專(zhuān)利名稱(chēng)：作為熒光管替代物的冷陰極照明設(shè)備的制作方法
作為熒光管替代物的冷陰極照明設(shè)備相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2009年10月27日提交的序列號(hào)為61/255，180的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)和2010年4月23日提交的序列號(hào)為12/766，440的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
背景技術(shù)：
圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)示例性熒光照明器材100。在照明器材100中，在每一端通過(guò)支撐件108A和108B支撐熒光管102，支撐件108A和108B還提供了從電源112到管102的電連接。器材100還包括啟輝器設(shè)備106和鎮(zhèn)流器104，啟輝器設(shè)備106預(yù)熱和在管102中“觸發(fā)”電弧以開(kāi)始發(fā)光，因?yàn)楣?02具有負(fù)電阻率，所以只要電弧被觸發(fā)，鎮(zhèn)流器104就使管102的電壓升高且控制通過(guò)管102的電流。
一旦在管102中觸發(fā)電弧，電子就與裝在管中的氣體(通常是汞蒸氣)的原子相碰撞，因此能量被傳遞給原子，使原子的外層電子躍遷到更高能級(jí)。當(dāng)原子的電子回到其更穩(wěn)定的較低能態(tài)時(shí)，將主要在光譜的紫外線(UV)區(qū)域中的波長(zhǎng)處(主要在253. 7nm和185nm波長(zhǎng)處)發(fā)出光子，人眼看不到該光子。這些光子被涂覆在管102內(nèi)側(cè)上的熒光材料所吸收，并且在人眼可見(jiàn)的波長(zhǎng)處再次發(fā)光。當(dāng)打開(kāi)燈時(shí)，啟輝器設(shè)備106電加熱陰極IlOA和110B，以發(fā)射電子。這些電子與圍繞陰極的管102內(nèi)的惰性氣體原子相碰撞且使其離子化，以通過(guò)碰撞電離過(guò)程形成等離子。由于雪崩電離，離子化后的氣體的電導(dǎo)率快速增加，以當(dāng)觸發(fā)電弧時(shí)使更高電流流過(guò)燈。然后鎮(zhèn)流器104限制通過(guò)管102的電流以防止過(guò)熱。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的示例性冷陰極照明裝置200，包括冷陰極發(fā)光管202和逆變器204。電極201A和210B位于管202的相反兩端，逆變器204和/或變壓器產(chǎn)生施加到電極210兩端的高壓交流電(AC)。霓虹燈是冷陰極照明裝置200的實(shí)施例。在許多照明裝置中，因?yàn)樗┘拥碾娛墙涣麟?，所以電極210在陽(yáng)極和陰極之間交替操作，并且在原子回到其靜止?fàn)顟B(tài)之前管202中的氣體(例如氖或汞蒸氣)電離產(chǎn)生光。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，冷陰極照明設(shè)備是熒光管替代物。照明設(shè)備具有透明管和冷陰極，冷陰極形成為具有電子發(fā)射表面且通過(guò)透明管中心的線或桿。引出柵形成為環(huán)繞冷陰極且與冷陰極間隔開(kāi)，引出柵的外徑小于透明管的內(nèi)徑。陽(yáng)極形成于透明管的內(nèi)表面上，并且包括熒光材料和導(dǎo)電材料。第一端部單元具有被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路。第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與冷陰極、引出柵和陽(yáng)極的每一個(gè)的電連接。在透明管中保持真空，第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于冷陰極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于引出柵的第二電勢(shì)和應(yīng)用于陽(yáng)極的第三電勢(shì)。電子被從冷陰極發(fā)射并且朝向陽(yáng)極加速，光從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，描述了制作發(fā)光設(shè)備的方法。形成透明管，將陽(yáng)極應(yīng)用于透明管內(nèi)部。形成第一端部單元，以包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路、具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳。由介電材料形成第二端部單元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部。由(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、Cd)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的一個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極。形成內(nèi)徑大于冷陰極外徑的基本圓筒形引出柵。將冷陰極插入引出柵的中心。將第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第一端。將第二端部單元機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第二端。將第一和第二端部單元、冷陰極與引出柵的組件插入到透明管中，第一管端部附接至透明管的第一端，第二管端部附接至透明管的另一端。將透明管抽成真空和密封，將第一和第二端蓋應(yīng)用于透明管的第一和第二端。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種方法制作發(fā)光設(shè)備以替代熒光管。形成透明管，將陽(yáng)極應(yīng)用于透明管內(nèi)部。形成第一端部單元，以包括具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳。由介電材料形成第二端部單元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部。由(a)導(dǎo)線、 (b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、(d)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的一個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極。形成內(nèi)徑大于冷陰極外徑的基本圓筒形引出柵。將冷陰極插入引出柵的中心。將第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第一端。將第二端部單元機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第二端。將第一和第二端、和冷陰極與引出柵的組件插入到透明管中。將第一管端部附接至透明管的第一端，第二管端部附接至透明管的另一端。將透明管抽成真空和密封。將第一功率轉(zhuǎn)換器電路封裝在介電材料中，且經(jīng)由第一饋通插腳電連接到陽(yáng)極、冷陰極和引出柵。將第一功率轉(zhuǎn)換器電路的電插腳連接到電源，并且機(jī)械地支撐第一功率轉(zhuǎn)換器電路和透明管。將第一端蓋應(yīng)用于第一功率轉(zhuǎn)換器，第二端蓋應(yīng)用于透明管的第二端。在另一個(gè)實(shí)施方式中，冷陰極發(fā)光設(shè)備包括透明管和冷陰極，冷陰極具有通過(guò)透明管中心的基本圓柱形的電子發(fā)射表面。間隔纖維在第一方向中以第一節(jié)距纏繞在冷陰極周?chē)?。?dǎo)電纖維在與第一方向相反的方向中以第二節(jié)距纏繞在冷陰極和間隔纖維周?chē)?，從而?dǎo)電纖維通過(guò)間隔纖維與冷陰極間隔開(kāi)。陽(yáng)極形成于透明管的內(nèi)表面上，并且包括熒光材料和導(dǎo)電材料。第一端部單元包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路。第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與冷陰極、導(dǎo)電纖維和陽(yáng)極的每一個(gè)的電連接。在透明管中保持真空，第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于冷陰極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于導(dǎo)電纖維的第二電勢(shì)和應(yīng)用于陽(yáng)極的第三電勢(shì)。電子從冷陰極發(fā)射并且朝向陽(yáng)極加速，以使光從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種方法制作發(fā)光設(shè)備以替代熒光管。形成透明管，將陽(yáng)極應(yīng)用于透明管內(nèi)部。形成第一端部單元，以包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路、具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳。由介電材料形成第二端部單元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部。由(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、(d)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的一個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極。將間隔纖維在第一方向中以第一節(jié)距纏繞在冷陰極周?chē)?。將?dǎo)電纖維在與第一方向相反的方向中以第二節(jié)距纏繞在間隔纖維和冷陰極周?chē)孕纬衫潢帢O與引出器的組件。將第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出器的組件的第一端。將第二端部單元機(jī)械地附接至冷陰極與導(dǎo)電纖維的組件的第二端。將第一和第二端、冷陰極與導(dǎo)電纖維的組件插入到透明管中。將第一管端部附接至透明管的第一端，第二管端部連接到透明管的另一端。將透明管抽成真空，填充低壓惰性氣體，并且密封。將第一和第二端蓋應(yīng)用于透明管的第一和第二端。在另一個(gè)實(shí)施方式中，冷陰極發(fā)光設(shè)備具有透明管、通過(guò)透明管中心的絕緣管。絕緣管具有在管的外表面上縱向形成的多個(gè)溝槽，具有形成在每個(gè)溝槽底部的發(fā)射導(dǎo)電材料，并且具有形成于溝槽之間的管的外表面上的引出導(dǎo)體。陽(yáng)極形成于透明管的內(nèi)表面上，并且包括熒光材料和導(dǎo)電材料。第一端部單元具有被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路。第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與發(fā)射導(dǎo)電材料、引出導(dǎo)體和陽(yáng)極的每一個(gè)的電連接。在透明管中保持真空，第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于發(fā)射導(dǎo)體的第一電勢(shì)、應(yīng)用于引出導(dǎo)體的第二電勢(shì)和應(yīng)用于陽(yáng)極的第三電勢(shì)。電子從發(fā)射導(dǎo)體發(fā)射并且朝向陽(yáng)極加速，光從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)光設(shè)備具有透明管、通過(guò)透明管中心的第一陽(yáng)極、通過(guò)透明管中心且圍繞第一陽(yáng)極的圓筒形網(wǎng)狀物、形成于具有熒光材料和導(dǎo)電材料的透明管的內(nèi)表面上的第二陽(yáng)極、和具有被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路的第一端部單元。第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與發(fā)射導(dǎo)電材料、引出導(dǎo)體和陽(yáng)極的每一個(gè)的電連接。低壓氣體保持在透明管中，第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換為應(yīng)用于第一陽(yáng)極的第一電勢(shì)、 應(yīng)用于圓筒形網(wǎng)狀物的第二電勢(shì)、和應(yīng)用于第二陽(yáng)極的第三電勢(shì)。等離子形成于第一陽(yáng)極和圓筒形網(wǎng)狀物之間的第一間隙中，而不是形成于圓筒形網(wǎng)狀物和第二陽(yáng)極的第二間隙中。等離子的自由電子從圓筒形網(wǎng)狀物發(fā)射且朝向第二陽(yáng)極加速，以使光從發(fā)光設(shè)備發(fā)出。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)熒光照明裝置；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)冷陰極照明裝置；圖3示出了在實(shí)施方式中作為熒光燈管替代物的一個(gè)示例性冷陰極照明設(shè)備；圖4更加詳細(xì)地示出了圖3的冷陰極照明設(shè)備；圖5示出了在實(shí)施方式中通過(guò)圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的A-A得到的示例性剖面圖，示出了冷陰極、引出柵和陽(yáng)極之間的空間關(guān)系；圖6示出了在實(shí)施方式中通過(guò)圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的A-A得到的示例性剖面圖，示出了引出柵的替代配置；圖7示出了在實(shí)施方式中通過(guò)圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的A-A得到的示例性剖面圖，示出了引出柵的又一替代配置；圖8A示出圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的第一示例性端部的分解圖。圖8B示出了在實(shí)施方式中與圖8A的第一示例性端部相似的圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的第二示例性端部的分解圖；圖8C-8D示出了在實(shí)施方式中為冷陰極和引出柵提供機(jī)械支撐的圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的第二示例性端部的分解圖；圖9、10和11示出了用于在圖3和4的透明管中保持冷陰極和引出柵的位置的間隔件的示例性使用；

圖12是示出了在實(shí)施方式中用于構(gòu)造圖3和4的冷陰極照明設(shè)備的示例性方法的流程圖；圖13示出在替代實(shí)施例中與圖3和4的設(shè)備相似的示例性冷陰極發(fā)光設(shè)備的一個(gè)端部，但是具有設(shè)置在透明管外部的端部單元；圖14示出了在實(shí)施方式中為了使設(shè)備用于傳統(tǒng)的愛(ài)迪生螺紋照明器材中而配有愛(ài)迪生螺紋連接件的示例性冷陰極照明設(shè)備；圖15示出設(shè)置為在未更改的熒光管照明器材中操作的一個(gè)示例性冷陰極照明設(shè)備;圖16示出了在替代實(shí)施例中在圖4的冷陰極照明設(shè)備中使用的冷陰極與引出器的組件的示例性構(gòu)造；圖17示出了通過(guò)圖16的冷陰極和引出柵的剖面圖。
圖18是示出在實(shí)施方式中形成于絕緣管上且在冷陰極照明設(shè)備中使用的冷陰極發(fā)射表面和引出導(dǎo)體的替代結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖19是示出圖18的絕緣管一部分的剖面圖；圖20示出增加有冷陰極發(fā)射表面和引出導(dǎo)體的圖19的一部分；圖21示出替代的燈實(shí)施方式，其中等離子形成于陰極線和容納柵之間；圖22是圖21的燈的剖面圖；圖23示出了在實(shí)施方式中用于使用圖16和17的冷陰極與引出器的組件制作冷陰極熒光管替代物的照明設(shè)備的一個(gè)示例性方法；圖24是示出了在實(shí)施方式中用于制造圖18、19和20的冷陰極與引出器的組件的一個(gè)示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖3示出了作為熒光管替代物的一個(gè)示例性冷陰極照明設(shè)備302。設(shè)備302被顯示為安裝在照明系統(tǒng)300的支撐件308A和308B之間。支撐件308A和308B可以代表圖I的現(xiàn)有技術(shù)照明器材100的支撐件108A和108B。也就是說(shuō)，當(dāng)將鎮(zhèn)流器104和啟輝器106從電路中移除時(shí)，設(shè)備302可以在現(xiàn)有熒光照明設(shè)備中使用。設(shè)備302的每端被示出為具有端部單元310A和310B，端部單元310A和310B可以包括連接到電源304的功率轉(zhuǎn)換器(例如，圖4中的功率轉(zhuǎn)換器311A和311B)。電源304可以代表圖I的電源112，例如，50-60HZ的110-240V的家用或工業(yè)用交流電源。設(shè)備302可以具有替代的配置，如圖8C、8D、13、14和15所示出的和下面描述的配置。照明系統(tǒng)300還被示出為具有可選的調(diào)光單元306，調(diào)光單元306可以代表傳統(tǒng)的光調(diào)節(jié)單元，例如白熾燈照明所使用的光調(diào)節(jié)單元，其中調(diào)光器306的操作控制設(shè)備302輸出的光。圖4更加詳細(xì)地示出了圖3的冷陰極照明設(shè)備302。冷陰極元件404和引出柵(extraction grid) 406相結(jié)合，以形成冷陰極與引出器的組件416。設(shè)備302具有透明管402，透明管402具有在管的內(nèi)表面上形成的陽(yáng)極408、冷陰極與引出器的組件416、具有至少一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器311的兩個(gè)端部單元310、端蓋412A和電連接與機(jī)械支撐插腳414。設(shè)備302的長(zhǎng)度L被選擇為與標(biāo)準(zhǔn)熒光照明管的長(zhǎng)度(例如，2英尺，4英尺或8英尺)相匹配，設(shè)備302的直徑D大體上為I英寸，與許多標(biāo)準(zhǔn)熒光照明管的直徑相似。透明管402對(duì)于可見(jiàn)光而言是透明或半透明的，并且可以由玻璃、石英和塑料的一種或多種制成。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在本文中的術(shù)語(yǔ)“透明管”將包括透明管、半透明管、或透明與半透明管。
