专利名称：高效率充气灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高效率充气灯。
技术背景
常规的放电灯(不论是荧光还是其它类型)通常包括充有合适气体(或多种气 体)的玻璃灯管，其中电子的加速方式使得其动能的一部分被传递到一种/多种气体的原 子(或分子)，从而将它们中的电子激励到合适的能级，使得当“落到”其基级时，它们产生 光子。这一过程在量子物理中广为人知。
但是，这种常规的灯的主要缺陷是其相对低的效率，通常是8% -12%。因此，相当 高的能量被作为热能转换并消散，这明显不理想。发明内容
因此本发明的目标是提供一种基于充气的灯，以克服常规放电灯和其它类型灯的 上述缺点。
根据本发明的第一方面，提供一种充气灯，包括
充有气体或气体混合物的灯管，所述灯管包括
阳极；以及
与所述阳极隔开的阴极，其中可在所述阳极和所述阴极上施
加电场，从而使得电子从所述阴极运动到所述阳极；以及
在所述灯管上提供磁场的磁化装置，所述磁场的方向大致垂直于所述电场的方 向，其中所述电场与所述磁场之间的比值根据所述灯管内的所述气体或气体混合物而大致 预设，使得从所述阴极发射的电子受到电场和磁场作用可从所述电场连续地获得动能直到 其达到最大动能，并因磁场而达到最小，该循环周期性重复直到电子撞击一种/多种气体 的原子，并在一些这种撞击中，电子给原子传递能量，导致一种/多种气体的原子中的电子 受到激励，从而产生光。
所述电场与磁场之间的比值可被选择成使得任何自由电子所获得的最大动能在 3eV与18eV之间。
所述阴极可包括
第一阴极，其设置为至少促进电子的发射；以及
第二阴极，其设置为与所述阳极一起在所述第二阴极与所述阳极之间产生电场。
所述第二阴极可位于所述灯管外部。
所述磁化装置可包括至少一个磁体，该至少一个磁体限定了磁北极和磁南极。
在示范实施例中，所述灯管内的气体可为氖、氩、钠或汞等中的一种或它们的组合。
所述电场和磁场可各自是大致均勻场。
所述磁场可为双向磁场。
所述电场可由交流(AC)电压产生。
根据本发明第二方面，提供一种操作充气灯的方法，所述充气灯包括充有气体或 气体混合物的灯管，所述方法包括
在灯管的阳极和阴极上施加电场，使得电子从所述阴极运动到所述阳极；以及
通过磁化装置在灯管上施加磁场，其中所施加的磁场大致垂直于所述电场方向， 其中所述电场与所述磁场之间的比值根据所述灯管内的所述气体或气体混合物而大致预 设，使得从所述阴极发射的电子受到电场和磁场作用可从所述电场连续地获得动能直到其 达到最大动能，并因磁场而达到最小，该循环周期性重复直到电子撞击一种/多种气体的 原子，并在一些这种撞击中，电子给原子传递能量，导致一种/多种气体的原子中的电子受 到激励，从而产生光。
所述方法可包括确定所述电场与磁场之间的比值使得任何自由电子所获得的最 大动能在3eV与18eV之间。
所述方法可包括在阴极和阳极上施加交流(AC)电压以产生电场。
图1示出根据本发明示范实施例的高效率充气灯的示意透视图2示出图1中所示充气灯内电子的运动的示意，当磁场朝向纸面时所示运动为 从左向右；
图3示出表示运动通过图1所示充气灯的电子的动能与时间的关系曲线；
图4示出图1的灯的一部分的示意图，示出平行于灯的阳极和阴极的假想面；以及
图5示出高效率充气灯的另一示范实施例的一部分的示意透视图。
具体实施方式
参照图1，高效率充气灯10包括充有一种气体或气体混合物(或组合物)的灯管 12。在示范实施例中，该气体可包括氖、氩、钠、汞或任何其它蒸气。
应理解灯管12可为不同的形状和尺寸。
灯管12可进而包括阳极14和阴极，该阴极可被分成第一阴极16和第二阴极18， 其中第一阴极16负责发射电子，第二阴极18与阳极14 一起负责生成将电子朝阳极14加 速所必需的电场。第一和第二阴极16、18都与阳极14隔开。第二阴极18可放置于灯结构 的充气部分之外。在其它例子中，第一阴极16可放置在灯管12外部。
