TWI233520B - Light source device - Google Patents

Description

1233520 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明領域

本發明係有關於一種包含一放電管之光源元件，該放 5電管藉由在一氣體中釋放電力來發射光線。本發明特別係 有關於一種包含一放電管之光源元件，該放電管包括—、 水銀做為放電氣體之冷陰極管。 ittr -ϋ H 相關技藝之說明 10 —液晶顯示裝置包括一背光，該背光以，比方說，包 括一冷陰極管之放電管做為其光源。在該放電管中，水銀 被當做發光材料使用。該水銀以液體和氣體形態存在於該 放電管中。被填充之水銀的量遠多於(大約為1000倍)提供最 大發光效率之蒸氣水銀的量。在此種放電管中，最大發光 15效率可以在該放電管處於一預設溫度下時被達成。然而， 如果大量電力被供應至該放電管，該放電管中的溫度會升 高，進而過度增加水銀蒸氣壓力並降低發光效率。 在曰本特許專利公開案號第2003-100130號，亦即本申 請案之申請在前的申請案中，為了避免此一現象降低發光 20效率，一熱傳導執道(熱傳導材料)與該放電管接觸，以便熱 氣可以從該放電管透過該熱傳導執道轉移出去，以冷卻該 放電管。藉由提供此一熱傳導執道，液態水銀會集中在該 放電管之與該熱傳導軌道接觸的冷卻部分，使該放電管中 之水銀条氣壓力與該放電管之該冷卻部分的溫度相符，進 1233520 而獲得最大發光效率。 該液態水銀最好以集中方式處於該放電管之與該熱傳 導軌道接觸的冷卻部分。然而，該液態水銀在使用前係以 隨機方式散佈於該管中，它只有在使用時才會循序漸進地 5 向該冷卻部分集中。因此，有必要採取步驟使該液態水銀 在使用前事先朝該冷卻部分集中或聚集。 習知技藝中存在下列問題： (a)如果將該液態水銀集中向特定位置之步驟需要在 該放電管之製造過程中完成，成本可能增加； 10 (b)當該液態水銀之滴由於衝擊或其他因素而從該冷 卻部分位移，發光效率可能會打折； (c)傳統上，熱傳導矽膠材料(熱傳導1至2 W/K/m)或鋁 板常被拿來作為該熱傳導軌道使用。在這兩種材料中，熱 傳導很少取決於溫度。因此，由於暴露於環境溫度之該放 15 電管的溫度上升幅度在環境溫度上升時永遠與該放電管之 加熱值成正比，該放電管之表面溫度會按比例變化，因此， 該放電管中的溫度無法一直保持在最佳值；以及 如果該熱傳導軌道尺寸大且顏色深，它在被組裝成該 背光時可能投下陰影。 20 【發明内容】 發明簡介 因此，本發明的目的之一是要提供一種簡單且具有高 發光效率之光源元件。 以下描述之本發明企圖解決這些問題當中至少一個問題。 1233520 根據本發明之一面貌，一光源元件包括：一放電管， 該放電管内含水銀且在其兩端具有電極；以及一熱傳導執 道’該熱傳導軌道與該放電管之一部份接觸，其中，下列 關係大致成立： 5 6 X 1〇'5 / S < (1 /kl - 1 / k2) W ⑴ 其中，該放電管之與該熱傳導執道接觸的部分被定義 成冷卻部分、該放電管之沒有與該熱傳導執道接觸的部分 被定義成非冷卻部分、該放電管之内部的橫斷面範圍被定 義成S (m2)、該放電管之每單位長度所產生的熱氣量被定義 10成W (W)、該管之每單位長度在該非冷卻部分之縱向上從 内到外的熱傳導被定義成]cl (W/K/m)、而該管之每單位長 度在該冷卻部分之縱向上從内到外的熱傳導被定義成k2 (W/K/m) 〇 再者，根據本發明之另一面貌，一光源元件包括：至 15少一支放電管；一熱傳導軌道；以及一散熱器，其中，該 放電管被填以一固態或液態發光材料，該材料在該放電管 被通電時會蒸發，該熱傳導執道係由一具有隨環境溫度上 升而增加之熱傳導的材料或結構做成的，該熱傳導軌道之 立而與Α放電官之-壁部的一部份接觸，而該熱傳導軌道 20之另一端則與該散熱器接觸。 再進-步’根據本發明之另—面貌，—光源元件包括： 至少一支放電管；一熱傳導軌道；以及-散熱器，其中， 該放電管被填以-固態或液態發光材料，該材料在該放電 管被通電時會蒸發，該熱傳導執道為一透明體或者具有一 Ϊ233520 白色、淺色或反射表面，且其中，該熱傳導軌道之一端與 該放電管之一壁部的一部份接觸，而該熱傳導執道之另1 端則與該散熱器接觸。 再進步，根據本發明之另一面貌，一光源元件包括： 5複數個光源總成，各該光源總成包括至少一支放電管、一 熱傳導執道、以及一散熱器，其中，各該放電管被填以一 固態或液態發光材料，該材料在該放電管被通電時會蒸 發，各該熱傳導軌道與各該放電管以相對方式設置，以使 該熱傳導軌道之-端與該放電管之一表面接觸，且該熱傳 10導軌道之另一端不與該放電管接觸但與該散熱器接觸，且 其中，該熱傳導軌道提供不同的熱傳導給各該光源總成， 且該放電管之與各該光源總成中之各該熱傳導軌道接觸的 部分之表面溫度大致維持在5°c的範圍之内。 再進一步，根據本發明之另一面貌，一光源元件包括： 15 一内含水銀之放電管；以及一熱傳導軌道，其中，該放電 管係由一透明材料做成並在其兩端具有電極，該熱傳導軌 道之一端與位於一發光部分内之該放電管的一壁部之一部 份接觸，且該放電管之與該熱傳導軌道接觸的部分之表面 範圍S (m2)與該放電管之一内部體積v (m3)滿足丁列關 2〇 係：V / s < 4.2 cm。 圖式簡單說明 第1圖顯示一包括本發明之光源元件的液晶顯示裝置； 第2圖為一橫斷面圖，顯示第1圖中之背光； 第3圖顯示第1圖中之該光源元件的放電管及散熱器； 1233520 第4圖為取自第3圖中線條IV-IV範圍之橫斷面圖，顯示 該放電管及該散熱器； 第5圖顯示一放電管之溫度與亮度之間的關係； 第6圖為一解說圖，說明本發明之原理； 5 第7圖顯示根據本發明一實施例做成之光源元件； 第8圖為第7圖中之該光源元件的橫斷面圖； 第9圖顯示第7和8圖中之該光源元件的變型； 第1〇圖顯示另一實施例之一部分； 第11圖顯示第10圖中之該實施例的另一部分； 10 第12圖顯示另一實施例； 第13圖顯示另一實施例；以及 第14圖顯示第13圖中之該光源元件的環境溫度與亮度 之間的關係。

C貧施方式;J 15 較佳實施例之說明 下文將參照圖示說明本發明之較佳實施例。第1圖顯示 一包括本發明之背光的液晶顯示裝置，第2圖則為顯示第1 圖中之該背光的橫斷面圖。在第1和2圖中，液晶顯示裝置 10包括一液晶面板12以及一背光14。該背光14包括一光導 20板16、設於該光導板16之兩側的光源元件18、一位於該光 導板16下方之雜散反射板2〇、以及位於該光導板16上方之 散射板22。 各該光源元件18包括二支放電管24和一反射器28。該 放電管24之外出光線的一部份直接入射於該光導板16，而 1233520 該放電管24外出光線的另一部份由該反射器28反射，然後 入射於該光導板16。光線行經該光導板16、由該雜散反射 板20反射、然後從該光導板16向該液晶面板12移動、再由 該散射板22反射、並入設於該液晶顯示面板12。該液晶面 5 板12產生一影像，之後觀看者可以看見一明亮之影像，因 為該背光14所供給之光線照亮該液晶面板12所產生之該影 像。

第3圖為一概略之橫斷面圖，顯示第1和2圖中之該光源 元件18。第4圖為取自第3圖中線條IV-IV範圍之橫斷面圖， 10 顯示該光源元件。在此一實施例中，該放電管24為一冷陰 極管，亦稱螢光燈，其内徑為2.0公釐、外徑為2.6公釐、長 度為380公釐。水銀26被注入該放電管24，且一螢光材料被 塗抹於該放電管24之内壁上。該反射器28覆蓋該二支放電 管24。電極30被置於該放電管24之兩端。該放電管24之該 15 兩端由該反射器28及支撐元件27支撐。該反射器28被銜接 至該背光14的外罩。

一熱傳導元件（熱傳導執道)3 2被銜接至該反射器2 8並 與該放電管24之中央部分接觸。因此，該放電管24之中央 部分由該熱傳導元件32局部冷卻。在此，該放電管24之與 20 該熱傳導元件32接觸的部分被稱為“冷卻部分”、該放電管 24之沒有與該熱傳導元件32接觸的部分被稱為“非冷卻部 分，，。由於該反射器28係以金屬做成且具有高熱傳導性與高 散熱率，該放電管24之熱氣會透過該熱傳導元件32被轉移 至該反射器28，然後從該反射器28排至外面。 10 1233520 被注入該放電管24中之該水銀26的重运多於放電所需 之水銀的量。因此，大部分水銀呈液態而少部分的水銀則 |氣態。放電時，一部份液態水銀蒸發成氣體型態，而一 部份氣態水銀則液化成液體型態。當該放電管24中之飽和 5蒸氣分壓為最佳值時’該放電管24之發光亮度會放到最 大，而另一方面，當飽和蒸氣分壓大於或小於最佳值時， 該放電管24之發光亮度會減弱。該放電管24中之飽和蒸氣 分壓為溫度在該放電管24之最冷部分的函數。因此，該放 電管24之發光亮度可以藉由將該最冷部分設置於該放電管 10 24上一特定位置的方式達到最大。 第5圖顯示該放電管24之溫度與亮度之間的關係。曲線 X代表第3圖中所示之該放電管24的特性。該熱傳導元件32 被設計成比方說，當室溫為25°C時，該放電管24之發光亮 度具有最大值。 15 在第3圖中，液態水銀聚集在該放電管24之管壁上與該 熱傳導元件32相同的位置。該放電管24甫製作完成時，該 水銀散佈於該放電管24之整個區域，而非聚集於任何位置 上。當處於此一狀態下之該放電管24使用時，該水銀26會 在背光開始使用後慢慢聚集至該熱傳導元件32之所在位 20 置。然而，想要以自然方式聚集於該特定位置的話，該水 銀26可能需要花上一段相當長的時間。如果一濺鍍材料離 開該電極並覆蓋液態水銀滴之表面，該放電管24之操作壽 命可能縮短。 因此，關於第1和第2目的，即使該液態水銀滴可以位 11 1233520 、入壬何除該冷卻部分外之位置上，透過將該水銀滴移至該 分’並使其在—預定㈣内聚集在該處之方式，上 述問題可以獲得解決。此一時間限制係根據該水銀與滅鍍 材料之合金的排出模式而定。此—條件可以如此表示： 5 m光源元件包括··—放電管，該放電管内含水銀且在 其兩端具有電極；以及一熱傳導軌道，該熱傳導執道愈該 放電管之-部份接觸’其中’下列關係大致成立： 6 X 10 5 / S < (1 / kl — 1 / k2) W ⑴ 其中，该放電管之與該熱傳導執道接觸的部分被定義 1〇成”部分、該放電管之沒有與該熱傳導執道接觸的部分 破定義成非冷卻部分、該放電管之内部的橫斷面範圍被定 義成s (rn )、该放電管之每單位長度所產生的熱氣量被定義 成W (W)、该官之每單位長度在該非冷卻部分之縱向上從 内到外的熱傳導被定義成ki (w/K/m)、而該管之每單位長 15度在該冷卻部分之縱向上從内到外的熱傳導被定義成k2 (W/K/m) 〇 它可以轉換成下列公式。因此，該光源元件包括：一 放電管，該放電管内含水銀且在其兩端具有電極；以及一 熱傳導軌道，該熱傳導軌道與該放電管之一部份接觸，其 2〇中，下列關係大致成立： P(T2)<P(Tl)-6x l〇-5/S (2) 其中’該放電管之與該熱傳導執道接觸的部分被定義 成冷卻部分、該放電管之沒有與該熱傳導軌道接觸的部分 被定義成非冷卻部分、該放電管之内部的橫斷面範圍被定 12 1233520 義成S (m2)、該放電管之外表面上以大約loo釐米之距離與 該電極隔開的區域之至少一部份在該放電管通電時的溫度 為T2 (K)、介於位在兩端之該電極之間並不同於表面溫度 為T2(K)之該區域的範圍内之最小表面溫度為ΤΙ (K)、而該 5 水銀在溫度Τ下之飽和蒸氣壓力被定義成p (T) (Pa)。

參照第6圖，於該水銀滴之附近區域，水銀蒸氣在一對 應該水銀滴之溫度的飽和蒸氣壓力下產生。當該水銀滴位 在複數個位置上並具有複數個依各該位置而定之溫度值 時，該水銀滴之蒸氣壓力也可能依各該位置而改變，繼而 10 產生壓差。由於，如上所述，水銀原子因壓差而移動，該 水銀滴會在高溫位置蒸發，且該水銀滴之位置會因此而移 位至一低溫位置。 該水銀蒸氣之溫度T與壓力p可以由該水銀原子之速率 取代·（1)該水銀原子之速率va = (k X T)G·5，以及(2)該水銀 15原子碰撞所產生之壓力ραηχ mva，其中η為該水銀原子之 數量。下標符號hi及1〇分別代表高溫和低溫位置。

該水銀滴A具有一溫度Thi而該水銀滴B具有一溫度 Tlo ’位在各該水銀滴附近區域之該水銀蒸氣中的該水銀原 子之速率可能依各該水銀滴之溫度而異。在此一情況下，該 20 水銀會從該水銀滴A之區域移至該水銀滴B之區域。其移動 速率與11>^3(11]1丨\¥3]1丨—111〇\¥31〇)之差異成正比。因此， 該移動速率係與該水銀滴A之所在區域中的蒸氣壓力phi和 該水銀滴B之所在區域中的蒸氣壓力pl〇之間的差異成正比 (是故，該水銀移動所需要的時間可以該不等式(2)表示）。 13 1233520 再者，由於該蒸發水銀原子之數量η為該溫度T之函 數，它會間接地以一對一方式對應該原子之速率。在該不 等式（1)中，該移動速率（η乘以ν之差異）係以Τ之第一層近似 值表示（此一近似值係有效的，因為溫度的差異為30°C)。 5 首先，計算聚集在該冷卻部分之該液態水銀滴的速 率。在具有一局部冷卻機制之該光源元件中，該放電管24 之介於該冷卻部分和該非冷卻部分之間的表面溫度產生差 異。該水銀聚集在該冷卻部分，因為該水銀蒸氣壓力之差 異會由於溫差而產生於該放電管24中且成為一推動力。在 10 具有大約2.0釐米之管内徑及大約350釐米之管長度的該放 電管24中，當該非冷卻部分之溫度為80°C且該冷卻部分之 溫度為60°C時，基本上所有被填入之該水銀(3豪克或更 少），在該放電管24被連續點燃大約80小時後皆會聚集在該 冷卻部分。 15 為了達成上述管壁上的溫度分佈，需要散熱機制來滿 足下列條件。 當該放電管24將外部所供應之部分電力轉化成可見光 線時，剩下的能源被轉化成熱氣。大約80%之電力能源被 轉化成熱氣，其中全部電力中之大約20%會由於該電極之 20 電阻而消失，而大約60%會保留下來，以在該放電空間產 生熱氣。由於該放電空間中之80°C的管表面溫度相當於5至 6瓦之電力被供應至該管時的狀態，面對該放電空間（350釐 米之管長及2.0釐米之内徑）之該管外壁所散發之熱氣的量 為0.08至0.1 W/cm。當該熱氣散發至外部時，為了在該冷卻 14 1233520 部分和該非冷卻部分之間製造2〇t的溫差，該冷卻部分之 熱傳導與該非冷卻部分之熱傳導之間需要滿足下列關係： 溫差=(Ι/ki - l/k2) X w (3) 其中，k,為該管在其縱向上之每單位長度在該非冷卻 5部分之從内到外的熱傳導； 為該管在其縱向上之每單位長度在該冷卻部分之從 内到外的熱傳導；且 W為該放電管之每單位長度所產生的熱氣量。在此， 熱傳導取決於熱料之係數以及該熱料元件之形狀。 10 此外，此一現象可以從該水銀原子之擴散來解釋。 從附著至壁部之該水銀處，該水銀蒸氣被蒸發的量相 田於由δ亥壁部溫度丁決定之飽和蒸氣壓力。該壓力與原子數 量密度及每原子之動能動量成正比，每單位時間内所穿過 之水銀原子的數量與該水銀之部分壓力成正比。因此，該 15飽和蒸氣壓力分別在80°C下（11.8 Pa)於該非等卻部分以及 60 C下（3.35 Pa)於該冷卻部分產生水銀蒸氣。由於每單位時 間内穿過該管橫斷面之該原子的數量與該水銀蒸氣壓力在 橫斷面與橫斷面區域之任一側上的兩區域之間的差異成正 比，它可以以下列等式表示： 20 dn/dt = α X π X (1 x 1〇_3)2 X (11.8 - 3·35) (4) (π為相對於水銀以外之填充氣體的體積與數量之正比 係數）。 有鑒於過多之該水銀已於80小時内完成移動，我們在 此一情形下可以知道，欲使水銀於1〇〇小時内完成移動所需 15 l23352〇 的速率為等式（4)中之右半邊乘以0.8的值。因此，它可以以 下列等式表示： dnVdt = 0.8 χ α χ π x (1 x 10"3)2 x (11.8 - 3.35) (5) 再者’由於該正比係數α以大約兩倍之幅度隨被填充之 5 氣體的壓力而變化，該水銀蒸氣壓力在該管中之條件可以 如式(2)所定義者。 用以產出此一壓差之該管表面溫度的差異相當於該非 々部部分之溫度大約為7 5 °C而該水銀蒸氣在具有大約1至3 釐米之半徑的該管中之適當溫度為6(TC。藉由以31 χ 1〇-2 10來取代該管内部橫斷面區域S的值，並使用說明該管表面上 所產生之溫差的式（3)，上述關係可以以式（丨）表示。 洋言之，式（1)提供一冷卻條件，其中，由於該冷卻部 刀和忒非冷部部分之間的溫差，當該管被連續以散佈於整 個該管中之該水銀滴點燃時，該水銀滴會在丨〇 〇小時内聚集 15 於該冷卻部分。 該水銀之移動速率與該冷卻部分和該非冷卻部分之間 之水銀氣體濃度差異成正比，亦與該管之内部區域成正 比。通常大型監視器所使用之螢光管具有大約2〇釐米之内 徑，並包含最多大約為3豪克之水銀。該管以分散於該管中 20多處位置之該水銀滴點燃，且該水銀由於溫差而移動至該 冷卻部分。在實驗中，在包含21至23豪克之水銀的管中， 該水銀的移動最多會在大約8〇小時以内完成。在此一情形 下，該管在該非冷卻部分的溫度為啊（其相當於旧以之 水銀蒸氣壓力），而該管在該冷卻部分的溫度則為⑼。以其相 16 1233520 當於3.35 Pa之水銀蒸氣壓力）。事 移動在長達则、時的時間内完成:f，由於即使該水銀之 負面的影響，上述條件值之的^的壽命亦不會受到 外，該管所含之水銀量可以是實H動;4率即告足矣。此 銀量的1.5倍，而如果該水銀以大^ ‘所使用之最大水 則該管的壽命不會受到影響2倍之移動速率移動， 之溫度固定在_，且該#壓力’當該管在該冷卻部分 在該非冷卻部分之溫度的條件 4 ^ 銀蒸氣壓力）。 C(其相W8.5Pa之水 10 15 20 為求簡潔，有鑒於該水銀蒸氣 比，該水銀之移動速率可以以下式估算=目之溫度成正 v = axSx(Tl -T2) (T1為該管在該非冷卻部分的溫度， (6) 冷卻部分的溫度）。 為该g在该 由於足_速村以在該管内料 (〇·_ X π (m2WT1 — 丁2)為 15t 時取得，a^域 S 專於 中算出，且透過將取得之a值帶人式⑹中，^以從那些值 區域S所需之溫差可以下式表示： &内部橫斷面 (ΤΙ -T2) = 20x3.1 x 10-6/s 其次，該管在該冷卻部分和該非冷卻部〜 ⑺ 係以熱傳導係數_、k2)定義如下。此處^之間的溫差 傳導係數，而k2則為轉料元件似 1為空氣之熱 該管在該冷卻部分之溫度,卞、執2數： 斷面區域該熱傳導元件所產生之熱氣::件:橫 17 1233520 之二VT°為該反射器28之溫度，而1則為該熱傳導軌道 X W故電管2 4和該反射器2 8之間的距離）。 式（8)可以透過定義物理數值，重寫如下： 。亥官在該冷卻部分之溫度=TO + W X τ / ^ T0 + W/k2 L 7 (k2 x L) ^ 复 Φ η (9) "，％為該放電管在該發光部分之每+ 生的熱H旦τ、 早位長度所產 、…、里、L為該熱傳導軌道在該管之縱向上的♦产 執道則相當於該熱傳導執道之橫斷面區域x k2/1。 10 15 20 傳導=冷卻部分之溫度可以透過將該熱傳導㈣32之敎 ，、數的值換成空氣之熱傳導係數的 式(9)之式表示之： ' 以下面類似 °亥官在該非冷卻部分之溫度=T0 +w/kl (1〇) 式⑴對應式⑴之左手邊，式(9)和式(1G)可以取代 、“由於水銀會因為與電極所濺鍵出來的材料做化學結合 ^肖耗，我們可以藉由在足以與該水銀結合之濺錢材料的 里被^射且離開該電極之前，將水銀聚集於該冷卻部分之 六式避免水銀消耗。冷陰極管之壽命在大約10 之管電

二下又化極大，且可能少於一般顯示器所要求之最低壽 ’〇00小時。因此’實際條件可以依該濺鍵材料在10 mA 曰 里而定。另一方面，關於該濺鍍材料之量，當該濺鍍 1料所涵蓋之區域小於該水銀所附著之區域，水銀蒸氣永 遠^產生’而該冷陰極管不會惡化。（當該水銀滴沒有被該 /賤錢材料完全覆蓋時，該水銀原子會從沒有被該濺鍍材料 18 1233520 覆蓋之表面連續蒸發）。 就具有大約350釐米之長度且填充大約2豪克之水銀的 冷陰極管而言，附著至該冷陰極管之壁部的水銀總量在其 以半球方式聚集時，所佔據的區域最小。此時，該水銀半 5球之直徑為〇.4釐米。如果該水銀蒸氣之蒸發在此一水銀滴 之表面完全被該錢鑛材料覆蓋時停止，則該水銀應該聚集 於該錢錢材料沒有散佈到的區域，直到該濺鍰材料附著至 一大於0.4釐米，即該水銀蒸氣之直徑的範圍。因此，該水 銀之消耗所造成的惡化可以藉由在100小時内完成該水銀 10之移動來避免之。表一顯示該管之壽命以及該濺鍍材料相 較於電流之沉積（濺鍍長度為從電極之尖端至該濺鍵材料 所附著之區域尖端的距離）。 表一 管電流（mA) 7 10 15 20 管壽命（h) 60000 32000 12800 9600 100小時後之濺鍍長度（mm) 0.1 0.2 0.4 0.8 200小時後之濺鍍長度（mm) 0.6 0.6 0.9 1.7 15 接下來我們要討論該濺鍍材料之沉積範圍。該水銀之 消耗可以藉由在上述時間内將該水銀移至一比此一範圍更 遠之位置予以避免。 表二顯示該賴材料與汞齊化之水銀的量對於該水銀 在該管被連續點燃4000小時後所聚集之伋置的依賴。因 20此，表二說明該水銀之消耗速度對於該水銀所聚集之位置 的從屬關係。從表中，我們得知’該水銀在以丨_米或者 更長的距離與該電極之尖端隔開的位置上並沒有被汞齊 19 1233520 化。我們也可以認定，飛揚距離並不從屬於該濺鍍材料所 飛揚之空間的溫度，因為該濺鍍材料在散佈時並不會被蒸 發0 表二 水銀聚集之位置 (與電極尖端之距離） 水銀消耗程度 5 mm 20 mm 65 mm 185 mm 22 % 11.6 % 6.2 % 2.5 % 為了解決第3個問題，該熱傳導軌道以一具有隨溫度上 升而增加其熱傳導之材料做成，以便該熱傳導軌道之熱傳 導隨環境溫度之上升而增加，進而縮小散熱板與該放電管 之間的溫差。雖然我們知道，在典型的金屬和樹脂中，熱 10 傳導會隨溫度之.增加而降低，對於黃銅、銅等材料而言， 熱傳導在溫度上升10°C時會增加大約2%也是已知的事實。 為了解決第4個問題，我們使用一具有白色表面之熱傳 導軌道。 在此，本發明將參考第7和8圖更詳細說明如後。 15 在第7和8圖中，該放電管24透過該熱傳導元件32與該 反射器28接觸。該熱傳導元件32經由一熱傳導橡膠（膠黏 劑）32A被耦合至該放電管24，並經由一熱傳導薄片（膠黏 劑）32B被耦合至該反射器28。 此處所使用之各該放電管24具有385釐米之全長及2.0 20 釐米之内徑並具有以鈮做成之電極，另一方面，此處所使 用之該反射器具有390釐米之全長及一 U形橫斷面，如圖所 示。在該反射器28中，設置二支平行接電之該放電管24以 供點燃。 20 1233520 一以黃銅做成並具有如圖所示之形狀的熱傳導零件被 作為該熱傳導元件32。此處所使用之該熱傳導元件32為一 黃銅區塊，其厚度為1.7釐米、在該冷陰極管之縱向上的長 度L為10釐米、且在該二支放電管28之列向上的寬度M為3 5釐米。該黃銅之熱傳導在環境溫度從2〇°c上升到50°C時， 會在112.6 W/K/m至119.2 W/K/m的範圍内變化。當在該熱 傳導零件之兩端之間移轉的熱氣量呈固定時，該兩端之間 的溫差可以降低6%。 該熱傳導元件32安裝二支該放電管24，並與該反射器 10 28之表面接觸。為了增進該熱傳導元件32與該反射器28和 該放電官24之熱接觸，具有〇·45釐米之厚度的熱傳導薄片 32A 和 32B (Shin-Etsu Chemical Co·，Ltd 所生產之 TC-45GB)被穿插於該熱傳導元件32和該放電管24之間以 及該熱傳導元件32和該反射器28之間。 15 當壞境溫度為25°C時’如果施加一10 mA之電流至該光 源元件之各該放電管24，該管壁之與該熱傳導元件32接觸 的部分之溫度會上升至60°C(另一方面，其沒有與該熱傳導 元件32接觸之部分的溫度會上升至大約8rc)。當環境溫度 為50°C時，該熱傳導元件32之熱傳導會增加，因此，與該 2〇 熱傳導元件32接觸之部分的溫度只有83。〇(相較於環境溫 度之上升降低了 2°C)。如此，亮度在環境溫度為50°C時可 以增加5%。 當此處所使用之該放電管24組裝時，該水銀會分散在 該管中不特定位置上。因此，當該光源元件第一次點燃時， 21 1233520 各該螢光管在點燃之初可以發射均一的白光。當該放電管 24連續點燃時，該水銀需要最多86小時之時間以集中於該 壁部之與該熱傳導元件32接觸的部分。此時，由於電子和 離子從該放電空間衝向該電極而促使該電極產生的該錢鍵 5 材料尚未附著至該管之壁部表面。因此，該電極所產生之 該錢鍵材料與構成該放電管24惡化之主要原因的該水銀滴 之化學結合在此時並未發生。 第9圖顯示第7和8圖中之該光源元件的變型。從上述式 (1)中，我們可以算出該熱傳導元件32在該冷卻部分之每單 10 位長度的熱傳導kl (W/K/m)。因此，第7圖中之該熱傳導元 件32的長度L可以決定。該熱傳導元件32並不一定要永遠具 有如第7圖所示之連續長度L。相反地，如第9圖所示，該熱 傳導元件32可以切割成元件32a、32b、32c，使該元件32a、 32b、32c之整體長度成為決定之該長度L。 15 該管之每1 cm3的内部體積中大約被注入1.5豪克至5豪 克之該水銀，而即使該管被點燃，大部分的水銀會附著至 該管壁。當該水銀附著至該螢光管之螢光材料層時，它會 以半徑約為0.01釐米之半球形狀出現。為了使所有該水銀 冷卻，需要冷卻的範圍會比水銀以集中方式附著的情形為 20 大。此時，需要冷卻之區域可以從該水銀所附著之區域定 出。 為了確保水銀之壽命，至少1.5V (mg)之水銀被注入具 有内部體積V之該冷陰極管。因此，此一水銀之體積可以以 下式算出： 22 1233520 1.5 χ ΙΟ-χν/ 13.5 = l.lxl〇-4xV(cm3) (11) 當具有此一體積之水銀以半球滴之形狀凝聚時，各該 半球滴之半徑為0·01釐米，體積為2 〇\ i〇_6(cm3)，而該半 、求滴之總體數$則為5.5 x 1〇2 x v。為使半徑為比圓圈在 5平面上不會部分重疊，每一圓圈的面積必需為和2㈣2)。換 句活况，欲使該水銀滴附著於該管壁且不互相部分重疊， 我們需要的面積將大於2·4 X W x v (這2)(因為該水銀之 量可能更多）。可以藉由使欲冷卻之區域s大於該水銀滴與該 官表面接觸所需要之區域，或滿足下式所顯示之關係，來 10 控制該水銀滴之溫度： S>2-4Xl〇'1V(Cm2) (12) 此式可以轉換成： V / s < 4.2 cm (13) 在此，請注意’使用石夕樹脂環狀物等物來使冷陰極管 15定位之傳統範例是已知的，然而，在此情況下，該石夕樹脂 在-僅有大約0.025 cm2之範圍内與該冷陰極管做接觸，而 該範圍太小以致無法滿足此一關係。 3毫克水銀被注人-内徑為2G釐米且全長為35〇着米 之液晶背光營光管中。該3豪克水銀具有2·2χ 1〇.4咖3之體 2〇積。當此一水銀凝聚成半球滴且各該半球滴之半徑為〇 〇1 釐米時，該半球滴之總體數量大約為1〇 χ 1〇5。由^該半球 滴之直徑為0.02釐米，該半球滴需要〇4 cm2之面積以均勻 附著。 米且全長為

因此，根據此一貫施例，在一内徑為2〇釐 23 1233520 370釐米（内部體積為1.2 x 10_3 cm3)之冷陰極管中，我們可 以藉由提供一中央部分之寬度為7釐米的白色熱傳導矽樹 脂，以及更多寬度為4釐米且中央位在以30釐米之距離與該 電極隔開之點上的矽樹脂，並使其與該冷陰極管之圓周1/4 5 的範圍（相當於0.16 cm之内部表面）做接觸，來保有0.4 cm2 之總接觸面積。 在此一情況下，根據本發明之一面貌做成的光源元件 至少包括一水銀放電管，以及一個以上的熱傳導執道，其 中，該放電管係由一透明材料做成並在其兩端具有電極， 10 各該熱傳導軌道之一端與位於一發光部分内之該放電管的 一管壁之一部份接觸，且該冷陰極管之與該熱傳導軌道接 觸的部分之表面範圍S與該放電管之一内部體積V (m3)滿 足下列關係：V / s < 4.2 cm。 第10和11圖例示另一實施例。在第10和11圖中，數個 15 分別具有2.0釐米之内徑及385釐米之管長的放電管24被運 用於一以二支該放電管24來環繞一該反射器28之組態中。 當該光源元件使用於一監視器時，兩組該光源元件被 設置於一光導板之上側及下側。如此則需要分別製造置於 上側之該光源元件18A，以及置於下側之該光源元件18B。 20 首先，在該光源元件18A中，一熱虹吸裝置，如下所述， 被設置於該反射器28和該放電管24之間，以做為一熱傳導 軌道32。一以厚度為0.5釐米之不鏽鋼板做成具有2.5釐米高 度的容器先被撤空，再填以甲醇。然後，一矽樹脂32A被貼 附至該容器之一側，並形成圖中所示之形狀，以便與該放 24 1233520 電管24做緊密接觸。由於該放電管24位於該熱虹吸裝置之 下侧’它可對累積於該不繡鋼容器之底側的甲醇加熱。當 該管之溫度到達上述最佳溫度(65。〇,甲醇會沸騰然後迅逮 在上蒸發(如貝線所示）。當甲醇蒸氣與該不繡鋼容器之頂側 5接觸，而該不繡鋼容器又與該反射器接觸時，它會凝結。 依此形成之曱醇滴會由於重心關係而返回該底側（如虛線 所示）。如此便形成一熱循環以將熱氣從該放電管24傳導至 該反射器28。 其次’在該光源元件18B中，當甲醇滴隨重心凝結於該 10底側時，不繡鋼網狀物會貼附至該容器之側邊，以將甲醇 移至與該放電管24接觸之上半段。再者，該不繡鋼容器之 外側表面被塗成白色以避免顏色不均。在此一實施例中， 實線代表蒸氣之移動，而虛線則代表甲醇滴之移動。 苐12圖顯不另一實施例。 15 在第12圖中，燈總成18X、18Y被設置於一垂直置放之 光導板40的頂側和底側，其中各該燈總成以一個反射器 包圍放電管24a至24d中的二支放電管，以便使各組（共有兩 組）與該光導板40對立。該放電管24a至24d之該發光部分的 未冷卻溫度值列於下表。上下兩組的管表面溫度值相差大 20 約7°C。因此，即使以相同的熱傳導元件（冷卻用橡膠隔離 件)32銜接至該放電管24,仍會存在類似的溫差（該熱傳導元 件以具有I·2 W/K/m之熱傳導做成時所呈現之表面溫度如 下表所示）。關於該管表面溫度之變化，亮度以0.6 %/。〇之 速率產生變化。結果，該上下兩組之間產生4°C的溫差，而 25 1233520 這可能導致2%的亮度漸層。因此，該上下兩組燈總成18X、 18Y使用以不同材料做成之熱傳導元件32。當位於該上組中 之該熱傳導元件32的熱傳導為1.2 W/K/m且位於該下組中 之該熱傳導元件32的熱傳導為1.4 W/K/m，該上下管之間的 5溫差可以降至2°C以下，如下表右側所示，因此，垂直方向 的亮度漸層可以減至大約1%。 表三

放電管 管表面溫度 (未冷卻） 管表面溫度 (相同的冷卻橡膠） 實施例之管表面溫度 (結合冷卻橡膠） 24a 93〇C 70°C 70°C 24b 86〇C 65〇C 65〇C 24c 87〇C 66〇C 72〇C 24d 81°C 61°C 67〇C 第13圖例示另一實施例。 1〇 在第13圖中，燈總成18X、18Y被設置於一垂直置放之 光導板40的頂側和底側，其中各該燈總成以一個反射器28 包圍放電管24a至24f中的三支放電管，以便使各組（共有兩 組)與該光導板40對立。在各組中，一大約為25°C之溫差產 生於面對該反射器28之開口的該放電管24a、24b、24d、24e 15 與其餘的放電管24c、24f之間。因此，分別與該管24c、24f 接觸之冷卻用橡膠隔離件32c、32f使用具有較高熱傳導之 材料。用於該上組18X之冷卻用橡膠隔離件係以熱壓一具有 2.0 W/m/K之熱傳導的材料以做為該熱傳導元件32c，以及 另一具有1.6 W/m/K之熱傳導的材料以做為該熱傳導元件 20 32a、32b之方式做成的。另一方面，用於該下組18Y之冷卻 用橡膠隔離件係以熱壓一具有1·6 W/m/K之熱傳導的材料 26 1233520

以做為該熱傳導元件32f，以及另一具有1.2 W/m/K之熱傳 導的材料以做為該熱傳導元件32d、32e之方式做成的。如 此一來，該管在該上下兩組燈總成之間之最冷點的溫差可 以降至5°C以内，而亮度漸層也幾乎不會產生。另一方面， 5 各該燈總成中之冷陰極管之間的溫差最多為大約10°C。是 故，如圖所示，相較於所有冷陰極管之最冷點皆為均一的 情況，亮度對於溫度的依賴程度可以減輕，同時，與以相 同材料做成之冷卻用橡膠隔離件被銜接至所有該冷陰極管 的情況比起來，環境溫度下的亮度可以增加（在傳統的背光 10 中，當一總成中之管之間的溫差大於l〇°C (大約20°c)時，該 背光之最高亮度會減少）。雖然最高亮度可以藉由降低總成 中之管之間的溫差而進一步增加2%，這並不實際，因為它 的溫度特性會變得過於強烈。 表四

放電管 管表面溫度（未冷卻） 管表面溫度 24a 92〇C 65〇C 24b 90°C 64〇C 24c 115°C 76〇C 24d 82〇C 64〇C 24e 83〇C 63〇C 24f 104°C 74〇C

15 第14圖顯示第13圖中之該光源元件的環境溫度與亮度 (相對值）之間的關係。曲線P代表此一實施例之光源元件的 亮度。曲線Q代表該光源元件之亮度，其中所有該熱傳導元 件具有相同的熱傳導。曲線R代表該放電管24a、24b之亮 20 度。曲線S代表該放電管24c之亮度。 27 1233520 如上所述，本發明可以提供具有高方光效率之光源元 件0 【圖式^簡軍·软^明】 第1圖顯7F-包括本發明之光源元件的液晶顯示裝置，· 5 第2圖為一橫斷面圖，顯示第}圖中之背光； 第3圖顯示第1圖中之該光源元件的放電管及散熱器； 第4圖為取自第3圖巾線條IV_Ivm圍之橫斷面圖，顯示 該放電管及該散熱器； 第5圖顯示一放電管之溫度與亮度之間的關係； 10 第6圖為一解說圖，說明本發明之原理； 第7圖顯示根據本發明一實施例做成之光源元件； 第8圖為第7圖中之該光源元件的橫斷面圖； 第9圖顯示苐7和8圖中之該光源元件的變型； 第10圖顯示另一實施例之一部分； 15 第11圖顯示第1〇圖中之該實施例的另一部分； 第12圖顯示另一實施例； 第13圖顯示另一實施例；以及 第14圖顯示第13圖中之該光源元件的環境溫度與亮度 之間的關係。 20 t Μ式之主要元件代表符號表】 10···液晶顯示裝置 18、18Α、18Β…光源元件 12…液晶面板 18Χ、18Υ···燈總成 14…背光

20…雜散反射板 16、40···光導板 22…散射板 28 1233520 24、24a_24f···放電管 32B···熱傳導薄片 26···水銀 32c、32f···橡膠隔離件 27…支撐元件 A、B···水銀滴 28···反射器 Phi、plo···蒸氣壓力 30…電極 S…管内部橫斷面區域 32…熱傳導元件 32A···熱傳導橡膠 kl、k2…熱傳導係數 29

Claims (1)

1233520 拾、申請專利範圍： 1· 一種光源元件，包括： 一放電管’該放電管内含水銀且在其兩端具有電 極；以及 5 一熱傳導軌道，該熱傳導軌道與該放電管之一部份 接觸； 其中’下列關係大致成立·· 6 X 10 5 / s < (1 / kl - 1 / k2) W (1) 其中，該放電管之與該熱傳導執道接觸的部分被定 10 義成冷卻部分， 该放電管之沒有與該熱傳導執道接觸的部分被定 義成非冷卻部分， 該放電管之内部的橫斷面範圍被定義成s(m2)， 該放電管之每單位長度所產生的熱氣量被定義成 15 W (W)， 該管之每單位長度在該非冷卻部分之縱向上從内 到外的熱傳導被定義成kl (W/K/m)，且 該管之每單位長度在該冷卻部分之縱向上從内到 外的熱傳導被定義成k2 (W/K/m)。 20 2·如申請專利範圍第！項之光源元件，其中，該熱傳導執 道之一端與該放電管之一部份接觸，而該熱傳導軌道之 另一端則與一散熱器接觸。 3· —種光源元件，包括： 至少一支放電管； 30 1233520 一熱傳導執道；以及 一散熱器； 其中，該放電管被填以一固態或液態發光材料，該 材料在該放電管被通電時會蒸發，該熱傳導軌道係由一 5 具有隨壞境溫度上升而增加之熱傳導的材料或結構做 成的，該熱傳導軌道之一端與該放電管之一壁部的一部 份接觸，而該熱傳導執道之另一端則與該散熱器接觸。 4. 如申請專利範圍第3項之光源元件，其中，該放電管被 填以水銀，且該熱傳導執道之材料或結構所具有之熱傳 10 導在環境溫度約在60°C至80°C之間時，可以不連貫地改 變。 5. —種光源元件，包括： 至少一支放電管； 一熱傳導執道；以及 15 一散熱器； 其中，該放電管被填以一固態或液態發光材料，該 材料在該放電管被通電時會蒸發，且其中，該熱傳導執 道為一透明體或者具有一白色、淺色或反射表面，該熱 傳導軌道之一端與該放電管之一壁部的一部份接觸，而 20 該熱傳導軌道之另一端則與該散熱器接觸。 6. —種光源元件，包括： 複數個光源總成，各該光源總成包括至少一支放電 管、一熱傳導軌道、以及一散熱器； 其中，各該放電管被填以一固態或液態發光材料， 31 1233520 該材料在該放電管被通電時會蒸發，各該熱傳導執道與 各該放電管以相對方式設置，以使該熱傳導軌道之一端 與該放電管之一表面接觸，且該熱傳導執道之另一端不 與該放電管接觸但與該散熱器接觸，而且 其中，該熱傳導軌道提供不同的熱傳導給 總成，且該放電管之與各該光源總成中之各該熱料軌' 迢接觸的部分之表面溫度大致維持在的範圍之内。 7· —種光源元件，包括·· 一内含水銀之放電管；以及 一熱傳導軌道， 其中，該放電管係由一透明材料做成並在其兩端具 有電極，該熱傳導軌道之一端與位於一發光部分内之該 放電管的一壁部之一部份接觸，且該放電管之與該熱傳 導執道接觸的部分之表面範圍S (m2)與該放電管之一内 部體積V(m3)滿足下列關係：v/s<4.2cm。 32