低压气体放电灯制造技术

本发明专利技术涉及一种低压气体放电灯，它包括至少一个放电容器和至少两个电容耦合结构，并工作在工作频率ｆ上。为了使低压气体放电灯达到较高效率连同小的结构体积、高光通量、低工作电压、低电磁辐射、高度耐开关过渡过程和长的使用寿命，建议每一个电容耦合结构（２）用至少一个具有厚度ｄ和介电常数ε的绝缘体形成，每一个绝缘体遵守ｄ／（ｆ．ε）＜１０＃＋［－８］ｃｍ．ｓ的条件。这样单位灯长度可以产生的光量（流明／ｃｍ）大得多。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低压气体放电灯，它包括至少一个放电容器和至少两个电容耦合结构，并工作在工作频率f下。本专利技术还涉及液晶显示器背光用的器件，其中为了产生背光，配置至少一个作为光源的这样的低压气体放电灯和光学系统。已知的气体放电灯包括其中发生气体放电的含有填充气体的容器和通常密封在放电容器内的两个金属电极。一个电极提供放电用的电子，这些电子随后通过第二个电极加到外电流电路上。这些电子的作用一般是通过热离子发射(热电极)产生，尽管它或者也可以用强电场中的发射或直接通过离子轰击(离子诱导二次发射)(冷电极)产生。在感应工作方式下，载流子直接借助于高频(在低压气体放电灯的情况下一般要高于1MHz(兆赫))交变电磁场在气体体积中产生。电子在放电容器内沿着闭合回通路运动；在这种工作方式下没有通常的电极。在电容工作方式下，用电容耦合结构作为电极。这些电极通常是嵌入的，所以是绝缘体(绝缘材料)，它一方面与气体放电接触，另一方面，以电导方式(例如，通过金属触点)连接到外部电流电路。当交流电压加到电容电极上时，在放电容器内形成交变电场，于是载流子在所述交变电场的线性电场移动。在高频范围(f＞10MHz)内，电容灯类似于电感灯，因为在这个范围内载流子也在整个气体体积内产生。在这种情况下，绝缘电极的表面特性不那么重要(所谓α放电方式)。在较低的频率下，电容灯的工作方式改变，对于放电重要的电子必须最初从绝缘电极的表面发射，并在所谓阴极下降区倍增，从而维持放电。因而，绝缘材料的发射性能确定灯的功能(所谓γ放电方式)。阴极下降区沉淀的功率不能用来产生光，因而降低了灯的效率(流明/瓦)。对于许多设备来说，使用直径小(小于5mm)的和灯单位长度的光通量(流明/cm)尽可能高的荧光灯是有利的。另外，大部分应用领域要求灯高度耐开关过渡过程。这对气体放电灯在液晶显示器背光(LCD背光)上的应用尤为如此。为了能够装上线圈和阳极罩，热阴极灯要求放电容器约10mm的最小直径。当不必用阳极罩时，可以实现约6mm的内径，只是由于变黑加重，其使用寿命严重缩短。另外，热阴极灯的开关特性对许多应用领域而言是无法接受的，此外，它们难以变暗。灯直径小(不超过5mm)的荧光气体放电灯至今只能以冷阴极灯或工作频率处于高频范围(高于1MHz)的电容气体放电灯的形式实现。冷阴极灯提供它们能在低频(30-50kHz)工作的优点。因此，它们的电磁辐射很弱。但是，冷阴极灯中的放电电流有严格限制(至约10mA的最大值)。电流的限制是由于电极材料的溅射率随着放电电流急剧增大。另外，电流限制有助于防止电极局部发热到这样的程度、以致溅射率急剧增大而出现热发射。释放的电极材料随后淀积在放电容器上，导致灯快速变黑。在工作频率f＞1MHz的电容放电灯的情况下，高的工作频率与灯中高的电流密度(大电流，小的灯直径)结合引起强烈的电磁辐射。这使对由灯、反光镜、驱动电子线路等形成的整个系统都必须采取精心制定的步骤，以便限制这种电磁辐射。因为功率是通过放电容器以容性方式耦合的，所以工作频率向下受到耦合面的电容量限制(至1MHz左右)。美国专利2,624,858公开了一种在外电极和气体放电之间设有绝缘层的电容气体放电灯。外电极连接到在120Hz频率下输出500V至10,000V电压的交流电源。绝缘层具有高的介电常数ε＞100，最好ε＞2000。外部交流电压通过绝缘层进行电容耦合引起灯内气体的电离和激活，使之出现发光气体放电。介电常数与工作频率的这种结合只能利用尺寸非常大的耦合结构才能达到灯的高光通量，使得整个灯也变得尺寸大。此外，在这样的灯中，高光通量需要极高的工作电压，因而需要昂贵的驱动电路。另外，在这个频率范围内，二次辐射系数γ明显地不那么令人满意，以致气体放电效率更低和产生光量更小。本专利技术的一个目的是提供一种低压气体放电灯，它在有电容耦合存在的情况下，提供较高效率连同小的结构体积、高光通量、低工作电压、低电磁辐射、高度耐开关过渡过程和长的使用寿命。达到这个目的的方法是每一个电容耦合结构用至少一个具有厚度d和介电常数ε的绝缘层形成，每一个绝缘层遵守d/(f.ε)＜10-8cm.s的条件。