一可调电阻R₁、第一电阻R₂及第一电容C₁形成一触发电路，第一单向可控硅SCR₁的控制极连接该触发电路。第二调控电路包括第二单向可控硅SCR₂、第二二极管D₆、第二双向触发二极管DB3₂、第二可调电阻R₃、第二电阻R₄及第二电容C₂，第二单向可控硅SCR₂的阳极连接的桥式整流电路D_1-4的输出端，第二单向可控硅SCR₂的阴极连接节能灯的第三电极4，第二二极管D₆、第二双向触发二极管DB3₂、第二可调电阻R₃、第二电阻R₄及第二电容C₂形成一触发电路，第二单向可控硅SCR₁的控制极连接该触发电路。该电路具体实施方式属于现有技术并非是本实用新型的重点，其可以参考现有技术采用其他电子元件形成电路来实现，只需向真空电子轰击荧光节能灯进行直流供电，在阴极2与阳极3之间构成一个电子回路，而在第三电极4与阴极2之间构成加热灯丝7的电路回路，实现电子轰击荧光粉发光照明即可。本实施例采用的可调电阻能够改变阴极和阳极之间的电压，即改变阳极电压或阴极电压时，由于电场强度改变，就能实现调节阳极电流改变光通量。当产品工艺稳定以后，或者用途确定后，可调电阻改成固定阻值的电子也可实现本实用新型。

由于电子发射体与电子吸收体在灯管内产生沿轴径向均布电场，电子在阴阳二极空间加速获取能量，轰击管壁荧光粉层，从而实现发光照明工作。本领域技术人员理解，传统的低压充气节能灯是利用光子(紫外线)轰击荧光粉层，实现发光照明。由于光是原子外轨道电子跃迁的能量辐射，而光子、电子轰击荧光粉都可激发荧光粉发光，传统的低压充气节能灯激发荧光粉发光的光子能阈值约4.8eV，这个阈值的电子流在市电供电条件下是很容易实现的，因此在电子轰击荧光粉节能灯加载上述阈值电压(4.8V)以上的电压就能够实现照明。电子轰击方式和光子轰击方式的区别在于：光子轰击方式可以一击不回，而电子轰击方式需要一个回路。因此只需在荧光灯中形成电子回路，就能实现电子轰击荧光照明。

实施例2：本实施例2与实施例1不同之处在于：电子吸收体包括一蒸镀在透光玻璃体内壁上的透明导电玻璃层，导电玻璃层设于透光玻璃体内壁与荧光粉层之间，导电玻璃层作为电子吸收体与电子发射体形成电子回路，不需要采用细丝网栅体，采用导电玻璃层作为电子吸收体的优点在于灯管能够更容易制作成其他非规则的形状。

Claims (9)

1.一种真空电子轰击荧光节能灯，包括透光玻璃体(1)，其特征在于：还包括阴极(2)、阳极(3)及第三电极(4)，所述透光玻璃体(1)以气密方式封闭一抽气空间(5)且透光玻璃体(1)内壁内侧设有荧光粉层(6)，所述透光玻璃体(1)内设有电子发射体及电子吸收体，所述电子发射体两极分别连接所述阴极(2)及相对所述阴极(2)加载一正向电压的第三电极(4)，所述电子吸收体连接所述阳极(3)且分布在所述透光玻璃体(1)内壁的内侧。

2.根据权利要求1所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述电子发射体包括一段灯丝(7)，在所述灯丝(7)上涂有电子粉。

3.根据权利要求2所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述透光玻璃体(1)形成一灯管，所述灯丝(7)设置在所述灯管管轴处，并沿灯管管轴在所述灯管内轴向延伸，所述灯丝(7)的两端连接所述第三电极(4)，所述灯丝(7)在其轴向中间位置处连接所述阴极(2)。

4.根据权利要求1或2或3所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述电子吸收体包括一配合所述透光玻璃体(1)内壁的细丝网栅体(8)，所述细丝网栅体(8)衬设于所述透光玻璃体(1)内壁内侧。

5.根据权利要求4所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：在所述细丝网栅体(8)上涂有荧光粉。

6.根据权利要求4所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述细丝网栅体(8)的网孔直径大于等于5毫米、小于等于10毫米。

7.根据权利要求4所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述细丝网栅体(8)的细丝直径大于等于0.1毫米、小于等于0.2毫米。

8.根据权利要求1或2或3所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述电子吸收体包括一透明的导电玻璃层，所述导电玻璃层设于所述透光玻璃体(1)内壁与所述荧光粉层之间。

9.根据权利要求1或2或3或5或6或7所述的真空电子轰击荧光节能灯，其特征在于：所述透光玻璃体(1)内的抽气空间(5)的压强大于等于10^-6乇、小于等于10^-4乇。

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