放电灯管的制作方法.pdf

本发明提供一种放电灯管的制作方法，提供内壁涂布有荧光体的一第一玻璃管、一呈中空环状的第一陶瓷电极、一第二陶瓷电极、以及一第二玻璃管，并将前揭构件相互固接，由此第一陶瓷电极位于第一玻璃管与第二玻璃管之间，且第二陶瓷电极与第一玻璃管的另一端固接。其后，进行烧结、充填及密封制作工艺而完成放电灯管的制作。

1、  一种放电灯管的制作方法，包含以下步骤：
a)提供一第一玻璃管，其内壁涂布有荧光体且具有相通的一第一端与一第二端；
b)提供一第一陶瓷电极与一第二陶瓷电极，其中该第一与第二陶瓷电极均为中空状；
c)提供一第二玻璃管与一第三玻璃管；以及
d)固接该第一玻璃管的第一端、该第一与第二陶瓷电极、以及该第二与第三玻璃管，由此该第一陶瓷电极位于该第一玻璃管与该第二玻璃管之间，且该第二陶瓷电极位于该第一玻璃管与该第三玻璃管之间。

2、  一种放电灯管的制作方法，包含以下步骤：
a)提供一第一玻璃管，其内壁涂布有荧光体且具有相通的一第一端与一第二端；
b)提供一第一陶瓷电极与一第二陶瓷电极，其中该第一陶瓷电极为中空状，该第二陶瓷电极为一端具有开口的杯状；
c)提供一第二玻璃管；以及
d)固接该第一玻璃管的第一端、该第一与第二陶瓷电极、以及该第二玻璃管，由此该第一陶瓷电极位于该第一玻璃管与该第二玻璃管之间，且该第二陶瓷电极固接于该第一玻璃管的第二端。

3、  一种放电灯管的制作方法，包含以下步骤：
a)提供一第一玻璃管，其内壁涂布有荧光体且具有相通的一第一端与一第二端；
b)提供一第一陶瓷电极与一第二陶瓷电极，其中该第一陶瓷电极的形状为环状；
c)提供一第二玻璃管；以及
d)固接该第一玻璃管的第一端、该第一陶瓷电极、以及该第二玻璃管，由此该第一陶瓷电极位于该第一玻璃管与该第二玻璃管之间，且该第二陶瓷电极固接于该第一玻璃管的第二端。

4、  如权利要求1、2或3所述的方法，其中该步骤d)包含烧结该多个陶瓷电极与该多个玻璃管相接触的部分。

5、  如权利要求4所述的方法，其中该步骤d)还包含使用一粘着剂在该多个陶瓷电极与该多个玻璃管相接触的部分。

6、  如权利要求1、2或3所述的制作方法，其中该步骤d)中，该第一玻璃管的外壁覆套于该第一陶瓷电极的内壁。

7、  如权利要求1、2或3所述的制作方法，其中该步骤d)中该第一陶瓷电极的外壁覆套于该第一玻璃管的内壁。

8、  如权利要求3所述的制作方法，其中该第二陶瓷电极的形状为环状。

9、  如权利要求8所述的制作方法，该步骤b)中还包含提供一第三玻璃管，而该步骤d)中还包含固接该第一玻璃管的第二端、该第二陶瓷电极、与该第三玻璃管，由此该第二陶瓷电极位于该第三玻璃管与该第二玻璃管之间。

