CN1306554C - 无灯丝热阴极荧光灯 - Google Patents

Abstract

一种无灯丝热阴极荧光灯，由灯管、电极和外围电路构成，电极设置在灯管两端，灯管内壁涂有荧光粉，灯管内设汞齐和惰性气体，外围电路与所述电极连接，电极上连接有外导丝，阴极电极由熔点高于1500摄氏度的金属钨、或钨铼、或钨钍等抗蒸散材料构成，表面由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物蒸散形成氧化物覆盖层，灯管内气体压力在400帕斯卡至2600帕斯卡之间，电极采用螺旋形，并紧密绕制或夹丝在金属内导丝上，灯管和一个电容器并联连接到外围电路上。本发明结构简单，工艺易控制，适合制作各种管径和管长的灯管，克服了现有的冷阴极荧光灯和有灯丝热阴极荧光灯的不足，光通、光效大大提高，节能效果明显，有效防止了灯管的黑头现象，无灯丝，寿命延长。

Description

无灯丝热阴极荧光灯

技术领域：

本发明涉及基本电气元件，尤其涉及低压气体放电灯，特别是一种无灯丝热阴极荧光灯。

背景技术：

现有技术中，设置有阴极的低压气体放电荧光灯有冷阴极荧光灯和热阴极荧光灯两大种类。冷阴极荧光灯由灯管和电极构成，灯管内壁涂有荧光粉，灯管内填充有汞蒸汽和惰性气体，灯管两端各有一个电极，当高压加在灯管两端后，阴极发射电子，电子经过电场加速取得能量，电子撞击气体原子时，将能量传递给气体原子，使气体原子激发，能阶跃升，当受激原子反回基态时，将能量以253.7nm的紫外光的辐射形式放出，紫外光激发涂在管内壁上的荧光粉而产生可见光。冷阴极荧光灯不设灯丝，结构比较简单，灯管一般较细小，灯管表面温升小，灯管表面亮度高，易加工成各种形状，使用寿命长，通常用于装饰、轮廓照明、背景光源，其工作特点是小电流高电压的冷电子发射，气体放电特性属于辉光放电，效率比较低，节能效果差，不能作为照明产品而大力推广。灯管内惰性气体的压力需要在2600～14000帕斯卡之间，由于管内气压比较高，启跳着火电压都在1KV以上至上万V，工作电压大都在500V，一般需要采用电感漏磁变压器升压或电子变压器升压才能点亮。但是电感漏磁变压器不仅体积大、笨重，而且效率也极低；电子变压器升压设计制作也不容易，尤其是电子变压器升压之后的电磁传导干扰很难克服，使制作成本提高。热阴极荧光灯由灯管、电极、灯丝和外围电路构成，灯管内壁涂有荧光粉，灯管内填充有汞蒸汽和惰性气体，灯管两端各有一个作为电极的灯丝，其中，灯丝与阴极共体，灯丝即阴极，阴极即灯丝。外围电路由启辉器和电感镇流器或者电子镇流器构成，电路接通时，启辉器两端产生交流电流，交流电流给灯管两端的灯丝预热，灯丝通电后使阴极温度提高到热电子发射的水平，在镇流器的两端形成一个大于电源电压的电动势，使灯管导通；或者电子镇流器通电的瞬间，在限流电感的两端产生一个叠加的高频脉冲，灯管迅速导通，并使阴极发出电子，阴极发出电子以后，阳极吸收电子，在电子的运动过程中碰撞出成平方上升的正离子，靠近阴极负辉区高浓度的正离子又向阴极作撞击运动。由于其质量大，迅速使阴极形成一个阴极热点，灯管管压与外围电路之间组成LC振荡电路，使灯管两端灯丝交替作为阴极和阳极，汞原子在退激发之中发出253.7nm的紫外长波，这种紫外光再激发涂敷在管壁的荧光粉，转化为可见光。这种气体放电现象属于热电子发射的弧光放电。弧光放电效率大大高于辉光放电。但是，有灯丝的热阴极荧光灯由于灯丝装配工艺的限制，很难在细管径中使用。现在最成熟的是在≥φ12mm管径中使用，在φ9-φ10mm管径的小功率紧凑型节能灯里使用，一般燃点半年左右，或开关试验1000次左右，就因灯丝靠壁距离太小，灯丝溅射而早期黑头，影响光输出。在超细管径中使用，如＜φ9，还因管压高而启动困难，所以在超细灯管管径中，功率只做到7W以下，在细管径φ9-φ10mm一般也只能做到15W以下。开关性能不佳，外围电路影响预热电流的大小和时间常数和LC振荡频率，灯管或者不易启动，或者工作不稳定，另外，灯丝的材料钨是通过粉末冶金工艺取得，加工制作的工序中或整灯在运输途中的颠簸会造成钨丝损伤，容易造成灯管燃点寿命未到而断丝，使整灯早期失效；同时，钨丝由粗变细是在高温下通过金钢模拉制而成，一般都是前细后粗，所以同样切长的灯丝的质量也不一致。制成阴极之后，阴极预热电流也不一致，钨丝在通电燃点中的蒸发随机变化大，导致灯管与外围电路预热电流的失配离散率极大。而在失配条件下，钨丝冷态时电阻趋于小，钨丝与内导丝夹丝的两点电阻偏大，开灯一瞬间的预热电流的冲击容易导致断丝，另外，有灯丝阴极的电子粉的分解都是在排气车上灯丝通电加热进行，其阴极分解温度，分解出杂质气体CO，CO2等的抽排速度都靠人工去把握设定，很难保证其一致性，导致质量不均匀。

