專利名稱：復(fù)合放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如熱陰極低壓熒光放電燈之類的復(fù)合放電燈，這種熱陰極低壓熒光放電燈具有一個引入有一些電極組件的玻璃管，每一電極組件由一用來發(fā)射電子的中心電極和一包圍中心電極的輝光電極組成，這些電極組件分別位于細(xì)長形玻璃管相對兩端附近的位置。
與燈泡類似，熱陰極低壓熒光放電燈即所謂的熒光燈被廣泛用作高效率光源。
熒光燈中的燈絲線圈陰極電極之上由一層電子發(fā)射物質(zhì)(下面將稱之為“發(fā)射體”)所涂覆，這種電子發(fā)射體主要由鋇、鍶和鈣組成，該物質(zhì)因由向陰極上的離子轟擊引起的濺射及打開放電燈時它本身的蒸發(fā)而被損耗，使得燈不能被點亮或結(jié)束燈的使用壽命。
已經(jīng)有人提出一種常規(guī)熒光燈，在該熒光燈中，為了延長熒光燈的使用壽命，把陽極安裝于燈絲線圈陰極上以消除離子的轟擊。但是，安裝陽極使得所發(fā)出的光閃爍，因此實際上現(xiàn)在不再使用這種熒光燈。
常規(guī)冷陰極或熱陰極放電燈中的電極組件的結(jié)構(gòu)包括燈絲(中心電極)和包圍燈絲的輝光電極。輝光電極是一個帶有一開口和封閉底部的罩。輝光電極的開口對著裝有電極組件的細(xì)長玻璃管的中部，而輝光電極的底部則對著靠近它的玻璃管的一端。
上述常規(guī)熒光燈有下列缺點(1)燈的使用壽命短，即一般為4000至5000小時；(2)在玻璃管相對的兩個端部出現(xiàn)黑化；(3)在使用壽命后期產(chǎn)生大量熱量；如上所述，常規(guī)熒光燈中輝光電極的開口面對玻璃管的中部，從而把輝光電極所包圍的燈絲陰極暴露給離子或電子。盡管已經(jīng)對常規(guī)熒光燈的玻璃管中的發(fā)射體或氣壓進(jìn)行了各種各樣的改進(jìn)，但是，仍然不能足夠地防止熒光燈的使用壽命因離子轟擊而被縮短。
本發(fā)明是為了消除上述缺點而提出的，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠消除上述缺點的復(fù)合放電燈。
為此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種復(fù)合放電燈，它包括一細(xì)長玻璃管(如桿狀玻璃管或環(huán)狀玻璃管)，它有一長度方向的中部和長度方向的相對端頭；一些電極組件，每一電極組件由一用來發(fā)射電子的中心電極和一包圍中心電極的輝光電極組成，電極組件分別位于玻璃管沿長度方向相對的兩端附近，輝光電極為一個具有一開口和一封閉底部的罩，該開口朝向玻璃管長度方上向相對的兩端中與之相近的一端，而該封閉底部則朝向玻璃管長度方向上的中部。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的輝光電極布置得與常規(guī)熒光燈的相反，即輝光電極的開口面向玻璃管長度方向上相對的兩端中與之相近的一端，還由于輝光電極的底部朝向玻璃管長度方向的中部，因此，熱電子(包括輝光放電引起的二次電子)首先穿過輝光電極的開口射出，然后朝向玻璃管的端部。利用電子放電所產(chǎn)生的離子轟擊輝光電極的底部，這樣得到的轟擊能量用作增加燈管電流的二次電子放電能量。在常規(guī)技術(shù)中，由于離子帶來了離子轟擊的問題，因此，人們認(rèn)為離子對放電燈是有害的。但是，根據(jù)本發(fā)明，卻可以有效地利用離子的作用。
根據(jù)下面結(jié)合附圖的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將很清楚。在附圖中