所述气体放电灯以已知的方法包括含有一般填充气体(例如，在低压气体放电灯的情况下含有惰性气体或掺汞的惰性气体)的透明放电容器，并在工作频率为f的交流电源下工作。放电容器和填充气体的材料可以根据要求产生的辐射频谱选定。更具体地说，放电容器可以设有涂层，使得按照本专利技术的灯发出给定频率范围(例如，UV(紫外线)范围)的辐射。在放电容器上至少设置两个空间上隔开的耦合结构。电容耦合结构的绝缘层可以包括一层或多层。每一层要分别满足d/(f.ε)＜10-8cm.s的条件。显然，在本专利技术的范围内，多个进一步的耦合结构也是可行的，作为适当选择绝缘体材料特性和几何形状的结合的结果，所述结构具有本专利技术的特征。在其他权利要求和按照本专利技术的实施例中公开了本专利技术有利的实施例。在本专利技术其他最佳实施例中，至少一个绝缘体遵守d/(f.ε)＞10-9cm.s的条件，使得该灯具有正的电流-电压特性。气体放电灯必须适当配备镇流器，以便保证稳定的气体放电。这种镇流器通常总合成电镇流装置，其中一个电路产生灯启动所需的点火电压。对于按照本专利技术的灯，最好这样选择电容耦合结构的材料、它们的几何形状和工作频率，使得绝缘体两端的平均电压相当于灯(d/(f.ε)≈ 5.10-9cm.s)的放电容器中等离子体两端的电压，以便电容耦合结构可以用于灯的镇流。这样，在灯的驱动电路中可以不用镇流元件，使成本大大降低。另外，灯的自镇流使多个这样的灯并联工作而只使用一个驱动器成为可能；这再次在驱动器的成本方面带来明显的节约。按照本专利技术的灯克服现有灯的缺点，尤其是工作在150Hz至1MHz频率范围内。绝缘材料最好具有介电常数明显的负温度依赖关系。已知某些绝缘材料，它们的介电常数值随着温度上升而下降，尤其是在超过给定温度时。介电常数也可以短暂地增大，尤其是在低温范围。在灯的工作期间，绝缘体由于功率的耦合而被加热，使得绝缘电容降低，因而可以耦合的最大功率受到限制。这样便稳定了灯的功率，从而用那里存在的耦合结构就已经获得灯的镇流。本专利技术特别适用的实施例包括具有内径di的基本上是空心的圆柱形放电容器；那么内径di可以小于10mm。空心圆柱形放电容器尤其吸引人，因为根据其他气体放电灯它们的制造和处理是众所周知的。内径小使灯较易处理，并为灯找到许多用途。依用途而定，空心圆柱形放电容器可以构造成，例如，螺旋形、字符或数字等。灯的其他细节也具有基本上空心的圆柱形电容耦合结构，后者具有内径di，并以抗压力的方式连接到放电容器。使用同样尺寸的结果是，绝缘体可以特别简单地连接到放电容器，例如，利用玻璃焊接技术。最好选择包含至少一种惰性气体或惰性气体和汞的混合物的放电容器中的填充气体。可以用多种气体混合物作为按照本专利技术的灯的填充气体。更具体地说，可以使用已知低压气体放电灯中用的填充气体。这提供一个处理方法已知的好处。也可以根据灯的用途选择填充气体，因而支持要求的颜色(所发射的辐射波长)或形状。在按照本专利技术的灯的另一个实施例中，气体放电灯的放电电流大于10mA。大放电电流的使用使高于已知灯的亮度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压气体放电灯，它包括放电容器（１）和至少两个空间上隔开的电容耦合结构（２），并工作在工作频率ｆ上，其特征在于： 每一个电容耦合结构（２）由至少一个具有厚度ｄ和介电常数ε的绝缘体形成，每一个绝缘体遵守ｄ／（ｆ．ε）＜１０↑［－８］ｃｍ．ｓ的条件。

【技术特征摘要】
DE 2000-3-24 10014407.11．一种低压气体放电灯，它包括放电容器(1)和至少两个空间上隔开的电容耦合结构(2)，并工作在工作频率f上，其特征在于每一个电容耦合结构(2)由至少一个具有厚度d和介电常数ε的绝缘体形成，每一个绝缘体遵守d/(f.ε)＜10-8cm.s的条件。2．权利要求1的低压气体放电灯，其特征在于至少一个绝缘体遵守d/(f.ε)＞10-9cm.s的条件。3．权利要求1的低压气体放电灯，其特征在于所述工作频率f是在150Hz至1MHz范围内。4．权利要求1的低压气体放电灯，其特征在于所述绝缘材料的介电常数具有明显的负温度依赖关系。5．权利要求1的低压气体放电灯，其特征在于所述放电容器(1)基本上呈空心的圆柱形，具有小于10mm的内径di。6．权利要求5的低压气体放电灯，其特征在于所述电容耦合结构(2)基本上呈空心圆柱形，具有内径di，并以防压缩的方式连接到放电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A克劳斯，B劳森贝尔格，WA格雷恩，H丹纳特，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]