创新光源环球型灯芯节能灯

肖峥

(甘肃省白银市特种材料研究所，白银市730900)

1 引言

在公众的心目中灯对于电的利用的最佳标志是光亮度和美感，尽管政府禁止使用白炽灯(因不节电)，但人们总是想像点亮白炽灯那样方便地使用其他形式的灯。照明灯的变革，最终将会在传统电灯泡和新型节能灯之间展开。因此，本发明就是为了满足民众的使用习惯而研发，诞生的。

在本发明之前的气体放电照明灯，诸如:节能灯、荧光灯，都是工作于气体放电特性的第三特性区域。即:负阻伏安弧光放电区域。因此，在本发明之前的气体放电灯都必须使用镇流器。

2 工作机理

我们如果把一个环形阴极和一个环形阳极科学组地合成似环球型的形状，使其放电的电子素形成几乎是无缝隙的环球状弧光。那么，就会出现一个梦幻般的弧光放电球;这个放电球光芒四射、坚强饱满。见图1。

图1 创新光源环球型灯芯节能灯示意图

如果我们再进一步研究这个放电环球，就会发现这个环球型灯芯灯实际上是气体放电极间巧妙组合的产物。它是在电场分布达到了一定的条件，促使气体放电灯的放电处于气体放电的正伏安弧光放电区域，这就自然会产生一个低电压，大电流的气体放电效果。正如LED放电发光一样，环球型灯芯节能灯的发光原理包含了电致发光、场致发光、热致发光的正伏安弧光放电特性。见图2。

图2 气体放电伏安特性曲线图

图2中的I－L区域，即创球型陶瓷灯芯灯的工作区域。

环球型灯芯节能灯其放电具有工作气压低，维持电压低，粒子数反转浓度大的特点。通常，辉光放电的阴极暗区中的电子运功状态像垂直于阴极表面的一组平行电子束，如果电极是双圆形，近似于空心阴极，则，电子束将会逐渐融合对方，互在一起产生负面光辉，发出明亮、统一的光线。此时，若电流密度增加，阴极位降减少，这和异常辉光放电情况是不完全相同的。环球型灯芯节能灯的放电没有阴极位降升高和阴极发热严重的情况发生，它是另一种特殊形式的气体放电，它既不同于一般的弧光放电，也不同于异常的辉光放电。它是正晕放电和空心阴极放电有机结合的产物。见图3。

图3 环球型陶瓷灯芯放电示意图

创新光源环球型灯芯节能灯选择螺旋环形阳极和居于其阳极腔内的环形阴极构成。见图4。

图4 环球型陶瓷灯芯结构示意图

电子是从环球型阴极的圆弧顶部的热点处发射，由于阴极热点附近的排斥作用，使得阴极电子热点留下足够大的功函数角动量。大多数电子并没有直线打进阳极，而是与环形阳极和环形阴极建立起来的球型函数对称，电场中的电子连续做螺旋轨道运动。且，在此螺旋轨道运动的过程中，汞受到激发，电子也就失去了能源，轨道逐渐缩小，最后散落到了阳极。同时，汞被激发生成的汞离子由于非匀强电场的作用，使汞离子同样具有足够大的功函数角动量，汞离子也没有直线打进阴极的热点处，而是进入到了由环形阳极和环形阴极建立起来的环球型辐射状的电场中，并以热点为焦点，连续做大小不等的椭圆轨道运动，有着雪崩式的裂变能量。

从图4可以看出，创新光源环球型灯芯节能灯的环形阴极和环形阳极为非平行设置，其安装脚互为垂直。且，其环形阴极居于其环形阳极内腔的中央。此设置产生空心阴极放电时电子绕着阳极环振荡，其振荡的半径因激发和电离及电场力的强度所决定。最终，环形阴极和环形阳极间产生球形状电子云，这是环球型灯芯节能灯成为全面创新产品的基础理论原理及技术核心。

3 灯芯驱动

环球型灯芯节能灯使用直流电源驱动点灯，环形阴极的两根导丝与电源负极联接，环形阳极的两根导丝与电源正极联接。环球型灯芯节能灯的球形灯芯间满足正伏安弧光放电的条件，正极到负极储备着辐射状的非匀强电场;环形阳极周围也产生正面的电晕放电，参加放电的环形阳极仅起传导电流的作用，这将大大缓解阳极的发烧现象;环形阴极涂层厚度和电离电晕放电是成正比的力量，放电具有正阻特性;不需要衡流电阻，仅用电容器限流，放电灯稳定工作，能源效率高。见图5。

图5 创新光源环球型灯芯节能灯驱动电路图

环球型灯芯节能灯的环形阳极和环形阴极构成环球形灯芯放电系统，电子从热点发射出来后，大多数电子调速方向不指向环形阳极;它们将沿着环形阴极轨道，在朝向环形阳极的空间受到电场的加速，在背离环形阳极的空间受到电场的减速;结果，电子发射将绕着环形阳极做往复振动来回踱步;带正电的阳离子绕着环形阴极的热点，也按照同样的机制来回往复式振动;这将达到直流电源交换工作潜能的效果，不会显得整流和汞游泳的现象。

