具有外部接地探针和改进的灯泡组件的无电极灯的制作方法

专利名称：具有外部接地探针和改进的灯泡组件的无电极灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于利用等离子灯产生光的装置和方法。更具体地，本发明提供由射 频源(而不使用在气体填充的容器(灯泡)内的电极)驱动的等离子灯及相关方法。仅作 为实例，可将这种等离子灯应用于诸如体育场、安全设施、停车场、军事和国防、街道、大型 和小型建筑物、车辆前大灯、飞机场、桥梁、仓库、紫外线水处理、农业、建筑照明、舞台照明、 医疗照明、显微镜、投影仪和显示器以及它们的任何组合等等的应用场合。
背景技术：
等离子灯提供非常明亮且宽广(broadband，宽带)的光，并且在诸如普通照明、投 影系统以及工业处理的应用场合中是有用的。现今制造的典型的等离子灯包含气体和痕量 物质(trace substance)的混合物，用流过紧密间隔的电极的高电流来激励该混合物以形 成等离子体。然而，此布置会经历电极的劣化，因此具有有限的使用寿命。现有技术中已经提出了用微波源驱动的无电极等离子灯。传统的构造包括等离子 填充物，该等离子填充物被封装在灯泡中或被封装在形成波导的介电体内的密封凹槽中， 其微波能量由诸如磁控管的源所提供，并被引入波导管中且有阻力地(resistively，抵抗 地)加热等离子体。美国专利号6，737，809B2 spiaU等人)提供了另一实例，其示出了具 有局限性的不同的布置。Espiau等人示出了等离子体封装灯泡以及形成共振微波电路的一 部分的介电质腔，其利用微波放大器来提供激励。然而，hpiau等人具有一些缺陷。介电 质腔以集成构造而空间地定位在等离子体封装灯泡的周缘的周围，其物理地阻止了从灯泡 发出的光(特别是在可见区中的光)的形式的电磁辐射的大部分。另外，集成构造通常难 以制造，并且限制了等离子体封装灯泡的操作和可靠性。通过本说明书，并且更具体地通过 下面的内容，可进一步描述传统技术的这些和其它限制。从上面的描述可知，人们迫切希望具有用于改进照明的技术。

发明内容
根据本发明，提供了有关用于利用等离子灯发光的装置和方法。更具体地，本发明提供了由射频源(不使用电极)驱动的等离子灯及相关方法。仅作为实例，这种等离子 灯可应用于诸如体育场、安全设施、停车场、军事和国防、街道、大型和小型建筑物、桥梁、仓 库、农业、紫外线水处理、建筑照明、舞台照明、医疗照明、显微镜、投影仪和显示器及它们的 任何组合等等的应用场合。在具体实施例中，等离子无电极灯包括基本上由导电外涂层覆盖的介电本体，其 紧密地容纳两个耦合元件；连接至RF放大器的输出的输入耦合元件(RF源耦合元件)；以 及连接至RF放大器的输入的反馈耦合元件。输入耦合元件导电地连接(接地)至灯体顶 面的导电涂层，而反馈耦合元件不是这样的。该灯进一步包括灯泡/输出耦合元件组件，该 组件在其底面处接地连接至灯体的导电涂层。电磁能量在输入耦合元件与灯泡/输出耦合 元件组件之间RF耦合，以及在灯泡/输出耦合元件组件与反馈耦合元件之间RF耦合。电 磁能量用电容方式、或用电感方式、或用电感和电容的组合方式被耦合至灯泡/输出耦合 元件组件内的灯泡。该灯可进一步包括反射体，以引导灯泡/输出耦合元件组件中的灯泡 的发光输出。替代地，其可以不这样。该灯进一步包括将灯泡/输出耦合元件组件的顶部 导电连接至灯体的导电外涂层的接地母线。替代地，接地母线可将灯泡/输出耦合元件组 件的顶部导电连接至反射体，反射体又导电连接至灯体。在另一实施例中，去除第二耦合元件，并且，第一耦合元件连接至RF源的输出，RF 源可进一步包括RF振荡器和放大器。在又一实施例中，灯体包括部分地填充有介电插入物的金属导电体。在又一实施例中，灯体包括基本上中空的且没有介电插入物的金属导电体。在又一实施例中，等离子无电极灯内的灯泡/输出耦合元件组件包括单一本体或 多部分本体。在第一部分中，包括实心导体的第一耦合元件被介电本体紧密地容纳但并未 完全封闭。第一部分的一部分可被导电地涂覆。在第二部分中，介电本体紧密地容纳气体 填充的容器(灯泡)；气体填充的容器可以或并非被介电本体完全封闭。在第三部分中，包 括实心导体的第二耦合元件被介电本体紧密地容纳但并未完全封闭。第三部分的一部分可 被导电地涂覆。在第一部分与第三部分之间不存在直流(DC)导电路径；电磁能量通过第二 部分在它们之间以电容方式或电感方式或者以电容和电感方式的组合方式进行耦合。在又一方面中，第一和第二耦合元件包括涂有导电饰面的介电材料，并且，气体填 充的容器由第一和第二耦合元件的中心介电部分部分地但紧密地容纳。在第一耦合元件与 第二耦合元件之间不存在直流导电路径；电磁能量通过气体填充的容器在它们之间以电容 方式或电感方式或者以电容和电感方式的组合方式进行耦合。在具体实施例中，本发明提供一种无电极等离子灯。该灯具有导电壳体，该导电壳 体具有限定在导电壳体内的空间容积。在具体实施例中，该空间容积在导电壳体内具有内 区域和外区域。该灯具有支撑体，支撑体具有设置于或部分地设置于导电壳体的空间容积 的内区域内的外表面区域以及覆盖支撑体的外表面区域的导电材料。该灯具有气体填充的 容器，该气体填充的容器具有透明或半透明的本体，该本体具有内表面和外表面以及形成 于内表面内的腔体。在具体实施例中，该灯还可包括透明的部分和半透明部分两者。气体 填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域，以及限定在第一端部区域与第二端部区域 之间的长度。第一耦合元件(灯泡/输出耦合元件)耦合至气体填充的容器的第一端部区 域。第一耦合元件电耦合至导电材料。第二耦合元件耦合至气体填充的容器的第二端部区域。RF源耦合元件空间地设置于导电壳体的外区域内，并设置于距离第一耦合元件的预定 距离内。该灯具有设置于RF源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙(例如，气隙)。根据 具体实施例，由预定距离提供该间隙。该灯具有包括输出以及可选地包括输入的RF源。RF 源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在替代的具体实施例中，本发明提供一种替代的无电极等离子灯。该灯具有导电 壳体，导电壳体具有限定于导电壳体内的空间容积。该空间容积具有在导电壳体内的内区 域和外区域。在具体实施例中，灯具有支撑体，支撑体具有设置于或部分地设置于导电壳体 的空间容积的内区域内的外表面区域以及覆盖支撑体的外表面区域的导电材料。该灯具有 气体填充的容器，气体填充的容器具有透明的或半透明的本体，该本体具有内表面和外表 面以及形成于内表面内的腔体。气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域，以及 限定在第一端部区域与第二端部区域之间的长度。在具体实施例中，灯具有耦合至气体填 充的容器的第一端部区域的第一耦合元件(灯泡/输出耦合元件)。第一耦合元件电耦合 至导电壳体。灯具有空间地设置于导电壳体的外区域内以及设置于距离第一耦合元件预定 距离内的RF源耦合元件。在具体实施例中，灯具有设置于RF源耦合元件与第一耦合元件 之间的间隙。该间隙由预定距离形成。在具体实施例中，该灯具有包括输出以及可选地包 括输入的RF源。RF源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在又一替代的具体实施例中，本发明提供一种无电极等离子灯。该灯具有导电壳 体，导电壳体具有限定于导电壳体内的空间容积。该空间容积具有内区域和外区域。该灯 具有金属支撑体，金属支撑体具有设置于或部分地设置于导电壳体的空间容积的内区域内 的外表面区域。该灯具有气体填充的容器，气体填充的容器具有透明的或半透明的本体，该 本体具有内表面和外表面以及形成于内表面内的腔体。气体填充的容器包括第一端部区域 和第二端部区域，以及限定在第一端部区域与第二端部区域之间的长度。该灯具有耦合至 气体填充的容器的第一端部区域的第一耦合元件。在具体实施例中，第一耦合元件电耦合 至导电壳体。该灯还具有耦合至气体填充的容器的第二端部区域的第二耦合元件。RF源耦 合元件空间地设置于导电壳体的外区域内，并设置于距离第一耦合元件的预定距离内。在 RF源耦合元件与第一耦合元件之间设置有间隙。该灯具有包括输出的RF源，该输出通过间 隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。更进一步，本发明提供一种操作无电极等离子灯装置的方法。该方法包括提供等 离子灯，其可以是这里描述的任何一种。该方法包括将RF能量从RF源传递至输入耦合元 件(RF源耦合元件)，其通过灯泡/输出耦合元件(第一耦合元件)和气隙耦合至气体填充 的容器。在优选实施例中，RF能量具有范围从大约IOOMHz到大约20GHz的频率，但可以是 其它频率。该方法包括从气体填充的容器的发光(discharge)来辐射电磁能量(基本上由 气体填充的容器的长度)。可选地，该方法包括通过第一耦合元件的导电材料传递来自气体 填充的容器的热能。在优选实施例中，导电材料的特征可以是导热体和导电体。此外，本发明提供一种操作无电极等离子灯装置的方法。该方法包括提供等离子 灯装置，该等离子灯装置可以是这里描述的任何一种。该方法包括将RF源耦合元件与耦合 至气体填充的容器的第一耦合元件之间的预定距离从第一距离调节至第二距离，以将第一 间隙改变成与第一间隙不同的第二间隙。在优选实施例中，预定距离是气隙或其它非实心 (non-solid，非固体)区域。当然，可以有其它变型、更改和替代。
