专利名称:一种高效节能荧光灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明电光源的设计方法及装置，特别是关于一种高效节能荧光灯，它能够将所生成致光紫外线的较大部分用于产生可见光，并使所生成可见光的较大部分能够获得利用。
背景技术：
电光源的“光效”是指其所产生的能够被利用的光通量与其所消耗的有功电功率的比值。因此，对于荧光灯管，电能经电离后的气体转化成致光射线能(“致光射线”系指“在荧光灯管中，气体电离后由电能转化而来的可以进一步通过轰击荧光粉转化为可见光的不可见紫外线”)、再经过荧光粉转化成可见光能只是完成了客观上的电—光转化过程，而在应用意义上，从电能到能够被利用的可见光能的转化才是完整的电—光转化过程。
一般地，为了充入用以电离的气体，荧光灯管通常具有密闭的腔体，存在于该密闭腔体内的可见光(即内光通)就不能方便地被利用，而是被损失掉了，只有发散到管体以外的可见光(即外光通)才能够被利用，因此，荧光灯管的电—光转化过程存在一个重要的环节，即将荧光粉所生成的可见光发散到管体以外。发散到管体以外、能够被利用的可见光与所产生的全部可见光的比值是该环节的效率，我们称之为发散效率。
致光射线集中生成于电子经过灯管的路径附近，而一般灯管的结构及工作方式决定了电子经过灯管的路径会处于灯管长度方向的中心线附近，因而也可以认为致光射线集中生成于灯光长度方向的中心线附近。为了不损失致光射线，一般会在灯管表面上涂敷荧光粉层并使其完全包围上述中心线。荧光粉层不允许致光射线透过，也就必然不能允许可见光透过。粉层上任一荧光粉微粒均会以均匀强度向周围空间中的所有方向辐射可见光，其中总会有一部分朝向灯管内，而另一部分朝向灯管外。对于朝向灯管内辐射的可见光，其一部分会受到周围荧光粉微粒的遮挡而不能到达更远的空间区域，另一部分虽然可以到达更远的空间区域，但由于其仍处于被荧光粉层完全包围的管内空间，因而也几乎不可能发散到灯管以外的空间，因此，朝向灯管内辐射的可见光几乎完全被损失掉了；而对于朝向灯管外辐射的可见光，其一部分也可能受到周围荧光粉微粒的遮挡而不能到达更远的空间区域，但另一部分却可以发散到灯管以外的空间。这表明，最终能够被利用的可见光仅是朝向灯管外辐射之可见光的一部分，因此，在发散环节，存在着严重制约灯管光效的因素。已知任意类型的荧光灯管，其发散效率一般都不超过50％，这是荧光灯管致命的效率缺陷。灯管表面上所涂敷的荧光粉层除具有生光作用外，还具有遮光作用正是导致发散效率低下的关键因素。倘若将灯管上实际产生的全部光通量与灯管所消耗的有功电功率的比值称作灯管的实际光效，而将通常意义的光效，即灯管所产生的能够被利用的光通量与灯管所消耗的有功电功率的比值称作灯管的有用光效，则对于普通荧光灯管，实际光效是很高的，至少不低于有用光效的两倍。设法使有用光效尽可能接近实际光效是提高荧光灯光效的重要途径之一。
影响发散效率的因素包括荧光粉层的厚度及不同区域的荧光粉层之间互相遮光的程度等。正如之前所分析的，任一荧光粉微粒所产生的可见光在向外辐射时首先会受到其附近荧光粉微粒的遮挡，因而粉层厚度主要决定荧光粉微粒之间互相遮光的程度，即荧光粉层向空间中辐射出的光通量与其所产生的全部光通量之间的比例。我们将除去荧光粉微粒之间互相遮去的可见光之后，荧光粉层向空间中辐射出的光通量称作荧光粉层发出的光通量。可见，荧光粉层不能太厚，因为这样会形成严重的内部遮光，导致荧光粉层所能发出的可见光比例的降低；同时，粉层厚度还决定对致光射线吸收的充分程度，为了完全吸收致光射线能，需要粉层有一定厚度、也不能太薄。在最充分吸收射线能与最大限度向外辐射可见光之间，粉层厚度有其合理的最佳值，这一最佳值直接取决于投射到确定区域荧光粉层上的致光射线强度。一般地，荧光粉层都能具有合理的厚度，因此，通过控制荧光粉层厚度所能实现的发散效率的提高幅度是有限的，提高发散效率就只能从提高荧光粉层所发出的可见光中能够获得利用的部分入手，即提高可见光的利用率就成为了问题的关键。
普通荧光灯的荧光粉层能接受到几乎全部的致光射线，但其所发出的可见光中能够获得利用的部分却不足一半，其原因是荧光粉层在阻挡致光射线、实现发光作用的同时，还具有遮挡可见光的作用，能够接受到绝大部分的致光射线，是因为荧光粉层具有近乎封闭的分布形式、能够将致光射线的生成区域近乎完全地包围起来，从而使可能泄漏出去的致光射线非常少，但正因为这样的封闭性，使得荧光粉层所发出的朝向其所包围区域中的可见光也几乎不能辐射到外空间中而得到利用，并且这部分可见光不会少于荧光粉层所发出的辐射到其所包围区域之外、从而能够获得利用的可见光。倘若不满于此偏低的可见光利用率、而试图将其提高，则由于提高可见光利用率需要降低荧光粉层的封闭性、从而使其遮挡可见光的作用减弱，但这样会使其阻挡致光射线、发出可见光的作用同时减弱，因此，可见光利用率的提高伴随着致光射线利用率(指能够获得利用的致光射线与所产生的全部致光射线在数量上的比值)的降低。问题是较高的致光射线利用率与偏低(不足50％)的可见光利用率是否最佳的平衡？是否存在更优的平衡点、能够使光效较前述情况更高？我们所希望的理想情况是可见光利用率大幅提高的同时，致光射线利用率的降低幅度相对较小，这样，我们便有可能实现可见光利用率与致光射线利用率的更优平衡。
