专利名称：低压放电灯的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及低压放电灯、产生光的方法、以及制造低压放电灯的方法。
背景技术：
到目前为止，诸如荧光灯的低压放电灯通常使用汞(Hg)作为光产生元件。另外， 通常设置背景气体(也被称为缓冲气体)，优选地为例如氩的惰性气体。在传统荧光灯中， Hg以液体形式或以金属合金的形式引入到灯中。由于灯的自加热，部分Hg蒸发并且被激励为通过灯中的等离子放电过程来放射紫外线(UV)辐射。基于Hg的低压放电灯的缺点包括下面几点(I)Hg是有毒的，并且由于环境保护的原因从长期来看应该被禁止；(2)对于光产生，存在最佳的Hg蒸汽压如果灯过热或过冷，则发光效率降低，即灯具有强的温度依赖性；C3)利用Hg产生的辐射具有非常短的波长，这导致在转化成可见光期间高的转化损耗。存在用金属卤化物替换Hg的尝试。然而，这些化合物要求高温以变换成气相。另外，这些化合物也对环境危害很大。还存在使用氮气(N2)放电的方法其中，电能通过电感耦合或电容耦合被耦合到系统中；以及其中，利用相对低的放电电流，以辉光放电模式实现放电。在这两种情况中，仅可提供相当有限的功率密度。
发明内容
本发明的目标是提供一种低压放电灯以及一种产生光的方法，该低压放电灯及该方法克服了以上概述的传统灯的缺点中的至少一些缺点。该目标通过本申请的独立权利要求中请求保护的主题来解决。在从属权利要求中描述了有利的实施例。根据本发明实施例的低压放电灯包括放电容器；包括氮气的气体放电介质，所述气体放电介质以低压包含在所述放电容器中；其中，所述放电灯被配置为使得可以通过所述气体放电介质的高电流放电过程来产生光。根据本发明实施例的产生光的方法包括通过将电能馈送到布置在低压放电灯的放电容器中的低压的、包括氮气的气体放电介质中，而在所述气体放电介质中起始高电流放电过程。根据本发明实施例的制造低压放电灯的方法包括为放电容器提供包括氮气的气体放电介质，所述气体放电介质以低压包含在所述放电容器中；以及配置所述放电灯，使得可通过所述气体放电介质的高电流放电过程来产生光。
在附图中，相同的附图标记一般表示不同视图中的相同部分。附图不一定示出比例，而是一般将重点放在图示本发明的原理上。在下面的说明中，参考下面的附图来描述本发明的各种实施例，其中图IA示出根据本发明的实施例的低压放电灯；图IB示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯；图IC示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯；图ID示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯；图IE和图IF示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯；图IG示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯；图2A示出根据本发明的实施例的、包括低压放电灯和耦合到灯的电源的布置；图2B示出根据本发明的另一实施例的、包括低压放电灯和耦合到灯的电源的布置；图2C示出根据本发明的另一实施例的、包括低压放电灯和耦合到灯的电源的布置；图3A示出根据本发明的实施例的、图示在各种氮电弧放电过程中测量的电操作参数的示例性值的图；图IBB示出根据本发明的实施例的、图示通过低压放电灯中的电弧放电过程获得的放电光谱的图；图4A示出根据本发明的实施例的、针对气体放电介质的各种组成来图示氮电弧放电过程中的氮UV发射强度的图；图4B示出根据本发明的实施例的、针对气体放电介质的各种组成来图示氮电弧放电过程中的氮可见光发射强度的图；图5示出根据本发明实施例的产生光的方法。图6示出根据本发明实施例的制造低压放电灯的方法；图7示出图示不同的气体放电机制的示意性电流电压图。
具体实施例方式图IA示出根据本发明实施例的低压放电灯100。放电灯100包括放电容器101。根据实施例，放电容器101可具有管状形状，其中，在本申请中，术语“管状”可被理解成包括显著延长的放电容器，即其横截面(不一定为圆形)的直径显著小于其长度的放电容器。例如，根据实施例，低压放电灯100的放电容器101可具有与典型的基于汞的荧光管的放电容器相同或相似的形状和/或尺寸。根据替选实施例，放电容器101可具有与典型的紧凑型荧光灯(CFL)(也被称为单端荧光灯、紧凑型荧光灯或节能灯)的放电容器相同或相似的形状和/或尺寸，例如包括具有一个或更多个弯曲的管状形状(参见图IC和图1D)，或具有螺旋几何形状的形状。根据其它实施例，放电容器101可具有其它合适的形状和/或尺寸。在放电容器101被配置为放电管的情况下，放电管可具有适合的几何尺寸，例如管长度在大约IOcm到大约200cm的范围内(例如根据实施例为35cm)和/或例如管直径根据实施例在大约7mm到大约50mm的范围内(例如根据实施例为25mm)，但是根据替选实施例，放电管可具有其它的长度和/或直径值。