采用本发明获得了优于现有技术的好处。在具体实施例中，本发明提供一种具有 输入、输出以及反馈耦合元件的构造的方法和装置，该构造对灯泡提供电磁耦合，该灯泡的 功率传递和频率共振特性很大程度上独立于传统的介电谐振器(共振器)。在优选实施例 中，本发明提供一种具有提供改进的可制造性和设计灵活性的配置的方法和构造。其它实 施例可包括输出耦合元件和灯泡的集成组件，该输出耦合元件和灯泡以与现有的耦合元件 构造互补的方式起作用，并包括相关方法。更进一步，本方法和装置提供改进的传热特性， 并进一步简化了制造。在具体实施例中，本方法和由此得到的结构相对简单，并且在用于商 业应用的制造时节省成本。根据该实施例，可实现这些好处中的一个或多个。这些和其它 好处可通过在本说明书(更具体地是下面的内容)进行描述。本发明在已知处理技术的背景下实现了这些好处和其它好处。然而，通过参考说 明书的后面部分和附图，可实现对本发明的本质和优点的进一步理解。


通过考虑下面对优选实施例的描述，结合这里提供的附图的阅读，将获得对本发 明及其优点的更完整的理解。在附图和描述中，标号表示本发明的各种特征，相似的标号在 附图和描述中表示相似的特征。图IA是根据本发明的一个实施例的气体填充的容器的概括示意图，该气体填充 的容器由RF源驱动，并以电容方式耦合至该源；为了优化灯的效率和光的输出，在RF源与 共振器之间以及在共振器与气体填充的容器之间存在多个阻抗匹配网络。图IB是根据本发明的一个实施例的气体填充的容器的概括示意图，该气体填充 的容器由RF源驱动，并以电感方式耦合至该源；为了优化灯的效率和光的输出，在RF源与 共振器之间以及在共振器与气体填充的容器之间存在多个阻抗匹配网络。图2A是根据本发明的一个实施例的外部共振器无电极灯的简化透视图，其包括 灯体、输入和反馈耦合元件、集成灯泡/输出耦合元件组件、外部反射体以及外部RF放大 器。外部RF放大器连接在支持振荡的正反馈构造中，该正反馈构造将能量耦合至灯泡。输 入耦合元件与输出耦合元件之间的耦合的共振特性在反馈回路中提供频率选择的振荡。图2B是根据本发明的一个实施例的替代的外部共振器无电极灯的简化透视图， 其包括灯体、输入耦合元件、集成灯泡/输出耦合元件组件、外部反射体以及外部RF源，外 部RF源可包括振荡器和放大器。图2C是根据本发明的一个实施例的替代的外部共振器无电极灯的简化透视图， 其包括灯体、输入和反馈耦合元件、集成灯泡/输出耦合元件组件以及外部RF放大器。外 部RF放大器连接在支持振荡的正反馈构造中，该正反馈构造将能量耦合至灯泡。输入耦合 元件与输出耦合元件之间的耦合的共振特性在反馈回路中提供频率选择的振荡。图2D是根据本发明的一个实施例的替代的外部共振器无电极灯的简化透视图， 其包括灯体、输入耦合元件、集成灯泡/输出耦合元件组件、外部反射体以及外部RF源，外 部RF源可包括振荡器和放大器。图3A是根据本发明的一个实施例的包括多个部分的集成灯泡/输出耦合元件组 件的简化透视图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡)以及顶部耦 合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是固体电导体。
图:3B是根据本发明的一个实施例的图3A所示的包括多个部分的集成灯泡/输出 耦合元件组件的简化侧剖图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡) 以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是固体电导体。图3C是根据本发明的一个实施例的替代的包括多个部分的集成灯泡/输出耦合 元件组件的简化透视图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡)以及 顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件具有导电涂覆的介电材料。图3D是根据本发明的一个实施例的图3C所示的包括多个部分的替代的集成灯泡 /输出耦合元件组件的简化侧剖图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是 灯泡)以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件具有导电涂覆的介电材料。图3E是根据本发明的一个实施例的包括多个部分的替代的集成灯泡/输出耦合 元件组件的简化透视图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡)以及 顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件具有导电涂覆的介电材料。图3F是根据本发明的一个实施例的图3E所示的包括多个部分的替代的集成灯泡 /输出耦合元件组件的简化侧剖图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是 灯泡)以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件具有导电涂覆的介电材料。图3G是图3E中的组件的包括多个部分的替代的集成灯泡/输出耦合元件组件的 透视图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡)，但是没有顶部耦合 元件。输出耦合元件由导电涂覆的介电材料制成。图;3H是图3G所示的包括多个部分的替代的集成灯泡/输出耦合元件组件的侧剖 图，所述多个部分包括输出耦合元件、气体填充的容器(是灯泡)，但是没有顶部耦合元件。 输出耦合元件由导电涂覆的介电材料制成。图31是图3G中的组件的替代的集成灯泡/输出耦合元件组件的透视图，其包括 由金属制成的并凹入以容纳气体填充的容器(灯泡)的输出耦合元件。图3J是图31所示的替代的集成灯泡/输出耦合元件组件的侧剖图，其包括由金 属制成的并凹入以容纳气体填充的容器(灯泡)的输出耦合元件。图4是根据本发明的一个实施例的图2A、图2B、图2C以及图2D所示的灯的灯体/ 金属外壳的简化透视图。中空导电灯体容纳集成灯泡/输出耦合元件组件，并容纳输入耦 合元件和反馈耦合元件。图5A是根据本发明的一个实施例的替代的无电极灯设计的简化侧剖图，其使用 图4所示的导电灯体和图3D所示的集成灯泡/输出耦合元件组件。灯体内部用空气填充， 并且，在输入耦合元件周围使用介电层，以防止电弧放电。图5B是图5A所示的更改的灯设计的简化侧剖图。根据本发明的一个实施例，已 经去除了介电层的处于灯泡组件的输出耦合元件周围的部分。图5C是图5A所示的替代的灯设计的简化侧剖图。根据本发明的一个实施例，灯 体的下部被部分地由介电物质所填充。图5D是图5A所示的替代的灯设计的侧剖图。根据本发明的一个实施例，灯体的 下部被部分地由介电物质填充。
