專利名稱：無(wú)汞平面熒光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種無(wú)汞平面熒光燈(FFL)，其由涂覆于真空容器內(nèi)的玻璃 平板的內(nèi)表面上的熒光幕，因受到氙氣(Xe)腔室內(nèi)放電而發(fā)出的真空紫外 線光照射而發(fā)出光致發(fā)光(photoluminescence， PL);更精確地說(shuō)，本發(fā)明 是熒光粒子組成的熒光幕，它們能夠減小起始點(diǎn)燈電位、維持電位、黑暗 中的點(diǎn)燈延遲、以及氙氣腔室內(nèi)的熒光幕前面的移動(dòng)電子的阻力；并且， 本發(fā)明的熒光幕能夠消除氙氣放電的閃爍現(xiàn)象；本發(fā)明涉及縮短放電路徑 與熒光幕之間的間隙，以增加熒光幕上所到達(dá)的紫外線光強(qiáng)度；此外，本 發(fā)明還涉及由行掃描驅(qū)動(dòng)模式而減少平面熒光燈的操作耗電。
背景技術(shù)：
人類保持白天活動(dòng)的習(xí)慣七百萬(wàn)年，現(xiàn)已由發(fā)明光源將其活動(dòng)大大延 伸至黑夜。這些光源始于木材取火、燃燒火把、燃燒油、蠟燭和煤氣等， 利用燃燒火焰作為白熱光源；在發(fā)現(xiàn)電子后，鎢絲燈泡、管形熒光燈(FL)、 具有熒光粒子的高亮度發(fā)光二極管(high brightness LED， HBLED)、以及無(wú) 機(jī)和有機(jī)電致發(fā)光設(shè)備(分別是EL和OLEL)的薄膜板，都可作為白熾光源。 鉤絲電燈泡和HBLED如同日光一般屬于點(diǎn)光源，它們會(huì)生成物體的黑影。 七百萬(wàn)年以來(lái)，人眼已適應(yīng)略微陰暗的天空的下的戶外景色，因此人眼觀 看平面照明的下的物體(如同白天的戶外景色)感到很舒服。日光直接照射 下的景色(正如沙漠中的景色)，對(duì)于眼睛而言過(guò)于明亮；長(zhǎng)時(shí)間觀察較亮 的景色，眼睛會(huì)受到永久性的損傷。平面照明的下有較適當(dāng)?shù)恼彰髁炼取?光是具有能量的粒子，根據(jù)《化學(xué)評(píng)論》(Chemical Review)中的文章(第 103巻，第10號(hào)，第3835至3855頁(yè)，2003年)(以下稱為參考書目A)， 略微陰暗的天空下的戶外景色大約是由1021個(gè)光子/cm2 秒所形成。平面照 明應(yīng)該對(duì)應(yīng)這些數(shù)字。已開(kāi)發(fā)的白熾光源被散射性板和薄膜覆蓋使光散 開(kāi)，正如云對(duì)日光所起的作用一般。但是，我們還未具備舒適的平面光源。適當(dāng)?shù)陌谉牍庠催x擇標(biāo)準(zhǔn)如下所述鎢絲電燈泡的能量轉(zhuǎn)換效率(輸出光能/輸入能量)是0.8%，并且，點(diǎn)亮?xí)r被加熱到大約300(TC，正好低于鎢絲的熔化溫度(3422t:)。鎢絲電燈泡 利用改變鎢絲的加熱溫度而有各種照明亮度，并且由于低生產(chǎn)成本，因此， 一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，鴿絲電燈泡在住宅、辦公室、商店和戶外被廣泛地用作照 明源。作為光源，鎢絲電燈泡的缺點(diǎn)在于溫度上升發(fā)熱和功率低。近來(lái)，HBLED被期望取代鎢絲電燈泡成為新的光源而吸引了人們的 關(guān)注。HBLED的光線是由電子和空穴的再結(jié)合而產(chǎn)生。HBLED的量子效 率(發(fā)出的光子數(shù)目/注入的電子數(shù)目)大約是50%。注入到LED的電子的 50%能量轉(zhuǎn)換成光，剩余的50%能量轉(zhuǎn)換成熱。例如，實(shí)際運(yùn)用中的HBLED 的操作是在5V條件下的60A/cm2。 1A電流包含0.6xl0"個(gè)電子/秒。運(yùn)作 的HBLED每秒發(fā)出大約2xl(^個(gè)光子/ci^秒，適合當(dāng)作光源。HBLED 的運(yùn)作問(wèn)題在于150W/cm、-60x0.5x5W/cm、的能量會(huì)將HBLED加熱到大 約200'C的高溫。HBLED由有摻雜物的薄膜構(gòu)造而成，這些摻雜物形成發(fā) 光中心。薄膜中的摻雜物是晶體雜質(zhì)，并且，這些雜質(zhì)由加熱到20(TC的 薄膜緩慢地?cái)U(kuò)散出來(lái)，進(jìn)而導(dǎo)致HBLED的光輸出減少。實(shí)際操作壽命是 關(guān)于HBLED使用上的嚴(yán)重問(wèn)題。當(dāng)EL和OLEL在高亮度的條件下運(yùn)作 時(shí)，依計(jì)算顯示，情況與HBLED類似。FL利用汞蒸氣放電，汞原子數(shù)目由加熱的管形FL的溫度決定。在低 壓力的條件下，汞在大約4(TC的溫度汽化。低氣壓條件下汞蒸汽的放電屬 于電暈放電(corona discharge),由于二維延伸的放電區(qū)域可于電暈放電過(guò) 程中產(chǎn)生大量被激勵(lì)的汞蒸汽，因此，F(xiàn)L的型態(tài)通常由管形玻璃而非點(diǎn) 光源構(gòu)成。電暈放電中的汞蒸汽于254 nm波長(zhǎng)處發(fā)出非常強(qiáng)烈的紫外線 (UV)光，伴隨有可見(jiàn)波長(zhǎng)的許多線狀光。涂覆于管形玻璃內(nèi)壁表面上的熒 光幕將254nm UV光的強(qiáng)大亮度轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)波長(zhǎng)光。發(fā)出的光是光致發(fā)光 (photoluminescence， PL)。來(lái)自FL的PL輸出(尸丄。 ,)如下所示 i^。w=f/。dsdt 方程式(l)其中，s是熒光幕的面積，/。是亮度(luminance)， t是時(shí)間。關(guān)于給定 的FL， /。和t通常是恒定的，s是可變的。根據(jù)方程式(l)， PL輸出與FL 的s成正比。所以，在過(guò)去的50年間，F(xiàn)L由大直綠(例如，大約3 5cm)的管形玻璃構(gòu)成并用于照明。室溫下的汞是液體狀態(tài)。在FL燈中，汞必須汽化來(lái)放電，由增加輔助的氬(Ar)氣，可以使汞汽化。IO毫米汞柱的氬 氣的電暈放電溫度，使汞加熱至蒸發(fā)(蒸發(fā)溫度7^^357'C)。氬氣不發(fā)出強(qiáng) 烈的UV光。商用FL的能量轉(zhuǎn)換效率是大約20%。由于能量轉(zhuǎn)換效率高、 生產(chǎn)成本低，F(xiàn)L在現(xiàn)代生活活動(dòng)中很受歡迎，并且可以節(jié)約能量，有利 于環(huán)境保護(hù)。FL提供了一種具有微小熒光粒子的良好的散射光源。FL中的熒光幕由幾微米Oim)的熒光粒子排列構(gòu)造而成，并且，熒光 粒子不吸收可見(jiàn)光，其顏色為白色。除了粒子尺寸以外，實(shí)際的熒光粒子 (請(qǐng)見(jiàn)參考書目A)還是具有不對(duì)稱中心的晶體。不對(duì)稱晶體具有很大的介 電常數(shù)s，該介電常數(shù)s與折射率"有關(guān)(￡="勺。商用熒光體具有大約n=2.5 的高介電常數(shù)(s-6至10)。所以，這些光的約三分之一((n—1)/(11+1)}在熒光 粒子的內(nèi)、外邊界上反射。熒光幕本身作為一種良好的可見(jiàn)光散射材料。FL的一個(gè)問(wèn)題是管形光源，它不是平面光源。平面光源可以由多個(gè) 平行排列的管形FL與光散射性外殼組成。這在實(shí)際應(yīng)用中有不便之處。 