位于設(shè)備302兩端的電氣和機(jī)械支撐插腳414A和414B提供從電源(例如圖3的電源304)到功率轉(zhuǎn)換器311的電連接，且提供用于設(shè)備302的機(jī)械支撐，因此設(shè)備302被支撐在熒光照明器材(例如圖I的器材100)中且由熒光照明器材(例如圖I的器材100)供電。在器材100中，設(shè)備302替換熒光管102，鎮(zhèn)流器104和啟輝器106未接電且可以任選地從器材100中移除。如圖4所示，端部単元3IOA和3IOB大體為圓柱形，裝配在管402的兩端，并且為冷陰極404和引出柵406提供機(jī)械支撐。至少ー個(gè)端部単元310包括功率轉(zhuǎn)換器311，功率轉(zhuǎn)換器311設(shè)有多個(gè)電子元件用于將插腳414處接收的電功率轉(zhuǎn)換成用于冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極408的功率。對(duì)于功率轉(zhuǎn)換器311A的進(jìn)ー步的示例性細(xì)節(jié)，參見(jiàn)圖8A。這些電氣元件可以形成為ー個(gè)或多個(gè)電路(例如形成于ー個(gè)或多個(gè)電路板或柔性電路上)，并且被封裝以形成端部単元310。冷陰極404可以形成為線或桿，并且可以具有應(yīng)用于其上的增強(qiáng)的電子發(fā)射表面。也就是說(shuō)，冷陰極404的表面可以被刻蝕、涂敷、濺射或者通過(guò)其他方式形成，以增強(qiáng)電 子發(fā)射。冷陰極404的直徑可以是0. 5mm-5mm。冷陰極404可以由金屬或其他導(dǎo)電材料形成。在不背離本發(fā)明范圍的情況下，冷陰極404可以是管狀的。在替代的實(shí)施例中，冷陰極由涂敷有導(dǎo)電電子發(fā)射表面的非導(dǎo)電材料形成。通過(guò)ー個(gè)或兩個(gè)功率轉(zhuǎn)換器311相對(duì)于陽(yáng)極(例如陽(yáng)極408)將-6KV至-16KV的電壓施加到冷陰極404上。冷陰極404具有I-IOmA的發(fā)射陰極電流。冷陰極404可以由便于形成電子發(fā)射表面的材料制成。引出柵406形成為穿孔的圓柱形狀，該穿孔的圓柱形狀提供了距冷陰極404的徑向距離R，其中R的范圍是l-10mm。通過(guò)ー個(gè)或兩個(gè)功率轉(zhuǎn)換器311將500伏-5000伏的電壓施加到引出柵406上。因?yàn)橐鰱?06的電壓與施加到冷陰極404的電壓相比基本上更加呈陽(yáng)性(positive)，所以電子從冷陰極404被引出且朝向引出柵406被加速且通過(guò)引出柵406。陽(yáng)極408可以由ー個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層形成，導(dǎo)電層包括熒光層，當(dāng)熒光層被冷陰極404產(chǎn)生的電子撞擊時(shí),突光層發(fā)光。突光材料可以與場(chǎng)致發(fā)射顯不器(FED)中所使用的突光材料相同。可以通過(guò)噴射、漿料沉降或電泳沉積(EH))的一種或多種來(lái)沉積陽(yáng)極408。在施加導(dǎo)電層之前，可以將漆應(yīng)用于陽(yáng)極上，以穩(wěn)定冷陰極照明設(shè)備中的熒光層。陽(yáng)極408優(yōu)選位于地電勢(shì)，并且被保持在相對(duì)于施加到引出柵406和冷陰極404的電壓呈陽(yáng)性的電壓處。從冷陰極404發(fā)出的電子朝向引出柵406加速且通過(guò)引出柵406，并且朝向陽(yáng)極408進(jìn)ー步加速，在陽(yáng)極408處,該電子撞擊陽(yáng)極408的突光層,刺激陽(yáng)極的突光層發(fā)光。在實(shí)施方式中，冷陰極404和引出柵406之間的如以每毫米伏表示的場(chǎng)強(qiáng)大于引出柵406和陽(yáng)極408之間的場(chǎng)強(qiáng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極408由施加在透明且導(dǎo)電的銦錫氧化層(或其他導(dǎo)電層)上的熒光層形成，該銦錫氧化層(或其他導(dǎo)電層)形成于管402的內(nèi)部。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極408由應(yīng)用于管402內(nèi)部的熒光層形成，管402內(nèi)部具有應(yīng)用于熒光層上的薄鋁層，其中電子穿過(guò)鋁層以激發(fā)熒光層。在此實(shí)施方式中，鋁層還用作反射通過(guò)設(shè)備302的熒光層所產(chǎn)生的光的反射鏡。鋁層可以具有400-900納米的厚度。 圖5示出了通過(guò)圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的A-A所得到的橫截面，示出了形成為網(wǎng)狀物(mesh)的引出柵404。具體地，引出柵406由導(dǎo)電網(wǎng)狀物形成，網(wǎng)狀物環(huán)繞冷陰極404，以在距冷陰極404的距離R處形成圓筒，以形成冷陰極與引出器的組件416。任選地，吸氣材料407被施加到陽(yáng)極408的至少一部分上。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，吸氣材料407被施加到引出柵406的外表面的至少一部分。在實(shí)施方式中，傳統(tǒng)吸氣材料包含在管402中且連接到外部插腳，以使用傳統(tǒng)的閃燃技木。圖6示出了在替代實(shí)施例中通過(guò)圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的A-A得到的橫截面，其中，通過(guò)設(shè)置多個(gè)與冷陰極404大體平行且與冷陰極404隔開(kāi)距離R的等距導(dǎo)電線(或桿)來(lái)形成引出柵406，以形成冷陰極與引出器的組件416。圖7示出圖6實(shí)施方式中增加了導(dǎo)線706的實(shí)施方式，導(dǎo)線706在冷陰極404的整個(gè)長(zhǎng)度上繞線606的外部螺旋纏繞，以形成引出柵406，因此形成冷陰極與引出器的組件416。在此實(shí)施方式中，因?yàn)榫€606用于支撐用作引出柵的導(dǎo)線，所以線606可以由絕緣材料形成。可替代地，線606可以為導(dǎo)電材料。在實(shí)施方式中，導(dǎo)線706通過(guò)選自卷邊、釬焊 或激光焊接等的一種或多種技術(shù)機(jī)械地附接到線606上。圖8A示出圖3的冷陰極照明設(shè)備302的第一示例性端部800的分解圖。在ー個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，管端部826具有饋通插腳414A，如圖8A所示。管端部826還形成有抽真空管828，只要兩個(gè)端部被附接至管402，抽真空管828就用于將管402抽成真空和密封。具有附接的部件824的至少ー個(gè)電路板822連接到插腳414A上，并且電路被封裝在介電材料811中以形成端部單元310A。端部單元310A可以包括連接器832、834和836，連接器832、834和836提供從功率轉(zhuǎn)換器311A分別到冷陰極404、引出柵406的電連接(和可選的機(jī)械支撐)和到陽(yáng)極408的電連接。在替代的實(shí)施例中，電路板822直接連接到冷陰極404和引出柵406，以使冷陰極404和引出柵406的端部也被封裝在端部單元310A的介電材料811中。電路板822還可以構(gòu)造為柔性電路，柔性電路的形狀被設(shè)計(jì)成(例如被卷邊地)裝配在管402內(nèi)。ー個(gè)以上的連接器836可以徑向地設(shè)置在端部單元310A周?chē)⑶铱梢允菑椥缘囊员阋坏┒瞬繂卧?IOA位于管402內(nèi)，連接器836就提供與陽(yáng)極408的接觸和任選地對(duì)端部單元310A的機(jī)械支撐。連接器832和834可以直接地附接至冷陰極404和引出柵406，或者可以與ー個(gè)或多個(gè)彈簧附接以分別向冷陰極和404和引出柵406提供張力，如下面詳細(xì)示出的。一旦管端部826被附接至管402并且通過(guò)抽真空管828抽空空氣以在設(shè)備302中形成真空，就密封抽真空管828 (例如通過(guò)加熱收縮)并且施加端蓋412A (例如使用封裝型材料)。設(shè)備302的另一端可以與端部800相似，或者可以不包括電子電路，在這種情況下冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極408從設(shè)備302的單個(gè)端部被供電。圖8B示出了圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的第二示例性端部850的分解圖，第ニ示例性端部850與圖8A的第一示例性端部800相似，且與第一示例性端部800相反位于管402的另一端。端部単元310B包括與功率轉(zhuǎn)換器311A相似的功率轉(zhuǎn)換器311B，并且分別經(jīng)由連接器852、854和856為冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極408提供功率。端部單元310B還為冷陰極404和引出柵406提供機(jī)械支撐，以在端部單元310A和310B之間優(yōu)選地借助張カ支撐冷陰極404和引出柵406。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，功率轉(zhuǎn)換器311B直接連接到冷陰極404和引出柵406的ー個(gè)或兩個(gè)，在這種情況下冷陰極404和引出柵406的端部被封裝在端部單元3IOB的介電材料811中。
