專利名稱：具有外部接地探針和改進的燈泡組件的無電極燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于利用等離子燈產生光的裝置和方法。更具體地，本發明提供由射 頻源(而不使用在氣體填充的容器(燈泡)內的電極)驅動的等離子燈及相關方法。僅作 為實例，可將這種等離子燈應用于諸如體育場、安全設施、停車場、軍事和國防、街道、大型 和小型建筑物、車輛前大燈、飛機場、橋梁、倉庫、紫外線水處理、農業、建筑照明、舞臺照明、 醫療照明、顯微鏡、投影儀和顯示器以及它們的任何組合等等的應用場合。
背景技術：
等離子燈提供非常明亮且寬廣(broadband，寬帶)的光，并且在諸如普通照明、投 影系統以及工業處理的應用場合中是有用的。現今制造的典型的等離子燈包含氣體和痕量 物質(trace substance)的混合物，用流過緊密間隔的電極的高電流來激勵該混合物以形 成等離子體。然而，此布置會經歷電極的劣化，因此具有有限的使用壽命。現有技術中已經提出了用微波源驅動的無電極等離子燈。傳統的構造包括等離子 填充物，該等離子填充物被封裝在燈泡中或被封裝在形成波導的介電體內的密封凹槽中， 其微波能量由諸如磁控管的源所提供，并被引入波導管中且有阻力地(resistively，抵抗 地)加熱等離子體。美國專利號6，737，809B2 spiaU等人)提供了另一實例，其示出了具 有局限性的不同的布置。Espiau等人示出了等離子體封裝燈泡以及形成共振微波電路的一 部分的介電質腔，其利用微波放大器來提供激勵。然而，hpiau等人具有一些缺陷。介電 質腔以集成構造而空間地定位在等離子體封裝燈泡的周緣的周圍，其物理地阻止了從燈泡 發出的光(特別是在可見區中的光)的形式的電磁輻射的大部分。另外，集成構造通常難 以制造，并且限制了等離子體封裝燈泡的操作和可靠性。通過本說明書，并且更具體地通過 下面的內容，可進一步描述傳統技術的這些和其它限制。從上面的描述可知，人們迫切希望具有用于改進照明的技術。

發明內容
根據本發明，提供了有關用于利用等離子燈發光的裝置和方法。更具體地，本發明提供了由射頻源(不使用電極)驅動的等離子燈及相關方法。僅作為實例，這種等離子 燈可應用于諸如體育場、安全設施、停車場、軍事和國防、街道、大型和小型建筑物、橋梁、倉 庫、農業、紫外線水處理、建筑照明、舞臺照明、醫療照明、顯微鏡、投影儀和顯示器及它們的 任何組合等等的應用場合。在具體實施例中，等離子無電極燈包括基本上由導電外涂層覆蓋的介電本體，其 緊密地容納兩個耦合元件；連接至RF放大器的輸出的輸入耦合元件(RF源耦合元件)；以 及連接至RF放大器的輸入的反饋耦合元件。輸入耦合元件導電地連接(接地)至燈體頂 面的導電涂層，而反饋耦合元件不是這樣的。該燈進一步包括燈泡/輸出耦合元件組件，該 組件在其底面處接地連接至燈體的導電涂層。電磁能量在輸入耦合元件與燈泡/輸出耦合 元件組件之間RF耦合，以及在燈泡/輸出耦合元件組件與反饋耦合元件之間RF耦合。電 磁能量用電容方式、或用電感方式、或用電感和電容的組合方式被耦合至燈泡/輸出耦合 元件組件內的燈泡。該燈可進一步包括反射體，以引導燈泡/輸出耦合元件組件中的燈泡 的發光輸出。替代地，其可以不這樣。該燈進一步包括將燈泡/輸出耦合元件組件的頂部 導電連接至燈體的導電外涂層的接地母線。替代地，接地母線可將燈泡/輸出耦合元件組 件的頂部導電連接至反射體，反射體又導電連接至燈體。在另一實施例中，去除第二耦合元件，并且，第一耦合元件連接至RF源的輸出，RF 源可進一步包括RF振蕩器和放大器。在又一實施例中，燈體包括部分地填充有介電插入物的金屬導電體。在又一實施例中，燈體包括基本上中空的且沒有介電插入物的金屬導電體。在又一實施例中，等離子無電極燈內的燈泡/輸出耦合元件組件包括單一本體或 多部分本體。在第一部分中，包括實心導體的第一耦合元件被介電本體緊密地容納但并未 完全封閉。第一部分的一部分可被導電地涂覆。在第二部分中，介電本體緊密地容納氣體 填充的容器(燈泡)；氣體填充的容器可以或并非被介電本體完全封閉。在第三部分中，包 括實心導體的第二耦合元件被介電本體緊密地容納但并未完全封閉。第三部分的一部分可 被導電地涂覆。在第一部分與第三部分之間不存在直流(DC)導電路徑；電磁能量通過第二 部分在它們之間以電容方式或電感方式或者以電容和電感方式的組合方式進行耦合。在又一方面中，第一和第二耦合元件包括涂有導電飾面的介電材料，并且，氣體填 充的容器由第一和第二耦合元件的中心介電部分部分地但緊密地容納。在第一耦合元件與 第二耦合元件之間不存在直流導電路徑；電磁能量通過氣體填充的容器在它們之間以電容 方式或電感方式或者以電容和電感方式的組合方式進行耦合。在具體實施例中，本發明提供一種無電極等離子燈。該燈具有導電殼體，該導電殼 體具有限定在導電殼體內的空間容積。在具體實施例中，該空間容積在導電殼體內具有內 區域和外區域。該燈具有支撐體，支撐體具有設置于或部分地設置于導電殼體的空間容積 的內區域內的外表面區域以及覆蓋支撐體的外表面區域的導電材料。該燈具有氣體填充的 容器，該氣體填充的容器具有透明或半透明的本體，該本體具有內表面和外表面以及形成 于內表面內的腔體。在具體實施例中，該燈還可包括透明的部分和半透明部分兩者。氣體 填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域，以及限定在第一端部區域與第二端部區域 之間的長度。第一耦合元件(燈泡/輸出耦合元件)耦合至氣體填充的容器的第一端部區 域。第一耦合元件電耦合至導電材料。第二耦合元件耦合至氣體填充的容器的第二端部區域。RF源耦合元件空間地設置于導電殼體的外區域內，并設置于距離第一耦合元件的預定 距離內。該燈具有設置于RF源耦合元件與第一耦合元件之間的間隙(例如，氣隙)。根據 具體實施例，由預定距離提供該間隙。該燈具有包括輸出以及可選地包括輸入的RF源。RF 源的輸出通過間隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在替代的具體實施例中，本發明提供一種替代的無電極等離子燈。該燈具有導電 殼體，導電殼體具有限定于導電殼體內的空間容積。該空間容積具有在導電殼體內的內區 域和外區域。在具體實施例中，燈具有支撐體，支撐體具有設置于或部分地設置于導電殼體 的空間容積的內區域內的外表面區域以及覆蓋支撐體的外表面區域的導電材料。該燈具有 氣體填充的容器，氣體填充的容器具有透明的或半透明的本體，該本體具有內表面和外表 面以及形成于內表面內的腔體。氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域，以及 限定在第一端部區域與第二端部區域之間的長度。在具體實施例中，燈具有耦合至氣體填 充的容器的第一端部區域的第一耦合元件(燈泡/輸出耦合元件)。第一耦合元件電耦合 至導電殼體。燈具有空間地設置于導電殼體的外區域內以及設置于距離第一耦合元件預定 距離內的RF源耦合元件。在具體實施例中，燈具有設置于RF源耦合元件與第一耦合元件 之間的間隙。該間隙由預定距離形成。在具體實施例中，該燈具有包括輸出以及可選地包 括輸入的RF源。RF源的輸出通過間隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在又一替代的具體實施例中，本發明提供一種無電極等離子燈。該燈具有導電殼 體，導電殼體具有限定于導電殼體內的空間容積。該空間容積具有內區域和外區域。該燈 具有金屬支撐體，金屬支撐體具有設置于或部分地設置于導電殼體的空間容積的內區域內 的外表面區域。該燈具有氣體填充的容器，氣體填充的容器具有透明的或半透明的本體，該 本體具有內表面和外表面以及形成于內表面內的腔體。氣體填充的容器包括第一端部區域 和第二端部區域，以及限定在第一端部區域與第二端部區域之間的長度。該燈具有耦合至 氣體填充的容器的第一端部區域的第一耦合元件。在具體實施例中，第一耦合元件電耦合 至導電殼體。該燈還具有耦合至氣體填充的容器的第二端部區域的第二耦合元件。RF源耦 合元件空間地設置于導電殼體的外區域內，并設置于距離第一耦合元件的預定距離內。在 RF源耦合元件與第一耦合元件之間設置有間隙。該燈具有包括輸出的RF源，該輸出通過間 隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。更進一步，本發明提供一種操作無電極等離子燈裝置的方法。該方法包括提供等 離子燈，其可以是這里描述的任何一種。該方法包括將RF能量從RF源傳遞至輸入耦合元 件(RF源耦合元件)，其通過燈泡/輸出耦合元件(第一耦合元件)和氣隙耦合至氣體填充 的容器。在優選實施例中，RF能量具有范圍從大約IOOMHz到大約20GHz的頻率，但可以是 其它頻率。該方法包括從氣體填充的容器的發光(discharge)來輻射電磁能量(基本上由 氣體填充的容器的長度)。可選地，該方法包括通過第一耦合元件的導電材料傳遞來自氣體 填充的容器的熱能。在優選實施例中，導電材料的特征可以是導熱體和導電體。此外，本發明提供一種操作無電極等離子燈裝置的方法。該方法包括提供等離子 燈裝置，該等離子燈裝置可以是這里描述的任何一種。該方法包括將RF源耦合元件與耦合 至氣體填充的容器的第一耦合元件之間的預定距離從第一距離調節至第二距離，以將第一 間隙改變成與第一間隙不同的第二間隙。在優選實施例中，預定距離是氣隙或其它非實心 (non-solid，非固體)區域。當然，可以有其它變型、更改和替代。