荧光粉层所发出的可见光的利用率为该荧光粉层的分布所决定。在荧光粉层完全封闭的条件下，致光射线的利用率接近100％，这也是由荧光粉层的分布所决定的；但在荧光粉层具有一定开放性的条件下，致光射线的利用率就取决于其相对于荧光粉层的分布，而此“相对分布”的情况不仅可以由荧光粉层的分布决定，也可以由致光射线的空间分布决定。由于对可见光利用率的控制可能会与对致光射线利用率的控制产生矛盾，而通过改变荧光粉层分布这一手段同时对这两个方面进行控制会存在平衡兼顾的问题，这种平衡兼顾会对单个方面控制的灵活性产生制约，在应用上会比较烦琐、难度较大且不一定能达到两全其美的理想状态，因此，作为一种方法，通过控制荧光粉层的分布同时控制可见光及致光射线的利用率是可行的，但从方便应用及达到理想效果的角度考虑，一般还是采用分开控制，即通过控制荧光粉层的分布来控制可见光的利用率，而通过控制致光射线的分布来控制致光射线的利用率，比较直接和简洁。因此，就有必要探求对致光射线实施控制的方法。我们知道，致光射线集中生成于电子经过灯管的路径附近，因此，倘能控制电子所经过的路径，就有可能控制致光射线的分布。电子所经过路径的形成包括两个要素一是气态离子的分布，二是电子的运动。气态离子是电流的载体，其分布的改变必然导致电子所经过路径的改变，这样就能造成致光射线分布的改变；在气态离子分布状况不变的条件下，若能改变电子的运动轨迹，也能造成致光射线分布的改变。
以下介绍两种现象并对其产生原因作简要分析，从中，我们可以找到控制致光射线分布的方法。
现象一当荧光灯管在直流电源条件下起辉并工作一段时间后，其与电源输入端相连接的两侧出现亮度不均衡的现象，其中，与负电源输入端相连接一侧的亮度正常，而与正电源输入端相连接的一侧则发光暗弱，并且随着时间的延长，发光暗弱一侧的区域不断扩大、吞噬正常发光的区域，极限情况下，灯管的绝大部分处于发光暗弱状态，而只有很小部分发光正常。此时，若将电源极性翻转，则正常发光的区域会向着发光暗弱的区域很快扩张，而暗弱区域则相应回缩，直至灯管各处亮度均衡，此均衡状态并不能得到保持，而后，之前暗弱区域回缩的一侧保持正常亮度，而之前正常发光区域扩张的一侧则再次出现发光暗弱现象，并且随着时间的延长，该新形成的暗弱区域会再度扩大，向着正常发光的一侧推进。总之，灯管与负电源输入端相连接一侧的亮度总能得到保持或不断增强，而与正电源输入端相连接一侧的亮度则总会减弱、形成发光暗弱区域且该暗弱区域会不断扩张。上述现象产生的原因是当灯管在直流状态下工作时，管内空间中存在着确定方向的电场，该电场会使气体电离后所生成的带正电的气态离子产生漂移运动，这样就会改变气态离子在电子经过灯管的路径上均匀分布的状况，使得其在路径一端附近区域的分布相对稠密，而另一端附近区域则相对稀疏。这表明，由于气态离子带有正电性，因此，可以根据需要，通过设置电场来控制气态离子的分布，从而控制致光射线的分布。
现象二“设置磁场源用以向灯管内施加磁场力”是提高荧光灯光效并延长其使用寿命的方法，当对灯管内施加磁场力后，灯管上会出现与磁场源数量相应、其亮度明显高于其他区域的螺旋形带状高亮度区域。该螺旋形高亮区域的“螺旋”方向和磁场方向有关，磁场方向相反，则对应的“螺旋”方向亦相反；该螺旋形高亮区域与其他区域的亮度对比和磁场强度有关，磁场越强，亮度对比越明显；该螺旋形高亮区域的形态和磁场源的设置方式有关，磁场源的设置方式不同，所对应的螺旋形高亮区域的形态就会不同。上述现象产生的原因是经过灯管的电子会在电场力的作用下产生沿灯管长度方向的直线运动，同时还会在磁场力的作用下，产生与上述直线运动相垂直的螺旋加速运动，两者相叠加就使电子产生了环绕灯管表面的螺旋运动。这表明，由于运动中的电子会受到磁场所施加的偏转力的作用，因此，可以根据需要，通过设置磁场来控制电子所经过的路径，从而控制致光射线的分布。
在荧光粉层包围生成致光射线之空间区域的条件下，在该空间区域，即荧光粉层所形成的内空间中，致光射线与可见光是混合在一起的，为了提高发散效率，就需要改变荧光粉层的封闭性，而这必然导致对致光射线的泄漏和损失。如果不希望泄漏致光射线，而同时又要提高可见光的利用率，就需要改变致光射线与可见光被封闭于同一空间区域的状况。可以考虑的方法是将荧光粉层与生成致光射线的射线管分离开来，令荧光粉层具有不存在不同区域之间互相遮光的平面形状，令射线管具有将所生成的致光射线尽可能全部辐射到管外空间的良好透射线性，并使射线管所辐射出的致光射线的一部分能够直接投射到荧光粉层上，对于不能直接投射到荧光粉层上的致光射线，通过设置反射罩使其辐射方向发生改变，从而也能投射到荧光粉层上。该方法能够使可见光的利用率达到相当高的水平，并且还几乎不泄漏致光射线，但其存在的问题是致光射线在行进中所经过的空间距离明显增大，尤其是受到反射的致光射线。当致光射线通过射线管的内部空间时，需要在一个存有多种复杂物质的空间中行进一定的距离，这些物质包括气态离子、自由电子及各种“场”，由于致光射线的波长较短、衍射性较差，因此，在其行进途中会产生能量衰减。这意味着，设置反射罩、对致光射线的辐射方向进行控制的情况下，虽然在很大程度上避免了致光射线数量的损失，但却造成其能量的严重衰减和损失，并且应用该方法会令荧光灯的结构复杂性增强、成本升高。如果为了减轻致光射线能量衰减的程度而将以荧光粉层及反射罩为界面、包围射线管的致光射线经过区域置为真空，则会使荧光灯结构进一步复杂化，从而成本更高。但如果不考虑结构及成本因素，该方法的应用确能大幅提高荧光灯的光效。