FL的另一個(gè)問(wèn)題是PL輸出隨輸入功率的增加而飽和，這是因?yàn)槲醇?lì)的 汞蒸汽在放電柱與熒光幕之間進(jìn)行自吸收的緣故。電暈放電柱的直徑隨著 輸入功率的增加而縮短，因此熒光幕與放電柱之間未激勵(lì)的汞蒸汽的數(shù)目 隨輸入功率的增加而增加。如上所述，來(lái)自熒光幕的PL輸出在相當(dāng)廣泛 的范圍內(nèi)與熒光幕上的UV光強(qiáng)度成線性關(guān)系。雖然由管形FL生成的UV 光子的數(shù)目隨輸入功率的增加而增加，但是，熒光幕上所到達(dá)的UV光子 的數(shù)目是一個(gè)常數(shù)。這樣，來(lái)自管形FL的PL輸出顯然隨輸入功率的增加 而飽和。電暈放電柱與熒光幕之間的間距可由管形玻璃直徑的減小而縮短。當(dāng) FL的管形玻璃的直徑縮小時(shí)，來(lái)自FL的PL輸出確實(shí)增加了。然而，氬 氣放電的點(diǎn)燈電壓顯著增加，因此需要高外施電壓，但此高外施電壓加速 激發(fā)的Hg+和Ar+離子，撞擊并破壞了陰極絲。由將金屬(冷)陰極應(yīng)用于小 管徑的管形FL，亦即冷陰極熒光燈(CCFL)，燈絲陰極的損害問(wèn)題得到 了解決。CCFL的操作，需要具有用于電暈放電點(diǎn)火的高電壓一幾kV，這 需要大量的操作設(shè)備和成本。實(shí)際上，由應(yīng)用很小尺寸的壓電變壓器，就 可以解決這一難題。由應(yīng)用壓龜變壓器，CCFL的內(nèi)部直徑縮小到lcm，并且進(jìn)一步縮小到l一2mm。由于CCFL玻璃溫度增加，氬氣氣壓增加到 大約50托(torr)，進(jìn)而產(chǎn)生很高的254nmUV光強(qiáng)度。較窄的管內(nèi)的CCFL 有很高的氬氣氣壓。由于FL和CCFL的開(kāi)發(fā)，PL生成的基礎(chǔ)理論、UV 放電光和熒光幕的組合已得到充分的研究。將CCFL和光擴(kuò)散板結(jié)合，使平面光源得以實(shí)現(xiàn)。利用CCFL的平面 光源被廣泛用作液晶顯示(LCD)設(shè)備的背光源。CCFL平面光源的最大亮 度受到管形玻璃的溫度以及功率消耗的限制。CCFL的另一個(gè)缺點(diǎn)是直徑 狹窄，處理起來(lái)易于損壞。由于CCFL的這些缺點(diǎn)，即使可以利用多個(gè) CCFL的排列構(gòu)成更亮的平面光源(以較高成本)，但其用途僅限于LCD背 光源。過(guò)去30年以來(lái)，人們一直在等待開(kāi)發(fā)一種實(shí)用的FFL，其操作溫 度低、功率消耗低、容易處理、生產(chǎn)成本低。此外，由于環(huán)境保護(hù)的限制， 開(kāi)發(fā)出來(lái)的FFL必須是無(wú)汞的。所以，在FFL的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須去掉 汞。在我們的現(xiàn)代生活中，實(shí)用FFL的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。眾所周知，早在19和20世紀(jì)的真空科學(xué)時(shí)代，低氣壓條件下的氫(H)、 氦(He)、氮(N)、氧(O)等氣體以及稀有氣體(氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙 (Xe)和氡(Rn)〕，當(dāng)施與高頻(例如，KHz)電磁場(chǎng)時(shí)，可于密封的真空玻璃 容器內(nèi)放電。N.Tesla在1893年揭示了使用玻璃燈泡的氣體放電燈。利用 玻璃作為電介體，電磁場(chǎng)可以由置于玻璃管外部的電極，作用于真空玻璃 容器內(nèi)的氣體。于此，氫、氦、氮、氧等氣體的放電沒(méi)有強(qiáng)烈的UV光， 氪氣和氡氣對(duì)于FFL而言太昂貴，實(shí)用的氣體局限于氙、氖和氬。在它們 之中，氖和氬具有可見(jiàn)波長(zhǎng)的放電光，并且，它們不會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的UV放 電光。高氣壓條件下的氙氣會(huì)有電弧放電，放電的氙氣在高溫下發(fā)出強(qiáng)烈 的白光。在低氣壓條件下，氙氣可發(fā)出強(qiáng)烈的147nm和172nmUV光， 它們是真空紫外線光(VUV)，其操作溫度較低。在低氣壓條件下，氙氣放 電屬于電暈放電。當(dāng)陽(yáng)極和陰極的金屬電極安裝在氙氣腔室內(nèi)時(shí)，氙氣放 電的臨界電壓在直流電源的條件下非常高(大于7 kV)。在高頻交流正弦電 壓的條件下，臨界放電電壓顯著降低到幾kV。受限于電磁場(chǎng)的傳播距離， 高頻電場(chǎng)內(nèi)的放電距離短(例如，幾毫米至厘米)。所以，氙放電不期望有 長(zhǎng)縱向放電路徑(管形FL)。在過(guò)去30年間，以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，有許多關(guān)于氙氣短距離放電的報(bào)告。例如，電漿顯示設(shè)備(PDP)的商品化，并且，F(xiàn)FL得到開(kāi)發(fā)，這
是使用來(lái)自被147nm和172nrn VUV光照射的熒光幕的PL。 PDP利用小 金屬電極(尺寸等同于按毫米計(jì)算的圖像像素)之間的氙放電，這些小金屬 電極被安裝在平面玻璃容器的玻璃底板內(nèi)；并且，熒光幕被涂覆于頂部玻 璃平板的內(nèi)表面上。在PDP設(shè)備中，氙氣在金屬電極之間放電，這些金屬 電極具有用于將放電電壓減小到大約500V的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)己 發(fā)現(xiàn)若玻璃底板的各電極之間的表面以氧化鎂(MgO)薄膜來(lái)覆蓋，那么， 氤放電的臨界值會(huì)明顯降低。 一般認(rèn)為MgO所具有的二次電子與輸入電 子的發(fā)射比率很大，并且，MgO薄膜上的表面具有許多自由電子。根據(jù) 上述理論，MgO薄膜上的自由電子被陽(yáng)極電場(chǎng)加速并平穩(wěn)地朝向陽(yáng)極移 動(dòng)。加速的電子與氙氣碰撞，造成離子化，進(jìn)而導(dǎo)致氙氣放電。在這里出 現(xiàn)了一個(gè)實(shí)際難點(diǎn)，即MgO薄膜不總是具有表面?zhèn)鲗?dǎo)性；表面?zhèn)鲗?dǎo)性有 時(shí)高，有時(shí)低。具有表面?zhèn)鲗?dǎo)性的MgO薄膜的構(gòu)成的再現(xiàn)性不良。此外， MgO具有很高的熔化溫度(7;-2825T:，相較于A1203, 7^=2054"和Si02 的4-147(TC而言)。所以，在基片上制作MgO薄膜是一項(xiàng)艱巨的工作， 進(jìn)而導(dǎo)致PDP的生產(chǎn)成本上升。除了MgO薄膜以外，在PDP的生產(chǎn)過(guò)程 中裝配電極，以及在肋狀結(jié)構(gòu)的表面上構(gòu)成熒光幕皆要求高精細(xì)度。雖然 FFL中的熒光幕的激發(fā)與PDP相同，都是來(lái)自氙氣放電的VUV光，但高 生產(chǎn)成本的高精細(xì)度要求對(duì)于FFL的開(kāi)發(fā)并不實(shí)用。該生產(chǎn)成本應(yīng)該與 CCFL和FL的低生產(chǎn)成本相競(jìng)爭(zhēng)。FFL的生產(chǎn)要求用于氙氣放電和熒光 幕的構(gòu)造必須簡(jiǎn)單，以達(dá)到消費(fèi)者可以接受的廉價(jià)的生產(chǎn)成本。