10、  如权利要求8所述的制作方法，其中该第二陶瓷电极的二端开口的大小不相等。

11、  如权利要求1、2或3所述的制作方法，其中该第一陶瓷电极的二端开口的大小不相等。

12、  如权利要求1、2或3所述的制作方法，在步骤d)后还包含充填一惰性气体至该第一玻璃管中。

13、  如权利要求12所述的制作方法，其中该惰性气体包含氙(Xe)。

14、  如权利要求1、2或3所述的制作方法，在步骤d)后还包含充填汞至该第一玻璃管中。

15、  如权利要求3所述的制作方法，其中该第二陶瓷电极的形状为一端具有开口的杯状，而在步骤d)中固接该第二陶瓷电极的该开口与该第一玻璃管的第二端。

16、  如权利要求1、2或3的制作方法，其中该第一玻璃管为直线型。

17、  如权利要求1、2或3的制作方法，其中该第一玻璃管具有至少一弯曲部。

放电灯管的制作方法
技术领域
本发明涉及一种放电灯管的制作方法，特别是涉及具有陶瓷电极的放电灯管。
背景技术
图1显示现有的冷阴极荧光灯管10(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，其包含有内壁涂布荧光体100的玻璃管102、导丝104、一对电极106、诱发气体108、以及汞原子110。其中，电极106密封于冷阴极荧光灯管10中的两端，其末端分别耦接一导丝104延伸至灯管外，并与连接电源的导线相接合，用以导通电流，从而致使灯管发光。
一般而言，冷阴极荧光灯管10中的导丝104与电源导线是以焊接或以铜带包覆导丝104与导线的方式相互连接。然而，不论是焊接或是包覆铜带的连接方式，皆须历经繁复的加工步骤，故加工不良的问题经常发生。举例而言，若采焊接的方式，焊接不良所造成的假焊(cold solder)可能致使点亮灯管时所产生的高温烧断位于端点与连接导线的焊锡而造成断路。若采包覆铜带的方式，则在铜带锐角处，需注意可能产生的尖端放电。
另一方面，在背光模块应用中，每个变频装置(例如反相器(inverter))只能驱动一至两支冷阴极荧光灯管。当显示器大型化时，使用的灯管数目也随之增加，亦即需要更多的变频装置来驱动增加的灯管。然而，增加变频装置将使得背光模块的整体消耗功率及温度提高甚多。
因此，有必要提供一种具有低不良率、低耗能、且低污染的放电灯管。
发明内容
有鉴于背景技术的缺失，本发明的目的在于提供一种放电灯管的制作方法，通过使用外部陶瓷电极，而具有长寿命、低启动电压、及高辉度，并减少变频器的使用数量。此外，更可选择性地免除灯管中汞的充填。
在本发明的一面向中，提供内壁涂布有荧光体的一第一玻璃管、一呈中空状的第一陶瓷电极、一第二陶瓷电极、以及一第二玻璃管，并将前揭构件相互固接，由此第一陶瓷电极位于第一玻璃管与第二玻璃管之间，且第二陶瓷电极与第一玻璃管的另一端固接。
在本发明的另一面向中，提供内壁涂布有荧光体的一第一玻璃管、一对呈中空状的第一与第二陶瓷电极、以及一对第二与第三玻璃管，并将前揭构件相互固接，由此第一陶瓷电极位于第一玻璃管与第二玻璃管之间，且第二陶瓷电极位于第一玻璃管与第三玻璃管之间。
在本发明的又一面向中，提供内壁涂布有荧光体的一第一玻璃管、一呈环状的第一陶瓷电极、一呈杯状的第二陶瓷电极、以及一第二玻璃管，并将前揭构件相互固接，由此第一陶瓷电极位于第一玻璃管与第二玻璃管之间，且第二陶瓷电极以密封的形式与第一玻璃管的另一端固接。
在上述步骤完成后，进行烧结、充填及密封制作工艺而完成放电灯管的制作。
利用本发明的制作方法所制成的陶瓷放电灯管，相较于习用的冷阴极灯管(CCFL)及外部电极荧光灯管(EEFL)，具有长寿命、低启动电压、及大电流的特点。此外，本发明一实施例中揭露以氙(Xe)代替放电灯管中汞(Hg)的使用，从而降低环境污染。
配合下列的较佳实施例的叙述与附图说明，本发明的目的、特征与优点将更为清楚。
附图说明
图1为现有放电灯管的示意图；
图2为本发明的放电灯管的一实施例的示意图；
图3为本发明的放电灯管的另一实施例的示意图；
图4为本发明的放电灯管的又一实施例的示意图；以及
图5为本发明的放电灯管的制作方法的流程图。
主要元件符号说明
冷阴极荧光灯管   10
荧光体           100、200、300、400
玻璃管           102、202、302、402
导线             104
电极            106
诱发气体        108
汞原子          110
放电灯管        20、30、40
惰性气体原子    204、304、404
汞原子          206、306、406
陶瓷电极        208a～b、308a～b、408a～b