根据实施例，放电容器101可包括对可见光透明的材料，或者可由对可见光透明的材料制成。例如，根据实施例，放电容器101可包括玻璃或者可由玻璃制成，但是根据其它实施例，放电容器101可包括其它材料或由其它材料制成。放电灯100还包括了包括氮气的气体放电介质102，该气体放电介质102以低压包含在放电容器101中。根据实施例，气体放电介质102可具有小于或等于大约150托(torr) OOO毫巴(mbar))的压力，例如根据实施例在从大约0. 1托到大约40托的范围内(例如根据实施例为大约1托)。根据实施例，气体放电介质102可包含100%的氮气。换言之，气体放电介质102
可由氮气组成。根据另一实施例，气体放电介质102还可包括惰性气体。换言之，除氮气之外，气体放电介质102还可包括至少一种惰性气体。根据实施例，惰性气体可为或可包括以下气体中的至少之一氩(Ar), M (He)，氖(Ne)，氪(Kr)、氙(Xe)。根据某些实施例，惰性气体(例如Ar)可用作放电过程的背景气体。在这种情况下，气体放电介质102根据实施例可具有小于或等于大约100%的氮百分比，例如根据实施例在从大约0. 到大约10%的范围内的氮百分比(例如根据实施例大约为5% )。根据实施例，气体放电介质102可为氮氩混合物，其中氮百分比根据实施例可为大约10%，或根据另一实施例可为大约5%，或根据另一实施例可为大约1%，或根据另一实施例可为大约0. 5%，或根据另一实施例可为大约0. 1%。放电灯100还包括至少部分地布置在放电容器101中的第一电极103和第二电极 104。电极103、104可用作放电灯100的阴极和阳极。根据实施例，例如在放电容器101被配置为放电管的情况下，如图IA所示，第一电极103和第二电极104可被布置在放电容器 101的相对端上或放电容器101的相对端的附近，但是根据其它实施例，第一电极103和第二电极104可被不同地布置。根据实施例，第一电极103与第二电极104之间的距离可在从大约5cm到大约195cm的范围内，例如根据实施例大约为26. 5cm。在放电容器101被配置为直的放电管的情况下，放电长度可对应于放电灯100的长度。根据实施例，第一电极103和第二电极104中的至少一个可包括氧化物材料。根据实施例，第一电极103或第二电极104可包括氧化物材料。根据另一实施例，第一电极103 和第二电极104可包括氧化物材料。根据实施例，氧化物材料可包括以下氧化物中的至少一个氧化钡，氧化锶，氧化钙。根据实施例，第一电极103和第二电极104中的至少一个可包括钨(W)材料。例如，根据实施例，包括氧化物材料的电极或多个电极还可包括钨材料，其中钨材料根据实施例可被该氧化物材料所覆盖(即，涂覆)。根据实施例，如图IA所示，第一电极103和第二电极104中的至少一个可被配置为或可包括螺旋缠绕的灯丝(即被缠绕为螺旋形的丝)。然而，根据其它实施例，电极可具有不同的形状。根据实施例，灯丝可以是可被涂覆有氧化物材料的钨丝。根据某些实施例，氧化物材料可用作发射体材料，并且例如可用来降低各个电极的功函数(work function)。
放电灯100被配置为使得可通过第一电极103与第二电极104之间的气体放电介质102的高电流放电过程(清楚地，根据所示实施例的电弧放电过程)来产生光。根据另一实施例，如图IB所示，图IA所示的放电灯100还可包括布置在放电容器101中的荧光粉105。根据实施例，荧光粉105可如图IB所示布置在放电容器101的内表面。根据实施例，放电容器101内表面可涂覆荧光粉的薄膜。换言之，放电灯100可包括涂覆在放电容器101的内部的荧光粉。根据实施例，荧光粉105可被配置为至少部分地吸收紫外线(UV)波长范围内的光能。根据实施例，荧光粉105还可被配置为至少部分地将所吸收的光能重新发射为可见光，即重新发射为具有可见光谱中的至少一个波长的电磁辐射。根据实施例，荧光粉105可被配置为将电弧放电过程中由气体放电介质产生的(例如由氮气产生的)紫外线辐射转换成可见辐射，即可见电磁辐射或可见光。根据实施例，荧光粉105可被配置为将所吸收的光能重新发射为可见光谱的蓝色范围或蓝色/绿色范围内的可见光。根据实施例，荧光粉105可被配置为吸收在从大约^Onm到大约400nm的波长范围内的光能，并将所吸收的光能重新发射为在从大约450nm到大约550nm的波长范围内具有发射最大值的光。根据实施例，荧光粉105可包括掺杂Eu2+的荧光粉。根据实施例，荧光粉105可包括铝酸盐材料，例如根据实施例的掺杂Eu2+的铝酸盐。根据实施例，荧光粉105可包括以下材料中的至少一种铝酸钡镁Eu (BaMgAlltlO17: Eu)，(BahSrx)MgAlltlO17 = Eu, Mn，铝酸锶(Sr4Al14O25 Eu)。根据实施例，气体放电介质102还可包括氢气。添加氢气的一个效果可以是可使放电灯100的发射光谱变化。根据替选实施例，除了氢气之外或取代氢气，还可使用其它合适的气体添加物，例如氧气。