TWI384519B - 放電燈管之製作方法 - Google Patents

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Description

放電燈管之製作方法
本發明係關於一種放電燈管的製作方法，特別是關於具有陶瓷電極的放電燈管。
圖1顯示習知的冷陰極螢光燈管10(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，其包含有內壁塗佈螢光體100的玻璃管102、導絲104、一對電極106、誘發氣體108、以及汞原子110。其中，電極106係密封於冷陰極螢光燈管10中的兩端，其末端分別耦接一導絲104延伸至燈管外，並與連接電源的導線相接合，用以導通電流，從而致使燈管發光。
一般而言，冷陰極螢光燈管10中的導絲104與電源導線是以焊接或以銅帶包覆導絲104與導線的方式相互連接。然而，不論是焊接或是包覆銅帶的連接方式，皆須歷經繁複的加工步驟，故加工不良的問題經常發生。舉例而言，若採焊接的方式，焊接不良所造成的假焊(cold solder)可能致使點亮燈管時所產生的高溫燒斷位於端點與連接導線的焊錫而造成斷路。若採包覆銅帶的方式，則於銅帶銳角處，需注意可能產生的尖端放電。
另一方面，在背光模組應用中，每個變頻裝置(例如反相器(inverter))只能驅動一至兩支冷陰極螢光燈管。當顯示器大型化時，使用的燈管數目也隨之增加，亦即需要更多的變頻裝 置來驅動增加的燈管。然而，增加變頻裝置將使得背光模組的整體消耗功率及溫度提高甚多。
因此，有必要提供一種具有低不良率、低耗能、且低污染的放電燈管。
有鑑於先前技藝之缺失，本發明提供一種放電燈管的製作方法，藉由使用外部陶瓷電極，而具有長壽命、低啟動電壓、及高輝度，並減少變頻器的使用數量。此外，更可選擇性地免除燈管中汞的充填。
於本發明之一面向中，提供內壁塗佈有螢光體的一第一玻璃管、一呈中空狀的第一陶瓷電極、一第二陶瓷電極、以及一第二玻璃管，並將前揭構件相互固接，藉此第一陶瓷電極係位於第一玻璃管與第二玻璃管之間，且第二陶瓷電極與第一玻璃管的另一端固接。
於本發明之另一面向中，提供內壁塗佈有螢光體的一第一玻璃管、一對呈中空狀的第一與第二陶瓷電極、以及一對第二與第三玻璃管，並將前揭構件相互固接，藉此第一陶瓷電極係位於第一玻璃管與第二玻璃管之間，且第二陶瓷電極係位於第一玻璃管與第三玻璃管之間。
於本發明之又一面向中，提供內壁塗佈有螢光體的一第一 玻璃管、一呈環狀的第一陶瓷電極、一呈杯狀的第二陶瓷電極、以及一第二玻璃管，並將前揭構件相互固接，藉此第一陶瓷電極係位於第一玻璃管與第二玻璃管之間，且第二陶瓷電極以密封的形式與第一玻璃管的另一端固接。
在上述步驟完成後，進行燒結、充填及密封製程而完成放電燈管的製作。
利用本發明之製作方法所製成的陶瓷放電燈管，相較於習用的冷陰極燈管(CCFL)及外部電極螢光燈管(EEFL)，具有長壽命、低啟動電壓、及大電流的特點。此外，本發明一實施例中揭露以氙(Xe)代替放電燈管中汞(Hg)的使用，從而降低環境污染。
配合下列之較佳實施例的敘述與圖式說明，本發明之目的、特徵與優點將更為清楚。
圖2顯示依據本發明放電燈管之製作方法所製成的放電燈管之一實施例。放電燈管20包含內壁塗佈螢光體200的玻璃管202、惰性氣體原子204、汞原子206、一對中空環狀陶瓷電極208以及兩支玻璃管210。陶瓷電極208連接一外部電源，且陶瓷電極外圍鍍有一導電金屬層，故當通電時，陶瓷電極208產生電容效應，使得玻璃管202內的電子與電洞(均未顯示)分別聚集於該對陶瓷電極208a與208b的正負極兩側， 並傾向發射至位於玻璃管202相對端的陶瓷電極208b與208a。
承上述，當高壓電由陶瓷電極208輸入後，放電燈管20內將產生氣體放電現象。當自由電子從陰極發射後，經過一長串的能量搬運(與惰性氣體204碰撞)，蓄積了相當程度的動能，最後和低壓的汞原子206碰撞，自由電子將動能傳給汞原子206，使得汞原子206被激發至激發態(excited state)，隨即再回到基態(steady state)，而汞原子206回到基態時，所吸收的能量會以紫外光(波長：253.7nm)的形式釋放，螢光體200吸收此光能後，再轉變成相對色溫的可見光放射出來。自由電子不斷地被外部電源所產生的電場予以加速，上述的過程亦不斷地在燈管中進行。
