專利名稱：熒光放電燈管及液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種熒光放電燈管，其是由電子的非彈性碰撞而使氬氣(Ar)與汞 (Hg)蒸氣的混合氣體發(fā)光，并經(jīng)由熒光放電燈管內(nèi)壁面上涂布的熒光膜而將其中的Hg發(fā) 出的較強254nm不可見紫外線轉(zhuǎn)換為可見光，更詳細(xì)而言，本發(fā)明提供一種新穎熒光放電 燈管及使用其的液晶顯示器(Liquid CrystalDisplay, IXD)顯示裝置，經(jīng)過改變熒光放電 燈管的基本構(gòu)造，盡管放電燈管的點亮所需的耗電低于現(xiàn)有熒光放電燈管的點亮，但能以 現(xiàn)有熒光放電燈管亮度兩倍以上的高亮度發(fā)光。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有放電燈與本發(fā)明的概要
現(xiàn)有熒光放電燈管的放電是由冷陰極電極(Cold Cathode FluorescentLamps, CCFL)或熱陰極電極(Hot Cathode Fluorescent Lamps，HCFL)取出放電所需的電子。該電 極共同之處在于，自電極取出的電子具有高能量，且采用強行進(jìn)入氣體空間的方式，因此直 至電子減少為氣體放電所需的能量值為止的期間有復(fù)雜的現(xiàn)象介入，從而引起陰極電壓大 幅降低。該陰極電壓降低完全與發(fā)光無關(guān)，因此全部成為能量損失。上述氣體放電所需的能 量值為點亮管整體所需能量的大約40%。而本發(fā)明中，并非自金屬電極取出氣體放電所需 的電子，而是在氣體放電管的兩端分別形成電子云與離子云，從自電子云取出的電子在放 電管中遷移的過程中引起氣體放電，而到達(dá)離子云的電子則與離子再結(jié)合并形成氣體。經(jīng) 由該氣體形成，放電管內(nèi)以電子云與離子云作為驅(qū)動源的電路封閉。自電子云取出的電子 的能量接近零，上述陰極電壓不會降低。其結(jié)果為，與相同管徑的放電燈相比時，本發(fā)明的 熒光放電燈管可由40 %以下的電力點亮。本發(fā)明通過改變電極構(gòu)造，消除了在熒光放電燈的管端因陰極電壓降低而導(dǎo)致熒 光膜發(fā)出較弱光。其結(jié)果為，本發(fā)明的熒光放電燈管中，自放電燈的管端遍及整個表面以均 勻強度發(fā)光。現(xiàn)有熒光放電燈管中，在陰極電壓降低的范圍內(nèi)因發(fā)光而產(chǎn)生無用的熱，但本 發(fā)明的熒光放電燈管中并不產(chǎn)生熱，管端周邊的溫度不上升。且，并無暴露在氣體中的金屬 電極，因此本發(fā)明的熒光放電燈管的壽命非常長。現(xiàn)有熒光放電燈管的氣體放電中，存在長期未解決的一大問題。即，由于氣體放 電的點亮相關(guān)機制不明確，因此各種改良只不過是僅根據(jù)經(jīng)驗而應(yīng)用于熒光放電燈管的點 亮。本發(fā)明人首次闡明了氣體放電的點亮的相關(guān)機制。氣體放電的點亮的相關(guān)重要因素是 由熒光膜上遷移的表面導(dǎo)電電子控制。氣體放電的點亮問題，可經(jīng)由涂布于熒光放電燈管 內(nèi)的熒光體的選擇、以及所選擇的熒光體粒子的排列而得以解決。其結(jié)果為，本發(fā)明的熒光 放電燈管具有在1毫秒左右瞬時點亮的特征。熒光放電燈管存在即便增加輸入電力，熒光膜的亮度也會飽和的現(xiàn)象，該飽和現(xiàn) 象的問題在50余年間一直未獲得解決。該飽和現(xiàn)象限制熒光放電燈管的亮度，導(dǎo)致為了 獲得必要的房間照明度，而必須在房間內(nèi)排列多個熒光放電燈。本發(fā)明也解決此問題。因 排列在熒光膜最上層的熒光體粒子具有的負(fù)電荷的庫侖斥力，使陽極區(qū)的電子無法接近熒光膜，陽極區(qū)收容在熒光膜的負(fù)電荷表面結(jié)合電子(Surface-Bound-Electrons，SBE)的鞘內(nèi)。若自熒光膜除去SBE鞘，則陽極區(qū)擴展至熒光膜，熒光膜的光輸出與輸入電力成正比。 可經(jīng)由亮度的增加而減少房屋照明所使用的熒光放電燈數(shù)，省電效果明顯，且因減少二氧 化碳?xì)怏w而對環(huán)境保護作出重大貢獻(xiàn)。發(fā)明的背景人類的生活因照亮黑暗的光源的開發(fā)而快速進(jìn)步。光源的歷史始于營火，后發(fā)展 為燃燒火炬、植物油、石油、蠟燭、以及煤氣等，逐漸實現(xiàn)了照明度的提高。作為近代科學(xué)基 礎(chǔ)的電子的發(fā)現(xiàn)使光源的照明度變革的歷史得以較大改變。發(fā)現(xiàn)電子后，開發(fā)出利用電子 運動的鎢絲燈以及熒光放電燈，并廣泛應(yīng)用于世界中。最近，有同樣利用電子行為的發(fā)光二 極管(light-emittingdiode，LED)、無機電場發(fā)光(Electro Luminescence，EL)、以及有機 電場發(fā)光(Organic Light-Emitting Diode, 0LED)的提案，并進(jìn)行實用評價。利用電子行 為的各種光源可以如下方式進(jìn)行科學(xué)評價。鎢絲燈是利用經(jīng)由電子運動時的電阻所產(chǎn)生的焦耳熱而將鎢金屬加熱至高溫 (3，000°C左右)所得的光。輸入電力轉(zhuǎn)換為可見光的能量轉(zhuǎn)換效率較低，為0.8%，但直至 金屬軟化點的高溫為止皆可保持轉(zhuǎn)換效率，因此可經(jīng)由增減輸入電力而獲得更廣范圍的光 度。因此，當(dāng)前鎢絲燈仍廣泛用作房屋內(nèi)外的照明光源。最多的使用者是普通家庭。鎢絲 燈是最廉價地制造的光源，且在世界上大多家庭中做為簡便的照明光源使用。缺點是壽命 短(500小時)。加熱后的金屬會蒸發(fā)，因此隨著點亮?xí)r間經(jīng)過，鎢絲線會變細(xì)，電阻增加而 導(dǎo)致斷線。熒光放電燈是經(jīng)由玻璃管內(nèi)壁面所涂布的熒光膜，將Hg氣體的不可見紫外線發(fā) 光轉(zhuǎn)換為可見光的光源，能量轉(zhuǎn)換效率約為20%。問題與鎢絲燈不同，是在于熒光膜的發(fā) 光強度相對于輸入會飽和，自單一熒光放電燈取出的光量存在極限。飽和亮度的水準(zhǔn)較低， 因此在需高亮度照明的房間中，排列多個熒光放電燈。相比于鎢絲燈，熒光放電燈雖價格 高，但能量轉(zhuǎn)換效率較高，產(chǎn)生的熱較少，因此用于工業(yè)化社會的較大高樓內(nèi)的事務(wù)室的主 照明。工業(yè)化發(fā)達(dá)的國家中，作為省電照明光源而普及至普通家庭的房屋中。影響熒光放 電燈壽命的原因主要是發(fā)射電子的電極的陽離子所導(dǎo)致產(chǎn)生的濺鍍。其他原因有熒光膜表 面吸附熒光放電管內(nèi)的有機殘留氣體，而在紫外線到達(dá)熒光膜之前吸附氣體層已吸收紫外 線。有機殘留氣體根據(jù)熒光放電燈管的制造步驟中的除氣步驟的程度，及由于Hg汞齊與Ba 集氣器的活化初期產(chǎn)生大量有機氣體在活化時進(jìn)行排氣的條件而產(chǎn)生很大變化，可減少至 能忽略的水準(zhǔn)。當(dāng)前的熒光放電燈的壽命長于鎢絲燈的壽命，約為2，000小時左右。LED是作為近代電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)的一個應(yīng)用例而開發(fā)者。LED由使無機元素的薄膜 多層重迭的元件而制成。為了使LED發(fā)光，向LED的薄膜層注入電子，并在發(fā)光中心(雜 質(zhì))注入電子與電洞再結(jié)合時發(fā)光。LED的問題在于雖有約一半的注入電子有助于發(fā)光， 但剩余的一半電子無法在發(fā)光中心發(fā)光，而是轉(zhuǎn)換為熱。發(fā)光強度雖與注入的電子數(shù)成正 比，但LED的溫度也成比例地變成高溫。即便將LED加熱至70°C左右，也可忽略發(fā)光強度的 經(jīng)時變化。若將LED加熱為100°C以上，則薄膜中的發(fā)光中心(雜質(zhì))因熱而自薄膜內(nèi)向薄 膜外擴散，因此隨著時間推移，發(fā)光中心數(shù)不斷減少。發(fā)光強度隨著溫度及時間的推移而急 遽減弱。實用LED亮度的操作條件下，LED為200°C左右。雖利用眼睛目測到亮度時出現(xiàn)的 殘像效應(yīng)，經(jīng)由脈沖發(fā)光而防止溫度上升，但并未本質(zhì)上解決問題。無法從根本上解決發(fā)熱問題。明亮的LED存在壽命的問題。EL也是經(jīng)由無機材料元件的薄膜的積層而制成，動作原理與LED相同，注入電子與電洞在發(fā)光中心再結(jié)合而進(jìn)行發(fā)光。各薄膜層的厚度遠(yuǎn)大于LED的厚度，因此為了使EL 發(fā)光，必須施加高電壓。發(fā)光強度與輸入電壓成正比增減。EL的主要問題在于若期望獲 得高亮度則薄膜層會產(chǎn)生放電擊穿。放電擊穿限制了 EL的最大亮度。壽命的問題由發(fā)光 中心的擴散導(dǎo)致亮度劣化。EL的研究開發(fā)持續(xù)了 50余年，其間也多次報道了實用化產(chǎn)品， 但均未本質(zhì)上改善上述問題，產(chǎn)品并未出現(xiàn)在市場便已消失。該重復(fù)現(xiàn)象產(chǎn)自亞洲諸國的 大企業(yè)，但歐美的大企業(yè)并未產(chǎn)生。OLED具有與EL相同的問題，明亮的OLED若連續(xù)點亮?xí)?有壽命問題。以低照明度使用OLED時可減輕問題，因此限定了 OLED的使用范圍。如上所述開發(fā)提出的照明光源均未解決實用化時的主要問題。當(dāng)前剩下的照明光 源是熒光放電燈。熒光放電燈的開發(fā)研究長達(dá)50余年，作為熒光放電燈基礎(chǔ)的放電的科學(xué) 研究更長達(dá)100年以上。根據(jù)該情形普通投資者及企業(yè)經(jīng)營者認(rèn)為熒光放電燈的技術(shù)已開 發(fā)完畢。本發(fā)明從當(dāng)前為止確立的放電理論的最基礎(chǔ)部分開始進(jìn)行重新研究，并嘗試進(jìn)行 驗證。其結(jié)果得知，認(rèn)為熒光放電燈的技術(shù)已開發(fā)完畢的評論并不正確，可以對熒光放電燈 的基本構(gòu)造進(jìn)行改良。闡述放電現(xiàn)象之前，先考慮人類必要的光源照明度。即便照亮黑暗，非夜行性的 人類的主要活動于500萬年之間為白天活動，當(dāng)前我們的眼睛也適應(yīng)白天的亮度。然而， 眼睛并不適應(yīng)晴朗白天的景色，而是適應(yīng)白天微陰的亮度。光是具有波動的光子，光子的 能量因波長而異。平均值為具有2. 3eV能量的綠色光。白天的景色是取決于微陰的白天的 照明度，其照明度相當(dāng)于單位時間內(nèi)每單位面積中照射102°個左右的光子。IeV的能量為 3. 7X10_19W，故上述照明度達(dá)到SOW/cm2秒的能量。照明光源中發(fā)射上述光子數(shù)的光源對人 眼最舒適。若能量轉(zhuǎn)換效率累計為80W/Cm2秒則可計算出所開發(fā)的光源的必需輸入。作為 如此的光源，已有開發(fā)出各種光源。其中熒光放電燈被選作最合適的光源，在過去60余年 間為大眾所接受。然而，每根熒光放電燈管的照明度低于要求的照明度，實用時是通過排列 多根熒光放電管來獲得最佳照明度的照明。若可提高每根熒光放電燈管的照明度，則可減 少照明所使用的熒光放電燈管數(shù)，隨之也可減少耗電。且，為減少耗電，不使用時使熒光放 電燈管頻繁閃爍，因此對電極的損傷加快。為解決該類問題人們已付出了大量努力，但滿足 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，熒光放電燈管的劃時代的改良仍受到期待。當(dāng)前使用的熒光放電燈管的構(gòu)造非常簡單。真空密封的玻璃管內(nèi)包含適量的Ar 氣體與Hg氣體，金屬電極內(nèi)藏于玻璃管的兩端，且在玻璃管的內(nèi)壁涂布有將紫外線轉(zhuǎn)換為 可見光的熒光膜。金屬電極經(jīng)由金屬棒的傳導(dǎo)體而與外部電源連接。放電是通過對金屬電 極施加正弦波的交流高電位，在真空中自金屬電極取出電子，將取出的電子加速，使其與介 于放電管兩端的電極間的空間中的Ar與Hg氣體碰撞，從而引起放電。放電時受到激發(fā)的 Hg氣體所發(fā)射的不可見的254nm紫外線(ultraviolet，UV)的產(chǎn)生具有重大作用。所發(fā)射 的不可見UV光照射至涂布于放電燈管內(nèi)壁面的熒光膜上。熒光膜將不可見UV光轉(zhuǎn)換為可 見光，以此來制作熒光放電燈管。因構(gòu)造簡單，故熒光放電燈管的技術(shù)者已進(jìn)行各零件的最 佳化。熒光放電燈管自市售至今已經(jīng)過60余年，每年的產(chǎn)量也非常大，因此通常認(rèn)為與熒 光放電燈管相關(guān)的技術(shù)已開發(fā)完畢也不是不可理解。然而，上述最佳化是在以已確立的構(gòu) 造為前提的范圍內(nèi)的最佳化，而并未研究熒光放電燈管的基本構(gòu)造。
根據(jù)固體元件及液體中的導(dǎo)電類推出，上述熒光放電燈管的驅(qū)動本質(zhì)上必須向熒 光放電燈管內(nèi)注入電子。在真空中發(fā)射電子的材料在近代科學(xué)起始的1800年代發(fā)現(xiàn)，對工 作函數(shù)較小的金屬進(jìn)行了探索。T.A. Edison在1884年發(fā)現(xiàn)若對金屬進(jìn)行加熱，則可向真 空中發(fā)射熱電子。改善熱電子發(fā)射的重大發(fā)現(xiàn)，若用是過氧化物(Ca—，Sr—，Ba—，或Cs—氧化 物)覆蓋加熱至800°C的鎢絲，則容易發(fā)射出熱電子。尤其是Ba-氧化物發(fā)射熱電子的效果 最佳。熒光放電燈管的陰極采用覆蓋有Ba-氧化物的鎢絲。根據(jù)絲的大小而開發(fā)出管徑為 25mm以上的熒光放電燈管，并作為熱陰極放電管(HCFL)而普及。1928年，發(fā)現(xiàn)金屬與真空 之間的福勒_諾德漢(Flower-Nordheim)穿隧效應(yīng)，研究了金屬板、金屬棒、吊鐘型、表面凹 凸等金屬電極形狀。其結(jié)果為，采用了吊鐘型的金屬電極。金屬電極可加工成較小者，因此 金屬電極的管徑可小至15mm以下，尤其作為液晶顯示器(LCD)的背光源而普遍使用內(nèi)徑為 2mm以下的冷陰極熒光放電燈管(CCFL)。使用上述金屬陰極的熒光放電燈管的電極中，HCFL與CCFL均存在金屬陰極素材會蒸發(fā)的問題。以下對陰極電極的蒸發(fā)加以說明。氣體中質(zhì)量較大的陽離子與陰極碰撞。 陽離子的碰撞會使金屬電極的極小部分瞬時被加熱至金屬蒸發(fā)的高溫。所蒸發(fā)的金屬元素 沉積于溫度較低的電極周邊的玻璃管內(nèi)壁上涂布的熒光膜上。該現(xiàn)象被稱作濺鍍。經(jīng)金屬 元素濺鍍而成的薄膜內(nèi)，吸附有放電管內(nèi)的Ar氣體與Hg蒸氣，熒光放電燈管內(nèi)的氣體量減 少程度隨著點亮?xí)r間經(jīng)過而加重，從而使熒光放電燈管的壽命縮短。因濺鍍現(xiàn)象而導(dǎo)致熒 光放電燈管的平均壽命為2，000小時。作為減少金屬陰極電極的濺鍍現(xiàn)象的方法，根據(jù)經(jīng) 驗對電極金屬材料以及密封氣體壓力進(jìn)行了研究，但仍無法從根本上解決問題。HCFL與CCFL存在多個共同的未解決問題。其中一個較大問題是如下現(xiàn)象使用金 屬電極的熒光放電燈管的陰極與陽極前方近處的狹小距離上，施加電壓會大幅變化。在施 加電壓急遽變化的范圍內(nèi)，可觀測到8個發(fā)光與不發(fā)光的條紋。發(fā)光條紋以最初的觀測者 的姓名命名。該等觀測者為 As tondark、Cathode glowXrooke' s dark、Negative Glow、 Faraday dark> PositiveColumn> Anode Glow \)JsR Anode Dark。 JS1 ^Cil明了.^111$， 但此說明是限于對觀測現(xiàn)象進(jìn)行說明的范圍，而并未闡明產(chǎn)生發(fā)光條紋的科學(xué)根據(jù)。在陰 極較顯著地產(chǎn)生該類不規(guī)則發(fā)光。將該陰極周邊的施加電壓的急遽變化統(tǒng)稱為陰極電壓降 低。因陰極電壓降低而損失的能量，達(dá)到熒光放電燈管的整體點亮能量的40%左右，消除陰 極電壓降低雖是開發(fā)省電熒光放電燈管中的一個重要課題，但因原因不明，故仍無法解決。 上述濺鍍現(xiàn)象與陰極電壓降低的消除是改良熒光放電燈管的重要研究課題，但即便閱讀已 出版的專門書刊，該類現(xiàn)象產(chǎn)生的科學(xué)根據(jù)仍不明確，始終停留在對觀測現(xiàn)象的說明。因無 法理解產(chǎn)生原因，故為未解決課題。熒光放電燈管的技術(shù)在基礎(chǔ)方面的開發(fā)未完成。本發(fā) 明人對氣體放電時出現(xiàn)的陰極電壓降低與濺鍍的課題進(jìn)行科學(xué)研究。本發(fā)明人的闡述及思想圖8中圖解了現(xiàn)有放電燈管中SBE形成在金屬陰極表面的理由。至今為止的與氣 體放電相關(guān)的出版物書籍中未說明的是，從金屬陰極發(fā)射的電子e、與發(fā)射電子后殘留在金 屬中的電洞(電子的孔洞)h發(fā)揮著產(chǎn)生氣體放電的作用。當(dāng)前的固態(tài)物理所呈現(xiàn)的事實 是，若將電子e自金屬陰極30取出至真空中，則金屬中必定殘留有電洞h。由于金屬是導(dǎo)電 體，因此假定電洞由自電源供給的電子立刻填滿。在此一致的思考存在錯誤。自電源供給 至金屬電極30的電子，受到金屬電阻的阻礙(歐姆定律)，而不會瞬時到達(dá)金屬電極的電洞。自電源供給電子與自金屬陰極30向真空中發(fā)射電子之間存在時間差。加以統(tǒng)計處理時，在發(fā)射電子e的陰極金屬表面，電洞存在量雖因陰極金屬材料的電阻值而產(chǎn)生變化，但 會穩(wěn)定存在有數(shù)量不容忽視的電洞h。其結(jié)果為，位于金屬表面層的電洞h與發(fā)射至真空中 的電子e經(jīng)由靜電力而強烈地相互吸引，真空中的電子再度結(jié)合。位于金屬表面層的電洞h的正電場涵蓋真空中。發(fā)射至真空中的電子e雖受到 金屬表面層的電洞h的正電場的吸引，但不具有再次進(jìn)入金屬中的能量，從而在略微離開 金屬表面的位置(約5μπι)的真空中與金屬電極中的電洞h結(jié)合。此即為表面結(jié)合電子 (SBE)。熒光放電燈管中的金屬陰極表面被SBE覆蓋。在真空管研究的初期(1900s)已檢 測出，自真空側(cè)觀察SBE時，SBE表現(xiàn)為存在于陰極表面的空間電子云。