专利名称：一种复合阴极荧光灯的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气体放电光源的技术领域，涉及萤光灯阴极结构，更具体地说，本
实用新型涉及一种复合阴极萤光灯。
背景技术：
近年来，作为液晶背光照明的冷阴极荧光灯(CCFL)的制作技术得到很大发展，已 开始进入普通照明领域。 冷阴极荧光灯有着结构紧凑，发光效率高，可频繁开关，调光便易，使用寿命长等 特点，其有效寿命达到2 5万小时。但是，灯管的工作电流较小，管电压高，需高电压启动。 阴极大多为杯状、筒状或片状的铝、铁、镍、钼、铌等高纯金属材料，或者锆铅、铁镍等合金材 料。阴极工作温度约为80 12(TC，其工作原理是由离子轰击电极而发射二次电子。有时 为了提高阴极发射电子的能力，在电极表面涂覆有电子发射较高的粉末材料。随着冷阴极 荧光灯功率的增大，以及要求灯管工作特性的改善，必须提高阴极发射电子粉的能力，则可 以增大阴极的表面积，或者选用二次电子发射系数较大的阴极材料。 热阴极荧光灯的氧化物阴极是在较高温度下工作，属于热电子发射，电子获得足 够热能后而溢出电极，它具有功函数低，二次电子发射能力较好的优质电子发射体。但是氧 化物阴极耐离子轰击的能力差，易被离子轰击溅射损耗，工作寿命短，在冷阴极荧光灯中通 常不宜采用。 当灯管工作电流较小时，阴极工作温度低，其主要为二次电子发射，热电子发射所 占份额较小；随工作电流不断增大，热阴极温度相应升高，热电子发射所占份额变大，甚至 呈现以热电子发射为主。只要合理地选择电极结构，电场分布，灯管电流值的大小等，就可 以得到阴极的不同份额的二次电子和热电子发射量。通常二次电子发射份额大，则光效较 低，寿命长，反之热电子发射为主，光效高，寿命较短。
发明内容针对上述缺陷，本实用新型提供了一种复合阴极荧光灯，这是一种冷阴极和热阴 极相组合的低压气体放电灯具，其目的是提高阴极荧光灯的发光效率，延长使用寿命提高， 提高工作可靠性。 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为 本实用新型所提供的这种复合阴极萤光灯，包括内涂萤光粉层的灯管、阴极及灯 管内作为放电工作介质的复合气体，所述的阴极设有由片状材料制成的金属阴极、螺旋丝 状阴极；所述的阴极由所述的金属阴极和螺旋丝状阴极复合形成。 本实用新型的目的在于设计一种冷阴极和热阴极相组合的低压气体放电灯，根据 应用场合和工作特性要求的不同，调整阴极结构和工作温度，以及填充气体的组份和压力， 得到发光效率高、寿命长，工作可靠的气体放电光源。 下面是两个不同的螺旋丝状阴极的螺旋旋转方向的设置方案[0011] 1、所述的螺旋丝状阴极的螺旋旋转轴线为横向，即该轴线垂直于所述的灯管轴 线。 2、或者，所述的螺旋丝状阴极的螺旋旋转轴线为立式，即该轴线与所述的灯管轴 线方向平行或重合。 下面是根据灯管直径的不同而采用的复合阴极的三个不同复合方式的结构方 案 1、所述的灯管直径大于6mm，所述的金属阴极为筒形，所述的螺旋丝状阴极设在金
属阴极的筒形之内，并且螺旋丝状阴极的外形小于金属阴极的内壁，所述的螺旋丝状阴极
的两端分别由两根镍导丝引出，所述的镍导丝平行于金属阴极的筒形的侧面母线，所述的
镍导丝与金属阴极的内壁相距一定距离，所述的镍导丝与金属阴极通过焊接点连接。 2、或者，所述的灯管直径小于6mm，所述的金属阴极为筒形，所述的螺旋丝状阴极
设在金属阴极的筒形之内并与金属阴极的内壁接触；所述的螺旋丝状阴极的两端分别由两
根镍导丝引出，所述的镍导丝平行于金属阴极的筒形的侧面母线，并且所述镍导丝紧贴在