根據(jù)Gdlert等人的美國(guó)專利公告第5,006,758號(hào)，可以在玻璃層上的 小空間內(nèi)進(jìn)行氙氣放電，該空間由圖1中的真空容器(l)內(nèi)由熔融玻璃層所 構(gòu)成絕緣體(7)及排列中的一對(duì)電極(5)、 (6)所限定。與PDP的電極比較而 言，該公告內(nèi)容為我們提供了一種簡(jiǎn)單許多的電極構(gòu)造，以用于在真空腔 室內(nèi)產(chǎn)生氙氣放電。應(yīng)該注意的是，如上所述，由電磁場(chǎng)由玻璃層進(jìn)行氙 氣放電的原理，已由早期的真空科學(xué)為人所周知。 一個(gè)典型的例示是利用 Tesla線圈在玻璃管內(nèi)進(jìn)行氣體放電。御子柴(Mikoshiba)的報(bào)告中指出，如 果該玻璃管用線圈纏繞，并且如果該線圈進(jìn)行高頻操作，那么，玻璃管內(nèi) 的氙氣放電。根據(jù)美國(guó)專利公告第5,006,758號(hào)，利用玻璃底板的內(nèi)表面上的銀(Ag)膏的印刷技術(shù)，可以制作電極。在銀膏變干的后成為電極，并
以熔融玻璃覆蓋。該熔融玻璃因大約45(TC至55(TC的熱度而熔化。銀電 極必須被熔化的熔融玻璃完全覆蓋。厚熔融玻璃層的功能與玻璃容器一 樣。對(duì)于FFL，熔融玻璃層有一適當(dāng)?shù)暮穸?。美?guó)專利公告第7,148,626 號(hào)揭露了 0.3mm至l.lmm的厚度。
圖1A和圖1B說(shuō)明了憑經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的氤氣(20)在FFL中放電。由于氤氣 (20)不與金屬電極(5)(6)直接接觸，因此，如圖1A所示，真空腔室(l)內(nèi)的 氤氣(20)不會(huì)因施加直流電(DC)電位而放電，即使在陽(yáng)極電位很高(例如， 10 kV)的情況下也是如此。如圖1B所示，當(dāng)高頻(>15 kHz)交流電施加于 該對(duì)電極(5)(6)時(shí)，腔室內(nèi)的氙氣在不同極性的電極之間的限定空間內(nèi)局部 放電。如前所述，這一現(xiàn)象在19世紀(jì)晚期已被發(fā)現(xiàn)。來(lái)自放電的VUV光 照射在熒光幕(8)上，這些熒光幕被涂覆于玻璃頂板(3)的內(nèi)壁表面上以及真 '空容器(1)的玻璃底板(2)上由熔融玻璃構(gòu)成的絕緣體(7)的表面上。小尺寸 的放電電極對(duì)間隔排列在玻璃底板上；因此，PL不連貫地在FFL中的熒 光幕上發(fā)出。平面FL由許多不連貫的PL區(qū)構(gòu)成，但PL被廣泛地散射； 平面FL的生產(chǎn)是在玻璃底板上排列許多被嵌入的帶狀電極對(duì)。
沒(méi)有電子流穿過(guò)絕緣體(7)到充滿氙氣的腔室。盡管由絕緣體(7)隔離成 對(duì)的電極(5)(6)間所產(chǎn)生的氙氣放電機(jī)制在出版物中仍然不清楚，基于經(jīng)驗(yàn) 的發(fā)現(xiàn)FFL的研究仍導(dǎo)致各種發(fā)明。美國(guó)專利公告第5,604,410號(hào)揭示了 用于生產(chǎn)氙氣燈泡的電極的更簡(jiǎn)單配置，這是利用將陽(yáng)極電極排列在真空 腔室的玻璃的外表面上，并將陰極金屬電極排列在真空容器的中心。本案 發(fā)明人分析了 Vollkommer等人的美國(guó)專利公告第5,604,410號(hào)的放電數(shù) 據(jù)，發(fā)現(xiàn)該專利內(nèi)容與FFL沒(méi)有直接的關(guān)系，但該專利內(nèi)容描述了一個(gè)重 要的發(fā)現(xiàn)，即真空容器外部的陽(yáng)極電極與真空容器內(nèi)的陰極金屬電極之間 的氙放電操作。三角形狀的放電圖案(頂部是陽(yáng)極，底部是陰極)形成于其 氙氣燈內(nèi)，進(jìn)而指出氙氣在陽(yáng)極上的空間與陰極的空間之間的燈內(nèi)進(jìn)行放 電。其結(jié)果如圖2所示，圖2示意性地展示了嵌入絕緣體(7)內(nèi)的電極(5)(6) 的配置以及真空腔室內(nèi)的氙氣放電方向。對(duì)于FFL中的氙氣放電分析而 言，關(guān)于電子流的觀察是重要的發(fā)現(xiàn)，但美國(guó)專剎公告第5,604,410號(hào)的 發(fā)明人并不知道其不可忽視的結(jié)果。美國(guó)專利公告第5,604,410號(hào)己憑經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電路的電極 (5)(6)的適當(dāng)波形。脈沖電壓而非正弦交流電壓可使放電快速開(kāi)始。利用兩 個(gè)部分的脈沖(利用Fp的初始尖峰信號(hào)期4以及利用K的空閑期0，可獲 得最佳的性能。4的值被定義為峰值電位Kp的一半的時(shí)間。氙氣放電由施 加^而開(kāi)始，然后，放電利用R而在空閑期內(nèi)接著進(jìn)行。典型脈沖由 G=1.2ps和e37.5ps構(gòu)成。陰極施加4kV的負(fù)峰信號(hào)電位，陽(yáng)極接地，VUV 光強(qiáng)度于25kHz的脈沖頻率時(shí)被最佳化。與用于CCFL的熒光體相類似的 熒光體被用于熒光幕，這些熒光幕被涂覆于真空腔室的內(nèi)壁上。它們是發(fā) 出藍(lán)色PL的BaMgAl1()017:Eu2+ (簡(jiǎn)稱為BAM)、綠色PL的Y2Si05:Tb3+、 以及紅色PL的Y203:Eu3+。
Vollkommer等人的美國(guó)專利公告第5,994,849號(hào)揭示了 FFL —是將陽(yáng) 極和陰極的帶狀電極排列在平面真空容器的玻璃底板外部。大尺寸的FFL 是用于液晶顯示器(LCD)的背光源，并且以脈沖電壓來(lái)操作。
Vollkommer等人的美國(guó)專利公告第6,034,470號(hào)揭示了置于真空容器 內(nèi)的電極，這些電極完全用熔化的薄熔融玻璃覆蓋。該熔化的薄熔融玻璃 具有許多針孔。當(dāng)電極上的熔融玻璃具有針孔時(shí)，該電極無(wú)法運(yùn)作。陰極 的帶狀物有許多鼻狀延伸部分，用于改善點(diǎn)燈延遲。涂覆于真空容器內(nèi)壁 上的熒光幕含藍(lán)色的BaMgAl!oOn:Eu2+、綠色的LaP04:Ce3+:Tb3+ (簡(jiǎn)稱LAP) 和紅色的(Y,Gd)203:E,熒光體。^203和域MgO層可插入熒光幕與底板 之間作為反光層使用，以增加來(lái)自熒光幕的PL輸出。
Vollkommer等人的歐洲專利公告第EP-A 0 363 832揭示如下當(dāng)反光 層具有高S值的二次電子比率時(shí)，F(xiàn)FL的點(diǎn)燈電壓Kp進(jìn)一步降低。這類材 料是MgO、 Yb203、 1^203和0203。由于當(dāng)熒光幕涂覆于那些材料的層上 時(shí)，根據(jù)Dmi的假設(shè)，反射層上的熒光層阻礙了二次電子的發(fā)射，進(jìn)而增 加了氙氣的Kp，因此Dmi的美國(guó)專利公告第6,984,930號(hào)揭示了由電極附 近局部除去反射層上的熒光幕來(lái)降低rp。
雖然有許多已核準(zhǔn)的專利及公開(kāi)的文獻(xiàn)提及FFL的開(kāi)發(fā)，但上述說(shuō)明 足以涵蓋這些已知的技術(shù)。然而，這些公開(kāi)的專利和文獻(xiàn)仍未足以生產(chǎn)出 實(shí)用的FFL，其中包含F(xiàn)FE在開(kāi)發(fā)中被忽略的其它東西?，F(xiàn)在需要一種 FFL，該FFL能夠具有更明亮的PL、很低的功率消耗、以及低生產(chǎn)成本的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)汞平面熒光燈。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的無(wú)汞平面熒光燈，其包含 一底板玻璃上的一驅(qū)動(dòng)電路和形成于氙氣體腔室內(nèi)的一 內(nèi)部電路，其
