TWI414208B - Mercury - free fluorescent tubes and their driving methods - Google Patents

Description

無汞螢光燈管及其驅動方法

本發明有關一種無汞螢光燈管，尤指一種包含外部電極與內部電極之無汞螢光燈管；本發明並有關一種該無汞螢光燈管的驅動方法。

鎢絲、白熾燈泡的發明，讓人類在黑暗中重現光明，從此改變了人類的生活模式，讓白天得以延伸；而螢光燈管則改善了傳統鎢絲燈泡的發光效率與壽命，大幅加速了人類文明進步的腳步。

習知的螢光燈管內充滿了低壓氫氣或氫氖混合氣體及汞(水銀)蒸氣，且其玻璃燈管之內側表面塗佈一層磷質螢光層。當電源輸入而啟動螢光燈管兩端的電極時，被加熱的電極會釋放大量的熱電子，並因燈管內兩端電極的電位差而快速移動。該些熱電子移動時，在管內撞擊汞原子並使其游離而產生紫外光，螢光燈管內側的螢光層則吸收上述紫外光，並釋放出較長波長的可見光，致使燈管發光。螢光燈管發出的光線色溫可由磷質成份的螢光層配方來控制，而玻璃管則避免有害的紫外線及內部毒性的水銀外洩。

由於螢光燈管內的汞對環境有害且不易回收，燈管破裂時，溢出的汞蒸氣甚至會造成人體中毒，因此近期燈管的開發研究均以無汞化作為訴求。惟，單純僅以惰性氣體取代汞蒸氣作為紫外線供給者，其燈管之發光效率甚低，無法滿足 照明的需求；再者，上述對於管徑較大或燈管較長者，其啟動電壓須大幅增加，利用極高之電壓致使惰性氣體游離而產生紫外光而發光，如此會提高能源成本；另一方面，高電壓除危險耗能外，亦有燒毀燈管的可能。

中華民國專利第M326613號以及第M330420號之「無汞螢光燈管」揭露一種橢圓柱狀的無汞螢光燈管，並於燈管外表面設置一反射膜，藉由該反射膜反射部分光線，以增加同一方向之發光亮度。然而，以反射膜反射光線的方式，無法實質上增加燈管的發光效率並改善燈管的發光亮度，且因反射膜的設置，限制了光源投射的方向。

綜上所述，本發明之目的在於提供一種無汞螢光燈管，藉以達到燈管無汞化之照明目標，並滿足環保與無毒的安全訴求。

本發明之另一目的，在於提供一種上述無汞螢光燈管的驅動方法，藉以解決燈管無汞化後難以驅動、點亮的問題，並進一步改善傳統無汞螢光燈管亮度不佳的問題

為達前述目的，本發明提出之無汞螢光燈管包含：一燈管，其內部填充惰性氣體且兩端封閉、兩內部電極，該兩內部電極分別設置於該燈管內之兩封閉端、以及兩外部電極，該兩外部電極分別設置於該燈管的外表面。該無汞螢光燈驅動步驟如下：啟動該兩內部電極，激發該燈管內之部分惰性氣體產生離子化；啟動該兩外部電極，致使該燈管內部惰性氣體產生電漿，進而使該燈管導通發光；關閉該兩外部電極，並維持燈管發光。

透過本發明外部電極的啟動，可輔助惰性氣體形成電漿而致使燈管發光，且其亮度佳、發光均勻，並達成無汞 化的環保目標。有關本發明的詳細技術內容及較佳實施例，配合圖式說明如後。

