專利名稱：無電極放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及無電極放電燈。
圖5示出一種傳統(tǒng)的無電極放電燈裝置的示意圖，該裝置采用微波作為激發(fā)裝置。這種無電極放電燈裝置包括一個用于產(chǎn)生2.45GHz的微波的磁控管1，一個空腔部件2a，一個用于將由該磁控管1產(chǎn)生的微波傳送至該空腔部件2a中的波導(dǎo)5，一個置于該空腔部件2a中的由一個支撐桿4a支撐的無電極放電燈4，一個連接至該支撐桿4a的用于旋轉(zhuǎn)該無電極放電燈4的電動機6，和一個用于冷卻該磁控管的冷卻風(fēng)扇7。通過將一種作為緩沖氣體的惰性氣體和一種發(fā)光物質(zhì)密封在例如石英玻璃管之類的透明的外殼(或放電管)之中，可以制得這種無電極放電燈4?？涨徊考?a是采用一種導(dǎo)電材料而構(gòu)成為一個圓柱形狀，該材料例如是導(dǎo)電網(wǎng)孔材料或類似的材料，基本上不傳導(dǎo)微波，但可傳導(dǎo)光。例如通過將經(jīng)蝕刻而構(gòu)成的金屬網(wǎng)孔盤焊接起來，可以制得空腔部件2a。應(yīng)使得空腔部件2a與波導(dǎo)5良好地電連接。由空腔部件2a和波導(dǎo)5的壁表面的一部分所限定的空間稱為一個微波空腔2。微波空腔2經(jīng)處于波導(dǎo)5的壁中的一個電源端3而與波導(dǎo)5中的發(fā)射空間相連接。
磁控管1的定位應(yīng)使其天線插入波導(dǎo)5之中。磁控管1產(chǎn)生的微波從發(fā)射部分傳送至波導(dǎo)5中，使得微波可以通過電源端3被提供至微波空腔2之中。微波能量激發(fā)無電極放電燈4中的發(fā)光材料，從而使發(fā)光材料發(fā)光。在光的發(fā)射過程中，惰性氣體起初開始放電，這使得在無電極放電燈4中產(chǎn)生高溫，并且使惰性氣體的蒸汽壓力上升。結(jié)果，發(fā)光材料受到蒸發(fā)并開始放電。繼而，發(fā)光材料的蒸汽壓力上升并且其分子受到微波能量的激發(fā)而發(fā)光。接著，發(fā)射出具有覆蓋整個可見光范圍的一個寬的連續(xù)光譜的白光。從無電極放電燈4發(fā)射的光通過空腔部件2a被導(dǎo)出微波空腔2。
在無電極放電燈4的工作過程中，其放電管的管壁趨于具有一個很高的溫度。這是因為無電極放電燈4中的由微波產(chǎn)生的等離子體在管內(nèi)擴散，并且因此處于無電極放電燈4的內(nèi)壁附近。在這種方式下，管壁面對著高溫。而且，無電極放電燈4的管壁趨于呈非均勻的溫度分布，因為決定等離子密度的微波電磁場強度的分布并不是以無電極放電燈4為中心三維對稱的。由于管內(nèi)的對流而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換也促成無電極放電燈4的管壁內(nèi)的非均勻的溫度分布。無電極放電燈4的管壁內(nèi)的高溫和非均勻的溫度分布會在構(gòu)成放電管壁的材料中造成局部的高溫區(qū)域。除非放電管中的溫度受到控制，否則這些局部的高溫區(qū)域會熔化并且因此損壞放電管。在如圖5所示的無電極放電燈裝置中，采用一種使放電管以一個適當(dāng)?shù)乃俣刃D(zhuǎn)從而獲得冷卻效果的方法，以便使放電管的溫度均勻，以防止放電管本身具有高溫，從而維持該溫度而不損壞放電管。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道有各種類型的無電極放電燈。然而，發(fā)光材料的選擇可以影響無電極放電燈的放電管中的溫度。例如，采用硫作為發(fā)光材料的放電燈，即JP6-132018A所公開的放電燈，其中的溫度上升是相當(dāng)顯著的。特別地，由為了獲得適當(dāng)?shù)臒糨敵鏊璧奈⒉芰克鶎?dǎo)致的結(jié)果便是產(chǎn)生使放電管易于熔化的溫度，除非該溫度受到控制。產(chǎn)生高溫的一個可能的原因是由于硫具有相對輕的原子量，使得熱轉(zhuǎn)換趨于發(fā)生在無電極放電燈的里面。因此，在采用硫作為發(fā)光材料的無電極放電燈中，放電管起初由強制鼓入的冷風(fēng)進行風(fēng)冷，然后再旋轉(zhuǎn)放電管。