图IC和图ID示出根据其它实施例的低压放电灯100，其中可通过高电流放电过程(清楚地，根据所示实施例的电弧放电过程)来产生光。放电灯100与图IA中所示的放电灯的不同之处在于，每个情况中的放电容器101均具有与紧凑型荧光灯(CFL)中通常使用的形状类似的形状。在图IC所示的放电灯100中，放电容器101被配置为具有单个弯曲107的管106。电极103、104位于管106中。根据实施例，荧光粉可被涂覆在管106的内壁(未示出，参见图1B)上，但是根据其它实施例，可不存在荧光粉。图ID中所示的灯100与图IC中所示的灯100的不同之处在于，图ID所示的灯100的放电容器101被配置为具有结合在一起的第一弯管106a、第二弯管106b和第三弯管106c，即结合在一起的三个弯管。根据实施例，如图ID所示，放电灯100可包括插座108，其中管106a、10 和106c可安装在插座108上。根据实施例，管106、106a、106b和106c的管直径可在从大约7mm到大约20mm的
范围内，但是根据其它实施例，管直径可具有不同值。根据另一实施例，放电长度可在从大约IOOmm到大约IOOOmm的范围内，但是根据其它实施例，放电长度可不同。根据另一实施例，灯长度可在从大约50mm到大约200mm的范围内，但是根据其它实施例，灯长度可不同。根据其它实施例，放电容器101可被配置为使得放电容器101包括除三个以外的数目的结合在一起的弯管，例如结合在一起的两个弯管或结合在一起的四个弯管，但是根据其它实施例，结合在一起的弯管的数目可大于四个。必须注意，图IA至图ID所示的放电容器101的形状仅是示例性的，并且一般而言，放电容器的任何合适形状均可用于根据本文中描述的实施例的低压氮放电过程。图IE和图IF示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯150。图IE示出放电灯 150的侧视图，而图IF示出放电灯150的顶视图。放电灯150包括放电容器101，并且还包括了包括氮气的气体放电介质102，气体放电介质102以低压包含在放电容器101中。放电灯150被配置为使得可借助于以下将进一步描述的电能到气体放电介质102中的电感耦合，通过气体放电介质102的高电流放电过程来产生光。例如关于气体放电介质102的组成或其压力，可根据本文中描述的实施例之一来配置气体放电介质102。根据所示的实施例，放电容器101具有环形形状，该环形形状具有两个彼此平行布置的延长的、直的部分IOla和两个在延长部分IOla的各个相对端将延长部分IOla彼此连接的较短部分101b。清楚地，放电容器101具有类似于拉伸的环的形状。根据实施例，放电容器101可包括对可见光透明的材料，或者可由对可见光透明的材料制成。例如，根据实施例，放电容器101可包括玻璃或可由玻璃制成，但是根据其它实施例，放电容器101可包括其它材料或可由其它材料制成。根据实施例，荧光粉可布置在放电容器101中，例如涂覆在放电容器101的内表面上(图IE和图IF中未示出，参见图1B)。荧光粉可根据本文中描述的实施例之一来配置。 根据替选实施例，可不存在荧光粉(如所示的)。放电灯150还包括第一功率耦合器153b和第二功率耦合器154b，第一功率耦合器 153b和第二功率耦合器154b可被用来将用于对灯150进行点火和操作的能量电感耦合到放电介质102中。功率耦合器153b、154b具有环状形状，并且安装在放电容器101的较短部分IOlb上。S卩，如图IE和图IF所示，第一环状功率耦合器15 包围放电容器101的部分IOlb中的第一个，而第二环状功率耦合器154b包围放电容器101的部分IOlb中的第二个。第一线圈153a安装在第一功率耦合器15 上，而第二线圈15 安装在第二功率耦合器154b上。在每种情况下，第一线圈153a和第二线圈15 可通过可围绕对应的功率耦合器15!3b、lMb的至少一部分而缠绕的绕线来实现。清楚地，功率耦合器15!3b、lMb中的每个均可用作线圈铁芯，并且可用来增强对应的线圈153a、15 可产生的磁场。因此，根据实施例，例如，功率耦合器15!3b、lMb中的每个可包括合适的线圈铁芯材料或可由合适的线圈铁芯材料制成，该线圈铁芯材料例如为铁氧体材料或者可被用作线圈铁芯材料(例如用作用于高频线圈的线圈铁芯材料)的任何其它合适的材料。在根据图IE和图IF所示的实施例的放电灯150中，可通过借助于线圈153a、15^ 和功率耦合器153b、154b将电能电感耦合到气体放电介质102中来起始氮高电流放电过程。所以，交流电流，例如kHz范围内的高频交流电流可通过线圈153a、154b来传导，于是在每种情况下，线圈153a、154b产生可被相应的功率耦合器153b、154b增强的磁场。因此，借助于磁场，例如高频磁场，可在无电极的情况下点火和维持环形放电。清楚地，放电灯150被配置为无电极低压放电灯。根据实施例，放电灯150还可包括用于将放电灯150安装到安装位置的安装支架151。