发明内容：

本发明所要解决的现有技术中的技术问题是：由于现有技术中的冷阴极荧光灯的气体放电特性属于辉光放电，效率比较低，节能效果差，不能作为照明产品而大力推广，灯管内惰性气体的压力需要在2600～14000帕斯卡之间，由于管内气压比较高，启跳着火电压都在1KV以上至上万V，工作电压大都在500V，一般需要采用电感漏磁变压器升压或电子变压器升压才能点亮，但是电感漏磁变压器不仅体积大、笨重，而且效率也极其低。电子变压器升压设计制作也不容易，尤其是电子变压器升压之后的电磁传导干扰很难克服。使制作成本提高；而现有技术中的有灯丝热阴极荧光灯由于灯丝装配工艺的限制，很难在细管径中使用，在φ9-φ10mm管径的小功率紧凑型节能灯里使用，一般燃点时间只有半年左右，或者开关试验1000次左右，就因灯丝靠壁距离太小，灯丝溅射而早期黑头，影响光输出。在超细管径中使用，如＜φ9，还因管压高而启动困难，所以在超细灯管管径中，功率只做到7W以下，在细管径φ9-φ10mm一般也只能做到15W以下。开关性能不佳，外围电路影响预热电流的大小和时间常数和LC振荡频率，灯管或者不易启动，或者工作不稳定，另外，灯丝的材料钨是通过粉末冶金工艺取得，加工制作的工序中或整灯在运输途中的颠簸会造成钨丝损伤，容易造成灯管燃点寿命未到而断丝，使整灯早期失效，同时，钨丝由粗变细是在高温下通过金钢模拉制而成，一般都是前细后粗，所以同样切长的灯丝的质量也不一致。制成阴极之后，阴极预热电流也不一致，钨丝在通电燃点中的蒸发随机变化大，导致灯管与外围电路预热电流的失配离散率极大。而在失配条件下，钨丝冷态时电阻趋于小，钨丝与内导丝夹丝的两点电阻偏大，开灯一瞬间的预热电流的冲击容易导致断丝，另外，有灯丝阴极的电子粉的分解都是在排气车上灯丝通电加热进行，其阴极分解温度，分解出杂质气体CO，CO2等的抽排速度都靠人工去把握设定，很难保证其一致性，导致质量不均匀。

本发明为解决已有技术中的上述技术问题所采用的技术方案是提供一种无灯丝热阴极荧光灯，所述的这种无灯丝热阴极荧光灯由灯管、一对电极和外围电路构成，所述的一对电极通过封口密封在所述的灯管的两端，所述的灯管的内壁涂覆有荧光粉，所述的灯管内设置有汞齐和惰性气体，所述的外围电路通过连接导线分别与所述的一对电极连接，所述的封口密封可以采用芯柱密封或无芯柱夹封方式来实现，其中，任意一个所述的电极上均连接有至少一个外导丝，任意一个所述的外导丝均有一端设置在所述的灯管外面，任意一个所述的电极均由熔点高于1500摄氏度的金属抗蒸散材料构成，任意一个所述的电极的表面还设置有氧化物覆盖层，所述的灯管内的气体压力在400帕斯卡至2600帕斯卡之间。具体的，所述的这对电极在灯管中作为阴极使用。