圖SC示出圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的替代的第二示例性端部870的分解圖，第二示例性端部870包括分別用于冷陰極404和引出柵406的機(jī)械支撐件874、876。在此實(shí)施方式中，端部単元310B不包括第二功率轉(zhuǎn)換器311B，但是仍然通過(guò)支撐件872和874、或者通過(guò)直接將冷陰極404和引出柵406的端部封裝在介電材料811中，向冷陰極404和引出柵406提供機(jī)械支撐。圖8D示出圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的替代的第二示例性端部880的分解圖，示出了使用彈簧882、884以分別向冷陰極404和引出柵406提供機(jī)械張カ和支撐。如圖8D所示，彈簧882和884可以被部分地封裝或者以其他方式固定到端部單元310B的封裝材料811中。雖然示出錐形彈簧882、884，但是在不背離本發(fā)明范圍的情況下，也可以使用其他類(lèi)型的彈簧，以牽拉和支撐冷陰極404和引出柵406。在圖8D的實(shí)施例中，彈簧882為冷陰極404提供張カ和支撐，彈簧884經(jīng)由圓盤(pán)886為引出柵406提供張カ和支撐。彈簧884也可以直接附接至引出柵406，并且可以省略圓盤(pán)886。 端部800和850 (或者如果用于取代端部850的端部870)的一個(gè)或兩個(gè)可以包括彈簧882、884，以在組裝設(shè)備302時(shí)將張力施加到冷陰極402和/或引出柵404。一旦完成組裝，設(shè)備302就呈現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)的熒光管相同的形狀系數(shù)，因此可以使設(shè)備302能夠替換現(xiàn)有照明設(shè)備中的熒光管。圖9示出了當(dāng)在機(jī)械惡劣環(huán)境(例如振動(dòng)或改變的G力)中使用時(shí)，在設(shè)備302的長(zhǎng)度上保持冷陰極404和引出柵406之間的間隔的第一示例性結(jié)構(gòu)900。電絕緣間隔件902 (例如由介電材料制成)形成為圓盤(pán)，該圓盤(pán)的直徑基本上等于引出柵406的內(nèi)徑，該圓盤(pán)具有直徑基本上等于冷陰極404直徑的中心孔。一個(gè)或多個(gè)間隔件902可以設(shè)置在冷陰極404上和引出柵406中，以在設(shè)備302的長(zhǎng)度上阻止冷陰極404和引出柵406之間的距離(例如，圖5的距離R)的不必要的變化。圖10示出了ー種使用間隔件1002的示例性結(jié)構(gòu)1000，間隔件1002形成為圓盤(pán)，圓盤(pán)的直徑基本等于管402的內(nèi)徑，圓盤(pán)具有直徑基本等于引出柵406外徑的中心孔。ー個(gè)或多個(gè)間隔件1002設(shè)置在引出柵406上和管402中，以在設(shè)備302的長(zhǎng)度上使引出柵406與陽(yáng)極408保持等距。圖11示出了一種示例性結(jié)構(gòu)1100，示例性結(jié)構(gòu)1100使用圖9的間隔件902和圖10的間隔件，以在管402中保持冷陰極404和引出柵406的位置。圖12是示出了用于構(gòu)造圖3和4的冷陰極照明設(shè)備302的一個(gè)示例性方法1200的流程圖。在步驟1202中，方法1200形成透明管并且將陽(yáng)極應(yīng)用于透明管的內(nèi)部。在步驟1202的一個(gè)實(shí)施例中，使用本領(lǐng)域已知的エ藝形成透明管402，通過(guò)噴射、漿料、沉降和EPD的ー種或多種將陽(yáng)極408沉積在透明管402的內(nèi)部上。在1204步驟，方法1200形成兩個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路。在步驟1204的一個(gè)實(shí)施例中，電路板822組裝有部件824，以形成功率轉(zhuǎn)換器電路311A和311B。在步驟1206中，方法1200將具有兩個(gè)饋通插腳的管端部附接至每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路，并且使用介電材料封裝每個(gè)電路。管端部的ー個(gè)還具有抽真空管。在步驟1206的一個(gè)實(shí)施例中，圖8A中具有饋通插腳414A和抽真空管828的管端部826連接到功率轉(zhuǎn)換器電路311A，轉(zhuǎn)換器電路31IA被封裝在介電材料811中以形成端部單元310A。圖6B的管端部858經(jīng)由插腳414B附接至轉(zhuǎn)換器電路311B，轉(zhuǎn)換器電路311B被封裝在介電材料811中以形成端部單元310B。
在步驟1208中，方法1200通過(guò)將發(fā)射表面應(yīng)用于導(dǎo)電線或桿上來(lái)形成冷陰極。在步驟1208的一個(gè)實(shí)施例中，在鋁線的表面上形成碳沉積。在另ー實(shí)施例中，銅管的外表面被刻蝕以形成發(fā)射表面，例如増加表面面積。在步驟1210中，方法1200形成具有導(dǎo)電網(wǎng)狀物的引出柵,導(dǎo)電網(wǎng)狀物基本是圓筒形，并且該方法將吸氣材料應(yīng)用于網(wǎng)狀物的外表面。在步驟1210的一個(gè)實(shí)施例中，玻璃纖維網(wǎng)狀管涂有導(dǎo)電材料以形成引出柵406，吸氣材料407被施加到引出柵406的外表面的至少一部分。在步驟1210的另ー實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)線606和螺旋形包裹線706形成引出柵406，吸氣材料407被應(yīng)用于線606和/或線706的至少一部分上。在步驟1212中，方法1200將冷陰極插入到引出柵的中心。在步驟1212的ー個(gè)實(shí)施例中，冷陰極404插入到引出柵406中。在步驟1212的另ー實(shí)施例中，圖9的一個(gè)或多個(gè)間隔件902插入到冷陰極404上，然后冷陰極404和間隔件902插入到引出柵406中。在步驟1214中，方法1200將封裝的功率轉(zhuǎn)換器電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的每個(gè)端部。在步驟1214的一個(gè)實(shí)施例中，封裝的轉(zhuǎn)換器電路311A的連接器 832和834 (圖8A)分別連接到組裝后的冷陰極404和引出柵406的一端，封裝的轉(zhuǎn)換器電路311B的連接器852和854 (圖8B)分別連接到組裝后的冷陰極404和引出柵406的另一端。在步驟1214的另ー實(shí)施例中，至少ー個(gè)端部單元310包括一個(gè)或多個(gè)彈簧884、882(圖8D)，一個(gè)或多個(gè)彈簧884、882附接至冷陰極404和引出柵406，以提供機(jī)械支撐和可選的電連接。在1216步驟中，方法1200將封裝的功率轉(zhuǎn)換器、冷陰極與引出柵的組件插入到步驟1202的透明管中。在步驟1216的一個(gè)實(shí)施例中，端部單元310、冷陰極404與引出柵406的組件插入到管402中。在步驟1218中，方法1200將每個(gè)管端部焊接到透明管上。在步驟1218的ー個(gè)實(shí)施例中，使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)將管端部826和858焊接至透明管402。在步驟1220中，方法1200使用抽真空管將透明管抽真空，然后密封抽真空管。在步驟1220的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)從抽真空管828抽取空氣以在管402中形成真空，然后通過(guò)加熱和收縮抽真空管828的玻璃來(lái)密封抽真空管828。在步驟1222中，方法1200使吸氣材料閃燃(flash)。在步驟1222的一個(gè)實(shí)施例中，電磁能被外部施加到管402，以使吸氣材料407閃燃。在步驟1224中，方法1200將端蓋應(yīng)用于透明管的每個(gè)端部。在步驟1224的ー個(gè)實(shí)施例中，端蓋412A和412B被應(yīng)用于管402的兩個(gè)端部并且填充有介電材料。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以改變方法1200的步驟的順序。在操作的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器311可選地經(jīng)由調(diào)光器単元306從電源304接收功率，并且產(chǎn)生用于冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極408中的每個(gè)的電勢(shì)。引出柵406的電勢(shì)大于冷陰極404的電勢(shì)，電子從冷陰極404朝向引出柵406發(fā)射。陽(yáng)極408的電勢(shì)高于引出柵406的電勢(shì)，電子從引出柵朝向陽(yáng)極加速。電子撞擊陽(yáng)極并且激發(fā)陽(yáng)極的熒光材料，從而從照明設(shè)備302發(fā)出光。在包括調(diào)光器単元306的情況下，每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器311響應(yīng)于調(diào)光器單元306，相對(duì)于冷陰極404改變弓丨出柵406的電勢(shì)，因此改變?cè)O(shè)備302發(fā)出的光的量。功率轉(zhuǎn)換器311可以分析從調(diào)光器單元306進(jìn)入插腳414的電功率的波形，以確定調(diào)光器単元306的設(shè)置，相應(yīng)地調(diào)整引出柵406的電壓。