采用本發明獲得了優于現有技術的好處。在具體實施例中，本發明提供一種具有 輸入、輸出以及反饋耦合元件的構造的方法和裝置，該構造對燈泡提供電磁耦合，該燈泡的 功率傳遞和頻率共振特性很大程度上獨立于傳統的介電諧振器(共振器)。在優選實施例 中，本發明提供一種具有提供改進的可制造性和設計靈活性的配置的方法和構造。其它實 施例可包括輸出耦合元件和燈泡的集成組件，該輸出耦合元件和燈泡以與現有的耦合元件 構造互補的方式起作用，并包括相關方法。更進一步，本方法和裝置提供改進的傳熱特性， 并進一步簡化了制造。在具體實施例中，本方法和由此得到的結構相對簡單，并且在用于商 業應用的制造時節省成本。根據該實施例，可實現這些好處中的一個或多個。這些和其它 好處可通過在本說明書(更具體地是下面的內容)進行描述。本發明在已知處理技術的背景下實現了這些好處和其它好處。然而，通過參考說 明書的后面部分和附圖，可實現對本發明的本質和優點的進一步理解。


通過考慮下面對優選實施例的描述，結合這里提供的附圖的閱讀，將獲得對本發 明及其優點的更完整的理解。在附圖和描述中，標號表示本發明的各種特征，相似的標號在 附圖和描述中表示相似的特征。圖IA是根據本發明的一個實施例的氣體填充的容器的概括示意圖，該氣體填充 的容器由RF源驅動，并以電容方式耦合至該源；為了優化燈的效率和光的輸出，在RF源與 共振器之間以及在共振器與氣體填充的容器之間存在多個阻抗匹配網絡。圖IB是根據本發明的一個實施例的氣體填充的容器的概括示意圖，該氣體填充 的容器由RF源驅動，并以電感方式耦合至該源；為了優化燈的效率和光的輸出，在RF源與 共振器之間以及在共振器與氣體填充的容器之間存在多個阻抗匹配網絡。圖2A是根據本發明的一個實施例的外部共振器無電極燈的簡化透視圖，其包括 燈體、輸入和反饋耦合元件、集成燈泡/輸出耦合元件組件、外部反射體以及外部RF放大 器。外部RF放大器連接在支持振蕩的正反饋構造中，該正反饋構造將能量耦合至燈泡。輸 入耦合元件與輸出耦合元件之間的耦合的共振特性在反饋回路中提供頻率選擇的振蕩。圖2B是根據本發明的一個實施例的替代的外部共振器無電極燈的簡化透視圖， 其包括燈體、輸入耦合元件、集成燈泡/輸出耦合元件組件、外部反射體以及外部RF源，外 部RF源可包括振蕩器和放大器。圖2C是根據本發明的一個實施例的替代的外部共振器無電極燈的簡化透視圖， 其包括燈體、輸入和反饋耦合元件、集成燈泡/輸出耦合元件組件以及外部RF放大器。外 部RF放大器連接在支持振蕩的正反饋構造中，該正反饋構造將能量耦合至燈泡。輸入耦合 元件與輸出耦合元件之間的耦合的共振特性在反饋回路中提供頻率選擇的振蕩。圖2D是根據本發明的一個實施例的替代的外部共振器無電極燈的簡化透視圖， 其包括燈體、輸入耦合元件、集成燈泡/輸出耦合元件組件、外部反射體以及外部RF源，外 部RF源可包括振蕩器和放大器。圖3A是根據本發明的一個實施例的包括多個部分的集成燈泡/輸出耦合元件組 件的簡化透視圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡)以及頂部耦 合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件是固體電導體。
圖:3B是根據本發明的一個實施例的圖3A所示的包括多個部分的集成燈泡/輸出 耦合元件組件的簡化側剖圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡) 以及頂部耦合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件是固體電導體。圖3C是根據本發明的一個實施例的替代的包括多個部分的集成燈泡/輸出耦合 元件組件的簡化透視圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡)以及 頂部耦合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件具有導電涂覆的介電材料。圖3D是根據本發明的一個實施例的圖3C所示的包括多個部分的替代的集成燈泡 /輸出耦合元件組件的簡化側剖圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是 燈泡)以及頂部耦合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件具有導電涂覆的介電材料。圖3E是根據本發明的一個實施例的包括多個部分的替代的集成燈泡/輸出耦合 元件組件的簡化透視圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡)以及 頂部耦合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件具有導電涂覆的介電材料。圖3F是根據本發明的一個實施例的圖3E所示的包括多個部分的替代的集成燈泡 /輸出耦合元件組件的簡化側剖圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是 燈泡)以及頂部耦合元件。輸出耦合元件和頂部耦合元件具有導電涂覆的介電材料。圖3G是圖3E中的組件的包括多個部分的替代的集成燈泡/輸出耦合元件組件的 透視圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡)，但是沒有頂部耦合 元件。輸出耦合元件由導電涂覆的介電材料制成。圖;3H是圖3G所示的包括多個部分的替代的集成燈泡/輸出耦合元件組件的側剖 圖，所述多個部分包括輸出耦合元件、氣體填充的容器(是燈泡)，但是沒有頂部耦合元件。 輸出耦合元件由導電涂覆的介電材料制成。圖31是圖3G中的組件的替代的集成燈泡/輸出耦合元件組件的透視圖，其包括 由金屬制成的并凹入以容納氣體填充的容器(燈泡)的輸出耦合元件。圖3J是圖31所示的替代的集成燈泡/輸出耦合元件組件的側剖圖，其包括由金 屬制成的并凹入以容納氣體填充的容器(燈泡)的輸出耦合元件。圖4是根據本發明的一個實施例的圖2A、圖2B、圖2C以及圖2D所示的燈的燈體/ 金屬外殼的簡化透視圖。中空導電燈體容納集成燈泡/輸出耦合元件組件，并容納輸入耦 合元件和反饋耦合元件。圖5A是根據本發明的一個實施例的替代的無電極燈設計的簡化側剖圖，其使用 圖4所示的導電燈體和圖3D所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件。燈體內部用空氣填充， 并且，在輸入耦合元件周圍使用介電層，以防止電弧放電。圖5B是圖5A所示的更改的燈設計的簡化側剖圖。根據本發明的一個實施例，已 經去除了介電層的處于燈泡組件的輸出耦合元件周圍的部分。圖5C是圖5A所示的替代的燈設計的簡化側剖圖。根據本發明的一個實施例，燈 體的下部被部分地由介電物質所填充。圖5D是圖5A所示的替代的燈設計的側剖圖。根據本發明的一個實施例，燈體的 下部被部分地由介電物質填充。