图IE和图IF中所示的灯结构也可被称为外部耦合电感灯。图IG示出根据本发明的另一实施例的低压放电灯150的横截面视图。放电灯150包括放电容器101，并且还包括了包括氮气的气体放电介质102，气体放电介质102以低压包含在放电容器101中。如以下将进一步说明的，放电灯150被配置为使得可借助于电能到气体放电介质102中的电感耦合而通过气体放电介质102的高电流放电过程来产生光。例如，关于气体放电介质102的组成或其压力，可根据本文中所描述的实施例之一来配置气体放电介质102。根据所示的实施例，放电容器101的外部形状类似于传统灯泡的外部形状。根据实施例，放电灯150的几何尺寸可类似于或等于传统灯泡的几何尺寸。排气管161位于放电灯150的中心部分，并且与放电容器101相连接。管162包围排气管161的下部。线圈163安装在管162上。线圈163可通过可围绕管162的至少一部分而缠绕的绕线来实现。清楚地，管162可用作天线，并且可包括或者可由铁氧体材料或可被用于天线(例如用于高频天线)的任何其它合适材料制成。根据替选实施例，中空管162可用实心杆来替代。在这种情况下，排气管可位于放电灯150中的不同位置。根据实施例，放电容器101可包括对可见光透明的材料，或者可由对可见光透明的材料制成。例如，根据实施例，放电容器101可包括玻璃或可由玻璃制成，但是根据其它实施例，放电容器101可包括其它材料或可由其它材料制成。根据实施例，荧光粉可布置在放电容器101中，例如可涂覆在放电容器101的内表面上(图IG中未示出，参见图1B)。可根据本文中描述的实施例之一来配置荧光粉。根据替选实施例，可不存在荧光粉(如所示的)。在根据图IG所示的实施例的低压放电灯150中，可通过借助于线圈161和管162将电能电感耦合到气体放电介质102中来起始和维持氮高电流放电过程。所以，交流电流，例如根据实施例的MHz范围内的高频交流电流可通过线圈161来传导，于是，线圈161产生交流磁场，例如根据实施例的MHz范围内的高频磁场。在该连接中，管162可用作天线，以将磁场发送到气体放电介质102中、并因而将能量发送到气体放电介质102中，从而可执行放电过程。清楚地，放电灯150被配置为无电极低压放电灯。图IG所示的灯结构也可被称为内部耦合电感灯。在本上下文中，注意，图IE至图IG所示的结构仅是具有电感耦合的放电灯的示例性结构。根据其它实施例，可以使用适合于基于低压氮的高电流放电的、具有电感耦合的任何其它灯结构。图2A示出根据本发明的实施例的包括低压放电灯100和电源201的布置200，其中，低压放电灯100包括第一电极103和第二电极104，电源201耦合到放电灯100的第一电极103和第二电极104。可根据本文中描述的一个或更多个实施例，例如根据结合图IA至图ID描述的一个或更多个实施例，来配置放电灯100。电源201可用来供应用于操作放电灯100的电能。根据实施例，电源201可被配置为AC电源。根据某些实施例，电源201可被配置为使得放电灯100可类似于传统的荧光灯而利用具有几十kHz量级(例如根据实施例大约20kHz)的频率的交流电流来操作，但是根据其它实施例，放电灯100可以以其它频率来操作。根据实施例，电源201可被配置为电子镇流器。根据实施例，电子镇流器可为外部镇流器，即与放电灯100分离的电子镇流器。根据另一实施例，电子镇流器可被包括在或集成在放电灯100中。换言之，放电灯100根据本实施例可被配置为自镇流灯。根据另一实施例，电源201可被配置为DC电源。图2B示出根据本发明的另一实施例的包括低压放电灯150和电源251的布置 250，其中，低压放电灯150包括第一线圈153a和第二线圈IMa，电源251耦合到放电灯150 的第一线圈153a和第二线圈IMa。放电灯150被配置为外部耦合电感灯，并且可根据本文中描述的一个或更多个实施例，例如根据结合图IE至图IF描述的一个或更多个实施例来配置。电源251可用来供应用于操作放电灯150的电能。根据实施例，电源251可被配置为AC电源，例如根据实施例被配置为高频AC电源。根据某些实施例，电源251可被配置为使得放电灯150可利用具有大于大约 IOOkHz的频率的交流电流来操作，该频率例如在从大约150kHz到大约400kHz的范围内 (例如根据实施例大约为250kHz)，但是根据其它实施例，放电灯150可以以其它频率来操作。根据实施例，电源251可被配置为电子镇流器。根据实施例，电子镇流器可为外部镇流器，即与放电灯150分离的电子镇流器。根据另一实施例，电子镇流器可被包括在或集成在放电灯150中。换言之，放电灯150根据本实施例可被配置为自镇流灯。图2C示出根据本发明的实施例的包括低压放电灯150和电源271的布置270，其中，低压放电灯150包括线圈163，电源271耦合到放电灯150的线圈163。放电灯150被配置为内部耦合电感灯，并且可根据本文中描述的一个或更多个实施例，例如根据结合图 IG描述的一个或更多个实施例来配置。电源271可用来供应用于操作放电灯150的电能。 