玻璃管          210a～b、310、410a～b
具体实施方式
图2显示依据本发明放电灯管的制作方法所制成的放电灯管的一实施例。放电灯管20包含内壁涂布荧光体200的玻璃管202、惰性气体原子204、汞原子206、一对中空环状陶瓷电极208及两支玻璃管210。陶瓷电极208连接一外部电源，且陶瓷电极外围镀有一导电金属层，故当通电时，陶瓷电极208产生电容效应，使得玻璃管202内的电子与电洞(均未显示)分别聚集于该对陶瓷电极208a与208b的正负极两侧，并倾向发射至位于玻璃管202相对端的陶瓷电极208b与208a。
承上述，当高压电由陶瓷电极208输入后，放电灯管20内将产生气体放电现象。当自由电子从阴极发射后，经过一长串的能量搬运(与惰性气体204碰撞)，蓄积了相当程度的动能，最后和低压的汞原子206碰撞，自由电子将动能传给汞原子206，使得汞原子206被激发至激发态(excited state)，随即再回到基态(steady state)，而汞原子206回到基态时，所吸收的能量会以紫外光(波长：253.7nm)的形式释放，荧光体200吸收此光能后，再转变成相对色温的可见光放射出来。自由电子不断地被外部电源所产生的电场予以加速，上述的过程也不断地在灯管中进行。
图3显示依据本发明放电灯管的制作方法所制成的放电灯管的另一实施例。放电灯管30与图2的放电灯管20大致相同，惟其不同处在于放电灯管30中，陶瓷电极308a为仅一端具有开口的杯状结构，故陶瓷电极308a并无如同图2中对应的陶瓷电极208a连接有玻璃管210a，而是直接以将玻璃管302密封的形式与其连接。
图4显示依据本发明放电灯管的制作方法所制成的放电灯管的又一实施例。与图3类似，放电灯管40与图2的放电灯管20大致相同，惟其不同处在于放电灯管40的玻璃管402呈L型弯曲，且陶瓷电极408a为一端具有较小直径的梯形、陶瓷电极408b为中段具有较小直径的中空环状，相较于图2中对应的直线型玻璃管202，以及呈均匀中空环状的陶瓷电极208。
在技术领域中熟此技艺者当知，上述的实施例为例示性质，为非将所有可能的实施态样尽数列举。玻璃管与陶瓷电极的形状依制作工艺及应用标的而有所不同。
本发明的放电灯管是利用多孔性陶瓷作为放电灯管的电极，因此，相较于传统的冷阴极灯管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)及外部电极荧光灯管(external electrode fluorescent lamp，EEFL)，其具有低启动电压、大电流、以及长寿命的特点。再者，使用一颗变频装置(例如inverter)即可驱动多支陶瓷电极灯管，因而可减少变频装置的使用量，以降低成本并简化背光模块的设计。
图5为本发明放电灯管制作方法的一实施例的流程图，并配合图2所示的放电灯管20加以说明。首先，在步骤500中，提供内壁涂布荧光体的一玻璃管200(直径约为3.0～15.5毫米)，可选用两端相通、呈任意形状的玻璃管。举例而言，此玻璃管202可为直线型、弯曲型或螺旋型，但不以此为限。
在步骤502中，提供一对中空及/或环状的陶瓷电极，例如陶瓷电极208a、208b(深度约为15毫米)。在其他实施例中，如图4所示，可选用两端相通、呈任意形状的一对陶瓷电极408a、408b。陶瓷电极208a、208b外围镀有一金属层(例如银、锡)，以作为导电之用。将陶瓷电极208a、208b分别连接于玻璃管202的两端。所选用的陶瓷电极208a、208b具有较玻璃管202略大的口径，使得陶瓷电极208a、208b的内壁以包覆玻璃管202外壁的方式而连接。然而，取决于设计考量，陶瓷电极208与玻璃管202也可以相反的方式连接，亦即玻璃管202具有较大口径而其内壁包覆陶瓷电极208a、208b的外壁。再者，通常将玻璃管202与陶瓷电极208a与208b相接触部分的深度设定为2～3毫米。
在步骤504中，施加粘着剂于玻璃管与陶瓷电极相接触的部分，以使其固定。
在步骤506中，提供两支玻璃管210a与210b(长度约为2～5毫米，较短者为佳)，分别具有相通的两端，并依步骤302所述的连接方式与陶瓷电极208a、208b连接，使得此二玻璃管210与陶瓷电极208a、208b的另一端(未与玻璃管202相接端)连接。同样地，将玻璃管210a与210b分别与陶瓷电极208a与208b相接触部分的深度设定为2～3毫米，而使得陶瓷电极实际能产生作用的深度约为8毫米。在另一实施例中，如图3所示，可仅使用一个玻璃管310连接两个陶瓷电极308a与308b其中一者，但在此情况下，与其为中空环状，未连接玻璃管310的陶瓷电极308a为具有开口的杯状，使得其与玻璃管302的连结产生密封的效果。