另一方面，當(dāng)無電極放電燈采用銦鹵化物作為發(fā)光材料，例如JP9-120800A所公開的放電燈，并使之工作在能夠達(dá)到所要獲得的穩(wěn)定的燈輸出的條件下時，這種燈不會產(chǎn)生如同采用硫的放電燈那樣高的溫度。然而，銦鹵化物放電燈的發(fā)光效率稍低于硫放電燈，但在色彩表現(xiàn)方面相當(dāng)出色。對于由銦鹵化物無電極放電燈和硫無電極放電燈所產(chǎn)生的溫度的差別，一個可能的原因是，在工作中，銦鹵化物和硫具有不同的氣壓和分子量，以及因此而具有的不同的從等離子體至管壁的熱轉(zhuǎn)換系數(shù)。因此，在無電極銦燈中，在不導(dǎo)致?lián)p壞放電管并且既不采用對放電管強制風(fēng)冷也不使其旋轉(zhuǎn)操作的條件下使得放電燈能夠工作的可能性是很高的。實際上，當(dāng)銦鹵化物無電極燈不旋轉(zhuǎn)而工作時，管壁的最高溫度一般不足以損壞放電管，即使放電管中的溫度并不均勻。
圖3對旋轉(zhuǎn)和無旋轉(zhuǎn)條件下的燈輸出進行了比較。在圖3中，橫軸表示所提供的微波功率，左邊的縱軸表示燈的光通量，右邊的縱軸表示管壁的最高溫度。用×和虛線表示的數(shù)據(jù)a示出當(dāng)放電燈工作于不旋轉(zhuǎn)時的管壁的最高溫度，用×和實線表示的數(shù)據(jù)b示出當(dāng)放電燈工作于不旋轉(zhuǎn)時的光通量數(shù)值。用○和實線表示的數(shù)據(jù)c示出當(dāng)放電燈工作于旋轉(zhuǎn)時的光通量數(shù)值，用○和虛線表示的數(shù)據(jù)d示出當(dāng)放電燈工作于旋轉(zhuǎn)時的管壁的最高溫度。當(dāng)放電燈工作于不旋轉(zhuǎn)時，管壁的最高溫度非常高，但并沒有達(dá)到放電管的熔化溫度(至少1100℃)。與放電管不旋轉(zhuǎn)時相比，放電管旋轉(zhuǎn)時的光通量數(shù)值變化不大。
對于傳統(tǒng)的無電極放電燈裝置而言，一直存在著對于對旋轉(zhuǎn)放電管的一種擔(dān)心，舉例而言，當(dāng)將燈裝置安裝在一個例如空氣或類似的苛刻的工作環(huán)境中時，如圖6所示的電動機6會限制該燈裝置的壽命范圍。因此，選擇無電極放電燈采用不旋轉(zhuǎn)放電管的方式工作是頗具吸引力的。然而，當(dāng)銦鹵化物無電極放電燈工作于不旋轉(zhuǎn)并且增加微波功率時，放電趨于不穩(wěn)定，因而導(dǎo)致閃爍。放電中的出現(xiàn)不穩(wěn)定，是因為當(dāng)管內(nèi)的蒸汽壓力增加時，從銦鹵化物釋放出的鹵素捕捉等離子體中的電子。為了達(dá)到穩(wěn)定發(fā)光，微波功率的上限一般受到限制，因而限制了燈輸出。
在一個方面，本發(fā)明涉及一種無電極放電燈，包括一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料，其中，所述填充材料使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種無電極放電燈裝置，包括一個無電極放電燈，它具有一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料，其中，所述填充材料使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定；和用于激發(fā)所述發(fā)光材料的裝置。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種無電極放電燈裝置，包括一個無電極放電燈，它具有一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料；和用于使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定的裝置。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種在一個無電極放電燈中產(chǎn)生穩(wěn)定的放電的方法，包括在所述無電極放電燈的一個外殼中填充一種發(fā)光材料和一種填充材料；并且激發(fā)所述發(fā)光材料發(fā)光，其中，所述填充材料使所述受激發(fā)光穩(wěn)定。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的無電極放電燈的結(jié)構(gòu)的部分剖面圖；圖2示出用于圖1所示的無電極放電燈的微波放電過程；圖3是示出一種傳統(tǒng)的無電極放電燈在旋轉(zhuǎn)(c，d)和不旋轉(zhuǎn)(a，b)時的燈輸出的比較的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的放電燈的發(fā)光效率和放電穩(wěn)定性的曲線圖；圖5是一種傳統(tǒng)的無電極放電燈的示意圖。