(我们知道，对致光射线的利用，本质上是对其能量的利用；在此，我们注意到，距离也是影响能够获得利用的致光射线能量的一个因素，但在提高可见光利用率的应用环境下，数量对能够获得利用的致光射线能量的影响更大，并且相比之下，距离的影响相对微小，因此，本文中所提到的致光射线利用率主要是指能够获得利用的致光射线与所产生的全部致光射线在数量上的比值。)普通荧光灯实现电能向可见光能的转化效率较高，而其生成的可见光中能够被利用部分的比例较低(一般不超过50％)却造成其光效相对低下，这成为制约荧光灯效率得以充分发挥的关键因素。超过一半的可见光不能得到利用是非常可惜和遗憾的，但提高可见光利用率却会带来致光射线利用率降低的问题。我们希望在可见光利用率大幅提高的同时，致光射线利用率的降低幅度相对较小，从而实现可见光利用率与致光射线利用率的更优平衡。幸好，我们找到了控制致光射线空间分布的途径，这样就使通过提高可见光的利用率来实现荧光灯光效的提高成为现实。仔细的分析和可靠的实验证实在致光射线和可见光的利用率之间存在更优的平衡点，能够使光效较致光射线的利用率较高而可见光利用率不足50％的情况下(即普通荧光灯管)更高。
发明内容本发明的目的是提供一种高效节能荧光灯，它通过大幅提高荧光粉层所发出的可见光的利用率，同时对能够获得利用的致光射线的减小比例进行控制，从而使荧光灯的光效显著提高。
本发明的目的是这样实现的设计一种高效节能荧光灯，它至少包括射线管及荧光粉层，其特征是荧光粉层与射线管管壁的距离在0米至1米之间，射线管的管壁上所覆盖的荧光粉层的面积在射线管管壁总面积的0％至95％之间。
所述的射线管管壁上有不覆盖荧光粉层的透光窗，透光窗允许可见光沿射线管径向从射线管的轴心线辐射至该射线管的管壁外，透光窗的面积占其所在的射线管管壁总面积的5％至100％之间。
所述的荧光粉层覆盖在物体上，该物体通过射线管内的轴心线。
所述的覆盖有荧光粉层的物体是覆盖有荧光粉层的两个平板，这两个平板在射线管内“十”字相交且其相交线与射线管的轴心线重合。
所述的荧光粉层覆盖在射线管的管壁上，射线管内设置有用于形成电场的电极，通过向射线管内附加电场力来控制电流通过该射线管的路径。
所述的荧光粉层覆盖在射线管的管壁内侧，在荧光粉层与其所覆盖的射线管管壁区域的夹缝中设置有两条透明电极，这两条透明电极分别与射线管两端的电极电连接。
所述的荧光粉层呈螺旋形带状覆盖在射线管的管壁上，螺旋形带状荧光粉层环绕射线管的轴心线，对射线管设置有用于形成磁场的磁场源，通过向射线管内施加磁场力来控制电流通过该射线管的路径。
所述的荧光粉层呈双螺旋形带状覆盖在射线管的管壁内侧，这两个螺旋形带状荧光粉层均环绕射线管的轴心线且螺旋方向相反，沿射线管的轴向设置有磁场源单元，磁场源单元的数量在两个至该射线管的轴向长度所允许的最大磁场源单元数量之间，相邻磁场源单元朝向同一方向的极性面极性相反。
所述的荧光粉层在射线管外，射线管被置于有出口的反射罩内，反射罩的出口朝向荧光粉层。
所述的射线管是“U”形射线管，在其弯曲部分的管壁内侧覆盖有荧光粉层，而在除该弯曲部分以外的两段直管部分的管壁上及腔体内均无荧光粉层，该两段直管部分被分别置于两个有出口的反射罩内，在“U”形射线管的两段直管部分之间设置有单面覆盖荧光粉层的平板，两个反射罩的出口均朝向该平板。
本发明的特点是为了实现可见光利用率大幅提高的同时、致光射线利用率的降低幅度相对较小，需要控制荧光粉层的分布及致光射线相对于该荧光粉层的分布，这正是本发明的核心思想。
本发明由于控制荧光粉层的分布，使其所发出的可见光中多于一半的部分能够获得利用，同时，控制射线管所生成的致光射线相对于上述荧光粉层的分布，使多于一半的致光射线能够投射到该荧光粉层上的特点，能够使可见光的利用率大幅提高的同时、致光射线利用率的降低幅度相对较小，从而使荧光灯的光效得到提高，在适当的条件下，能够实现可见光利用率与致光射线利用率的最佳平衡，从而获得荧光灯的最优光效。它在不改变致光射线空间分布的条件下，可以通过控制荧光粉层的分布同时获得较高的可见光利用率及致光射线利用率，从而使荧光灯光效得到提高；在同时控制荧光粉层及致光射线分布的条件下，可以通过控制荧光粉层的分布获得较高的可见光利用率，通过控制致光射线的分布获得较高的致光射线利用率，而控制致光射线分布的方法有三种设置附加电场、设置磁场及设置反射罩，它们分别适合于在不同的荧光粉层分布形式下应用。
总之，本发明提供了获得更高光效荧光灯的方法，并使获得荧光灯的最优光效成为可能。本发明针对已知荧光灯管存在实际产生的可见光(包括发散到管体以外的外光通和存在于管体以内的内光通)较多、而能够获得利用的可见光(仅包括外光通)较少的弊病采用了提高可见光发散效率的措施，由于提高发散效率会导致致光紫外线的泄漏和损失，因而又采用了控制致光紫外线相对于荧光粉层分布、从而减小其损失比例的措施，这样便获得了在尽可能多地生成可见光与尽可能充分地利用可见光之间的更优平衡，虽然会因此减少灯管实际产生的可见光，但控制致光紫外线相对于荧光粉层分布的措施却足以保证可利用可见光的增加，从而使荧光灯的光效显著提高。提高可见光的利用率是我们的出发点和核心，而控制致光射线利用率的降低幅度则是通过提高可见光利用率获得荧光灯光效提高的保证。本发明在电气照明领域的应用，必将产生深远影响、带来显著的节能效果。
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。