根据实施例，电源271可被配置为AC电源，例如被配置为高频AC电源。根据某些实施例，电源271可被配置为使得放电灯150可利用具有大于大约IMHz 的频率的交流电流来操作，该频率例如根据实施例在从大约2MHz到大约3MHz的范围内 (例如根据实施例大约为2. 5MHz)，但是根据其它实施例，放电灯150可以以其它频率来操作。图3A示出根据本发明实施例的、图示在各种氮电弧放电过程中测量的电操作参数的示例性值的图300。图300随着作为气体放电介质的氮氩气体混合物的总压力以及氩气(Ar)中氮气(N2)的各种百分比(即Ar中0. 的N2、Ar中0. 5%的N2、Ar中的N2, Ar中5%的N2、Ar中10%的队以及100%的N2)示出了电功率。如图300所示，放电电流在每种情况下大约为300mA。另外，相应的燃烧电压(burning voltage，也被称为灯电压) 示出在图300的右手侧的分离的轴上。在该上下文中，注意，电压与功率之间不存在严格的线性关系。然而，电压轴示出具有大约士9%准确度的燃烧电压。图IBB示出根据本发明实施例的、图示通过低压放电灯中的氮电弧放电过程而获得的示例性放电光谱的图350。如图350所示，该光谱对应于具有气体放电介质的放电灯中的电弧放电，该气体放电介质由具有5%氮气并具有0. 6mbar的总压力的氮氩气体混合物组成。如图350所示，放电过程的电操作参数为放电电流299mA、燃烧电压57. 2V以及电功率16. 9W。图350中示出氮放电光谱具有第一带系统(也被称为第一正系统或者N2B — A转变)和第二带系统(也被称为第二正系统或者N2C —B转变)，其中，第一带系统在500nm与2500nm之间的波长范围(在图350中被称为"N2B — A(第一正系统)”)内，包括500nm与750nm之间的可见(VIS)光范围内的波长，而第二带系统在^Onm与400nm之间的近紫外线(UV)范围(在图350中被称为“N2C —B(第二正系统)”)内。根据实施例，可在灯中使用合适的荧光粉(例如，诸如本文中描述的荧光粉之一)，以将发射的UV辐射转换成可见光。根据其它实施例，可使用将氢气和/或氧气和/或其它气体添加到气体放电介质或者使用背景气体或压力的变化来减少或增加放电光谱的UV部分或VIS部分。根据图;3B所示的实施例，如图350所示，电弧放电光谱还包括通过Ar 3p — Is转变和Ar 2p — Is转变而获得的氩发射线。图4A示出根据实施例的、针对气体放电介质的不同组成来图示氮电弧放电过程中的氮紫外线(UV)发射强度(N2C —B转变)的图400。随着作为气体放电介质的氮氩气体混合物的总压力以及氩气(Ar)中氮气(N2)的各种百分比(即Ar中0. 1 %的N2、Ar中0. 5%的N2、Ar中1 %的N2、Ar中5%的N2、Ar中10%的N2以及100%的N2)示出了积分N2UV发射。如图400中所标记的，积分下限和上限分别是^Onm和400nm。图4B示出根据实施例的、针对气体放电介质的各种组成来图示氮电弧放电过程中的氮可见(VIQ发射强度(N2B —A转变)的图450。随着作为气体放电介质的氮氩气体混合物的总压力以及氩气(Ar)中氮气(N2)的各种百分比(即Ar中0. 1 %的N2、Ar中0. 5%的N2、Ar中的N2、Ar中5%的N2、Ar中10%的队以及100%的队)示出了积分N2VIS发射的一部分。如图450中所标记的，积分下限和上限分别是495nm和691nm。图3A、3B、4A和4B示出，可针对放电气体组成的各种值、特别是针对放电气体中的氮百分比和放电气体组成的总压力来起始(即，点火)和维持低压氮高电流放电。图5示出根据本发明的实施例的产生光的方法500。方法500包括通过将电能馈送到布置在低压放电灯的放电容器中的低压的、包括氮气的气体放电介质中来起始该气体放电介质中的高电流放电过程。根据实施例，可通过使用低压放电灯的第一电极和第二电极将电能馈送到气体放电介质中，在布置在第一电极与第二电极之间的低压的、包括氮气的气体放电介质中起始氮电弧放电过程。根据实施例，氧化物电极可用于低压放电灯的第一电极和第二电极中的至少一个。根据另一实施例，可通过将电能电感地耦合到气体放电介质中来起始高电流放电过程。根据实施例，荧光粉可用来至少部分地将氮放电过程中产生的紫外线辐射转换成可见光辐射。可根据本文中描述的实施例之一来配置荧光粉。低压气体放电介质可具有根据本文中描述的实施例之一的压力。另外，低压气体放电介质可具有根据本文中描述的实施例之一的组成。图6示出根据本发明实施例的制造低压放电灯的方法600。方法600包括为放电容器提供包括氮气的气体放电介质，该气体放电介质以低压包含在放电容器中(参见附图标记60 ；以及配置放电灯使得可通过气体放电介质的高电流放电过程来产生光(参见附图标记604)。根据实施例，第一电极和第二电极可至少部分地布置在放电容器中。根据实施例，第一电极和第二电极中的至少一个可包括氧化物材料。根据另一实施例，放电灯可被配置为电感耦合灯。