根據(jù)最近出版的 Cathodoluminescence and Photoluminescence ；Theories and Practical Applications, CRC Press, Taylor and FrancisGroup, Boca Raton, London, New York,pp30-37與69-76，2007 (非專利文獻(xiàn)1)，可由陰極射線發(fā)光的熒光膜上照射至熒 光膜的電子束能量與發(fā)光強度的關(guān)系的測定，而推測形成于陰極表面的SBE的負(fù)電位。SBE 的大小為106eV/cm。為了自陰極表面取出電子，必須向電子施加大于SBE的負(fù)電位的正電 位。以高能量被取出的電子被加速至高速。教科書中所寫的放電現(xiàn)象的研究為使具有高能 量的電子進(jìn)入氣體空間時的現(xiàn)象，觀測結(jié)果全部被超過必需的高速電子的行為遮蔽。在氣體空間中，以不相互作用的距離(可忽略原子的波動函數(shù)的重迭的距離)填 充有中性原子的氣體。各氣體原子中，填充有包圍原子核的多個電子殼的電子的總負(fù)電荷、 與原子核的陽電荷達(dá)到均衡，各氣體原子的電性為中性。然而，氣體空間中原子的最外殼電 子的負(fù)電場(5X105eV)持續(xù)擴展，故氣體空間充滿較強的負(fù)電場。具有氣體空間的負(fù)電場 (5X105eV)以上的高能量(IO6eV)并進(jìn)入氣體空間的電子，無法進(jìn)入由填滿電子殼的電子 所遮蔽的氣體原子中，故重復(fù)與氣體原子進(jìn)行多次非彈性碰撞，并將位于最外的電子發(fā)射 至真空中。氣體原子的離子化伴隨產(chǎn)生有熱，因此多個氣體原子隨著散熱而離子化。是熒 光放電燈陰極周邊的溫度上升的原因。離子化而成的電子與離子的電荷量(1.6X10-19庫 侖)相同，但質(zhì)量上存在較大差異。電子的質(zhì)量為9.1 X 10_28克，而離子的質(zhì)量雖隨原子種 類而略有變化，但均為1.7X10_24克左右，約為電子質(zhì)量的1，000倍。電子容易因施加至氣 體的電場而遷移，但離子的遷移稍慢且較少。在此雖未說明詳細(xì)理由，但電子與離子的遷移 距離之差便造成上述陰極近前的發(fā)光條紋。此處必須預(yù)先指出的錯誤是，在研究氣體放電的初期，將氣體放電定義為來自不 可見的氣體發(fā)射(discharge)光。根據(jù)該理由，對氣體放電的研究是測定來自放電管的光 的強弱，并根據(jù)其結(jié)果來闡述放電。僅測定光則難以科學(xué)地闡明放電。如上所述，氣體的放 電必須根據(jù)進(jìn)入氣體介質(zhì)中的電子與氣體原子的相乘作用而決定的電子行為來分析。若根 據(jù)該新觀點來分析熒光放電燈管的特性，可知至今為止無法解決的問題得以解決。當(dāng)前的 熒光放電燈管的制造技術(shù)仍未完成。熒光放電燈管的特性由氣體中的電子行為決定。決定電子行為的另一重要因素， 在熒光放電燈管的已知特性研究中被遺漏。即熒光放電管中涂布在內(nèi)壁面上的熒光膜中 的各熒光體粒子的物性?，F(xiàn)有技術(shù)僅考慮到熒光膜將氣體發(fā)出的不可見的UV光轉(zhuǎn)換為可 見光的作用。根據(jù)本發(fā)明人的研究，各熒光體粒子的物性并非僅與發(fā)光現(xiàn)象相關(guān)。各熒光 體粒子是結(jié)晶化粒子，也是具有非對稱結(jié)晶構(gòu)造的結(jié)晶，當(dāng)置于放電管內(nèi)時，表現(xiàn)出結(jié)晶的物性，并對氣體放電中的電子行為產(chǎn)生顯著影響。實用上的熒光體粒子具有非對稱結(jié)晶構(gòu) 造的理由如下占據(jù)非對稱晶格點的發(fā)光中心，允許在對稱晶格點的發(fā)光中心所不允許的 電子遷移，且允許的電子遷移概率異常高。這是市售的熒光體的發(fā)光特性異常高的理由。 然而，研究固態(tài)物理的大多數(shù)研究者認(rèn)為，熒光體粒子并非單晶，而是含有多個晶軸的多晶 體，且為含有多個結(jié)晶缺陷的結(jié)晶粒子。即，判斷為固態(tài)物理的知識并不適用于含有多個結(jié) 晶缺陷的結(jié)晶。該判斷并不正確。根據(jù)Chemical Review, Volumel03,No. 10，pp3835_3855， 2003上發(fā)表的論文(非專利文獻(xiàn)2)，決定發(fā)光中心的電子遷移的晶場的大小，是非常狹小 的范圍(半徑為500人)的晶場的完成度，與粒子整體的結(jié)晶性無關(guān)。這是即便市售的熒 光體粒子形狀不規(guī)則，熒光體粒子也以相同效率發(fā)光的理由。熒光體粒子為多晶體，多晶體 的粒徑的優(yōu)化由涂布條件決定。 使用外部紫外線光源，在實驗室中調(diào)查實際存在的熒光體時，市售熒光體中發(fā)光 效率最高的熒光體，是市售的電子束發(fā)光(CL)熒光體。然而，即便在熒光放電燈管的管壁 上涂布市售CL熒光體，也無法獲得明亮的熒光放電燈管。因此，發(fā)亮光的熒光放電燈管的 熒光膜用熒光體是根據(jù)經(jīng)驗而找出的熒光體。根據(jù)經(jīng)驗而得出的結(jié)果缺乏理論分析。因 此，所選擇的大多數(shù)熒光體是由UV光直接激發(fā)發(fā)光中心的熒光體(PL熒光體)。例如即便 查閱OHM公司發(fā)行的熒光體手冊也未發(fā)現(xiàn)為何使用PL熒光體的理論解釋。將市售PL熒光體涂布在熒光放電燈管的內(nèi)壁上的熒光放電燈中，以下問題仍未 解決。即便使用自金屬陰極取出的高能量的電子，熒光放電燈管內(nèi)的氣體也不會容易地放 電。雖對熒光放電燈管的點亮器具進(jìn)行改善以使其容易地進(jìn)行氣體放電，但仍未開發(fā)出瞬 時放電的熒光放電燈。計算出的在氣體中單向前進(jìn)的電子的速度非常快，為2X105Cm/SeC。 為何向陰極與陽極之一方向高速前進(jìn)的電子未能使熒光放電燈瞬時放電的科學(xué)分析完全 欠缺，從而未獲得理論解釋?，F(xiàn)有技術(shù)者與技師僅停留在經(jīng)驗階段。還有其他未解決的問題存在。增加放電后的熒光放電燈管的輸入時，光輸出容易 飽和。射入熒光膜粒子層的UV光因熒光體粒子的較高的光折射率(η ？ 2)，首先在排列于 熒光膜最上部的熒光體粒子表面反射，而反射UV光也到達(dá)排列于熒光膜下部的熒光體粒 子。熒光膜上參與發(fā)光的有效熒光體粒子數(shù)可根據(jù)實驗而求出?？梢杂嬎愠鲇行晒怏w粒 子數(shù)中包含的發(fā)光中心數(shù)。計算出的發(fā)光中心數(shù)約為照射在熒光膜上的UV光的光子數(shù)的 10倍。熒光放電燈管內(nèi)熒光膜的發(fā)光中心的激發(fā)數(shù)并未飽和。亮度飽和是指到達(dá)熒光膜上 的UV的光強度。盡管如此，熒光放電燈管的技術(shù)者們?nèi)云诖蕴岣邿晒怏w的發(fā)光效率(2 3%)來提高熒光膜的亮度。該思考并不正確。必須有應(yīng)對照射至熒光膜的UV光不飽和的 對策，但仍未見定量論述UV光飽和現(xiàn)象的論文。根據(jù)本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)放電管中的電子行為大受排列于熒光膜的最上層 的熒光體粒子的電特性影響?？刂品烹姽苤械碾娮有袨榈牧硪恢匾蛩兀沁x擇適當(dāng)?shù)臒?光體及適當(dāng)排列熒光體粒子的熒光膜。為解決該等問題必須用到現(xiàn)有參考文獻(xiàn)1中揭示的 熒光體的物性知識。如上所述，熒光放電燈管可自基本構(gòu)造進(jìn)行改良。本發(fā)明的熒光放電燈管是科學(xué) 地解決現(xiàn)有無法解決的熒光放電燈管的所有問題者。其結(jié)果為，可顯著提高熒光放電燈管 的亮度，并減少房間的適當(dāng)照明所必需的熒光放電燈管數(shù)。而且熒光放電燈管的點亮?xí)r間 能夠以可增加其位數(shù)的水準(zhǔn)延長，因此熒光放電燈管的生產(chǎn)單價低于其他任一照明光源。因可簡化熒光放電燈管的構(gòu)造，故制造步驟縮短。綜合該類改良，本發(fā)明的熒光放電燈可大大有助于省電，且可減少社會強烈要求的CO2氣體的排放，對環(huán)境保護的貢獻(xiàn)影響也大。關(guān) 于非專利文獻(xiàn)3 非專利文獻(xiàn)6在下文進(jìn)行敘述。非專利文獻(xiàn) 1 Cathodoluminescence and Photoluminescence ；Theoriesand Practical Applications,CRC Press,Taylor and Francis Group,BocaRaton,London,New York, pp 30-37 and 69-76，2007非專利文獻(xiàn)2 :Chemical Review Volume 103，No. 10，pp 3835-3855，2003非專利文獻(xiàn) 3 :Cathodoluminescence, Kodansha, 1990，ρ 104-120非專利文獻(xiàn)4 :Applied Physics Letters, 43, pp 1073-4，1983非專利文獻(xiàn)5 =Physical Review Letters, Vol. 27，1971，P1345非專利文獻(xiàn)6 Journal Physics D Applied Physics, 32, (1999)，pp513_51
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所欲解決的問題如上所述，現(xiàn)有熒光放電燈管有如下眾多問題。第1個問題是陰極周邊的急遽的 陰極電壓降低，其能量損失達(dá)到熒光放電燈管的所有點亮能量的40%左右。第2個問題是 因上述陰極電壓降低，在電極附近產(chǎn)生發(fā)光與不發(fā)光的條紋狀圖案而變暗，從而導(dǎo)致整體 照明度降低。第3個問題是放電氣體的陽離子與陰極碰撞而使金屬陰極蒸發(fā)，在熒光膜上 形成蒸發(fā)膜并吸附放電氣體，成為導(dǎo)致放電壽命及熒光放電燈管的壽命縮短的原因。第4 個問題是每根熒光放電燈管的照明度大大低于要求的照明度，實用時必須排列多個熒光放 電管，難以節(jié)能，且成本降低存在限制。第5個問題是接通電源后，開始放電直至點亮為止 需很長時間，成為快速點亮的阻礙。因此，本發(fā)明的目的在于，從基礎(chǔ)上重新研究熒光放電燈管的動作原理，消除陰極 電壓降低并有助于節(jié)能，同時消除電極附近的明暗條紋狀圖案，從而提高照明度。切，本發(fā) 明的進(jìn)一步目的在于，提供一種金屬陰極無損耗、顯著提高單根熒光放電燈管的照明度、且 可快速點亮的熒光放電燈管，又提供一種具有利用著該熒光放電燈管的背光源裝置的LCD 顯示裝置(液晶顯示裝置)。解決問題的手段本發(fā)明是為解決上述問題研制而成的，本發(fā)明的第1形態(tài)是一種熒光放電燈管， 在熒光放電燈的玻璃管內(nèi)壁面涂布有熒光膜，該熒光放電燈管的特征在于，上述玻璃管內(nèi) 的放電氣體的點亮是經(jīng)由電子的流動獨立的內(nèi)部電路、與連接電源的外部電路而產(chǎn)生。本發(fā)明的第2形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述內(nèi)部電路是由分別個別地形成 在上述熒光放電燈管內(nèi)部兩端的電子源與離子源構(gòu)成，上述熒光放電燈管內(nèi)的氣體放電是 在上述電子源取出的電子在氣體空間中朝向上述離子源遷移的過程中產(chǎn)生，且當(dāng)遷移的上 述電子到達(dá)離子源時，上述電子與離子再結(jié)合并封閉上述內(nèi)部電路。本發(fā)明的第3形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中在上述熒光放電燈管內(nèi)的其中一端 配置層狀覆蓋有電絕緣體粒子的金屬電極，并將該金屬電極作為上述電子源形成用電極； 在上述熒光放電燈管內(nèi)的另一端配置層狀覆蓋有電絕緣體粒子的金屬電極，并將該金屬電 極作為上述離子源形成用電極。
本發(fā)明的第4形態(tài)是一種熒光放電燈管，向上述電子源形成用電極的上述金屬電 極施加正極性的電位，使上述金屬電極的電絕緣體粒子介電極化，經(jīng)由電極周邊的氣體離 子化而產(chǎn)生的自由電子受到介電極化后的上述電絕緣體粒子的正電荷的吸引，上述自由電 子在上述電絕緣體粒子近前的氣體空間中與上述電絕緣體粒子內(nèi)的正電荷結(jié)合而形成空 間電子云，將此空間電子云作為上述電子源；向上述離子源形成用電極的上述金屬電極施 加負(fù)極性的電位，使上述金屬電極的電絕緣體粒子介電極化，經(jīng)由電極周邊的氣體離子化 而產(chǎn)生的離子受到介電極化后的上述電絕緣體粒子的負(fù)電荷的吸引，上述離子與上述電絕 緣體粒子的極化負(fù)電荷結(jié)合而形成離子群，將此離子群作為上述離子源。本發(fā)明的第5形態(tài)是一種熒光放電燈管，將電子自上述電子源取出至熒光膜表面 上，經(jīng)由熒光膜的表面?zhèn)鲗?dǎo)而使電子加速，加速電子作為氣體放電的始動誘因，經(jīng)由帶負(fù)電 荷的熒光體粒子而使上述加速電子的軌道彎向氣體空間，從而使熒光放電燈管的氣體瞬時 點亮放電，產(chǎn)生無陰極電壓降低的氣體放電。
本發(fā)明的第6形態(tài)是一種熒光放電燈管，在上述熒光膜的表面交替配置不帶負(fù)電 荷的熒光體粒子與帶負(fù)電荷的熒光體粒子，且在上述熒光膜表面的多個部位，經(jīng)由上述帶 負(fù)電荷的熒光體粒子而使上述加速電子彎向氣體空間側(cè)。本發(fā)明的第7形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中涂布在上述熒光放電燈管的玻璃管 內(nèi)壁面的上述熒光膜，是由電子束發(fā)光熒光體粉與光致發(fā)光熒光體粉的混合粉體構(gòu)成。本發(fā)明的第8形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述光致發(fā)光熒光體粉是由單獨地 發(fā)出三色光的三種稀土類光致發(fā)光熒光體粉所構(gòu)成，且上述電子束發(fā)光熒光體粉是由低電 壓電子束發(fā)光熒光體粉所構(gòu)成。本發(fā)明的第9形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述稀土類光致發(fā)光熒光體粉內(nèi)， 發(fā)出綠色光的熒光體粉由CL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉所取代。本發(fā)明的第10形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述稀土類光致發(fā)光熒光體粉內(nèi)， 發(fā)出綠色光的熒光體粉由CL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉與PL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉的混合粉體所 取代。本發(fā)明的第11形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中在上述熒光膜，將上述低電壓電子 束發(fā)光熒光體的粒子配置為在上述熒光膜的表面上不連續(xù)分布。本發(fā)明的第12形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述熒光膜是由單獨發(fā)出白色光 的光致發(fā)光熒光體粉與低電壓電子束發(fā)光熒光體粉的混合粉體所構(gòu)成。本發(fā)明的第13形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中上述熒光膜中，發(fā)出白色光的上述 光致發(fā)光熒光體是由鹵磷酸鈣熒光體所構(gòu)成。本發(fā)明的第14形態(tài)是一種熒光放電燈管，其中在上述熒光膜追加性地添加有增 強發(fā)紅色光的電子束發(fā)光氧化釔熒光體。本發(fā)明的第15形態(tài)是一種IXD顯示裝置，其特征在于，在平面上排列單個或多個 第1形態(tài) 第14形態(tài)中的任一熒光放電燈管來作為IXD顯示裝置的背光。本發(fā)明的第16形態(tài)是一種IXD顯示裝置，在垂直方向或者水平方向上配置多個上 述熒光放電燈管，各熒光放電燈管單獨地、或者以多個熒光放電燈管作為群，以線序掃描的 方式依序點亮，并將線序的影像映出在IXD顯示裝置的整個屏幕上。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的第1形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，玻璃管內(nèi)的放電氣體的點亮是由電子的流動獨立的內(nèi)部電路、與連接在電源的外部電路而產(chǎn)生，產(chǎn)生放電的電子的供給 源是放電氣體自身的離子化，從而不自外部電路供給放電用的電子。因此，整個放電過程 中，放電燈管內(nèi)部的放電氣體與外部電路隔斷，放電氣體自身連續(xù)反復(fù)地進(jìn)行離子化與再 結(jié)合，因此不會消耗放電氣體，而實現(xiàn)放電燈管的長壽命化。而且，因不從外部電源供給電 子，故并不存在陰極電壓降低，從而可減小外部電源的耗電，商用電源無須多言，即便事蓄 電池電源，蓄電池的消耗也較小，故可實現(xiàn)放電燈管及其周邊電路的長壽命化。換言之，本 發(fā)明可提供一種劃時代的放電燈管，即便在因無商用電源而必須使用蓄電池電源的人口稀 少地區(qū)、山區(qū)等，也可經(jīng)由蓄電池驅(qū)動而使用放電燈管。而且，因不存在上述陰極電壓降低， 故電極附近的明暗條紋狀圖案消失，電極附近也整體明亮地發(fā)光，從而可提高照明度。根據(jù)本發(fā)明的第2形態(tài)，上述內(nèi)部電路是由經(jīng)由放電氣體的離子化而生成的電子 源與離子源所構(gòu)成，該內(nèi)部電路在電子上與上述外部電路完全隔斷，并在電子自上述電子 源向上述離子源的遷移過程中產(chǎn)生放電現(xiàn)象。該放電現(xiàn)象是相同遷移電子重復(fù)與氣體原子 進(jìn)行非彈性碰撞，經(jīng)由產(chǎn)生的紫外線而使熒光膜持續(xù)發(fā)光，且上述電子與離子再結(jié)合并封 閉上述內(nèi)部電路。