1具体实施例方式根据本发明，提供涉及用于利用等离子灯发光的装置和方法的技术。更具体地，本 发明提供由射频源驱动的等离子灯及相关方法，其在气体填充的容器(灯泡)内不使用电 极。仅作为实例，这种等离子灯可应用于诸如体育场、安全设施、停车场、军事和国防、街道、 大型和小型建筑物、桥、仓库、农业、紫外线水处理、建筑照明、舞台照明、医疗照明、显微镜、 投影仪和显示器以及它们任何组合等等的应用场合。提供以下描述，以使得本领域技术人员能够制造并使用本发明，并将其结合在具 体应用场合的环境中。对于本领域的技术人员来说，各种更改以及在不同应用场合中的多 种使用都将是显而易见的，并且，可将这里定义的一般原理应用于较宽范围的实施例。因 此，本发明并非旨在限于所提出的实施例，而是被给予了与本文所公开的原理和新颖特征 相一致的最宽范围。在以下详细描述中，阐述许多具体细节，以提供对本发明的更充分的理解。然而， 对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，可在不必局限于这些具体细节的情况下实践 本发明。在其它情况中，以框图的形式、而不是详细地示出了众所周知的结构和装置，以避 免使本发明难理解。将读者的注意力引向与此申请文件同时提交并且与此申请文件一起对公众公开 的所有文章和文献，并且，所有这种文章和文献的内容通过引证结合与此。可利用为了相 同、等同或相似目的的替代特征来代替在此申请文件中公开的所有特征(包括任何所附权 利要求、摘要、以及附图)，除非明确地说明并非如此。因此，除非明确地说明并非如此，否则 公开的每个特征都仅是一类等同或相似特征的一个实例。此外，权利要求中的未明确说明用于执行具体功能的“装置”或用于执行具体功能 的“步骤”的任何元素不应被解释为美国专利法第35章第112节第6段(35U. S. C. Section 112,Paragraph 6)中指定的“装置”或“步骤”条款。具体地，在这里，权利要求中的“...的 步骤”或“...的动作”的使用并非旨在适用美国专利法第35章第112节第6段的条款。请注意，如果使用的话，标志左、右、前、后、顶部、底部、前面、背面、顺时针和逆时 针仅用于方便的目的，并非旨在暗示任何具体的固定方向。相反，它们用来反映对象的各种 部分之间的相对位置和/或方向。另外，术语“第一”和“第二”等描述符并非必须暗示一 种顺序，而应用通常的含义进行解释。图IA示出了从RF源110至气体填充的容器130的能量有效传递的一般示意图。 此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认 识到其它变型、更改和替代。将来自RF源的能量引导至阻抗匹配网络210，阻抗匹配网络 使得能够将能量有效地从RF源传递至共振结构220。这种阻抗匹配网络的实例是E场或H 场耦合元件，但可以是其它的。根据本发明的一个实施例，另一阻抗匹配网络230又使得能 够将能量有效地从共振器传递至气体填充的容器130。阻抗匹配网络的一个实例是E场或 H场耦合元件。当然，会存在其它变型、更改和替代。在一个具体实施例中，气体填充的容器由适当的材料制成，例如石英或其它透明 的或不透明的材料。用惰性气体(例如氩气)和荧光体(例如水银、钠、镝、硫)或金属卤 化物盐(metal halide salt)(例如三溴化铟、溴化钪，或碘化铯)(或者，其可同时包含多 种荧光体)填充气体填充的容器。根据一个具体实施例，是水银、碘化铊和三溴化铟。气体填充的容器也可包括金属卤化物，或根据一个具体实施例，包括将放出电磁辐射的其它金 属件。当然，会存在其它变型、更改和替代。在一个具体实施例中，电容耦合结构131用来将RF能量驱动至灯泡130内的气体 填充物。众所周知，电容耦合器典型地包括两个电极，该两个电极有限程度地包围出一定容 积，并且电容耦合器主要地利用至少电场(E场)来耦合能量。如本领域的技术人员能够理 解的，如这里以示意形式描述的，可将阻抗匹配网络210和230以及共振结构220解释为RF 源与电容耦合结构之间的分布式电磁耦合的等效电路模型。阻抗匹配网络的使用也允许源 具有除了 50欧姆以外的阻抗；这可提供与RF源的性能相关的优点，其形式是减少了来自 RF源的热量或功率消耗。降低来自RF源的功率消耗和损失，将使得灯整体上能够具有更高 的效率。如本领域的技术人员还能够理解的，阻抗匹配网络210和230并非必须是相同的。图IB示出了从RF源110至气体填充的容器130的有效能量传递的一般示意图。 此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认 识到其它变型、更改和替代。来自RF源的能量引导至阻抗匹配网络210，阻抗匹配网络使得 能够将能量有效地从RF源传递至共振结构220。另一阻抗匹配网络230又使得能够将能量 有效地从共振器传递至气体填充的容器130。电感耦合结构140用于将RF能量传递至灯泡 130内的气体填充物。众所周知，电感耦合器典型地包括电线或有限程度的线圈状电线，并 主要利用磁场(H场)耦合能量。如本领域的技术人员能够理解的，如这里以示意形式描述 的，可将阻抗匹配网络210和230以及共振结构220解释为RF源与电感耦合结构之间的分 布式电磁耦合的等效电路模型。阻抗匹配网络的使用也允许源具有除了 50欧姆以外的阻 抗；这可提供与RF源的性能相关的优点，其形式是减少了来自RF源的热量或功率消耗。降 低来自RF源的功率消耗和损失，将使得灯整体上能够具有更高的效率。如本领域的技术人 员还能够理解的，阻抗匹配网络210和230并非必须是相同的。图2A是使用灯体600的无电极灯的透视图，灯体600的外表面601是导电的并接 地。此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将 认识到其它变型、更改和替代。描述了圆柱形的灯体，但是可使用矩形或其它形状。可通过 导电饰面的应用或通过导电材料的选择，来实现此导电性。导电饰面的一个示例性实施例 是银粉漆，或者替代地，灯体可由导电材料(例如铝)的片材制成。集成灯泡/输出耦合元 件组件100由灯体600通过开口 610紧密地容纳。灯泡/输出耦合元件100包含灯泡130， 其是最终产生发光输出的气体填充的容器。本发明的一个方面是，组件100的底部、输出耦合元件120在平面101处接地至本 体600及其导电表面601。收集来自灯泡的发光输出，并用外部反射体670弓丨导该输出，外 部反射体670是导电的，或者，如果其由介电材料制成，那么其具有导电衬，并且，外部反射 体670附接至本体600并与其电接触。本发明的另一方面是，组件100的顶部、顶部耦合元 件125经由接地母线710和反射体670在平面102处接地至本体600。替代地，反射体670 可能不存在，并且，接地母线与本体600直接电接触。反射体670被描述为是抛物线的形状， 灯泡130设置在其焦点附近。本领域的技术人员将认识到，可设计很多种可能的反射体形 状来满足光束方向需求。在一个具体实施例中，这些形状可以是圆锥形的、凸出的、凹入的、 梯形的、金字塔形的或它们的任何组合等等。较短的反馈E场耦合元件635耦合少量来自 灯泡/输出耦合元件组件100的RF能量，并对RF放大器210的RF放大器输入211提供反馈。反馈耦合元件635由灯体600通过开口 612紧密地容纳，这样，与灯体的导电表面601 没有直接的直流电接触。输入耦合元件630与RF放大器输出212电连接。输入耦合元件 630由灯体600通过开口 611紧密地容纳，这样，与灯体的导电表面601没有直接的直流电 接触。然而，本发明的另一关键方面是，输入耦合元件的顶部在平面631处接地至本体600 及其导电表面601。将RF功率从输入耦合元件630主要以电感方式强烈地耦合至灯泡/输出耦合元 件组件100，这是通过物理接近、它们的相对长度及它们接地平面的相对布置来实现的。灯 泡/输出耦合元件组件的表面637被导电饰面或导电材料所覆盖，并且连接至本体600及 其导电表面601。灯泡/输出耦合元件组件的包括表面638、639以及640的其它表面不用 导电层覆盖。另外，表面640是光学透明的或半透明的。通过电磁模拟并通过直接测量，发 现了输入耦合元件630和输出耦合元件120与灯组件100之间的耦合是高度频率选择性 的，并且主要是电感的。此频率选择性在包括输入耦合元件630、灯泡/输出耦合元件组件 100、反馈耦合元件635以及放大器210的电路中提供共振振荡器。本领域的技术人员将认识到，共振振荡器是在图IA和图IB中示意性地描述的RF 源110的等同物。本发明的一个显著优点是，共振频率很大程度上取决于输入和输出耦合 元件的相对长度。这允许使用紧凑型灯体，其自然共振频率可能比实际操作频率大得多。 在一个实例实施例中，灯体600的底部可由直径为1. 5”和高度为0. 75”的中空铝圆柱体构 成。这种气腔共振器的基础共振频率为大约4GHz，但是，在具体实施例中，通过使用上述用 于输入耦合元件和输出耦合元件的设计，并通过调节输出耦合元件的长度，灯组件的整体 共振频率可减小至900MHz或不大于大约900MHz。本发明的另一显著优点是，耦合至灯泡 130的RF功率很大程度上取决于灯泡/输出耦合元件组件100内的输入耦合元件630和 输出耦合元件120之间的物理间隔。这允许在装配时对灯的亮度输出进行微调，该灯包括 具有不严格的尺寸公差的部件。