可通过在阳极14和阴极16、18上施加DC或AC电压而产生电场，使得在y方向上 具有电场强度(V/a)，其中“a”是阳极14与阴极16、18之间的距离。
磁化装置是一对相对的磁体(或单个磁体)形式，并限定了磁北极20和磁南极 22，该磁化装置在灯管12上提供磁场。如图1所见，磁场的方向大致垂直于电场方向，沿ζ 方向。
在示范实施例中，电场与磁场之间的比值大致根据灯管12内的气体或气体混合 物以及其它参数而预设，使得从阴极发射的电子受到电场和磁场作用可从电场连续地获得 动能直到其达到最大动能然后被降低至最小。如图3所示，这一循环周期性重复直到电子 撞击一种/多种气体的原子，在这种情况下，电子给原子传递能量，导致一种/多种气体的原子中的电子受到激励，从而产生光。这一过程利用同一电子继续进行，产生更多的光直到 该电子到达阳极14。
灯管12内自由电子运动的控制基于这样的事实，即任何带电粒子在电磁环境中 的轨迹取决于电场和磁场的方向及两个场的比值，在所示实施例中，电场和磁场相互垂直。 在示范实施例中，两个场的比值使得任何自由电子可获得的最大动能(根据图幻可在3eV 与18eV之间。
控制过程基于这样的事实，即磁场(其必须以恰当限定的强度施加)不允许所发 射的电子直线地朝阳极进行运动，而是其轨道如图2所示弯曲，能量为周期性的，在χ方向 上有移位。
如图2所示，电子可主要沿χ方向运动，而在y方向上它不会超过一定的长度Ay。 如果电子的最大能量是大约3eV，除非其激发了大约V/3个电子，否则电子不会到达阳极 14，并且当到达阳极14时电子不会撞击在其上，而是只有3eV级别的能量，使得避免了溅 射，从而延长了灯管寿命。
如此，当撞击原子时，电子慢下来并采取与不撞击原子的情况不同的路线。如果电 子的动能小于气体原子的最小激发能，则该过程将会重复。如果阳极14与阴极16、18之间 的电压被选择为300V，并且为了获得在可见光范围内的光子的激发能是:3eV，则原则上可 通过从阴极18发射的一个电子产生100个光子。
注意，当所施加的磁场方向是常量时(即，单向的)时，电子在磁场矢量方向上可 出现漂移。由于这种漂移是不期望的(导致电子密度损失)，所以可施加双向磁场以补偿这 种漂移。
电场也可为交替的(即，不必是DC)，这也可补偿不期望的朝阳极14的漂移，该漂 移对所期望的气体原子(或分子)的激发不起作用，而气体原子(或分子)的激发生成光。
本发明的本质是限制自由电子的能量(到一定的最大值)，使得除非电子传递其 (全部或部分的)能量以激发灯管12内的(一种/多种气体的)原子或分子，否则电子无 法到达阳极14，这意味着除非先生成可见光，否则从电场中不提取能量。这与常规的放电灯 相反，在常规的放电灯中，自由电子的运动是随机的(即，没有任何限制机制)，由此，或者 以各种激发级(即，可见光或紫外光)随机地激发原子，或者以相对高的能量撞击在阳极14 上而不激发任何的原子，因此，只生成热而没有光，这就是之前所述它们效率很低的原因。
应理解的是，灯10的物理形状不必是如图所示的平行六面体，而是只要满足上述 限制自由电子能量(在以上限制之间)的原理，即可采用任何形状。
在一个示范实施例中，电场和磁场大致均勻。参照图4，其中灯10是平行六面体的 情况下，穿过平行于电极的任何直的假想面25的电场均是大致均勻的。垂直于该电场的磁 场也是大致均勻的。
参照图5，其中用附图标记30示出柱形灯。在该具体示出的示范实施例中，电场是 大致均勻的，穿过(即垂直于)柱形灯30内形成假想圆柱32的任意面。因此，垂直于该电 场并从而沿假想圆柱32面的磁场也是大致均勻的。
应理解电场和磁场的均勻性和垂直性对于本发明来说是极其重要的。