本發(fā)明提供一種經(jīng)由上述放電現(xiàn)象的重復(fù)而使熒光膜穩(wěn)定地持續(xù)發(fā)光的 熒光放電燈管。如上所述，電子與氣體原子持續(xù)的非彈性碰撞以及再結(jié)合僅在放電氣體內(nèi) 產(chǎn)生，外部電路被完全隔斷，因此幾乎不存在外部電路的能量損耗。而且，本發(fā)明提供一種 熒光放電燈管，并不自外部電路向內(nèi)部電路供給電子，因此并無陰極電壓降低，從而可大幅 減少外部電源的驅(qū)動電流，且可低電流驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的第3形態(tài)，經(jīng)由層狀覆蓋電絕緣體粒子的金屬電極而構(gòu)成上述電子 源形成用電極及上述離子源形成用電極，因此可經(jīng)由電絕緣體粒子層而隔斷自金屬電極的 電子發(fā)射及金屬蒸發(fā)，且上述內(nèi)部電路與上述外部電路完全分離。由于自上述金屬電極的 電子發(fā)射及金屬蒸發(fā)被隔斷，因此不存在金屬電極的消耗，從而電極消耗導(dǎo)致的濺鍍現(xiàn)象 消失，故可實現(xiàn)熒光放電燈管的長壽命化。且，雖不自金屬電極發(fā)射電子，但流過外部電路 的外部電流僅是涂布在金屬電極上的絕緣體粒子的介電極化的誘發(fā)電流，因此可實現(xiàn)熒光 放電燈管的低電流驅(qū)動，其結(jié)果為，可實現(xiàn)節(jié)能效果。由所述電絕緣體粒子以狀層狀覆蓋的金屬電極可以采用任意形狀的金屬電極，也 可以采用冷陰極熒光放電燈管(CCFL)和熱陰極熒光放電燈管(HCFL)中使用的金屬電極。 具體的形狀可以為杯狀金屬電極、平板狀金屬電極、棒狀金屬電極及絲狀金屬電極等。只要 在這些金屬電極上以層狀覆蓋所述電絕緣體粒子并施加電位，便可以使所述電絕緣體粒子 介電極化。在采用現(xiàn)有的HCFL時，雖然在絲電極上通電使電流流過并加熱，然后放出熱電 子，但在所述絲電極上沒有通電的狀態(tài)下，只要在絲電極施加電位，便可以轉(zhuǎn)換成為本發(fā)明 金屬電極。在所述絲電極的兩端布線不能通電時也可以作為電位施加端子，可以將所述絲 電極的一端作為電位施加端子而另一端處于懸空的狀態(tài)。無論是哪種形態(tài)，在不通電的狀 態(tài)下，均可以向絲電極的全體施加相同電位。另外，所述絲電極在發(fā)生斷線而不通通電的狀 態(tài)下，只要在絲電極的兩端布線，就可以保持絲電極的全體等電位。另外，在發(fā)生斷線的絲 電極的一端施加電位而使另一端懸空時，可以所述一端的導(dǎo)通的絲電極部分施加電位，在 所述另一端導(dǎo)通的絲電極部分保持電懸空狀態(tài)。這樣一來，只要在發(fā)生斷線的絲電極上施 加電位，便可以再生本發(fā)明的金屬電極。
所述金屬電極由電絕緣體粒子覆蓋，能夠發(fā)揮本發(fā)明的電極作用。即，在所述金屬 電極上施加電位使電絕緣體粒子介電極化，其結(jié)果是，可以使通過放電氣體的電離而生成 的電子源和陽離子源形成在電絕緣體粒子的近傍。電絕緣體粒子可以是一般的電絕緣物 質(zhì)，也可以是熒光放電燈管的玻璃管內(nèi)面涂除附的熒光體物質(zhì)。只要是介電極化的物質(zhì)，便 可以用作本發(fā)明的電絕緣體粒子。
根據(jù)本發(fā)明的第4形態(tài)，經(jīng)由外部電源而向上述電子源形成用電極的上述金屬電 極施加正電位，并經(jīng)由該正電位而使電絕緣體層介電極化，經(jīng)由極化電荷的極化電場，來吸 引經(jīng)由放電氣體的離子化而生成的電子，從而形成聚集在上述金屬電極周邊的空間電子云 來作為電子源。構(gòu)成該電子源的電子全部為放電氣體的離子化所產(chǎn)生的電子，完全不自外 部電路供給電子，因此并無內(nèi)部電路的電壓降低，從而可顯著降低外部電路的耗電。同樣， 向位于放電燈管內(nèi)部的另一端的上述離子源形成用電極的金屬電極施加負(fù)電位，經(jīng)由該負(fù) 電位而使電絕緣體層介電極化，并經(jīng)由極化電荷的極化電場，來吸引經(jīng)由放電氣體的離子 化而生成的陽離子，從而形成聚集于上述金屬電極周邊的陽離子群來作為離子源。該離子 源經(jīng)由電絕緣體層而與負(fù)金屬電極完全絕緣。上述電子源的電子一面進(jìn)行氣體放電一面向 該離子源遷移，并經(jīng)由電子與離子的再結(jié)合而變回中性氣體。經(jīng)由該微過程的連續(xù)動作，熒 光體會經(jīng)由因放電產(chǎn)生的紫外線而發(fā)出可見光，故可實現(xiàn)低電流驅(qū)動的節(jié)能型放電燈管。 由于不自外部電路向內(nèi)部電路供給電子，因此并無陰極電壓降低，故可實現(xiàn)無電極損耗的 放電燈管，且可實現(xiàn)放電燈管的使用成本的超低化以及超長壽命化。若上述絕緣體粒子層至少形成在與電極間形成的放電空間連接的對向面(表面) 上，則可阻止金屬蒸發(fā)，隔斷自外部電路的電子供給。為增強該隔斷性，上述絕緣體粒子層 可形成在金屬電極的整個表面(對向面、背面以及側(cè)面)上，也可形成在對向面與側(cè)面、或 對向面與背面上。此處，所謂背面是指與外部電路的接合面。根據(jù)本發(fā)明的第5形態(tài)可實現(xiàn)一種熒光放電燈管，經(jīng)由熒光膜表面的表面?zhèn)鲗?dǎo)將 自上述電子源取出的電子加速而將氣體放電始動，并經(jīng)由熒光膜上帶負(fù)電荷的熒光體粒子 而使上述加速電子的軌道彎向氣體空間，從而將熒光放電燈管的氣體瞬時點亮放電。通過 這個，可提供一種并無陰極電壓降低，可提高發(fā)光強度(照明度)，且可低電流驅(qū)動的節(jié)能 型熒光放電燈管。通常，帶負(fù)電荷的熒光體粒子中包含光致發(fā)光熒光體(PL熒光體)。光 致發(fā)光熒光體的粒子內(nèi)部存在的雜質(zhì)會捕獲電子，因該被捕獲的電子而形成永久內(nèi)部極化 (persistent internal polarization, PIP)，永久內(nèi)部極化的電子出現(xiàn)在熒光膜表面而構(gòu) 成上述負(fù)電荷，發(fā)揮使上述加速電子彎向放電空間的作用。因此，若在期望加速電子彎曲的 位置預(yù)先配置光致發(fā)光熒光體，該位置上的光致發(fā)光熒光體的負(fù)電荷會發(fā)揮對上述加速電 子的彎曲作用?？捎纱诉x擇熒光體而調(diào)整上述負(fù)電荷的大小，從而使熒光膜上的表面?zhèn)鲗?dǎo) 電子與放電氣體的碰撞加速，而實現(xiàn)放電空間內(nèi)的快速點亮，消除熒光放電燈管中現(xiàn)有存 在的延遲點亮。根據(jù)本發(fā)明的第6形態(tài)，可提供一種高效率的熒光放電燈管，在上述熒光膜的表 面交替配置不帶負(fù)電荷的熒光體粒子與帶負(fù)電荷的熒光體粒子，且在上述熒光膜表面的多 個部位，經(jīng)由上述帶負(fù)電荷的熒光體粒子而使上述加速電子彎向氣體空間側(cè)，從而實現(xiàn)快 速點亮及整個表面發(fā)光。上述不帶負(fù)電荷的熒光體粒子中通常包含電子束發(fā)光熒光體(CL 熒光體)。尤其是低電壓電子束發(fā)光熒光體具有表面污染較少、不帶負(fù)電荷的性質(zhì)，因而具有不充電的特性。若使用高電壓電子束發(fā)光熒光體則會出現(xiàn)表面污染，也存在向負(fù)電荷充 電的情形。本形態(tài)中，不帶負(fù)電荷的熒光體區(qū)域中不產(chǎn)生庫侖斥力，因此可使熒光膜上表面 傳導(dǎo)的電子加速。另一方面，帶負(fù)電荷的熒光體區(qū)域中，加速電子由于庫侖斥力而彎向放電 空間，從而使放電氣體強制放電，放電燈管會快速點亮。而且，本形態(tài)中，多個負(fù)電荷區(qū)域分 布于電子的表面?zhèn)鲗?dǎo)方向，因此在放電燈管的多個區(qū)域產(chǎn)生放電，故放電燈管的整體可明 亮地發(fā)光。換言之，若使多個上述負(fù)電荷性熒光體粒子沿著加速電子的前進(jìn)方向分布在熒 光膜上，則可經(jīng)由加速電子與負(fù)電荷的庫侖斥力，而可在多個負(fù)電荷位置強制使加速電子 彎向放電空間中，并經(jīng)由加速電子與放電氣體在多區(qū)域的整個空間碰撞，而在放電空間的 整個區(qū)域中產(chǎn)生放電，從而可實現(xiàn)能夠同時達(dá)成快速點亮與整體空間點亮的放電燈管。根據(jù)本發(fā)明的第7形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中涂布在上述熒光放電燈管的玻璃管內(nèi)壁面的上述熒光膜，是由電子束發(fā)光熒光體粉與光致發(fā)光熒光體粉的混合粉體 所構(gòu)成。如上所述，電子束發(fā)光熒光體粉不帶負(fù)電荷，且光致發(fā)光熒光體粉帶負(fù)電荷，因此 若預(yù)先混合兩種熒光體粉并涂布在放電燈管內(nèi)，則負(fù)電荷區(qū)域與中性區(qū)域以粉體的直徑大 小交替配置，且無數(shù)個表面?zhèn)鲗?dǎo)電子的加速區(qū)域與彎曲區(qū)域交替配置。因此，可提供一種在 放電燈管的整體區(qū)域產(chǎn)生放電發(fā)光，瞬時實現(xiàn)快速點亮與整個表面點亮，且以低電力實現(xiàn) 高照明度的放電燈管。根據(jù)本發(fā)明的第8形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述光致發(fā)光熒光體粉是 由單獨地發(fā)出三色光的三種稀土類光致發(fā)光熒光體粉所構(gòu)成，且上述電子束發(fā)光熒光體粉 是由低電壓電子束發(fā)光熒光體粉所構(gòu)成。若選擇紅光、綠光、及藍(lán)光作為三色，則合成色為 白色，故可提供白色熒光放電燈管。且，三種稀土類光致發(fā)光熒光體粉是負(fù)電荷熒光體，低 電壓電子束發(fā)光熒光體粉是不帶負(fù)電荷的熒光體，故可實現(xiàn)快速點亮與整個表面點亮。根據(jù)本發(fā)明的第9形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述稀土類光致發(fā)光熒光 體粉內(nèi)，發(fā)出綠色光的光致發(fā)光熒光體粉由CL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉取代。當(dāng)?shù)?形態(tài)中的 綠光的光致發(fā)光熒光體粉由電子束發(fā)光(CL發(fā)光)的硅酸鋅熒光體粉取代時，因不含有作 為稀有元素的稀土類，因此材料變得廉價，且發(fā)光明亮美麗。根據(jù)本發(fā)明的第10形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述稀土類光致發(fā)光熒 光體粉內(nèi)，發(fā)出綠色光的光致發(fā)光熒光體粉由CL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉與PL發(fā)光硅酸鋅熒 光體粉的混合粉體取代。因不含有作為稀有元素的稀土類故材料變得廉價，且通過調(diào)整CL 發(fā)光硅酸鋅熒光體粉與PL發(fā)光硅酸鋅熒光體粉的混合比，而可將發(fā)光亮度及美國電視系 統(tǒng)委員會(NationalTelevision System Committee, NTSC)規(guī)定的綠色的清晰度與亮度調(diào) 整為最佳。根據(jù)本發(fā)明的第11形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述熒光膜，將上述低電 壓電子束發(fā)光熒光體的粒子配置為在上述熒光膜的表面不連續(xù)地分布。如上所述，低電壓 電子束發(fā)光熒光體是不帶負(fù)電荷的熒光體，所謂將該熒光體不連續(xù)地分布配置，是指不帶 負(fù)電荷的區(qū)域(也稱作無電荷區(qū)域)不連續(xù)存在，換言之，是形成負(fù)電荷區(qū)域與無電荷區(qū)域 交替配置的模式。因此，在負(fù)電荷區(qū)域彎曲產(chǎn)生點亮，在無電荷區(qū)域使表面?zhèn)鲗?dǎo)電子加速， 由此可確實地實現(xiàn)快速點亮與整個表面點亮。根據(jù)本發(fā)明的第12形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述熒光膜是由單獨發(fā) 出白色光的光致發(fā)光熒光體粉與低電壓電子束發(fā)光熒光體粉的混合粉體所構(gòu)成。單獨發(fā)出白色光的光致發(fā)光熒光體粉是負(fù)電荷熒光體，而低電壓電子束發(fā)光熒光體粉是無電荷熒光 體，通過混合兩種粉體，而可實現(xiàn)快速點亮及整個表面點亮。若不使用對應(yīng)于光的三原色的 三種光致發(fā)光熒光體，而是使用單獨發(fā)出白色光的光致發(fā)光熒光體粉，可降低熒光體成本。 本發(fā)明的熒光放電燈管無亮度飽和現(xiàn)象，熒光膜的亮度不隨管徑改變。可使家庭照明所使 用的管徑為25mm以上的熒光放電燈管的亮度提升約30%，而LCD的背光所使用的管徑為 5mm以下的熒光放電燈管，可獲得與使用稀土類熒光體的熒光放電燈管同等或其以上的發(fā) 光。也可將熒光放電燈用于彎折多次而成的電燈狀省電型熒光燈中，可大大降低省電型熒 光燈的制造成本，且可獲得1萬小時以上的長壽命，對需求者的利益作出較大貢獻(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明的第13形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中上述熒光膜中，單獨發(fā)出 白色光的上述光致發(fā)光熒光體是由鹵磷酸鈣熒光體所構(gòu)成。鹵磷酸鈣熒光體不使用克拉克 值較低的稀有的稀土類元素，因此具有可降低熒光體成本的效果。根據(jù)本發(fā)明的第14形態(tài)可提供一種熒光放電燈管，其中在第13形態(tài)的熒光膜追 加性地添加有增強發(fā)紅色光的電子束發(fā)光氧化釔熒光體。鹵磷酸鈣熒光體單獨雖發(fā)出白色 光，但在加以分色時不包含紅色光，因此通過添加電子束發(fā)光氧化釔熒光體，而實現(xiàn)分色后 由三原色光構(gòu)成。尤其在用作下述LCD顯示裝置的背光光源的情形時，必須為三原色光，通 過添加本第14形態(tài)的紅色電子束發(fā)光氧化釔熒光體，而可實現(xiàn)三原色光。根據(jù)本發(fā)明的第15形態(tài)可提供一種IXD顯示裝置，其特征在于，在平面上排列單 個或多個第1形態(tài) 第14形態(tài)中的任一熒光放電燈管，并用作IXD顯示裝置的背光。通常， LCD顯示裝置的背光光源使用冷陰極管(CCFL)，但亮度較低，且壽命有限。本發(fā)明的熒光放 電燈管的亮度高、且壽命長，最適合用作背光光源。即，本發(fā)明的熒光放電燈管可用作液晶 顯示裝置(LCD顯示裝置)的背光光源，其低耗電、高照明度、廉價、長壽命，因此成為優(yōu)質(zhì)且 穩(wěn)定的背光光源。根據(jù)本發(fā)明的第16形態(tài)可實現(xiàn)一種IXD顯示裝置，在垂直方向或者水平方向上配 置多個上述第15形態(tài)的熒光放電燈管，將各熒光放電燈管單獨、或者以多個熒光放電燈管 為群，以線序掃描的方式依序點亮，并將線序的影像映出至LCD顯示裝置的整個屏幕。本 發(fā)明的熒光放電燈管可實現(xiàn)快速點亮及整個表面點亮，即便排列多根熒光放電燈管并進(jìn)行 線序掃描，也可以高于掃描速度的速度快速地瞬時點亮，因此可提供一種適于掃描點亮方 式的熒光放電燈管，故可實現(xiàn)高性能的掃描型LCD顯示裝置?，F(xiàn)有LCD顯示裝置中使用的 CCFL的最快點亮速度為秒單位，無法進(jìn)行線序掃描。本發(fā)明的更詳細(xì)說明本發(fā)明人為了探索熒光放電管的最佳動作條件，自放電現(xiàn)象的最基礎(chǔ)部分研討至 應(yīng)用為止。氣體放電的基本是向放電管內(nèi)供給使氣體放電的電子。在使用當(dāng)前使用的金屬 電極的情形時，由于會受到在陰極表面不可避免地形成的SBE(106eV/Cm)的影響，故電子具 有106eV/cm以上的高能量并自陰極表面被取出?？捎^察到的放電現(xiàn)象中，存在該高能量電 子的影響，而又無法以分析來除去該影響。為調(diào)查氣體放電的基本，便需要未形成SBE的電 極。本發(fā)明人利用形成在絕緣體粒子表面的SBE，開發(fā)出一種向氣體空間(放電空間)供給 初速接近零的電子的新穎電子供給源。當(dāng)使用來自該電子供給源的電子時，可調(diào)查出至今 為止無法闡明的熒光放電管中的氣體放電的詳情，從而可闡明未解決的全部事項。在將新 闡明的事項最佳化后，可開發(fā)出放電特性得到顯著改良的熒光放電燈管。