金属阴极的内壁上。 3、或者，所述的灯管直径小于6mm，所述的金属阴极为两块互相平行的平板，所述 的螺旋丝状阴极设在金属阴极的两块互相平行的平板之间并与金属阴极的内壁接触；所述 的螺旋丝状阴极的两端分别由两根镍导丝引出，所述的镍导丝平行于金属阴极的平板的平 面，并且所述镍导丝紧贴在金属阴极的内侧面上。 下面是螺旋丝状阴极与金属阴极的相对位置的四个不同的方案 1、所述的螺旋丝状阴极设置在金属阴极的筒形朝向所述灯管内方向的沿口位置。 2、或者，所述的螺旋丝状阴极在金属阴极的筒形朝向所述灯管内方向的沿口縮进
一段距离。 3、或者，所述的螺旋丝状阴极设置在平板状的金属阴极的朝向所述灯管内方向的 端头位置。 4、或者，所述的螺旋丝状阴极在平板状的金属阴极的朝向所述灯管内方向的端头
縮进一段距离。 下面是萤光灯管电路的两个不同的方案 1、与所述的金属阴极或螺旋丝状阴极相连接的杜美丝引出线，与电子镇流器的输 出端相连接； 2、或者，与所述的金属阴极或螺旋丝状阴极相连接的杜美丝引出线，与电子逆变 器的输出端相连接。 本实用新型采用上述技术方案，将金属冷阴极和氧化物热阴极组合在一起，兼具 两者的优点，克服其缺点，实现优势互补金属冷阴极能够承受离子的反复轰击，灯管工作 寿命长，而电子发射性能较差，发光效率不高；而氧化物热阴极的发射电子能力好，能耗低 阴极位降和灯管电压降，以及提高发光效率。通过两者的复合，可以改善灯管的光电性能， 提高阴极荧光灯的发光效率，又能保护或减轻热阴极所遭受的离子溅射损伤，特别是在灯 管点燃启动的瞬间，明显减少热电子发射材料的耗损，提高灯管的工作可靠性，延长灯管寿
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明 图1为管径大于6mm以上的电灯的复合阴极结构示意图，其中 图1 (a)为金属阴极与横式螺旋丝状阴极复合； 图1 (b)为金属阴极与立式螺旋丝状阴极复合。 图2为管径小于6mm的放电灯的复合阴极结构示意图，其中 图2(a)为金属阴极与横式螺旋丝状阴极复合； 图2(b)为金属阴极与立式螺旋丝状阴极复合。 图3为热电子发射为主的复合阴极的结构图，其中 图3(a)为管径大于6mm以上的复合阴极结构示意图； 图3(b)为管径小于6mm的复合阴极结构示意图。 图4为本实用新型所涉及的萤光灯的电路图，其中 图4(a)为本实用新型中灯管与电子逆变器连接的电路图； 图4(b)为本实用新型中灯管与电子整流器连接、处于弧光放电状态的电路图。
图中标记为 1、金属阴极，2、螺旋丝状阴极，3、镍导丝，4、焊接点，5、芯柱，6、杜美丝，7、排气管； 8、电子镇流器，9、电子逆变器，10、灯管，11、金属阴极，12、螺旋丝状阴极，13、镍导丝，14、玻 珠，15、杜美丝。
具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式
如所涉及的 各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造 工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的 发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。 如图1、图2和图3所表达的本实用新型的结构，本实用新型为一种复合阴极萤光 灯，包括内涂萤光粉层的灯管10、阴极及灯管10内作为放电工作介质的复合气体。 所述的气体放电的工作物质由Ar、Ne、Hg等构成。灯管10配有电控逆变器，可以 改变灯管工作状态和电流的大小，随之调整阴极工作温度。 