圖13示出在替代實(shí)施例中的冷陰極發(fā)光設(shè)備1300的ー個(gè)端部，冷陰極發(fā)光設(shè)備1300與圖3和4的設(shè)備相似，但是具有設(shè)置在透明管1302外部的端部單元1310。設(shè)備1300包括與圖4的設(shè)備302的冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極層408基本相似的冷陰極1304、弓丨出柵1306和陽(yáng)極層1308。電連接器1324、1326和1328通過(guò)透明管1302的端部，以分別提供從功率轉(zhuǎn)換器単元1311中的電子器件到冷陰極1304、引出柵1306和陽(yáng)極層1308的連接。連接器1324、1326和1328均可具有通過(guò)透明管1302端部的一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體。功率轉(zhuǎn)換器単元1311具有連接到外部電功率源的兩個(gè)外部插腳1314。插腳1314與設(shè)備302的插腳414相似。轉(zhuǎn)換器單元1311連接到連接器1324、1326和1328，然后被封裝在介電材料中以形成端部単元1310。端蓋1312可以應(yīng)用于設(shè)備1302的端部。圖14示出了配有愛(ài)迪生螺紋連接件的一個(gè)示例性冷陰極照明設(shè)備1400，愛(ài)迪生螺紋連接件可以使設(shè)備1400在傳統(tǒng)的愛(ài)迪生螺旋照明器材中使用。設(shè)備1400具有在透明管1402中形成的冷陰極1404、引出柵1406和陽(yáng)極層1408。冷陰極1404、引出柵1406和陽(yáng)極層1408與設(shè)備302的冷陰極404、引出柵406和陽(yáng)極層408相似。功率轉(zhuǎn)換器單元1411形成于管1402的外部，并且被封裝在介電材料中以形成端部単元1410。功率轉(zhuǎn)換器単元1411與設(shè)備302的轉(zhuǎn)換器単元311相似。但是，端部単元1410具有愛(ài)迪生螺紋，愛(ài)迪生螺 紋電和機(jī)械地與傳統(tǒng)照明器材的螺紋插座耦接，并且為設(shè)備1400提供功率和支撐。設(shè)備1400的自由端部1432被顯示為圓的，但是在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以形成為其他形狀。在透明管1402中，在端部1432處，可以包括機(jī)械支撐件1434以支撐冷陰極1404和引出柵1406?？商娲?，可以在管1402中包括與圖9和10的間隔件902和1002相似的間隔件，以支撐冷陰極1404和引出柵1406。在未更改的現(xiàn)有技術(shù)熒光照明器材中，電源的零線通常連接到器材的第一端，電源的火線與鎮(zhèn)流器串聯(lián)連接到器材的另一端。通常，鎮(zhèn)流器用于使接收的電壓升高和限制通過(guò)熒光管的電流，以使管工作在額定功率(例如40瓦特)。圖15示出設(shè)置為在未更改的熒光管照明器材(例如圖I的器材100)中工作的一個(gè)示例性冷陰極照明設(shè)備1500，其中冷陰極照明設(shè)備1500替代傳統(tǒng)熒光管(例如熒光管102)。冷陰極照明設(shè)備1500包括透明管1502中的冷陰極1504、引出柵1506和陽(yáng)極層1508。功率轉(zhuǎn)換器1511被封裝在一個(gè)端部単元1510A中且電連接到第一插腳1514A。為了清楚起見(jiàn)，未示出功率轉(zhuǎn)換器1511與冷陰極1504之間、引出柵1506與陽(yáng)極層1508之間的電連接。冷陰極1504形成為圓筒形管，以使包覆在絕緣材料1540中的其他的電連接件1540可以通過(guò)冷陰極1504，而不會(huì)影響冷陰極1504的操作。連接件1540將功率轉(zhuǎn)換器1511連接到設(shè)備1500的另一端處的插腳1514B上。因?yàn)槔潢帢O照明設(shè)備1500的效率大于傳統(tǒng)熒光管的效率，當(dāng)冷陰極照明設(shè)備1500安裝在傳統(tǒng)熒光燈器材中時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器1511通過(guò)器材的鎮(zhèn)流器接收足夠的功率以正常操作。器材中任何傳統(tǒng)的熒光管啟輝器都不存在于電路中，并且可以任選地從設(shè)備移除。功率轉(zhuǎn)換器1511轉(zhuǎn)換通過(guò)鎮(zhèn)流器(如果其保留在電路中)接收的功率，以向冷陰極1504、引出柵1506和陽(yáng)極層1508提供電勢(shì)，以使設(shè)備1500與圖4的設(shè)備302以類(lèi)似的方式操作。但是，應(yīng)當(dāng)注意，如果器材的鎮(zhèn)流器仍然保留在電路中，負(fù)載的功率因數(shù)可能不是最優(yōu)的。在ー個(gè)操作實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器311任選地經(jīng)由調(diào)光器単元306從電源304接收功率，并且產(chǎn)生用于冷陰極1504、引出柵1506和陽(yáng)極408的每個(gè)的電勢(shì)。引出柵1506的電勢(shì)大于冷陰極1504的電勢(shì)，電子從冷陰極1504朝向引出柵1506發(fā)射。陽(yáng)極408的電勢(shì)高于引出柵1506的電勢(shì)，電子從引出柵朝向陽(yáng)極加速。電子撞擊陽(yáng)極并且激發(fā)陽(yáng)極的熒光材料，從而從照明設(shè)備302發(fā)出光。在包括調(diào)光器単元306的情況下，功率轉(zhuǎn)換器311響應(yīng)于調(diào)光器單元306，相對(duì)于冷陰極1504改變引出柵1506的電勢(shì)，因此改變?cè)O(shè)備302發(fā)出的光的量。功率轉(zhuǎn)換器311可以分析從調(diào)光器単元306進(jìn)入插腳414的電功率的波形，以確定調(diào)光器単元306的設(shè)置，因此調(diào)整引出柵1506的電壓。圖16示出包括在圖3的冷陰極照明設(shè)備302中使用的冷陰極1604和導(dǎo)電纖維1606的示例性冷陰極與引出柵的組件1600的一部分。圖17示出了沿圖16的冷陰極與引 出器的組件1600的平面A-A得到的橫截面。通過(guò)以下說(shuō)明將很好地了解圖16和17。冷陰極1604和導(dǎo)電纖維1606之間的距離確定它們之間所需要的電壓電勢(shì)，以從冷陰極引出電子。當(dāng)此距離增加時(shí)，所需的電壓電勢(shì)以指數(shù)方式増加。因此，此距離變化的公差應(yīng)該很小。冷陰極1604可以制作為具有電子發(fā)射外表面1605的線、桿和管。在實(shí)施方式中，冷陰極1604具有管狀結(jié)構(gòu)，以在保持強(qiáng)度的同時(shí)減輕重量，這樣在一端或兩端處進(jìn)行附接時(shí)，在冷陰極照明設(shè)備的長(zhǎng)度上冷陰極1604基本上是自支撐的。在冷陰極1604的操作(電子發(fā)射)長(zhǎng)度上，間隔纖維1622在第一方向中以節(jié)距Pl纏繞在冷陰極1604周?chē)?。間隔纖維1622是具有基本均勻的直徑的絕緣體，可以選擇直徑以提供發(fā)射表面1605和引出導(dǎo)體1606之間的間隙1624。間隔纖維1622例如是玻璃或塑料絲束，例如光纖。導(dǎo)電纖維1606在與第一方向相反的方向中以大于節(jié)距Pl的節(jié)距P2纏繞在冷陰極1604和間隔纖維1622的周?chē)虼?，?dǎo)電纖維1606與冷陰極1604的發(fā)射面隔開(kāi)的距離基本等于寬度1624。導(dǎo)電纖維1606例如是涂有導(dǎo)體的纖維絲束，該導(dǎo)體例如是鋁或其他導(dǎo)電材料。與其他實(shí)施方式相比，使用間隔纖維1622可以提供更便宜且更受控的制造方案。節(jié)距Pl被選擇為向?qū)щ娎w維1606提供足夠的支撐，同時(shí)為冷陰極1604留下可操作為電子發(fā)射的足夠區(qū)域。導(dǎo)電纖維1606的直徑和其抗彎性有助于在間隔纖維1622的纏繞之間保持與發(fā)射表面1605的距離1624。如果導(dǎo)電纖維1606具有低的抗彎性(即導(dǎo)電纖維1606具有較弱的自支撐性)，間隔纖維1604的節(jié)距Pl可以被減小以保持距離1624。圖18是示出用于在冷陰極照明設(shè)備中使用的、在絕緣管1802上形成的冷陰極發(fā)射表面1804和引出導(dǎo)體1806的替代結(jié)構(gòu)的橫截面。圖19是以更加詳細(xì)的方式示出圖18的絕緣管1802的一部分1820的橫截面。圖20是示出加上圖18的冷陰極發(fā)射表面1804和引出導(dǎo)體1806的圖18的絕緣管的一部分1820的橫截面。圖24是示出了用于制造圖18、19和20的冷陰極與引出器的組件1800的一個(gè)示例性方法2400的流程圖。通過(guò)以下說(shuō)明將更好地理解圖18、19、20和24。在步驟2402中，由絕緣材料(例如玻璃、陶瓷)形成絕緣管1802,絕緣管的外徑為5-500mm。