可根据本文中描述的实施例中的至少之一来配置放电容器和/或气体放电介质和/或电极。根据实施例，荧光粉可被设置在放电容器中，该荧光粉被配置为将高电流放电过程中气体放电介质所产生的紫外线辐射转换成可见辐射。可根据本文中描述的实施例中的至少一个来配置荧光粉。下面，描述本发明的示例性实施例的某些特征和效果。根据本发明的一些实施例，可通过处于低压、例如根据实施例处于小于150托 (200mbar)的压力的氮气/惰性气体混合物(即包括氮气/和惰性气体(根据实施例例如氩气)的气体混合物)中的等离子放电(即高电流放电)来产生光，其中，小于150托 (200mbar)的压力例如根据实施例在从大约0. 1托到大约40托的范围内(例如根据实施例大约为1托)。根据一些实施例，提供了使用低压氮高电流放电过程来产生可见光的气体放电灯。在本申请的上下文中，术语“高电流放电”可被理解成指这样的气体放电该气体放电具有高电流幅值的放电电流，高电流幅值例如为高于辉光放电中的电流幅值的电流幅值。根据一些实施例，高电流放电可包括具有下述放电电流的气体放电，该放电电流具有在从大约IOOmA到大约2A的范围内的幅值。图7示出U(I)图700，图700示意性地图示了气体放电的特性U(I)曲线以及示例性气体放电中的不同放电机制。在图700中，高电流放电机制对应于线702右边的区域。根据一些实施例的气体放电灯可包括用于将电能耦合到气体放电介质中的电极。 在这种情况下，高电流放电过程可为电弧放电过程，其中术语“电弧放电”可被理解成指的是清楚地在电极之间的气体放电介质中产生电弧的高电流放电。与气体放电介质中的辉光放电过程的点火电压相比，电弧放电通常需要更高的点火电压。换言之，可通过向电极施加例如几百伏特(例如大于400伏特)的高电压来使电弧放电过程点火，但是如本领域技术人员很容易想到的，精确的值可取决于气体放电介质的组成。在电弧放电的点火之后，可观测到迅速的电压降，例如下降到几十伏特的值(例如下降到大约40伏特)，因此维持电弧放电所需要的电压(也被称为燃烧电压)与辉光放电的情况相比可以低很多，而同时电弧放电中的放电电流可高于辉光放电中的电流。根据一些实施例的气体放电灯可被配置为电感耦合灯，其中电能可被电感耦合到气体放电介质中。根据实施例，可通过氧化物电极(诸如传统荧光灯中所使用的氧化物电极)来引入可用来起始(即，点火)和/或执行放电过程的电能。根据一些实施例，电极中的至少一个可被配置为灯丝(例如被配置为钨灯丝)，该灯丝涂覆有包含氧化钙和氧化锶中的至少一个以及氧化钡的混合物，例如根据实施例的氧化钡和氧化钙的混合物，或者根据另一实施例的氧化钡和氧化锶的混合物，或者根据又一实施例的氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。根据另一实施例，灯丝(例如钨灯丝)可仅涂
覆有氧化钡。根据一些实施例，氧化物涂料可用作发射体材料(即，能够发射电子的材料)，并且可用来降低电极的电子功函数，因此可降低可实现电子发射的电极温度。例如，根据一些实施例，钨的电子功函数大约为4. kV，其可通过用包含氧化钡的氧化物材料涂覆钨电极而降低到大约2d的值，但是根据其它实施例，通过使用不同的合适的发射体材料可实现电子功函数的其它值。根据一些实施例，放电灯可包括用于加热氧化物电极(例如，根据实施例的涂覆有氧化钡的钨灯丝)中的至少一个的电极加热。例如，根据实施例，电极加热可被配置为在氮放电的点火之前对电极进行预热，以辅助放电的点火。根据一些实施例，可如此配置氧化物电极(例如，根据实施例的涂覆有氧化钡的钨灯丝)，使得放电灯中的相应放电电流可将电极加热到下述温度，该温度对应于在大约4与6之间的范围内的热冷电阻比(Rh/R。)。换言之，可配置电极使得对于电极在室温下(即，在没有电流流经电极的“冷”状态下)的电阻R。与电极在操作温度下(即，在电流流经电极的“热”状态下)的电阻K之间的比率Rh/R。，4彡Rh/Rc彡6成立。根据一些实施例，电极可被配置为灯丝(例如钨灯丝)，并且，例如关于灯丝的热电属性(例如比率Rh/R。)，可根据IEC 60081和/或IEC60901标准中描述的一个或更多个规范来配置电极。例如，根据实施例，可如上述标准中所描述的，使得电极灯丝的电阻适合于期望的放电电流。根据实施例，放电电流可在从大约IOOmA到大约500mA的范围内，例如根据实施例在从大约250mA到大约350mA的范围内(例如根据实施例大约为300mA)。根据一些实施例，可实现具有大约0. Iff/cm3的数量级的功率密度，其中，术语“功率密度”可被理解成指的是耦合到灯中的电功率与放电容器体积之比。根据一些实施例，例如当氩被用作背景气体时，所发射的辐射可以以相对统一的方式，以在从大约450nm到大约550nm的范围内的间隙分布在从大约^Onm到大约2500nm的范围内的谱线上。根据一些实施例，该间隙可用适当的荧光粉来封闭，其中可仅发生相对较少的转换损耗。根据其它实施例，可应用其它气体添加(例如将氢气或氧气添加到氮气/惰性气体混合物)或应用气体混合物中背景气体的变化来实现例如发射光谱的变化，使得可避免荧光粉的使用。