在根據(jù)本發(fā)明的無電極放電燈的一個例子中，最好使銫鹵化物的填充量多達(dá)所述發(fā)光材料的填充量的n倍，其中n等于(0.0005×P)-0.28，其中P表示燈的輸入電功率。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的無電極放電燈的一個例子中，最好使發(fā)光材料的填充量處于0.5×10-6mol/cc和1.0×10-4mol/cc之間的范圍。
參照附圖，對本發(fā)明的各種舉例性的實施例進行討論。圖1是示出一個無電極放電燈24的部分剖面圖。該無電極放電燈24包括一種發(fā)光材料9和一種穩(wěn)定材料10，它們密封在一個由例如石英玻璃的高熱阻的透明材料所構(gòu)成的外殼(或放電管)8中。該外殼中填充有一種例如氬(Ar)或類似的惰性氣體，它起初會加熱外殼8。在本實施例中，發(fā)光材料9是一種銦鹵化物，穩(wěn)定材料10是銫鹵化物。穩(wěn)定材料10使發(fā)光材料9所發(fā)射的光穩(wěn)定。在放電開始之后，具有低電離勢的穩(wěn)定材料10使電子或類似物質(zhì)的帶電顆粒增加，使得可以防止放電減少并得以持續(xù)。因此，可獲得發(fā)光材料9的穩(wěn)定放電。在另一個實施例中，發(fā)光材料9可以是溴化銦(InBr)，穩(wěn)定材料10可以是溴化銫(CsBr)。
圖2示出用于圖1所示的無電極放電燈24的微波放電過程。如圖所示，無電極放電燈24設(shè)置在一個微波空腔22中，并由一個支撐桿24a支撐。微波空腔22經(jīng)處于波導(dǎo)25的壁中的一個電源端23而與波導(dǎo)25中的發(fā)射空間26相連接。波導(dǎo)25設(shè)置在一個空腔部件22a之中。一個磁控管21的發(fā)射部分28通過波導(dǎo)25中的一個狹縫29而插入到波導(dǎo)25中，從而是磁控管定位于波導(dǎo)25。磁控管受到驅(qū)動時，還受到冷卻風(fēng)扇27的強制冷卻，以防止過熱。磁控管21產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)25從發(fā)射部分傳輸至微波空腔22。微波能量激發(fā)無電極放電燈24中的發(fā)光材料9，從而使發(fā)光材料9發(fā)光。在發(fā)光材料9開始發(fā)光之前，外殼8中的惰性氣體起初開始放電，導(dǎo)致外殼8中的高溫并使惰性氣體的蒸汽壓力上升。外殼8中的高溫和增加了的蒸汽壓力使發(fā)光材料9蒸發(fā)并開始放電。接著，發(fā)光材料的蒸汽壓力上升，其分子受到微波能量的激發(fā)而發(fā)光。
已對溴化銫在發(fā)光效率方面的效果和無電極放電燈24的放電穩(wěn)定性進行了檢驗。在研究中，在具有內(nèi)徑為30mm和壁厚為1.2mm的一種無水石英玻璃燈泡(以GE214A的交易名稱進行銷售)中填充40mg的溴化銦、5.8mg的溴化銫和1.3kPa的氬。已采用由磁控管輸出的850W的行波功率使以不同量的溴化銫制造的無電極放電燈工作。對無電極放電燈的發(fā)光效率和放電穩(wěn)定性進行了檢驗。所得數(shù)據(jù)如圖4所示。橫軸表示溴化銫的填充量，縱軸表示放電燈工作五分鐘后的光通量。
在圖4中，符號△表示產(chǎn)生帶閃爍的發(fā)光條件的不穩(wěn)定放電，符號○表示穩(wěn)定放電。該圖示出填充有不同量的溴化銫的放電管a、b、c和d各自工作于不同的電功率時的亮度和穩(wěn)定性。從下至上的各符號示出當(dāng)提供500W、600W、700W、800W和900W的功率時的值。根據(jù)此數(shù)據(jù)，在放電管中，溴化銫的填充量越少，達(dá)到穩(wěn)定放電的電源功率的閾值就越低。因此，放電管就不能工作于高的功率，從而限制了所獲得的光通量的數(shù)量?？梢钥吹剑硎就ㄟ^加入適當(dāng)量的溴化銫而達(dá)到的穩(wěn)定放電的亮度的值高于不是通過加入溴化銫而是通過降低發(fā)光高功率而達(dá)到的穩(wěn)定放電的亮度。