1具體實施例方式根據本發明，提供涉及用于利用等離子燈發光的裝置和方法的技術。更具體地，本 發明提供由射頻源驅動的等離子燈及相關方法，其在氣體填充的容器(燈泡)內不使用電 極。僅作為實例，這種等離子燈可應用于諸如體育場、安全設施、停車場、軍事和國防、街道、 大型和小型建筑物、橋、倉庫、農業、紫外線水處理、建筑照明、舞臺照明、醫療照明、顯微鏡、 投影儀和顯示器以及它們任何組合等等的應用場合。提供以下描述，以使得本領域技術人員能夠制造并使用本發明，并將其結合在具 體應用場合的環境中。對于本領域的技術人員來說，各種更改以及在不同應用場合中的多 種使用都將是顯而易見的，并且，可將這里定義的一般原理應用于較寬范圍的實施例。因 此，本發明并非旨在限于所提出的實施例，而是被給予了與本文所公開的原理和新穎特征 相一致的最寬范圍。在以下詳細描述中，闡述許多具體細節，以提供對本發明的更充分的理解。然而， 對于本領域的技術人員來說將顯而易見的是，可在不必局限于這些具體細節的情況下實踐 本發明。在其它情況中，以框圖的形式、而不是詳細地示出了眾所周知的結構和裝置，以避 免使本發明難理解。將讀者的注意力引向與此申請文件同時提交并且與此申請文件一起對公眾公開 的所有文章和文獻，并且，所有這種文章和文獻的內容通過引證結合與此。可利用為了相 同、等同或相似目的的替代特征來代替在此申請文件中公開的所有特征(包括任何所附權 利要求、摘要、以及附圖)，除非明確地說明并非如此。因此，除非明確地說明并非如此，否則 公開的每個特征都僅是一類等同或相似特征的一個實例。此外，權利要求中的未明確說明用于執行具體功能的“裝置”或用于執行具體功能 的“步驟”的任何元素不應被解釋為美國專利法第35章第112節第6段(35U. S. C. Section 112,Paragraph 6)中指定的“裝置”或“步驟”條款。具體地，在這里，權利要求中的“...的 步驟”或“...的動作”的使用并非旨在適用美國專利法第35章第112節第6段的條款。請注意，如果使用的話，標志左、右、前、后、頂部、底部、前面、背面、順時針和逆時 針僅用于方便的目的，并非旨在暗示任何具體的固定方向。相反，它們用來反映對象的各種 部分之間的相對位置和/或方向。另外，術語“第一”和“第二”等描述符并非必須暗示一 種順序，而應用通常的含義進行解釋。圖IA示出了從RF源110至氣體填充的容器130的能量有效傳遞的一般示意圖。 此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認 識到其它變型、更改和替代。將來自RF源的能量引導至阻抗匹配網絡210，阻抗匹配網絡 使得能夠將能量有效地從RF源傳遞至共振結構220。這種阻抗匹配網絡的實例是E場或H 場耦合元件，但可以是其它的。根據本發明的一個實施例，另一阻抗匹配網絡230又使得能 夠將能量有效地從共振器傳遞至氣體填充的容器130。阻抗匹配網絡的一個實例是E場或 H場耦合元件。當然，會存在其它變型、更改和替代。在一個具體實施例中，氣體填充的容器由適當的材料制成，例如石英或其它透明 的或不透明的材料。用惰性氣體(例如氬氣)和熒光體(例如水銀、鈉、鏑、硫)或金屬鹵 化物鹽(metal halide salt)(例如三溴化銦、溴化鈧，或碘化銫)(或者，其可同時包含多 種熒光體)填充氣體填充的容器。根據一個具體實施例，是水銀、碘化鉈和三溴化銦。氣體填充的容器也可包括金屬鹵化物，或根據一個具體實施例，包括將放出電磁輻射的其它金 屬件。當然，會存在其它變型、更改和替代。在一個具體實施例中，電容耦合結構131用來將RF能量驅動至燈泡130內的氣體 填充物。眾所周知，電容耦合器典型地包括兩個電極，該兩個電極有限程度地包圍出一定容 積，并且電容耦合器主要地利用至少電場(E場)來耦合能量。如本領域的技術人員能夠理 解的，如這里以示意形式描述的，可將阻抗匹配網絡210和230以及共振結構220解釋為RF 源與電容耦合結構之間的分布式電磁耦合的等效電路模型。阻抗匹配網絡的使用也允許源 具有除了 50歐姆以外的阻抗；這可提供與RF源的性能相關的優點，其形式是減少了來自 RF源的熱量或功率消耗。降低來自RF源的功率消耗和損失，將使得燈整體上能夠具有更高 的效率。如本領域的技術人員還能夠理解的，阻抗匹配網絡210和230并非必須是相同的。圖IB示出了從RF源110至氣體填充的容器130的有效能量傳遞的一般示意圖。 此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認 識到其它變型、更改和替代。來自RF源的能量引導至阻抗匹配網絡210，阻抗匹配網絡使得 能夠將能量有效地從RF源傳遞至共振結構220。另一阻抗匹配網絡230又使得能夠將能量 有效地從共振器傳遞至氣體填充的容器130。電感耦合結構140用于將RF能量傳遞至燈泡 130內的氣體填充物。眾所周知，電感耦合器典型地包括電線或有限程度的線圈狀電線，并 主要利用磁場(H場)耦合能量。如本領域的技術人員能夠理解的，如這里以示意形式描述 的，可將阻抗匹配網絡210和230以及共振結構220解釋為RF源與電感耦合結構之間的分 布式電磁耦合的等效電路模型。阻抗匹配網絡的使用也允許源具有除了 50歐姆以外的阻 抗；這可提供與RF源的性能相關的優點，其形式是減少了來自RF源的熱量或功率消耗。降 低來自RF源的功率消耗和損失，將使得燈整體上能夠具有更高的效率。如本領域的技術人 員還能夠理解的，阻抗匹配網絡210和230并非必須是相同的。圖2A是使用燈體600的無電極燈的透視圖，燈體600的外表面601是導電的并接 地。此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將 認識到其它變型、更改和替代。描述了圓柱形的燈體，但是可使用矩形或其它形狀。可通過 導電飾面的應用或通過導電材料的選擇，來實現此導電性。導電飾面的一個示例性實施例 是銀粉漆，或者替代地，燈體可由導電材料(例如鋁)的片材制成。集成燈泡/輸出耦合元 件組件100由燈體600通過開口 610緊密地容納。燈泡/輸出耦合元件100包含燈泡130， 其是最終產生發光輸出的氣體填充的容器。本發明的一個方面是，組件100的底部、輸出耦合元件120在平面101處接地至本 體600及其導電表面601。收集來自燈泡的發光輸出，并用外部反射體670弓丨導該輸出，外 部反射體670是導電的，或者，如果其由介電材料制成，那么其具有導電襯，并且，外部反射 體670附接至本體600并與其電接觸。本發明的另一方面是，組件100的頂部、頂部耦合元 件125經由接地母線710和反射體670在平面102處接地至本體600。替代地，反射體670 可能不存在，并且，接地母線與本體600直接電接觸。反射體670被描述為是拋物線的形狀， 燈泡130設置在其焦點附近。本領域的技術人員將認識到，可設計很多種可能的反射體形 狀來滿足光束方向需求。在一個具體實施例中，這些形狀可以是圓錐形的、凸出的、凹入的、 梯形的、金字塔形的或它們的任何組合等等。較短的反饋E場耦合元件635耦合少量來自 燈泡/輸出耦合元件組件100的RF能量，并對RF放大器210的RF放大器輸入211提供反饋。反饋耦合元件635由燈體600通過開口 612緊密地容納，這樣，與燈體的導電表面601 沒有直接的直流電接觸。輸入耦合元件630與RF放大器輸出212電連接。輸入耦合元件 630由燈體600通過開口 611緊密地容納，這樣，與燈體的導電表面601沒有直接的直流電 接觸。然而，本發明的另一關鍵方面是，輸入耦合元件的頂部在平面631處接地至本體600 及其導電表面601。將RF功率從輸入耦合元件630主要以電感方式強烈地耦合至燈泡/輸出耦合元 件組件100，這是通過物理接近、它們的相對長度及它們接地平面的相對布置來實現的。燈 泡/輸出耦合元件組件的表面637被導電飾面或導電材料所覆蓋，并且連接至本體600及 其導電表面601。燈泡/輸出耦合元件組件的包括表面638、639以及640的其它表面不用 導電層覆蓋。另外，表面640是光學透明的或半透明的。通過電磁模擬并通過直接測量，發 現了輸入耦合元件630和輸出耦合元件120與燈組件100之間的耦合是高度頻率選擇性 的，并且主要是電感的。此頻率選擇性在包括輸入耦合元件630、燈泡/輸出耦合元件組件 100、反饋耦合元件635以及放大器210的電路中提供共振振蕩器。本領域的技術人員將認識到，共振振蕩器是在圖IA和圖IB中示意性地描述的RF 源110的等同物。本發明的一個顯著優點是，共振頻率很大程度上取決于輸入和輸出耦合 元件的相對長度。這允許使用緊湊型燈體，其自然共振頻率可能比實際操作頻率大得多。 在一個實例實施例中，燈體600的底部可由直徑為1. 5”和高度為0. 75”的中空鋁圓柱體構 成。這種氣腔共振器的基礎共振頻率為大約4GHz，但是，在具體實施例中，通過使用上述用 于輸入耦合元件和輸出耦合元件的設計，并通過調節輸出耦合元件的長度，燈組件的整體 共振頻率可減小至900MHz或不大于大約900MHz。本發明的另一顯著優點是，耦合至燈泡 130的RF功率很大程度上取決于燈泡/輸出耦合元件組件100內的輸入耦合元件630和 輸出耦合元件120之間的物理間隔。