根据一些实施例，提供了气体放电灯，其中，用氮气取代传统放电灯中用作光产生元件的汞。在放电灯中使用氮气的一个优点是可避免使用有毒元素或对环境有害的元素(例如汞或金属卤化物)。将氮气用作光产生元件的另一个优点是可获得的发光效率可完全独立于或几乎完全独立于温度。换言之，可避免在传统的基于Hg的放电灯中看到的强温度依赖性。使用氮气的另一优点是可将氧化物电极(诸如传统荧光灯中使用的氧化物电极)用于将电能耦合到放电灯中。即，根据一些实施例，提供了低压无汞放电灯，其中可使用氧化物电极。这对于通常使用卤素化合物(例如金属卤化物)的其它传统无汞放电灯来说一般是不可能的，因为氧化物电极会被卤素化合物破坏。根据一些实施例，可借助于氧化物电极将用于执行放电过程的电能耦合到系统中。换言之，可使用氧化物电极，例如传统荧光灯中所使用的氧化物电极。根据一些实施例，提供了这样的气体放电灯，其使用氮高电流放电过程(例如根据一些实施例的氮电弧放电过程)并提供密集的总辐射。根据各种实施例，放电过程以稳定和均勻的方式燃烧。另一优点是根据一些实施例提供了易于制造的气体放电灯。根据一些实施例的放电灯可具有在形状和/或尺寸上类似于传统荧光灯的放电容器的放电容器，根据实施例例如为传统(直)荧光管的放电容器，或根据其它实施例例如为紧凑型荧光灯的放电容器。例如，根据一些实施例，放电容器可具有如传统荧光灯中所使用的直管几何形状， 具有合适的几何尺寸(例如关于管直径和/或管长度)。根据一些实施例，可使管的几何尺寸适合于满足例如给定的技术规范和/或设计规范。在本上下文中，可考虑到，灯效率一般随着减小放电电流与管的横截面积之间的比率而增加。根据实施例，管直径例如可以被选择为足够大，使得可利用灯来实现充分高的放电电流值，因此实现充分高的瓦特和光输出。 另外，可考虑到，一般在灯的电极前方存在不产生光的小区域(也被称为阴极区域)。根据实施例，例如可选择管长度使得该区域的分数(即，该区域的长度与放电长度之间的比率) 足够小，从而灯的效率充分高。另外，可考虑到，灯电压一般随着增加放电长度而增加。根据实施例，可选择管长度(并且因此选择放电长度)，使得不会超过大约200V到250V的灯电压，从而可通过合理的努力设计出控制装置(例如电子镇流器)。根据一些实施例，放电容器可具有如紧凑型荧光灯中所使用的、包括结合在一起的一个或更多个弯管的几何形状或者螺旋几何形状。可见，紧凑型荧光灯几何形状的优点在于可提供比直管更紧凑的光源。具有螺旋几何形状的放电容器例如可允许长的放电长度和小的灯尺寸。根据一些实施例，本文中描述的氮放电过程可与无电极电感耦合灯一起使用。换言之，根据实施例，可提供除了用来操作灯的电能被电感耦合到气体放电介质中之外，可根据本文中描述的实施例中的一个或更多个来配置的放电灯(例如关于灯的几何形状和/或电操作参数和/或气体放电介质的组成等等)。即，取代将电极布置在放电容器中以点火和维持气体放电介质中的放电过程，在无电极灯的情况下，可借助于例如高频磁场的交流磁场来提供用来点火和维持放电过程的能量。根据实施例，磁场可具有几百kHz的频率，例如根据一个实施例大约为250kHz。根据另一实施例，磁场可具有MHz范围内的频率，但是根据其它实施例，磁场可具有其它频率。根据一些实施例，可通过电感来感应产生磁场，该电感可布置在放电容器附近(例如放电容器外部)，使得感应的磁场可以至少部分地穿透包含在放电容器中的气体放电介质。根据实施例，可在高电流区域操作灯。例如，根据实施例， 放电电流可在从大约0. 2A到大约2A的范围内。因此，根据实施例，可提供以与传统方法相比高很多的放电电流来操作的具有电感耦合的无电极氮放电灯。根据实施例的低压放电灯包括放电容器；包括氮气的气体放电介质，其以低压包含在放电容器中；以及第一氧化物电极和第二氧化物电极，其至少部分地布置在放电容器中，其中，放电灯被配置为使得可通过第一氧化物电极和第二氧化物电极之间的氮电弧放电过程来产生光。根据实施例，气体放电介质还包括下面气体中的至少之一氮，氦，氖， 氙，氪。根据另一实施例，放电灯还包括荧光粉，该荧光粉被配置为将氮电弧放电过程中产生的紫外线辐射转换成可见辐射。根据另一实施例，荧光粉包括下面材料中的至少之一 BaMgAl10O17:Eu, (Ba1^xSrx)MgAl10O17IEu, Mn, Sr4Al1A5:Eu。尽管已参考具体实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节的各种修改。因此，本发明的范围由所附权利要求来表示，并且因而旨在包含落入权利要求的等同的含义和范围之内的所有修改。
权利要求
1.一种低压放电灯(100，150)，包括:放电容器(101)；包括氮气的气体放电介质(102)，所述气体放电介质(102)以低压包含在所述放电容器(101)中；其中，所述放电灯(100，150)被配置为使得能够通过所述气体放电介质(10 的高电流放电过程来产生光。