圖1是概括說明熒光燈一個電極組件結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合放電燈中一個電極組件結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是說明本發(fā)明第一實施例中復(fù)合放電燈的一部分的配置的示意性剖視圖，所說的復(fù)合放電燈裝有圖2所示的電極組件；圖4是表示本發(fā)明第二實施例中復(fù)合放電燈結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；圖5是表示控制第一實施例中復(fù)合放電燈的電接線圖；圖6是說明本發(fā)明第二實施例中復(fù)合放電燈的一部分的示意圖，其中局部被剖開；圖7是說明本發(fā)明第三實施例中復(fù)合放電燈的示意圖，圖中局部被剖開。
圖8是表示控制本發(fā)明第三實施例中復(fù)合放電燈的電接線圖；圖9是說明控制本發(fā)明第三實施例中復(fù)合放電燈的另一電接線圖；圖10是表示一輝光電極和一燈絲線圈電極之間位置關(guān)系的透視圖；圖11是說明一輝光電極和一電弧電極之間位置關(guān)系的剖面圖；圖12是說明圖4所示電極組件配置的剖視圖，其中部分被剖開；圖13是表示燈的使用壽命特性的曲線圖，這種使用壽命是在玻璃管的中部測量的，為了比較，圖中分別示出了常規(guī)熒光燈和本發(fā)明的復(fù)合放電燈的使用壽命特性；圖14是說明圖6所示復(fù)合放電燈的一種變型的剖視圖；圖15是說明圖2所示復(fù)合放電燈的一種變型的透視圖；圖16是表示一例圖4所示電極組件的透視圖；圖17是說明圖16所示電極組件的一種變型的透視圖。
參見圖1，它表示熒光燈中的電極組件，該電極組件由其上面涂覆有電子發(fā)射物質(zhì)的燈絲線圈電極5和導(dǎo)線2、3組成，電流通過導(dǎo)線2、3加到燈絲線圈電極5上。導(dǎo)線2、3連接到有一個排氣孔4的芯柱1上。參見圖2，它除表示圖1所示電極5之外還表示有一個輝光電極6。輝光電極6由鋁、鎳、主要由電子發(fā)射材料組成的燒結(jié)金屬或類似的材料組成，它是柱形的，帶有一個開口25和一個封閉底部26。導(dǎo)線2被點焊或鉚接于輝光電極6上，開口25被設(shè)置為朝向芯柱1。
制造具有圖2所示電極組件的熒光燈和具有圖1所示電極組件的熒光燈并相互比較其發(fā)光情況。用100伏50HZ的交流啟輝器電路作電源。
在具有電流值為215mA、電壓值為47V的10.1W功率的情況下，具有圖1所示電極組件的熒光燈發(fā)出9,000nt的亮度(在燈的中部測量)；而在電流為225mA、燈的電壓為45V、功率為10.1W的情況下，具有圖2所示電極組件的熒光燈呈現(xiàn)9,500nt的亮度(在燈的中部測量)。
參見圖3，它表示本發(fā)明第一實施例中復(fù)合放電燈的一個端部分，其中裝有圖2所示電極組件，燈絲線圈中心電極5由雙燈絲線圈組成，輝光電極6外徑為8mm，長度為10mm、壁厚為0.15mm，它由純度約95％的鋁制成。
如圖3所示，由上述對比實驗已經(jīng)知道，即使把輝光電極6罩到燈絲線圈中心電極5上，光強(qiáng)度也不會降低，它反而增加約5％。
使用圖1所示電極組件，利用離子轟擊燈絲線圈中心電極5，以使離子轟擊的能量使電子發(fā)射物質(zhì)即發(fā)射體濺射，導(dǎo)致熒光燈使用壽命縮短，而且，在使用壽命的后期產(chǎn)生大量的熱量。相反，根據(jù)本發(fā)明，使用圖2和圖3所示的電極組件，離子12只轟擊輝光電極的底部和側(cè)壁，離子轟擊的能量在輝光電極6整個寬闊的外壁面上被吸收以便發(fā)射大量的二次電子11，從而使燈的電流增大。