新穎電子供給源以如下方式獲得。在金屬電極上設(shè)置電絕緣體粒子層。在向金屬 電極施加電位后絕緣體粒子產(chǎn)生介電極化。在絕緣體粒子介電極化后的電荷的極性，雖與 金屬電極的極性相反，但電荷量Q與施加在電極的電位Vg成正比，比例常數(shù)使用絕緣體粒 子的介電常數(shù)ε而以Q= ￡Vg表示。若絕緣體粒子的電容(介電電容)為C，則由絕緣體 粒子誘發(fā)的極化電位V。以V。= Q/C= ε Vg/C來表示，由于C為常數(shù)，因此為ε Vg/倍。大 多數(shù)絕緣體粒子的ε值為3 50，因此極化電荷的電位V。比金屬電極電位\高ε倍。禾Ij 用該較高的極化電荷中出現(xiàn)的電位。若在氣體空間中設(shè)置由絕緣體粒子覆蓋的金屬電極，并向金屬電極施加峰值為 1 5kV、頻率為1 70kHz的高頻電場，電極周邊的氣體原子會在高頻電場中離子化，從而 在電極周邊形成自由電子與自由離子。相比于金屬電極電位Vg的電場的吸引，該自由電子 與自由離子更受到電位較高的絕緣體粒子的高電位V。的電場的吸引。自由電子與自由離 子雖受到極性不同的介電極化的吸引，但由于不具有進(jìn)入絕緣體結(jié)晶內(nèi)部的能量，因此分 別積聚在極化后的絕緣體粒子表面上的真空中。使用單獨地積聚在極化后的絕緣體粒子表 面上的電子與離子，使熒光放電管內(nèi)的氣體放電。圖1是表示該放電方式的原理的示意圖。 當(dāng)向電極2與電極3施加電源電壓后，置在電極2與電極3上的絕緣體粒子4會如圖所示 產(chǎn)生介電極化。氣體空間側(cè)的介電極化的極性與電極的極性一致。電極2與電極3的極性 會隨高頻電壓而變化，圖1中顯示其一瞬間的狀態(tài)。經(jīng)由離子化而生成的自由電子受到絕 緣體粒子中誘發(fā)的極化的正極性吸引，并停留在絕緣體粒子4近前的真空中，與絕緣體粒 子4的正極性結(jié)合。將與該絕緣體粒子4表面結(jié)合的電子作為氣體放電的新電子源7。離 子化的Ar+受到絕緣體粒子的介電極化中誘發(fā)的極化的負(fù)極性的吸引，并停留在絕緣體粒 子4的近前的真空中，與絕緣體粒子4的負(fù)極性結(jié)合，而形成離子源(積聚離子)8。放電5 是由自電子源7取出的電子遷移至積聚離子8而產(chǎn)生。參與放電的電子是由放電管中的氣 體供給，而不自絕緣體粒子供給電子。參與放電的電子在放電管中與離子結(jié)合而回復(fù)成氣 體原子。參與放電的電子與離子不自放電管的外部供給。此處的疑問在于，積聚在絕緣體粒子表面的電子，可能由于與粒子內(nèi)成對的介電 電荷牢固地結(jié)合形成SBE，從而不容易取出。電極周邊的電場以高頻變化，絕緣體粒子的誘 發(fā)電荷的極性快速地變化。其結(jié)果為，電子供給源7的電子在短時間內(nèi)懸浮在真空中。絕 緣體粒子中介電極化的電荷對懸浮在真空中的電子的束縛力較弱，電子容易在較弱的高頻 電場中遷移。由于是取出懸浮在絕緣體粒子表面附近的真空中的電子，因此電子的初速度 接近零。本發(fā)明的電子源僅在存在高頻電場時獲得，高頻波數(shù)較小時、以及施加直流電壓時 不產(chǎn)生上述電子源。 絕緣體粒子誘發(fā)的極化電荷量Q隨絕緣體的介電常數(shù)ε值而變化。本發(fā)明人發(fā) 現(xiàn)雖可使用普通的絕緣體粒子，但當(dāng)使用大小相同的絕緣體粒子時，對絕緣體粒子誘發(fā)更 大的誘發(fā)電壓有利于氣體放電。為獲得較大的誘發(fā)電壓，具有較大的介電常數(shù)ε的絕緣體 較佳。作為如此的絕緣體粒子，最佳為已實用化的電子束發(fā)光熒光體(CL熒光體)粒子。 高效率發(fā)光的CL熒光體的結(jié)晶是晶格點非對稱的結(jié)晶，發(fā)光中心占據(jù)非對稱的晶格點。占 據(jù)非對稱的晶格點的發(fā)光中心可進(jìn)行占據(jù)對稱性結(jié)晶的晶格點的發(fā)光中心所不允許的電 子遷移，該電子遷移概率異常大。這是實用熒光體粒子全部為具有非對稱性的結(jié)晶的理由。 具有非對稱性的結(jié)晶具有壓電特性，且具有較大的介電常數(shù)ε。根據(jù)該理由，熒光體粒子適用于覆蓋金屬電極的絕緣體粒子。對絕緣體誘發(fā)的電荷量Q與絕緣體的表面積成正比變化。相對絕緣體為薄膜的情 形，絕緣體為粒子時表面積更大。平面致密排列成一層的粒子的表面積以η Φ2表示。此 處 Φ 是粒子直徑。根據(jù) Cathodoluminescence，Kodansha，1990，ρ104-120(非專利文獻(xiàn) 3) 的記述，在規(guī)定面上排列的粒子的總表面積，與粒徑無關(guān)，而是由排列的粒子層數(shù)決定。附 著的最佳粒子總數(shù)為3層左右。根據(jù)該理由，實際上附著在金屬電極表面的絕緣體粒子并 非為一個，而是使3層左右的粒子均勻地附著在金屬電極的表面。附著在金屬電極表面的 絕緣體粒子的大小，受到粒子對金屬表面的附著力的限制。使用多個粒子。多個粒子的粒 徑并非為均一直徑，而是以對數(shù)正常分布分散。分布的粒子以平均值或分布的中位數(shù)為代 表看待。絕緣體粒子經(jīng)由凡得瓦耳力附著在金屬電極表面。粒子與金屬表面的附著雖可采 用接著劑，但不使用接著劑可獲得較佳結(jié)果。經(jīng)由光學(xué)顯微鏡的測定，附著力較強的粒子的 平均值處于1 μ m 7 μ m之間。尤佳為2 μ m 5 μ m之間。粒徑大于7 μ m的粒子的附著 力較弱，易因機械性振動而自金屬電極表面脫落。粒徑小于1 μ m的粒子于粉末保存時自空 氣中經(jīng)由毛細(xì)凝結(jié)而吸附水分而凝聚。凝聚粒子塊等同于大粒子，因此無法使用。在熒光放電燈管中使用具備上述條件的新電子源時，放電燈的氣體放電具有如下 所述的特征。第一特征是電流并不自金屬電極流向絕緣體粒子。氣體放電所需的電子經(jīng)由 氣體的離子化而自氣體空間內(nèi)取得，并與積聚離子再結(jié)合而消失。即，放電管內(nèi)的電子的流 動是由放電管內(nèi)產(chǎn)生、即為封閉的內(nèi)部電路。該內(nèi)部電路形成在放電管內(nèi)。 內(nèi)部電路沒有 電子自放電管外的電路(外部電路)流入。熒光放電燈管的驅(qū)動電路雖形成外部電路，且 具有感應(yīng)電流，但并不直接向內(nèi)部電路供給電子。若限定電子的流動，則內(nèi)部電路與外部電 源電路獨立存在。形成內(nèi)部電路的電子源的大小，可根據(jù)外部電路施加在金屬電極上的電 位來加以控制。圖2示意表示上述內(nèi)部電路15與外部電路12。至今為止的熒光放電燈管的放電現(xiàn)象的調(diào)查，是測定驅(qū)動電路的電特性。同樣當(dāng) 將探針連接在本發(fā)明的熒光放電燈管的外部電路時，則可檢測電信號。此處產(chǎn)生誤解。因 此必須解釋該誤解。流過圖2的外部電路12的電流，是覆蓋金屬電極的絕緣體粒子的介電 極化與去極化時流動的感應(yīng)電流，與內(nèi)部電路15中流動的電流無關(guān)。目前，并無檢測內(nèi)部 電路的電流的方法。若無來自外部電路的電子流便可進(jìn)行氣體放電，則可推測氣體放電所需的內(nèi)部電 流的大小。假設(shè)一個電子激發(fā)一個氣體原子，并產(chǎn)生一個光子的發(fā)光。在該假設(shè)下可計算出 激發(fā)氣體原子的最大電子流。可根據(jù)通常的填滿熒光放電燈管內(nèi)的氣體原子數(shù)量求出所要 求的最大電流。其數(shù)量在熒光放電燈的內(nèi)容積已知時，可根據(jù)Boyle-Charles (波以耳-查 爾斯)定律來計算出氣體的摩爾數(shù)。使用阿伏伽德羅(Avogadro)常數(shù)，計算所算出的摩爾 數(shù)內(nèi)包含的原子數(shù)。將所計算出的氣體原子的數(shù)量換算為電流，則大多數(shù)熒光放電燈中電 流約為0. 1毫安。實際上，一個電子可重復(fù)使用，因此若使用構(gòu)成本發(fā)明的內(nèi)部電路的電 子源，在理想條件下使熒光放電燈管放電，則熒光放電燈管的耗電更小，可開發(fā)出省電型熒 光放電燈管，但無法直接測定放電燈內(nèi)的電流。雖由外部電路中流過的電流與電壓決定放 電燈的電力，但即便如此，相比于通常的熒光放電燈，可大幅減少耗電。氣體放電所需的內(nèi) 部電路的電子行為復(fù)雜，即便電子數(shù)相同，結(jié)果也存在較大差異。為實現(xiàn)省電型熒光放電燈 管，必須闡明復(fù)雜的電子行為，從而最佳化電子行為。
自極化絕緣體粒子表面上的積聚電子中取出的電子的初速度接近零，因此若使用以市售放電燈用熒光體制作的熒光膜便會產(chǎn)生問題。根據(jù)AppliedPhysics Letters,43, ppl073-4，1983(非專利文獻(xiàn)4)的論文，市售熒光體粒子中必須存在電子與電洞的捕獲，熒 光體粒子具有永久內(nèi)部極化(PIP)。PIP電荷的電場向熒光體粒子外擴展。大多情形時，向 熒光體粒子外擴展的電場為負(fù)電場。向熒光膜照射光時，捕獲電子自捕獲向傳導(dǎo)帶上升，其 結(jié)果為PIP的電場消失。熒光體材料廣泛應(yīng)用于電子照片或干式影印機的感光材料。市售 放電燈用熒光體的PIP作為光致感光材料的特性雖較弱，因此并未實用作感光材料，但市 售放電燈用熒光體的PIP，對于具有較低的能量往熒光膜接近的電子具有充分的作用。該情 形在使用放電燈的實驗中難以觀測到。根據(jù)參考文獻(xiàn)3，ppl41-149的記載，在電子束照射 下的熒光膜的特性調(diào)查中，明確定量得知PIP的存在。市售放電燈用熒光體的PIP的負(fù)電 場的大小，可根據(jù)向熒光體膜照射使加速電壓變化的電子束的實驗來決定。根據(jù)測定所決 定的熒光膜上的負(fù)電位約在IlOV 150V之間。從涂布有熒光膜的玻璃基板的背側(cè)，向熒 光膜施加200V以上的正電場時，PIP的負(fù)電荷從熒光膜消失，而出現(xiàn)正電荷。照射電子到 達(dá)熒光膜并發(fā)光。經(jīng)由施加外部電場而使PIP出現(xiàn)與消失的現(xiàn)象，與電子照片或干式影印 機的感光材料相同，可重復(fù)多次。未理解市售熒光體粒子所具有的PIP的存在的熒光放電燈管的開發(fā)者們，為除去 熒光膜的PIP負(fù)電荷而辛勞。已有開發(fā)一種瞬時點亮的熒光放電燈，在熒光膜的下側(cè)或表 面設(shè)置導(dǎo)電膜，或者在放電管的外壁面設(shè)置導(dǎo)電膜、或在靠近放電管外壁的部位配置金屬 板，采用僅在放電初期向該等導(dǎo)體施加正電位的外部電路，點亮?xí)r間以秒單位至分單位進(jìn) 行變化。作為以更快時間點亮的方法，雖在電極周邊的熒光膜上附著銫Cs原子的薄膜、或 向熒光膜照射光等處理的累積，放電開始時間的縮短仍停留在秒單位程度。如上所述放電 開始時間的難以縮短，與構(gòu)成熒光膜的熒光體粒子具有的PIP的作用有關(guān)。只要可除去熒 光膜的PIP，則熒光放電燈管可于10毫秒以下瞬時真正發(fā)光。熒光放電燈的瞬時點亮是困 難課題，因此進(jìn)行更詳細(xì)的敘述。將初速度接近零的電子導(dǎo)入熒光放電管中后，因熒光體粒子的PIP產(chǎn)生的負(fù)電 荷，電子無法靠近熒光膜。甚至也無法進(jìn)入填充有氣體原子的氣體空間。在氣體空間中填 充氣體的最外殼電子軌道的電子的負(fù)電場(5X105eV)向氣體空間擴展，受其負(fù)電場阻擋， 電子無法入氣體空間中，故熒光放電燈管不放電。為使氣體放電，必須變更熒光膜的PIPdi 各熒光體粒子的表面上不存在負(fù)電位。最佳方法是用CL熒光體制作熒光膜，此CL熒光體 以150eV以下的低電壓電子束進(jìn)行發(fā)光。該種熒光體在熒光體粒子中并不捕獲電子，因此 不具有PIP。若用低電壓CL熒光體制作熒光膜，則自積聚電子源取出的電子容易進(jìn)入熒光 膜面上，并在熒光膜上單向前進(jìn)，而進(jìn)行表面?zhèn)鲗?dǎo)。電子碰撞熒光膜上略微凹凸的凸起部分 而產(chǎn)生熒光體粒子進(jìn)行CL發(fā)光，因此可確認(rèn)在熒光膜上單向進(jìn)行表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子的存在， 但該發(fā)光的發(fā)光強度極低。熒光體技術(shù)者與熒光放電燈管的技術(shù)者因其發(fā)光強度較低而忽 視了該低電壓CL熒光體。相比于關(guān)注發(fā)光強度，本發(fā)明人更關(guān)注為何電子束照射下明亮發(fā) 光的CL熒光體在熒光放電燈管的熒光膜中發(fā)光強度較低。低電壓CL熒光體膜的實驗，提 供了與熒光放電燈管的放電機制的基礎(chǔ)相關(guān)的非常重要的資訊。事實上，使用本發(fā)明的電 子供給源、以及低電壓發(fā)光CL熒光膜時，在10毫秒以下瞬時產(chǎn)生熒光放電燈管的氣體放 電。過去雖對于熒光放電燈管的瞬時放電作出了各種努力，但此事實使該等努力失去意義，僅選擇電子供給源及熒光膜，即可以已知無法想象的速度使熒光放電燈管瞬時點亮?；谠摪l(fā)現(xiàn)，科學(xué)地推進(jìn)了熒光放電燈管中明亮發(fā)光的放電機制的闡明。陰極與陽極電極間存在的電場為單向。若如此思考則電子運動也為單向?？捎嬎?出單向運動的電子與氣體原子相遇的概率。電子直徑為5.6X10_13Cm。若將電子與原子相 遇的剖面積作為原子直徑，則單向運動的電子的體積為6Xl(T27Cm7Cm。常溫下1摩爾的氣 體在1大氣壓下的體積為22. 4X 103cm3。計算時以IXD的背光用CCFL(內(nèi)徑為0. 25mm，管 長為73cm)為例，管的體積為23cm3。封入氬氣的壓力為0. 1大氣壓(70Torr/760Torr)，因 此可計算出管中的Ar氣的摩爾數(shù)為1X10_3摩爾(=23/22.4X10_3)。1摩爾氣體的阿伏 伽德羅常數(shù)為6 X IO23個，因此CCFL管中6X 102°個Ar氣體原子隨機分布著(玻耳茲曼分 布)。單向運動的電子的體積為6X10_27cm7cm，因此單向運動的電子路徑中所包含的Ar氣 體原子數(shù)極少，為10_8，可認(rèn)為電子不與氣體原子碰撞。電子速度為2X105cm/sec。上述計 算明確地表示以下事實。放電現(xiàn)象的分析中不可認(rèn)為電子在氣體空間中單向前進(jìn)。該結(jié)論 是分析氣體放電時的重要結(jié)論。在熒光膜上單向進(jìn)行表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子與氣體原子相遇的概率極低(10-8/73Cm)，無 法觀測放電管的氣體放電。為使氣體放電，可強制擾亂單向傳導(dǎo)的表面導(dǎo)電電子的軌道，使 具有適當(dāng)運動能量的電子的軌道彎向氣體空間的方向。軌道受到彎曲的加速電子與氣體原 子非彈性碰撞的概率較大。市售熒光放電燈用熒光體粒子的PIP電荷，適用于使電子軌道 彎曲。若以適當(dāng)比例混合低電壓CL熒光體與熒光放電燈用熒光體粒子而制作熒光膜，則可 制作兼有上述熒光膜的表面?zhèn)鲗?dǎo)與使軌道彎曲的兩個功能的熒光膜。有證明表面?zhèn)鲗?dǎo)電子的軌道隨構(gòu)成熒光膜的熒光體粒子的表面狀態(tài)改變的事實 的方法存在?？墒褂冒l(fā)出綠色光的含Mn的硅酸鋅熒光體(Zn2SiO4 = Mn)來證明述事實。 Zn2SiO4IMn熒光體可經(jīng)由兩種方法制造。第一方法是在原料中添加較超過化學(xué)反應(yīng)計量 20%的SiO2，而制造熒光體。在制成的Zn2SiO4 = Mn熒光體粒子表面上，附著有因過剩添加 而未反應(yīng)的SiO2的微粒子。不論化學(xué)方面抑或物理方面均無法除去所附著的SiO2的微粒 子。在熒光放電管的內(nèi)壁面上涂布該熒光體，并向電極施加5kV的高電壓后，熒光放電燈會 發(fā)出明亮的綠色光。SiO2的微粒子不吸收紫外線，帶電的SiO2微粒子的負(fù)電荷發(fā)揮向氣體 空間排斥電子的作用。然而，因放電的電子無法靠近熒光膜，因此陽極區(qū)收納于SiO2微粒 子上形成的SBE鞘中，可取出的熒光膜的發(fā)光出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。即使以相同熒光體形成陰極 射線管(Cathode-Ray Tube, CRT)的熒光膜，并向熒光膜照射150eV的電子束，熒光膜也不 發(fā)光。其原因在于，附著在熒光體粒子表面的SiO2微粒子帶負(fù)電，而排斥靠近熒光膜的電 子。此次在混合原料時添加過量20%的氧化鋅ZnO，并使用該混合原料而制造熒光體。在 所制造的熒光體粒子的表面附著有大量未反應(yīng)的ZnO微粒子。為了以化學(xué)方面除去ZnO微 粒子而以氨水溶液(NH4OH液)對所制造的熒光體粉進(jìn)行蝕刻后，可獲得除去ZnO微粒子的 ZnSiOiMn熒光體。若用該熒光體制作CRT熒光膜，并向熒光膜照射150eV的電子束，熒光 膜會以明亮的綠色的CL發(fā)光。在熒光放電燈管的內(nèi)壁面涂布相同熒光體，并向電極施加高 電壓。熒光放電燈發(fā)出非常暗的綠色光。之后，以重量比7 3的比例，機械混合過剩添加 SiO2而制作的熒光體粉、以及過剩添加ZnO而制作的由NH4OH液蝕刻過的熒光體粉。在熒 光放電管的內(nèi)壁面上涂布該混合熒光體粉，則可獲得一種熒光放電燈管，其發(fā)出的光較單 獨過量添加SiO2而制作的熒光膜更明亮(增加30%)。上述實驗雖在CL發(fā)光時發(fā)出亮光，但也可以在熒光放電燈管的熒光膜中發(fā)光較暗的熒光體再進(jìn)行驗證。例如，存在表面在化 學(xué)上、物理上均清潔的Y2O2S = Tb綠色發(fā)光的熒光體的情形。該實驗事實明確表示在制造發(fā) 出亮光的熒光放電燈管時必須考慮的重要項目。內(nèi)徑為25mm以上的熒光放電燈管，長期以來使用資源豐富、廉價且以1種熒光體發(fā)出白色光的經(jīng)銻及錳雙重活化的鹵磷酸鈣熒光體[3Ca3(PO4)2CaFCl:Sb:Mn]。在內(nèi)徑為 IOmm以下的熒光放電燈中，3Ca3 (PO4) 2CaFCl Sb Mn熒光體的亮度非常低而無法使用，而是 使用存在資源枯竭顧慮的鹵磷酸鈣熒光體的10倍以上價格的混合三色稀土類熒光體的白 色發(fā)光熒光膜。即便查閱出版書籍也無法找到3Ca3(PO4)2CaFCl:Sb:Mn無法使用于內(nèi)徑較 小的熒光放電燈管中的原因。本發(fā)明人對其原因進(jìn)行了調(diào)查。3Ca3(PO4)2CaFCl:Sb:Mn熒 光體的發(fā)光是經(jīng)由UV直接刺激Sb3+發(fā)光中心，Sb3+發(fā)出的藍(lán)色光被同一粒子內(nèi)的Mn2+吸 收，從而使黃色的Mn2+發(fā)光。經(jīng)由Sb3+與Mn2+兩者的發(fā)光，而在一個熒光體粒子中發(fā)出白 色光。發(fā)光過程中并無基體結(jié)晶的吸收，因此該熒光體在電子的照射下具有絕緣體結(jié)晶的 特性。當(dāng)將絕緣體結(jié)晶粒子放置在電管內(nèi)時，易在粒子表面形成較強的SBE。其結(jié)果為，氣 體放電的陽極區(qū)收納于SBE鞘內(nèi)。當(dāng)縮小放電管徑后，熒光膜上的SBE的強度不變，因此， 僅陽極區(qū)的直徑變小，氣體放電量便飽和。以與所述的Zn2SiO4 = Mn熒光體相同的方式，在 3Cas (PO4) 2CaFCl Sb Mn熒光體粉中，機械混合重量比為30 %的以低電壓發(fā)出白色光的CL ZnO熒光體粉。將混合熒光體粉涂布于內(nèi)徑為IOmm的CCFL熒光放電燈管的內(nèi)壁面上。該 CCFL瞬時放電，發(fā)出亮度高于內(nèi)徑為25mm以上的現(xiàn)有熒光放電燈管的熒光膜的白色光。上 述實驗表明熒光放電燈管內(nèi)的熒光膜明亮發(fā)光的具備條件。對于氣體空間中遷移的電子行為進(jìn)行更詳細(xì)調(diào)查。一般而言，加速電子的非彈性 碰撞，會產(chǎn)生氣體原子的激發(fā)以及離子化。在加速電子具有激發(fā)氣體原子的適當(dāng)大小的能 量時，僅產(chǎn)生氣體原子的激發(fā)，從而放射光(放電)。與氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞后的電子 失去能量，改變軌道停留在氣體空間中經(jīng)由下一高頻波而再次加速，并與其他氣體原子進(jìn) 行非彈性碰撞。經(jīng)由該重復(fù)，電子在放電管中的陽極區(qū)中朝向相對電極前進(jìn)。1個電子在非 彈性碰撞期間前進(jìn)的距離(平均自由行程)可根據(jù)帕申(Paschen)曲線的測定決定(pd) 而求出。所求出的平均自由行程，在HCFL中為10 μ m，而在CCFL中為0.2 μ m左右。根據(jù)對 陰極與陽極間施加的電位，計算出單位長度的電場強度，并計算出平均自由行程內(nèi)的電場 強度。具有代表性的CCFL的管長為73cm，施加在電極間的峰值電位為1，200V,因此峰值電 壓下可算出為0. 2X10_3V/0. 2μπι。該值遠(yuǎn)未達(dá)到經(jīng)由電子的非彈性碰撞而激發(fā)Hg蒸氣所 需的能量(10. 4eV)。通常認(rèn)為經(jīng)由陽極區(qū)的電位梯度而加速電子，而在此想法中，無法加速 因非彈性碰撞而失去能量的電子。從而現(xiàn)有想法并不正確。如上所述，電子的質(zhì)量為9X 10_28克，離子的質(zhì)量為2X 10_24克。電荷量均沒有差 別為1.6X10_29庫侖。假設(shè)較輕的電子易經(jīng)由高頻電場的波而運動，則根據(jù)經(jīng)驗求出的最 佳高頻波的1個波長與根據(jù)實驗求出的平均自由行程應(yīng)一致。計算根據(jù)經(jīng)驗求出的施加在 CCFL的最佳高頻波的1個波長的長度(λ。al)時，1個波長的長度隨施加頻率而改變。(1) λ cal = 0. 2 μ m = 0. 2 X l(T4cm ( = 1 cm/50 X IO3Hz) 50kHz(2) λ cal = 0. 3 μ m = 0. 3 X l(T4cm ( = 1 cm/30 X IO3Hz) 30kHz(3) Xcal = 1. Oym = 1. 0X10_4cm ( = 1 cm/10 X IO3Hz) IOkHz(4) Xcal= IOym= 1.0Xl(T4cm(= 1 cm/1 X IO3Hz) IkHz
