本发明涉及电子源发生方法、 电子发生器及其制造方法， 属于荧光灯技 术领域。 背景技术

现有荧光灯（Fluorescent Lamp，简称： FL)的主要结构包括玻璃管， 在玻 璃管内部的两端设置有一对金属电极， 并且在玻璃管内部空间中填充有作为 放电气体的氩（Ar ) 气体和汞（Hg ) 蒸汽， 另外， 在玻璃管内壁面上还涂布 有适当厚度的荧光膜。 荧光灯的发光原理是由金属电极作为电子源向 气体空 间中提供自由电子， 与气体原子发生非弹性碰撞从而使气体原子受 激发出辐 射， 该辐射照射到荧光膜上形成可见光。

通过上述可以发现， 为了使荧光灯发光， 需要有电子源提供自由电子。 现有技术中主要包括如下三代电子源：

第一代电子源是指爱迪生（Edi son)于 1884 年发明的使用热电子发射的 热阴极荧光放电灯管 （Hot Cathode Fluorescent Lamp, 简称： HCFL ) 中使 用的电子源。

第二代电子源是指因福勒-诺德海姆（Flower-Nord heim )基于金属-真 空间的穿隧效应而发射电子的原理， 于 1928年发明的吊钟型金属电极， 用于 冷阴极荧光放电灯管 （Co ld Cathode Fluorescent Lamp, 简称： CCFL ) 。

上述的第一代电子源及第二代电子源均需要对 金属电极通电加热， 使其 产生较高的电极压降， 从而产生较高能耗。

第三代电子源是本发明人发明的， 具体内容可参见本发明人提出的国际 专利申请 PCT/JP2007/70431及 PCT/JP2007/74829。 第三代电子源可以使用 玻璃管内的内部电极或缠绕在玻璃管外壁上的 外部电极。 在金属电极产生的 电场的影响下， 玻璃管内的荧光体粒子会产生电介质极化， 经电介质极化的 粒子内的电荷的电位高于电极电位， 在粒子前端部分处于高电位的表面聚积 因放电气体电离而产生的自由电子作为第三代 电子源。 这种电子源能够消除 金属电极上的压降， 与前两代电子源相比， 有利于降低能耗。

但是， 现有第三代电子源仍然存在如下技术缺陷： 使用第三代电子源的

HCFL管从热阴极（如加热的钨线圈）上获得� �子， 并且将这些电子直接注入 FL管的气体空间内， 这些电子需要较大的运能， 因此， 点亮难度较大， 能耗 也较高。 发明内容

本发明提供一种电子源发生方法、 电子发生器及其制造方法， 用以降低 能耗。

本发明一方面提供一种电子发生器， 其中包括：

金属电极， 其外表面覆盖有绝缘隔热层； 所述绝缘隔热层上形成有使所 述金属电极部分棵露的孔； 所述孔被惰性气体包围；

所述金属电极设置于一电场中， 且当所述金属电极被施加一电压时， 所 述金属电极棵露的部分对包围在所述孔周围的 惰性气体原子加热， 且该惰性 气体原子在所述电场中被激发并电离， 在所述孔的周围形成混合有电子和正 离子的电晕空间。

本发明另一方面提供了一种上述电子发生器的 制造方法， 其中包括： 在金属电极外表面覆盖绝缘隔热层；

在绝缘隔热层上形成使所述金属电极部分棵露 的孔， 所述孔被惰性气体 包围；

将所述金属电极设置于一电场中， 且当所述金属电极被施加一电压时， 所述金属电极棵露的部分对包围在所述孔周围 的惰性气体原子加热， 且该惰 性气体原子在所述电场中被激发并电离， 在所述孔的周围形成混合有电子和 正离子的电晕空间。

本发明又一方面提供了一种电子源发生方法， 其中包括：

将一金属电极设置于一电场中的步骤； 以及

向所述金属电极施加一电压的步骤；

其中所述金属电极的外表面覆盖有绝缘隔热层 ， 且该绝缘隔热层上形成 有使所述金属电极部分棵露的孔；

所述孔为惰性气体所包围； 当所述金属电极被施加所述电压时， 所述金 属电极对棵露于孔周围的惰性气体原子加热， 且该惰性气体原子在所述电场 中被激发并电离， 在所述孔的周围形成混合有电子和正离子的电 晕空间。