进一步的，所述的金属抗蒸散材料采用金属钨、或者钨铼合金、或者钨钍合金。

更进一步的，所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过真空加热方式蒸散形成。。

再具体的，所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过900摄氏度温度下的真空加热方式蒸散形成。

进一步的，所述的电极由一个螺旋金属丝构成，所述的螺旋金属丝紧密绕制或夹丝在一个金属内导丝上，所述的金属内导丝呈直线状，所述的金属内导丝的一端设置在所述的灯管内，所述的金属内导丝的另一端设置在灯管端口的密封件内。具体的，所述的这个电极在灯管中作为阴极使用。

进一步的，在所述的灯管的外侧、两个所述的外导丝之间连接有一个电容器，所述的电容器和所述的灯管并联连接到所述的外围电路上。

进一步的，所述的电极是分叉电极，所述的分叉电极由至少两个螺旋金属丝构成，所述的灯管内设置有至少两个金属内导丝，所述的金属内导丝呈分叉状连接，所述的金属内导丝的连接端设置在灯管端口的密封件内，任意一个所述的螺旋金属丝均各自紧密绕制或夹丝在一个所述的金属内导丝上。具体的，所述的这个电极在灯管中作为阴极使用。

进一步的，所述的螺旋金属丝为双螺旋金属丝或三螺旋金属丝。

进一步的，本发明中所述的螺旋金属丝、双螺旋金属丝、三螺旋金属丝、灯管、外围电路和蒸散技术均采用已有技术中的公知技术方案，有关螺旋金属丝、双螺旋金属丝、三螺旋金属丝、灯管、外围电路和蒸散技术的公知技术方案已为本领域的普通技术人员所熟知，在此不再赘述。

本发明与已有技术相对照，其效果是积极和明显的。本发明因为采用了由金属抗蒸散材料构成的电极作为阴极，并且在阴极表面设置了氧化物覆盖层，所以提高了阴极的耐温和耐正离子冲击的能力，并增强了阴极的热电子发射能力，同时，电极由一个螺旋金属丝设置在直线形的金属内导丝上构成，并且根据功率设置多个分叉的电极，有利于阴极热点的随机迁移，提高了电极的寿命，使灯管两端不易发黑；另外，在与外围电路的连接中，与灯管并联设置了电容器，可以串连外围电路中的LC振荡回路并储能，提高了灯管工作电压。本发明的结构简单，制作容易，工艺容易控制，适合制作各种管径和管长的灯管，本发明与现有技术中的冷阴极荧光灯相比，光通、光效大大提高，寿命对比试验高20％～100％以上，节能效果十分明显。本发明与现有技术中的有灯丝热阴极荧光灯相比，在同一管径，展开长度等条件下，有效防止了灯管的黑头现象，无灯丝，使用寿命延长。

本发明的目的、特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

附图说明：

图1是本发明的无灯丝热阴极荧光灯的一个优选实施例的工作电路示意图。

图2是本发明的无灯丝热阴极荧光灯中的阴极电极的结构示意图。

图3是本发明的无灯丝热阴极荧光灯中的分叉阴极的结构示意图。

具体实施方式，

如图1、图2和图3所示，本发明的无灯丝热阴极荧光灯由灯管、一对电极和外围电路构成，所述的一对电极通过封口密封在所述的灯管的两端，所述的灯管的内壁涂覆有荧光粉，所述的灯管内设置有汞齐和惰性气体，所述的外围电路通过连接导线分别与所述的一对电极连接，所述的封口密封可以采用芯柱密封或无芯柱夹封方式来实现，其中，任意一个所述的电极上均连接有至少一个外导丝，任意一个所述的外导丝均有一端设置在所述的灯管外面，任意一个所述的电极由熔点高于1500摄氏度的金属抗蒸散材料构成，所述的这个电极的表面还设置有氧化物覆盖层，所述的灯管内的气体压力在400帕斯卡至2600帕斯卡之间。具体的，所述的这个电极在灯管中作为阴极使用。在本发明的一个优选实施例中，所述的灯管内的气体压力为1068帕斯卡。