2.如权利要求1所述的低压放电灯(100)，还包括第一电极(10 和第二电极(104)，所述第一电极(10 和所述第二电极(104)至少部分地布置在所述放电容器(101)中；其中，所述高电流放电过程是所述第一电极(10 和所述第二电极(104)之间的电弧放电过程。
3.如权利要求2所述的低压放电灯(100)，其中，所述第一电极(10 和所述第二电极(104)中的至少一个电极包括氧化物材料。
4.如权利要求3所述的放电灯(100)，其中，所述氧化物材料包括以下氧化物中的至少一种氧化钡，氧化锶，氧化钙。
5.如权利要求3或4所述的放电灯(100)，其中，包括所述氧化物材料的所述至少一个电极(103，104)还包括钨材料，其中，所述钨材料被所述氧化物材料覆盖。
6.如权利要求1所述的放电灯(150)，其中，所述放电灯(150)被配置为使得能够通过将电能电感耦合到所述气体放电介质(102)中来起始所述高电流放电过程。
7.如权利要求1至6中的一项权利要求所述的放电灯(100，150)，其中，所述气体放电介质(10 还包括惰性气体。
8.如权利要求7所述的放电灯(100，150)，其中，所述惰性气体包括以下气体中的至少一种氩气，氦气，氖气，氪气，氙气。
9.如权利要求1至8中的一项权利要求所述的放电灯(100，150)，其中，所述气体放电介质(102)的压力小于或等于大约150托。
10.如权利要求9所述的放电灯(100，150)，其中，所述气体放电介质(102)的压力在从大约0. 1托到大约40托的范围内。
11.如权利要求1至10中的一项权利要求所述的放电灯(100，150)，还包括布置在所述放电容器(101)中的荧光粉(105)。
12.如权利要求11所述的放电灯(100，150)，其中，所述荧光粉(105)被配置为至少部分地吸收紫外线波长范围内的光能。
13.如权利要求12所述的放电灯(100，150)，其中，所述荧光粉(105)还被配置为至少部分地将所吸收的光能重新发射为可见光。
14.如权利要求13所述的放电灯(100，150)，其中，所述荧光粉(105)被配置为吸收在从大约^Onm到大约400nm的波长范围内的光能，并将所吸收的光能重新发射为在从大约450nm到大约550nm的波长范围内具有发射最大值的光。
15.如权利要求11至14中的一项权利要求所述的放电灯(100，150)，其中，所述荧光粉(105)包括以下材料中的至少一种BaMgAl10O17 = Eu ；(Ba1^xSrx)MgAl10O17IEu, Mn ；Sr4AlwC^5: Eu。
16.如权利要求1至15中的一项权利要求所述的放电灯(100，150)，其中，所述气体放电介质(10 还包括氢气。
17.一种产生光的方法(500)，包括通过将电能馈送到布置在低压放电灯的放电容器中的低压的、包括氮气的气体放电介质中，而在所述气体放电介质中起始高电流放电过程。
18.如权利要求17所述的方法(500)，其中，所述放电灯包括至少部分地布置在所述放电容器中的第一电极和第二电极，并且其中，所述高电流放电过程是所述第一电极和所述第二电极之间的电弧放电过程，所述电弧放电过程是通过使用所述第一电极和所述第二电极将所述电能馈送到所述气体放电介质中来起始的。
19.如权利要求18所述的方法(500)，还包括为所述放电灯的所述第一电极和所述第二电极中的至少一个使用氧化物电极。
20.如权利要求17所述的方法(500)，其中，所述高电流放电过程是通过将所述电能电感耦合到所述气体放电介质中来起始的。
21.如权利要求17至20中的一项权利要求所述的方法(500)，所述气体放电介质还包括以下气体中的至少一种氩气，氦气，氖气，氙气，氪气。
22.如权利要求17至21中的一项权利要求所述的方法(500)，还包括使用荧光粉至少部分地将所述高电流放电过程中产生的紫外线辐射转换成可见光辐射。
23.如权利要求22所述的方法(500)，还包括将以下材料中的一种用作所述荧光粉BaMgAl10O17 = Eu ；(Ba1^xSrx)MgAl10O17IEu, Mn ；Sr4AlwC^5: Eu。
24.如权利要求17至23中的一项权利要求所述的方法(500)，还包括所述低压的气体放电介质具有小于或等于大约150托的压力。
25.一种制造低压气体放电灯的方法(600)，包括为放电容器提供包括氮气的气体放电介质，所述气体放电介质以低压包含在所述放电容器中(602)；配置所述放电灯，使得能够通过所述气体放电介质的高电流放电过程来产生光(604)。
全文摘要
低压放电灯包括放电容器；包括氮气的气体放电介质，该气体放电介质以低压包含在放电容器中；其中，放电灯被配置为使得可通过气体放电介质的高电流放电过程来产生光。
文档编号H01J61/12GK102576645SQ200980161467
公开日2012年7月11日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者乌泽尔·范茨, 帕特里克·施塔克, 罗兰·弗里德尔, 阿希姆·希尔舍, 霍尔格·海因 申请人:欧司朗股份有限公司