1‧‧‧無汞螢光燈管

11‧‧‧燈管

12‧‧‧內部電極

13‧‧‧內部電極

14‧‧‧外部電極

15‧‧‧外部電極

111‧‧‧螢光層

121‧‧‧燈絲

131‧‧‧燈絲

本發明的實施方式係配合圖式予以描述：「圖1」為本發明無汞螢光燈管一實施例之截面剖視圖；以及「圖2-1」至「圖2-3」為本發明無汞螢光燈管的驅動方法之流程圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱「圖1」所示，其為本發明適用之無汞螢光燈管1一實施例之截面剖視圖。該無汞螢光燈管1包含一燈管11、兩內部電極12，13以及兩外部電極14，15；該燈管11兩端封閉，內部並填充惰性氣體，兩封閉末端各自設置一上述之內部電極12，13；該燈管11內部表面並塗覆一螢光層111，該螢光層111可吸收燈管11內部氣體產生之紫外線而發出可見光，形成照明光源；該兩外部電極14，15設置於該燈管11之外表面，並各自定義為陰極與陽極。該燈管11內部填充之惰性氣體，可選自氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氡氣(Rn)所組成的群組任一或其組合，以達到無汞化的環保目標。

請配合參閱「圖2-1」至「圖2-3」所示之驅動流程圖，本發明驅動上述無汞螢光燈管1的方法，包含：啟動內部電極12，13，激發該燈管11內之部分惰性氣體產生離子化；啟動外部電極14，15，致使燈管11內部氣體產生電漿；關閉外部電極14，15，並維持燈管11發光。以下就上述三步驟做詳細的說明：

步驟一：如「圖2-1」所示，首先敔動並導通兩端的內部電極12，13，此時，電流加熱該兩內部電極12，13之燈絲121，131部位，並藉該燈絲121，131上所附著之電子放射物釋放自由電子；該些自由電子可協助激發管內部分的惰性氣體游離，如此可降低下一階段外部電極14，15導通的電壓，同時達到預熱燈管11的效果；意即，此時燈管11內部實質上並未導通。須說明的是，本發明所謂之內部電極12，13設置於燈管11兩端，且與燈管11內部之惰性氣體產生接觸者而定義。

步驟二：啟動外部電極14，15，如「圖2-2」所示。利用外部電極14，15供給高伏特的電壓，激發燈管11內部之惰性氣體形成電漿，使整支燈管11內部呈導通的狀態，而穩定釋放光源。上述的「電漿」係指填充之惰性氣體因離子化而產生自由電子與正帶電之氣體離子，啟動外部電極14，15俾使自由電子數目瞬間增加，而可產生穩態電漿。惰性氣體原子受激後，電子會從低能階跳躍至高能階並呈不穩定的狀態，因此當位於高能階狀態之電子回復至較穩定的低能階狀態時，會放射出紫外線波長，再藉由螢光層111將該紫外線轉換為可見光源。在此加以說明的是：上述外部電極14，15使用之高伏特的電壓係相較內部電極12，13之電壓而言；實務上，外部電極14，15的啟動電壓(千伏以上)大於內部電極12，13之啟動電壓(數十至數百伏)，即內部電極12，13是以低電壓高電流的方式啟動，而外部電極14，15則是以高電壓低電流的方式啟動。

步驟三：係關閉外部電極14，15，使燈管11內仍維持導通狀態。此時燈管可發出亮且穩定的可見光源，並不因外部電極14，15關閉而造成光源輸出改變，如「圖2-3」所示者。

須再說明的是，由於無汞螢光燈管1缺乏汞氣體誘使惰性氣體離子化而使燈管內部導通，因此必須大幅增加內部電極12，13的電壓以驅動燈管，也因高電壓輸入而極易造成鎢絲損傷。一般來說，由於冷陰極螢光燈管的管徑較小，且電極部位使用金屬杯(Ni-Cup)，因此藉其特殊結構而可承受高壓放電以驅動燈管；然而，冷陰極螢光燈管之電極結構並不適用於大管徑之螢光燈管。隨本發明之燈管11結構其管徑與管長增加，內部電極12，13之導通電壓與電流其將隨管徑以及管長尺寸呈指數性的遞增，如此會使安定器的成本過高，亦會增加使用之危險性。因此，藉由外部電極14，15輔助管內氣體離子化，將可改善上述問題。