本发明的另一显著优点是，输入耦合元件630和灯泡/输 出耦合元件组件100分别在平面631处和101处接地，所述平面与本体600的外表面一致。 这消除了微调它们插入灯体的深度的需要——以及它们之间的RF耦合对于该深度的任何 灵敏性——简化了灯的制造，并改进了灯亮度输出的一致性。图2B是无电极灯的透视图，其与图2A所示的无电极灯的不同之处仅在于其RF 源，该RF源不是分布式振荡电路，而是与RF放大器210的RF放大器输入211电连接的单 独的振荡器205。RF放大器输出212与输入耦合元件630电连接，输入耦合元件630将RF 功率发送至灯泡/输出耦合元件组件100。灯泡/输出耦合元件组件100中的输入耦合元 件630和输出耦合元件之间的耦合的共振特性被频率匹配至RF源，以优化RF功率传递。当 然，会存在其它变型、更改和替代。图2C是无电极灯的透视图，其与图2A所示的无电极灯相似，不同之处在于没有反 射体670。灯泡组件中的顶部耦合元件125利用接地母线715与灯体600直接连接。此图 仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到 其它变型、更改和替代。图2D是无电极灯的透视图，其与图2B所示的无电极灯的不同之处在于其灯泡/ 输出耦合元件组件100。该灯泡/输出耦合元件组件由在顶部凹入以容纳气体填充的容器 130的固体金属(金属柱)120组成。耦合元件的另一端在表面101处接地至灯体。金属柱的顶部由图4所示的金属环650包围。可用介电材料或耐火金属(例如钼)的薄层作为灯 泡与金属柱之间的界面。替代地，金属柱的顶部或金属柱的全部可由耐火金属制成，其外表 面覆盖有一层具有高导电性的金属，例如银或铜。金属柱的内部也可以是中空的。图3A是集成灯泡/输出耦合元件组件100的透视图，其与图2A、图2B以及图2C 中描述的组件100相同。此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。 本领域的技术人员将认识到其它变型、更改和替代。该组件包括下部110、中部111和上部 112。替代地，这些部分可能不是物理分开的。下部110钻有孔，以紧密地容纳输出耦合元 件120，其是实心导体。耦合元件120在平面121处从下部110伸出。本发明的一个关键 方面是，耦合元件120在平面121处与图2A、图2B以及图2C中描述的灯体600接地接触。 中部111是中空的，以紧密地容纳灯泡130，灯泡是最终产生灯的发光输出的气体填充的容 器。气体填充的容器包含惰性气体(例如氩气)和荧光体(例如水银、钠、硫)或金属卤化 物盐(例如三溴化铟或碘化铯)(或者，其可同时包含多种荧光体)。替代地，中部111是 中空的，所得到的腔体形成了灯泡130的容积(容纳空间，volume)，使得二者成为一体的单 元。可用高温粘合剂将中部111附接至下部110和上部112。上部112钻有孔，以紧密地容 纳顶部电极125，顶部电极是实心导体。顶部电极125在平面1 处从上部112伸出。本发 明的一个关键方面在于，顶部耦合元件125在平面1 处与灯体600接地接触，如图2A、图 2B以及图2C中所描述的。这通过接地母线710和反射体本体670或接地母线715实现。 总而言之，RF能量通过输出耦合元件120和顶部耦合元件125以电容方式或电感方式或以 电感方式和电容方式的组合方式耦合至灯泡130，灯泡130由石英、半透明氧化铝，或其它 相似的材料制成，使惰性气体离子化并使荧光体蒸发，从而产生从灯发出的强光115。部分110、111以及112均可由相同材料或不同材料制成。部分111对可见光必须 是透明的，并具有高熔点，例如石英或半透明氧化铝。部分Iio和112可由透明的(石英或 半透明氧化铝)或不透明的材料(氧化铝)制成，但是，其在RF频率下必须具有低损耗。在 所有三个部分使用相同材料的情况中，组件可由单一材料片制成，例如石英或半透明氧化 铝的中空管。上部112可涂覆有导电饰面116，其目的是屏蔽来自顶部电极125的电磁辐 射。下部110可部分地涂覆有导电饰面117，其目的是屏蔽来自输出耦合元件120的电磁辐 射。该部分涂层将延伸至下部110的从灯体600伸出的部分，如图2A、图2B和图2C中所描 述的，并且，不与输入耦合元件630重叠。平面将从灯体伸出的部分与未由虚线140示意性 地指示的部分分开。导电饰面116和117的一个实例实施例是银粉漆。替代地，代替导电 饰面，下部110的部分可由作为图4所示的灯体600的延长部分的一部分的金属环650所 覆盖。不涂覆中部111的外表面。图;3B是图3A所示的集成灯泡/输出耦合元件组件100的侧剖图。此图仅是一个 实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、 更改和替代。该组件可由单一材料片制成，例如中空石英管或半透明氧化铝，或者，其可由 三种不同的片制成并装配在一起。图3C是集成灯泡/输出耦合元件组件100的替代设计的透视图。此图仅是一个实 例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更 改和替代。该组件与图3A相似，除了用导电涂覆的介电物质而不是用实心导体来制造输出 耦合元件120和顶部耦合元件125以外。灯泡组件包括三个部分110、111以及112，其可分
18别由不同材料制成并集成在一起，或者可由单一部件制成，例如中空石英管或半透明氧化 铝。输出耦合元件120由介电质柱122构成，介电质柱由诸如氧化铝的材料制成，其外表面 涂覆有导电饰面，例如银。本体110钻有孔，以容纳输出耦合元件120。顶部耦合元件125 也由介电质柱127组成，介电质柱由诸如氧化铝的材料制成，其外表面涂覆有导电饰面，例 如银。一个关键的发明是，输出耦合元件120和顶部耦合元件125的介电质柱钻有孔，以 紧密地容纳灯泡130，使得通过其介电中心的热传递和通过其导电外涂层的RF耦合同时发 生。输出耦合元件和顶部耦合元件的介电质柱的与灯泡接触的区域未由导电饰面覆盖。使 用此灯泡组件方案，保持高RF场远离灯泡的端部，从而产生更可靠的灯。本发明的另一关 键方面在于，输出耦合元件120和顶部耦合元件125分别在平面121处和1 处与图2A、图 2B以及图2C中描述的灯体600接地接触。如图2A、图2B以及图2C中描述的由灯体600容纳的(并与输入耦合元件630的 长度重叠)本体110的部分(在图3C中示出为在虚线140下方)未由导电层涂覆。将本 体110的在灯体600上方但基本上在灯泡130下方的部分示意性地描述为处于140与141 之间的区域；此部分可由导电饰面涂覆。将本体110的基本上在灯泡130上方的部分描述 为在线142以上的区域；此部分也可由导电饰面116涂覆。导电涂层的目的是屏蔽不想要 的电磁辐射。导电饰面116和117的一个实例实施例是银粉漆。替代地，代替导电饰面，下 部110的部分可由作为灯体600的延长部分的一部分的金属环650覆盖，如图4所示。未 涂覆中部111的外表面。图3D是图3C所示的集成灯泡/输出耦合元件组件100的侧剖图。此图仅是一个 实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、 更改和替代。该组件可由单一材料片制成，例如中空石英管或半透明氧化铝，或者，其可由 三个不同的部件制成并装配在一起。图3E是集成灯泡/输出耦合元件组件100的替代设计的透视图。此图仅是一个实 例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更 改和替代。该组件与图3C相似，除了组件的中部和顶部不在介电质管(例如石英管)内以 外。该组件由三个部分组成。底部110与图3C相同，并且，其包含由介电质柱122构成的 输出耦合元件120，介电质柱122由诸如氧化铝的材料制成，其外表面涂覆有导电饰面，例 如银。中部由灯泡(填充气体的容器)130组成，灯泡由对可见光透明的材料制成，例如石 英或半透明氧化铝。顶部由顶部耦合元件125组成，顶部耦合元件也由介电质柱127组成， 介电质柱127由诸如氧化铝的材料制成，其外表面涂覆有导电饰面，例如银。一个关键的发 明是，输出耦合元件120和顶部耦合元件125的介电质柱钻有孔，以紧密地容纳灯泡130，使 得通过它们的介电中心的热传递和通过它们的导电外涂层的RF耦合同时发生。输出耦合 元件和顶部耦合元件的介电质柱的与灯泡接触的区域未由导电饰面覆盖。使用此灯泡组件 方案，保持高RF场远离灯泡的端部，从而产生更可靠的灯。