在步驟2404中，例如通過(guò)擠壓或刻蝕，在絕緣管1802的外表面上縱向形成多個(gè)溝槽1803，每個(gè)溝槽具有寬度1808、深度1810和間距1812。寬度1808的范圍是l_5mm，深度1810的范圍是0. 5-2mm。任選地，在步驟2406中，在每個(gè)溝槽1803中沉積冷陰極導(dǎo)體(未示出)，在冷陰極導(dǎo)體上將形成冷陰極發(fā)射表面1804。在步驟2408中，在每個(gè)溝槽1803中(任選地在步驟2406 (如果包括的話)的冷陰極導(dǎo)體上)沉積冷陰極發(fā)射表面1804。在步驟2410中，在絕緣管1802的其余外表面上沉積引出導(dǎo)體1806。方法2400的刻蝕和沉積處理可以與半導(dǎo)體制造行業(yè)中那些已知的處理類(lèi)似。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下， 可以改變這些處理(步驟)的順序。例如，在進(jìn)行刻蝕以形成溝槽1803和/或沉積冷陰極發(fā)射表面1804之前，可以將引出導(dǎo)體1806沉積在絕緣管1802的外表面上。雖然在圖18、19和20的實(shí)施例中示出了基本方形的溝槽截面，但是可以以其他截面形狀形成溝槽1803，以在引出導(dǎo)體1806和冷陰極發(fā)射表面之間形成電場(chǎng)，從而從冷陰極發(fā)射表面1804發(fā)射電子。溝槽可以具有選自以下形狀的截面形狀矩形、上寬下窄的梯形和下窄上寬的梯形。在替代的實(shí)施例中，絕緣管1802是絕緣材料的實(shí)心桿。在又ー實(shí)施方式中，絕緣管1802是導(dǎo)電管或桿，在絕緣管1802上沉積絕緣材料涂層，然后進(jìn)行刻蝕、刻痕或打磨以露出導(dǎo)電表面。然后，引出導(dǎo)體1806沉積在絕緣材料涂層上。圖21示出了構(gòu)造為傳統(tǒng)熒光管替代物且基于所包含的等離子體電子發(fā)射器的示例性燈2100的一部分。圖22是通過(guò)圖21的燈2100的B-B得到的橫截面。通過(guò)以下說(shuō)明將很好地了解圖21和22。燈2100具有透明管2102，透明管2102具有形成陽(yáng)極2108的內(nèi)涂層。管2102例如是玻璃或其他類(lèi)似的材料。陽(yáng)極2108例如由熒光層和導(dǎo)電層形成。導(dǎo)線2104縱向穿過(guò)管2102的中心，并且由管形網(wǎng)狀物2106所圍繞，網(wǎng)狀物2106與線2104等距地設(shè)置。透明管2102在每個(gè)端部處封閉，并且電連接穿過(guò)至少一個(gè)端部以提供與線2104、網(wǎng)狀物2106和陽(yáng)極2108的電連接。管2102填充有低壓(10-1000毫托)氣體，該氣體例如是惰性氣體(例如氖氣、IS氣、氣氣)或者它們的混合或者其他非反應(yīng)氣體。在實(shí)施方式中，網(wǎng)狀物2106和陽(yáng)極2108之間的距離為3mm-10mm ;線2104和網(wǎng)狀物2106之間的距離為0. 5cm-5cm ;線2104 的直徑為 0. 04mm-Q. 5mm。在ー個(gè)操作實(shí)施例中，陽(yáng)極2108基本保持在地電勢(shì)，IOkV的電勢(shì)處，示例性地由電池2132表示，被施加于陽(yáng)極2108和網(wǎng)狀物2106之間，以使網(wǎng)狀物2106相對(duì)于陽(yáng)極2108呈陰性。100V和1000V之間的第二電勢(shì)，由電池2134示例性的表示，被施加于網(wǎng)狀物2106和線2104之間，以使線2104為比網(wǎng)狀物2106更加陽(yáng)性，但是相對(duì)于陽(yáng)極2108仍然呈陰性。網(wǎng)狀物2106和線2104之間的電壓在網(wǎng)狀物2106和線2104之間的間隙2112中產(chǎn)生等離子。因?yàn)榈入x子具有負(fù)電阻率，所以通過(guò)等離子的電流例如受到鎮(zhèn)流器或其他這種電子電路的限制。a和/或0發(fā)射體可以包含在間隙2112中，以便于等離子的點(diǎn)火。如本領(lǐng)域中已知的Paschen定律可以用于預(yù)測(cè)電壓，在該電壓處，在給定氣體壓カ處，對(duì)電極(例如網(wǎng)狀物2106和線2104)之間給定的距離，為給定的氣體類(lèi)型形成等離子。在燈2100中，與陽(yáng)極2108相比，網(wǎng)狀物2106基本上更接近于線2104，以使等離子形成于線2104和網(wǎng)狀物2106之間的間隙2112中，而不是形成于網(wǎng)狀物2106和陽(yáng)極2108之間的間隙2110中。等離子中的某些自由電子穿過(guò)網(wǎng)狀物2106，且通過(guò)陽(yáng)極2108和網(wǎng)狀物2106之間的電場(chǎng)朝向陽(yáng)極2108 (和突光層)加速,從而通過(guò)突光材料產(chǎn)生光,且將光從設(shè)備輸出。
當(dāng)形成等離子時(shí)，例如IOmA的電流在線2104和網(wǎng)狀物2106之間流動(dòng)，因此約需要IW的功率。在相同的實(shí)施方式中，網(wǎng)狀物2106和陽(yáng)極2108之間流動(dòng)的電流例如是1mA，因此需要IOW的功率。圖23示出了用于制作冷陰極熒光管替代物的照明設(shè)備的一個(gè)示例性方法2300，該照明設(shè)備使用與圖3和4的冷陰極照明設(shè)備類(lèi)似的設(shè)備中的圖16和17的冷陰極和引出導(dǎo)體。在步驟2302中，方法2300形成透明管且將陽(yáng)極應(yīng)用于透明管的內(nèi)部。在步驟2302的一個(gè)實(shí)施例中，形成透明管402且將陽(yáng)極408應(yīng)用于管402的內(nèi)表面。在步驟2304中，方法2300形成第一端部單兀，以包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路、具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳。在步驟2304的一個(gè)實(shí)施例中，封裝在介電材料811中的功率轉(zhuǎn)換器311A、具有抽真空管828的第一管端部826、和饋通插腳414A相組合以形成端部単元310A。
在步驟2306中，方法2300由介電材料形成第二端部單元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部。在步驟2306的一個(gè)實(shí)施例中，管端部858和插腳414B相結(jié)合，插腳414B被封裝在介電材料811中以形成端部單元310B。在步驟2308中，方法2300從(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(c)導(dǎo)電管、(d)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的ー個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極。在步驟2308的一個(gè)實(shí)施例中，冷陰極1604形成為具有電子發(fā)射表面1605的導(dǎo)電管。在步驟2310中，方法2300在第一方向中以第一節(jié)距將間隔纖維纏繞在冷陰極的周?chē)?。在步驟2310的一個(gè)實(shí)施例中，間隔纖維1622在第一方向中以節(jié)距Pl纏繞在冷陰極1604的周?chē)?。在步驟2312中，方法2300在與第一方向相反的方向中以第二節(jié)距將引出導(dǎo)體纏繞在間隔纖維和冷陰極周?chē)?。在步驟2312的一個(gè)實(shí)施例中，引出導(dǎo)體1606在與間隔纖維1622相反的纏繞方向中以節(jié)距P2纏繞在冷陰極1604和間隔纖維1622的周?chē)?。在步驟2314中，方法2300將第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出導(dǎo)體的組件的第一端。在步驟2314的一個(gè)實(shí)施例中，端部単元310A電和機(jī)械地附接至冷陰極1604的第一端和引出導(dǎo)體1606的第一端。在步驟2316中，方法2300將第二端部單元機(jī)械地附接至冷陰極與引出導(dǎo)體的組件的第二端。在步驟2316的一個(gè)實(shí)施例中，端部単元310B機(jī)械地附接至冷陰極1604的另一端。在步驟2318中，方法2300將冷陰極與引出導(dǎo)體的組件的第一和第二端部插入到透明管中。在步驟2318的一個(gè)實(shí)施例中，端部單元310A、310B、冷陰極1604、間隔纖維1622和引出導(dǎo)體1606被插入到透明管402中。在步驟2320中，方法2300將第一管端部附接至透明管的第一端和將第二管端部附接至透明管的另一端。在步驟2320的一個(gè)實(shí)施例中，使用本領(lǐng)域已知技術(shù)將管端部826和858焊接至透明管402，在步驟2322中，方法2300將透明管抽真空，填充低壓惰性氣體和密封。在步驟2322的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)從抽真空管828抽取空氣在管402中形成真空，然后通過(guò)抽真空管828引入諸如氮?dú)?或其他適當(dāng)?shù)臍怏w、然后將諸如惰性氣體或其混合物)的惰性氣體，以使管402填充有低壓(例如10-1000毫托)氮?dú)?或其他適當(dāng)?shù)臍怏w)，然后通過(guò)加熱和收縮抽真空管828的玻璃來(lái)密封抽真空管828。在步驟2324中，方法2300將第一和第二端蓋應(yīng)用于透明管的第一和第二端。