附图1是普通荧光灯管局部轴向截面上某一生成点向空间中辐射致光射线的状况示意图。
附图2是普通荧光灯管径向截面上附图1所示生成点向空间中辐射致光射线的状况示意图。
附图3是普通荧光灯管局部轴向截面的荧光粉层上某一荧光粉微粒向空间中辐射可见光的状况示意图。
附图4是普通荧光灯管径向截面的荧光粉层上附图3所示荧光粉微粒向空间中辐射可见光的状况示意图。
附图5是实施例1的局部径向截面结构示意图。
附图6是实施例1的局部左视结构示意图。
附图7是实施例1的局部俯视结构示意图。
附图8是实施例2的局部径向截面结构示意图。
附图9是实施例2的局部俯视结构示意图。
附图10是实施例3的局部径向截面结构示意图。
附图11是实施例3的局部左视结构示意图。
附图12是实施例3的局部俯视结构示意图。
附图13是实施例4的局部径向截面结构示意图。
附图14是实施例4的局部轴向截面结构示意图。
附图15是实施例4的局部仰视结构示意图。
附图16是实施例4的局部右视结构示意图。
附图17是实施例5的局部正视截面结构示意图。
附图18是实施例5的局部俯视结构示意图。
附图19是实施例6的局部正视截面结构示意图。
附图20是实施例6的局部俯视结构示意图。
图中1、荧光粉层；2、致光射线；3、可见光；4、射线管；5、没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁；6、透明电极；7、永磁体；8、N极；9、S极；10、内侧涂敷有荧光粉的射线管管壁；11、反射罩；12、其表面能够透出致光射线的射线管。
具体实施方式图1是普通荧光灯管局部轴向截面上某一生成点向空间中辐射致光射线的状况示意图，图2是普通荧光灯管径向截面上附图1所示生成点向空间中辐射致光射线的状况示意图，图1和图2是同一生成点向空间中辐射致光射线状况的正视和左视示意图。对于普通荧光灯，荧光粉层1由于具有极强的封闭性、几乎完全包围着产生致光射线2的区域，因而几乎能接受到全部的致光射线2。在普通荧光灯上，荧光粉涂敷于灯管的管壁上，致光射线集中生成于灯管长度方向的中心线附近，任一生成点会以均匀强度向周围所有方向辐射致光射线，这样，沿不同方向辐射的致光射线从生成到轰击荧光粉之前所经过的空间距离就会不同，其能量的衰减程度也不同。沿径向辐射的致光射线2由于所经过的距离最短、因而其能量衰减最小，而沿轴向辐射的致光射线2则需要经过较长的距离才有可能轰击到荧光粉，大部分的致光射线2是沿径向与轴向之间的方向辐射的，其能量衰减的程度因方向而异。在普通荧光灯中，即使致光射线2集中生成的区域发生改变，如偏离灯管长度方向的中心线附近，荧光粉层1也仍然能接受到几乎全部的致光射线，只是一部分致光射线2的衰减距离减小、而另一部分则相应增大，综合来看，这种改变对荧光粉层1所能够接受到的致光射线2能量的影响不会很大。
图3是普通荧光灯管局部轴向截面的荧光粉层上某一荧光粉微粒向空间中辐射可见光的状况示意图，图4是普通荧光灯管径向截面的荧光粉层上附图3所示荧光粉微粒向空间中辐射可见光的状况示意图，图3和图4是同一荧光粉微粒向空间中辐射可见光状况的正视和左视示意图。荧光粉层1上任一荧光粉微粒所发出的可见光3会以均匀强度向周围所有方向进行辐射，其一部分由于受到周围荧光粉微粒的遮挡而不能发散到荧光粉层1之外；对于发散到荧光粉层1之外的可见光3，其一部分会朝向荧光粉层1所包围的空间区域之外辐射，而另一部分则朝向该空间区域内；朝向荧光粉层1所包围的空间区域内辐射的可见光3由于受到荧光粉层1自身的遮挡，因而会遭到封闭、不能发散到该空间区域以外。由于荧光粉层1所发出的可见光3中只有不受其自身遮挡的部分才有可能直接获得利用，因而封闭于荧光粉层1所包围之空间区域内的可见光3就不能直接获得利用，而是以损失的形式存在的。设法使更多的可见光能够直接获得利用是提高荧光灯光效的重要途径之一。可见光的利用率取决于荧光粉层的分布，改变其分布、降低其封闭性就有可能使可见光利用率得到提高，但荧光粉层封闭性的降低会造成致光射线的泄漏和损失，即降低致光射线的利用率。在荧光粉层具有一定开放性的条件下，致光射线的利用率取决于其相对于荧光粉层的分布，或者，集中生成致光射线的区域相对于荧光粉层的位置，因而为了减小致光射线利用率的降低幅度，需要对其相对于荧光粉层的分布进行控制，或者，控制集中生成致光射线的区域相对于荧光粉层的位置、使此两者尽可能接近。这种接近使原本能够投射到荧光粉层上的致光射线投射距离缩短、从而其能量衰减幅度减小，使部分原本不能投射到荧光粉层上的致光射线能够实现这种投射，从而增大荧光粉层所能接受到的致光射线比例。总之，荧光粉层的分布决定可见光的利用率，在可见光的利用率得到提高的前提下，荧光粉层与集中生成致光射线区域的接近会使其所能接受到的致光射线能量增大，从而产生更多的可见光，这种接近可以通过使荧光粉层靠近集中生成致光射线区域的方法实现，即通过控制荧光粉层的分布同时实现使发出的可见光尽可能多并使其能够获得利用的部分尽可能大，也可以采用使集中生成致光射线的区域接近荧光粉层的办法，这样也能实现发出的可见光尽可能多且其中能够获得利用的部分尽可能大的目的。本发明由于减小荧光粉层所发出的可见光中受到该荧光粉层自身遮挡的部分所占的比例并增大射线管所生成的致光射线中投射到前述荧光粉层上的部分所占的比例的特点，使荧光粉层所发出的可见光在辐射过程中受到该荧光粉层自身遮挡的部分小于不受遮挡的部分并使致光射线在辐射过程中受到荧光粉层阻挡的部分大于不受阻挡的部分，且使荧光粉层所发出的可见光中除受到该荧光粉层自身遮挡的部分以外的部分所占的比例与射线管所生成的致光射线中投射到前述荧光粉层上的部分所占的比例的乘积大于0.5，从而提高荧光灯的光效。