中，該驅(qū)動(dòng)電路及該內(nèi)部電路在電子流中被隔離，及一熒光幕涂覆于該氤
氣體腔室的一內(nèi)壁上。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路包含該氤氣體腔室內(nèi)的氤
氣和發(fā)光粒子。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路包含由離子化氣體的電荷 構(gòu)成的電源，該電荷與極化電荷約束在一起，來(lái)自該驅(qū)動(dòng)電路的電場(chǎng)使該 極化電荷于該發(fā)光粒子的表面體中感應(yīng)。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路還包括一開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)的 運(yùn)作是由該發(fā)光粒子的表面釋放的電子移動(dòng)到該發(fā)光粒子上累積的正電 荷。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路還包括一電阻，該電阻的 形成是由因與相同極性的電荷的排斥而阻礙移動(dòng)電子路徑、以及由與該氣 體腔室內(nèi)的氙氣的碰撞。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該氙氣體腔室內(nèi)的氙氣由放電來(lái)發(fā)出 紫外線光。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，發(fā)光粒子于該氙氣體腔室內(nèi)構(gòu)成熒光 幕，且在紫外線光的照射下，該熒光幕發(fā)出可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)的光。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該無(wú)汞熒光燈用作液晶顯示器的背光源。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，作為背光源的該無(wú)汞熒光燈由線性掃 描模式進(jìn)行操作。
所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該無(wú)汞熒光燈用作照明源。


圖1A和圖1B所示為公知的平面熒光燈的部份剖視圖。
圖2所示為平面熒光燈的玻璃底板上的電極的部份剖視圖。
圖3A和圖3B所示為施加于平面熒光燈二電極的單個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)電位。
圖4所示為平面熒光燈玻璃底板上的二電極及等效的驅(qū)動(dòng)電路的剖視圖。
圖5所示為嵌入玻璃底板上的絕緣體內(nèi)二電極的剖視圖；其于絕緣層 中具有電極電場(chǎng)執(zhí)行的極化電荷，其在氙氣腔室內(nèi)的離子化X^+和e'在絕 緣體表面前方與絕緣體中的極化反電荷約束在一起。
圖6A和圖6B所示為氙氣腔室內(nèi)氛氣放電方向的示意圖。
圖7所示為平面熒光燈中等效的驅(qū)動(dòng)電路和內(nèi)部電路的示意圖。
圖8所示為氙氣放電點(diǎn)火的波形。
圖9A和圖9B所示為嵌入絕緣層的粒子中和置于氙氣腔室內(nèi)的粒子 中所感應(yīng)的極化電荷的示意圖。
圖10所示為絕緣層上的絕緣粒子的層與氙氣放電路徑之間的熒光幕 的部分剖視圖；電極電場(chǎng)使該絕緣層極化，該氙氣放電路徑由累積的電子 到熒光幕前面累積的Xe1+。
圖11所示為說(shuō)明極化絕緣體表面上的表面束縛電子的示意圖。
圖12所示為絕緣粒子層與陰極線發(fā)光的熒光粒子層之間的熒光幕部 分剖視圖；它們?cè)谄矫鏌晒鉄糁械碾瘹馇皇覂?nèi)生成自由電子，并且，由累 積的Xe'+電荷吸引自由電子，來(lái)進(jìn)行氙氣放電。
圖13所示為絕緣粒子的陰極線發(fā)光的熒光幕和層的部分剖視圖；在 陰極線發(fā)光的熒光幕上生成自由電子，并且，由移動(dòng)累積的Xe'+電荷所吸 引的電子，來(lái)進(jìn)行氙氣腔室內(nèi)的氙氣放電。
圖14A、圖14B和圖14C所示為表面束縛電子(SBE)的各向異性可 移動(dòng)性。
圖15所示為由摩擦發(fā)光的和陰極線發(fā)光的熒光粒子制作于極化絕緣 體上的熒光幕。
圖16所示為處于反射模式和傳輸模式的熒光幕的相對(duì)PL強(qiáng)度，作為熒光粒子層數(shù)的函—數(shù)。
圖17所示為在平面熒光燈的底板玻璃和頂板玻璃的內(nèi)壁上掩蔽的熒 光幕的一部分。
圖18所示為與幀掃描比較而言，在利用行掃描的情況下平面熒光燈
的功率節(jié)約示意圖。
附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明
真空容器(l)
玻璃底板(2)
玻璃頂板(3)
電極(5)
電極(6)
絕緣體(7)
熒光幕(8)
電源(9)
電容器(IO)
開(kāi)關(guān)(12)
電阻(B)
絕緣粒子(14)
壓電粒子(15)
熒光幕(16)
熒光粒子(17)
表面束縛電子(18)
絕緣體(19)
氙氣(20)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人投入研究以解決于開(kāi)發(fā)實(shí)用FFL所遇到的上述問(wèn)題。 研究結(jié)果是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)FFL操作中所涉及的氙氣放電的基礎(chǔ)概 要與兩個(gè)分離的電路有關(guān)。它們是(a)與氙氣腔室外部的驅(qū)動(dòng)電極直接連接 的驅(qū)動(dòng)電路；以及(b)形成于氙氣腔室內(nèi)的內(nèi)部曳路。兩個(gè)電路在電子流中彼此獨(dú)立。
因我們的知識(shí)有限，迄今為止還沒(méi)有對(duì)FFL的內(nèi)部電路進(jìn)行討論。所
以，在描述本發(fā)明之前，本發(fā)明的發(fā)明人希望定義FFL的驅(qū)動(dòng)電路和內(nèi)部 電路。圖3A展示了嵌入FFL的玻璃底板(2)上的絕緣體(7)內(nèi)的各電極之間 的驅(qū)動(dòng)電路的基本原理。圖3A中的等效電路可以由圖3B來(lái)表達(dá)，包括 電源(9)、電容器(IO)、絕緣體(7)以及一對(duì)電極(5)(6)。在本發(fā)明的揭露內(nèi)容 中，圖3B中的等效電路被定義為驅(qū)動(dòng)電路。