本发明的另一关键方面是，输出 耦合元件120和顶部耦合元件125分别在平面121处和1 处与图2A、图2B和图2C中描 述的灯体600接地接触。如图2A、图2B和图2C中描述的本体110的由灯体600容纳的(并与输入耦合元 件630的长度重叠)的部分(在图3E中示出为在虚线140下方)未由导电层涂覆。将本体 110的在灯体600上方但基本上在灯泡130下方的部分示意性地描述为处于140与141之间的区域；此部分可由导电饰面117涂覆。导电涂层的目的是屏蔽不想要的电磁辐射。导 电饰面117的一个实例实施例是银粉漆。替代地，代替导电饰面，下部110的部分可由作为 灯体600的延长部分的一部分的金属环650覆盖，如图4所示。图3F是图3D所示的集成灯泡/输出元件组件100的侧剖图。此图仅是一个实例， 其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改 和替代。其与图3E所示的组件相似，除了组件的中部和顶部不在由诸如石英的材料制成的 介电质管内以外。图3G是集成灯泡/输出耦合元件组件100的替代设计的透视图。此图仅是一个实 例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更 改和替代。除了没有顶部耦合元件以外，该组件与图3E相似。该组件由两个部分组成。底 部110与图3E相同，并且，其包含由介电质柱122组成的输出耦合元件120，介电质柱122 由诸如氧化铝的材料制成，其外表面涂覆有导电饰面，例如银。顶部由灯泡(填充气体的容 器)130组成，灯泡由对可见光透明的材料制成，例如石英或半透明氧化铝。本发明的一个 关键方面是，输出耦合元件120的介电质柱钻有孔，以紧密地容纳灯泡130，使得通过其介 电中心的热传递和通过其导电外涂层的RF耦合同时发生。输出耦合元件的介电质柱的与 灯泡接触的区域未由导电饰面覆盖。用此灯泡组件方案，保持高RF场远离灯泡的端部，产 生更可靠的灯。本发明的另一关键方面是，输出耦合元件120在平面121处与图2A、图2B 和图2C中描述的灯体600接地接触。如图2A、图2B以及图2C中描述的本体110的由灯体600容纳的(并与输入耦合 元件630的长度重叠)的部分(在图3G中示出为在虚线140下方)未由导电层涂覆。将 本体110的在灯体600上方但基本上在灯泡130下方的部分示意性地描述为处于140与 141之间的区域；此部分可由导电饰面117涂覆。导电涂层的目的是屏蔽不想要的电磁辐 射。导电饰面117的一个实例实施例是银粉漆。替代地，代替导电饰面，本体110的在140 和141之间的部分可由作为灯体600的延长部分的一部分的金属环650覆盖，如图4所示。图3H是图3G所示的集成灯泡/输出耦合元件组件100的侧剖图。此图仅是一个 实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、 更改和替代。除了没有顶部耦合元件以外，该组件与图3F相似。图31是与图2D描述的组件相同的集成灯泡/输出耦合元件组件100的替代设计 的透视图。用实心导体(金属柱)120制造该组件，并使其顶部凹入，以紧密地容纳填充气 体的容器130的一端。金属柱121的另一端接地至灯体。介电材料或耐火金属(例如钼) 的薄层可用作灯泡与金属柱之间的界面。替代地，金属柱的顶部或金属柱的全部可由耐火 金属制成，其外表面覆盖有具有高导电性的金属层，例如银或铜。金属柱的内部也可以是中 空的。该组件没有顶部耦合元件。图3J是图31所示的集成灯泡/输出耦合元件组件100的侧剖图。除了柱由实心 导体制成而不是由涂覆有导电层的介电材料制成以外，该灯泡/输出耦合元件与图3H相 似。此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员 将认识到其它变型、更改和替代。图4是图2A、图2B、图2C以及图2D所示的灯的灯体/金属外壳的透视图。此图仅 是一个实例，其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改和替代。灯体/金属外壳由两部分组成，底部600和顶部650。在此情况中，灯 体的底部是圆柱形的，但是也可将其制成矩形的或其它形状。灯体的顶部是金属环的形式， 但是其也可以是矩形/正方形的形式。灯体由金属制成，例如铝或铜。灯体可由多部件制 成并用螺钉或通过焊接(soldering)或粘接(welding)或其它技术附接在一起。灯体638 的内部是中空的，并且，其通过孔610和510容纳集成灯泡/输出耦合元件组件100 (图3A、 图3C、图3E、图3G和图31)。输出耦合元件120和顶部耦合元件125与灯体电连接，灯体接 地。在灯体611和612中还有孔，以容纳图2A、图2B、图2C以及图2D所示的输入耦合元件 630和反馈耦合元件635。这两个耦合元件将不在底部接触灯体的壁部。然而，输入耦合元 件630将在灯体600的顶面通过孔731伸出，并与连接至地面的灯体连接。图5A是替代的无电极灯设计的侧剖图，其使用了图4所示的灯体/金属外壳和图 3E所示的集成灯泡/输出耦合元件组件。此图仅是一个实例，其在这里不应不适当地限制 权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改和替代。灯体638的内部基 本上是中空的。在输入耦合元件630周围可使用介电层605 (例如特氟纶)，以防止电弧放 电。输入耦合元件631的端部连接至接地的灯体。灯组件也在平面101和102处接地。灯 体600内部的灯组件110的下部未由任何金属覆盖。这允许RF能量从输入耦合元件630 耦合至输出耦合元件120。至灯泡的耦合和阻抗匹配取决于两个耦合元件之间的间隔及其 尺寸(包括长度和直径)。灯体和灯组件的共振频率很大程度上取决于输出耦合元件的长 度，并不太依赖于圆柱形灯体的直径。由灯体600通过开口 612紧密地容纳反馈耦合元件 635，这样，反馈耦合元件635与灯体600没有直接的直流电接触。较短的反馈E场耦合元 件635耦合少量来自灯泡/输出耦合元件组件100的RF能量，并对RF放大器210提供反 馈。虽然图5A所示的构造是与图2A相似的反馈构造，但是，也可能用与图2B相似的非反 馈构造来实现此设计。图5B是图5A所示的无电极灯的替代无电极灯设计的侧剖图。此图仅是一个实例， 其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改 和替代。除了已经去除图5A所示的介电层110(例如石英管)的围绕灯体600底部内的输 出耦合元件120的部分以外，此设计是相似的。图5C是图5A所示的无电极灯的替代无电极灯设计的侧剖图。此图仅是一个实例， 其在这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改和 替代。除了灯体600在灯体的下部中被部分地填充有介电材料602以外，此设计是相似的。图5D是图5C所示的无电极灯的替代灯设计的侧剖图。此图仅是一个实例，其在 这里不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到其它变型、更改和替 代。此设计也具有部分地填充有介电物质的灯体600，除了在此情况下，介电层是围绕灯组 件的输出耦合元件的圆筒形以外。还可能的是，灯体由介电物质完全填充。通过电磁模拟示出了 在图5A、图5B和图5C中描述的设计中保持了在图2A、图 2B、图2C以及图2D中描述的灯设计的两个显著优点——即，共振频率很大程度上取决于输 入和输出耦合元件的长度而较少依赖于灯体600的直径，并且，耦合至灯泡130的RF功率 很大程度上取决于灯泡/输出耦合元件组件100内的输入耦合元件630和输出耦合元件之 间的物理间隔。本领域的技术人员还可理解，可利用在图2B中描述的集中式(Iump)RF源 构造来代替在图5A、图5B和图5C中描述的分布式RF振荡器构造(这不会给本发明带来实质上的变化)，其包括反馈耦合元件635、放大器210，以及在灯泡/输出耦合元件组件100 周围形成正反馈回路的输入耦合元件630，其与图2A中描述的构造相似。
