CN100399497C

CN100399497C - 荧光灯管及平面灯

Info

Publication number: CN100399497C
Application number: CNB2005101097664A
Authority: CN
Inventors: 许宏彬; 蓝元柯; 胡克龙
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AUO Corp
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: CN1741246A

Abstract

本发明的荧光灯管，包括：一透明灯管，具有一充满气体的封闭腔体；一对电极，配置在该透明灯管的两端；一介电质全方位反射层，置于该透明灯管的内壁上，用以将紫外光完全反射局限在该封闭腔体中；以及一荧光层，置于该介电质全方位反射层上，以与紫外光反应产生可见光。本发明更包括含有上述介电质全方位反射层的平面灯结构。

Description

荧光灯管及平面灯

技术领域

本发明有关于一种荧光灯管及平面灯，特别有关一种具有介电质全方位反射层的荧光灯管及平面灯。

背景技术

冷阴极荧光灯管因其发光强度高、发光均匀、灯管可作的极细且可制成各种形状，也可以制成平板状作为平面灯源，故目前在液晶显示器、扫描仪、汽车仪表盘、微型广告灯箱和镜框制作等领域中获得大量应用。一般来说，冷阴极荧光灯管通常作为上述产品的背光源，是一种新颖的微型强光源。

传统的冷阴极荧光灯管100如图1所示，透明灯管101的内壁上具有一层荧光层105，一对电极103a及103b配置在透明灯管101的两端，透明灯管内充满汞、氩、氖、或氙气体，当两端的电极103a及103b施加一高电压时，会使透明灯管101内的气体例如氩(Ar)产生电离，受激发的电子与汞原子碰撞产生紫外光或可见光，紫外光209与涂布在封闭腔体内壁上的荧光物质作用产生可见光211。但荧光层105无法完全吸收紫外光209以产生可见光，部分紫外光209会被腔体壁吸收转化为热量或穿透腔体壁而耗损，而使传统的荧光灯管100无法有效利用受电场激发产生的紫外光。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有介电质全方位反射层(dielectric omnidirectional reflector)的荧光灯管及平面灯，将介电质全方位反射层形成在荧光物质与灯管腔体内壁之间，使穿透荧光物质的紫外光反射回腔体，紫外光被局限在灯管腔体中反复且多方向反射，使紫外光与荧光物质充分作用后释出可见光，以耗尽紫外光的能量，提高可见光的转换效率，另外介电质全方位反射层不会反射可见光。借由介电质全方位反射层可增加荧光灯的紫外光利用率，以及增加亮度效率，同时减少紫外光对人体的伤害。

为达成上述目的，本发明提供一种荧光灯管，包括：一透明灯管，具有一充满气体的封闭腔体；一对电极，配置在该透明灯管的两端；一介电质全方位反射层，置于该透明灯管的内壁上，用以将紫外光完全反射局限在该封闭腔体中；以及一荧光层，置于该介电质全方位反射层上，以与紫外光反应产生可见光。

为达成上述目的，本发明提供一种平面灯，包括：一第一基板；一第二基板，相对于该第一基板，其中该第一及第二基板中至少一为透明基板；至少一间隙壁，置于该第一基板与该第二基板之间，与该第一基板及该第二基板形成充满气体的腔体；一介电质全方位反射层，置于该腔体的内壁，用以将紫外光完全反射局限在该腔体中；以及一荧光层，置于该介电质全方位反射层上，可与紫外光反应产生可见光。

为了让发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为传统荧光灯管结构

图2为本发明具有介电质全方位反射层的荧光灯管结构

图3为本发明具有介电质全方位反射层的平面灯结构

符号说明

荧光灯管～100；透明灯管～101；电极～103a、103b；荧光层～105；荧光灯管～200；透明灯管～201；电极～203a、203b；介电质全方位反射层～205；荧光层～207；紫外光～209；可见光～211；平面灯～300；第一基板～301；第二基板～303；间隙壁～305；介电质全方位反射层～307；荧光层～309；腔体～311

具体实施方式

图2显示本发明一优选实施例中具有介电质全方位反射层的荧光灯管200，包括一透明灯管201，例如玻璃灯管，灯管两端具有一对电极203a及203b。于此图中以冷阴极荧光灯管(CCFL)为例，电极位于灯管的内部。然而，电极亦可以例如外部电极荧光灯管(EEFL)的设计，而置于灯管的外部。荧光灯管的内壁上具有一介电质全方位反射层205及一荧光层207，其中介电质全方位反射层205置于透明灯管201与荧光层207之间，为一种在可见光范围内为透明的周期性堆积反射层。其反射原理是利用周期结构所产生的能隙现象来控制特定波长的光波能否通过，此能隙的频宽与对应频率可借由不同介电质材料(dielectric material)与周期大小来控制，事实上只要周期结构与与介电质材料的比值控制得宜，即使是一维的周期结构也能具备全方位的能隙，亦即在特定频率范围内由各种方向向此结构传播的电磁波传播模态将无法延伸。能隙控制近似方程式如下所示