當(dāng)符合以下條件時(shí)，氙氣腔室內(nèi)將形成內(nèi)部電路對(duì)于在氙氣腔室內(nèi) 構(gòu)成內(nèi)部電路而言，絕緣體(7)的表層(surface volume,于后簡(jiǎn)稱SV)上 的極化電荷具有重要的角色。極化電荷也在絕緣體(7)的整個(gè)體積內(nèi)分布地 生成。最大強(qiáng)度的極化在電極上的法線方向上。圖4展示了絕緣體(7)的內(nèi) 部邊界上的極化電荷。絕緣體(7)的內(nèi)部邊界處的電荷極性分別對(duì)應(yīng)于電極 (5)(6)的極性。絕緣體(7)的SV處的每個(gè)極化電荷將其電場(chǎng)延伸到氙氣腔 室。絕緣體(7)的外部暴露于氙氣中。氙氣是電中性氣體，因此，氙氣不與 絕緣體(7)的SV中的極化電荷交互作用。當(dāng)電極具有極高的直流電電壓(例 如，20kV以上)時(shí)，氙氣腔室內(nèi)的氙氣離子化。離子化的氙氣(X,和 e》具有電荷可與絕緣體(7)的SV中的極化電荷的電場(chǎng)交互作用。20kV的 直流電電壓對(duì)于實(shí)用FFL而言太高。當(dāng)施加的電壓為高頻(例如，30kHz 以上)時(shí)，氙氣腔室內(nèi)的氙氣可被較低的電壓(例如，若干Kv)離子化。Xe1+ 和el皮極化電荷分別吸引，并被約束于極化絕緣體(7)的表面上。當(dāng)絕緣體 (7)表面上的束縛X^+的數(shù)量很高時(shí)，束縛X^+具有很高的正電位。很高 的正電位中的束縛Xe'+可以由束縛電子那里吸引電子。被吸引的電子沿著 熒光幕前方移動(dòng)。在移動(dòng)過(guò)程中，電子被加速，并且，加速的電子與氙氣 碰撞，以生成氤氣放電。最后，移動(dòng)電子到達(dá)Xe'+并中和。圖5展示了氙 氣腔室內(nèi)的放電方向。應(yīng)該注意，根據(jù)關(guān)于固態(tài)的教科書，真空、液體和 固體中的電子流方向是由陰極到陽(yáng)極。如果注意驅(qū)動(dòng)電路中電極(5)(6)的極
性，與氙氣放電方向相對(duì)應(yīng)的電子流方向是相反方向。如果考慮束縛電荷， 圖5中的氙氣放電是正確的方向。在沒(méi)有來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路中的絕緣體和電極 的電子流的情況下，上述放電過(guò)程發(fā)生于一個(gè)電場(chǎng)波形期間。在實(shí)際的FFL 操作中，這些放電過(guò)程重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。圖6B所示包含電源(11)、開(kāi)關(guān)(12)和電阻(13)就是內(nèi)部電路。很明顯地，驅(qū)動(dòng)電路與內(nèi)部電路之間沒(méi)有電子
流，但電能由(a)電極(5)(6)的電場(chǎng)￡(￡=V/r，其中，r是離電極的距離) 所進(jìn)行的絕緣體極化(必要條件)，以及(b)電極(5)(6)的電場(chǎng)所進(jìn)行氙氣離子 化(視為充分條件)；來(lái)由驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)移到氙氣腔室內(nèi)的內(nèi)部電路。在有機(jī) 化學(xué)中可以發(fā)現(xiàn)類似的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理。在有機(jī)材料的合成與裂化的催化活 性領(lǐng)域中，已充分研究了由極化催化絕緣體到周圍溶液的能量轉(zhuǎn)移。在我 們的案例中，周圍的媒介是氣態(tài)。氣態(tài)發(fā)生了什么事？電子在不同極性的 束縛電荷之間移動(dòng)使氙氣腔室內(nèi)的氙氣產(chǎn)生放電。本案發(fā)明人發(fā)明一種極 化電荷增加的方法，這些極化電荷形成于氙氣腔室內(nèi)的絕緣粒子的表層 中。驅(qū)動(dòng)電路的電極(5)(6)的電場(chǎng)使氙氣腔室內(nèi)的絕緣粒子發(fā)生極化。由壓 電粒子，可使得極化電荷進(jìn)一步增加。
為了使氙氣腔室內(nèi)的氙氣放電最佳化，圖6B中所示移動(dòng)電子的電阻 (13)應(yīng)予以最小化。氤氣腔室內(nèi)的移動(dòng)電子的阻力為(a)與氤氣的碰撞與(b) 電子運(yùn)動(dòng)路徑中的障礙。與氙氣的碰撞可由氙氣壓來(lái)加以控制。本案發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)了電子路徑的障礙源。電子在由熒光體粒子構(gòu)成的熒光幕前方移 動(dòng)。商用熒光粒子常因表面被覆微粒子處理而受污染。在FFL和FL熒光 幕的以往研究中，忽略了被污染的熒光粒子。此外，F(xiàn)FL容器內(nèi)壁亦常使 用許多其它的絕緣粒子(如A1203、 MgO或其它的絕緣粒子)覆蓋。在FFL 運(yùn)作中，來(lái)自電極的電場(chǎng)使那些粒子極化，并且，由于電場(chǎng)進(jìn)行離子化， 那些粒子也暴露于Xe'+和e—上。Xe'+和e'與絕緣粒子的SV中的極化電荷 緊密地束縛在一起。緊密束縛電荷是表面束縛電荷(Surface-Bound-Charge, 于后簡(jiǎn)稱SBC)。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)商用熒光粒子是以SBC形成電的屏蔽。 SBC的電場(chǎng)阻礙了熒光幕上的電子路徑，進(jìn)而引起彩虹形狀的放電、閃爍、 較亮的邊緣區(qū)域以及較大但黑暗的中央?yún)^(qū)域。利用表面干凈的熒光粒子， 可以由熒光幕完全去除SBC，進(jìn)而使氙氣放電過(guò)程中的電子路徑變直。變 直的電子路徑在熒光幕表面的前方，進(jìn)而在放電路徑與熒光幕之間產(chǎn)生最 小之間隙。因此，在FFL中，間隙內(nèi)的氙氣所進(jìn)行的自吸收最小化。所以， 熒光幕上的VUV光強(qiáng)度增加，進(jìn)而使來(lái)自熒光體的PL輸出顯著增加。
由將陰極線發(fā)光的熒光體(cathodoluminescent phosphor)和摩擦發(fā)光的 熒光體(triboluminescent phosphor)應(yīng)用于熒光幕，本發(fā)明的FFL解決了(l)高初始尖峰信號(hào)電壓^、 (2)維持電壓^、以及(3)黑暗中的點(diǎn)燈延遲等 問(wèn)題。
本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氙氣放電未點(diǎn)燈延遲，因此FFL可以線掃描方式運(yùn) 作。雖然每幀周期由水平線來(lái)掃描屏幕，但是，由于視覺(jué)暫留之故，眼睛
無(wú)法察覺(jué)掃描行，而是看到均勻發(fā)光的屏幕。因此可以減少FFL的功率消
耗至Sline/S，其中S為總屏幕面積，S^為行的發(fā)射面積。如果S,ine是S
的0.1，那么，F(xiàn)FL操作的功率消耗是幀掃描的0.1。 FFL的行掃描比CCFL 和FL光源更勝一籌。作為L(zhǎng)CD應(yīng)用的背光源以及用于室內(nèi)照明的光源， 本發(fā)明FFL的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約功率。
此外，當(dāng)本發(fā)明的FFL被應(yīng)用為L(zhǎng)CD的背光源時(shí)，LCD螢?zāi)坏暮陔A 變成正如木炭黑一般的真黑，進(jìn)而在LCD螢?zāi)簧袭a(chǎn)生具有來(lái)自真黑的高 反差比的清晰的視頻圖像。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，LCD螢?zāi)簧系膱D像的反應(yīng)時(shí)間 實(shí)際上由背光源的反應(yīng)時(shí)間來(lái)確定，這不取決于液晶層的反應(yīng)時(shí)間。這樣， 在LCD螢?zāi)簧咸峁┝饲逦膱D像，而非模糊不清的圖像。LCD螢?zāi)簧系?彩色圖像正如印刷在繪畫紙上的彩色圖像。在觀賞LCD螢?zāi)簧献匀坏膱D 像，上述的特征可保護(hù)人眼免遭永久性損傷。