虽然以上是具体实施例的完整描述，但是可使用各种更改、替代构造和等同物。因 此，以上的描述和图示不应理解为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种无电极等离子灯，包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；支撑体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的内区域内的外表面区 域以及覆盖所述支撑体的所述外表面区域的导电材料；气体填充的容器，具有透明的或半透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形 成于所述内表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及在 所述第一端部区域与所述第二端部区域之间限定的长度；第一耦合元件，空间地设置于耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域的所述 导电壳体的内区域内，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；第二耦合元件，耦合至所述气体填充的容器的第二端部区域，所述第二耦合元件电连 接至所述导电材料；以及RF源耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的外区域内并设置于距离所述第一耦合元 件的预定距离内，所述RF源耦合元件的一端电连接至所述导电材料；间隙，设置于所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间，所述间隙由所述预定距离 提供；包括输出的RF源，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件而耦合至所述第一耦合元件。
2.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源通过所述间隙和所述RF源耦合元件而至 少以电感方式耦合至所述第一耦合元件。
3.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源通过所述间隙和所述RF源耦合元件而至 少以电容方式或电感方式或者以电容方式和电感方式的组合被耦合至所述第一耦合元件。
4.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源构造为使得电磁能量的输出基本上沿着 所述气体填充的容器的长度，同时，所述气体填充的容器的所述第一端部区域和第二端部 区域基本上没有任何电磁能量。
5.根据权利要求1所述的灯，其中，所述电磁能量至少以电感方式耦合至所述气体填 充的容器。
6.根据权利要求1所述的灯，其中，所述电磁能量至少以电容方式或电感方式或者以 电容方式和电感方式的组合被耦合至所述气体填充的容器。
7.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源耦合元件进一步包括输入，所述RF源的 输出耦合至所述RF源耦合元件的所述输入。
8.根据权利要求1所述的灯，其中，所述支撑体构造为在所述气体填充的容器的操作 过程中传递来自所述气体填充的容器的热能。
9.根据权利要求1所述的灯，其中，所述支撑体由介电材料制成，所述介电材料构造为 提供机械支撑，所述介电材料进一步是所述导电材料与所述气体填充的容器的所述第一端 部区域之间的扩散势垒。
10.根据权利要求1所述的灯，其中，所述支撑体基本上没有任何电磁能量的任何引导 特性。
11.根据权利要求1所述的灯，其中，所述气体填充的容器包括惰性气体以及一种或多种能够发光的物质。
12.根据权利要求1所述的灯，其中，所述气体填充的容器包括惰性气体和一种或多种 能够发光的物质，所述一种或多种物质从金属卤化物、金属卤化物混合物以及一种或多种 金属物质中选择。
13.根据权利要求1所述的灯，其中，所述第一耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域，所述第 二端直接连接至地电位。
14.根据权利要求1所述的灯，其中，所述第二耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述气体填充的容器的所述第二端部区域，所述第 二耦合元件端直接连接至地电位。
15.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一端连接至所述RF源的输出，所述第二端直接连接至地电位。
16.根据权利要求1所述的灯，其中，所述第一耦合元件包括所述导电材料内的暴露的 介电区域，所述第一耦合元件的所述暴露的介电区域耦合至所述气体填充的容器的所述第 一端部区域。
17.根据权利要求16所述的灯，其中，所述暴露的介电区域构造为具有凹入形状，以紧 密地插入所述气体填充的容器的所述第一端部区域。
18.根据权利要求1所述的灯，其中，所述第二耦合元件包括所述导电材料内的暴露的 介电区域，所述第二耦合元件的所述暴露的介电区域耦合至所述气体填充的容器的所述第 二端部区域。
19.根据权利要求18所述的灯，其中，所述暴露的介电区域构造为具有凹入形状，以紧 密地插入所述气体填充的容器的所述第二端部区域。
20.根据权利要求1所述的灯，其中，所述电磁能量在所述第一耦合元件与所述第二耦 合元件之间RF耦合。
21.根据权利要求1所述的灯，其中，所述电磁能量以电容方式或电感方式或者以电容 方式和电感方式的组合耦合至所述气体填充的容器。
22.根据权利要求1所述的灯，进一步包括空间地被耦合至所述气体填充的容器的反 射体装置。
23.根据权利要求1所述的灯，其中，所述RF源选自RF放大器。
24.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电本体是金属的，所述导电本体构造为将 电磁能量限制在所述空间容积内并构造为用于所述电磁能量的引导结构。
25.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电本体进一步包括介电插入物。
26.根据权利要求1所述的灯，其中，使所述导电本体是气密密封的。
27.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电本体包括内表面区域，所述内表面区域 包括叠置的包含氧化物的材料。
28.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电本体包括内表面区域，所述内表面区域 包括绝缘材料。
29.根据权利要求1所述的灯，其中，所述空间容积基本上包括一种或多种气体的混合物。
30.根据权利要求1所述的灯，其中，所述空间容积基本上是空气。
31.根据权利要求1所述的灯，其中，所述空间容积保持在真空状态。
32.根据权利要求1所述的灯，其中，所述空间容积基本上是氮气。
33.根据权利要求1所述的灯，其中，所述空间容积基本上是具有大于2的介电常数的 介电材料。
34.根据权利要求1所述的灯，进一步包括设置于所述导电壳体的空间容积的外区域 的一部分内的反馈耦合元件，所述反馈耦合元件构造为对所述RF源发射指示。
35.根据权利要求33所述的灯，进一步包括在所述反馈耦合元件与所述第一耦合元件 之间的反馈耦合元件间隙，所述反馈耦合元件间隙基本上没有固体介电材料。
36.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电本体基本上是中空的。
37.根据权利要求1所述的灯，其中，所述气体填充的容器基本上不与所述导电材料接触。
38.根据权利要求1所述的灯，其中，所述半透明材料是半透明氧化铝材料。
39.根据权利要求1所述的灯，其中，所述导电壳体构造为圆柱形形状、矩形形状、环形 形状、正方形形状、三角形形状、多边形形状、金字塔形形状、卵形形状或这些形状的任何组I=I O
40.一种无电极等离子灯，包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；支撑体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的内区域内的外表面区 域以及覆盖所述支撑体的所述外表面区域的导电材料；气体填充的容器，具有透明的或半透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形 成于所述内表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及在 所述第一端部区域和所述第二端部区域之间限定的长度；第一耦合元件，空间地设置于耦合至所述填充气体的容器的所述第一端部区域的所述 导电壳体的所述内区域内，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；RF源耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的所述外区域内并设置于距离所述第一耦 合元件的预定距离内，所述RF源耦合元件的一端电连接至所述导电材料；间隙，设置于所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间，所述间隙由所述预定距离 形成；包括输出的RF源，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第 一耦合元件。