根據(jù)實驗求出的平均自由行程在測定的誤差范圍內(nèi)與1個波長的長度一致。該 一致表示非彈性碰撞后的最初的電子并未從氣體空間消失，而是再次經(jīng)由高頻電場的波 (峰值電壓為1，500V)從高頻電場中獲取能量。即，存在于氣體空間中的電子并未在放電管 內(nèi)中途消失，而是與高頻波共振，在放電管中沿軸方向前進(jìn)，并重復(fù)與氣體原子進(jìn)行非彈性 碰撞。熒光放電管中產(chǎn)生的陽極區(qū)，是相當(dāng)于氣體原子的激發(fā)能量的電子與高頻波共振，相 同電子重復(fù)激發(fā)氣體原子而產(chǎn)生者。若采用電子與高頻共振而在放電管中沿軸方向前進(jìn)的 模式時，陽極區(qū)中的電位梯度便為零。當(dāng)驗證過去大量的測定資料時，在1900年代的報告 中找到若干個如此資料。就認(rèn)為陽極區(qū)中存在電位梯度，電子經(jīng)由電位梯度而加速的最近 的測定資料的可靠性而言，在測定技術(shù)方面存在問題，有待對測定方法加以確認(rèn)。又因為在 陰極與陽極所檢測出的電子數(shù)相同，故難以接受因加速電子與氣體原子的碰撞而使電子數(shù) 激增的說明。在對構(gòu)成熒光膜的各熒光體粒子的帶電狀況進(jìn)行最佳化時，高頻電場的波峰 值電位大幅減少。電子與高頻波共振是巨觀觀察電子運動時所觀察到的現(xiàn)象，而微觀觀察 電子行為時，一個波長內(nèi)的電子行為大幅受到構(gòu)成熒光膜的熒光體粒子的表面荷電狀態(tài)的 影響。
當(dāng)前的高頻波條件(50kHz)下平均自由行程為0.2 μ m。另一方面，熒光體粒子的 平均粒徑為4 μ m,因此可計算出與高頻波共振的電子在通過一個熒光體表面的期間，到達(dá) 同一熒光體表面多達(dá)20次。一部分電子被高速加速而進(jìn)入熒光膜的CL熒光體粒子中，但根 據(jù)參考文獻(xiàn)1的記載，無法在CL熒光體表面形成SBE，而是轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻鎮(zhèn)鲗?dǎo)電子。電子經(jīng)由 重復(fù)上述運動而在放電管中沿管軸方向前進(jìn)，并到達(dá)位于放電燈管另一端的積聚離子，與 離子再結(jié)合而回復(fù)成氣體原子。高效的熒光放電燈管的熒光膜必須允許電子的表面?zhèn)鲗?dǎo)， 同時也須具有使進(jìn)行表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子軌道彎向氣體空間的功能。上述熒光膜的較大特征是 熒光膜即便在暗處也能瞬時點亮。進(jìn)而，由于并不產(chǎn)生電子進(jìn)入熒光體粒子時產(chǎn)生的SBE， 因此也無SBE鞘，從而增加熒光膜的亮度。本發(fā)明消除了現(xiàn)有熒光膜使用中無法解決的較 大障礙?？山鉀Q以上的揭示中與電子供給源及熒光膜、氣體放電相關(guān)的所有問題。本發(fā)明提供一種高亮度且省電型熒光放電燈管，其使熒光放電燈管的氣體原子最 大限度地放電，同時使FL的驅(qū)動電力降為最小值。本發(fā)明的熒光放電燈的另一特征在于， 極度延長熒光燈的使用壽命，人一輩子購買一個熒光放電燈管即可。如此每個熒光放電燈 管制造的終身使用電力極大降低。本發(fā)明也提供一種對于近年來成為問題的環(huán)境保護課題 作出較大貢獻(xiàn)的熒光放電燈。


圖1為本發(fā)明所述熒光放電燈管內(nèi)形成的內(nèi)部電路的原理的說明圖；圖2為關(guān)于本發(fā)明所述熒光放電燈管的點亮，且電流的流動獨立的內(nèi)部電路與外 部驅(qū)動電路的說明圖；圖3為關(guān)于本發(fā)明所述熒光放電燈管的點亮的外部驅(qū)動電路中流過的電子流、與 形成關(guān)于熒光放電燈管的放電的內(nèi)部電路的電子流的說明圖；圖4為本發(fā)明所述熒光放電燈管內(nèi)設(shè)置的由絕緣體粒子覆蓋的金屬電極中，金屬 電極的形狀使用杯狀金屬電極與平板狀金屬板的例示圖；圖5為本發(fā)明所述熒光放電燈管內(nèi)設(shè)置的由絕緣體粒子覆蓋的金屬電極中，金屬電極的形狀使用金屬棒和金屬絲的例示圖；圖6為說明本發(fā)明中導(dǎo)入至熒光膜表面的電子行為隨熒光膜的荷電狀態(tài)而改變 的情形的示意圖；圖7為表示本發(fā)明中經(jīng)由低電壓電子束發(fā)光熒光體粉與光致發(fā)光熒光體粉的混 合粉而制作的最佳熒光膜的狀態(tài)的示意圖；圖8為現(xiàn)有熒光放電燈管內(nèi)部設(shè)置的金屬陰極的表面上必然形成表面結(jié)合電子 (SBE)的現(xiàn)象的說明圖。符號說明1熒光放電燈管(或者玻璃管)25無PIP的熒光膜2金屬電極(CL熒光體膜)3金屬電極26PIP4絕緣體粒子(PIP負(fù)電荷或者PIP鞘)5氣體放電28絲電極6外部電源(高頻波電源)28a絲電極的斷線部7電子源(電子供給源)28c絲電極的一端8離子源(正離子源)28d絲電極的另一端9熒光放電燈管(或者玻璃管)30金屬陰極10熒光膜(或者熒光體膜)CCFL冷陰極熒光放電燈管11陽極區(qū)CL電子束發(fā)光12 夕卜部電路(Cathode Luminescence)13電容器e電子(發(fā)射電子)14感應(yīng)電流EL無機電場發(fā)光15內(nèi)部電路FL熒光放電燈16電子源(電子供給源)h電洞17離子源HCFL熱陰極電極(正離子源或者積聚正離子)LED發(fā)光二極管18引導(dǎo)電極LCD液晶顯示器19吊鐘型電極OLED有機電場發(fā)光顯示器20小玻璃管PIP永久內(nèi)部極化21平板狀金屬電極PL光致發(fā)光22 棒狀金屬電極(Photo Luminescence)23玻璃介質(zhì)SBE表面結(jié)合電子24 具有 PIP 的熒光膜(surface-bound-electrons)
(市售PL熒光體膜)UV紫外線
具體實施例方式使用圖式詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容。說明中所謂熒光放電燈(FL)的點亮是指如下 步驟向連接于驅(qū)動電路的金屬電極施加電壓，使放電燈管內(nèi)的氣體放電，并經(jīng)由涂布于放 電燈管玻璃內(nèi)壁面的熒光膜，將經(jīng)由氣體的激發(fā)而發(fā)光的不可見紫外線轉(zhuǎn)換為可見光。本發(fā)明所述熒光放電燈管是向金屬電極施加電壓而點亮熒光放電燈管，但放電所須的電子并 非如現(xiàn)有熒光放電燈管般自連接在電源電路的金屬電極直接注入放電管內(nèi)。自將高頻點亮 的放電燈管內(nèi)部經(jīng)由離子化而形成的電子積聚在絕緣體粒子表面而新產(chǎn)生的電子源中取 出電子至氣體空間，使該電子參與氣體放電后，與聚集在放電管另一端的離子再結(jié)合，內(nèi)部 電路封閉。即，熒光放電燈管的點亮并不自放電燈外部將電子注入放電燈管內(nèi)，而是在放電 燈管內(nèi)部供給電子，且放電燈管內(nèi)供給的電子全部被消耗。進(jìn)入氣體空間的電子并不消失， 同一電子重復(fù)多次與氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞，并在放電燈管內(nèi)沿軸方向前進(jìn)。氣體放電 所需的電子數(shù)小于放電燈管所含的氣體原子數(shù)。計算出的每個放電燈管的內(nèi)部電流量為 0. 1 1mA，但并無直接測定內(nèi)部電流的方法，因此無法確認(rèn)。熒光放電燈管的耗電是經(jīng)由 測定外部電路中流過的電流與電壓而決定。本發(fā)明的熒光放電燈管的耗電雖也是經(jīng)由測定 外部電路的電流與電壓而決定，但并非與放電燈內(nèi)部的耗電成一一對應(yīng)。流過外部電路的 電流是覆蓋金屬電極的絕緣體粒子的極化及極化解離所需的介電電流，與覆蓋金屬電極的 絕緣體粒子數(shù)成正比例增減。若將金屬電極的面積最小化，絕緣體粒子數(shù)也減少，外部電路 的感應(yīng)電流也最小化，表面上熒光放電燈的耗電減少。本發(fā)明的熒光放電燈管是將該表面 上的耗電減少為現(xiàn)有熒光放電燈的耗電的數(shù)分之一。進(jìn)而，由于本發(fā)明的電子供給源在使 用中完全無暴露于放電氣體中的金屬，因此并無因陽離子引起的金屬濺渡，從而完全不存 在因濺渡導(dǎo)致的電子供給源減少。在熒光放電燈管內(nèi)不存在有機殘留氣體時，放電管內(nèi)亮 度減少的原因也隨之消失。其結(jié)果為，熒光放電燈管的點亮壽命延長至現(xiàn)有熒光放電燈管 所無法想象到的驚人長度。點亮壽命可初始亮度保持100，000小時以上。 本發(fā)明的熒光放電燈管內(nèi)的電子運動與固體及液體中的電子運動不同。原子有 規(guī)律地排列的固體中的導(dǎo)電受到晶格振動(電阻)的限制。原子無秩序地排列的液體中 的導(dǎo)電與離子或電子濃度成比例。熒光放電燈內(nèi)的放電雖由電子擔(dān)當(dāng)，但該電子行為與固 體及液體的情形不同，受到熒光膜的荷電分布極大影響，并在該影響下決定行為，因此歐姆 定律并不通用于放電燈管內(nèi)的電子行為。熒光放電燈管內(nèi)的熒光膜上存有(a)激發(fā)氣體 原子發(fā)出的紫外線光子、(b)與氣體非彈性碰撞而散射的電子、以及(c)散射電子與高頻電 場共振而從高頻電場獲得的高能量電子。紫外線光子并無電荷因此不受到熒光膜上的電荷 的作用。現(xiàn)有放電中未注意到的方面是，帶負(fù)電荷并遷移的電子受到熒光膜中的各熒光體 粒子的電荷的顯著影響而改變電子軌道的方向。各熒光體粒子所帶的負(fù)電荷中，存在因熒 光體粒子的內(nèi)部極化而形成的固有電荷(PIP)及熒光體粒子表面上形成的表面結(jié)合電子 (SBE)。SBE在熒光體粒子表面附著微量絕緣體時便不可避免地會出現(xiàn)在微量絕緣體上。因 SBE的負(fù)電場，熒光體粒子被遮蔽。因熒光膜上的該類負(fù)電場的庫侖斥力而使電子遠(yuǎn)離熒光 膜，其結(jié)果為氣體放電路徑收納于SBE負(fù)電荷的鞘內(nèi)，與熒光膜隔開由SBE電荷量決定的距 離而存在氣體放電路徑(陽極區(qū))。陽極區(qū)與熒光膜的間隙中存在非激發(fā)Hg氣體，有效吸 收從氣體放電路徑發(fā)射的254nm紫外線的結(jié)果，到達(dá)熒光膜的254nm紫外線量飽和。即，SBE 鞘的存在導(dǎo)致現(xiàn)有熒光放電燈管的亮度飽和現(xiàn)象，限制了亮度的最大值。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)以適 當(dāng)?shù)谋壤旌铣BE的熒光體粒子與保持SBE的熒光體粒子，且用該混合體制成熒光膜， 則可從熒光膜中獲得高亮度，從而提供一種高亮度、長壽命、且耗電顯著降低的新穎構(gòu)造的 熒光放電燈。圖1是圖解本發(fā)明的FL的放電機構(gòu)的原理的說明圖。將與放電燈的驅(qū)動電路直接連接的金屬電極2以及金屬電極3置入氣體放電燈管1內(nèi)，并從位于放電燈外部的電源 6向金屬電極施加交流高頻電場。為便于說明，圖1中各金屬電極2與金屬電極3上分別 放置一個絕緣體粒子4。向金屬電極2與金屬電極3施加電壓后，絕緣體粒子4在圖1所 示的極化方向上瞬時極化。通常絕緣體粒子的介電常數(shù)ε較大，因此在絕緣體粒子4誘發(fā) 的極化電荷的電位比金屬電極2與金屬電極3的電位高ε倍。在絕緣體粒子4誘發(fā)的極 化電荷內(nèi)，氣體空間側(cè)的電荷將電場擴展至氣體空間中。當(dāng)絕緣體粒子4與金屬電極2以 及金屬電極3置于ac高頻電場中時，金屬電極周邊的氣體經(jīng)由ac高頻電場而瞬時離子化， 電子e_與離子Ar+分開至不產(chǎn)生相互作用的距離。即，成為自由電子與自由離子。自由電 子與自由離子在氣體空間中分別向作為相對電極的介電體極化靠近?？拷淖杂呻娮?與 自由離子)不具有進(jìn)入絕緣體粒子內(nèi)的能量，自由電子經(jīng)由界面而與絕緣體內(nèi)的正電荷結(jié) 合。經(jīng)由該重復(fù)，隨著時間推移結(jié)合電子在絕緣體粒子表面積聚，在絕緣體粒子4的表面形 成電子供給源7。同樣，在絕緣體粒子4的表面形成由Ar+形成的離子源8。熒光放電燈管 內(nèi)的氣體發(fā)光是在從電子源7取出的電子遷移至Ar+的正離子8的期間產(chǎn)生。如上所述， 放電所需的全部電子從放電燈管內(nèi)供給，并在燈管內(nèi)消耗，氣體放電5所需的電子完全不 從放電燈管外供給。這是本發(fā)明的電子源7的形成與放電5的特征。
圖2表示本發(fā)明的熒光放電燈點亮?xí)r存在的兩個等效電路，圖示實質(zhì)上驅(qū)動放電 燈的外部電路12以及在放電燈管內(nèi)部擔(dān)當(dāng)放電的內(nèi)部電路15。圖2㈧所示的外部電路 12是由兩個電容13與電源6所構(gòu)成。電容器13為實質(zhì)上覆蓋金屬電極2與金屬電極3的 絕緣體粒子4。外部電路12中經(jīng)由ac高頻而進(jìn)行驅(qū)動時，流過進(jìn)行絕緣體粒子4的極化以 及極化離解(與電容器等價)的感應(yīng)電流14。進(jìn)而在電子在放電燈內(nèi)部運動后，在外部電 路12會有由該放電管內(nèi)部的電子流形成的感應(yīng)電流14流過，但其大小較小。向外部電路 12施加dc電壓時，外部電路12中電流并不流動，放電燈管不放電。圖2(B)所示的內(nèi)部電 路15由電子供給源16、積聚的正離子源17、以及在放電管內(nèi)放電的陽極區(qū)11所構(gòu)成。放 電是由電子供給源16與積聚正離子源17之間的電子移動產(chǎn)生。根據(jù)圖式可確知，在熒光 放電燈的內(nèi)部電路15與外部電路12之間并無直接的電子流動。圖3是表示使用本發(fā)明的電子源7操作熒光放電燈9的簡略圖。熒光放電燈的容 器是由真空密封的玻璃管9制成。在玻璃管9內(nèi)，內(nèi)藏有由多個由絕緣體粒子4覆蓋的金 屬電極2與金屬電極3，且在玻璃管9的內(nèi)壁面，由熒光體粒子(大小為4 μ m左右)的適當(dāng) 厚度涂布有熒光膜10。氣體放電的陽極區(qū)11無法接近熒光膜10，其與熒光膜稍隔開些距 離而配置于玻璃管9的中央。由于在陽極區(qū)11發(fā)光的UV光不帶電荷，因此不受熒光膜內(nèi) 的熒光體粒子的電荷的影響而到達(dá)熒光膜10，在熒光膜10被轉(zhuǎn)換為可見光。在陽極區(qū)11 與熒光膜10之間存在非激發(fā)的汞蒸氣。該非激發(fā)的汞蒸氣在陽極區(qū)11中發(fā)光的UV光到 達(dá)熒光膜之前吸收(自行吸收)UV光，因此發(fā)光出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。詳細(xì)情形在下述熒光膜處 敘述。本發(fā)明由補充的兩個部分構(gòu)成。第一是熒光放電燈內(nèi)成為電子的供給源的金屬電 極上的絕緣體粒子表面形成的電子源16與積聚正離子17。第二是在放電燈管內(nèi)遷移并使 氣體產(chǎn)生發(fā)光的電子的行為，受到構(gòu)成熒光膜的各熒光體粒子的電荷的作用，因此進(jìn)行找 出施加影響的熒光體粒子的電荷的最佳條件的作業(yè)。本發(fā)明的熒光放電燈不使用熱陰極作為電子供給源。本發(fā)明的新穎電子源用絕緣體粒子遮蔽冷陰極(CCFL)的金屬電極，并使用絕緣體粒子上積聚的電子作為供給源?；?為CCFL的金屬電極。圖4表示根據(jù)CCFL考慮的冷陰極電極中，經(jīng)由絕緣體粒子4覆蓋通常 使用的金屬電極表面的電極構(gòu)造。最常用的金屬電極是圖4(A)所示的吊鐘型電極19。雖 可使用該吊鐘型電極19，但吊鐘型電極19的表面積較大，覆蓋表面的絕緣體粒子數(shù)較多， 絕緣體粒子的充放電會導(dǎo)致外部電路中流過較大的感應(yīng)電流，因此不利于實用。為使絕緣 體粒子的充放電而流動在外部電路的感應(yīng)電流最小化，可使金屬電極的形狀為平板狀。圖 4(B)中是使用平板狀金屬電極21，已使絕緣體粒4附著于平板狀金屬電極21的放電氣體 面上。該電極構(gòu)造中存在于絕緣體表面的電子的取出表現(xiàn)出顯著的異向性。上述吊鐘型 電 極19及平板狀金屬電極21上連接有用于施加外部電壓的引導(dǎo)電極18。根據(jù)Physical Review Letters, Vol. 27，1971，P1345的論文(非專利文獻(xiàn)5)，電子在沿著絕緣體界面的 平行方向上遷移時移動性較高，若在與表面垂直的方向取出電子則移動性較差?