图5是实施例1的局部径向截面结构示意图，图6是实施例1的局部左视结构示意图，图7是实施例1的局部俯视结构示意图，图5、图6和图7组成实施例1的局部结构示意图。实施例1中，单面覆盖有荧光粉层1的两块平板石英玻璃在射线管4内“十”字相交且其相交线与射线管4的轴心线重合。由于荧光粉层1具有十字相交的平面形式，因而其发出的可见光中必然有超过一半的部分能够不受荧光粉层1自身的遮挡而通过没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁5到达能够对其进行利用的空间区域，这样便使可见光的利用率提高，同时，电流通过射线管4的路径位于射线管4的轴心线上，因而致光射线集中生成于该轴心线附近，单面覆盖有荧光粉层1的两块平板石英玻璃的相交线正好处于该轴心线上，使荧光粉层与射线管内的电流路径相接近，并使存在于荧光粉层1所形成的四个空间象限中的致光射线均有超过一半的部分能够直接投射到荧光粉层1上，且任一致光射线的投射距离(即致光射线从生成到轰击荧光粉之前所经过的空间距离)均较投射到射线管管壁上减小。本实施例中，荧光粉层1覆盖在物体上，该物体通过射线管4内的轴心线；荧光粉层1被设置于射线管4的充气腔体内，形成射线管4所生成的致光射线对荧光粉层1的包围；荧光粉层1在射线管4的管壁上所覆盖的区域之面积不到该管壁总面积的1％；射线管4的管壁上存在有允许可见光沿射线管4的径向从射线管4的轴心线辐射至射线管4的管壁外的透光窗，该透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的99％以上；荧光粉层1上任意局部区域厚度方向上的两个端面分别发出的可见光中受到该荧光粉层自身遮挡的部分所占比例之间的差异为零；荧光粉层1与射线管4的管壁之间的距离为0米，如果将荧光粉层1的面积减小一半并继续保持“十”字相交的形式且其相交线与射线管4的轴心线重合，则荧光粉层1与射线管4的管壁之间的距离就成为射线管4半径的一半且射线管4的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积就成为该管壁总面积的0％，相应地，射线管4的管壁上没有荧光粉层且允许可见光沿射线管4的径向从射线管4的轴心线辐射至射线管4的管壁外的透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的100％。我们将能够促进可见光生成或利用的因素称为有利因素，而将与之相反的因素称为不利因素(后面表述中均如此)，则本实施例中，荧光粉层1具有十字相交的平面形式、从而其所发出的可见光中有超过一半的部分能够获得利用，这是一个有利因素；致光射线的投射距离也是其能量衰减距离，单面覆盖有荧光粉层1的两块平板石英玻璃的相交线正好处于射线管4的轴心线上，从而使该投射距离减小，这也是一个有利因素；投射到没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁5上的致光射线不能获得利用，从而使能够获得利用的致光射线减少，这是一个不利因素。本实施例中，由于荧光粉层1分布的特点，使两个有利因素的幅度较大、而不利因素的幅度较小，从而能够获得更高的光效(较之荧光粉层完全覆盖射线管轴向表面的情况，或者，普通荧光灯)。
图8是实施例2的局部径向截面结构示意图，图9是实施例2的局部俯视结构示意图，图8和图9组成实施例2的局部结构示意图。实施例2中，荧光粉层1覆盖在射线管4的管壁上，射线管4内设置有用于形成电场的电极，通过向射线管4内附加电场力来控制电流通过该射线管的路径。荧光粉层1处于射线管4内并在没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁5的内侧覆盖着沿射线管4长度方向的一个带状区域，任意方向的平面与荧光粉层1的相交线都不会是封闭曲线，从而该荧光粉层具有较好的开放性、而封闭性较弱；在荧光粉层1与其所覆盖的射线管4的管壁区域之间的夹缝中设置有两条带状透明电极6，这两条带状透明电极6分别与射线管4两端的电极电连接，使用透明电极6是为了不对可见光形成遮挡。在射线管4中有电流经过的任意瞬时，以此时的负电源输入端作为参考，射线管4内从正电源输入端到负电源输入端的电位逐渐减小，管内任意局部空间区域与两条透明电极6之间均存有电压，这样的电压形成穿越荧光粉层1并以之作为介质的沿射线管4径向的附加电场，该附加电场会使管内气体经电离后所形成的带正电的气态离子发生漂移运动，其结果是气态离子向某一透明电极6的附近区域聚集。在交流电源的作用下，气态离子就会被聚集到两条透明电极6之间的接近荧光粉层1的区域内，从而使射线管4内的电流路径向荧光粉层1靠近。气态离子的聚集，使得该区域成为集中生成致光射线的区域。集中生成致光射线的区域被控制偏移到半柱面形式荧光粉层1的附近区域中会使较大部分的致光射线能够投射到荧光粉层1上，从而使投射到没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁5上的部分减小。