为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺 陷，实现提高阴极荧光灯的发光效率，延长使用寿命提高，提高工作可靠性的发明目的，本 实用新型采取的技术方案为 如图1至图3所示，本实用新型所提供的这种复合阴极萤光灯，所述的阴极设有由 片状材料制成的金属阴极1 (或金属阴极11)、螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12);所述 的阴极由所述的金属阴极l(或金属阴极ll)和螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)复合 形成。 金属冷阴极即金属阴极l(或金属阴极ll)只需单根导丝进行焊接，为了在灯管排 气工序中对螺旋丝状电极即螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)进行通电加热，分解激 活，其表面涂覆的电子发射材料，应有两根导丝导出。 由金属阴极1 (或金属阴极11)和涂覆电子发射材料的螺旋丝状阴极2 (或螺旋丝状阴极12)构成的一种新型复合阴极，其优点是增大了阴极发射电子的表面积，金属阴极 发射二次电子为主，螺旋丝状阴极发射热电子为主。 调整金属阴极l(或金属阴极ll)和螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)相对的 位置，可以改变螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)受正离子轰击程度不同，螺旋丝状阴 极2(或螺旋丝状阴极12)位置较高，受离子轰击增大，其温度升高，热电子发射会增加；反 之，螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)位置低于金属阴极l(或金属阴极ll)，则其电子 发射的贡献明显减少。 必须指示，根据应用场合对发光效率和工作寿命要求的不同，合理调整金属阴极 和螺旋丝状阴极的相对高度。作为弧光放电的热阴极灯管，其管内内的填充气体压力和组 分应作必要的改变，它与辉光放电的冷阴极灯的差异甚大。 改变冷阴极(金属阴极)和热阴极(螺旋丝状阴极)的形状尺寸、相对位置高低、 放电电流等，能够得到不同的二次电子和热电子发射比份，灯管放电特性也发生变化。在二 次电子发射为主的冷阴极中，热电子发射阴极的存在，可以提高发射电子能力，改善光电性 能提高发光效率。在热电子发射为主的放电阴极灯中，冷阴极的存在，可以改变电场的分 布，减轻离子对涂电子粉丝状阴极的溅射损伤，延长灯管的寿命。 复合阴极组合使得电极表面增加，而灯管两端电极交替作为阴极和阳极，作为阴 极时，使得发射电子数量增加，反之，作为阳极时，阳极位降超于零或者出现负阳极位降，会 使得灯管压降随之减小，灯管功耗降低，光效提高。 采用上述技术方案，将金属冷阴极和氧化物热阴极组合在一起，兼具两者的优点，
克服其缺点，实现优势互补金属冷阴极能够承受离子的反复轰击，灯管工作寿命长，而电
子发射性能较差，发光效率不高；而氧化物热阴极的发射电子能力好，能耗低阴极位降和灯
管电压降，以及提高发光效率。通过两者的复合，可以改善灯管的光电性能，提高阴极荧光
灯的发光效率，又能保护或减轻热阴极所遭受的离子溅射损伤，特别是在灯管点燃启动的
瞬间，明显减少热电子发射材料的耗损，提高灯管的工作可靠性，延长灯管寿命。 下面是本实用新型的具体实施示例，本领域的技术人员在实施本实用新型时可以
参考并酌情选择应用 —、螺旋丝状阴极的螺旋旋转方向为横式的结构 如图1(a)、图2(a)、图3(a)及图3(b)所示，所示，为金属阴极与横式螺旋丝状阴 极复合结构 即图中所表达的螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)的螺旋旋转轴线为横向，即 该轴线垂直于所述的灯管10轴线。 二、螺旋丝状阴极的螺旋旋转方向为立式的结构 如图1(b)、图2(b)所示，为金属阴极与立式螺旋丝状阴极复合结构 即图中所表达的螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)的螺旋旋转轴线为立式，即