进一步的，所述的金属抗蒸散材料采用金属钨、或者钨铼合金、或者钨钍合金。

更进一步的，所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过真空加热方式蒸散形成。

再具体的，所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过900摄氏度温度下的真空加热方式蒸散形成。在本发明的一个优选实施例中，阴极电极采用低温长时间激活的方法来出气激活，其步骤为，第一步，把多支阴极集中在一支石英玻璃制成的试管中，试管上端有两个开口，一个开口接上真空泵抽真空，一个开口通高纯氩备用。第二步，将试管放置阴极的下部插入高频炉的加温线圈中，通过高频加温将阴极充分分解，出气。阴极分解后，试管内真空度提高。再充入氩气冲洗，通常所述的高频炉控制温度为900度。第三步，继续加温，使阴极充分激活。

进一步的，所述的电极由一个螺旋金属丝构成，所述的螺旋金属丝紧密绕制或夹丝在一个金属内导丝上，所述的金属内导丝呈直线状，所述的金属内导丝的一端设置在所述的灯管内，所述的金属内导丝的另一端设置在灯管端口的密封件内。具体的，所述的这个电极在灯管中作为阴极使用。

进一步的，在所述的灯管的外侧、两个所述的外导丝之间连接有一个电容器C，所述的电容器C和所述的灯管并联连接到所述的外围电路上。

进一步的，所述的电极是分叉电极，所述的分叉电极由至少两个螺旋金属丝构成，所述的灯管内设置有至少两个金属内导丝，所述的金属内导丝呈分叉状连接，所述的金属内导丝的连接端设置在灯管端口的密封件内，任意一个所述的螺旋金属丝均紧密绕制或夹丝在一个所述的金属内导丝上。具体的，所述的这个电极在灯管中作为阴极使用。

进一步的，所述的螺旋金属丝为双螺旋金属丝或三螺旋金属丝。

进一步的，本发明中所述的螺旋金属丝、双螺旋金属丝、三螺旋金属丝、灯管、外围电路和蒸散技术均采用已有技术中的公知技术方案，有关螺旋金属丝、双螺旋金属丝、三螺旋金属丝、灯管、外围电路和蒸散技术的公知技术方案已为本领域的普通技术人员所熟知，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种无灯丝热阴极荧光灯，由灯管、一对电极和外围电路构成，所述的一对电极通过封口密封在所述的灯管的两端，所述的灯管的内壁涂覆有荧光粉，所述的灯管内设置有汞齐和惰性气体，所述的外围电路通过连接导线分别与所述的一对电极连接，其特征在于：任意一个所述的电极上均连接有至少一个外导丝，任意一个所述的外导丝均有一端设置在所述的灯管外面，任意一个所述的电极均由熔点高于1500摄氏度的金属抗蒸散材料构成，任意一个所述的电极的表面还设置有氧化物覆盖层，所述的灯管内的气体压力在400帕斯卡至2600帕斯卡之间。

2.如权利要求1所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的金属抗蒸散材料是金属钨、或者钨铼合金、或者钨钍合金。

3.如权利要求1所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过真空加热方式蒸散形成。

4.如权利要求3所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的氧化物覆盖层是由三元碳酸盐和二氧化锆粉的混合物在封口前预先通过900摄氏度温度下的真空加热方式蒸散形成。

5.如权利要求1所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的电极由一个螺旋金属丝构成，所述的螺旋金属丝绕制或夹丝在一个金属内导丝上，所述的金属内导丝呈直线状，所述的金属内导丝的一端设置在所述的灯管内，所述的金属内导丝的另一端设置在灯管端口的封口内。

6.如权利要求1所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：在所述的灯管的外侧、两个所述的外导丝之间连接有一个电容器，所述的电容器和所述的灯管并联连接到所述的外围电路上。

7.如权利要求1所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的电极是分叉电极，所述的分叉电极由至少两个螺旋金属丝构成，所述的灯管内设置有至少两个金属内导丝，所述的金属内导丝呈分叉状连接，所述的金属内导丝的连接端设置在灯管端口的封口内，任意一个所述的螺旋金属丝均各自绕制或夹丝在一个所述的金属内导丝上。

8.如权利要求5所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的螺旋金属丝为双螺旋金属丝或三螺旋金属丝。

9.如权利要求7所述的无灯丝热阴极荧光灯，其特征在于：所述的螺旋金属丝为双螺旋金属丝或三螺旋金属丝。