本实施例中，荧光粉层1覆盖在射线管4的管壁上，荧光粉层1与射线管4管壁之间的距离为0米，射线管4的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积占该管壁总面积的50％，该面积比例也可以是20％或80％；射线管4的管壁上有透光窗，该透光窗没有被荧光粉层覆盖且允许可见光沿射线管4的径向从射线管4的轴心线辐射至射线管4的管壁外，该透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的50％，当然，若射线管4的管壁上覆盖有荧光粉层1的区域之面积占该管壁总面积的比例被控制为20％或80％，则透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的比例就相应地成为80％或20％；荧光粉层1可以覆盖在射线管4管壁上的直线形带状区域中，也可以覆盖在射线管4管壁上的螺旋形带状区域中，这种情况下，需要在荧光粉层1与其所覆盖的射线管4的管壁区域之间的夹缝中相应地设置两条螺旋形带状透明电极6。本实施例中，荧光粉层1具有良好开放性的半柱面分布使超过一半的可见光能够不受遮挡地进入可对其进行利用的区域，这成为一个有利因素；所实现的附加电场使集中生成致光射线的区域向荧光粉层1靠近，这样，一方面使原本能够投射到该荧光粉层上的致光射线的投射距离及能量衰减幅度减小，此成为又一个有利因素，另一方面使部分原本不能投射到荧光粉层1上的致光射线也能够实现这种投射，从而减小了致光射线的损失，形成对泄漏致光射线这一不利因素的抑制，综合的结果是，本实施例的光效高于普通荧光灯。
图10是实施例3的局部径向截面结构示意图，图11是实施例3的局部左视结构示意图，图12是实施例3的局部俯视结构示意图，图10、图11和图12组成实施例3的局部结构示意图。实施例3中，荧光粉层1呈螺旋形带状覆盖在射线管4的管壁上，螺旋形带状荧光粉层环绕射线管4的轴心线，对射线管4设置有用于形成磁场的磁场源，通过向射线管4内施加磁场力来控制电流通过该射线管的路径。在射线管4外部的附近区域，沿其轴向设置有一列永磁体7，永磁体7的数量在两个至射线管4的轴向长度所允许的最大永磁体7数量之间，永磁体7的N极8和S极9交替地朝向射线管4的表面，即若某一永磁体7朝向射线管4表面的极性面为N极8，则与之相邻的两只永磁体7朝向射线管4表面的极性面均为S极9。荧光粉层1呈双螺旋形带状覆盖在射线管4的管壁内侧，这两个螺旋形带状荧光粉层均环绕射线管4的轴心线且螺旋方向相反。在射线管4的管壁内侧涂敷有荧光粉且荧光粉被涂敷于正、反两个螺旋形带状区域上、形成主要用来发光的内侧涂敷有荧光粉的射线管管壁10，而剩余的没有涂敷荧光粉、能够透出可见光但不允许致光射线透过的射线管管壁5则主要用来透出可见光。本实施例的原理是设置磁场源用以向射线管内施加磁场力，在磁偏转力的作用下，电流经过射线管的路径会发生改变，成为环绕射线管4轴心线的螺旋形，而致光射线总是集中生成于电流路径的附近，这样，在射线管4的管壁内侧与电流路径相吻合的螺旋形带状区域上涂敷荧光粉、形成螺旋形的内侧涂敷有荧光粉的射线管管壁10，就能够实现荧光粉层与射线管内电流路径的接近，从而能够减小致光射线的损失，同时，螺旋形带状荧光粉层对自身所发出的可见光的遮挡作用较弱，能够实现可见光利用率的提高。本实施例中，荧光粉层1覆盖在射线管4的管壁上，荧光粉层1与射线管4管壁之间的距离为0米，射线管4的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积占该管壁总面积的95％，该面积比例也可以是50％或60％；射线管4的管壁上有透光窗，该透光窗没有被荧光粉层覆盖且允许可见光沿射线管4的径向从射线管4的轴心线辐射至射线管4的管壁外，该透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的5％，当然，若射线管4的管壁上覆盖有荧光粉层1的区域之面积占该管壁总面积的比例被控制为50％或60％，则透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的比例就相应地成为50％或40％；所设置的磁场源可以是永磁体，也可以是电磁体，磁场源可以被设置于射线管外，也可以被设置于射线管内，还可以被设置于射线管的管壁上，沿射线管的轴向设置的磁场源可以是一个磁场源单元，也可以是多个磁场源单元，多个磁场源单元朝向射线管的极性面可以是交替的相异极性，也可以是统一的相同极性，在多个磁场源单元以统一的相同极性朝向射线管的情况下，荧光粉层仅需要呈单螺旋形带状覆盖在射线管的管壁上，这个螺旋形带状荧光粉层环绕该射线管的轴心线。在可见光利用率得到提高的同时，磁场力的作用又使致光射线的损失减小，从而抑制了致光射线利用率的降低幅度，使本实施例的光效较普通荧光灯显著提高。