參見圖3，如果如圖所示把電極組件設(shè)置于負(fù)(-)端，則由燈絲線圈中心電極5產(chǎn)生的熱電子10穿過輝光電極6的開口25，然后穿過輝光電極6的外周面和玻璃管13的內(nèi)周面之間的空隙，由在未示出的正(+)端的電極組件所吸引，從而向圖3中的右側(cè)運動。由于汞蒸汽或蒸汽原子在玻璃管中被充電，因此，熱電子10在其路徑中激勵汞原子以發(fā)出紫外線輻射，該紫外線輻射又激勵涂覆在玻璃管13內(nèi)壁面上的熒光物質(zhì)膜9，從而發(fā)出光線7。由于熱電子穿過輝光電極6的開口25之后被反向地反射，因此，透過玻璃管看不到作為罩子的輝光電極6的陰影，也就是說，熒光燈以均勻的亮度點亮。
參見圖4，它表示本發(fā)明第二實施例，它裝有一圖12所示的拱頂形輝光電極32，圖12為剖視圖。輝光電極32直徑D為8mm，高度H為4mm，內(nèi)裝一個由金屬絲制成的10w燈絲線圈中心電極5，其寬度C約4mm，它橫放于玻璃管14中。
參見圖4，玻璃管14直徑約為25.5mm、長度為33cm，內(nèi)充有5乇的氬氣和0.006毫米汞柱的汞蒸汽。此外，玻璃管14的內(nèi)表面涂覆有熒光材料膜9。玻璃管14有4個燈腳27、28、29、30，啟輝器15連接于燈腳27、28之間，而交流電源16和一個鎮(zhèn)流器31則連接于燈腳29、30之間。
如果熒光燈左側(cè)為負(fù)(-)，則由燈絲線圈中心電極5發(fā)射的熱電子10穿過輝光電極26的開口25，再穿過玻璃管14的內(nèi)壁面和輝光電極32的外壁面之間的空隙，在穿過玻璃管14長度方向上的中部之后最終到達(dá)相對一端的正(+)電極組件。同時，用離子12轟擊包括底部26在內(nèi)的輝光電極32的外周壁面，以便產(chǎn)生二次電子11，這些二次電子11也被吸引向正端電極組件。也就是說，燈的電流是在熱電子10和二次電子11在中部得到混合的這樣一種條件下流過玻璃管14長度上的中部的?；旧纤羞@些燈的電流到達(dá)正電極組件的輝光電極32包括底面在內(nèi)的外周壁面，但不到達(dá)正電極組件中的燈絲線圈中心電極5。因此，少量電流在正輝光電極32的開口附近流動，因而在其附近不發(fā)光。
但是，由于電源16為交流電源，因此在交流頻率波的每半周中負(fù)端和正端相互交替，結(jié)果，從玻璃管14的相對兩端部分都發(fā)出亮光。為了盡可能地消除輝光電極附近的陰影部分，圖4和圖12所示的拱頂形輝光電極32用起來更好些，而不用圖3所示柱形輝光電極6。此外，以輝光電極不與燈絲線圈中心電極相接觸為限，把輝光電極的直徑減至最小值要有利一些。
除熱電子之外，在負(fù)端產(chǎn)生的電子還包括因燈絲線圈中心電極5和輝光電極32間的電位差(約11至12伏)所引起的輝光放電而產(chǎn)生的二次電子。這種電子穿過開口25向正電極組件運動。如上所述，由于輝光電極32內(nèi)的燈絲線圈中心電極5上的發(fā)射體與離子轟擊的能量相隔離，因此，可以消除它的濺射。
盡管燈絲線圈中心電極5上的發(fā)射體由于它本身的蒸發(fā)而消耗，但是，發(fā)射體的蒸汽散開，然后附著于輝光電極32的內(nèi)壁面上。這樣附著的發(fā)射體蒸汽也能發(fā)射電子，因此，這使放電電流增大?；蛘?，它們進(jìn)一步擴(kuò)散，然后再附著于燈絲線圈中心電極5或別的部分上，因而在那些位置上發(fā)射電子。