而且，应注意的是，本发明的主要特征是阳极和场阴极总是沿灯管12内的电子的 运动(轨迹)延伸。
所提出的灯的效率越高，意味着热损耗越小，因此节省电能。
权利要求
1.一种充气灯，包括充有气体或气体混合物的灯管，所述灯管包括阳极；以及与所述阳极隔开的阴极，其中，能在所述阳极和所述阴极上施加电场，从而使得电子从 所述阴极运动到所述阳极；以及在所述灯管上提供磁场的磁化装置，所述磁场的方向大致垂直于所述电场的方向，其 中，所述电场与所述磁场之间的比值根据所述灯管内的所述气体或气体混合物而大致预 设，使得从所述阴极发射的电子受到所述电场和磁场作用能从所述电场连续地获得动能直 到其达到最大动能，并由于所述磁场而达到最小，该循环周期性重复直到所述电子撞击所 述一种/多种气体的原子，并在一些这种撞击中所述电子给所述原子传递能量，导致所述 一种/多种气体的原子中的电子受到激励，从而产生光。
2.如权利要求1所述的充气灯，其中，所述电场与磁场之间的比值被选择成使得任何 自由电子所获得的最大动能在3eV与ISeV之间。
3.如权利要求1或权利要求2所述的充气灯，其中，所述阴极包括第一阴极，其设置为至少促进电子的发射；以及第二阴极，其设置为与所述阳极一起在所述第二阴极与所述阳极之间产生所述电场。
4.如权利要求3所述的充气灯，其中，所述第二阴极位于所述灯管外部。
5.如前述任意一项权利要求所述的充气灯，其中，所述磁化装置包括至少一个磁体，所 述至少一个磁体限定磁北极和磁南极。
6.如前述任意一项权利要求所述的充气灯，其中，所述灯管内的气体是氖、氩、钠或汞 等中的一种或它们的组合。
7.如前述任意一项权利要求所述的充气灯，其中，所述电场和磁场各自是大致均勻场。
8.如前述任意一项权利要求所述的充气灯，其中，所述磁场是双向磁场。
9.如前述任意一项权利要求所述的充气灯，其中，所述电场由交流(AC)电压产生。
10.一种操作充气灯的方法，所述充气灯包括充有气体或气体混合物的灯管，所述方法 包括在所述灯管的阳极和阴极上施加电场，使得电子从所述阴极运动到所述阳极；以及通过磁化装置在所述灯管上施加磁场，其中，所施加的磁场大致垂直于所述电场的方 向，并且其中，所述电场与所述磁场之间的比值根据所述灯管内的所述气体或气体混合物 而大致预设，使得从所述阴极发射的电子受到所述电场和磁场作用能从所述电场连续地获 得动能直到其达到最大动能，并由于所述磁场而达到最小，该循环周期性重复直到所述电 子撞击所述一种/多种气体的原子，并在一些这种撞击中所述电子给所述原子传递能量， 导致所述一种/多种气体的原子中的电子受到激励，从而产生光。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述方法包括确定所述电场与磁场之间的比值， 使得任何自由电子所获得的最大动能在3eV与ISeV之间。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，所述方法包括在所述阴极和阳极上施加交 流(AC)电压以产生所述电场。
全文摘要
本发明涉及一种充气灯(110)及操作该灯的方法，所述充气灯包括充有气体或气体混合物的灯管(112)，所述灯管包括阳极(114)以及与所述阳极隔开的阴极(16、18)，其中可在所述阳极和所述阴极上施加电场，从而使得电子从所述阴极运动到所述阳极。所述充气灯进一步包括在所述灯管上提供磁场的磁化装置(20、22)，所述磁场的方向大致垂直于所述电场的方向，其中所述电场与所述磁场之间的比值根据所述灯管内的所述气体或气体混合物而大致预设。
文档编号H01J61/10GK102037539SQ200980114557
公开日2011年4月27日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者A·伊曼纽尔 申请人:耶希-奥光创作有限公司