图13是实施例4的局部径向截面结构示意图，图14是实施例4的局部轴向截面结构示意图，图15是实施例4的局部仰视结构示意图，图16是实施例4的局部右视结构示意图，图13、图14、图15和图16组成实施例4的局部结构示意图，另外，实施例4的局部俯视结构示意图与图12同，实施例4的局部左视结构示意图与图11同。实施例3中，将永磁体7设置在了射线管4的外部，这样，永磁体7本身也会遮挡可见光，为了减弱其遮光作用，实施例4将永磁体7设置于射线管4的轴心线上，荧光粉层1呈双螺旋形带状覆盖在射线管4的管壁内侧，这两个螺旋形带状荧光粉层均环绕射线管4的轴心线且螺旋方向相反，设置于射线管4的轴心线上的永磁体7的数量在两个至射线管4的轴向长度所允许的最大永磁体7数量之间，相邻永磁体7朝向同一方向的极性面极性相反。实施例4中，荧光粉层1呈螺旋形带状覆盖在射线管4的管壁上，螺旋形带状荧光粉层环绕射线管4的轴心线，对射线管4设置有用于形成磁场的磁场源，通过向射线管内施加磁场力来控制电流通过该射线管的路径。空间中各处的磁场强度，或者磁场力，同其与磁场源的距离密切相关，距离越近，磁场强度越高，反之则越低，因而，如实施例3那样，将磁场源置于射线管外，管内空间中的磁场力就会相对较弱，而本实施例将磁场源置于管内空间中，则会使该空间中所受的磁场力相对较强。在管内空间受到同样磁场力作用的条件下，本实施例所需的永磁体质量和体积都会较实施例3得到减小，这一方面会导致其遮光作用的减弱，另一方面会带来磁场源成本的降低，但本实施例的制造工艺显然较实施例3复杂。本实施例中，荧光粉层1覆盖在射线管4的管壁上，荧光粉层1与射线管4管壁之间的距离为0米，射线管4的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积占该管壁总面积的50％；射线管4的管壁上有透光窗，该透光窗没有被荧光粉层覆盖且允许可见光沿射线管4的径向从射线管4的轴心线辐射至射线管4的管壁外，该透光窗的面积占其所在的射线管4管壁总面积的50％。象本实施例这样，用设置磁场源的方法来控制致光射线的分布，除具有减小致光射线损失、提高可见光利用率的优点之外，还具有升高管压、减小管流，从而减小控制电路能耗、延长使用寿命等优点，因而，设置磁场源用以向射线管内施加磁场力，同时，使荧光粉层具有与磁场力作用下的电流路径相吻合的螺旋形带状分布，是提高荧光灯光效、实现节能的首选方法。
图17是实施例5的局部正视截面结构示意图，图18是实施例5的局部俯视结构示意图，图17和图18组成实施例5的局部结构示意图。实施例5中，单面覆盖有荧光粉层1的平板石英玻璃在其表面能够透出致光射线的射线管12外，其表面能够透出致光射线的射线管12被置于有出口的反射罩11内，反射罩11的出口朝向荧光粉层1。荧光粉层1具有平面分布且被置于其表面能够透出致光射线的射线管12外，反射罩11使其表面能够透出致光射线的射线管12所发出的致光射线中不能直接投射到荧光粉层1上的部分改变方向，从而也能投射到该荧光粉层上。这样，几乎全部的致光射线都能投射到荧光粉层1上，从而获得利用，同时，竖向设置且具有平面形式的荧光粉层1所发出的可见光也几乎全部都能获得利用，但其存在的问题是致光射线的投射距离显著增大，从而其能量的衰减较为严重。在本实施例中，竖向平面形式的荧光粉层1实现了较高的可见光利用率，这是一个明显的有利因素，反射罩11使致光射线几乎没有泄漏也是一个有利因素，但致光射线的投射距离显著增大却是一个不利因素。在较为合理的控制下，本实施例仍能获得较高的光效。倘若将竖向平面荧光粉层1与反射罩11所包围的、致光射线所经过的空间区域置为真空，则可使致光射线的能量衰减大为减小，从而有可能获得相当高的光效，但这会导致荧光灯结构的复杂化和成本的升高。本实施例中，单面覆盖有荧光粉层1的平板石英玻璃在其表面能够透出致光射线的射线管12外，荧光粉层1与其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁之间的距离为1米，荧光粉层1未覆盖其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁，其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积占该管壁总面积的0％；其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁上有透光窗，该透光窗没有被荧光粉层覆盖且允许可见光沿该射线管的径向从其轴心线辐射至管壁外，该透光窗的面积占其所在的其表面能够透出致光射线的射线管12管壁总面积的100％；电流通过其表面能够透出致光射线的射线管12的路径位于该射线管的轴心线上，其表面能够透出致光射线的射线管12外部的空间中设置有荧光粉层1，这样就使荧光粉层1远离了其表面能够透出致光射线的射线管12内的电流路径；荧光粉层1具有平面分布，其厚度方向上的两个端面分别发出的可见光均不受到该荧光粉层自身的遮挡；其表面能够透出致光射线的射线管12被设置于有出口的反射罩11内，其表面能够透出致光射线的射线管12所生成的致光射线中朝向反射罩11辐射的部分会在受到该反射罩反射后经由反射罩11的出口投射到荧光粉层1上；多个带有反射罩11的其表面能够透出致光射线的射线管12可以从不同角度向同一荧光粉层1投射致光射线，从而获得高亮度荧光灯。