這允許在裝配時對燈的亮度輸出進行微調，該燈包括 具有不嚴格的尺寸公差的部件。本發明的另一顯著優點是，輸入耦合元件630和燈泡/輸 出耦合元件組件100分別在平面631處和101處接地，所述平面與本體600的外表面一致。 這消除了微調它們插入燈體的深度的需要——以及它們之間的RF耦合對于該深度的任何 靈敏性——簡化了燈的制造，并改進了燈亮度輸出的一致性。圖2B是無電極燈的透視圖，其與圖2A所示的無電極燈的不同之處僅在于其RF 源，該RF源不是分布式振蕩電路，而是與RF放大器210的RF放大器輸入211電連接的單 獨的振蕩器205。RF放大器輸出212與輸入耦合元件630電連接，輸入耦合元件630將RF 功率發送至燈泡/輸出耦合元件組件100。燈泡/輸出耦合元件組件100中的輸入耦合元 件630和輸出耦合元件之間的耦合的共振特性被頻率匹配至RF源，以優化RF功率傳遞。當 然，會存在其它變型、更改和替代。圖2C是無電極燈的透視圖，其與圖2A所示的無電極燈相似，不同之處在于沒有反 射體670。燈泡組件中的頂部耦合元件125利用接地母線715與燈體600直接連接。此圖 僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到 其它變型、更改和替代。圖2D是無電極燈的透視圖，其與圖2B所示的無電極燈的不同之處在于其燈泡/ 輸出耦合元件組件100。該燈泡/輸出耦合元件組件由在頂部凹入以容納氣體填充的容器 130的固體金屬(金屬柱)120組成。耦合元件的另一端在表面101處接地至燈體。金屬柱的頂部由圖4所示的金屬環650包圍。可用介電材料或耐火金屬(例如鉬)的薄層作為燈 泡與金屬柱之間的界面。替代地，金屬柱的頂部或金屬柱的全部可由耐火金屬制成，其外表 面覆蓋有一層具有高導電性的金屬，例如銀或銅。金屬柱的內部也可以是中空的。圖3A是集成燈泡/輸出耦合元件組件100的透視圖，其與圖2A、圖2B以及圖2C 中描述的組件100相同。此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。 本領域的技術人員將認識到其它變型、更改和替代。該組件包括下部110、中部111和上部 112。替代地，這些部分可能不是物理分開的。下部110鉆有孔，以緊密地容納輸出耦合元 件120，其是實心導體。耦合元件120在平面121處從下部110伸出。本發明的一個關鍵 方面是，耦合元件120在平面121處與圖2A、圖2B以及圖2C中描述的燈體600接地接觸。 中部111是中空的，以緊密地容納燈泡130，燈泡是最終產生燈的發光輸出的氣體填充的容 器。氣體填充的容器包含惰性氣體(例如氬氣)和熒光體(例如水銀、鈉、硫)或金屬鹵化 物鹽(例如三溴化銦或碘化銫)(或者，其可同時包含多種熒光體)。替代地，中部111是 中空的，所得到的腔體形成了燈泡130的容積(容納空間，volume)，使得二者成為一體的單 元。可用高溫粘合劑將中部111附接至下部110和上部112。上部112鉆有孔，以緊密地容 納頂部電極125，頂部電極是實心導體。頂部電極125在平面1 處從上部112伸出。本發 明的一個關鍵方面在于，頂部耦合元件125在平面1 處與燈體600接地接觸，如圖2A、圖 2B以及圖2C中所描述的。這通過接地母線710和反射體本體670或接地母線715實現。 總而言之，RF能量通過輸出耦合元件120和頂部耦合元件125以電容方式或電感方式或以 電感方式和電容方式的組合方式耦合至燈泡130，燈泡130由石英、半透明氧化鋁，或其它 相似的材料制成，使惰性氣體離子化并使熒光體蒸發，從而產生從燈發出的強光115。部分110、111以及112均可由相同材料或不同材料制成。部分111對可見光必須 是透明的，并具有高熔點，例如石英或半透明氧化鋁。部分Iio和112可由透明的(石英或 半透明氧化鋁)或不透明的材料(氧化鋁)制成，但是，其在RF頻率下必須具有低損耗。在 所有三個部分使用相同材料的情況中，組件可由單一材料片制成，例如石英或半透明氧化 鋁的中空管。上部112可涂覆有導電飾面116，其目的是屏蔽來自頂部電極125的電磁輻 射。下部110可部分地涂覆有導電飾面117，其目的是屏蔽來自輸出耦合元件120的電磁輻 射。該部分涂層將延伸至下部110的從燈體600伸出的部分，如圖2A、圖2B和圖2C中所描 述的，并且，不與輸入耦合元件630重疊。平面將從燈體伸出的部分與未由虛線140示意性 地指示的部分分開。導電飾面116和117的一個實例實施例是銀粉漆。替代地，代替導電 飾面，下部110的部分可由作為圖4所示的燈體600的延長部分的一部分的金屬環650所 覆蓋。不涂覆中部111的外表面。圖;3B是圖3A所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件100的側剖圖。此圖僅是一個 實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、 更改和替代。該組件可由單一材料片制成，例如中空石英管或半透明氧化鋁，或者，其可由 三種不同的片制成并裝配在一起。圖3C是集成燈泡/輸出耦合元件組件100的替代設計的透視圖。此圖僅是一個實 例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更 改和替代。該組件與圖3A相似，除了用導電涂覆的介電物質而不是用實心導體來制造輸出 耦合元件120和頂部耦合元件125以外。燈泡組件包括三個部分110、111以及112，其可分
18別由不同材料制成并集成在一起，或者可由單一部件制成，例如中空石英管或半透明氧化 鋁。輸出耦合元件120由介電質柱122構成，介電質柱由諸如氧化鋁的材料制成，其外表面 涂覆有導電飾面，例如銀。本體110鉆有孔，以容納輸出耦合元件120。頂部耦合元件125 也由介電質柱127組成，介電質柱由諸如氧化鋁的材料制成，其外表面涂覆有導電飾面，例 如銀。一個關鍵的發明是，輸出耦合元件120和頂部耦合元件125的介電質柱鉆有孔，以 緊密地容納燈泡130，使得通過其介電中心的熱傳遞和通過其導電外涂層的RF耦合同時發 生。輸出耦合元件和頂部耦合元件的介電質柱的與燈泡接觸的區域未由導電飾面覆蓋。使 用此燈泡組件方案，保持高RF場遠離燈泡的端部，從而產生更可靠的燈。本發明的另一關 鍵方面在于，輸出耦合元件120和頂部耦合元件125分別在平面121處和1 處與圖2A、圖 2B以及圖2C中描述的燈體600接地接觸。如圖2A、圖2B以及圖2C中描述的由燈體600容納的(并與輸入耦合元件630的 長度重疊)本體110的部分(在圖3C中示出為在虛線140下方)未由導電層涂覆。將本 體110的在燈體600上方但基本上在燈泡130下方的部分示意性地描述為處于140與141 之間的區域；此部分可由導電飾面涂覆。將本體110的基本上在燈泡130上方的部分描述 為在線142以上的區域；此部分也可由導電飾面116涂覆。導電涂層的目的是屏蔽不想要 的電磁輻射。導電飾面116和117的一個實例實施例是銀粉漆。替代地，代替導電飾面，下 部110的部分可由作為燈體600的延長部分的一部分的金屬環650覆蓋，如圖4所示。未 涂覆中部111的外表面。圖3D是圖3C所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件100的側剖圖。此圖僅是一個 實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、 更改和替代。該組件可由單一材料片制成，例如中空石英管或半透明氧化鋁，或者，其可由 三個不同的部件制成并裝配在一起。圖3E是集成燈泡/輸出耦合元件組件100的替代設計的透視圖。此圖僅是一個實 例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更 改和替代。該組件與圖3C相似，除了組件的中部和頂部不在介電質管(例如石英管)內以 外。該組件由三個部分組成。底部110與圖3C相同，并且，其包含由介電質柱122構成的 輸出耦合元件120，介電質柱122由諸如氧化鋁的材料制成，其外表面涂覆有導電飾面，例 如銀。中部由燈泡(填充氣體的容器)130組成，燈泡由對可見光透明的材料制成，例如石 英或半透明氧化鋁。頂部由頂部耦合元件125組成，頂部耦合元件也由介電質柱127組成， 介電質柱127由諸如氧化鋁的材料制成，其外表面涂覆有導電飾面，例如銀。一個關鍵的發 明是，輸出耦合元件120和頂部耦合元件125的介電質柱鉆有孔，以緊密地容納燈泡130，使 得通過它們的介電中心的熱傳遞和通過它們的導電外涂層的RF耦合同時發生。輸出耦合 元件和頂部耦合元件的介電質柱的與燈泡接觸的區域未由導電飾面覆蓋。使用此燈泡組件 方案，保持高RF場遠離燈泡的端部，從而產生更可靠的燈。本發明的另一關鍵方面是，輸出 耦合元件120和頂部耦合元件125分別在平面121處和1 處與圖2A、圖2B和圖2C中描 述的燈體600接地接觸。如圖2A、圖2B和圖2C中描述的本體110的由燈體600容納的(并與輸入耦合元 件630的長度重疊)的部分(在圖3E中示出為在虛線140下方)未由導電層涂覆。將本體 110的在燈體600上方但基本上在燈泡130下方的部分示意性地描述為處于140與141之間的區域；此部分可由導電飾面117涂覆。導電涂層的目的是屏蔽不想要的電磁輻射。導 電飾面117的一個實例實施例是銀粉漆。替代地，代替導電飾面，下部110的部分可由作為 燈體600的延長部分的一部分的金屬環650覆蓋，如圖4所示。圖3F是圖3D所示的集成燈泡/輸出元件組件100的側剖圖。此圖僅是一個實例， 其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改 和替代。其與圖3E所示的組件相似，除了組件的中部和頂部不在由諸如石英的材料制成的 介電質管內以外。圖3G是集成燈泡/輸出耦合元件組件100的替代設計的透視圖。此圖僅是一個實 例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更 改和替代。除了沒有頂部耦合元件以外，該組件與圖3E相似。該組件由兩個部分組成。底 部110與圖3E相同，并且，其包含由介電質柱122組成的輸出耦合元件120，介電質柱122 由諸如氧化鋁的材料制成，其外表面涂覆有導電飾面，例如銀。頂部由燈泡(填充氣體的容 器)130組成，燈泡由對可見光透明的材料制成，例如石英或半透明氧化鋁。本發明的一個 關鍵方面是，輸出耦合元件120的介電質柱鉆有孔，以緊密地容納燈泡130，使得通過其介 電中心的熱傳遞和通過其導電外涂層的RF耦合同時發生。輸出耦合元件的介電質柱的與 燈泡接觸的區域未由導電飾面覆蓋。用此燈泡組件方案，保持高RF場遠離燈泡的端部，產 生更可靠的燈。本發明的另一關鍵方面是，輸出耦合元件120在平面121處與圖2A、圖2B 和圖2C中描述的燈體600接地接觸。如圖2A、圖2B以及圖2C中描述的本體110的由燈體600容納的(并與輸入耦合 元件630的長度重疊)的部分(在圖3G中示出為在虛線140下方)未由導電層涂覆。將 本體110的在燈體600上方但基本上在燈泡130下方的部分示意性地描述為處于140與 141之間的區域；此部分可由導電飾面117涂覆。導電涂層的目的是屏蔽不想要的電磁輻 射。導電飾面117的一個實例實施例是銀粉漆。替代地，代替導電飾面，本體110的在140 和141之間的部分可由作為燈體600的延長部分的一部分的金屬環650覆蓋，如圖4所示。圖3H是圖3G所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件100的側剖圖。此圖僅是一個 實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、 更改和替代。除了沒有頂部耦合元件以外，該組件與圖3F相似。圖31是與圖2D描述的組件相同的集成燈泡/輸出耦合元件組件100的替代設計 的透視圖。用實心導體(金屬柱)120制造該組件，并使其頂部凹入，以緊密地容納填充氣 體的容器130的一端。金屬柱121的另一端接地至燈體。介電材料或耐火金屬(例如鉬) 的薄層可用作燈泡與金屬柱之間的界面。替代地，金屬柱的頂部或金屬柱的全部可由耐火 金屬制成，其外表面覆蓋有具有高導電性的金屬層，例如銀或銅。金屬柱的內部也可以是中 空的。該組件沒有頂部耦合元件。圖3J是圖31所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件100的側剖圖。除了柱由實心 導體制成而不是由涂覆有導電層的介電材料制成以外，該燈泡/輸出耦合元件與圖3H相 似。此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員 將認識到其它變型、更改和替代。圖4是圖2A、圖2B、圖2C以及圖2D所示的燈的燈體/金屬外殼的透視圖。此圖僅 是一個實例，其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改和替代。燈體/金屬外殼由兩部分組成，底部600和頂部650。在此情況中，燈 體的底部是圓柱形的，但是也可將其制成矩形的或其它形狀。燈體的頂部是金屬環的形式， 但是其也可以是矩形/正方形的形式。燈體由金屬制成，例如鋁或銅。燈體可由多部件制 成并用螺釘或通過焊接(soldering)或粘接(welding)或其它技術附接在一起。燈體638 的內部是中空的，并且，其通過孔610和510容納集成燈泡/輸出耦合元件組件100 (圖3A、 圖3C、圖3E、圖3G和圖31)。輸出耦合元件120和頂部耦合元件125與燈體電連接，燈體接 地。在燈體611和612中還有孔，以容納圖2A、圖2B、圖2C以及圖2D所示的輸入耦合元件 630和反饋耦合元件635。這兩個耦合元件將不在底部接觸燈體的壁部。然而，輸入耦合元 件630將在燈體600的頂面通過孔731伸出，并與連接至地面的燈體連接。圖5A是替代的無電極燈設計的側剖圖，其使用了圖4所示的燈體/金屬外殼和圖 3E所示的集成燈泡/輸出耦合元件組件。此圖僅是一個實例，其在這里不應不適當地限制 權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改和替代。燈體638的內部基 本上是中空的。在輸入耦合元件630周圍可使用介電層605 (例如特氟綸)，以防止電弧放 電。輸入耦合元件631的端部連接至接地的燈體。燈組件也在平面101和102處接地。燈 體600內部的燈組件110的下部未由任何金屬覆蓋。這允許RF能量從輸入耦合元件630 耦合至輸出耦合元件120。至燈泡的耦合和阻抗匹配取決于兩個耦合元件之間的間隔及其 尺寸(包括長度和直徑)。燈體和燈組件的共振頻率很大程度上取決于輸出耦合元件的長 度，并不太依賴于圓柱形燈體的直徑。由燈體600通過開口 612緊密地容納反饋耦合元件 635，這樣，反饋耦合元件635與燈體600沒有直接的直流電接觸。較短的反饋E場耦合元 件635耦合少量來自燈泡/輸出耦合元件組件100的RF能量，并對RF放大器210提供反 饋。雖然圖5A所示的構造是與圖2A相似的反饋構造，但是，也可能用與圖2B相似的非反 饋構造來實現此設計。圖5B是圖5A所示的無電極燈的替代無電極燈設計的側剖圖。此圖僅是一個實例， 其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改 和替代。除了已經去除圖5A所示的介電層110(例如石英管)的圍繞燈體600底部內的輸 出耦合元件120的部分以外，此設計是相似的。圖5C是圖5A所示的無電極燈的替代無電極燈設計的側剖圖。此圖僅是一個實例， 其在這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改和 替代。除了燈體600在燈體的下部中被部分地填充有介電材料602以外，此設計是相似的。圖5D是圖5C所示的無電極燈的替代燈設計的側剖圖。此圖僅是一個實例，其在 這里不應不適當地限制權利要求的范圍。本領域的技術人員將認識到其它變型、更改和替 代。此設計也具有部分地填充有介電物質的燈體600，除了在此情況下，介電層是圍繞燈組 件的輸出耦合元件的圓筒形以外。還可能的是，燈體由介電物質完全填充。通過電磁模擬示出了 在圖5A、圖5B和圖5C中描述的設計中保持了在圖2A、圖 2B、圖2C以及圖2D中描述的燈設計的兩個顯著優點——即，共振頻率很大程度上取決于輸 入和輸出耦合元件的長度而較少依賴于燈體600的直徑，并且，耦合至燈泡130的RF功率 很大程度上取決于燈泡/輸出耦合元件組件100內的輸入耦合元件630和輸出耦合元件之 間的物理間隔。本領域的技術人員還可理解，可利用在圖2B中描述的集中式(Iump)RF源 構造來代替在圖5A、圖5B和圖5C中描述的分布式RF振蕩器構造(這不會給本發明帶來實質上的變化)，其包括反饋耦合元件635、放大器210，以及在燈泡/輸出耦合元件組件100 周圍形成正反饋回路的輸入耦合元件630，其與圖2A中描述的構造相似。
雖然以上是具體實施例的完整描述，但是可使用各種更改、替代構造和等同物。因 此，以上的描述和圖示不應理解為限制由所附權利要求限定的本發明的范圍。
權利要求
1.一種無電極等離子燈，包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；支撐體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的內區域內的外表面區 域以及覆蓋所述支撐體的所述外表面區域的導電材料；氣體填充的容器，具有透明的或半透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形 成于所述內表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及在 所述第一端部區域與所述第二端部區域之間限定的長度；第一耦合元件，空間地設置于耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域的所述 導電殼體的內區域內，所述第一耦合元件的另一端電連接至所述導電材料；第二耦合元件，耦合至所述氣體填充的容器的第二端部區域，所述第二耦合元件電連 接至所述導電材料；以及RF源耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的外區域內并設置于距離所述第一耦合元 件的預定距離內，所述RF源耦合元件的一端電連接至所述導電材料；間隙，設置于所述RF源耦合元件與所述第一耦合元件之間，所述間隙由所述預定距離 提供；包括輸出的RF源，所述RF源的輸出通過所述間隙和所述RF源耦合元件而耦合至所述第一耦合元件。
2.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源通過所述間隙和所述RF源耦合元件而至 少以電感方式耦合至所述第一耦合元件。
3.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源通過所述間隙和所述RF源耦合元件而至 少以電容方式或電感方式或者以電容方式和電感方式的組合被耦合至所述第一耦合元件。
4.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源構造為使得電磁能量的輸出基本上沿著 所述氣體填充的容器的長度，同時，所述氣體填充的容器的所述第一端部區域和第二端部 區域基本上沒有任何電磁能量。
5.根據權利要求1所述的燈，其中，所述電磁能量至少以電感方式耦合至所述氣體填 充的容器。
6.根據權利要求1所述的燈，其中，所述電磁能量至少以電容方式或電感方式或者以 電容方式和電感方式的組合被耦合至所述氣體填充的容器。
7.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源耦合元件進一步包括輸入，所述RF源的 輸出耦合至所述RF源耦合元件的所述輸入。
8.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體構造為在所述氣體填充的容器的操作 過程中傳遞來自所述氣體填充的容器的熱能。
9.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體由介電材料制成，所述介電材料構造為 提供機械支撐，所述介電材料進一步是所述導電材料與所述氣體填充的容器的所述第一端 部區域之間的擴散勢壘。
10.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體基本上沒有任何電磁能量的任何引導 特性。
11.根據權利要求1所述的燈，其中，所述氣體填充的容器包括惰性氣體以及一種或多種能夠發光的物質。
12.根據權利要求1所述的燈，其中，所述氣體填充的容器包括惰性氣體和一種或多種 能夠發光的物質，所述一種或多種物質從金屬鹵化物、金屬鹵化物混合物以及一種或多種 金屬物質中選擇。
13.根據權利要求1所述的燈，其中，所述第一耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域，所述第 二端直接連接至地電位。
14.根據權利要求1所述的燈，其中，所述第二耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述氣體填充的容器的所述第二端部區域，所述第 二耦合元件端直接連接至地電位。
15.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源耦合元件包括第一耦合元件端和第二耦 合元件端，所述第一端連接至所述RF源的輸出，所述第二端直接連接至地電位。
16.根據權利要求1所述的燈，其中，所述第一耦合元件包括所述導電材料內的暴露的 介電區域，所述第一耦合元件的所述暴露的介電區域耦合至所述氣體填充的容器的所述第 一端部區域。
17.根據權利要求16所述的燈，其中，所述暴露的介電區域構造為具有凹入形狀，以緊 密地插入所述氣體填充的容器的所述第一端部區域。
18.根據權利要求1所述的燈，其中，所述第二耦合元件包括所述導電材料內的暴露的 介電區域，所述第二耦合元件的所述暴露的介電區域耦合至所述氣體填充的容器的所述第 二端部區域。
19.根據權利要求18所述的燈，其中，所述暴露的介電區域構造為具有凹入形狀，以緊 密地插入所述氣體填充的容器的所述第二端部區域。
20.根據權利要求1所述的燈，其中，所述電磁能量在所述第一耦合元件與所述第二耦 合元件之間RF耦合。
21.根據權利要求1所述的燈，其中，所述電磁能量以電容方式或電感方式或者以電容 方式和電感方式的組合耦合至所述氣體填充的容器。
22.根據權利要求1所述的燈，進一步包括空間地被耦合至所述氣體填充的容器的反 射體裝置。
23.根據權利要求1所述的燈，其中，所述RF源選自RF放大器。
24.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電本體是金屬的，所述導電本體構造為將 電磁能量限制在所述空間容積內并構造為用于所述電磁能量的引導結構。
25.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電本體進一步包括介電插入物。
26.根據權利要求1所述的燈，其中，使所述導電本體是氣密密封的。
27.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電本體包括內表面區域，所述內表面區域 包括疊置的包含氧化物的材料。
28.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電本體包括內表面區域，所述內表面區域 包括絕緣材料。
29.根據權利要求1所述的燈，其中，所述空間容積基本上包括一種或多種氣體的混合物。
30.根據權利要求1所述的燈，其中，所述空間容積基本上是空氣。
31.根據權利要求1所述的燈，其中，所述空間容積保持在真空狀態。
32.根據權利要求1所述的燈，其中，所述空間容積基本上是氮氣。
33.根據權利要求1所述的燈，其中，所述空間容積基本上是具有大于2的介電常數的 介電材料。
34.根據權利要求1所述的燈，進一步包括設置于所述導電殼體的空間容積的外區域 的一部分內的反饋耦合元件，所述反饋耦合元件構造為對所述RF源發射指示。
35.根據權利要求33所述的燈，進一步包括在所述反饋耦合元件與所述第一耦合元件 之間的反饋耦合元件間隙，所述反饋耦合元件間隙基本上沒有固體介電材料。
36.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電本體基本上是中空的。
37.根據權利要求1所述的燈，其中，所述氣體填充的容器基本上不與所述導電材料接觸。
38.根據權利要求1所述的燈，其中，所述半透明材料是半透明氧化鋁材料。
39.根據權利要求1所述的燈，其中，所述導電殼體構造為圓柱形形狀、矩形形狀、環形 形狀、正方形形狀、三角形形狀、多邊形形狀、金字塔形形狀、卵形形狀或這些形狀的任何組I=I O
40.一種無電極等離子燈，包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；支撐體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的內區域內的外表面區 域以及覆蓋所述支撐體的所述外表面區域的導電材料；氣體填充的容器，具有透明的或半透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形 成于所述內表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及在 所述第一端部區域和所述第二端部區域之間限定的長度；第一耦合元件，空間地設置于耦合至所述填充氣體的容器的所述第一端部區域的所述 導電殼體的所述內區域內，所述第一耦合元件的另一端電連接至所述導電材料；RF源耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的所述外區域內并設置于距離所述第一耦 合元件的預定距離內，所述RF源耦合元件的一端電連接至所述導電材料；間隙，設置于所述RF源耦合元件與所述第一耦合元件之間，所述間隙由所述預定距離 形成；包括輸出的RF源，所述RF源的輸出通過所述間隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第 一耦合元件。
41.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源通過所述間隙和所述RF源耦合元件至 少以電感方式耦合至所述第一耦合元件。
42.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源通過所述間隙和所述RF源耦合元件至 少以電容方式或電感方式或者以電容方式和電感方式的組合耦合至所述第一耦合元件。
43.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源構造為使得電磁能量的輸出基本上沿 著所述氣體填充的容器的長度，同時，所述第一端部區域基本上沒有任何電磁能量。
44.根據權利要求40所述的燈，其中，所述電磁能量至少以電感方式耦合至所述氣體填充的容器。
45.根據權利要求40所述的燈，其中，所述電磁能量至少以電容方式或電感方式或者 以電容方式和電感方式的組合耦合至所述氣體填充的容器。
46.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源耦合元件進一步包括輸入，所述RF源 的輸出耦合至所述RF源耦合元件的輸入。
47.根據權利要求40所述的燈，其中，所述支撐體構造為在所述氣體填充的容器的操 作過程中傳遞來自所述氣體填充的容器的熱能。
48.根據權利要求40所述的燈，其中，所述支撐體由介電材料制成，所述介電材料構造 為提供機械支撐，所述介電材料進一步是所述導電材料與所述氣體填充的容器的所述第一 端部區域之間的擴散勢壘。
49.根據權利要求40所述的燈，其中，所述支撐體基本上沒有任何電磁能量的任何引 導特性。
50.根據權利要求40所述的燈，其中，所述氣體填充的容器包括惰性氣體和一種或多 種能夠發光的物質。
51.根據權利要求40所述的燈，其中，所述氣體填充的容器包括惰性氣體和一種或多 種能夠發光的物質，所述一種或多種物質從金屬鹵化物、金屬鹵化物混合物及一種或多種 金屬物質中選擇。
52.根據權利要求40所述的燈，其中，所述第一耦合元件包括第一耦合元件端和第二 耦合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域，所述 第二端直接連接至地電位。
53.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源耦合元件包括第一耦合元件端和第二 耦合元件端，所述第一端連接至所述RF源的輸出，所述第二端直接連接至地電位。
54.根據權利要求40所述的燈，進一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括第 一耦合元件端和第二耦合元件端，所述第一耦合元件端耦合至所述氣體填充的容器的所述 第二端部區域，所述第二耦合元件端直接連接至地電位。
55.根據權利要求40所述的燈，其中，所述第一耦合元件包括所述導電材料內的暴露 的介電區域，所述第一耦合元件的所述暴露的介電區域耦合至所述氣體填充的容器的所述 第一端部區域。
56.根據權利要求55所述的燈，其中，所述暴露的介電區域構造為具有凹入形狀，以緊 密地插入所述氣體填充的容器的所述第一端部區域。
57.根據權利要求40所述的燈，進一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括所 述導電材料內的暴露的介電區域，所述第二耦合元件的所述暴露的介電區域耦合至所述氣 體填充的容器的所述第二端部區域。
58.根據權利要求57所述的燈，其中，所述暴露的介電區域構造為具有凹入形狀，以緊 密地插入所述氣體填充的容器的所述第二端部區域。
59.根據權利要求40所述的燈，進一步包括第二耦合元件，并且其中，所述電磁能量在 所述第一耦合元件與所述第二耦合元件之間RF耦合。
60.根據權利要求40所述的燈，其中，所述電磁能量以電容方式或電感方式或者以電 容方式和電感方式的組合耦合至所述氣體填充的容器。
61.根據權利要求40所述的燈，進一步包括空間地耦合至所述氣體填充的容器的反射體裝置。
62.根據權利要求40所述的燈，其中，所述RF源選自RF放大器。
63.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電本體是金屬的，所述導電本體構造為將 電磁能量限制在所述空間容積內并構造為用于所述電磁能量的引導結構。
64.根據權利要求63所述的燈，其中，所述導電本體進一步包括介電插入物。
65.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電本體是氣密密封的。
66.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電本體包括內表面區域，所述內表面區域 包括疊置的含氧化物的材料。
67.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電本體包括內表面區域，所述內表面區域 包括絕緣材料。
68.根據權利要求40所述的燈，其中，所述空間容積基本上包括一種或多種氣體的混 合物。
69.根據權利要求40所述的燈，其中，所述空間容積基本上是空氣。
70.根據權利要求40所述的燈，其中，所述空間容積保持在真空狀態。
71.根據權利要求40所述的燈，其中，所述空間容積基本上是氮氣。
72.根據權利要求40所述的燈，其中，所述空間容積基本上是具有大于2的介電常數的 介電材料。
73.根據權利要求40所述的燈，進一步包括設置于所述導電殼體的空間容積的所述外 區域的一部分內的反饋耦合元件，所述反饋耦合元件構造為對所述RF源發射指示。
74.根據權利要求72所述的燈，進一步包括在所述反饋耦合元件與所述第一耦合元件 之間的反饋耦合元件間隙，所述反饋耦合元件間隙基本上沒有固體介電材料。
75.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電本體基本上是中空的。
76.根據權利要求40所述的燈，其中，所述氣體填充的容器基本上不與所述導電材料 接觸。
77.根據權利要求40所述的燈，其中，所述半透明材料是半透明氧化鋁材料。
78.根據權利要求40所述的燈，其中，所述導電殼體構造為圓柱形形狀、矩形形狀、環 形形狀、正方形形狀、三角形形狀、多邊形形狀、金字塔形形狀、卵形形狀或這些形狀的任何組合。
79.—種無電極等離子燈，包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；金屬支撐體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的所述內區域內的 外表面區域；氣體填充的容器，具有透明的或半透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形 成于所述內表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及在 所述第一端部區域和所述第二端部區域之間限定的長度；第一耦合元件，空間地設置于耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域的所述 導電殼體的所述內區域內，所述第一耦合元件的另一端電連接至所述導電材料；第二耦合元件，耦合至所述氣體填充的容器的所述第二端部區域，所述第二耦合元件 電連接至所述導電材料；以及RF源耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的所述外區域內并設置于距離所述第一耦 合元件的預定距離內，所述RF源耦合元件的一端電連接至所述導電材料；間隙，設置于所述源耦合元件與所述第一耦合元件之間，所述間隙由所述預定距離提供；包括輸出的RF源，所述RF源的輸出通過所述間隙和所述源耦合元件耦合至所述第一 耦合元件。
