[发明专利]无汞平面荧光灯

说明书

技术领域

本发明是一种无汞平面荧光灯(FFL)，其由涂覆于真空容器内的玻璃平板的内表面上的荧光幕，因受到氙气(Xe)腔室内放电而发出的真空紫外线光照射而发出光致发光(photoluminescence，PL)；更精确地说，本发明是荧光粒子组成的荧光幕，它们能够减小起始点灯电位、维持电位、黑暗中的点灯延迟、以及氙气腔室内的荧光幕前面的移动电子的阻力；并且，本发明的荧光幕能够消除氙气放电的闪烁现象；本发明涉及缩短放电路径与荧光幕之间的间隙，以增加荧光幕上所到达的紫外线光强度；此外，本发明还涉及由行扫描驱动模式而减少平面荧光灯的操作耗电。

背景技术

人类保持白天活动的习惯七百万年，现已由发明光源将其活动大大延伸至黑夜。这些光源始于木材取火、燃烧火把、燃烧油、蜡烛和煤气等，利用燃烧火焰作为白热光源；在发现电子后，钨丝灯泡、管形荧光灯(FL)、具有荧光粒子的高亮度发光二极管(high brightness LED，HBLED)、以及无机和有机电致发光设备(分别是EL和OLEL)的薄膜板，都可作为白炽光源。钨丝电灯泡和HBLED如同日光一般属于点光源，它们会生成物体的黑影。七百万年以来，人眼已适应略微阴暗的天空的下的户外景色，因此人眼观看平面照明的下的物体(如同白天的户外景色)感到很舒服。日光直接照射下的景色(正如沙漠中的景色)，对于眼睛而言过于明亮；长时间观察较亮的景色，眼睛会受到永久性的损伤。平面照明的下有较适当的照明亮度。光是具有能量的粒子，根据《化学评论》(Chemical Review)中的文章(第103卷，第10号，第3835至3855页，2003年)(以下称为参考书目A)，略微阴暗的天空下的户外景色大约是由10²¹个光子/cm²秒所形成。平面照明应该对应这些数字。已开发的白炽光源被散射性板和薄膜覆盖使光散开，正如云对日光所起的作用一般。但是，我们还未具备舒适的平面光源。适当的白炽光源选择标准如下所述：

钨丝电灯泡的能量转换效率(输出光能/输入能量)是0.8％，并且，点亮时被加热到大约3000℃，正好低于钨丝的熔化温度(3422℃)。钨丝电灯泡利用改变钨丝的加热温度而有各种照明亮度，并且由于低生产成本，因此，一个世纪以来，钨丝电灯泡在住宅、办公室、商店和户外被广泛地用作照明源。作为光源，钨丝电灯泡的缺点在于温度上升发热和功率低。

近来，HBLED被期望取代钨丝电灯泡成为新的光源而吸引了人们的关注。HBLED的光线是由电子和空穴的再结合而产生。HBLED的量子效率(发出的光子数目/注入的电子数目)大约是50％。注入到LED的电子的50％能量转换成光，剩余的50％能量转换成热。例如，实际运用中的HBLED的操作是在5V条件下的60A/cm²。1A电流包含0.6×10¹⁹个电子/秒。运作的HBLED每秒发出大约2×10²⁰个光子/cm²秒，适合当作光源。HBLED的运作问题在于150W/cm²(＝60×0.5×5W/cm²)的能量会将HBLED加热到大约200℃的高温。HBLED由有掺杂物的薄膜构造而成，这些掺杂物形成发光中心。薄膜中的掺杂物是晶体杂质，并且，这些杂质由加热到200℃的薄膜缓慢地扩散出来，进而导致HBLED的光输出减少。实际操作寿命是关于HBLED使用上的严重问题。当EL和OLEL在高亮度的条件下运作时，依计算显示，情况与HBLED类似。

FL利用汞蒸气放电，汞原子数目由加热的管形FL的温度决定。在低压力的条件下，汞在大约40℃的温度汽化。低气压条件下汞蒸汽的放电属于电晕放电(corona discharge)，由于二维延伸的放电区域可于电晕放电过程中产生大量被激励的汞蒸汽，因此，FL的型态通常由管形玻璃而非点光源构成。电晕放电中的汞蒸汽于254nm波长处发出非常强烈的紫外线(UV)光，伴随有可见波长的许多线状光。涂覆于管形玻璃内壁表面上的荧光幕将254nm UV光的强大亮度转换成可见波长光。发出的光是光致发光(photoluminescence，PL)。来自FL的PL输出(PL_out)如下所示：

PL_out＝∫I_o ds dt    方程式(1)