據此，本發明可適用於熱陰極螢光燈管，尤其是管徑過大而無法單純由內部電極12，13啟動者，例如T4(管徑4/8英吋)以上之燈管，但不以其為限。

另一方面，本發明之外部電極14，15並未持續啟動藉以維持燈管11內部的導通，而僅於該兩內部電極12，13導通後同時開啟一預設時問，並藉由該外部電極14，15的高壓放電，輔助惰性氣體離子化形成電漿。因此，當該兩外部電極14，15關閉復，內部電極12，13仍維持導通狀態，使燈管11內部的惰性氣體保持穩定的電離態，進而使無汞螢光燈管1維持發光效果。因本發明之外部電極14，15無須持續導通，僅作為啟動之輔助效果，可避免產生臭氧汙染或耗費能源的疑慮。

在上述之實施例中，該兩外部電極14，15係可均為一導電層，且該導電層則實質上附著於該燈管11外表面而設置；此外，該導電層可為金屬薄膜，例如以銀膠或導電膠體塗佈於燈管外表面而形成，或直接貼覆銅膜，在此並無特別的限定。該兩外部電極14，15可考量無汞螢光燈管1的出光方向或效率而分離設置；進一步地，該兩外部電極14，15可對向設 置於該燈管11之外表面(如「圖1」顯示其分別位於燈管11直徑兩端)，藉由對向放電激發惰性氣體形成電漿；該外部電極14，15可沿燈管11延伸方向設置，其寬度尺寸以不產生臭氧或遮蔽光源較少者為考量，而無特別的限定；在其他實施例中，該燈管11內側表面對應該兩外部電極14，15處，可塗佈一誘電層，例如材質為氣化銦錫(ITO)之誘電層，由於誘電層材質係屬習知技藝，在此不加贊述。

須特別說明的是，「圖2-1」至「圖2-3」之線路符號及開關僅為示意使用；實際上，該無汞螢光燈管1內、外部電極的敔動與關閉，可藉由一電子安定器來控制。

本發明提出之無汞螢光燈管發光均勻且亮度佳，且無須利用高能啟動內部電極而耗費能源。惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，非欲侷限本發明專利之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化與修飾，均同理包含於本發明之權利保護範圍，合予陳明。

1‧‧‧無汞螢光燈管

11‧‧‧燈管

12‧‧‧內部電極

13‧‧‧內部電極

14‧‧‧外部電極

15‧‧‧外部電極

111‧‧‧螢光層

121‧‧‧燈絲

131‧‧‧燈絲

Claims (10)

1. 一種無汞螢光燈管的驅動方法，用以使一燈管發光；該燈管內部填充惰性氣體，並於兩端設置兩內部電極，而該燈管之外側表面設置兩外部電極；驅動該無汞螢光燈管的步驟包含：啟動該兩內部電極，激發該燈管內之部分惰性氣體產生離子化；啟動該兩外部電極，致使該燈管內部的惰性氣體產生電漿，進而使該燈管導通發光；關閉該兩外部電極，並維持燈管發光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無汞螢光燈管的驅動方法，其中該兩外部電極之啟動電壓大於該兩內部電極之啟動電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無汞螢光燈管的驅動方法，其中該兩外部電極和該兩內部電極之開關係以一電子安定器所控制。
4. 一種無汞螢光燈管，包含：一燈管，其內部填充惰性氣體且兩端封閉；兩內部電極，該兩內部電極分別設置於該燈管內之兩封閉端；兩外部電極，該兩外部電極分別設置於該燈管的外表面；其中，當該兩內部電極啟動而維持導通後，可啟動該兩外部電極一預設時間後關閉，俾使該惰性氣體電漿化並致使該無汞螢光燈管穩定發光。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無汞螢光燈管，其中該兩外 部電極係對向設置於該燈管的表面。
6. 如申請專利範圍第4項所述之無汞瑩光燈管，其中該兩外部電極對應該燈管之內側表面包含一誘電層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無汞螢光燈管，其中該誘電層之材質係為氣化銦錫。
8. 如申請專利範圍第4項所述之無汞螢光燈管，其中該無汞螢光燈管係為一熱陰極螢光燈管。
9. 如申請專利範圍第4項所述之無汞螢光燈管，其中該無汞螢光燈管之管徑大於4/8英吋。
10. 如申請專利範圍第4項所述之無汞螢光燈管，其中該兩外部電極和該兩內部電極之開關係藉由一電子安定器所控制。