此外，對在工作時產(chǎn)生的自由金屬銦的存在情況進行了檢查，在加入了溴化銫的放電管并沒有發(fā)現(xiàn)自由金屬銦。在沒有加入溴化銫的放電管中，銦附著到放電管上，因而導(dǎo)致石英玻璃的悶光。所以，可以預(yù)期，在加入溴化銫的放電管中，出現(xiàn)悶光的情況可以減輕。有鑒于此，進行了連續(xù)工作試驗。在沒有加入溴化銫的放電管中，在放電燈連續(xù)工作達(dá)500小時之前，可以清楚可見地判斷悶光現(xiàn)象出現(xiàn)在部分石英管處。另一方面，在加入了溴化銫的放電管中，即使放電燈工作達(dá)1000小時也沒有出現(xiàn)悶光。
雖然在上述實施例中描述了采用石英玻璃作為透明外殼，但顯然可以采用其它材料。例如，采用透明陶瓷或類似物質(zhì)而不采用石英玻璃時，無電極放電燈的性能不會變差。而且，穩(wěn)定材料10并不限于溴化銫，而可以是碘化銫或一般地為其它銫鹵化物。再有，溴化銦用作發(fā)光材料9的銦鹵化物，但其它的鹵化物，例如碘等等，也可用來達(dá)到同樣的無電極放電燈的放電。還有，鎵或鉈的鹵化物可用來代替銦鹵化物。一般地，可以采用從由鎵、銦和鉈所組成的族中選出的一種金屬的鹵化物作為發(fā)光材料，并可得到同樣的效果。再有，惰性氣體并不限于氬。當(dāng)采用較氬更重的氣體時，例如氪、氙或類似氣體，可達(dá)到推動鹵素循環(huán)的效果，從而進一步改善抑制悶光的效果。
在圖2所示的實施例中，微波空腔22是圓柱形狀的，并且波導(dǎo)25是矩形的。然而，很明顯，微波空腔22和矩形波導(dǎo)25的形狀以及微波空腔22耦合至波導(dǎo)25的方法并不限于圖2所示的特定的實施例。例如，微波空腔22可以包括，一個由導(dǎo)電材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)拋物面形狀的光反射體，配置一個導(dǎo)電網(wǎng)孔以便在光照射的方向覆蓋光反射體的一個開口端，等等。此外，也可采用也使光有效地照射的空腔部件22a。
空腔部件22a可以例如采用將經(jīng)蝕刻而構(gòu)成的金屬網(wǎng)孔盤焊接起來而得到處理過的部件。然而，為了進一步確保強度和光傳輸，可采用一種能夠攔截微波傳輸?shù)牟考?，這種部件例如可采用熱阻玻璃、透明陶瓷或類似材料作為基底部件，使具有窄的線寬的導(dǎo)電網(wǎng)孔材料附著在基底部件的外表面上，或者在基底部件的外表面上采用導(dǎo)電材料構(gòu)成網(wǎng)狀薄膜。
在圖2所示的實施例中，采用2.45GHz的微波作為使無電極放電燈24工作的能量提供裝置，采用磁控管21作為產(chǎn)生微波的振蕩器，采用波導(dǎo)25作為微波傳輸部件。然而，用于提供能量的部件并不限于此特定的結(jié)構(gòu)。例如，可采用固態(tài)高頻振蕩器來代替磁控管21，可采用例如同軸線或類似部件的波導(dǎo)作為傳輸部件。還有，也可采用一種電感耦合的無電極放電系統(tǒng)，其中并不需要采用2.45GHz的微波。例如，向設(shè)置在無電極放電燈24之內(nèi)或之外的一個線圈施加一個13.56MHz的高頻，并且通過一個高頻場使感應(yīng)電流在燈內(nèi)流動以導(dǎo)致放電。
上述的本發(fā)明提供了各種優(yōu)點。例如，通過在外殼中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光但能使發(fā)光材料的放電穩(wěn)定的填充材料，可以提供一種穩(wěn)定放電的無電極放電燈。因此，不用使外殼旋轉(zhuǎn)就可得到穩(wěn)定的放電和由此產(chǎn)生的穩(wěn)定的光輻射。另外，穩(wěn)定材料的作用可抑制外殼的悶光，從而提供一種高度可靠的長壽命的無電極放電燈裝置。
已就有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會得益于本項公開從而得出大量的修改和變換。希望后附的權(quán)利要求能夠覆蓋所有的這些屬于本發(fā)明的真正的精神和范圍的修改和變換。