41.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源通过所述间隙和所述RF源耦合元件至 少以电感方式耦合至所述第一耦合元件。
42.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源通过所述间隙和所述RF源耦合元件至 少以电容方式或电感方式或者以电容方式和电感方式的组合耦合至所述第一耦合元件。
43.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源构造为使得电磁能量的输出基本上沿 着所述气体填充的容器的长度，同时，所述第一端部区域基本上没有任何电磁能量。
44.根据权利要求40所述的灯，其中，所述电磁能量至少以电感方式耦合至所述气体填充的容器。
45.根据权利要求40所述的灯，其中，所述电磁能量至少以电容方式或电感方式或者 以电容方式和电感方式的组合耦合至所述气体填充的容器。
46.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源耦合元件进一步包括输入，所述RF源 的输出耦合至所述RF源耦合元件的输入。
47.根据权利要求40所述的灯，其中，所述支撑体构造为在所述气体填充的容器的操 作过程中传递来自所述气体填充的容器的热能。
48.根据权利要求40所述的灯，其中，所述支撑体由介电材料制成，所述介电材料构造 为提供机械支撑，所述介电材料进一步是所述导电材料与所述气体填充的容器的所述第一 端部区域之间的扩散势垒。
49.根据权利要求40所述的灯，其中，所述支撑体基本上没有任何电磁能量的任何引 导特性。
50.根据权利要求40所述的灯，其中，所述气体填充的容器包括惰性气体和一种或多 种能够发光的物质。
51.根据权利要求40所述的灯，其中，所述气体填充的容器包括惰性气体和一种或多 种能够发光的物质，所述一种或多种物质从金属卤化物、金属卤化物混合物及一种或多种 金属物质中选择。
52.根据权利要求40所述的灯，其中，所述第一耦合元件包括第一耦合元件端和第二 耦合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域，所述 第二端直接连接至地电位。
53.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源耦合元件包括第一耦合元件端和第二 耦合元件端，所述第一端连接至所述RF源的输出，所述第二端直接连接至地电位。
54.根据权利要求40所述的灯，进一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括第 一耦合元件端和第二耦合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述气体填充的容器的所述 第二端部区域，所述第二耦合元件端直接连接至地电位。
55.根据权利要求40所述的灯，其中，所述第一耦合元件包括所述导电材料内的暴露 的介电区域，所述第一耦合元件的所述暴露的介电区域耦合至所述气体填充的容器的所述 第一端部区域。
56.根据权利要求55所述的灯，其中，所述暴露的介电区域构造为具有凹入形状，以紧 密地插入所述气体填充的容器的所述第一端部区域。
57.根据权利要求40所述的灯，进一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括所 述导电材料内的暴露的介电区域，所述第二耦合元件的所述暴露的介电区域耦合至所述气 体填充的容器的所述第二端部区域。
58.根据权利要求57所述的灯，其中，所述暴露的介电区域构造为具有凹入形状，以紧 密地插入所述气体填充的容器的所述第二端部区域。
59.根据权利要求40所述的灯，进一步包括第二耦合元件，并且其中，所述电磁能量在 所述第一耦合元件与所述第二耦合元件之间RF耦合。
60.根据权利要求40所述的灯，其中，所述电磁能量以电容方式或电感方式或者以电 容方式和电感方式的组合耦合至所述气体填充的容器。
61.根据权利要求40所述的灯，进一步包括空间地耦合至所述气体填充的容器的反射体装置。
62.根据权利要求40所述的灯，其中，所述RF源选自RF放大器。
63.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电本体是金属的，所述导电本体构造为将 电磁能量限制在所述空间容积内并构造为用于所述电磁能量的引导结构。
64.根据权利要求63所述的灯，其中，所述导电本体进一步包括介电插入物。
65.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电本体是气密密封的。
66.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电本体包括内表面区域，所述内表面区域 包括叠置的含氧化物的材料。
67.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电本体包括内表面区域，所述内表面区域 包括绝缘材料。
68.根据权利要求40所述的灯，其中，所述空间容积基本上包括一种或多种气体的混 合物。
69.根据权利要求40所述的灯，其中，所述空间容积基本上是空气。
70.根据权利要求40所述的灯，其中，所述空间容积保持在真空状态。
71.根据权利要求40所述的灯，其中，所述空间容积基本上是氮气。
72.根据权利要求40所述的灯，其中，所述空间容积基本上是具有大于2的介电常数的 介电材料。
73.根据权利要求40所述的灯，进一步包括设置于所述导电壳体的空间容积的所述外 区域的一部分内的反馈耦合元件，所述反馈耦合元件构造为对所述RF源发射指示。
74.根据权利要求72所述的灯，进一步包括在所述反馈耦合元件与所述第一耦合元件 之间的反馈耦合元件间隙，所述反馈耦合元件间隙基本上没有固体介电材料。
75.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电本体基本上是中空的。
76.根据权利要求40所述的灯，其中，所述气体填充的容器基本上不与所述导电材料 接触。
77.根据权利要求40所述的灯，其中，所述半透明材料是半透明氧化铝材料。
78.根据权利要求40所述的灯，其中，所述导电壳体构造为圆柱形形状、矩形形状、环 形形状、正方形形状、三角形形状、多边形形状、金字塔形形状、卵形形状或这些形状的任何组合。
79.—种无电极等离子灯，包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；金属支撑体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的所述内区域内的 外表面区域；气体填充的容器，具有透明的或半透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形 成于所述内表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及在 所述第一端部区域和所述第二端部区域之间限定的长度；第一耦合元件，空间地设置于耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域的所述 导电壳体的所述内区域内，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；第二耦合元件，耦合至所述气体填充的容器的所述第二端部区域，所述第二耦合元件 电连接至所述导电材料；以及RF源耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的所述外区域内并设置于距离所述第一耦 合元件的预定距离内，所述RF源耦合元件的一端电连接至所述导电材料；间隙，设置于所述源耦合元件与所述第一耦合元件之间，所述间隙由所述预定距离提供；包括输出的RF源，所述RF源的输出通过所述间隙和所述源耦合元件耦合至所述第一 耦合元件。