這樣，燈絲線圈中心電極5與離子轟擊隔離以消除濺射，此外，由本身的蒸發(fā)而引起的發(fā)射體蒸汽的擴(kuò)散往復(fù)于輝光電極內(nèi)壁面和燈絲線圈中心電極之間以便能夠連續(xù)地保持電子的發(fā)射，從而大大降低電極的損耗。結(jié)果，大大延長了熒光燈的使用壽命。
圖13是把圖4所示本發(fā)明該實施例中復(fù)合放電燈的使用壽命與通常使用的常規(guī)熒光燈的使用壽命進(jìn)行比較的圖。通過本發(fā)明該實施例的使用壽命曲線M與常規(guī)熒光燈的使用壽命曲線L之間的比較，可以看到按照本發(fā)明的復(fù)合放電燈的使用壽命得以延長，甚至在工作了50,000小時之后它也能點亮，因此，其使用壽命確實達(dá)到大約為常規(guī)熒光燈的8倍之高。
總的來說，在其使用壽命的后期，熒光燈降低了它的電子發(fā)射能力，因此，陰極的壓降變大。這樣，發(fā)射體的蒸汽擴(kuò)散越多，消耗就越多，因此，就加速了熒光燈使用壽命的終結(jié)。同時，離子轟擊的能量引起大量的熱的產(chǎn)生。例如，已被確認(rèn)，玻璃管每端部分的外壁的溫度能上升到大約150至200℃的溫度。結(jié)果，便可能破壞熒光燈的連接固定裝置，而且，在使用在其相對兩面上照亮彩色熒幕的電子布告牌或類似物把影像顯示在熒幕上的情況下，就可能出現(xiàn)彩色熒幕褪色的問題。
根據(jù)本發(fā)明，即使在本發(fā)明的復(fù)合放電燈使用壽命的后期離子轟擊變得過度的情況下，二次電子的輻射也會越來越強(qiáng)，從而可以進(jìn)一步增加引起光輻射的放電電流。由于輝光電極設(shè)計得具有很大的熱容量，因此，不會出現(xiàn)過度的亮點，也就是說，可以獲得穩(wěn)定的放電而不會有閃爍。就其熱容量而言，輝光電極的壁厚最好設(shè)置為0.15至0.2mm范圍內(nèi)的一個值。
圖6是只表示了本發(fā)明第三實施例中復(fù)合放電燈左側(cè)的示意性剖視圖。圖6所示電極組件由諸如鋁之類的金屬制成的杯狀輝光電極22和位于輝光電極22之內(nèi)的杯狀起弧電極21即中心電極組成，該中心電極由主要由電子發(fā)射物質(zhì)組成的燒結(jié)金屬制成。導(dǎo)線19與這些電極的中心軸線相對準(zhǔn)，它連接于電極附近的鎢絲20上。在該實施例中，導(dǎo)線19由杜美絲制成。輝光電極22，起弧電極21和鎢絲20鉚接和固定在一起而形成一多成份端部24。
在像圖6所示那樣組成的復(fù)合放電燈中，一個變換器18連接于導(dǎo)線19、19之間。當(dāng)直流電源17連接到變換器18時，復(fù)合放電燈被激勵。圖5所示配置可適用于比如直徑大約為3mm的小型薄管燈，它用于液晶顯示屏的后部照明。
對于圖5和圖6所示實施例，下面為一特殊設(shè)計實例
振蕩頻率50Hz，振蕩電壓700V(有效值)，所充氣體50乇的氬氣和5毫米汞柱的汞，玻璃管外徑6.5mm(壁厚0.5mm)，玻璃管長250mm，熒光物質(zhì)三波熒光物質(zhì)。
電極組件的尺寸輝光電極外直徑4.5mm；壁厚0.15mm；筒長5mm；起弧電極(中心電極)外直徑3.0mm；壁厚0.5mm；筒長2mm；電極多成分端部外直徑最大2mm導(dǎo)線直徑0.5mm由該設(shè)計例的實驗結(jié)果可以確認(rèn)，放電電流為16mA時放電的亮度為30,000nt，其使用壽命為35,000小時。
圖5和圖6所示的輝光電極22被如此放置，使其開口25朝向玻璃管與之相近的一端，而其底部則朝向玻璃管長度上的中部。因此，起弧電極即中心電極21完全避免了離子轟擊。所以，不會出現(xiàn)濺射，而且離子12轟擊的能量被外周壁吸收以實現(xiàn)二次電子的發(fā)射。