在步驟2324的一個(gè)實(shí)施例中，端蓋412A和412B應(yīng)用于管402的兩端并且填充有介電材料。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以改變2300的步驟的順序?？梢苑謩e基于期望的輸出光譜選擇圖4、13、14、15和21的陽(yáng)極408、1308、1408、1508和2108的熒光層中使用的熒光材料。例如，在發(fā)光設(shè)備用于促進(jìn)植物生長(zhǎng)的情況下，可以選擇突光材料，以使發(fā)光設(shè)備輸出與自然光基本相似的光譜。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)上述方法和系統(tǒng)進(jìn)行改變。例如，為了減輕設(shè)備302的重量，冷陰極404和/或引出柵406可以由涂有導(dǎo)電材料的一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電材料構(gòu)成。因此，應(yīng)該注意，上述說(shuō)明書(shū)及附圖中所包括的內(nèi)容應(yīng)該解釋為示例性的，而 非限制性的。權(quán)利要求書(shū)g在覆蓋本文中描述的所有的一般和具體的特征以及本方法和系統(tǒng)的范圍的所有表述，根據(jù)語(yǔ)言都應(yīng)被認(rèn)為落入權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.作為熒光管替代物的冷陰極照明設(shè)備，包括 透明管； 冷陰極，形成為具有電子發(fā)射表面且通過(guò)所述透明管的中心的線或桿； 引出柵，形成為環(huán)繞所述冷陰極且與所述冷陰極間隔開(kāi)，具有小于所述透明管的內(nèi)徑的外徑； 陽(yáng)極，形成于所述透明管的內(nèi)表面且包括熒光材料和導(dǎo)電材料； 第一端部単元，包括第一功率轉(zhuǎn)換電路，所述第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與所述冷陰極、所述引出柵和所述陽(yáng)極的每ー個(gè)的電連接；以及 第一電接觸裝置，用于提供與所述第一功率轉(zhuǎn)換電路的電連接和為所述第一端部単元提供機(jī)械支撐，所述第一電接觸裝置選自至少兩個(gè)插腳或愛(ài)迪生螺旋座。
其中，在所述透明管中保持真空，所述第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于所述設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換為應(yīng)用于所述冷陰極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于所述引出柵的第二電勢(shì)和應(yīng)用于所述陽(yáng)極的第三電勢(shì)，以使從所述冷陰極發(fā)射的電子朝向所述陽(yáng)極加速，且從所述熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出光。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括由介電材料形成的第二端部単元，以向所述冷陰極和所述引出柵提供機(jī)械支撐。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，所述第二端部單元還包括第二功率轉(zhuǎn)換電路，所述第二功率轉(zhuǎn)換電路用于將應(yīng)用于所述第二電饋通插腳的電功率轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于所述冷陰極的所述第一電勢(shì)、應(yīng)用于所述引出柵的所述第二電勢(shì)和應(yīng)用于所述陽(yáng)極的所述第三電勢(shì)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第二端部單元設(shè)置在所述透明管的第二端中。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)彈簧，用于保持所述第二端與(a)所述冷陰極和(b)所述引出柵之ー或二者之間的張力。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括第二電插腳，用于為所述第二端部単元提供機(jī)械支撐。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述第一端部單元設(shè)置在所述透明管的第一端中。
8.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述冷陰極形成為管，所述設(shè)備還包括貫穿所述冷陰極的所述中心且通過(guò)電絕緣材料與所述冷陰極絕緣的導(dǎo)線，所述導(dǎo)線將功率從所述設(shè)備的第一端傳導(dǎo)到所述設(shè)備的第二端。
9.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備能夠在未更改的傳統(tǒng)熒光器材中工作。
10.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)間隔件，位于所述冷陰極和所述引出柵之間，以保持所述冷陰極和所述引出柵之間的距離，所述間隔件由絕緣型材料形成。
11.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)間隔件，位于所述引出柵和所述陽(yáng)極層之間，以保持所述引出柵和所述陽(yáng)極層之間的距離，所述間隔件由絕緣型材料形成。
12.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括吸氣材料，形成于所述設(shè)備的部件的外表面上，其中所述設(shè)備的部件選自所述引出柵或所述陽(yáng)極，所述吸氣材料能夠通過(guò)外部施加電磁能而閃燃。
13.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，所述引出柵由形成為圓筒的金屬網(wǎng)狀材料形成。
14.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，所述引出柵由選自線或桿的多個(gè)部件形成，所述部件繞所述冷陰極基本對(duì)稱(chēng)地間隔開(kāi)且距所述冷陰極基本恒定的距離。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述部件是導(dǎo)電的。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述部件是非導(dǎo)電的，所述設(shè)備還包括繞所述部件螺旋纏繞的導(dǎo)線。
17.用于制作發(fā)光設(shè)備的方法，包括 形成透明管且將陽(yáng)極應(yīng)用于所述透明管的內(nèi)部； 形成第一端部単元，以包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路、具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳； 由介電材料形成第二端部単元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部； 由(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、(d)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的ー個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極； 形成內(nèi)徑比所述冷陰極的外徑大的基本圓筒形引出柵； 將所述冷陰極插入到所述引出柵的中心； 將所述第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第一端； 將所述第二端部単元機(jī)械地附接至所述冷陰極與引出柵的組件的第二端； 將所述第一端部単元、所述第二端部単元、所述冷陰極與引出柵的組件插入到所述透明管中； 將所述第一管端部附接至所述透明管的第一端，且將所述第二管端部附接至所述透明管的另一端； 將所述透明管抽成真空和密封；以及 將第一端蓋和第二端蓋應(yīng)用于所述透明管的第一端和第二端。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 將吸氣劑應(yīng)用于選自所述引出柵的至少一部分外表面或至少一部分所述陽(yáng)極的部件上；以及 一旦所述透明管被抽成真空，就使所述吸氣材料閃燃。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，形成所述第二端部単元的步驟包括加入第二功率轉(zhuǎn)換器電路。