，F(xiàn)有熒光 放電燈中是在與陰極面成直角的方向取出電子，因此就取出的電子引起的放電而言存在問 題。為使熒光放電燈瞬時放電，按照如下順序可以10毫秒以下的速度使熒光放電燈管點 亮，即不使電子直接進(jìn)入氣體空間，先自電子供給源取出電子至熒光膜上取出，使該電子加 速后使其朝向氣體空間散射。金屬電極21非常適于按照該順序取出電子。而且，自平板狀 金屬電極21取出的電子，是取出距離熒光放電燈管的管端Imm 3mm之間的電子，因此若 使熒光膜涂布至距離管端Imm左右，熒光放電燈管的全長便會均勻發(fā)光?，F(xiàn)有CCFL中，因 金屬電極的大小，存在距離管端IOmm以上便會變暗的缺陷，而在HCFL中因熱陰極的大小， 在更長的2 3cm之間存在變暗缺陷。該問題在采用本發(fā)明的圖4(B)的平板狀金屬電極 21時解決。人眼無法感知房屋照明所使用的熒光放電管的1秒左右的點亮速度的差異，因此 即便房屋照明中使用發(fā)明的熒光放電燈管，人眼也無法感知點亮速度的差。但將本發(fā)明的 熒光放電燈管使用在LCD等顯示裝置的光源(背光)時，可實現(xiàn)10毫秒以下的速度的點亮， 可實現(xiàn)背光的線掃描明滅。其結(jié)果為，減少屏幕上呈現(xiàn)的畫質(zhì)對LCD的特性的依賴，人眼可 明確辨認(rèn)畫質(zhì)提高。其結(jié)果為，并無畫像的顫動或畸變，以碳的黑為基準(zhǔn)時，經(jīng)由與作為微 陰白天的光照明度的350cd/m2的照明度之間的對比度而形成的接近自然的清晰影像。長 時間觀看當(dāng)前的LCD屏幕上的影像時，在黑水準(zhǔn)有亮度，從該水準(zhǔn)采用高對比值故上限亮 度較高，成為與白天太陽直射的日光的影像等效的影像。進(jìn)而，根據(jù)LCD的特性，長時間觀 看無法明確辨認(rèn)的不清晰影像，會造成人眼永久性損傷。其結(jié)果為，每年必須更換眼鏡。該 問題在使用本發(fā)明的CCFL的LCD可得以解決。不僅個人眼睛的永久損傷。LCD的耗電也大 幅度減少。IXD的透光率為8%左右，CCFL的點亮速度為1秒左右，因此無法進(jìn)行線掃描， 整個表面均勻地發(fā)光。若以線掃描使背光發(fā)光，耗電與掃描線的數(shù)量成反比，以一次函數(shù)減 少。若掃描線數(shù)為10條，則背光的耗電減少為十分之一。若掃描線數(shù)為20條，則電力消耗 成為二十分之一。背光的耗電減少直接導(dǎo)致LCD顯示裝置的省電。平板狀金屬電極21有利于縮小CCFL的放電管玻璃徑。若放電管玻璃內(nèi)徑小于 1.51nm，則如圖4(B)所示，僅在單面涂布絕緣體粒子無法取出足量的電子。在該情形時，如 圖4(C)所示，在平板狀金屬電極21的兩個表面涂布絕緣體粒子即可。若使用圖4(C)的電 極，便可制造內(nèi)徑為Imm以上且亮度高的CCFL。再者，圖4㈧ 圖4(C)中，小玻璃管20是 將玻璃管9的內(nèi)部抽成真空后注入Ar氣體及Hg氣體的微小玻璃管，且最后對上述小玻璃管20進(jìn)行熔接而密封玻璃管9。由于金屬的電阻與絕緣體粒子的極化無關(guān)，因此平板狀金屬電極21的材質(zhì)并無特別要求，但使用硬度高的材料時作業(yè)性較佳。平板狀金屬電極21 的電極厚度隨所使用的金屬材料而改變。以保持絕緣體粒子、以及制造時容易進(jìn)行電極設(shè) 定作業(yè)為選擇基準(zhǔn)，可使用各種金屬材料。必須考慮的方面在于，因金屬表面的腐蝕而導(dǎo)致 吸附有機氣體及無機氣體。若存在氣體吸附，則熒光放電燈的壽命、尤其是熒光膜的發(fā)光將 會因該類氣體吸附而變?nèi)?，因此必須加以注意。在使用Ni-Cr合金的情形時，最佳的厚度處 于0. 2mm Imm之間。平板狀金屬電極21的直徑隨所使用的熒光放電管的管徑而改變，但 在內(nèi)管徑為15mm以上的熒光放電管中，可使用直徑為IOmm的平板狀金屬電極21，因此上述 平板狀金屬電極21的最大直徑為10mm。在熒光放電管的內(nèi)管徑處于5mm 15mm之間的情 形時，金屬電極的直徑較內(nèi)徑小2mm即可。在熒光放電管的內(nèi)管徑處于2mm 5mm的情形 時，金屬電極的大小較內(nèi)徑小Imm即可。在熒光放電管的內(nèi)管徑為2mm以下的情形時，金屬 電極的大小較內(nèi)徑小0. 5mm即可。在熒光放電管的內(nèi)管為2mm以下的情形時，考慮到平板狀金屬電極21的作業(yè)性， 也可采用棒狀金屬電極。圖5 (A)表示在棒狀金屬電極22的表面涂布有絕緣體粒子的示例。 棒狀金屬電極22僅經(jīng)由熔接器在玻璃密封的迪梅特(Dimet)線的前端熔融接著堅固的金 屬棒，并在金屬棒上附著絕緣體粒子即可，因此較細(xì)的CCFL的作業(yè)性優(yōu)良。所使用的金屬 棒的粗度為0.5mm 1mm，粗度并無限定。長度處于0. 5mm 5mm之間即可。當(dāng)然，大于或 小于此處所示的數(shù)字的金屬棒也可作為電極。雖可使金屬表面為粗糙面，以使絕緣體粒子易附著于金屬電極的表面，但較佳為 不經(jīng)由化學(xué)蝕刻制作粗糙面。經(jīng)化學(xué)蝕刻后的面對于絕緣體粒子而言是平滑面，絕緣體粒 子難以附著。為使金屬表面成為粗糙面，較佳為使用粉末粒徑略小于絕緣體粒徑、且粒徑平 均值為1 3 μ m的粉末研磨劑。圖5 (B)中顯示了在棒狀金屬電極22的表面覆蓋形成非晶質(zhì)粉玻璃23，并在該非 晶質(zhì)粉玻璃23的表面上涂布絕緣體粒子的舉例。在該舉例中為使絕緣體粒子更牢固地附 著于金屬表面，首先在金屬表面附著非晶質(zhì)粉玻璃23，加熱至熔融點以上的溫度后涂布絕 緣體粒子，并再次進(jìn)行加熱，將粉玻璃23熔融后冷卻至室溫，絕緣體粒子經(jīng)由熔融粉玻璃 23而牢固地接著。然而，若不使用粉玻璃制作則性能較佳。圖5(C)中顯示了在作為金屬電極的絲電極28的表面涂附絕緣體粒子4的舉例。 在采用現(xiàn)有的HCFL時，雖然在絲電極上通電使電流流過并加熱，然后放出熱電子，但在該 絲電極28的兩端28c和28d布線，與引導(dǎo)電極18連接不能通電，只要在引導(dǎo)電極18上施加 電位，便可以轉(zhuǎn)換為本發(fā)明的金屬電極。在HCFL中使用的絲電極上涂附如BaO的絕緣體粒 子4，由于在絲電極28上施加電位后并不通電，因此不會放出熱電子，也無法發(fā)揮作為HCFL 的功能。便是，在通過引導(dǎo)電極18布線的絲電極28上施加電位時，便可以對絕緣體粒子4 產(chǎn)生介電極化。通過這種介電極化，可以形成來自地絕緣體粒子4近傍放電氣體的電子源 和陽離子源。圖5 (E)中顯示了在發(fā)生斷線的絲電極28的表面上涂附絕緣體粒子4的舉例。在 HCFL中，從斷線部28a開始絲電極28發(fā)生斷線時，由于不能通電從而使熱電子的放出消失， 不發(fā)光的熒光放電燈管成為廢品而被廢棄。但是，在在這種斷線的絲電極28兩端28c和 28d布線并與引導(dǎo)電極18連接時，通過在引導(dǎo)電極18上施加電位，可以對絲電極28的全體施加相同電位。在絲電極上涂附絕緣體粒子4時，通過施加電位可以對絕緣體粒子4產(chǎn)生 介電極化。通過該介電極化，，可以形成來自地絕緣體粒子4近傍放電氣體的電子源和陽離 子源。因此，只要在發(fā)生斷線的絲電極上布線，就可以利用本發(fā)明的金屬電極，再生現(xiàn)有被 廢棄的熒光放電燈管，通過本發(fā)明可以達(dá)到再生效果及節(jié)能效果。
圖5 (E)中顯示了在絲電極28的一端28c連接引導(dǎo)電極18而另一端28d懸空的 舉例。由于使另一端28d電氣懸空，因此所述絲電極28不能通電；另外，由于將一端28c連 接引導(dǎo)電極18，因此只要在引導(dǎo)電極18上施加電位，便可以將絲電極28的全體轉(zhuǎn)換為本發(fā) 明的金屬電極。其作用效果與圖5(C)相同，因此省略了詳細(xì)說明。圖5 (F)中顯示將發(fā)生斷線的絲電極28的一端28c連接引導(dǎo)電極18而另一端28d 電氣懸空的舉例。在絲電極28與所述引導(dǎo)電極18電氣導(dǎo)通的部分施加電位，在所述絲電極 部分涂附的絕緣體粒子4進(jìn)行介電極化，在絕緣體粒子4近傍形成電子源或陽離子源。另 一方面，絲電極電氣懸空的部分不產(chǎn)生介電極化，也不會形成電子源或陽離子源。其作用效 果與圖5(D)大致相同，因此省略了詳細(xì)說明。金屬電極上涂布的絕緣體材料4若為介電常數(shù)ε處于3 50的絕緣體，則均可用 作絕緣體粒子。若使用介電常數(shù)ε為50以上的絕緣體，則外部電路的ac電壓的上升與下 降變慢，放電燈的點亮速度變慢。同時電力也增加，因此欠佳。一般而言，無機絕緣材料的蒸 發(fā)溫度非常高時也穩(wěn)定，因此對熒光放電燈管的壽命并無影響。進(jìn)而，熒光放電管中的正離 子并不直接碰撞絕緣體粒子，如圖1所明示，也不與負(fù)電位的金屬陰極碰撞。因此，本發(fā)明 的熒光放電燈管中并不存在因陰極影響熒光放電燈管壽命的因素。此處，針對熒光放電燈 管的壽命進(jìn)而略做敘述整理。熒光放電燈管中決定壽命的另一因素是熒光膜亮度的經(jīng)時劣 化。出版書籍中明確說明熒光膜的亮度的經(jīng)時劣化，是因熒光體的發(fā)光中心的破壞而引起 的劣化，但該說明有誤。占據(jù)結(jié)晶的晶格點的發(fā)光中心非常穩(wěn)定。然而，熒光體粒子的界面 附近不穩(wěn)定，制造時會產(chǎn)生大量的晶格缺陷。尤其是離子半徑較大的陰離子在結(jié)晶界面處 其存在不穩(wěn)定，自晶格脫離而在原子層自表面至往下5層左右之間形成陰離子缺陷。若制 造熒光體時在還原性氣體環(huán)境中高溫加熱，則氧缺陷數(shù)強制性地增加。具有該類陰離子缺 陷的熒光體粒子吸附制造的熒光放電管中的殘留氣體。吸附在熒光體粒子表面的有機氣體 會吸收照射至熒光膜的254nm紫外線，因此到達(dá)熒光體粒子的紫外線強度相應(yīng)地減弱。此 情形將導(dǎo)致熒光膜亮度隨著吸附氣體量的增加而減小。并無自化合物結(jié)晶的表面完全除去 陰離子缺陷的方法。熒光膜劣化的主要原因是有機殘留氣體。殘留氣體可在制造熒光放電 燈時的除氣步驟中除去至可忽視的程度。即，若改良熒光放電燈管的制程則可忽視殘留氣 體的影響。將有機殘留氣體除去至可忽視程度的本發(fā)明的熒光放電燈管由于可忽視與壽命 有關(guān)的全部因素，因此可保持初始亮度100，000小時以上。返回絕緣材料的話題。所使用的絕緣體粒子中必須使各粒子為獨立的粒子。重要 的是不含有凝聚粒子。若粉體材料中含有0. 5 μ m以下的粒子，則保存粉體時較小粒子的接 觸面因毛細(xì)凝結(jié)而吸附空氣中的水，吸附的水與絕緣體粒子表面之間產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo) 致粒子產(chǎn)生凝聚。因此，較理想的是所使用的絕緣體粉中不含0.5μπι以下的粒子。絕緣體 粒子的平均粒徑只要在顯微鏡下決定大小的方法為Iym ΙΟμπι之間即可。尤其，若使用 平均粒徑處于1 μ m 7 μ m之間的絕緣體粒子可獲得良好結(jié)果。絕緣體粒子材料若為化學(xué)手冊中揭示的無機氧化物則均可使用。作為該等中較理想的氧化物，有 MgO、SiO2, A1203、CaO, SrO, BaO, Y2O3> La203、CaAlO3、鋁酸鹽與硅酸鹽、及其 錯合物等。除了該等氧化物之外，還有熒光體的基體結(jié)晶。熒光體的基體結(jié)晶具有非對稱 晶格點，且具有較高的介電常數(shù)，故而有利?？勺鳛榻^緣體素材使用的熒光體粒子，為Y203、 Y202S、YV04、YP04、ZnS、Zn0、(Y，Gd)203、(Y，Gd) B03、Y (P，V) 04、LaPO4、以及 BaMgAlltlO17 等。也 可使用在上述熒光體的基體結(jié)晶中，導(dǎo)入作為熒光體的發(fā)光中心的活化劑的熒光體粒子。 然而，含化學(xué)性為活性的S的化合物與Hg蒸氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而生成HgS (黑色物質(zhì))，因此 無法使用。若粒子表面層不含S則可使用。所利用的粒子表面要求是化學(xué)上與物理上清潔 的表面。除了上述化合物以外，眾所周知有介電常數(shù)較大的鈣鈦礦粒子。作為其代表者，存 有 PbZrO3、PbTiO3、CaTiO3、SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3 與 PbZrO3 的固溶體(PZT)、以及 PbTiO3 與 CaTiO3的固溶體等。鈣鈦礦粒子的介電常數(shù)非常大。如上所述，粒徑過大的介電常數(shù)材料 的粒子即便積聚大量的自由電子及離子，也因鈣鈦礦粒子的充放電導(dǎo)致外部電路的感應(yīng)電 流的速度變慢而無法使用。本發(fā)明的新電子源是作為熒光放電燈管制造的零件而處理。經(jīng)由實施例，詳細(xì)說 明作為零件的新電子源的制作方法。實施例1 本發(fā)明的電子源的零件是在金屬電極上以適當(dāng)?shù)暮穸韧坎冀^緣體粒子。由于絕緣 體粒子為粉末，因此混合絕緣體粒子與被稱作媒液的結(jié)合劑溶液而制作涂布液(漿液)。通 常使用的媒液有表1所示的兩種媒液。不論使用哪個媒液均可獲得相同結(jié)果。表 1
媒液A 乙酸丁酯IOOg~硝化纖維素1. Og 媒液B 二甲苯IOOg乙基纖維素2. Og
TS重量混合比(g)
Y (V, P) O4: Eu 100 媒液A150在Ni金屬棒電極選擇Y(V，P)04:Eu紅色熒光體粉末作為絕緣體粒子，并用媒液A 制作漿液。表2表示其混合比例。用秤準(zhǔn)確地秤量表2的材料，充分混合兩者而制作漿液。 將M金屬棒電極浸漬在漿液中，并立即拉出，則M金屬棒電極表面上附著有漿液。所附著 的絕緣體粒子層數(shù)經(jīng)由改變表2所示的混合比例而進(jìn)行調(diào)節(jié)。拉出的M金屬棒電極上的 絕緣體粒子層被漿液浸濕，因此吹50°C左右的熱風(fēng)而進(jìn)行干燥。干燥后，將電極置于無蓋爐 中以550°C加熱10 30分鐘。加熱使有機物氧化并形成水蒸氣與二氧化碳?xì)怏w擴散至空 氣中。當(dāng)Ni金屬棒電極的溫度降為室溫時，獲得涂布有Y(V，P)04:Eu紅色熒光體的白色粉 末的M金屬棒電極。涂布有該白色粉末的M金屬棒電極可作為CCFL電極而使用。實施例2在Ni-Cr圓盤狀金屬電極選擇Y2O3 = Eu紅色熒光體粉末作為絕緣體粒子，并選擇媒液B而混合成漿液。表3表示制作漿液時的混合比例。用秤準(zhǔn)確地秤量表3的材料，充分混 合兩者而制作漿液。將Ni-Cr盤狀金屬電極浸漬在該漿液后拉出，則漿液附著在M-Cr盤 狀金屬電極的兩表面。所附著的絕緣體粒子層數(shù)可經(jīng)由改變表3所示的混合比例而進(jìn)行調(diào) 節(jié)。拉出的Ni-Cr圓盤狀金屬電極上的絕緣體粒子層被漿液浸濕，因此吹微熱風(fēng)而使其干 燥。干燥后，將電極置入無蓋爐中以550°C加熱10 30分鐘，則有機物經(jīng)由氧化而分解并 形成水蒸氣與二氧化碳?xì)怏w擴散至空氣中。當(dāng)Ni-Cr圓盤狀金屬電極的溫度降為室溫時， 獲得涂布有Y2O3 = Eu紅色熒光體的白色粉末的Ni-Cr圓盤狀金屬電極。涂布有該白色粉末 的Ni-Cr盤狀金屬電極可作為CCFL的電極而使用。表3 實施例3在Ni金屬棒電極選擇BaO絕緣體粒子與媒液B，而制成漿液。表4表示其混合比 例。制造步驟與實施例1及實施例2中所述的步驟相同，因此省略說明。涂布有該白色粉 末的Ni金屬棒電極可作為CCFL的電極而使用。表 4 實施例4在Ni杯狀電極選擇BaMgAlltlO17絕緣體粒子與媒液A，而制成漿液。表5表示其混 合比例。制造步驟與實施例1及實施例2所述的步驟相同，因此省略說明。涂布有該白色 粉末的Ni杯狀電極可作為CCFL的電極而使用。表 5 即便使用實施例中未示的氧化物、多氧化物的粉末，也可獲得與實施例2 4所示 的同樣結(jié)果，因此雖省略該等實施例的上述敘述，但也屬于本發(fā)明。