该轴线与所述的灯管10轴线方向平行或重合。 三、灯管直径大于或等于6mm时的复合阴极结构 如图1(a)、图1(b)、图3(a)所示 本实用新型所述的灯管10直径大于或等于6mm，所述的金属阴极1为筒形，所述 的螺旋丝状阴极2设在金属阴极1的筒形之内，并且螺旋丝状阴极2的外形小于金属阴极
61的内壁，所述的螺旋丝状阴极2的两端分别由两根镍导丝3引出，所述的镍导丝3平行于 金属阴极1的筒形的侧面母线，所述的镍导丝3与金属阴极1的内壁相距一定距离，所述的 镍导丝3与金属阴极1通过焊接点4连接。 复合阴极结构还包括芯柱5和排气管7。 四、灯管直径小于或等于6mm时的复合阴极结构(其中金属阴极为筒形) 如图2(a)所示 本实用新型所述的灯管10直径小于或等于6mm时，所述的金属阴极11为筒形，所 述的螺旋丝状阴极12设在金属阴极11的筒形之内并与金属阴极11的内壁接触；所述的螺 旋丝状阴极12的两端分别由两根镍导丝13引出，所述的镍导丝13平行于金属阴极11的 筒形的侧面母线，并且所述镍导丝13紧贴在金属阴极11的内壁上。 镍导丝13由玻珠14固定。 五、灯管直径小于或等于6mm时的复合阴极结构(其中金属阴极为两个平行平 板) 如图2(b)所示 本实用新型所述的灯管10直径小于或等于6mm时，所述的金属阴极11为两块互 相平行的平板，所述的螺旋丝状阴极12设在金属阴极11的两块互相平行的平板之间并与 金属阴极11的内壁接触；所述的螺旋丝状阴极12的两端分别由两根镍导丝13引出，所述 的镍导丝13平行于金属阴极11的平板的平面，并且所述镍导丝13紧贴在金属阴极11的 内侧面上。 镍导丝13由玻珠14固定。 六、螺旋丝状阴极与金属阴极位置平齐的复合阴极结构(其中灯管直径大于或等 于6mm，金属阴极为筒形) 如图3(a)所示 本实用新型所述的螺旋丝状阴极2设置在金属阴极1的筒形朝向所述灯管10内 方向的沿口位置。 该结构适用于热阴极放电灯的实施方式。 七、螺旋丝状阴极与金属阴极位置平齐的复合阴极结构(其中灯管直径小于或等 于6mm，金属阴极为平板状) 如图3(b)所示 本实用新型所述的螺旋丝状阴极12设置在金属阴极11的朝向所述灯管10内方 向的端头位置。 图3(a)、图3(b)为热电子发射为主的复合阴极的结构图。金属阴极l与螺旋丝状 阴极2顶端位置靠近，灯管10正常工作时，螺旋丝状阴极2受带电粒子轰击，灯丝温度升至 较高，以热电子发射为主，二次电子发射份额较少。金属阴极1的金属片可以保护螺旋丝状 阴极2，减轻离子溅射损耗，延长灯管工作寿命。 该结构适用于热阴极放电灯的实施方式。 八、螺旋丝状阴极与金属阴极位置不平齐的复合阴极结构(其中灯管直径大于或 等于6mm): 如图1(a)、图l(b)所示[0083] 本实用新型所述的螺旋丝状阴极2在金属阴极1的筒形朝向所述灯管10内方向 的沿口縮进一段距离。 该结构适用于冷阴极放电灯的实施方式。 八、螺旋丝状阴极与金属阴极位置不平齐的复合阴极结构(其中灯管直径小于或 等于6mm，金属阴极为筒形) 如图2(a)所示 本实用新型所述的螺旋丝状阴极12在金属阴极11的筒形朝向所述灯管10内方 向的沿口縮进一段距离。 该结构适用于冷阴极放电灯的实施方式。 九、螺旋丝状阴极与金属阴极位置不平齐的复合阴极结构(其中灯管直径大于或 等于6mm，为金属阴极为平板状) 如图(b)所示 本实用新型所述的螺旋丝状阴极12在金属阴极11的朝向所述灯管10内方向的 端头縮进一段距离。 该结构适用于冷阴极放电灯的实施方式。 十、热阴极放电灯的实施方式 如图4(b)所示 与所述的金属阴极l(金属阴极ll)或螺旋丝状阴极2(螺旋丝状阴极12)相连接 的杜美丝6(或杜美丝15)引出线，与电子镇流器8的输出端相连接。 