圖7是只說明本發(fā)明第四實施例中復(fù)合放電燈的左部的示意圖，該圖部分被剖開。與圖6所示復(fù)合放電燈不同，它用燈絲線圈中心電極23作起弧電極，而且使用了兩根杜美絲制成的導(dǎo)線19。圖8表示激勵圖7所示復(fù)合放電燈的電路。該電路為一使用一變換器的高壓高頻啟動系統(tǒng)。圖9所示另一電路包括一高頻振蕩器33和一振蕩變壓器34以構(gòu)成一快速啟動器和一系統(tǒng)啟動電路。通過圖6和圖7所示電極組件之間的比較來看，圖6所示的電極組件好在它的使用壽命更長；另一方面，圖7所示的電極組件好在它的亮度更高。
人們已經(jīng)證實，最好在輝光電極的開口和中心電極之間設(shè)定有一個幾毫米量級的間隙X。參見圖10，間隙X位于輝光電極6的開口26和相鄰的燈絲線圈中心電極5的端部之間。同時，參見圖11，間隙X設(shè)定于輝光電極22的開口25和起弧電極21的開口之間。在小型薄管復(fù)合放電燈的情況下，該間隙X最好大于2mm，而在10w復(fù)合放電燈的情況下，該間隙最好大于4mm。
由于發(fā)射體能夠增加電子的發(fā)射，因此，最好用它涂覆輝光電極的內(nèi)表面。盡管在上述實施例中已經(jīng)說明輝光電極用諸如鋁之類的金屬制成，但是，也可以使用透明導(dǎo)電玻璃制作。該透明導(dǎo)電玻璃可以提供光學(xué)效率更高的電極。輝光電極可為任意形狀，如柱形、杯形、漏斗形、拱頂形、船形等。但是，在此指出，在各種各樣的用于輝光電極的金屬材料中，濺射最少的一種是鋁，如果其純度高于95％則更好。
為了制造由透明導(dǎo)電玻璃制成的輝光電極，例如，可使用濺射膜形成工藝，在該工藝中用氧化錫攙雜的氧化銦在輝光電極所有表面上形成導(dǎo)電薄膜?；蛘?，也可使用高純鋁的真空蒸發(fā)。由于由透明導(dǎo)電玻璃制成輝光電極的多成分端部不能用鉚接來固定，因此，采用導(dǎo)電粘接劑來固定。
參見圖14，它表示圖6所示實施例的一種變型，杯形輝光放電電極22a固定于導(dǎo)線25a的遠(yuǎn)端，且提供一個由燒結(jié)金屬材料制成的圓棒狀中心電極21a來包圍該導(dǎo)線25a遠(yuǎn)端。圓棒狀中心電極21a浸漬有電子發(fā)射物質(zhì)。此外，可把中心電極21a的端部固定于杯形輝光放電電極22a上。
此外，如圖14所示，由于在玻璃管外周面上基本上看不到拱頂形輝光放電電極的陰影，因而拱頂形電極22a能給復(fù)合放電燈一個令人滿意的美學(xué)外形，所以，最好使用由透明導(dǎo)電電極制成的拱形輝光放電電極22a，來代替圖2、圖6、圖7、圖10或圖11所示的柱形輝光電極。
低濺射的輝光放電電極可由燒結(jié)金屬制成，這類燒結(jié)金屬除了可由鋁組成之外，還可由作為主要成分的鋯，以及鎢和鎳組成。此外，如果電極21a和2a在鑄造時被相互做成一體的，然后再進(jìn)行熱處理，則可以簡化其制造工藝。
對于底部封閉、直徑約為10mm的輝光電極(參見圖2和圖12)，在輝光電極底部的中心部位形成一個直徑約為0.5至2mm、最好約0.5至1mm的小孔40(參見圖15)，然后進(jìn)行測量其點亮情況的實驗。即使是這樣一個小孔，也能得到長的使用壽命和高亮度，而沒有離子轟擊和濺射。這樣做之后，啟動電壓變低了(減低了3～5％)，啟動時間縮短了。在輝光電極底部沒有小孔的情況下，熱電子要穿過輝光電極的開口和輝光電極外壁面與玻璃管內(nèi)壁面之間的空隙0因而放電阻抗增加了。相反，在輝光電極底部中心部位有小孔的情況下，熱電子穿過該小孔以提高啟動電壓從而縮短啟動時間，也就是說，該小孔有助于主放電。