權(quán)利要求
1.一種無電極放電燈，包括一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料，其中，所述填充材料使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述所填充的發(fā)光材料和填充材料是金屬鹵化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述發(fā)光材料是從由鎵、銦和鉈組成的族中選出的一種金屬的鹵化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述填充材料是銫鹵化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無電極放電燈，其特征在于，所述銫鹵化物是溴化銫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無電極放電燈，其特征在于，所述銫鹵化物的填充量多達(dá)所述發(fā)光材料的填充量的n倍，其中n等于(0.0005×P)-0.28，其中P表示燈的輸入電功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述發(fā)光材料的填充量處于0.5×10-6mol/cc和1.0×10-4mol/cc之間的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，在所述外殼中還填充從由氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)組成的族中選出的一種惰性氣體，其中所述惰性氣體用作一種啟動輔助氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述外殼由石英玻璃構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述外殼是不旋轉(zhuǎn)的，并且不需要用于使所述放電管旋轉(zhuǎn)的機械結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電極放電燈，其特征在于，所述外殼由透明陶瓷構(gòu)成。
12.一種無電極放電燈裝置，包括一個無電極放電燈，它具有一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料，其中，所述填充材料使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定；和用于激發(fā)所述發(fā)光材料的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無電極放電燈裝置，其特征在于，所述用于激發(fā)所述發(fā)光材料的裝置包括微波能量。
14.一種無電極放電燈裝置，包括一個無電極放電燈，它具有一個外殼，其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不發(fā)光的填充材料；和用于使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定的裝置。
15.一種在一個無電極放電燈中產(chǎn)生穩(wěn)定的放電的方法，包括在所述無電極放電燈的一個外殼中填充一種發(fā)光材料和一種填充材料，并且激發(fā)所述發(fā)光材料發(fā)光，其中，所述填充材料使所述受激發(fā)光穩(wěn)定。
全文摘要
一種無電極放電燈,包括一個外殼,其中填充一種受激發(fā)光的發(fā)光材料和一種基本上不放電發(fā)光的填充材料。該填充材料使所述發(fā)光材料的放電穩(wěn)定。
文檔編號H01J65/04GK1276621SQ0011791
公開日2000年12月13日 申請日期2000年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者片瀨幸一, 一番家瀨剛, 關(guān)勝志 申請人:松下電子工業(yè)株式會社