現(xiàn)在請(qǐng)參閱附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在下文中，平面熒 光燈FFL將被描述為光致發(fā)光的發(fā)生器，這是由于利用與驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接電 極的運(yùn)作，將使氙氣放電的真空紫外線(Vacuum Ultraviolet, VUV)光轉(zhuǎn)換成
可見(jiàn)光。雖然以下的說(shuō)明是以單一放電單元來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但是，實(shí)際上的 FFL包含許多放電單元，這些放電單元排列在FFL玻璃平板的整個(gè)區(qū)域上。 雖然如圖1所示的FFL實(shí)際上是利用玻璃底板(2)上的驅(qū)動(dòng)電路的電 極(5)(6)進(jìn)行運(yùn)作，但是，在電子流中氙氣腔室內(nèi)的氙氣不與電極(5)(6)直 接連接。圖2所示為電極(5)(6)用絕緣體(7)覆蓋，絕緣體(7)將驅(qū)動(dòng)電路和 氙氣腔室分離。所以，F(xiàn)FL本質(zhì)上由電子流中的兩個(gè)電路構(gòu)成FFL的玻 璃底板(2)上的驅(qū)動(dòng)電路〔圖6A所示)和FFL中的氙氣腔室內(nèi)的內(nèi)部電路 〔圖6B所示)。FFL由驅(qū)動(dòng)電路操作，許多科學(xué)家和工程師已在電源電線 連接容易度和信號(hào)測(cè)量容易度方面對(duì)FFL進(jìn)行詳細(xì)的研究。本發(fā)明并不涉 及驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)電路的操作。本發(fā)明是由圖6B所示的內(nèi)部電路構(gòu)成以 及內(nèi)部電路的運(yùn)作所包含的個(gè)別項(xiàng)目的最佳化。其它人還未研究過(guò)這個(gè)主題。當(dāng)嵌入絕緣體(7)內(nèi)的電極(5)(6)與直流電(DC)電源(9)連接時(shí)，絕緣體 (7)處于來(lái)自電極(5)和域(6)的電場(chǎng)￡之下，并且，電場(chǎng)￡使絕緣體(7)的晶 格變形。據(jù)此，絕緣體(7)具有極化電荷。絕緣體(7)中的極化電荷是表觀電 荷且無(wú)法脫離。極化電荷的典型運(yùn)用是電容器。由絕緣體(7)的極化電荷， 可在兩電極(5)(6)之間形成電容器。電容器的電容量C是由二電極之間的 絕緣體體積中的極化電荷的數(shù)量決定，并且，C可以表達(dá)為OsS/A其中， s是絕緣體的介電常數(shù)，S是絕緣體與電極的接觸面積，"是二電極之間的 距離。對(duì)于給定的電容器而言，e、 S和"不變。與極化電荷相對(duì)應(yīng)的晶格 變形大小是施加于絕緣體的電場(chǎng)E的線性函數(shù)。電極之間的絕緣體中的極 化電荷Q可由Q:kCV求出，其中，k是恒定的。故Q隨施加于FFL中的 驅(qū)動(dòng)電路的電壓V而改變。驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)條件是絕緣體中的極化電荷在直流電電位的情況下 不改變極化方向，但它們?cè)诟哂谂R界頻率的交流電(AC)電位下會(huì)改變極化 方向。由改變方向，可于驅(qū)動(dòng)電路中出現(xiàn)感應(yīng)電流，這由阻抗(Z)決定，即 Z=jcoC，其中，j是虛常數(shù)(f;l)， (o是頻率。雖然有感應(yīng)電流，但是，在 交流電電場(chǎng)和高頻率的條件下，電子并未由電極穿越絕緣體。在交流電電 場(chǎng)和高頻率的條件下，變形晶格的方向隨頻率而改變。極化方向的變化是 一種晶格振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生熱量。絕緣體的發(fā)熱并不是由流動(dòng)電子的碰撞所引 起，而是交流電電場(chǎng)下的晶格振動(dòng)所導(dǎo)致。在實(shí)務(wù)中，利用驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn) 作，可在氙氣腔室內(nèi)產(chǎn)生氙氣放電。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了由驅(qū)動(dòng)電路到內(nèi)部 電路的能量轉(zhuǎn)移機(jī)制，要點(diǎn)為在電極的電場(chǎng)￡下利用絕緣體中的極化電 荷。如上所述，氙氣腔室的內(nèi)部電路，由利用電極(5)(6)的電場(chǎng)￡極化絕 緣體(7)(必要條件)以及利用電極(5)(6)的電場(chǎng)￡使氙氣離子化(充分條件)， 來(lái)觸發(fā)的。當(dāng)施加于電極(5)(6)的電位不足以大到可在絕緣體(7)的SV中生 成極化電荷時(shí)，絕緣體(7)上所形成的電荷Xe+的數(shù)量太小，無(wú)法吸引表面 束縛電子(以下簡(jiǎn)稱SBE)。雖然在一周期的交流電位期間，絕緣體(7)上所 產(chǎn)生的SBC對(duì)于產(chǎn)生內(nèi)部電路而言太小，但是，利用重復(fù)的電場(chǎng)周期可 在絕緣體(7)上累積SBC。 SBC與鄰近相反的極化電荷之間的距離很短(相距5pm)，因此約束力很強(qiáng)。電子與空穴的約束力是尸^^75乂10'4咖=^— 2xl0Vcm，電極對(duì)電子的約束力(相距1 mm)是Fe/ec^e -eYlxlO'1 cm =e-xlO/cm， i^c/Fe/ecfWe=200，極化電荷的約束力比來(lái)自電極(5)和(6)的電 場(chǎng)的約束力強(qiáng)200倍。所以，在交流電功率的波形改變之后，SBC繼續(xù)停 留在表面上。當(dāng)電極(5)(6)在下一個(gè)周期再恢復(fù)為原來(lái)的極性時(shí)，電極(5)(6) 的電場(chǎng)在氙氣腔室內(nèi)產(chǎn)生新的Xe'+和e—。氙氣腔室內(nèi)的新電荷在同一地方 加入先前所形成的SBC。在不斷重復(fù)的周期中，持續(xù)地使Xe'+和e'累積到 絕緣體(7)上的SBC，直到SBC變成足夠數(shù)量的X'+以便由SBE中吸引出 電子。電荷累積期間大約為數(shù)個(gè)周期，取決于所用的電位；電荷累積期間 即為氙氣放電的點(diǎn)燈延遲。實(shí)際上，它是在絕緣體(7)上累積SBC以便由 相反的SBC中吸引出電子的時(shí)間。電場(chǎng)可改變絕緣體(7)的SV中的極化電 荷的數(shù)量。所以，對(duì)于給定的絕緣體(7)，增加施于電極(5)(6)的電位，可 以解決點(diǎn)燈延遲。圖7所示是包括)^和作為維持電壓的Kw的波形的示意 圖。交流電源的波形和峰值電位對(duì)于形成足夠的SBC有顯著影響。由將 脈沖周期而非交流正弦應(yīng)用于電極(5)(6)，氙氣放電的起始電位的確已減小 到幾kV范圍。起始放電的較佳波形不是矩形。較佳波形包括兩個(gè)部分 如圖7所示的初始尖峰信號(hào)電位Fp和維持電位Fm。初始尖峰信號(hào)電位Kp 指出利用^立即在氙氣腔室內(nèi)開(kāi)始氙氣放電，并且，以后的氤氣放電中 涉及不同的放電機(jī)制。我們必須考慮氙氣放電中涉及兩個(gè)不同的機(jī)制。