本发明通过对金属电极的棵露部分进行加热， 在棵金属孔周围形成了电 晕空间， 从而形成了第四代电子源。 它与以往的第三代电子源不同的是， 电 子源中的电子并不直接来自于被加热的固体金 属， 而是通过电晕空间中气体 原子之间真空中的负电场的中和来实现的， 因此更易于实现点亮发光， 从而 提高了发光效率， 降低了能耗。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案， 下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一 简单地介绍， 显而易见地， 下 面描述中的附图是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在 不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1本发明所述电子发生器实施例一的结构示意� �；

图 2本发明所述电子发生器实施例二的结构示意� �。

图 3为选用钨线圈作为图 1所示金属电极的实物图；

图 4为本发明所述电子发生器制造方法实施例的� �程图；

图 5为本发明所述电子源发生方法的流程图；

图 6为釆用图 5所示方法产生的电子源的电子运动方向示意� �； 图 7为本发明所述点火阶段的一举例实物图；

图 8为本发明所述点火阶段的另一举例实物图;

图 9为本发明所述维持阶段的实物图。 具体实施方式

为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

图 1本发明所述电子发生器实施例一的结构示意� �， 如图所示， 该电子 发生器包括： 金属电极 10 , 其外表面覆盖有绝缘隔热层 11 ; 在所述绝缘隔热 层 11上形成有使所述金属电极 10部分棵露的孔 12 , 所述孔 12被惰性气体 (图中未示出）包围； 所述金属电极 1 0设置于一电场中， 且当所述金属电极 10被施加一电压时， 所述金属电极 10棵露的部分对包围在所述孔 12周围的 惰性气体原子加热， 且该惰性气体原子在所述电场中被激发并电离 ， 从而在 所述孔 12的周围形成混合有电子和正离子的电晕空间� ��

以下分别进行详细介绍：

金属电极

在如图 1所示的本实施例中， 所述金属电极 1 0为钨线圈， 棵金属孔 12 形成在钨线圈的端部， 例如设置在钨线圈的两端， 该钨线圈的两端分别装配 在支撑杆 15上。 另外， 如图 2所示， 所述金属电极 10也可以为非线圈结构 的钨丝， 棵金属孔 12形成在钨丝的端部， 例如设置在钨丝的两端， 该钨丝的 两端也分别装配在支撑杆 15上。

绝缘隔热层

本实施例所述的绝缘隔热层 11是指具有电绝缘性和隔热性的层，具体地， 绝缘隔热层 11可以为绝缘隔热膜或绝缘隔热粒子涂层。 其中， 所述绝缘隔热 层 11由在 1， 000°C时具有热稳定性的绝缘材料构成， 并且在温度大于 800°C 时不与所述金属电极 10发生化学反应。 具体地， 所述绝缘隔热层 11可以由 具有高电绝缘性及隔热性的无机氧化物或盐类 化合物制成。

其中， 所述无机氧化物例如包括： Be0、 Mg0、 Ca0、 Sr0、 Ba0、 Zn0、 A 1 ₂ 0 ₃ . S i 0 ₂ 、 Ge0 ₂ 、 T iO _x 、 Zr0 ₂ 、 Co0 ₂ 、 N i0 ₂ 、 Ta0 ₂ 、 Sn0 ₂ 、 Mo0 ₃ 、 0 ₃ 、 稀土氧 ^匕物（如 Y ₂ 0 ₃ 、 La ₂ 0 ₃ 、 Ce0 ₂ 、 Pr ₂ 0 _x 、 Sm ₂ 0 ₃ 、 Gd ₂ 0 ₃ 、 Tb ₂ 0 _x 、 Dy ₂ 0 ₃ 、 Yb ₂ 0 ₃ 等） ； 所述盐类 4匕 合物例如包括： 铝酸盐、 硅酸盐、 钨酸盐、 钛酸盐和以上所列无机氧化物的 钨酸盐以及普通的荧光粉也可用于制备绝缘隔 热层 11。