80.根据权利要求79所述的灯，其中，所述金属支撑体是从钼、铝、铜、金、银、复合金 属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝中选择的导电材料。
81.根据权利要求79所述的灯，其中，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述 上部区域具有耐火金属，所述耐火金属耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域。
82.根据权利要求81所述的灯，其中，所述气体填充的容器由石英材料制成，没有所述 耐火金属扩散到所述气体填充的容器的石英材料的一部分中。
83.根据权利要求81所述的灯，其中，所述金属支撑体可操作地电耦合至所述气体填 充的容器。
84.—种无电极等离子灯，包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；金属支撑体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的所述内区域内的 外表面区域；气体填充的容器，具有透明的或半透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形 成于所述内表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限 定在所述第一端部区域和所述第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置于耦合至所述填充气体的容器的所述第一端部区域的所述 导电壳体的所述内区域内，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；RF源耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的所述外区域内并设置于距离所述第一耦 合元件的预定距离内；间隙，设置于所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间；包括输出的RF源，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第 一耦合元件。
85.根据权利要求84所述的灯，其中，所述金属支撑体是从钼、铝、铜、金、银、复合金 属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝中选择的导电材料。
86.根据权利要求84所述的灯，其中，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述 上部区域具有耐火金属，所述耐火金属耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域。
87.根据权利要求86所述的灯，其中，所述气体填充的容器由石英材料制成，没有所述 耐火金属扩散到所述气体填充的容器的石英材料的一部分中。
88.根据权利要求86所述的灯，其中，所述金属支撑体可操作地电耦合至所述气体填 充的容器。
89.一种操作无电极等离子灯装置的方法，所述方法包括 提供等离子灯装置，所述等离子灯装置包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；介电本体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的所述内区域内的外 表面区域以及覆盖所述介电本体的所述外表面区域的导电材料；气体填充的容器，具有透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形成于所述内 表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及在所述第一端 部区域和所述第二端部区域之间限定的长度； RF放大器，包括输入和输出；第一耦合元件，空间地设置于耦合至所述填充气体的容器的所述第一端部区域的所述 导电壳体的所述内区域内，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；输入耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的所述外区域内并设置于距离所述第一耦 合元件的预定距离内；间隙，设置于所述输入耦合元件与所述第一耦合元件之间；包括输入和输出的RF源，所述输出通过所述间隙和所述输入耦合元件耦合至所述第 一耦合元件，所述输入耦合至所述反馈耦合元件；将RF能量从所述RF源传递至所述输入耦合元件，所述RF能量具有的频率的范围是从 大约IOOMHz到大约20GHz ；由所述气体填充的容器的发光，基本上从所述气体填充的容器的长度辐射电磁能量。
90.根据权利要求89所述的方法，其中，沿着所述气体填充的容器的长度空间地设置 电场，并且，在所述第一端部区域和所述第二端部区域中的任一个或在二者上基本上没有 电场。
91.根据权利要求89所述的方法，其中，所述RF源的频率是大约900MHz。
92.根据权利要求89所述的方法，其中，所述RF源的频率是大约450MHz。
93.根据权利要求89所述的方法，进一步包括通过所述第一耦合元件的导电材料传递 来自所述气体填充的容器的热能，所述导电材料的特征是导热体和导电体。
94.根据权利要求89所述的方法，进一步包括通过所述第一耦合元件的导电材料传递 来自所述气体填充的容器的热能，以将所述气体填充的容器的温度保持为基本上低于所述 气体填充的容器的熔化温度，所述导电材料的特征是导热体和导电体。
95.根据权利要求89所述的方法，其中，所述气体填充的容器的长度包括外表面区域， 所述外表面区域在距离所述外表面区域的预定距离内基本上没有任何物理干涉结构。
96.根据权利要求95所述的方法，其中，所述预定距离小于1厘米。
97.根据权利要求95所述的方法，其中，所述预定距离小于大约1毫米。
98.一种操作无电极等离子灯装置的方法，所述方法包括 提供等离子灯装置，所述等离子灯装置包括导电壳体，具有在所述导电壳体内限定的空间容积，所述空间容积具有内区域和外区域；介电本体，具有设置于或部分地设置于所述导电壳体的空间容积的所述内区域内的外表面区域以及覆盖所述介电本体的所述外表面区域的导电材料；气体填充的容器，具有透明的本体，所述本体具有内表面和外表面以及形成于所述内 表面内的腔体，所述气体填充的容器包括第一端部区域和第二端部区域以及在所述第一端 部区域和所述第二端部区域之间限定的长度；包括输入和输出的RF放大器；第一耦合元件，机械地耦合至所述气体填充的容器的所述第一端部区域，所述第一耦 合元件电连接至所述导电材料；第二耦合元件，机械地耦合至所述气体填充的容器的所述第二端部区域；输入耦合元件，空间地设置于所述导电壳体的外区域内并设置于距离所述第一耦合元 件的预定距离内；第一间隙，设置于所述输入耦合元件与所述第一耦合元件之间，所述间隙由所述预定 距离提供；包括输入和输出的RF源，所述输出通过所述间隙和所述输入耦合元件耦合至所述第 一耦合元件，并且所述输入耦合至所述反馈耦合元件；以及将所述预定距离从第一距离调节至第二距离，以将所述第一间隙改变成第二间隙，所 述第一间隙与所述第二间隙不同。
99.根据权利要求98所述的方法，其中，通过为所述RF源耦合元件选择不同的直径尺 寸，来调节所述预定距离。
100.根据权利要求98所述的方法，其中，所述预定距离的调节使得所述气体填充的容 器阻抗匹配至在所述气体填充的容器的确定的操作过程中的耦合。
101.根据权利要求100所述的方法，其中，所述预定距离的调节导致所述气体填充的 容器和所述RF源之间的临界耦合。
102.根据权利要求98所述的方法，其中，所述间隙是气隙。
全文摘要
无电极等离子灯通常包括灯泡，灯泡包含气体填充物，用射频(RF)能量激励气体填充物使其产生光。在具体实施例中，具有集成灯泡组件的接地耦合元件的使用简化了可制造性，改进了共振频率控制，并使得能够使用实心的、部分填充的以及中空的灯体。
文档编号H05B41/16GK102084724SQ200980120977
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月22日 优先权日2008年6月25日
发明者弗雷德里克·M·埃斯皮奥, 蒂莫西·J·布洛克特, 迈赫兰·马特路比安 申请人:托潘加科技有限公司