圖3顯示依據本發明放電燈管之製作方法所製成的放電燈管之另一實施例。放電燈管30與圖2的放電燈管20大致相同，惟其不同處在於放電燈管30中，陶瓷電極308a為僅一端具有開口之杯狀結構，故陶瓷電極308a並無如同圖2中對應的陶瓷電極208a連接有玻璃管210a，而是直接以將玻璃管302密封的形式與其連接。
圖4顯示依據本發明放電燈管之製作方法所製成的放電燈管之又一實施例。與圖3類似，放電燈管40與圖2的放電燈管20大致相同，惟其不同處在於放電燈管40的玻璃管402呈L型彎曲，且陶瓷電極408a為一端具有較小直徑之梯形、陶瓷電極408b為中段具有較小直徑之中空環狀，相較於圖2 中對應的直線型玻璃管202，以及呈均勻中空環狀之陶瓷電極208。
在技術領域中熟此技藝者當知，上述的實施例為例示性質，為非將所有可能的實施態樣盡數列舉。玻璃管與陶瓷電極的形狀係依製程及應用標的而有所不同。
本發明之放電燈管是利用多孔性陶瓷作為放電燈管的電極，因此，相較於傳統的冷陰極燈管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)及外部電極螢光燈管(external electrode fluorescent lamp，EEFL)，其具有低啟動電壓、大電流、以及長壽命的特點。再者，使用一顆變頻裝置(例如inverter)即可驅動複數支陶瓷電極燈管，因而可減少變頻裝置的使用量，以降低成本並簡化背光模組的設計。
圖5為本發明放電燈管製作方法之一實施例的流程圖，並配合圖2所示之放電燈管20加以說明。首先，於步驟500，提供內壁塗佈螢光體之一玻璃管200(直徑約為3.0~15.5毫米)，可選用兩端相通、呈任意形狀的玻璃管。舉例而言，此玻璃管202可為直線型、彎曲型或螺旋型，但不以此為限。
於步驟502，提供一對中空及/或環狀之陶瓷電極，例如陶瓷電極208a、208b(深度約為15毫米)。於其他實施例中，如圖4所示，可選用兩端相通、呈任意形狀之一對陶瓷電極408a、408b。陶瓷電極208a、208b外圍鍍有一金屬層(例如銀、 錫)，以作為導電之用。將陶瓷電極208a、208b分別連接於玻璃管202之兩端。所選用的陶瓷電極208a、208b具有較玻璃管202略大之口徑，使得陶瓷電極208a、208b的內壁係以包覆玻璃管202外壁的方式而連接。然而，取決於設計考量，陶瓷電極208與玻璃管202亦可以相反的方式連接，亦即玻璃管202具有較大口徑而其內壁包覆陶瓷電極208a、208b的外壁。再者，通常將玻璃管202與陶瓷電極208a與208b相接觸部份的深度設定為2~3毫米。
於步驟504，施加黏著劑於玻璃管與陶瓷電極相接觸之部分，以使其固定。
於步驟506，提供兩支玻璃管210a與210b(長度約為2~5毫米，較短者為佳)，分別具有相通之兩端，並依步驟502所述之連接方式與陶瓷電極208a、208b連接，使得此二玻璃管210與陶瓷電極208a、208b的另一端(未與玻璃管202相接端)連接。同樣地，將玻璃管210a與210b分別與陶瓷電極208a與208b相接觸部份的深度設定為2~3毫米，而使得陶瓷電極實際能產生作用的深度約為8毫米。於另一實施例中，如圖3所示，可僅使用一個玻璃管310連接兩個陶瓷電極308a與308b其中一者，但在此情況下，與其為中空環狀，未連接玻璃管310的陶瓷電極308a係為具有開口之杯狀，使得其與玻璃管302的連結產生密封的效果。
於步驟508，相同於步驟504，分別施加黏著劑於玻璃管 210a、210b與陶瓷電極208相接觸之部分。需瞭解的是，步驟502至步驟508於實施上無須依循一定的順序，而是視實際製程需求而定。
於步驟504與508中，所使用的黏著劑可為玻璃膠，其可包含玻璃粉、樹脂(binder resin)與有機溶劑，且根據添加鉛的有無，更可細分為含鉛的玻璃膠(Lead(Pb)－based glass paste)和無鉛的玻璃膠(Lead(Pb)－free glass paste)。