如 果給定波形有點(diǎn)燈延遲，如上所述，由增加&并/或延長(zhǎng)Fp的峰值期限， 可以解決點(diǎn)燈延遲，如圖8所示，這是以犧牲驅(qū)動(dòng)設(shè)備成本作為代價(jià)。內(nèi) 部電路的開(kāi)關(guān)取決于累積的電荷，這可以由Fp和周期數(shù)目的組合而改變。由給定介電常數(shù)s下的高P^以及給定Fp下的大介電常數(shù)s，可達(dá)到大 的極化。作為實(shí)際顯示，F(xiàn)p應(yīng)該為FFL的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的成本而最小化。在其 它人開(kāi)發(fā)的FFL中，絕緣體(7)的s值為熔融玻璃的s，約為4。當(dāng)絕緣體 粒子進(jìn)入電場(chǎng)￡時(shí)，該粒子極化，并且，極化電荷的數(shù)量與s值成比例 (P=s￡)。所以，進(jìn)一步增加絕緣體(7)的s值的方法是將具有比￡=4更大 的s值的粒子加入絕緣體(7)。:圖9A展示了由附加絕緣粒子(14)以增加絕 緣體(7)上的SBC (Xe1+)。滯矛加入絕緣體(7)的合適的粒子在絕緣體(7)的熔化溫度下不會(huì)熔化，并且在絕緣體(7)的熔化溫度下不會(huì)與絕緣體(7)的成 分起化學(xué)反應(yīng)。較佳的材料是平均尺寸為0.5 15jim的氧化物、鋁酸鹽、 硅酸鹽、榍石、磷酸鹽和硫化物的粒子。由在絕緣體(7)中添加粒子，驅(qū)動(dòng) 電路的操作電容因而增加。實(shí)用的FFL不希望這樣。在絕緣體(7)上被覆由上述的粒子之一或上述粒子組合所構(gòu)成的層狀 結(jié)構(gòu)，可以在不增加驅(qū)動(dòng)電路電容的情況下進(jìn)一步降低^。添加的粒子被 電場(chǎng)E極化，但驅(qū)動(dòng)電路中并不直接涉及粒子的極化。絕緣體(7)上的粒子 必須處于來(lái)自電極(5)(6)的充分的電場(chǎng)E之下。所以，絕緣體(7)的厚度應(yīng) 該盡可能薄。粒子的尺寸是1 15pm，并且，與絕緣體(7)的厚度比較而言， 粒子上來(lái)自電極(5)(6)的電場(chǎng)的差異變化小得可以忽略不計(jì)。因?yàn)闃O化電荷 分布在絕緣體(7)的SV處，所以，粒子(14)的型式較平面薄膜的型式有利 于SBC的累積。在一給定面積為S的屏幕區(qū)域內(nèi)的一層排列粒子，其總 表面面積St。ta,為7iS-S的3倍。由絕緣粒子，可增加SBC的數(shù)量。圖9B 所示為置于絕緣體(7)上的絕緣粒子(14)上的SBC (Xe'+)的增強(qiáng)。參考〔陰極線發(fā)光，理論和應(yīng)用，Kodansha Scientific,日本，1990 年)這本書，排列在限定的區(qū)域內(nèi)的粒子的總表面面積是粒子層數(shù)的函數(shù)， 與粒子尺寸無(wú)關(guān)。絕緣體(7)上的每個(gè)絕緣粒子(14)構(gòu)成一個(gè)電容器，因此， 絕緣粒子以小粒子(小體積)的型式較佳。底板玻璃(2)的給定區(qū)域上的絕緣 粒子(14)上有效的粒子表面面積隨層數(shù)而增加。與絕緣體(7)的厚度比較而 言，來(lái)自電極(5)(6)的電場(chǎng)在多層粒子內(nèi)的差異變化可以忽略不計(jì)。本案發(fā) 明人只考慮粒子層數(shù)，用于減小Kp。粒子層的最佳數(shù)目根據(jù)基片上的粒子 粘著來(lái)確定。在實(shí)用的FFL中，粒子在有粘著劑(binder)和沒(méi)有粘著劑 (binder)的情況下都應(yīng)該粘附在玻璃板上。經(jīng)驗(yàn)上，絕緣體(7)上粘合的粒 子尺寸約為lpm至15pm。大于15pm的粒子有較大質(zhì)量，并且，容易因 小的機(jī)械沖擊，如真空泵的起動(dòng)，由絕緣體(7)脫離。層數(shù)由以下條件確定。 粒子表面應(yīng)該暴露于氙氣上，用以構(gòu)成SBC。粒子層數(shù)由最大的表面面積 和最小的電容量決定。這二者是互相矛盾的條件。 一種折衷辦法是將粒子 層的最佳數(shù)目定為2 8層。若粒子有3層，則St。ta,是S的9倍以，若粒 子有5層則為15倍。這樣，由應(yīng)用絕緣粒子，絕緣體(7)上的SBC的數(shù)量 隨粒子的層數(shù)而急劇增加，使J^降低至3kV的范圍低。如上所述，歐洲專利公開(kāi)第0,363,832號(hào)揭示了添加MgO、Yb203、La203和Ce203作為FFL 的Fp降低材料，但沒(méi)有記載粒子尺寸、粒子層數(shù)和晶體物理屬性。本案發(fā) 明人發(fā)現(xiàn)了氙氣腔室內(nèi)的絕緣粒子中的極化電荷的利用。這是與上述現(xiàn)有 技術(shù)不同的發(fā)現(xiàn)。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了粒子的表面體中的極化電荷用于構(gòu)成 內(nèi)部電路。為了最佳化內(nèi)部電路的操作，本案發(fā)明人明確定義粒子的性質(zhì)， 并根據(jù)關(guān)于極化電荷最佳化的科學(xué)特性來(lái)提供最佳粒子尺寸和粒子的層 數(shù)。這些是新的發(fā)現(xiàn)。由應(yīng)用壓電粒子，可以實(shí)現(xiàn)Fp的進(jìn)一步降低。壓電粒子是不對(duì)稱的中 心，這樣，由施加電場(chǎng)，可立即使晶體變形。變形的晶體生成大量的極化 電荷。典型的壓電粒子為熒光粒子。根據(jù)參考書目A，當(dāng)構(gòu)成發(fā)光中心的 摻雜物占據(jù)具有不對(duì)稱中心的晶體點(diǎn)陣位時(shí)，中心對(duì)稱的電子的禁戒躍遷 (forbiddentransition)消失(例如，自由離子)，在不對(duì)稱晶體中禁戒躍遷成為 容許躍遷(allowedtransition)。與對(duì)稱晶體中的躍遷相比，容許躍遷的概率 極高。熒光體要求極高的電子躍遷，用以生成高亮度發(fā)光。陰極線發(fā)光(簡(jiǎn) 稱CL)的熒光體一般為不對(duì)稱晶體。陰極線發(fā)光熒光體也有對(duì)稱晶體，但 發(fā)光亮度暗并不實(shí)用。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由絕緣體(7)上的不對(duì)稱晶體的多層 壓電粒子，可改善氙氣放電的點(diǎn)燈延遲。圖10示意性地表現(xiàn)了絕緣體(7) 上的五層不對(duì)稱晶體壓電粒子(15)壓電粒子，它們對(duì)應(yīng)于嵌入電極(5)(6)的 位置。在壓電粒子(15)層之間形成熒光幕(16)。利用圖10中的配置，施加 于電極(5)(6)的^可以顯著減小到1.5kV的范圍。氙氣腔室內(nèi)的氙氣放電 由電子向Xe"的移動(dòng)引發(fā)。在來(lái)自氙氣放電的VUV光的照射下，熒光幕 (16)發(fā)出PL。然而，在FFL操作中仍然有在黑暗中存儲(chǔ)后的點(diǎn)燈延遲(以 下稱為"黑暗中的點(diǎn)燈延遲")的問(wèn)題。黑暗中的點(diǎn)燈延遲會(huì)妨礙作為L(zhǎng)CD 的背光源的FFL進(jìn)行行掃描。黑暗后(和黑暗中)的點(diǎn)燈延遲所涉及的機(jī)制 不同于氙氣放電的點(diǎn)燈延遲的機(jī)制。本案發(fā)明人研究黑暗中和黑暗后的點(diǎn)燈延遲，并發(fā)現(xiàn)了該問(wèn)題的原 因。由應(yīng)用來(lái)自電極的電場(chǎng)，氙氣腔室內(nèi)的粒子立即極化，氤氣腔室內(nèi)的 氙氣立即離子化。不對(duì)稱晶體壓電粒子的表層中的極化電荷分別吸引并累 積Xe'+和e'。