在步骤508中，相同于步骤504，分别施加粘着剂于玻璃管210a、210b与陶瓷电极208相接触的部分。需了解的是，步骤502至步骤508在实施上无须依循一定的顺序，而是视实际制作工艺需求而定。
在歩骤504与508中，所使用的粘着剂可为玻璃胶，其可包含玻璃粉、树脂(binder resin)与有机溶剂，且根据添加铅的有无，更可细分为含铅的玻璃胶(Lead(Pb)-based glass paste)和无铅的玻璃胶(Lead(Pb)-free glass paste)。
举例而言，在含铅的玻璃胶中，玻璃粉可为诸如PbO-B₂O₃-SiO₂、PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃、ZnO-B₂O₃-SiO₂或PbO-ZnO-B₂O₃-SiO₂等包含铅(Pb)的化合物；树脂可为诸如methyl(meth)acrylate、isopropyl(meth)acrylate、butylmethacrylate、或2-hydroxypropyl methacrylate、或者上述物质组合的压克力树脂(acrylic resin)；有机溶剂可为ketones、alcohols、ether-based alcohols、lactates、ehter-based Ether、Propylene glycol monomethyl、或Butyl-di-glycol-acetate、或者其组合。
另一方面，在无铅的玻璃胶中，玻璃粉可为P2O5-SnO-B2O3、P2O5-SnO-Bi2O3或Bi2O3-ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2(CeO2+CuO+Fe2O3)；树脂可为polyurethane resin；有机溶剂可为dimethylformamide、methanol、xylene、butyl acetate、isopropanol、或Butyl-di-glycol-acetate、或者其组合。
在步骤510中，连接上述玻璃管202、陶瓷电极208a、208b以及玻璃管210a、210b而形成一灯管结构，并在其构件接触部分涂布粘着剂后，进行烧结制作工艺。烧结制作工艺的实施方式为：将灯管结构放入一烧结装置中，使粘着剂固化，从而使灯管结构中组成构件接触部分紧密接合。较佳者，此烧结制作工艺可为一具有三阶段加热方式的烘烤制作工艺。例如，在第一阶段，先以每分钟5℃～10℃的速率将烧结装置逐渐升温至150℃～170℃，并持续加热10至60分钟，接着在第二阶段，再升温至500℃～700℃，加热5至50分钟，最后在第三阶段，以每分钟5℃～10℃降温至150℃～500℃，并加热20至120分钟。在另一实施例中，上述烧结制作工艺是在150℃～700℃下持续加热30～120分钟的单一阶段实施。
在另一实施例中，可省略步骤504与508而选择不涂布粘着剂。此情况下，在步骤310中直接以直火将玻璃管202与陶瓷电极208a、208b加热熔固。举例而言，可使用一至八支火焰直接加热玻璃管与陶瓷电极的接合处，如下列三种制作工艺条件所述，但不限于该多个条件。其一，仅使用一支火焰，火焰温度约为1000～1900℃，并持续加热5至60秒。其二，使用五支火焰，火焰温度为1000～1900℃，并持续加热3至30秒。其三，使用八支火焰，火焰温度也为1000～1900℃，并持续加热3至30秒。需注意的是，在上述三种情形中，依陶瓷电极与玻璃管材质不同，加热温度及加热时间均有所差异。
由上述可归纳出，粘着剂涂布的有无的差别在于后续烧结步骤中将使用不同的烧结制作工艺(温度与时间)。
在步骤512中，当完成烧结步骤后，对灯管结构施以充填制作工艺。此充填制作工艺是以1torr～300torr的封入压力充填混合气体204，并加入汞块(或液态汞)206在灯管结构内，其中混合气体包括90％的氩(Ar)和10％的氖(Ne)。在其他的实施例中，上述混合气体可选自由10％～90％的氩(Ar)、10％～90％的氖(Ne)、10％～90％的氪(Kr)、5％～50％的氮(N₂)、以及1％～90％的氙(Xe)所组成的惰性气体群组。再者，在另一实施例中，充填制作工艺仅充填混合气体204(封入压力为2torr～180torr)但并未加入汞206在上述的灯管结构内，而是以氙(Xe)替用。
最后，在步骤514中，将上述两玻璃管210外端密封。一般而言，此密封制作工艺可利用适当温度的火焰分别将上述连接陶瓷电极的玻璃管外侧密封，以构成陶瓷电极灯管。
上述的实施例用以描述本发明，然而本发明并不限于这些特定实施例的描述，本发明的权利要求旨在包含所有符合本发明的精神与范围的修改与变化。