图19实施例6的局部正视截面结构示意图，图20实施例6的局部俯视结构示意图，图19和图20组成实施例6的局部结构示意图。本实施例与实施例5相似，也是单面覆盖有荧光粉层1的平板石英玻璃在其表面能够透出致光射线的射线管12外，其表面能够透出致光射线的射线管12被置于有出口的反射罩11内，反射罩11的出口朝向荧光粉层1。不同之处是，其表面能够透出致光射线的射线管12为“U”形，竖向设置且单面覆盖有荧光粉层1的平板石英玻璃在成“U”形的其表面能够透出致光射线的射线管12的两段直管部分之间，该两段直管部分被分别设置于两个有出口的反射罩11内，这两个反射罩11的出口均朝向单面覆盖有荧光粉层1的平板石英玻璃。本实施例中，荧光粉层1在其表面能够透出致光射线的射线管12外，荧光粉层1与其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁之间的距离为0.5米，荧光粉层1未覆盖其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁，其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁上所覆盖的荧光粉层1的面积占该管壁总面积的0％；其表面能够透出致光射线的射线管12的管壁上有透光窗，该透光窗没有被荧光粉层覆盖且允许可见光沿该射线管的径向从其轴心线辐射至管壁外，该透光窗的面积占其所在的其表面能够透出致光射线的射线管12管壁总面积的100％。另外，在本实施例中，由于其表面能够透出致光射线的射线管12是“U”形射线管，为了尽可能减少致光射线的损失，也可以在该“U”形射线管弯曲部分的管壁内侧覆盖有荧光粉层，而在除该弯曲部分以外的两段直管部分的管壁上及腔体内均无荧光粉层，该两段直管部分被分别置于两个有出口的反射罩11内，在“U”形射线管的两段直管部分之间设置有单面覆盖荧光粉层1的平板石英玻璃，两个反射罩11的出口均朝向该单面覆盖荧光粉层1的平板石英玻璃。致光射线从两侧向同一荧光粉层投射，形成其表面能够透出致光射线的射线管12所生成的致光射线对荧光粉层1的包围，会产生较高的发光强度；同样功率的射线管，本实施例的形式可以使荧光粉层1较实施例5减小一半。本实施例适合于要求灯具亮度较高的场合。
权利要求
1.一种高效节能荧光灯，它至少包括射线管及荧光粉层，其特征是荧光粉层与射线管管壁的距离在0米至1米之间，射线管的管壁上所覆盖的荧光粉层的面积在射线管管壁总面积的0％至95％之间。
2.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的射线管管壁上有不覆盖荧光粉层的透光窗，透光窗允许可见光沿射线管径向从射线管的轴心线辐射至该射线管的管壁外，透光窗的面积占其所在的射线管管壁总面积的5％至100％之间。
3.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层覆盖在物体上，该物体通过射线管内的轴心线。
4.根据权利要求
3所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的覆盖有荧光粉层的物体是覆盖有荧光粉层的两个平板，这两个平板在射线管内“十”字相交且其相交线与射线管的轴心线重合。
5.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层覆盖在射线管的管壁上，射线管内设置有用于形成电场的电极，通过向射线管内附加电场力来控制电流通过该射线管的路径。
6.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层覆盖在射线管的管壁内侧，在荧光粉层与其所覆盖的射线管管壁区域的夹缝中设置有两条透明电极，这两条透明电极分别与射线管两端的电极电连接。
7.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层呈螺旋形带状覆盖在射线管的管壁上，螺旋形带状荧光粉层环绕射线管的轴心线，对射线管设置有用于形成磁场的磁场源，通过向射线管内施加磁场力来控制电流通过该射线管的路径。
8.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层呈双螺旋形带状覆盖在射线管的管壁内侧，这两个螺旋形带状荧光粉层均环绕射线管的轴心线且螺旋方向相反，沿射线管的轴向设置有磁场源单元，磁场源单元的数量在两个至该射线管的轴向长度所允许的最大磁场源单元数量之间，相邻磁场源单元朝向同一方向的极性面极性相反。
9.根据权利要求
1所述的一种高效节能荧光灯，其特征是所述的荧光粉层在射线管外，射线管被置于有出口的反射罩内，反射罩的出口朝向荧光粉层。
专利摘要
本发明涉及一种高效节能荧光灯，它能够将所生成致光紫外线的较大部分用于产生可见光，并使所生成可见光的较大部分能够获得利用，它至少包括射线管及荧光粉层，其特征是荧光粉层与射线管管壁的距离在0米至1米之间，射线管的管壁上所覆盖的荧光粉层的面积在射线管管壁总面积的0％至95％之间。所述的射线管管壁上有不覆盖荧光粉层的透光窗，透光窗允许可见光沿射线管径向从射线管的轴心线辐射至该射线管的管壁外，透光窗的面积占其所在的射线管管壁总面积的5％至100％之间。这种高效节能荧光灯，它通过大幅提高荧光粉层所发出的可见光的利用率，同时对能够获得利用的致光射线的减小比例进行控制，从而使荧光灯的光效显著提高。
文档编号H01J61/42GK1992144SQ200510022758
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月26日
发明者常涛涛 申请人:常涛涛导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan