TWI278002B - Fluorescent lamp with reduced sputtering - Google Patents

Description

1278002 五、發明說明（1 ) 發明頜域 本發明係有關螢光燈且特別是有關一種具有降低濺触 效應的螢光燈。又更特別地，本發明係有關用於這種燈 的底座。 習知技術 螢光燈係具有能量效率的光源。燈內發生的電弧放電 作用會產生光化輻射，這會造成來自該燈內部之含磷塗 層的螢光。一般而言電子源指的是一種金屬線圈，通常 係由含電子放射材料的鎢構成。在伸長形玻璃管的兩端 點上’各設置一個此種線圏。在燈的作業期間，來自線 圏的昇華或濺蝕產物，會向外塗覆到與線圈相鄰之燈的 內側表面，導致玻璃產生不必要的變暗，並減低光輸出 及限制其使用壽命的情形並非罕見。 習知技術中所提議用於降低濺實效應的應用包含以玻 璃或折射性材料遮蔽或塗覆部分的放射線圈。例如美國 專利第2，7 6 9，1 1 2號文件中建議以氧化鋅或其他折射性 絕緣氧化物塗覆除了陰極以外的所有內部零件。因此， 很難使用這類技術且它們是不經濟的。 先進的方法是在習知設計中提供一種有效率而經濟的 機制以降低或排除這種濺蝕效應。 發明之扼要說明 因此，本發明的目的是免除習知設計中的缺點。 本發明的另一目的是降低濺蝕作用及其導致在亮度上 1278002 五、 發明說明 ( 2〕 固 有 的 損 失 〇 依 本 發 明 的 某 —^ 槪 念 J 适 些 巨 的 係 藉 由 一 種 螢 光 燈 用 底 座 而 兀 成 的 此 底 座 係 包 括 一 有 間 隔 之 導 入 電 線 從 其 上 延 伸 出 來 的 玻 璃 基 座 〇 將 一 種 含有放射材料 的 縱 向 電 極 線 圏 裝 設 在 各 導 入 電 線 上 並 使 之 延 伸 於 其 間 0 將 由 氧 化 鋅 構 成 的 塗 層 設 置 在 該 電 極 線 圈 之 上 且 至 少在 裝 設 有 電 極 線 圈 之 區 域 內 的 導 入 電 線 上 設 置 有 這 種 塗 層 〇 本 發 明 的 使 用 實 質 上 降 低 了 各 線 圈 材料 的 濺 蝕 作 用 ， 且 因 此 增 加 了 該 燈 的 有 用 壽 八 口卩 〇 此 外 5 本 發 明 的 應 用 既 簡 單 又 不 昂 貴 〇 圖 示 簡 說 第 1 圖 係 依 部 分 截 面 方 式 用 以 顯 示 一 種 螢 光 燈 的 、〈γ 面 圖 示 0 第 2 圖 係 用 以 顯 示 一 種 習 知 底 座結 構 的 .、t了 面 圖 示 〇 第 3 圖 係 用 以 顯 示 本 發 明 之 底 座 的 放 大 ，、·Γ^ 面 圖 示 第 4 圖 係 用 以 顯 示 在 控 制 燈 及 本 發 明 之 燈 中 的 鋇 質 旦 里 耗 損 的 曲 線 圖 0 發 明 的 詳 細 說 明 爲 了 更 淸 楚 地 了 解 本 發 明 > 連 同 其他及 進 一 步 的 巨 的 > 優 點 及 應 用 性 可 結 合各 附 圖 參 照 下 列 揭 示 內 容 及 串 請 專 利 範 圍 〇 現 在 以 更 特 殊 的 方 式 參 照 各 附 圖 ， 如 第 1 圖 所 示 的 螢 光 燈 具 有 封 套 管 1 且 在 其 內 4- 側 表 面 上 塗 覆 有 磷 塗 層 2 1278002 五、 發明說明 ( 3： ο 各 電 極 底 座 3(圖 中 只 顯示 了其中一個）會密封該封套 管 的 每 —* 個 m 點 〇 間 隔 開的 導入電線4和5係封 裝於該 底 座 3 之 內 5 且 會 沿 著 第一 方向突出於封套管1 之內， 並 沿 著 第 二 方 向 突 出 於 該封 套管1之外，而各導 入電線 係 連 接 到 套 在 端 點 蓋 8 內的 連接燈腳6和7上。 由盤繞 — 線 圏 鶴 線 構 成 且 埋 藏 有諸 如常用的鋇、鈣、緦 三（價） 碳 酸 鹽 (ti ‘iple c ar b onates)之 類放射性材料的電極 線圈9 係 裝 設 在各 導 入 電 線 4和 5之間且使之連接於 其上， 藉 由 焊 接 或 嵌 夾 結 構 落在 1 1和1 1 a上。 在 追 種 燈 的 起 動 期 間 ，其 陰極下降電壓通常是 很高的 (> > 1 00 伏 特）: ，因爲必須藉由來自陰極之離子誘發的二 階 電 子 放 射保持 其 放 電 作用 (亦即所謂的輝光放電作用） 〇 必 需 有 很 筒 的 離 子 能 量以 獲致因放電所需要量 額的電 子 放 射 〇 在 陰 極 與 放 電 板之 間建立反饋，因此使 放電板 產 生 必 需 的 陰 極 下 降 電 壓以 分派所需要的離子能 量，以 產 生 因 放 電 所 需 要 的 二 階放 射作用。 最 終 高 能 離 子 的 撞 擊 會使 電極加熱到足夠高的 溫度， 以 致 能 夠 藉 由 電 子 的 熱 離子 放射保持其放電作用 。有關 這 一 點 該 陰 極 下 降 會 急劇 地滑落（達10或15伏特）且 其 二 階 放 射 是 可 忽 略 的 (所謂的熱離子電弧作用） 。隨後 該 放 電 板 會 依 此 — 模 式 操作 直到被關閉爲止。該 起動階 段 可 能 持 續 數 拾 微 秒的 等級 ，假如未對電極施加 任何輔 助加 熱 作 用 的 話（例如， 藉由使電流通過該線圈） -5- 〇 1278002 五、發明說明（4) 此起動階段會發生不必要的濺蝕作用。用以保持放電 所需要高能離子會造成材料從電極噴射出來，且這種噴 射材料會遷移到與電極相鄰的封套管壁上，而導致端點 變暗現象並使其流明減少1到2%的等級。在典型的螢 光燈中，這種噴射材料係包含該放射性塗層的組成物（ 鋇、鈣·、緦）以及構成線圏（鎢）及各導入電線（鎳、鐵）的 材料。絕大部分的這種濺蝕材料也可能會沈積回該放射 器本身之上，而引致一種沒有效率或性能很差的電極。 線圏上的放射性塗層負責低工作函數，而允許在合理 的溫度上進行熱離子放射（亦即在放射物之蒸發耗損很 低的溫度）。在沒有該放射性材料，該電極不是被加熱 到極高的溫度（而引致高蒸發性耗損）或是被冷卻且使放 電板回復到輝光作用（具有非常高的陰極下降）。在任一 例子裡，該電極都無法持續很長的時間。最終，該電極 會破裂而該燈會發生故障。 已知從電極噴出的鹼土族原子會與汞產生反應。在端 點區域內對螢光燈內壁上所沈積材料的硏究（在長時間 作業之後）透露了鋇、緦和汞原子的空間關聯性。此外 ，涉及這類反應的汞原子無法進行放電，也就是說，將 汞原子銷耗掉。這就是代表著螢光燈內全部汞銷耗中之 重要部分的所謂汞端點耗損作用。由電極流失的放射性 材料愈多，則該燈所需要的汞劑量愈高。 因此，若能夠降低或排除起動期間電極材料的濺鈾作 1278002 五、 發明說明 ( 5： 用 則 可 延 長 燈 的 壽 命 y 減 低汞 的 銷耗速率 ，且其流明 不 致 那 麼 快 速 地 降 解 掉 〇 吾 人 發 現 將 由 氧 化 鋅 (Z ,ηΟ)構成的塗層塗覆到電極的 各 端 點 區 域 上 ’ 會 使 起 動 期 間的 濺 触作用顯 著地降低。 較 習 知 之 設 計 5 使 用 氧 化 鋅當 作 端點塗層 有很多優點 0 氧 化 鋅 特 別 容 易 進 行 塗 覆 且可 與 包含用以 沈積鋇、鈣 緦 碳 酸 鹽 混 合 物 的 標 準 黏 結劑 的 數種黏結 劑混合得很 好 〇 酒 m 也 是 一 種 適 合 的 黏 結劑 〇 具有黏結 劑的氧化鋅 會 很快 地 滲 漏 到 該 盤 繞 線 圈 的二 次 線圈之內 。如是，塗 覆 作 業 只 是 燈 製 造 程 序 中 的 簡單 額 外步驟。 氧化鋅不需 要 任 何 化 學 轉 換 〇 在 電 極 處 理期 間 ，只需要 使溫度達到 足 夠 高 以 蒸 發 黏 結 劑 就 成 了 (100 到 2 00〇C )。 氧化鋅是無 毒 的 可 快 速 購 得 且 穩 定 的 〇 此外 測試顯示 其對燈的作 業 具 有 最 小 的 效 應 〇 第 3 圖 顯 示 的 是 塗 覆 有 氧 化鋅 層 1 2的區域，其中係 以 氧 化 鋅 覆 蓋 住 電 極 線 圈 9 的各 端 點亦即連 接點11和 11 a， 並使之覆蓋住各導入電線4和5的上邊部分。 在 測 試 巨 的 下 的 應 用 係 以 50/50 重量的基 礎將氧化鋅 和 用 以 塗 覆 各 碳 酸 鹽 的 標 準 黏結 劑 混和而達 成的。所用 的 氧 化 鋅 是 以 金 屬 基 的 99.99 % Alpha Aesar。 在混合之 後 > 結 果 得 到 的 是 一 種 大 槪 和全 乳 一致的白 色液體。使 用 不 銹 鋼 刮 刀 將 該 液 體 塗 覆 到電 極 的裸露端 點上。使液 滴 因 表 面 張 力 而 黏 著 到 刮 刀 上然 7- 後 再帶入使 之與裸露的 1278002 五、 發明說明 ( 6〕 線 圏 接 觸 〇 該 液 體 會 很 决地加速^ 隹到！ 泉圈的二次繞組內。 將 各 電 極 密 封 到 標 準 的 T8燈管內 。在密封之前，從 燈 管 的 丄山 m 點 區 域 上 將 磷 擦 除以允 許實 驗具有較佳的可見 度 〇 依 常 用 方 式 處 理 該 管 ，以2, .5 To rr的氬氣當作緩衝 氣 體 〇 利 用 相 同 的 程序 製 作控制 組的 燈，唯一的差異是 該 控 制 燈 在 電 極 上 不 具 有 任何氧 化鋅 0 將 具 有 氧 化 鋅 端 點 塗 層 的燈及 控制 燈放置在使用壽命 測 試 工 作 台 上 並 以 開 11 3秒/關 1 〇秒的程序進行開和 關 的 循 rsa. 〇 在 大 槪 300 次 啓動之 後執 行第一次目視檢查 〇 在 這 —^ 點 上 該 控 制 燈 會在南 側呈 現出嚴重的變黑現 象 ， 而 塗 層 有 氧 化 鋅 的 燈 實質上 並未 呈現出任何端點變 里 y \\\ 的 現 象 0 該 塗 覆 有 氧 化 鋅的燈 會在 大約4200次起動 時 第 — 次 出 現 輕 微 的 端 點 變黑現 象。 在 大 槪 3 5 00個循環時： ，從使用壽命測試工作台上移 走 各 燈 以 量 測 起 動 期 間 的 鋇耗損 。這 是在以原子吸收爲 基 礎 的 診 斷 下 > 依非 侵 入 方式完 成的 。該診斷法係在電 極 區 域 內 里 測 455 奈 米的 光（亦即BaH h之躍遷光譜）穿透 該 燈 的 透 射 率 0 在 放 電 期 間透射 率的 減少係肇因於鋇離 子 的 吸 收 作 用 〇 鋇 離 子 的 出現係 肇因 於來自電極之中性 鋇 的 濺 鈾 作 用 以 及 隨 後 因爲發 電板 內的電子而游離化 〇 該 診 斷 法 只 對 起 動 期 間 所噴出 的大 量鋇具有敏感度， 而 對 穩 定 狀 態 期 間 葱 發 出 來的小 量額 鋇不具有敏感度。 在 此 開 11 0秒/ 關 1C >秒的循環進行操作時，在每一燈 -8- 1278002 五、 發明說明 ( 7〕 的 某 — 電極 上 施 行 鋇 吸收 診 斷法。收集100次起動的資 料 ， 並 將這 資 料 顯 示 於 第 4圖中。每一次起動的資料 包括在 開燈 之 後 的 第 一 秒 期 間之45 5奈米光的透射率， 此 光 的 大部 份吸收作 用 係 發 生在輝光放電期間，雖然在 放 電 作 用變 成 熱 離 子 (放射）之後的很短時間內也存在有 某 些 吸 收作 用 〇 在 第 一 秒 期 間的鋇質量總耗損係從這些 資 料 中 推斷 出 的 〇 其 結 果 只 在相對觀點上是準確的。 對 兩 燈上 1 00 次 起 動 中 每 一次起動之鋇質量耗損的平 均及 標 準偏 差 爲 ·· 控 制 燈 39·0±15·5而氧化鋅（ZnO)燈 12 • 4±12」° 追 等 數 巨 代 表 的是任意單位値。 該 控 制燈 的平均 質 量 耗 損 大槪是氧化鋅（ZnO)燈之平 均 質 量 耗損 的 三 倍 那 麼 多 〇 如 第 4圖 所示 因 爲 在 質 量耗損上偶發的極大起伏的 緣 故 5 其標 準 偏 差 是 相 當 高 的。同時，該控制燈會在第 65 次 :起 丨動時 ί現 ,突 .jw> :而 Γ /fixe Μ :法 :解釋地平移到較高質量耗損 上 〇 Μ j\\\ 論如何 y 該 資 料 都 在 控制燈與氧化鋅（ZnO)燈之 間 呈 現出淸 楚 的 差 異 〇 當 然 ，結果是與上述討論中的目 視 觀 測 及放 電 電 壓 的 量 測 結 果一致的。 因 此 ，在 除 此 之 外 呈 裸 露 狀態之三碳酸鹽電極的端點 區 域 上 ，塗 覆 氧 化 鋅 (Z η〇)塗層會呈現出明顯降低螢光 燈 起 動 期間 的 濺 鈾 量 額 〇 該 ZnO特別易於塗覆到各線圈 上 且 可快 速 地 與 很 多 黏 結 劑混合。該ZnO不需要任何 化 學 轉 換， 且 是 Μ 毒 而容 易 取得的。 雖 然 已說 明 並 顯 示 的 是 巨 前所認定的本發明較佳實施 9- 1278002 五、發明說明（8) 例，對熟悉習知設計的人而言，很明顯地可在不偏離本 發明申請專利範圍的架構下作各種改變及修正。 符號之說明 1 封 套 管 2 磷 塗 覆 3 電 極 底 座 4、5 導 入 電 線 6 > 7 燈 腳 8 端 點 蓋 9 電 極 線 圈 11、1 la 連 接 點 12 氧 化 鋅 層 -10-

Claims (1)

1278002 六、申請專利範圍 1. 一種螢光燈用底座，其包括： 一玻璃基座； 導入電線，係從該基座延伸出來而呈間隔開的；’ 一縱向電極線圈，係含有裝設其上的放射材料且係延 伸在各導入電線之間；以及 一氧化鋅塗層，係塗覆於該電極線圏的各端點上，且 至少會塗覆於各導入電線上裝設有該電極線圈的區域之 上。 2. —種螢光燈用底座，其包括： 一具有兩個端點的玻璃封套管； 一底座，係用以封住各端點，且該底座包括有一玻璃 基座； 導入電線，係從該基座延伸出來的； 一縱向電極線圏，係含有裝設其上的放射性材料且係 延伸在各導入電線之間；以及 一氧化鋅塗層，係塗覆於該電極線圈的各端點上，且 至少會塗覆於各導入電線上裝設有該電極線圈的區域之 上。 3 .如申請專利範圍第1項的底座，其中該電極線圈係由鎢 構成的，且該放射性材料係包含碳酸鋇。 4.如申請專利範圍第1項的底座，其中各導入電線至少包 含有鎳和鐵的成份。 -11 -