优选使用 BaO颗粒涂层作为所述绝缘隔热层 11。 这是因为： BaO材料具 有较大的热容量、 介电常数（ ε =30 )和密度（ p =5. 7g · cm— ³ ) , 因此具有较 好的电绝缘性和隔热性。其中，所使用的 BaO颗粒为化学级制备而不通过 BaC0 ₃ 在真空中的沉积制备。

以下， 均以 BaO颗粒涂层为例对本实施例所述的电子发生器 进行说明， 有关由其他材料制成的绝缘隔热层 1 1 , 其基本原理类似， 以后将不再赘述。

金属电极部分棵露的孔

所述孔 12形成在金属电极 10的两端，使金属电极 10形成未被绝缘隔热 层 11覆盖的棵露部分。 当选用钨线圈作为所述金属电极 10时， 该孔 12可以 釆用如下方式形成：

将钨线圈在混有绝缘隔热颗粒（BaO颗粒）、 火棉胶溶液及有机溶剂（如 乙酸丁酯） 的混合浆中浸蘸后取出； 将所述鵠线圈在空气中进行干燥； 在干 燥过程中， 通过所述鵠线圈的间隙中的绝缘隔热颗粒对所 述有机溶剂的毛细 管作用， 使所述有机溶剂从所述鵠线圈的端部向该钨线 圈的内部快速流动， 从而将位于金属电极端部的绝缘隔热颗粒携带 至所述内部， 进而使金属电极 的端部棵露形成所述孔。

在本发明各实施例中，如果在金属电极 1 0上没有形成孔 12 ,则不能产生 上述电晕空间， 因此， 为了确保形成所需的孔 12 , 还可以检测所述金属电极 10的端部形成的所述孔 12是否满足预定要求。 当检测到所形成的孔 12能够 满足预定要求， 则完成了上述孔 12 的形成过程； 当检测到所述金属电极 1 0 的端部形成的所述孔 12不满足预定要求时，则可以釆用人工方式在� ��述金属 电极 10的端部开设满足预定要求的孔 12。 具体地， 可以釆用激光、 高频电 压或化学蚀刻方式在所述金属电极 10的端部开设所述满足预定要求的孔 12。 其中所述预定要求是指所述孔 12的大小、深度等参数能够实现本实施例所述 的电子源。

图 3为选用钨线圈作为图 1所示金属电极 10的实物图。如图所示，钨线 圈的绝大部分面积被 BaO颗粒涂层覆盖， 而钨线圈的端部无 BaO颗粒， 而金 属电极棵露形成所述孔 12。

惰性气体

所述惰性气体是指化学活性较差、不易与其他 物质发生化学反应的气体， 如： 氩（Ar ) 气、 氖（Ne ) 气、 氦（ He ) 气或氪（ Kr ) 气， 或前述任意气体 的任意混合。 其中， 优选 Ar气和 Ne气。

电场

为所述惰性气体施加的电场具体可以为交流电 场， 具体的电压和频率可 以根据电子源的形成要求进行适当设定， 具体内容将在后续进行描述。

电压

向所述金属电极 10施加的电压用于对所述金属电极 10的棵露部分进行 加热， 进而加热所述孔 12周围的惰性气体， 直到所述惰性气体的气体原子在 所述电场下被激发并电离， 形成混合有电子和正离子的电晕空间。 该电晕空 间将放出大量电子， 形成电子源， 其原理将在后续内容进行详细说明。 本实 施例所述的电子发生器所产生的电子源可以作 为第四代电子源装设于 FL 管 内的两端部， 在交流电场的作用下， 交替作为发出电子的阴极和接收电子的 阳极， 以使荧光灯点亮发光。 具体地， 当选用 Ar气作为惰性气体时， 形成的电晕空间则为高温氩气电 晕空间 ( H i gh Tempera ture Ar Corona Space , 简称： HTACS ) ； 当选用 Ne 气作为惰性气体时， 形成的电晕空间则为高温氖气电晕空间 （ H i gh Tempera ture Ne Corona Space , 简称： HTNCS )。 以下， 主要以 Ar气和 HTACS 为例进行说明， 关于其他惰性气体的情形， 其基本原理类似。