\frac{Δω}{2 c} = \frac{a \cos (- \sqrt{\frac{A - 2}{A + 2}})}{d_{1} n_{1} + d_{2} n_{2}} - \frac{a \cos (- \sqrt{\frac{B - 2}{B + 2}})}{d_{1} \sqrt{{n_{1}}^{2} - 1} {+ d}_{2} \sqrt{{n_{2}}^{2} - 1}}

其中，n1，n2：不同介电质材料(dielectric material)的反射系数；d1，d2：不同介电质材料(dielectric material)的厚度；c：光速；ω：角频率；a：周期大小(a＝d1+d2)，而A与B两个常数的关系式如下；

A = \frac{n_{2}}{n_{1}} + \frac{n_{1}}{n_{2}},

B = \frac{n_{2} \sqrt{{n_{1}}^{2} - 1}}{n_{1} \sqrt{{n_{2}}^{2} - 1}} + \frac{n_{1} \sqrt{{n_{2}}^{2} - 1}}{n_{2} \sqrt{{n_{1}}^{2} - 1}} .

对特定的dl/a比值，正常化(normalized)的能隙大小：(ω2-ω1/0.5(ω2+ω1))可以利用不同材料的反射系数比率来控制。若固定其中一层介质材料的反射系数，例如n1为固定值，则两层介质材料的反射系数差异越大时，正常化(normalized)的能隙也越大。此时，可以使更广范围内的特定频率的电磁波无法传递延伸至另一个媒介，如此而达到全方位反射的功效。

可见光范围内为透明的周期性堆积反射层例如是SiO₂、AlN、ZnO、Al₂O₃、Ta₂O₃或TiO₂中至少两种材料的堆积结构，优选为SiO₂/Al₂O₃所形成的周期性堆积结构，这样组成的一维周期介电质镜，它的损耗非常低，有如完美无缺的镜面(perfect mirror)。此镜面可以和金属一样，在所有角度，在各种极化条件下反射光线；但是却没有金属所具有的损耗大的缺点。介电质全方位反射层可以纳米制作技术(nanotechnology)，例如：自组装法(selfassembling)、溶胶凝胶法(sol-gel)而制得。或是以其它传统光学镀膜的方式，例如：溅镀(sputtering)、电子枪蒸镀(E-gun)或化学气相沉积(CVD)而制得。介电质全方位反射层可针对特定的光束出射角设计，对于不同电场极性(polarizations)皆有很高的反射率，以SiO₂/Al₂O₃所形成的周期性多层结构为例，再依前述设计理论控制镀膜的材料比率，可使介电质全方位反射层针对特定波长范围的紫外光的反射率大于95％。

介电质全方位反射层205上的荧光层207通常由两种物质所组成，一是主体原料(host compound)，另一种为掺杂物(dopant activator)，其中主体原料包括硫酸盐、含卤素磷酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钨酸盐及铝酸盐或无机荧光材料。其中无机荧光材料包括Y₂O₃、YVO₄、SrB₄O₇F或MgGa₂O₄；另外掺杂物包括锰、铜、汞或镧系元素中的过渡金属。掺杂物通常以置换(substitutional)或填隙(interstitial)方式进入主体原料的晶格中，来调整主体原料的发光波长，发光颜色可通过掺杂物的材料选择来决定，稀土元素(rare-earth elements)也是常见的掺杂物。

荧光灯管腔体中充满例如汞与惰性气体的混合气体，也可不含汞单纯为惰性气体，当荧光灯管的电极203a及203b通电时，产生高能量的电子与管内的惰性气体或与汞的混合气体激发出部分可见光及部分紫外光，其中紫外光209可被荧光层207吸收方射出可见光211，但部分紫外光209未与荧光层207作用而穿过荧光层207。由于本发明的全方位介电质反射层205，位于荧光层207及透明灯管之间，可将未与荧光层207作用的紫外光反射回荧光灯管200中，而将紫外光局限在荧光灯管200中，借此提升紫外光的利用率，增加荧光灯的亮度及发光效率，也可避免紫外光穿过荧光层及透明灯管而造成浪费且对使用者的眼睛有害。