图3中金属阴极1(或金属阴极1)和螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)的位 置几乎相同，或者螺旋丝状阴极稍高出金属阴极。与金属阴极1或螺旋丝状阴极2相连接 的杜美丝6引出线和电子镇流器8的输出端相接，灯管处于弧光放电状态，灯丝上呈现高亮 度的热点，发射热电子。金属阴极的存在可以改变电场分布，降低高能正离子对丝状阴极的 溅射损伤。 有时也可以将两根杜美丝的引出线结合在一起，接入电子逆变器的输出端，此
时灯丝不会出现热点，而在正离子的轰击下，丝状阴极温度会升高，但远低于热点温度
(900K)，其发射热电子为主，二次电子份额较少。此时，金属阴极可以保护丝状阴极，减轻正
离子轰击的溅射损伤，可以延长灯管工作寿命。 十一、冷阴极放电灯的实施方式 如图4(a)所示: 与所述的金属阴极l(或金属阴极11)或螺旋丝状阴极2(或螺旋丝状阴极12)相
连接的杜美丝6 (或杜美丝15)引出线，与电子逆变器9的输出端相连接。 电子逆变器9输出端与灯管相连接时，让电极引出的两根杜美丝合在一起，两种
电极处于同电位。 在图1中，金属阴极1或的顶端位置明显高于螺旋丝状阴极2 ;同样，在图2中，金 属阴极11或的顶端位置明显高于螺旋丝状阴极12 由于金属阴极位置较高，灯管启动时，高能量正离子主要轰击于金属阴极，发射出 二次电子，引燃放电。灯管处于正常放电状态，两种阴极都受到正离子轰击，金属阴极发射 二次电子，而螺旋丝状 阴极受离子轰击时，温度会升高，能发射一定数量的热电子，同时会发生二次电子发射。 由金属阴极和涂覆电子发射材料的螺旋丝状阴极构成的一种新型复合阴极，增大 了阴极发射电子的表面积前者发射二次电子为主，后者发射热电子为主。 —般金属阴极高于丝状阴极，前者位置越高，发射二次电子的份额越多；反之，后 者的位置提高，其发射热电子的份额增加；如果后者位置高于前者，则阴极呈热电子发射状 态。 作为辉光放电的冷阴极工作状态，金属阴极位置必须高于丝状阴极，两者又处于 同电位。做为弧光放电的热阴极工作状态，可以设置金属片或丝高于丝状阴极，此时，可以 用作触发启动之用，减轻冷启动对丝状热阴极的溅射损伤。 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改 进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求一种复合阴极萤光灯，包括内涂萤光粉层的灯管(10)、阴极及灯管(10)内作为放电工作介质的复合气体，其特征在于所述的阴极设有由片状材料制成的金属阴极(1、11)、螺旋丝状阴极(2、12)；所述的阴极由所述的金属阴极(1、11)和螺旋丝状阴极(2、12)复合形成。
2. 按照权利要求1所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的螺旋丝状阴极(2、 12) 的螺旋旋转轴线为横向，即该轴线垂直于所述的灯管(10)轴线。
3. 按照权利要求1所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的螺旋丝状阴极(2、 12) 的螺旋旋转轴线为立式，即该轴线与所述的灯管(10)轴线方向平行或重合。
4. 按照权利要求1或2或3所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的灯管(10)直 径大于或等于6mm，所述的金属阴极(1)为筒形，所述的螺旋丝状阴极(2)设在金属阴极(1) 的筒形之内，并且螺旋丝状阴极(2)的外形小于金属阴极(1)的内壁，所述的螺旋丝状 阴极(2)的两端分别由两根镍导丝(3)引出，所述的镍导丝(3)平行于金属阴极(1)的筒 形的侧面母线，所述的镍导丝(3)与金属阴极(1)的内壁相距一定距离，所述的镍导丝(3) 与金属阴极(1)通过焊接点(4)连接。