80.根據權利要求79所述的燈，其中，所述金屬支撐體是從鉬、鋁、銅、金、銀、復合金 屬、或金屬合金、或具有金屬涂層的氧化鋁中選擇的導電材料。
81.根據權利要求79所述的燈，其中，所述金屬支撐體包括下部區域和上部區域，所述 上部區域具有耐火金屬，所述耐火金屬耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域。
82.根據權利要求81所述的燈，其中，所述氣體填充的容器由石英材料制成，沒有所述 耐火金屬擴散到所述氣體填充的容器的石英材料的一部分中。
83.根據權利要求81所述的燈，其中，所述金屬支撐體可操作地電耦合至所述氣體填 充的容器。
84.—種無電極等離子燈，包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；金屬支撐體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的所述內區域內的 外表面區域；氣體填充的容器，具有透明的或半透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形 成于所述內表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及限 定在所述第一端部區域和所述第二端部區域之間的長度；第一耦合元件，空間地設置于耦合至所述填充氣體的容器的所述第一端部區域的所述 導電殼體的所述內區域內，所述第一耦合元件的另一端電連接至所述導電材料；RF源耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的所述外區域內并設置于距離所述第一耦 合元件的預定距離內；間隙，設置于所述RF源耦合元件與所述第一耦合元件之間；包括輸出的RF源，所述RF源的輸出通過所述間隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第 一耦合元件。
85.根據權利要求84所述的燈，其中，所述金屬支撐體是從鉬、鋁、銅、金、銀、復合金 屬、或金屬合金、或具有金屬涂層的氧化鋁中選擇的導電材料。
86.根據權利要求84所述的燈，其中，所述金屬支撐體包括下部區域和上部區域，所述 上部區域具有耐火金屬，所述耐火金屬耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域。
87.根據權利要求86所述的燈，其中，所述氣體填充的容器由石英材料制成，沒有所述 耐火金屬擴散到所述氣體填充的容器的石英材料的一部分中。
88.根據權利要求86所述的燈，其中，所述金屬支撐體可操作地電耦合至所述氣體填 充的容器。
89.一種操作無電極等離子燈裝置的方法，所述方法包括 提供等離子燈裝置，所述等離子燈裝置包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；介電本體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的所述內區域內的外 表面區域以及覆蓋所述介電本體的所述外表面區域的導電材料；氣體填充的容器，具有透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形成于所述內 表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及在所述第一端 部區域和所述第二端部區域之間限定的長度； RF放大器，包括輸入和輸出；第一耦合元件，空間地設置于耦合至所述填充氣體的容器的所述第一端部區域的所述 導電殼體的所述內區域內，所述第一耦合元件的另一端電連接至所述導電材料；輸入耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的所述外區域內并設置于距離所述第一耦 合元件的預定距離內；間隙，設置于所述輸入耦合元件與所述第一耦合元件之間；包括輸入和輸出的RF源，所述輸出通過所述間隙和所述輸入耦合元件耦合至所述第 一耦合元件，所述輸入耦合至所述反饋耦合元件；將RF能量從所述RF源傳遞至所述輸入耦合元件，所述RF能量具有的頻率的范圍是從 大約IOOMHz到大約20GHz ；由所述氣體填充的容器的發光，基本上從所述氣體填充的容器的長度輻射電磁能量。
90.根據權利要求89所述的方法，其中，沿著所述氣體填充的容器的長度空間地設置 電場，并且，在所述第一端部區域和所述第二端部區域中的任一個或在二者上基本上沒有 電場。
91.根據權利要求89所述的方法，其中，所述RF源的頻率是大約900MHz。
92.根據權利要求89所述的方法，其中，所述RF源的頻率是大約450MHz。
93.根據權利要求89所述的方法，進一步包括通過所述第一耦合元件的導電材料傳遞 來自所述氣體填充的容器的熱能，所述導電材料的特征是導熱體和導電體。
94.根據權利要求89所述的方法，進一步包括通過所述第一耦合元件的導電材料傳遞 來自所述氣體填充的容器的熱能，以將所述氣體填充的容器的溫度保持為基本上低于所述 氣體填充的容器的熔化溫度，所述導電材料的特征是導熱體和導電體。
95.根據權利要求89所述的方法，其中，所述氣體填充的容器的長度包括外表面區域， 所述外表面區域在距離所述外表面區域的預定距離內基本上沒有任何物理干涉結構。
96.根據權利要求95所述的方法，其中，所述預定距離小于1厘米。
97.根據權利要求95所述的方法，其中，所述預定距離小于大約1毫米。
98.一種操作無電極等離子燈裝置的方法，所述方法包括 提供等離子燈裝置，所述等離子燈裝置包括導電殼體，具有在所述導電殼體內限定的空間容積，所述空間容積具有內區域和外區域；介電本體，具有設置于或部分地設置于所述導電殼體的空間容積的所述內區域內的外表面區域以及覆蓋所述介電本體的所述外表面區域的導電材料；氣體填充的容器，具有透明的本體，所述本體具有內表面和外表面以及形成于所述內 表面內的腔體，所述氣體填充的容器包括第一端部區域和第二端部區域以及在所述第一端 部區域和所述第二端部區域之間限定的長度；包括輸入和輸出的RF放大器；第一耦合元件，機械地耦合至所述氣體填充的容器的所述第一端部區域，所述第一耦 合元件電連接至所述導電材料；第二耦合元件，機械地耦合至所述氣體填充的容器的所述第二端部區域；輸入耦合元件，空間地設置于所述導電殼體的外區域內并設置于距離所述第一耦合元 件的預定距離內；第一間隙，設置于所述輸入耦合元件與所述第一耦合元件之間，所述間隙由所述預定 距離提供；包括輸入和輸出的RF源，所述輸出通過所述間隙和所述輸入耦合元件耦合至所述第 一耦合元件，并且所述輸入耦合至所述反饋耦合元件；以及將所述預定距離從第一距離調節至第二距離，以將所述第一間隙改變成第二間隙，所 述第一間隙與所述第二間隙不同。
99.根據權利要求98所述的方法，其中，通過為所述RF源耦合元件選擇不同的直徑尺 寸，來調節所述預定距離。
100.根據權利要求98所述的方法，其中，所述預定距離的調節使得所述氣體填充的容 器阻抗匹配至在所述氣體填充的容器的確定的操作過程中的耦合。
101.根據權利要求100所述的方法，其中，所述預定距離的調節導致所述氣體填充的 容器和所述RF源之間的臨界耦合。
102.根據權利要求98所述的方法，其中，所述間隙是氣隙。
全文摘要
無電極等離子燈通常包括燈泡，燈泡包含氣體填充物，用射頻(RF)能量激勵氣體填充物使其產生光。在具體實施例中，具有集成燈泡組件的接地耦合元件的使用簡化了可制造性，改進了共振頻率控制，并使得能夠使用實心的、部分填充的以及中空的燈體。
文檔編號H05B41/16GK102084724SQ200980120977
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月22日 優先權日2008年6月25日
發明者弗雷德里克·M·埃斯皮奧, 蒂莫西·J·布洛克特, 邁赫蘭·馬特路比安 申請人:托潘加科技有限公司