图3显示本发明平面灯300的侧视图，包括一第一基板301及一第二基板303，相对应于第一基板301，其中第一基板301及第二基板303中至少有一为透明基板，例如玻璃基板或透明塑料，且第一及第二基板可为相同材料或不同材料。第一基板301与第二基板303之间具有多个间隙壁305，在第一基板与第二基板之间隔离出多个腔体311，虽然在图标中的各腔体间互相隔离，但也可互相连通，其中间隙壁305可与第一基板301或第二基板303一体成形，也可单独形成在第一基板301与第二基板303之间，其中间隙壁的形状可为单一条状、多个柱状或十字形。

腔体311中充满气体，例如汞与惰性气体的混合气体，或单纯为惰性气体，腔体壁上具有一荧光层309及一介电质全方位反射层307，介电质全方位反射层307形成在荧光层309与第一基板301或第二基板303之间，为一种周期性堆积的反射层，例如是SiO₂、AlN、ZnO、Al₂O₃、Ta₂O₃或TiO₂中至少两种材料的堆积结构，优选为SiO₂/Al₂O₃所形成的周期性堆积结构。介电质全方位反射层可以多种方法形成，例如：自组装法(selfassembling、溶胶凝胶法(sol-gel)或其它传统光学镀膜的方式，例如：溅镀(sputtering)、电子枪蒸镀(E-gun)或化学气相沉积(CVD)。介电质全方位反射层可针对特定波长的光束进行反射，对于不同电场极性(polarizations)皆有很高的反射率，以SiO₂/Al₂O₃所形成的周期性多层结构为例，针对特定波长范围的紫外光，其反射率大于95％。

平面灯300的发光原理如同荧光灯管200，经平面灯300的电极(未显示)产生的高能电子与腔体内的气体作用产生可见光及紫外光，介电质全方位反射层307可允许可见光通过且反射紫外光，其反射率约为95％，可将紫外光209有效局限在腔体311中，与荧光层309充分反应释放出可见光211，提升紫外光209的利用率，增加平面灯300的亮度及发光效率，也可避免紫外光穿过荧光层309及第一基板301或第二基板303而造成浪费且对使用者的眼睛有害。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种荧光灯管，包括：

一透明灯管，具有一充满气体的封闭腔体；

一对电极，配置在该透明灯管的两端；

一介电质全方位反射层，置于该透明灯管的内壁上，用以将紫外光局限在该封闭腔体中；以及

一荧光层，置于该介电质全方位反射层上，以与紫外光反应产生可见光。

2.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该介电质全方位反射层用以完全反射各种极化条件下的紫外光。

3.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该透明灯管内的气体为惰性气体或汞与惰性气体的混合。

4.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该对电极配置在该透明灯管之内或之外。

5.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该介电质全方位反射层为一周期性多层透明结构。

6.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该介电质全方位反射层包括下列至少两种材料的重复堆积：SiO₂、AlN、ZnO、Al₂O₃、Ta₂O₃或TiO₂。

7.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该介电质全方位反射层为氧化硅/三氧化二铝所形成的周期性多层结构。

8.根据权利要求1所述的荧光灯管，其中该介电质全方位反射层对紫外光的反射率大于95％。

9.一种平面灯，包括：

一第一基板；

一第二基板，相对于该第一基板，其中该第一及第二基板中至少一为透明基板；

至少一间隙壁，置于该第一基板与该第二基板之间，与该第一基板及该第二基板形成多个充满气体的腔体；

一介电质全方位反射层，置于该腔体的内壁，用以将紫外光局限在该腔体中；以及

一荧光层，置于该介电质全方位反射层上，可与紫外光反应产生可见光。

10.根据权利要求9所述的平面灯，其中该介电质全方位反射层用以完全反射各种极化条件下的紫外光。

11.根据权利要求9所述的平面灯，其中该间隙壁与该第一基板或该第二基板一体成形。

12.根据权利要求9所述的平面灯，其中该间隙壁的形状包括：单一条状、多个柱状或十字形。

13.根据权利要求9所述的平面灯，其中该封闭腔体内的气体为惰性气体或汞与惰性气体的混合。

14.根据权利要求9所述的平面灯，其中该介电质全方位反射层为一周期性多层透明结构。

15.根据权利要求9所述的平面灯，其中该介电质全方位反射层包括下列至少两种材料的重复堆积：SiO₂、AlN、ZnO、Al₂O₃、Ta₂O₃或TiO₂。

16.根据权利要求9所述的平面灯，其中该介电质全方位反射层为氧化硅/三氧化二铝所形成的周期性多层结构。

17.根据权利要求9所述的平面灯，其中该介电质全方位反射层对紫外光的反射率大于95％。