實施例5實施例5將敘述經(jīng)由本發(fā)明的電子源取代HCFL中廣泛使用的熱陰極時，可解決哪些問題。世界上使用最廣泛的電極是熱陰極。熱陰極是用氧化鋇(BaO)等覆蓋加熱至800°C 左右的鎢絲而成的陰極。自配置在加熱BaO層的最上層的Ba向真空中發(fā)射電子。當(dāng)操作 HCFL時，電極附近的管壁溫度高于其他部分的管壁溫度。管內(nèi)徑小于IOmm的省電型HCFL 加熱至人手無法觸摸的高溫(50°C 60°C )。電極周邊的放電管的管壁溫度上升的原因不 明，因此無法采取對策。根據(jù)本發(fā)明人的研究，陰極表面受到不可避免地形成的表面結(jié)合電 子SBE(105V/cm)的覆蓋，為超越SBE的負(fù)電場而自陰極取出電子，必須向陰極施加105V/ cm以上的陽極電壓。自陰極取出的電子當(dāng)然是具有105V/cm以上的能量的高速電子。進(jìn)入 充滿氣體原子的氣體空間的高速電子經(jīng)由陰極與陽極間的較強的一方向的電場，電子向一 方向前進(jìn)。向一方向前進(jìn)的高速電子，不激發(fā)氣體原子而在氣體空間中通過一定距離后，與 氣體原子非彈性碰撞，使氣體原子離子化而分離為電子與離子。每次離子化時皆因氣體原 子的熵的變化而產(chǎn)生熱。該熱陰極周邊的較廣范圍內(nèi)放電燈的管壁溫度升高。高速電子一 面重復(fù)與氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞一面一點點地?fù)p失能量，在自陰極遷移一定距離之處， 遷移電子的能量減少至激發(fā)氣體原子的能量。電子激發(fā)氣體原子時并不伴隨熱的產(chǎn)生。因 此，以后的管軸長度上管壁溫度固定。陰極附近的管壁溫度上升是HCFL的第一問題。該問 題表示如下事實，即不參與熒光放電燈管的主放電的氣體原子產(chǎn)生離子化。這是對熒光放 電管的點亮無用的能量消耗。當(dāng)電子供給源采用本發(fā)明的電子源時，HCFL成為CCFL，自電 子源取出的電子的能量接近零速度，并不引起氣體原子的離子化。因此，熒光放電燈管的點 亮中熒光放電管端周邊的溫度并不上升。因此，使用本發(fā)明的電子源的CCFL的點亮電力， 較之現(xiàn)有HCFL與CCFL熒光放電燈管的點亮電力顯著減少。第二問題是陰極前面產(chǎn)生的較大的陰極電壓降低。熒光放電燈的全部能量的 30% 40%的因陰極電壓降低而損失掉。在CCFL中也產(chǎn)生陰極電壓降低，因此通常認(rèn)為并 非熱電子陰極所固有。如上所述，將電子直接取出至真空中的陰極被不可避免地形成的較 強負(fù)電荷的SBE(105V/cm)覆蓋。為自陰極取出電子，必須向陰極施加105V/cm以上的陽極 電壓。所取出的電子經(jīng)由陰極與陽極間中較強的一方向的電場，而向一方向前進(jìn)。向一方 向前進(jìn)的高速電子，不激發(fā)氣體原子而是通過氣體空間的過程中，與氣體原子進(jìn)行非彈性 碰撞，使氣體原子產(chǎn)生離子化而分離為電子與離子。高速電子一面重復(fù)與氣體原子進(jìn)行非 彈性碰撞一面一點點地?fù)p失能量，從陰極遷移一定距離之處，遷移電子的能量減少為激發(fā) 氣體原子的能量的水準(zhǔn)。如上所述，經(jīng)由電子激發(fā)氣體原子時并不伴隨熱的產(chǎn)生。參與以 后的放電的電子由具有激發(fā)氣體原子的水準(zhǔn)的能量的電子行為決定，成為不受陰極上形成 的SBE影響的放電。該放電為陽極區(qū)放電。產(chǎn)生陰極電壓降低的范圍，與陰極表面至開始 有陽極區(qū)之間一致。在該范圍內(nèi)，混有自陰極取出的根據(jù)場所而能量值不同的高速電子、經(jīng)由氣體原 子的離子化而產(chǎn)生的自由離子與自由電子，但各荷電粒子的分布并不均勻，根據(jù)距陰極面 的距離而不規(guī)則變化。該變化中也存在具有可激發(fā)氣體原子的能量的電子，雖激發(fā)氣體原 子而使之發(fā)光，但該電子的數(shù)量較少。其他具有能量的電子與離子不使氣體原子發(fā)光。決 定電子能量的一個因素是電子與離子的質(zhì)量差。離子化而產(chǎn)生的離子與電子經(jīng)由陰極與陽 極的電場，而在電場中遷移，但遷移速度、遷移方向、遷移距離差異較大，因此在氣體空間中不均勻地分布。偏積分布的離子的電場(與陽極電場反方向)作用于輕量且運動的電子。 能量值不同的高速電子、偏積的離子、根據(jù)電場強度而易運動的電子的復(fù)雜分布，使該等荷 電粒子無法均勻分布，觀察到據(jù)此而產(chǎn)生的線狀發(fā)光條紋。陰極電壓降低的產(chǎn)生范圍相當(dāng) 于線狀發(fā)光條紋的產(chǎn)生范圍。若使用現(xiàn)有陰極則在陰極面上不可避免地產(chǎn)生SBE，因此陰極 電壓降低也不可避免地產(chǎn)生。經(jīng)由本發(fā)明的電子源替換現(xiàn)有陰極電極，即可從熒光放電燈 中完全消除陰極電壓降低。其結(jié)果為，使用本發(fā)明的電子源的CCFL的點亮耗電，相比于現(xiàn) 有產(chǎn)品減少約40%，因此對環(huán)境污染問題作出較大貢獻(xiàn)。第三問題是熒光放電燈的點亮壽命。使用HCFL的熒光放電燈的壽命縮短的原因 在于，電極金屬周邊產(chǎn)生的陽離子被陰極電位吸引，與陰極進(jìn)行彈性碰撞，將陰極金屬局部 加熱至高溫，從而蒸發(fā)出金屬蒸氣。若采用本發(fā)明的電子源，放電氣體內(nèi)并無暴露于陽離子 的金屬。因此，可極大延長壽命。
以上為止說明的發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容是熒光放電燈管的電子供給源的改良。若使用本 發(fā)明的電子源，則可取出初速接近零的電子至放電路中。其結(jié)果為，可闡明現(xiàn)有熒光放電燈 管的研究中難以闡明的現(xiàn)象。該等現(xiàn)象是熒光放電燈管的放電點亮開始時間的延遲、以及 陽極區(qū)收納入SBE鞘內(nèi)。該類問題的原因在于構(gòu)成熒光膜的各熒光體粒子的荷電狀態(tài)。至 今為止無人可理解熒光體粒子的物性，因此無法闡明該類問題。以下詳細(xì)說明各熒光體粒 子的荷電狀態(tài)關(guān)于放電電子的狀態(tài)。圖6中圖解對FL管內(nèi)的氣體放電產(chǎn)生影響的熒光膜的4種荷電狀態(tài)與電子軌道 的變化。圖6 (A)是在熒光放電燈管玻璃9的內(nèi)壁面涂布市售放電燈用(PL)熒光體粉而成 的熒光膜24的局部圖。市售PL用熒光體的全體粒子自制造時開始便保持永久內(nèi)部極化 (PIP)，PIP的負(fù)電荷(約150V)的電場到達(dá)粒子外。理所當(dāng)然地，使用市售PL熒光體而制 作的熒光膜24的上表面覆蓋有PIP的負(fù)電荷。當(dāng)來自電子源的初速接近零的電子e接近 時，電子e受到PIP的負(fù)電場的靜電斥力，無法進(jìn)入熒光膜上。不僅僅如此。氣體空間因填 充氣體原子的最外殼的外殼電子而充滿負(fù)電場，電子e也無法進(jìn)入氣體空間。氣體原子不 放電。即氣體放電不點亮?？蛇M(jìn)入熒光放電管中的氣體空間的電子僅僅是高能量電子?，F(xiàn)有放電燈管是自陰 極取出高能量電子，因此電子可進(jìn)入氣體空間，但高能量電子無法在熒光膜上進(jìn)行表面?zhèn)?導(dǎo)，從而無法使氣體放電始動。欲使熒光放電燈管的氣體放電，必須在氣體放電前先向熒光 膜上導(dǎo)入低速電子。所使用的高能量電子單向前進(jìn)，散射電子而無法克服熒光膜的PIP負(fù) 電場。若在熒光膜周邊設(shè)置傳導(dǎo)體，并向其施加300V左右的正電壓，則根據(jù)經(jīng)驗會發(fā)現(xiàn)放 電燈的氣體始動現(xiàn)象。特殊CRT開發(fā)者也根據(jù)經(jīng)驗而知悉。若向熒光膜施加200V以上的 正電場，則熒光膜的PIP從熒光膜中消失。熒光膜的PIP的存在及其消除方法可實用于干 式影印機及電子照片的感光板。熒光體材料也可用作感光板但性能較低，因此無法實用化。 熒光膜的PIP也利用在特殊CRT (儲存管)。作為熒光放電燈管的放電的始動方法，熒光放 電燈管的技術(shù)者根據(jù)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)了熒光膜的PIP的消除法，但因無法理解PIP自身的存在，因 此不明其動作原理。受到因消除PIP而隨之產(chǎn)生的諸問題的除去的困擾，根據(jù)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)的 方法成為公司內(nèi)部的機密。本發(fā)明人經(jīng)由選擇熒光體而完全解決PIP的問題。若控制熒光 體的種類及制作方法，則可制作熒光膜中無PIP的熒光體。圖6 (B)表示對使用熒光體粒子不具有PIP的熒光體制成的熒光膜25上導(dǎo)入初速接近零的電子時，熒光膜表面?zhèn)鲗?dǎo)電子的狀態(tài)。作為無PIP的熒光體，是在15V以下的低電 子束的照射下發(fā)光的CL熒光體。代表的熒光體有發(fā)出白綠色光或者在390nm具有峰值且 發(fā)出尖銳的線狀光的氧化鋅(ZnO)熒光體、不使用鈉作為熔劑而制作的發(fā)出藍(lán)色光的硫化 鋅(ZnS:Ag:Cl)熒光體、發(fā)出綠色光的硫化鋅(ZnS:Cu:Al)熒光體、以及特殊條件下制作的 MgO。當(dāng)照射至熒光膜的電子能量上升為120V時，另外有經(jīng)由氧化鋅過量而制造的硅酸鋅 (Zn2SiO4IMn)熒光體、對表面進(jìn)行化學(xué)蝕刻而制作的硫酸釔(Y2O2SEu或Tb)熒光體、以及 不使用熔劑而制作的氧化釔(Y2O3 = Eu或Dy)熒光體等。圖6 (B)的示例表示用ZnO熒光體 制作熒光膜的情形。因不存在PIP負(fù)電場，故進(jìn)入至熒光膜表面的低速電子容易進(jìn)入熒光 膜上，并受位于放電管另一端的積聚離子8的電場加速，在熒光膜表面上往單向前進(jìn)，到達(dá) 積聚離子8并經(jīng)由與累計離子8再結(jié)合而形成氣體原子。在通常的FL管(管長50cm)往 單向前進(jìn)的電子軌道上存在氣體原子的機率為可計算。其值為10-6，可認(rèn)為單向前進(jìn)的加 速電子與氣體原子碰撞的概率為零。并無表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子引起的氣體原子發(fā)光。進(jìn)而，并 無直接測定在熒光膜上進(jìn)行表面?zhèn)鲗?dǎo)的電子的方法。由于可間接地在設(shè)置于放電管外壁的 導(dǎo)體中檢測出較大的感應(yīng)電流，因此可理解有流過較大的表面?zhèn)鲗?dǎo)電流?？捎^測到以下事 實。ZnO熒光膜并非為完全的平滑面，因此在熒光膜表面上往單向前進(jìn)的加速電子碰撞熒光 膜的突起部分后，該部分的熒光體會進(jìn)行CL發(fā)光。CL發(fā)光雖微弱，但可確認(rèn)往單向前進(jìn)的 加速電子的存在。若熒光膜為完全的平滑面，則無法檢測出電子運動。若加速電子的檢測使 用Y2O3 = Eu熒光體(在IlOV的電子照射下發(fā)光)的熒光膜，則可觀測到以下事實。Y2O3 = Eu 熒光體中少數(shù)熒光體粒子存在缺陷，經(jīng)由該粒子的負(fù)電荷，使往單向前進(jìn)的電子軌道被彎 曲，因表面?zhèn)鲗?dǎo)而加速的電子進(jìn)入充滿氣體原子的氣體空間中。軌道被彎向氣體空間的加 速電子與氣體空間的氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞。因非彈性碰撞而獲得能量的氣體原子(Hg) 受到激發(fā)，發(fā)出紫外光。發(fā)出的紫外線照射至熒光膜，熒光膜進(jìn)行PL發(fā)光。因非彈性碰撞 而使軌道彎曲的電子停留在氣體空間中，并受施加于氣體空間的高頻電場加速，激發(fā)氣體 空間的其他氣體原子。在氣體空間中產(chǎn)生該重復(fù)，氣體原子開始放電。熒光膜中所含的單 向前進(jìn)的電子軌道彎曲的粒子數(shù)較少，因此PL發(fā)光強度較低，但相比于ZnO熒光膜的情形 已有較多熒光體粒子進(jìn)行PL發(fā)光。如此，經(jīng)由觀察PL發(fā)光可明確檢測出單向前進(jìn)的加速 電子、及加速電子的軌道彎向氣體空間而激發(fā)氣體原子的方法。使用發(fā)出綠色光的熒光體 Zn2SiO4 = Mn或紅色熒光體Y2O2S = Eu也可檢測出相同的結(jié)果。然而，單獨以該類熒光體制作 的熒光膜的發(fā)光，相比于實用水準(zhǔn)的發(fā)光強度相當(dāng)?shù)?。上述實驗對于重視實?wù)的放電燈技 術(shù)者而言，因低亮度而被忽視。然而，如上所述錯過了提供非常重要的科學(xué)資訊的來源。 無PIP的熒光膜容易允許低速電子在熒光膜上進(jìn)行電子傳導(dǎo)，從而加速電子(誘 因的作用)，但對于熒光放電燈管中的氣體激發(fā)并無直接貢獻(xiàn)。若熒光膜中存在帶負(fù)電的熒 光體粒子，則加速電子的軌道在帶負(fù)電的熒光體粒子處被彎曲而進(jìn)入氣體空間，并激發(fā)氣 體原子。經(jīng)激發(fā)的氣體原子發(fā)出紫外光。非彈性碰撞的電子停留在氣體空間內(nèi)，受高頻電 場加速，并激發(fā)其他氣體原子。經(jīng)由該重復(fù)而使氣體放電始動。這是使實用熒光放電燈管 的氣體放電瞬時點亮的機制。該觀察對于科學(xué)解析熒光放電燈管而言是一個非常重要的發(fā) 現(xiàn)。圖6(C)中為確認(rèn)上述發(fā)現(xiàn)，在熒光放電燈管的熒光膜末端的小面積上涂布ZnO熒 光體粒子25 (無PIP)，剩余的大面積上由排列有市售PL熒光體粒子的熒光膜24 (有PIP)覆蓋熒光放電管內(nèi)壁面。實驗性地首先在玻璃內(nèi)壁面涂布市售PL熒光體粒子，干燥后焚化 結(jié)合劑。用柔軟的布拭去玻璃端的熒光膜后，在擦拭后的玻璃面上涂布ZnO熒光體粒子25。 進(jìn)行干燥后焚化結(jié)合劑。經(jīng)由該方法而可制作圖6(C)的熒光膜。 在該熒光膜上設(shè)置本發(fā)明的電子源，并導(dǎo)入初速接近零的電子。電子在ZnO熒光 體粒子25的排列處加速，且具有可激發(fā)氣體原子的能量。加速電子無法進(jìn)入市售熒光膜24 上，而是彎曲電子軌道進(jìn)入氣體空間中。進(jìn)入氣體空間的電子與氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞， 激發(fā)氣體原子而使氣體空間的放電點亮。該現(xiàn)象是熒光放電燈管的氣體放電的瞬時點亮。 非彈性碰撞的電子經(jīng)由氣體空間的高頻波，從高頻電場獲取適當(dāng)?shù)哪芰?，并?jīng)由非彈性碰 撞而激發(fā)下一氣體原子。與傳播過放電路的高頻波共振的電子一面經(jīng)由該重復(fù)而激發(fā)氣體 原子，一面在放電管中遷移至管端，最后與離子結(jié)合而消失。當(dāng)人們用眼睛觀察在熒光放電 管中與高頻波共振而遷移的電子時，會認(rèn)為熒光放電燈管是以均勻強度發(fā)光的熒光膜。然 而，遺漏了重要的事實。在放電路中遷移的電子經(jīng)由加速而具有能量，并與氣體原子進(jìn)行非彈性碰撞。非 彈性碰撞的電子的軌道方向為隨機。向隨機方向散射的電子中存有具有接近熒光膜的機 會的電子，但熒光膜中存在PIP26的負(fù)電荷，因此該電子無法接近熒光膜，而是返回陽極區(qū) 內(nèi)。與高頻波共振的使氣體原子發(fā)光的電子的活動范圍并非為氣體放電管的整個空間，而 是限定在與熒光膜保持固定距離的放電管的中央的氣體空間內(nèi)。該空間收納在PIP鞘26 的陽極區(qū)。氣體原子的電性為中性，不受電場及電荷的影響，在放電管內(nèi)以均勻濃度分布。 在PIP鞘26中收納的陽極區(qū)與熒光膜之間，氣體原子(未激發(fā)的氣體原子)以均勻濃度分 布。若在陽極區(qū)發(fā)出的光是經(jīng)由氣體原子的激發(fā)能階向基態(tài)能階的電子過渡而產(chǎn)生，則允 許發(fā)出的光被氣體原子吸收。該情形時陽極區(qū)內(nèi)發(fā)出的光被介于陽極區(qū)與熒光膜之間的氣 體原子吸收，到達(dá)熒光膜的光是吸收后的殘留光。在熒光放電燈的情形時，利用低壓Hg蒸 氣的發(fā)光。發(fā)光是從Hg的激發(fā)能階6p向基態(tài)能階6S的電子遷移，因此受到陽極區(qū)與熒光 膜之間存在的Hg蒸氣吸收。光是不帶電荷的粒子，因此不受PIP的影響，僅有被陽極區(qū)與 熒光膜之間存在的Hg蒸氣吸收后殘留的光到達(dá)熒光膜。熒光體粒子是具有較大的光折射 率的粒子，因此紫外線的一部分進(jìn)入排列在熒光膜表層的熒光體粒子，直接被發(fā)光中心吸 收而發(fā)出可見光。由表層粒子反射的紫外線成為散射光，并進(jìn)入熒光膜的深部的熒光體粒 子而發(fā)光。為增加熒光放電燈管中到達(dá)熒光膜的紫外線量，較佳為熒光膜不被PIP負(fù)電荷 覆蓋。即，較佳為不形成PIP鞘。若向靠近熒光膜配置的導(dǎo)體施加正電位，則熒光膜的PIP電荷消失。若期望其結(jié) 果為，PIP鞘26消失，陽極區(qū)擴展至熒光膜，增加亮度，但并非如此。不存在PIP的熒光膜等 同于圖6(B)所示的熒光膜25，電子不進(jìn)入負(fù)電場的氣體空間，而是在熒光膜表面上進(jìn)行單 向前進(jìn)的表面?zhèn)鲗?dǎo)，熒光放電燈管的亮度顯著降低。高亮度發(fā)光的熒光膜必須具有經(jīng)由在 熒光膜上表面?zhèn)鲗?dǎo)而加速電子的功能、與使上述電子軌道向氣體空間偏折的PIP熒光體粒 子此兩者的熒光體粒子的組合。實務(wù)上在PIP電荷無法作用之處設(shè)置陽極區(qū)即可，允許Hg 原子的自行吸收，實用管徑為25mm以上的較大的熒光放電燈，并根據(jù)經(jīng)驗求出最佳條件。 這是現(xiàn)有熒光放電燈，即允許在陽極區(qū)內(nèi)Hg發(fā)出的254nm紫外線的自行吸收，將存在發(fā)光 飽和現(xiàn)象的熒光放電燈實用化。根據(jù)圖5的結(jié)果，如圖6(D)所示，在玻璃管內(nèi)面交替排列具有PIP的市售PL熒光體24以及無PIP的低電壓CL熒光體25。可知PIP26的作用大幅度降低，氣體放電的始動 較快，且陽極區(qū)擴展導(dǎo)致亮度上升。此處必須選擇低電壓CL熒光體25。低電壓CL熒光體 25的替代物如上所述。并非該類熒光體中的任一者皆可使用。市售的該類熒光體中，是表 面處理而在表面附著有絕緣體的微細(xì)粒子。在其他情形時，熒光體制造時的處理不充分， 殘留物殘留在粒子表面。經(jīng)由散射而從陽極區(qū)照射至熒光體粒子的電子，進(jìn)入熒光體粒子 內(nèi)，并從熒光體粒子向真空中發(fā)射二次電子。此時熒光體粒子中殘留電洞。該電洞與二次 電子在真空中結(jié)合，經(jīng)由與金屬陰極的情形相同的機制，在粒子表面形成SBE。若有附著雜 質(zhì)，則在該雜質(zhì)的表面上也形成SBE。CL熒光體粒子的發(fā)光是經(jīng)由電子的射入而在熒光體 粒子內(nèi)產(chǎn)生大量電洞與電子，該類電洞與電子在發(fā)光中心再結(jié)合而發(fā)光。若CL熒光體粒子 的表面潔凈，則CL熒光體粒子的表面的SBE失去作為結(jié)合對象的熒光體粒子內(nèi)的電洞。失 去對象的真空中的電子成為自由電子，被加速并使電子軌道彎向陽極區(qū)，有助于放電。問題 在于附著在粒子表面的雜質(zhì)上所產(chǎn)生的SBE。具有與PIP同等的作用。困難在于無法消除 雜質(zhì)上的SBE。因該理由，低電壓CL熒光體的篩選甚重要。最可靠的低電壓CL熒光體為 ZnO熒光體。此處對CL熒光體的亮度大于PL熒光體的理由加以說明。進(jìn)入熒光體粒子內(nèi) 的1個射入電子所形成的電子與電洞對數(shù)，相當(dāng)于射入電子與晶格進(jìn)行非彈性散射的數(shù)量 (約1，000個)。另一方面，PL熒光體粒子中一個光子僅可激發(fā)一個發(fā)光中心。這是CL熒 光體明亮的理由。 使PL熒光體24與低電壓CL熒光體25在熒光放電燈管的內(nèi)壁面鄰接而制造熒 光膜，是最難的工作。根據(jù)出版論文、Journal Physics D AppliedPhysics，32，(1999)， pp513-517(非專利文獻(xiàn)6)，F(xiàn)L的最佳熒光膜厚為3層的熒光體粒子。照射至該熒光膜的 電子可進(jìn)入的粒子，僅是排列在最上層的粒子，紫外線不受粒子的荷電的影響，而進(jìn)入熒光 膜中。以粒子層數(shù)來表示進(jìn)入深度時為3層。根據(jù)該理由，在玻璃管內(nèi)壁面涂布3層的市 售熒光體粒子24，干燥后以散布于市售熒光體層24上的方式涂布低電壓CL熒光體25，則 可制造本發(fā)明的熒光膜。圖7(A)表示如此制作的熒光膜的示意圖。分兩次涂布熒光膜，導(dǎo)致作業(yè)步驟復(fù)雜。設(shè)計一種對熒光體漿液進(jìn)行一次涂布便 制作出熒光膜的方法。市售PL熒光體的平均粒徑為4 μ m。低電壓CL熒光體的粒徑為2 μ m。 以重量比PL熒光體CL熒光體=7 3的比例，秤量粒徑不同的兩種熒光體粉，將秤量粉 體置入混合瓶中，并混合均勻，制作熒光體涂布液并將其涂布于放電管玻璃內(nèi)壁面。當(dāng)涂布 液未干燥時，在接近玻璃管壁之處選擇性地聚集較大的PL熒光體粒子24，并在熒光膜的表 面聚集大量較小的CL熒光體粒子25，因此獲得圖7 (B)所示的熒光膜。使用圖7(B)的熒 光膜制作熒光放電燈管，則位于表面層的CL熒光體粒子并不形成SBE，因此陽極區(qū)內(nèi)具有 高能量的電子到達(dá)CL熒光體粒子。其結(jié)果為，陽極區(qū)靠近熒光膜并發(fā)出紫外線。該紫外線 因陽極區(qū)與熒光膜之間并未有未激發(fā)的Hg原子，而使得大多數(shù)紫外線射入PL熒光體層中。 其結(jié)果為，熒光膜的PL強度增加。此處當(dāng)PL熒光體的平均粒徑為4 μ m時，使用的CL熒光 體粒子的大小的平均值為Iym 3μπι，則可獲得良好的結(jié)果。該粒徑隨PL熒光體的粒徑 而改變。要注意的事項是當(dāng)CL熒光體粒子較小、為Iym以下時，粒子不在熒光膜的表面排 列，而是在熒光膜干燥時聚集在熒光膜的底部，CL熒光體粒子的效果變小。以下使用實施 例對熒光膜進(jìn)行更詳細(xì)的說明。實施例6