20.用于制作發(fā)光設(shè)備以替代物熒光管的方法，包括 形成透明管且將陽(yáng)極應(yīng)用于所述透明管的內(nèi)部； 形成第一端部単元，以包括具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳； 由介電材料形成第二端部単元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部； 由(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、Cd)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的ー個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極； 形成內(nèi)徑比所述冷陰極的外徑大的基本圓筒形引出柵； 將所述冷陰極插入到所述引出柵的中心； 將所述第一端部單元電和機(jī)械地附接至冷陰極與引出柵的組件的第一端； 將所述第二端部単元機(jī)械地附接至所述冷陰極與引出柵的組件的第二端； 將所述第一端、所述第二端、和所述冷陰極與引出柵的組件插入到所述透明管中；將所述第一管端部附接至所述透明管的第一端，且將所述第二管端部附接至所述透明管的另一端；將所述透明管抽成真空和密封； 形成被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路，將所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路經(jīng)由所述第一饋通插腳電連接到所述陽(yáng)極、所述冷陰極和所述引出柵，所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路具有電插腳，以連接到電源和機(jī)械地支撐所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路和所述透明管；以及將第一端蓋應(yīng)用于第一功率轉(zhuǎn)換器并將第二端蓋應(yīng)用于所述透明管的第二端。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括 將吸氣劑應(yīng)用于選自所述引出柵的外表面或所述陽(yáng)極的所述設(shè)備的部件的至少一部分上；以及 一旦所述透明管被抽成真空，就使所述吸氣材料閃燃。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，形成所述第二端部単元的步驟包括加入第二功率轉(zhuǎn)換器電路。
23.冷陰極發(fā)光設(shè)備，包括 透明管； 冷陰極，具有基本圓柱形的電子發(fā)射表面和通過(guò)所述透明管的中心； 間隔纖維，在第一方向中以第一節(jié)距繞所述冷陰極纏繞； 導(dǎo)電纖維，在與第一方向相反的方向中以第二節(jié)距繞所述冷陰極和所述間隔纖維纏繞，以使所述導(dǎo)電纖維通過(guò)所述間隔纖維與所述冷陰極間隔開(kāi)； 陽(yáng)極，形成于所述透明管的內(nèi)表面且包括熒光材料和導(dǎo)電材料；以及第一端部単元，包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路，所述第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與所述冷陰極、所述導(dǎo)電纖維和所述陽(yáng)極的每ー個(gè)的電連接； 其中，在所述透明管中保持真空，所述第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于所述設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換為應(yīng)用于所述冷陰極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于所述導(dǎo)電纖維的第二電勢(shì)和應(yīng)用于所述陽(yáng)極的第三電勢(shì)，以使從所述冷陰極發(fā)射的電子朝向所述陽(yáng)極加速，且從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出光。
24.如權(quán)利要求23所述的冷陰極發(fā)光設(shè)備，其中，所述第二節(jié)距大于所述第一節(jié)距。
25.如權(quán)利要求23所述的冷陰極發(fā)光設(shè)備，其中，所述間隔纖維具有與所述冷陰極和所述導(dǎo)電纖維之間所需的間距相等的基本均勻的直徑。
26.用于制作發(fā)光設(shè)備以替代物熒光管的方法，包括 形成透明管且將陽(yáng)極應(yīng)用于所述透明管的內(nèi)部； 形成第一端部単元，以包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換器電路、具有抽真空管的第一管端部和第一饋通插腳； 由介電材料形成第二端部単元，以包括具有第二饋通插腳的第二管端部； 由(a)導(dǎo)線、(b)導(dǎo)電桿、(C)導(dǎo)電管、(d)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電桿和(e)涂有導(dǎo)電材料的非導(dǎo)電管中的ー個(gè)形成具有發(fā)射表面的冷陰極； 在第一方向中以第一節(jié)距將間隔纖維繞所述冷陰極纏繞； 在與所述第一方向相反的方向中以第二節(jié)距將導(dǎo)電纖維繞所述間隔纖維和所述冷陰極纏繞，以形成冷陰極與引出器的組件； 將所述第一端部單元電和機(jī)械地附接至所述冷陰極與引出器的組件的第一端； 將所述第二端部単元機(jī)械地附接至冷陰極與導(dǎo)電纖維的組件的第二端；將所述第一端、所述第二端、和所述冷陰極與導(dǎo)電纖維的組件插入到所述透明管中；將所述第一管端部連接到所述透明管的第一端，且將所述第二管端部連接到所述透明管的另一端； 將所述透明管抽成真空、填充低壓惰性氣體和密封； 將第一端蓋和第二端蓋應(yīng)用于所述透明管的第一端和第二端。
27.冷陰極發(fā)光設(shè)備，包括 透明管； 絕緣管，通過(guò)所述透明管的中心，具有在所述管的外表面上縱向形成的多個(gè)溝槽，具有在每個(gè)所述溝槽底部形成的發(fā)射導(dǎo)電材料，以及在所述溝槽之間的所述管的所述外表面上形成的引出導(dǎo)體； 陽(yáng)極，形成于所述透明管的內(nèi)表面且包括熒光材料和導(dǎo)電材料；以及第一端部単元，包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路，所述第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與所述發(fā)射導(dǎo)電材料、所述引出導(dǎo)體和所述陽(yáng)極的每ー個(gè)的電連接； 其中，在所述透明管中保持真空，所述第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于所述設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換為應(yīng)用于所述發(fā)射導(dǎo)體的第一電勢(shì)、應(yīng)用于所述引出導(dǎo)體的第二電勢(shì)和應(yīng)用于所述陽(yáng)極的第三電勢(shì)，以使從所述發(fā)射導(dǎo)體發(fā)射的電子朝向所述陽(yáng)極加速，且從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出光。
28.如權(quán)利要求27所述的冷陰極發(fā)光設(shè)備，每個(gè)所述溝槽的深度是基本恒定的，以當(dāng)施加所述第一電勢(shì)和所述第二電勢(shì)吋，使所述發(fā)射導(dǎo)電材料和所述引出導(dǎo)體之間的間距基本均勻地從所述發(fā)射導(dǎo)體弓丨出電子。
29.發(fā)光設(shè)備，包括 透明管； 第一陽(yáng)極，通過(guò)所述透明管的中心； 圓筒形網(wǎng)狀物，通過(guò)所述透明管的中心且圍繞所述第一陽(yáng)極； 第二陽(yáng)極，形成于所述透明管的內(nèi)表面且包括熒光材料和導(dǎo)電材料；以及第一端部単元，包括被封裝在介電材料中的第一功率轉(zhuǎn)換電路，所述第一功率轉(zhuǎn)換電路具有與所述發(fā)射導(dǎo)電材料、所述引出導(dǎo)體和所述陽(yáng)極的每ー個(gè)的電連接； 其中，在所述透明管中保持低壓氣體，所述第一功率轉(zhuǎn)換器將應(yīng)用于所述設(shè)備的電功率轉(zhuǎn)換為應(yīng)用于所述第一陽(yáng)極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于所述圓筒形網(wǎng)狀物的第二電勢(shì)、和應(yīng)用于所述第二陽(yáng)極的第三電勢(shì)，以使等離子形成于所述第一陽(yáng)極和所述圓筒形網(wǎng)狀物之間的第一間隙中，而不是形成于所述圓筒形網(wǎng)狀物和所述第二陽(yáng)極之間的第二間隙中，并且所述等離子的自由電子從所述圓筒形網(wǎng)狀物發(fā)射并且朝向所述第二陽(yáng)極加速，因此從所述發(fā)光設(shè)備發(fā)出光。
全文摘要
冷陰極照明設(shè)備是熒光管替代物并且具有透明管和冷陰極，冷陰極形成為具有電子發(fā)射表面和通過(guò)透明管的中心的線或桿。引出柵形成為環(huán)繞冷陰極并且與冷陰極間隔開(kāi)，引出柵的外徑小于透明管的內(nèi)徑。熒光材料和導(dǎo)電材料在透明管的內(nèi)表面上形成陽(yáng)極。在透明管中保持真空，端部單元中的功率轉(zhuǎn)換電路將電功率轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于冷陰極的第一電勢(shì)、應(yīng)用于引出柵的第二電勢(shì)和應(yīng)用于陽(yáng)極的第三電勢(shì)。電子被從冷陰極發(fā)射并且朝向陽(yáng)極加速，光從熒光管替代物的發(fā)光設(shè)備發(fā)出。
文檔編號(hào)H01J61/02GK102714129SQ201080058002
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者安德拉斯·庫(kù)賽, 理查德·N·賀嬰 申請(qǐng)人:Vu1公司