舉例而言，於含鉛的玻璃膠中，玻璃粉可為諸如PbO－B2 O3 －SiO2 、PbO－B2 O3 －SiO2 －Al2 O3 、ZnO－B2 O3 －SiO2 或PbO－ZnO－B2 O3 －SiO2 等包含鉛(Pb)之化合物；樹脂可為諸如methyl(meth)acrylate、isopropyl(meth)acrylate、butyl methacrylate、或2－hydroxypropyl methacrylate、或者上述物質組合之壓克力樹脂(acrylic resin)；有機溶劑可為ketones、alcohols、ether－based alcohols、lactates、ehter－based Ether、Propylene glycol monomethyl、或Butyl－di－glycol－acetate、或者其組合。
另一方面，於無鉛的玻璃膠中，玻璃粉可為P2O5－SnO－B2O3、P2O5－SnO－Bi2O3或Bi2O3－ZnO－B2O3－Al2O3－Si02(CeO2＋CuO＋Fe2O3)；樹脂可為polyurethane resin；有機溶劑可為dimethylformamide、methanol、xylene、butyl acetate、isopropanol、或Butyl－di－glycol－acetate、或者其組合。
於步驟510中，連接上述玻璃管202、陶瓷電極208a、208b以及玻璃管210a、210b而形成一燈管結構，並於其構件接觸部分塗佈黏著劑後，進行燒結製程。燒結製程的實施方式為：將燈管結構放入一燒結裝置中，使黏著劑固化，從而使燈管結構中組成構件接觸部分緊密接合。較佳者，此燒結製程可為一具有三階段加熱方式的烘烤製程。例如，於第一階段，先以每分鐘5℃~10℃的速率將燒結裝置逐漸升溫至150℃~170℃，並持續加熱10至60分鐘，接著於第二階段，再升溫至500°C~700℃，加熱5至50分鐘，最後於第三階段，以每分鐘5°C~10℃降溫至150℃~500℃，並加熱20至120分鐘。在另一實施例中，上述燒結製程是在150℃~700℃下持續加熱30~120分鐘之單一階段實施。
於另一實施例中，可省略步驟504與508而選擇不塗佈黏著劑。此情況下，於步驟510中直接以直火將玻璃管202與陶瓷電極208a、208b加熱熔固。舉例而言，可使用一至八支火焰直接加熱玻璃管與陶瓷電極的接合處，如下列三種製程條件所述，但不限於該等條件。其一，僅使用一支火焰，火焰溫度約為1000~1900℃，並持續加熱5至60秒。其二，使用五支火焰，火焰溫度為1000~1900℃，並持續加熱3至30秒。其三，使用八支火焰，火焰溫度亦為1000~1900℃，並持續加熱3至30秒。需注意的是，在上述三種情形中，依陶瓷電極與玻璃管材質不同，加熱溫度及加熱時間均有所差異。
由上述可歸納出，黏著劑塗佈的有無之差別在於後續燒結 步驟中將使用不同的燒結製程(溫度與時間)。
於步驟512，當完成燒結步驟後，對燈管結構施以充填製程。此充填製程是以1torr~300torr的封入壓力充填混合氣體204，並加入汞塊(或液態汞)206於燈管結構內，其中混合氣體包括90%的氬(Ar)和10%的氖(Ne)。在其他的實施例中，上述混合氣體可選自由10%~90%的氬(Ar)、10%~90%的氖(Ne)、10%~90%的氪(Kr)、5%~50%的氮(N2 )、以及1%~90%的氙(Xe)所組成的惰性氣體群組。再者，在另一實施例中，充填製程僅充填混合氣體204(封入壓力為2torr~180torr)但並未加入汞206於上述的燈管結構內，而是以氙(Xe)替用。
最後，於步驟514，將上述兩玻璃管210外端密封。一般而言，此密封製程可利用適當溫度的火燄分別將上述連接陶瓷電極之玻璃管外側密封，以構成陶瓷電極燈管。
上述之實施例係用以描述本發明，然本發明並不限於這些特定實施例的描述，本發明的申請專利範圍旨在包含所有符合本發明之精神與範圍的修改與變化。
冷陰極螢光燈管‧‧‧10
螢光體‧‧‧100、200、300、400
玻璃管‧‧‧102、202、302、402
導線‧‧‧104
電極‧‧‧106
誘發氣體‧‧‧108
汞原子‧‧‧110
放電燈管‧‧‧20、30、40
惰性氣體原子‧‧‧204、304、404
汞原子‧‧‧206、306、406
陶瓷電極‧‧‧208a~b、308a~b、408a~b
玻璃管‧‧‧210a~b、310、410a~b
圖1為習知放電燈管的示意圖；圖2為本發明之放電燈管之一實施例的示意圖；圖3為本發明之放電燈管之另一實施例的示意圖；圖4為本發明之放電燈管之又一實施例的示意圖；以及 圖5為本發明之放電燈管之製作方法的流程圖。