對混合有本發(fā)明的低電壓發(fā)光CL熒光體的熒光膜的一例進(jìn)行說明。熒光膜是由 混合表6所示的熒光體粉而制作。作為性能良好的低電壓CL熒光體，存有ZnS是熒光體， 但基體結(jié)晶的硫S在放電中與Hg蒸氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而形成HgS，因此避免使用ZnS系熒光 體。
秤量表6的各熒光體粉的重量，并將其置入混合瓶，充分混合所秤量的熒光體粉。 在該混合粉體中添加150克的媒液A，進(jìn)行攪拌使得熒光體粒子充分分散在漿液中。將熒光 體漿液導(dǎo)入外徑5mm的玻璃管內(nèi)，放置短暫時間后，自玻璃管內(nèi)除去漿液，則玻璃內(nèi)壁面上 附著熒光體粒子，熒光膜被涂布在玻璃管內(nèi)壁面。對熒光膜進(jìn)行熱風(fēng)干燥后，以600°C在無 蓋爐中加熱30分鐘，經(jīng)由熱分解而使熒光膜內(nèi)的有機結(jié)合劑成為水蒸氣與二氧化碳?xì)怏w 并自管內(nèi)除去，則玻璃管壁上殘留僅由熒光體粒子構(gòu)成的熒光膜。經(jīng)由柔軟的布擦拭位于 玻璃管壁端的熒光膜。在擦拭的玻璃管的部位，插入實施例4與實施例5中的任一電極。其 中一管端經(jīng)由熔融玻璃管而密封電極。對另一管端的玻璃管略微加以熔融而使管徑變細(xì)。 在變細(xì)的管徑頂端設(shè)置Hg汞齊與Ba集氣器后，將開口的小玻璃管20連接于排氣裝置，使 用真空泵除去玻璃管內(nèi)的空氣。除設(shè)置有Hg汞齊與Ba集氣器的玻璃管的部位以外，將玻 璃管全體置入爐內(nèi)，加熱至500°C左右使玻璃管內(nèi)的材料除氣。若除氣步驟結(jié)束，則使溫度 降低至接近室溫。其后略微加熱Hg汞齊與Ba集氣器，進(jìn)行自該等的氣體排出。用泵進(jìn)行 排氣。其后，導(dǎo)入70Τοπ·左右的Ar氣體，熔融收納有Hg汞齊與Ba集氣器的現(xiàn)有玻璃并自 排氣裝置斷開玻璃管。斷開后，加熱Hg汞齊與Ba集氣器而使其活化。之后，熔解并密封電 極部分的排氣細(xì)管，則可獲得外徑為5mm的CCFL熒光放電燈管。該CCFL以10毫秒左右的 速度點亮放電。當(dāng)然，點亮速度即便在暗處也不改變。該放電燈中并無陰極電壓降低，外部 電路測定的點亮電力較現(xiàn)有CCFL相比，減少30%。進(jìn)而，并無限制陽極區(qū)大小的SBE鞘，因 此可從熒光放電燈管的熒光膜獲得13%以上的光。表6 表7是混合本發(fā)明的低電壓發(fā)光CL熒光體粉的熒光膜的其他示例。市售 PL熒光體是以混合發(fā)出藍(lán)色光的化學(xué)式(Ca，Sr, Ba, Mg) (PO4)6C1 Eu2+、發(fā)出綠色光的 BaMgAliciO17 = Eu2+ = MrA以及發(fā)出紅色光的Y(V，P)04:Eu3+的熒光體而發(fā)出白色光的方式進(jìn)行制備，進(jìn)而向低電壓CL熒光體中添加ZnO熒光體粉。熒光膜的制造步驟以及熒光放電燈管 的制造步驟與實施例6相同，因此省略說明。表 7 實施例8表8表示混合本發(fā)明的低電壓發(fā)光CL熒光體粉的熒光膜的另一其他示例。實施 例6與7中使用的熒光體中使用貴重的稀土類元素，因此價格非常高。尤其大量使用了資源 日漸枯竭的鋱Tb元素。急需開發(fā)一種不使用該類貴重元素的明亮的熒光放電燈。在NTSC 的x_y色度座標(biāo)點中，發(fā)出明亮綠色光的熒光體為Zn2SiO4 = Mn2+熒光體。Zn2SiO4 = Mn2+熒光 體粉根據(jù)PL用與CL用而存有兩種不同的制造法?，F(xiàn)有熒光放電燈管中所使用的是PL用 Zn2SiO4IMn2+熒光體粉，即在粒子表面附著有大量SiO2絕緣體微粒子的熒光體粒子粉。該 熒光體粉末可用于管徑較大的熒光放電燈中，陽極區(qū)收納于熒光膜上形成的較強的SBE鞘 中，因此無法用于細(xì)管徑的熒光放電燈管的熒光膜。熒光放電燈管的內(nèi)壁面上不形成SBE 的Zn2SiO4 = Mn2+熒光體粉，是在120eV的電子束照射下進(jìn)行明亮的CL發(fā)光的Zn2SiO4 = Mn2+熒 光體粉。將該CL發(fā)光的Zn2SiO4 = Mn2+熒光體粉與稀土類活化的藍(lán)色熒光體粉以及紅色熒光 體粉混合，則可獲得發(fā)出白色光的熒光體粉。當(dāng)采用在管徑為15mm以下的CCFL管的內(nèi)壁 上涂布該熒光體粉的熒光膜時，CL發(fā)光Zn2SiO4 = Mn2+熒光體粉的粒子上不形成SBE，陽極區(qū) 靠近熒光膜而進(jìn)行明亮發(fā)光。因此，可將CL發(fā)光的Zn2SiO4 = Mn2+熒光體粉使用在與多色的 PL熒光體粉的混合粉而發(fā)出白色光的熒光膜?？色@得管徑為15mm以下的細(xì)管的CCFL。無 須大量使用貴重的Tb，也可獲得發(fā)出白色光的CCFL。表8表示獲得具有綠色NTSC色度座 標(biāo)點的白色熒光膜的熒光體粉的混合比例。混合粉并不限定于表8所示的PL熒光體粉，使 用CCFL中使用的其他種類的PL藍(lán)色發(fā)光熒光體粉與其他種類的PL紅色熒光體粉的混合 粉，也可獲得相同的結(jié)果。熒光膜的制造步驟以及熒光放電燈管的制造步驟與實施例6相 同，因此省略說明。表8 實施例9根據(jù)經(jīng)驗獲得的結(jié)果，實施例8的細(xì)管CCFL的熒光膜的構(gòu)成包含約35重量％的 CL綠色熒光體粉以及23重量％的PL綠色熒光體粉時，可獲得最高的亮度。表9表示混合 比例。表9的混合是作為實施例一例，混合的PL熒光體并不限定于表9所示的PL熒光體， 使用CCFL中使用的其他種類的PL藍(lán)色發(fā)光熒光體粉以及其他種類的PL紅色熒光體粉的 混合粉，也可獲得相同的結(jié)果。熒光膜的制造步驟以及熒光放電燈管的制造步驟與實施例 6相同，因此省略說明。表 9 實施例10實施例6 9中使用的熒光體中，使用克拉克值(Clarke number)較小且存在資 源枯竭的擔(dān)憂的貴重稀土類元素，因此價格非常高。尤其是大量使用資源日漸枯竭的Tb與 Eu元素。急需開發(fā)一種不使用該類貴重元素而明亮發(fā)光的熒光放電燈。本發(fā)明人著眼于現(xiàn) 有熒光放電燈管中使用的鹵磷酸鈣白色發(fā)光熒光體Ca5(P04)3(F，Cl):Sb3+:Mn2+0根據(jù)本發(fā)明人的研究，經(jīng)由鹵磷酸鈣熒光體而制作的熒光膜存在于熒光放電管中因PIP而導(dǎo)致放電 發(fā)光的點亮的問題。進(jìn)而，點亮?xí)r在熒光膜上形成較強的SBE，陽極區(qū)收納于較強的SBE鞘 內(nèi)，介于陽極區(qū)與熒光膜間的Hg蒸氣吸收254nm紫外線，大大限制了熒光放電燈管的光輸 出。產(chǎn)生如此現(xiàn)象的主要原因在于，鹵磷酸鈣熒光體的發(fā)光中，發(fā)光中心利用Sb3+與Mn2+的 敏化作用，在一個熒光體粒子中Sb3+直接吸收254nm紫外線，Sb3+發(fā)出的藍(lán)色光的一部分由 Mn2+吸收，并在黃色的寬廣頻帶中發(fā)光，經(jīng)由兩個發(fā)光頻帶而發(fā)出白色光。根據(jù)活化劑的激 發(fā)機制的分類，為直接激發(fā)熒光體，基體結(jié)晶的電子與電洞不參與發(fā)光。該種熒光體在電子 束照射下僅發(fā)出較暗的CL光。這是眾所周知的事實。遺漏之處在于，基體結(jié)晶的電子與電 洞不參與發(fā)光，因此直接激發(fā)熒光體粒子的物性在電子束照射下具有絕緣體的特性。如上 所述，熒光放電燈管內(nèi)的熒光膜上，陽極區(qū)內(nèi)剛進(jìn)行非彈性碰撞之后的電子的前進(jìn)方向為 隨機，也有具有高能量的電子到達(dá)熒光膜。若向絕緣體照射電子，則在絕緣體粒子表面形成 SBE0 SBE量隨時間積聚，其結(jié)果為產(chǎn)生較強的SBE。此即造成使用鹵磷酸鈣熒光體時陽極 區(qū)進(jìn)入SBE鞘中，熒光膜出現(xiàn)亮度飽和現(xiàn)象。若解決SBE鞘的問題，則鹵磷酸鈣熒光體可適 用于內(nèi)徑為2mm的CCFL的熒光膜。若CCFL中可使用鹵磷酸鈣熒光體，即可獲得不使用有 資源枯竭擔(dān)憂的稀土類元素的廉價的白色發(fā)光CCFL。鹵磷酸鈣熒光體具有的放電發(fā)光的點 亮延遲問題，是與熒光放電燈中使用的PL熒光體共通的問題，可解決該問題。以下根據(jù)實 施例說明解決方法。表10 如表10所示，秤量70克的發(fā)出白色光的鹵磷酸鈣熒光體粉以及30克的發(fā)出藍(lán)白 色光的低電壓CL ZnO熒光體粉，并混合該粉體。將該混合粉體與150克的媒液A混合而制 作漿液。以后的熒光膜的制造步驟與實施例6相同，因此省略其說明?？色@得一種CCFL，所 得的內(nèi)徑為2mm的CCFL以毫秒單位瞬時點亮，熒光膜上基乎無法檢測出SBE，其發(fā)光亮度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于現(xiàn)有25mm管的熒光放電燈。本發(fā)明的鹵磷酸鈣熒光體粉的材料成本相比于當(dāng)前市 售的CCFL非常低，約為十分之一。開發(fā)的內(nèi)徑為5mm以上的CCFL熒光放電燈最適合用于 室內(nèi)照明。尤其外徑為15 20mm的CCFL適于房屋照明。開發(fā)的熒光燈廉價，且壽命長達(dá) 100，000小時以上，因此對使用者有利。實施例11將實施例10所示的CCFL用于IXD的背光時，紅色光不足。發(fā)出純紅色光的熒光 體是以Eu3+離子為發(fā)光中心的熒光體。發(fā)表有多個將Eu3+作為活化劑的熒光體，實用Eu3+ 熒光體的任一者均是在電子束照射下明亮發(fā)光的熒光體。其中在IlOeV的電子束下發(fā)光的 熒光體為Y2O3 = Eu3+熒光體。實施例11是以Y2O3 = Eu3+熒光體增強紅色的示例，但并不限定于該熒光體，其他紅色熒光體也可用于增強紅色。表11 表11為增強發(fā)出白色光的Ca5(P04)3(F，Cl) Sb3+:Mn2+的紅色波長范圍內(nèi)的光，而 在表10的混合熒光體粉中添加發(fā)出紅色光的Y2O3 = Eu3+熒光體粉(具有在eilnm線發(fā)光波 長)的情形?；旌蠠晒怏w粉使用媒液A而混合漿液。以后的熒光膜的制造步驟與實施例 6相同，因此省略其說明。所得的外徑為2mm的CCFL以1毫秒左右的速度瞬時放電，經(jīng)由 Y2O3 = Eu3+熒光體(在eilnm線發(fā)光)的發(fā)光而進(jìn)行色校正，可在IXD的背光中使用。且表 現(xiàn)出無法觀察到陰極電壓降低，在點亮中的CCFL管中的熒光膜上基乎無法檢測到SBE的特 征。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明可實現(xiàn)一種熒光放電燈管，無陰極電壓降低因此有利于節(jié)約能源，可 減小外部電源的電流，同時電極附近的明暗條紋狀圖案消失，可顯著提高照明度。再者，根 據(jù)本發(fā)明可實現(xiàn)一種熒光放電燈管，金屬陰極無損耗因此可延長熒光放電燈管的壽命，顯 著提高每根熒光放電燈管的照明度，同時快速點亮與整個表面點亮。該熒光放電燈管包含 直線管、曲線管、環(huán)形管、熒光燈泡及其他熒光放電燈。另外，本發(fā)明同時也可提供一種LCD 顯示裝置(液晶顯示裝置)，其具有利用了該熒光放電燈管的背光裝置。
權(quán)利要求
一種熒光放電燈管，在熒光放電燈的玻璃管內(nèi)壁面涂布有熒光膜，其特征在于，所述玻璃管內(nèi)的放電氣體的點亮由電子流動的獨立的內(nèi)部電路與連接于電源的外部電路產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述內(nèi)部電路是由分別個別形成 在所述熒光放電燈管內(nèi)部兩端的電子源與離子源所構(gòu)成，所述熒光放電燈管內(nèi)的氣體放電 是在所述電子源取出的電子在氣體空間內(nèi)朝向所述離子源遷移的過程中產(chǎn)生，且當(dāng)遷移的 所述電子到達(dá)離子源時，所述電子與離子再結(jié)合，所述內(nèi)部電路封閉。
3.如權(quán)利要求2所述的熒光放電燈管，其特征在于，作為所述電子源形成用電極，在所 述熒光放電燈管內(nèi)的一端配置層狀覆蓋有電絕緣體粒子的金屬電極；而作為所述離子源形 成用電極，在所述熒光放電燈管內(nèi)的另一端配置層狀覆蓋有電絕緣體粒子的金屬電極。
4.如權(quán)利要求3所述的熒光放電燈管，其特征在于，向所述電子源形成用電極的金屬 電極施加正極性的電位，使所述金屬電極的電絕緣體粒子介電極化，電極周邊的氣體離子 化所產(chǎn)生的自由電子受到介電極化后的所述電絕緣體粒子的正電荷的吸引，將所述自由電 子在所述電絕緣體粒子近前的氣體空間與所述電絕緣體粒子內(nèi)的正電荷結(jié)合而形成的空 間電子云作為所述電子源；且向所述離子源形成用電極的金屬電極施加負(fù)極性的電位，使 所述金屬電極的電絕緣體粒子介電極化，電極周邊的氣體離子化所產(chǎn)生的離子受到介電極 化后的所述電絕緣體粒子的負(fù)電荷吸引，將所述離子與所述電絕緣體粒子的極化負(fù)電荷結(jié) 合而形成的離子群作為所述離子源。
5.如權(quán)利要求4所述的熒光放電燈管，其特征在于，將電子自所述電子源取出至熒光 膜表面，經(jīng)由熒光膜的表面?zhèn)鲗?dǎo)而使電子加速，加速電子成為氣體放電的點亮的始動誘因， 經(jīng)由帶負(fù)電荷的熒光體粒子而使所述加速電子的軌道彎向氣體空間，使熒光放電燈管的氣 體瞬時點亮放電，經(jīng)過此產(chǎn)生無陰極電壓下降的氣體放電。
6.如權(quán)利要求5所述的熒光放電燈管，其特征在于，在所述熒光膜的表面交替配置不 帶負(fù)電荷的熒光體粒子與帶負(fù)電荷的熒光體粒子，且在所述熒光膜表面的多個部位，經(jīng)由 所述帶負(fù)電荷的熒光體粒子使所述加速電子彎向氣體空間側(cè)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述熒光放電燈管的玻 璃管內(nèi)壁面涂布的所述熒光膜，是由電子束發(fā)光熒光體粉與光致發(fā)光熒光體粉的混合粉體 所構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述光致發(fā)光熒光體粉是由單獨 發(fā)出三色光的三種稀土類光致發(fā)光熒光體粉所構(gòu)成，所述電子束發(fā)光熒光體粉是由低電壓 電子束發(fā)光熒光體粉構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述稀土類光致發(fā)光熒光體粉內(nèi)， 使用CL發(fā)光的硅酸鋅熒光體粉取代發(fā)出綠色光的光致發(fā)光熒光體粉。
10.如權(quán)利要求8所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述稀土類光致發(fā)光熒光體粉 內(nèi)，使用CL發(fā)光的硅酸鋅熒光體粉與PL發(fā)光的硅酸鋅熒光體粉的混合粉體，取代發(fā)出綠色 光的光致發(fā)光熒光體粉。
11.如權(quán)利要求8至10中任一所述的熒光放電燈管，其特征在于，在所述熒光膜，將所 述低電壓電子束發(fā)光熒光體的粒子不連續(xù)散布地配置在所述熒光膜的表面。
12.如權(quán)利要求7所述的熒光放電燈管，其中，所述熒光膜是由單獨發(fā)出白色光的光致 發(fā)光熒光體粉與低電壓電子束發(fā)光熒光體粉的混合粉體所構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的熒光放電燈管，其特征在于，所述熒光膜中，白色光光致發(fā)光 的所述光致發(fā)光熒光體由鹵磷酸鈣熒光體所構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求13所述的熒光放電燈管，其特征在于，在所述熒光膜追加性地添加有 增強紅色發(fā)光的電子束發(fā)光氧化釔熒光體。
15.一種IXD顯示裝置，其特征在于，將單個或多個如權(quán)利要求1至14中任一所述的熒 光放電燈管排列在平面上，作為LCD顯示裝置的背光使用。
16.如權(quán)利要求15所述的IXD顯示裝置，其特征在于，在垂直方向或水平方向上配置多 個所述熒光放電燈管，將各熒光放電燈管單獨、或以多個熒光放電燈管為群，以線序掃描的 方式依序點亮，并將線序的影像映出至LCD顯示裝置的整個屏幕。
全文摘要
本發(fā)明的熒光放電燈管包括內(nèi)部封入有放電物質(zhì)的玻璃管(9)、密封在該玻璃管兩端的一對金屬電極(2、3)及涂布在所述玻璃管內(nèi)面的熒光膜10。所述金屬電極由電絕緣體粒子(4)覆蓋。所述熒光膜由電子束照射而發(fā)光的熒光體粒子與紫外線照射而發(fā)光的熒光體粒子的混合物制成。該熒光放電燈管中的金屬電極不暴露在放電空間中，因此壽命較長。另外，通過施加高頻波，可以在10毫秒以內(nèi)點亮。
文檔編號F21Y103/00GK101868845SQ200880111588
公開日2010年10月20日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者三吉稔美, 加藤正利, 原田將弘, 小澤隆二 申請人:北京天洋浦泰投資咨詢有限公司