环球型灯芯节能灯由于采用了环球型灯芯这独一无二的正柱放电的工作模式，原正柱放电所特有的一系列明暗相间的区域没有了，取而代之的是浑然一体的弧光放电环球;其特有的环球形灯芯放电具有很高的放电电流密度，极低的电极位降;若提高放电灯的电流，可以获得更高的光输出;这就为提高光效，提高功率创造了条件。

由于支撑螺旋阴极灯丝的两根外导丝与电源的负极连接，阴极的电位基本上处处相等;放电光会出现两个以上的热点。当电流取值在阴极零场发射电流的90%以下时，灯的管压基本恒定;灯功率与点灯电流同步变化，实现了恒压做功的效能。

常规正柱放电的双端阴极灯不宜一点就亮，想要瞬时启动，必须在灯内设置启动电极。创新光源环球型灯芯节能灯的环形阳极起了极好的启动电极的作用，使灯能在瞬间点亮。且，阴极起动损伤极小。因为不需要预热启动，点灯中无需对灯丝加热，减少了预热阴极的无功功率损耗。

对紫外杀菌灯而言紫外线是杀伤细菌，可见光和红外线是培养细菌;减少杀菌灯内的热辐射将提升紫外线的杀菌效果;对于荧光灯而言，显然为提高光效相当有益。见图6。

[55] “Japan supports but won’t join U.S. operations in South China Sea: Inada”, Japan Times, February 5, 2017, https://www.japantimes.co.jp/news/2017/02/05/national/sdf-wont-join-u-s-operations-south-china-sea-inada/#.WgRIr0xtbVo.

图6 环球心陶瓷灯芯灯结构图

4 特性及效果

本发明专利创新光源环球型灯芯节能灯工作在气体放电特性的正伏安弧光放电区域。在此之前的所有的气体放电灯，诸如:节能灯、荧光灯、高压汞灯、钠灯、HID灯和金属卤化物灯等，都是工作于气体放电特性的第二或第三特性区域。即:辉光放电或负伏安弧光放电区域。因此，在此之前的所有气体放电灯都必须使用镇流器才能正常工作。创新光源环球型灯芯节能灯解决了之前所有气体放电灯的缺陷，做出了前所未有的成果。

4.1 本发明的创新特点

① 一种环球型灯芯节能灯，其特征在于:所述灯为环形球状电极，灯的环形阳极在灯的环形阴极之外。

② 根据创新特点①所述的环球型灯芯节能灯，其特征在于:所述灯为灯的环形阴极居于灯的环形阳极内腔的中央。

③ 根据创新特点①所述的环球型灯芯节能灯，其特征在于所述灯支撑环形阴极的两根导丝相并后与电源负极连接，支撑环形阳极的两根导丝相并后与电源正极连接。

④ 根据创新特点①所述的环球型灯芯节能灯，其特征在于所述灯的玻璃壳由透紫材料做成则为紫外灯，或其玻璃壳内壁涂敷荧光粉则为荧光灯。

⑤ 根据创新特点①所述的环球型灯芯节能灯，其特征在于所述灯的环形阴极涂覆有稀土纳米电子陶瓷。

⑥ 根据创新特点①所述的环球型灯芯节能灯，其特征在于所述灯是单端电极灯，或是双端电极灯。

4.2 本发明的有益效果

①本发明的光效超过113 lm/W，比白炽灯泡的光效提高10倍，比节能灯的光效提高1.5倍。且，灯的造型小巧美观，灯的使用方式灵活简便，灯的用途范围非常广泛。

② 本发明的寿命超过6万小时，使用寿命超过10年。比白炽灯泡提高60倍，比节能灯提高10倍。且，即开即亮，不受任何环境的影响(适宜环境温度:－45℃～+60℃)。

③ 本发明真正做到了物美价廉，其制造成本是节能灯的1/2、无极灯的1/10，可光效和寿命却远远超过了节能灯及无极灯。

5 结束语

创新光源环球型灯芯节能灯技术使白炽灯企业有了翻身的机遇、使节能灯企业脱离了复杂的电子镇流器、使无极灯企业不再因高反差的性价比却步不前、还使LED灯企业不再盲从追随而苦涩。

科研中细节决定成败，创新光源环球型灯芯节能灯其梦幻般的放电球星开创了一个新的电光源领域。其技术使白炽灯和荧光灯产业有了重组的机遇。且，其技术产品给人类照明事业提供了一个卓著的商机。

［1］中国专利．环球形灯芯电光源．2010.11.16

［2］周太明，周详，蔡伟新．电光源原理与设计．复旦大学出版社，2006.12