如果該小孔的直徑變得再大些，則會發(fā)生離子轟擊，從而在其使用壽命的后期會引起燈絲線圈中心電極的濺射及產(chǎn)生大量熱量。另一方面，如果該小孔的直徑變得再小些，則啟動電壓將變低因而啟動時間變長，也就是說，上述輔助作用將毫無意義。實驗證實，對直徑為10mm的輝光電極面言，該小孔的直徑最好在0.5至2mm的范圍內(nèi)，其中，0.5至1mm最好。
按照本發(fā)明，可以大大延長復(fù)合放電燈的使用壽命(直到燈不能點亮?xí)r的時間為止)，且在玻璃管的相對端不會出現(xiàn)變黑現(xiàn)象。此外，在壽命的后半期不會產(chǎn)生大量熱量。還有可以使輝光電極的陰影不被看到。
參見圖16，它表示一例圖4所示的電極組件，除了從芯柱1伸向燈絲線圈型電弧放電電極的相對兩端的導(dǎo)線2、3之外，導(dǎo)電支架26b從芯柱1伸向拱頂形輝光放電電極26，它包括一個嵌入芯柱中的下端和一個點焊于輝光放電電極26開口外緣的上端。支架26b支撐輝光放電電極26，它通過導(dǎo)體26c與導(dǎo)線2電連接以便激勵輝光放電電極26。
參見圖17，它表示圖16所示電極組件的一種變型，導(dǎo)線2、3均由帶狀導(dǎo)電材料制成，輝光放電電極26有一從輝放電電極26開口的周緣延伸出來榫狀片26a，它向內(nèi)彎曲以便點焊到導(dǎo)線2上。因此，在該變型中，導(dǎo)線2、3用作支撐輝光放電電極26的結(jié)構(gòu)件。
此外，由于輝光放電電極開口處的放電電流過大，因此，在輝光放電電極的開口處可能發(fā)生因電子或離子轟擊而引起的濺射或褪化，為了防止這種濺射或褪化的出現(xiàn)，最好用諸如陶瓷或云母之類的絕緣體26b，通過開口的周緣從輝光放電電極的外周表面延伸到內(nèi)周表面，來涂覆輝光放電電極26開口的周緣。
應(yīng)當(dāng)指出，就大批量生產(chǎn)而言，圖16或圖17所示的電極組體較好。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合放電燈，它包括一細(xì)長玻璃管，它有相對的兩端和一縱向上的中部；電極組件，位于所說的玻璃管相對兩端中的每一端；所說的電極組件包括一用來發(fā)射的電子中心電極和包圍該中心電極的輝光放電電極，所說的輝光放電電極制成一有一開口和封閉底部的罩，它被如此放置使所說的開口朝向與其相近的相對端而所說的封閉底部朝向所說的玻璃管縱向上的中部。
2.權(quán)利要求1所說的復(fù)合放電燈，其中在所說的封閉底部中形成一個小孔。
3.權(quán)利要求1所說的復(fù)合放電燈，其中所說的罩由透明導(dǎo)電玻璃制成。
4.權(quán)利要求1所說的復(fù)合放電燈，其中沿所說的開口用絕緣體涂覆所說的罩。
5.權(quán)利要求4所說的復(fù)合放電燈，其中所說的絕緣體為陶瓷或云母。
全文摘要
一種復(fù)合輝光放電燈，它包括一細(xì)長玻璃管，在該細(xì)長玻璃管的相對端的第一端都有一電極組件，該電極組件包括一用來發(fā)射電子的中心電極和一包圍該中心電極的輝光電極，該輝光電極由有一開口和一封閉底部的罩組成，它被如此地設(shè)置使得開口朝向與之相近的玻璃管的那一相對端，而封閉底部21朝向玻璃縱向上的中部，因此，可以防止玻璃管變黑，且可延長復(fù)合放電燈的使用壽命。
文檔編號H01J61/00GK1121257SQ9411759
公開日1996年4月24日 申請日期1994年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月20日
發(fā)明者仁戶田賴之 申請人:東京電測株式會社