Claims (17)

  1. 一種放電燈管之製作方法，包含以下步驟：(a)提供一第一玻璃管，其內壁塗佈有螢光體且具有相通之一第一端與一第二端；(b)提供一第一陶瓷電極與一第二陶瓷電極，其中該第一與第二陶瓷電極均為中空狀；(c)提供一第二玻璃管與一第三玻璃管；以及(d)固接該第一玻璃管之第一端、該第一與第二陶瓷電極、以及該第二與第三玻璃管，藉此該第一陶瓷電極係位於該第一玻璃管與該第二玻璃管之間，且該第二陶瓷電極係位於該第一玻璃管與該第三玻璃管之間。
  2. 一種放電燈管之製作方法，包含以下步驟：(a)提供一第一玻璃管，其內壁塗佈有螢光體且具有相通之一第一端與一第二端；(b)提供一第一陶瓷電極與一第二陶瓷電極，其中該第一陶瓷電極為中空狀，該第二陶瓷電極為一端具有開口之杯狀；(c)提供一第二玻璃管；以及(d)固接該第一玻璃管之第一端、該第一與第二陶瓷電極、以及該第二玻璃管，藉此該第一陶瓷電極係位於該第一玻璃管與該第二玻璃管之間，且該第二陶瓷電極係固接於該第一玻璃管之第二端。
  3. 一種放電燈管之製作方法，包含以下步驟：(a)提供一第一玻璃管，其內壁塗佈有螢光體且具有相通 之一第一端與一第二端；(b)提供一第一陶瓷電極與一第二陶瓷電極，其中該第一陶瓷電極之形狀為環狀；(c)提供一第二玻璃管；以及(d)固接該第一玻璃管之第一端、該第一陶瓷電極、以及該第二玻璃管，藉此該第一陶瓷電極係位於該第一玻璃管與該第二玻璃管之間，且該第二陶瓷電極係固接於該第一玻璃管之第二端。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之方法，其中該步驟(d)包含燒結該等陶瓷電極與該等玻璃管相接觸之部份。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該步驟(d)更包含使用一黏著劑於該等陶瓷電極與該等玻璃管相接觸之部份。
  6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之製作方法，其中該步驟(d)中，該第一玻璃管之外壁覆套於該第一陶瓷電極之內壁。
  7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之製作方法，其中該步驟(d)中該第一陶瓷電極之外壁覆套於該第一玻璃管之內壁。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中該第二陶瓷電極之形狀為環狀。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之製作方法，該步驟(b)中更包 含提供一第三玻璃管，而該步驟(d)中更包含固接該第一玻璃管之第二端、該第二陶瓷電極、與該第三玻璃管，藉此該第二陶瓷電極係位於該第三玻璃管與該第二玻璃管之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之製作方法，其中該第二陶瓷電極之二端開口之大小不相等。
  11. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之製作方法，其中該第一陶瓷電極之二端開口之大小不相等。
  12. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之製作方法，於步驟(d)後更包含充填一惰性氣體至該第一玻璃管中。
  13. 如申請專利範圍12項所述之製作方法，其中該惰性氣體包含氙(Xe)。
  14. 如申請專利範圍第l、2或3項所述之製作方法，於步驟(d)後更包含充填汞至該第一玻璃管中。
  15. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中該第二陶瓷電極之形狀為一端具有開口之杯狀，而在步驟(d)中固接該第二陶瓷電極之該開口與該第一玻璃管之第二端。
  16. 如申請專利範圍第1、2或3項之製作方法，其中該第一玻璃管為直線型。
  17. 如申請專利範圍第1、2或3項之製作方法，其中該第一玻璃管具有至少一彎曲部。
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