电子发生器的制造过程：

如图 4所示， 该制造过程包括如下步骤：

步骤 101 , 在金属电极外表面覆盖绝缘隔热层。

步骤 102 ,在绝缘隔热层上形成使所述金属电极部分棵� �的孔，所述孔被 惰性气体包围。

其中， 当选用钨线圈作为所述金属电极 10时， 该孔 12的形成方法可参 见上述有关孔 12的相关说明， 此处不再赘述。 当形成孔 12之后， 可以将所 述金属电极 10的两端分别装配在支撑杆 15上， 以便于装设于 FL管中。

步骤 103 ,将所述金属电极设置于一电场中，且当所述� �属电极被施加一 电压时，所述金属电极棵露的部分对包围在所 述孔周围的惰性气体原子加热， 且该惰性气体原子在所述电场中被激发并电离 ， 在所述孔的周围形成混合有 电子和正离子的电晕空间。

电子源的发生过程：

如图 5所示， 该发生过程包括如下步骤：

步骤 201 , 将一金属电极设置于一电场中的步骤。

步骤 202 , 向所述金属电极施加一电压的步骤。

其中所述金属电极的外表面覆盖有绝缘隔热层 ， 且该绝缘隔热层上形成 有使所述金属电极部分棵露的孔； 所述孔为惰性气体所包围； 当所述金属电 极被施加所述电压时， 所述金属电极对棵露于孔周围的惰性气体原子 加热， 且该惰性气体原子在所述电场中被激发并电离 ， 在所述孔的周围形成混合有 电子和正离子的电晕空间。 具体地， 在向所述金属电极施加一电压时， 可以使施加在所述金属电极 的电压逐渐升高， 直到所述金属电极在所述孔周围产生施加的焦 耳热， 将所 述惰性气体温度加热到的该气体原子达到或超 过被电离阈值。 例如， 可以将 所述棵露部分加热到约 800 °C的高温。 在对惰性气体的加热过程中， 惰性气 体中被加热的气体原子与未被加热气体原子通 过对流形成加热空间 , 以氩气 为例， 该加热空间被导热系数为 3. 9 X 1 0-5 ca l /cm · sec · deg的氩原子热 隔离包围， 加热空间中的氩原子被均匀加热到指定温度， 当超过电离阈值温 度时， 气体原子被激发并电离形成电晕空间。

以氩气为例， 在电晕空间中， Ar原子被激发后形成受激原子 Ar'; Ar原 子被电离后形成自由电子和正离子 Ar ⁺ ; 除此之外， 仍然存在未被激发也未被 电离的 Ar原子。 其中， 仅有受激原子 Ar'能够发射肉眼可见的天蓝色光， 而 其他粒子发出的光均不可见。 如图 6所示， 棵金属孔 12处被加热的金属棵露 部分为红色， HTAC就形成于红色点金属前面不远处， 随着电子的加速， 这种 Ar气体发光立即传播到该 FL管内的整个 Ar气体空间，氩原子发出天蓝色光。

如图 6所示， 本实施例所述的金属电极 1 0作为阴极时， 作为电晕空间的 HTACS中的 Ar原子之间的真空中的负电场被正离子 Ar ⁺ 中和， 而产生的自由 电子可以在 FL管内继续移动并与 Ar原子碰撞； 在中和电场中随电子轨迹再 次产生 Ar ⁺ 以及自由电子， 从而可以构成电子源生成大量自由电子。 被中和的 真空延伸到整个电晕空间，在交流电场的作用 下， 自由电子 e—以大约 1 05cm/ s 的速度朝向位于 FL管内另一端作为阳极的金属电极 1 0移动， 具有低于 l l eV 的动能的这些移动电子到达该阳极后会与该阳 极附近形成的 HTAC中的 Ar ⁺ 重 新组合以变回到 Ar原子， 这就提供了这些 FL管中的 Ar气体的瞬时发光， 即 点亮。