5. 按照权利要求1或2或3所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的灯管(10)直 径小于6mm，所述的金属阴极(11)为筒形，所述的螺旋丝状阴极(12)设在金属阴极(11)的 筒形之内并与金属阴极(11)的内壁接触；所述的螺旋丝状阴极(12)的两端分别由两根镍 导丝(13)引出，所述的镍导丝(13)平行于金属阴极(11)的筒形的侧面母线，并且所述镍 导丝(13)紧贴在金属阴极(11)的内壁上。
6. 按照权利要求1或2或3所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的灯管(10)直 径小于6mm，所述的金属阴极(11)为两块互相平行的平板，所述的螺旋丝状阴极(12)设在 金属阴极(11)的两块互相平行的平板之间并与金属阴极(11)的内壁接触；所述的螺旋丝 状阴极(12)的两端分别由两根镍导丝(13)引出，所述的镍导丝(13)平行于金属阴极(11) 的平板的平面，并且所述镍导丝(13)紧贴在金属阴极(11)的内侧面上。
7. 按照权利要求4所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的螺旋丝状阴极(2)设 置在金属阴极(1)的筒形朝向所述灯管(10)内方向的沿口位置；或者所述的螺旋丝状阴极(2) 在金属阴极(1)的筒形朝向所述灯管(10)内方向的沿口縮进一段距离。
8. 按照权利要求5所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的螺旋丝状阴极(12)设 置在金属阴极(11)的筒形朝向所述灯管(10)内方向的沿口位置；或者所述的螺旋丝状阴 极(12)在金属阴极(11)的筒形朝向所述灯管(10)内方向的沿口縮进一段距离。
9. 按照权利要求6所述的复合阴极萤光灯，其特征在于所述的螺旋丝状阴极(12) 设置在金属阴极(11)的朝向所述灯管(10)内方向的端头位置；或者所述的螺旋丝状阴极 (12)在金属阴极(11)的朝向所述灯管(10)内方向的端头縮进一段距离。
10. 按照权利要求7或8或9所述的复合阴极萤光灯，其特征在于与所述的金属阴极 (1、11)或螺旋丝状阴极(2、12)相连接的杜美丝(6、15)引出线，与电子镇流器(8)的输出 端相连接；或者，与所述的金属阴极(IUI)或螺旋丝状阴极(2、12)相连接的杜美丝(6、 15)引出线，与电子逆变器(9)的输出端相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种复合阴极萤光灯，包括内涂萤光粉层的灯管、阴极及灯管内作为放电工作介质的复合气体，阴极设有由片状材料制成的金属阴极、螺旋丝状阴极；所述的阴极由金属阴极和螺旋丝状阴极复合形成。采用上述技术方案，兼具金属冷阴极和氧化物热阴极的优点，实现优势互补金属冷阴极能够承受离子的反复轰击，灯管工作寿命长；而氧化物热阴极的发射电子能力好，能耗低阴极位降和灯管电压降，以及提高发光效率。复合阴极可以改善灯管的光电性能，又能保护或减轻热阴极所遭受的离子溅射损伤，特别是在灯管点燃启动的瞬间，明显减少热电子发射材料的耗损，提高灯管的工作可靠性，延长灯管寿命。
文档编号H01J61/067GK201522987SQ20092017279
公开日2010年7月7日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者张建国, 诸玉华 申请人:黄山虹川照明有限公司