点亮阶段

图 7为本发明所述点火阶段的一举例实物图， 其中， 钨线圈两端棵金属 孔 12周围的氩气被点亮。 首先， 在上述金属电极 1 0上的棵金属孔 12周围的 惰性气体上施加 50Hz、 300V交流电场； 然后， 手动对所述金属电极 10的棵 露部分通入逐渐升高的电压将所述棵露部分焦 耳加热，在 15倍的光学显啟镜 下可以观察到， 当惰性气体的气体原子的温度超过电离阈值温 度时， 所述鵠 线圈的棵露部分被快速加热至橙色到红色的温 度， 而钨线圈上涂覆有 BaO颗 粒的部分仍然艮暗， 没有发光。 从图中可以看到， 在红色的加热点周围空间 中的氩原子伴随着天蓝色光突然被点亮， 然后， 在该 FL管的整个体积中的氩 气立即点亮为天蓝色光。

另外， 经过仔细观察可以发现： Ar原子的发光并不限于与钨线圈的红色 点直接接触的 Ar原子。 已加热的 Ar原子具有与未加热的 Ar原子的对流， 使 已加热的 Ar原子分布在适当尺寸的空间内， 即天蓝色光内。 该空间的中心是 被加热的金属电极 10的棵露部分，该加热的空间即是本实施例所� ��的 HTACS。 其中， HTACS的直径大小通常 0. 5cm ~ 1 cm左右， 由被加热的棵金属孔 12的 大小决定。

另外， 除以上述的氩气以外， 发明人通过实验发现氖（Ne ) 气也能产生 较好的效果。 如图 8所示， 在金属电极 10的前部形成的 HTNCS在点亮后会发 出红光， 此后， 被激发的汞蒸汽会发出蓝光， 而荧光灯管会发出白色的可见 光用于照明。

点亮条件

本发明人在研究过程中发现： 为了出现 HTACS , 必须同时满足达到阈值温 度及阈值电压这两个条件。 其中， 阈值温度优选为 800°C以上的高温； 阈值 电压由钨线圈的制备条件、 绝缘隔热层中的材料以及 FL管的长度等因素决 定， 例如为 300V以上。 如果不能同时满足这两个条件， 则难以出现所需的 HTACS。

维持阶段

图 9为图 7所示的点亮后电子源被维持的实物图。 如图所示， 点亮阶段 结束后， 停止向所述金属电极 10施加电压， 使其不再加热金属电极 1 0的棵 露部分， 并且使电场变为维持电压（例如： 1 00 V ) , 从而进入电子源的维持 阶段， 在钨线圈上涂覆有 BaO颗粒涂层的黑暗区域未观察到 Ar气发光， 这就 表明 BaO颗粒涂层并不产生热电子进入 HTACS。 其中， BaO颗粒涂层的作用是 减緩钨线圈被焦耳热加热， 即起到热隔离的作用。 如图 9所示， 当停止向所 述金属电极 1 0施加电压后， 已加热的金属电极 1 0的棵露部分仍然维持一定 的温度， 从而维持 HTACS。

本发明上述各实施例通过对金属电极的棵露部 分进行加热， 在棵金属孔 周围形成了电晕空间， 从而形成了第四代电子源。 它与以往的第三代电子源 不同的是， 电子源中的电子并不直接来自于被加热的固体 金属， 而是通过电 晕空间中气体原子之间真空中的负电场的中和 来实现的， 因此更易于实现点 亮发光， 从而提高了发光效率， 降低了能耗。

技术效果理论分析

以下从理论上分析本发明能够达到上述技术效 果的原理：

传统釆用第三代电子源的 HCFL管从热阴极（如加热的钨线圈）上获得电 子， 并且将这些电子直接注入 FL管的气体空间内。 电子是具有负电荷（1. 6 X 1 0_ ¹⁹ 库仑） 的粒子， 因此电子易受到电场的影响。 气体空间由独立的气体原 子形成。 单个的气体原子保持电中性。 此处在讨论中忽略了气体空间， 实际 上是气体原子之间的真空， 该气体空间具有这些电子外壳中的轨道电子的 电 场 （> 1 0 ⁵ eV · cm— 。 这些轨道电子的电场延伸到气体原子之间的真 空。 为了 进入气体原子之间的真空， 所注入的电子必须具有大于 1 0 ⁵ eV · cm— ¹ 的动能。 因此需要提供较高的能量以提供这些动能。

在 HCFL的开发中， FL管的开发人员在将电子从阴极注入到气体原� ��之间 的真空中时遇到了负场。 此外， FL中的普通的荧光屏也不可避免地具有负电 荷， 这些负电荷通过库仑排斥拒绝电子接近荧光屏 。

FL管的开发人员通过尝试错误法努力寻找气体� ��光的点火的解决方法， 而不是理论上的解决方法。 此外， 热阴极（涂覆在钨线圈上的 BaO层） 的应 用使他们的努力更加混乱。 他们一直相信已从鵠线圈上的加热的 BaO取得热 电子。 以下假设从热阴极取得电子的情况下描述这些 电子进入气体原子之间 的真空的机理。

而本发明人却发现另一种事实， 即 FL管中气体原子之间的真空中气体原 子的轨道电子的负场通过这些正离子的存在而 被中和。 氩原子通过具有高动 能（ ~ 200 eV ) 的这些移动电子被电离， 该动能大于这些气体原子的电离能 量（15. 7 eV ) 。 具有轻质量的这些电子从所产生的位置移出并 到达该真空。 而处于重质量的这些正离子停留在所产生的位 置周围。 在这些正离子周围的 这些轨道电子的负场通过这些正离子的正电场 被中和。

在将大于 20 kHz的高频率施加到电极时， 在这些电极周围的这些 Ar气 体被电离。 因此， 在这些电极附近的气体空间的负场通过这些被 正电离的离 子被部分地中和。 然后， 第一个电子可进入在这些电极附近的真空中。 具有 这种高动能（> 20 eV ) 的电子与气体原子弹性碰撞并将其电离。 所散射的电 子以及来自阴极的后来的电子以 1 0 ⁵ cm · sec— ¹ 的速度向更远的氩空间移动。 移动电子将该移动行程中的许多气体原子电离 并激发。这是氩原子在 FL管中 发光（点火） 。 实际上， 气体发光的点火的触发由于这些电极周围的电 离气 体原子而被分配给这些正离子（不可见） 。 已出版的教科书中对用于气体发 光的点火的初始电子的要求的难以理解的评述 已通过被正电离的气体离子的 存在而详细说明。

具有大于 1 0 ⁵ eV ' ― ¹ 的动能的取自热阴极的这些电子直接进入 已被中和的 真空中。 惰性气体的电离能量低于 20 eV。 因此， 进入气体原子之间的真空 中的这些电子产生气体原子的大量的电离 （不可见） ， 以及通过具有小于电 离能量的动能的散射的电子的气体原子的激发 。 仅有受激的气体原子产生这 些光。 因此， 由 FL管中的轨道电子导致的该真空中的负场由这� ��正离子完全 而瞬时地中和， 而且被中和的气体空间成为了正电柱。 用精密的探针并不能 够检测到以 A ( 1 0— ⁸ cm )排序的单个电子和正离子的分布已通过等离� �体对 正电柱进行了说明， 该正电柱实际上是移动电子行程， 从宏观上来讲， 该本 发明中形成的电晕空间中的等离子体是电子、 正离子和中性气体原子的均匀 混合物。

本领域普通技术人员可以理解： 实现上述方法实施例的全部或部分步骤 可以通过程序指令相关的硬件来完成， 前述的程序可以存储于一计算机可读 取存储介质中， 该程序在执行时， 执行包括上述方法实施例的步骤； 而前述 的存储介质包括： R0M、 RAM, 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质 。

最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限 制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说 明， 本领域的普通技术人 员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案 进行修改， 或者 对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术 方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。