累積的Xe'+和e—與不對(duì)稱晶體壓電粒子的SV中的極化電荷 緊密結(jié)合。由于如上所述，電荷的約束力很強(qiáng)，因此，在除去龜極的電場(chǎng)的后，累積的SBC分別繼續(xù)停留在彼此間隔某個(gè)距離的單獨(dú)的粒子的表 面上。尤其，不對(duì)稱晶體中的壓電粒子具有大量的SBC。圖11示意性地展示了不對(duì)稱晶體壓電粒子(15)上的SBE (18)。關(guān)于氙氣放電，電子必須 由SBE中提??；只要SV有空穴，它們就堅(jiān)固地粘在熒光粒子的表面上。 堅(jiān)固地粘住SBC的構(gòu)成是FFL沒(méi)有在黑暗中立即點(diǎn)火的原因。本案發(fā)明人由應(yīng)用CL熒光體，其為含有摻雜物的不對(duì)稱晶體壓電粒 子，來(lái)解決黑暗中點(diǎn)燈延遲這個(gè)問(wèn)題。為消除黑暗中的點(diǎn)燈延遲，在電極 上的絕緣體(7)上被覆沒(méi)有摻雜物的不對(duì)稱晶體壓電粒子(15)，該電極被施 加負(fù)電位以緊密束縛氙氣腔室內(nèi)的Xe1+。在正極上的絕緣體(7)上被覆具有 干凈表面的CL熒光粒子(17)。 CL熒光粒子(17)的一例為可發(fā)出藍(lán)白CL 的ZnO。圖12所示為一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)排列了不對(duì)稱晶體壓電粒子(15) 層、壓電CL熒光粒子(17)層、以及不對(duì)稱晶體壓電粒子(15)與壓電CL熒 光粒子(17)之間的FFL熒光體的熒光幕(16)。 CL熒光粒子(17)中的發(fā)光中 心即使在壓電應(yīng)力下也可做為電子和空穴的重組中心。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn) 由發(fā)光中心對(duì)電子(和/或空穴)的捕捉，可觸發(fā)許多熒光粒子中的發(fā)光。由 每一發(fā)光中心濃度(c)的平均晶格間距(力，可求出熒光粒子中的各發(fā)光中心 之間的平均距離(/)，亦即，/=d/c。平均晶格間距d在許多熒光粒子中是大 約3xl(T8 cm， FFL的實(shí)際CL熒光體中的發(fā)光中心濃度是c > lxi0-3克分 子分?jǐn)?shù)(mole fraction)。因此各發(fā)光中心之間的平均距離比0.3pm (0.3 |im=3xl(T8 cm/lxl(T3)短。SBE留在粒子上方約5|im處，是比0.3pm遠(yuǎn)得 多的距離。所以，發(fā)光中心中捕捉到的電子(或空穴)對(duì)SV中的電動(dòng)具有強(qiáng)電場(chǎng)(&)，且其大小為&>￡^￡。因此，發(fā)光中心中所捕捉到電子的電場(chǎng)吸引CL熒光粒子中的表層中的空穴，并且，CL熒光粒子(17)的SV中 的空穴移動(dòng)到發(fā)光中心，在那里與電子重組，進(jìn)而釋放光子。這樣，CL 熒光粒子(17)的SV中的空穴由粒子中消失。CL熒光粒子前面的SBE失去 了約束在一起的相反電荷，并且，SBE變成氙氣腔室內(nèi)的自由電子。累積 的和緊密束縛的Xe'+電荷平穩(wěn)地吸引氙氣腔室內(nèi)的自由電子。由Xe'+電荷 的正電場(chǎng)來(lái)加速被吸引的電子，進(jìn)而在氙氣腔室內(nèi)生成氙氣放電。如圖12 所示，由應(yīng)用絕緣體(7)上的CL熒光粒子(17>-可以解決黑暗中的點(diǎn)燈延 遲這個(gè)問(wèn)題。使用圖12所示的X^+累積的交流鬼粒子的結(jié)構(gòu)是FFL操作的最佳結(jié)構(gòu)。如果考慮生產(chǎn)成本，那么，有可能在FFL操作條件可接受的 情況下采用其它結(jié)構(gòu)。這里出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題一各電極之間的放電路徑。放電路徑具有彩虹的形 狀以及不規(guī)則的放電密度分布。除此以外，放電路徑隨時(shí)間波動(dòng)而忽隱忽 現(xiàn)，并且，內(nèi)部電路具有很大的電阻，進(jìn)而指出在氙氣放電路徑中有其它東西不受控制。關(guān)于可靠的FFL，應(yīng)該由除去電子移動(dòng)障礙而在熒光幕 產(chǎn)生直線放電路徑。公知的FFL熒光幕的熒光體是可以購(gòu)買到的熒光體。 它們是BaMgAlu)0,7:Eu2+藍(lán)色熒光體、LaP04:Ce3+:Tl)3+綠色熒光體、 Y2Si05:TV+綠色熒光體、(Y，Gd)203:Eu3+紅色熒光體和Y203:Eu3+紅色熒光 體。仔細(xì)研究那些商用熒光體可發(fā)現(xiàn)其表面為絕緣體所污染，尤其是諸如 Si02、 A1203等故意粘合的微簇絕緣體、以及熒光體生產(chǎn)時(shí)的副產(chǎn)品的殘 余物。熒光幕被放置在氙氣腔室內(nèi)。所以，氙氣腔室內(nèi)的絕緣粒子(即使它 是微簇)被來(lái)自電極的電場(chǎng)平穩(wěn)地極化化，并且，SBC立即形成于極化絕 緣體的表面上。絕緣體上的SBC電屏蔽熒光幕中的熒光粒子。絕緣體上 的SBC的電場(chǎng)阻礙了氤氣腔室內(nèi)的移動(dòng)電子。不對(duì)稱晶體壓電粒子構(gòu)成 有效的CL熒光粒子。如圖13所示，由可在VUV光下發(fā)出PL的有效CL 熒光體，在絕緣體(7)的整個(gè)區(qū)域上形成熒光幕(16) —除了無(wú)發(fā)光中心的不 對(duì)稱晶體壓電粒子(15)中所覆蓋的Xe'+累積區(qū)以外。在CL熒光粒子發(fā)光 的后，熒光幕(16)中的CL熒光粒子的表面上的SBE變成自由電子的新供 應(yīng)者；這些SBE由施加電極(5)(6)的電場(chǎng)而立即形成。熒光幕前面存在大 量的自由電子。不對(duì)稱晶體壓電粒子(15)上累積的Xe"+電荷所產(chǎn)生的正電 場(chǎng)可由CL熒光幕(16)前面的各處容易地吸引電子。除了與氙氣的沖擊碰 撞以外，移動(dòng)電子中沒(méi)有阻礙材料。這給予內(nèi)部電路中最小的電阻。因此， 熒光幕(16)上的放電路徑變直，且放電路徑不會(huì)閃爍。此外，^很低，實(shí)際上最重要的效益是由放電路徑與熒光幕之間的 狹窄間隙，并由密度均勻的寬放電路徑，來(lái)增加來(lái)自熒光幕的PL輸出。 較佳的商用CL熒光體是低電壓CL熒光體，其粒子具有干凈的表面。舉 例可為藍(lán)白光的ZnO熒光體、發(fā)藍(lán)光的ZnS:Ag:Cl熒光體及發(fā)綠光的 ZnS:Cu:Al熒光體及無(wú)lrt203微簇的(Zn,Cd)S:Cu:Al紅色熒光體、以及 Zri2Si04:Mn熒光體。本案發(fā)朋人也發(fā)現(xiàn)當(dāng)熒光幕(16)由以上列出的低電壓CL熒光體和商用熒光體(如BAM、 LAP等)混和構(gòu)成時(shí)，熒光幕(16)可 類似地減小電子流的電阻，即使當(dāng)熒光體的混合物包含多于10重量％的低 壓CL熒光體時(shí)也是如此。在廣泛研究固態(tài)材料微電子學(xué)(其結(jié)果己在《材料、化學(xué)和物理學(xué)》《第 60巻，第274-281頁(yè)，1999年》中發(fā)表)之后，本案發(fā)明人理清了電子表 面?zhèn)鲗?dǎo)機(jī)制的模糊點(diǎn)。如上所述，電子的表面電導(dǎo)與來(lái)自傳統(tǒng)上加以考慮 的材料的二次發(fā)射率無(wú)關(guān)，但表面?zhèn)鲗?dǎo)與SBE的可移動(dòng)性有關(guān)，SBE受 到存在于熒光粒子的表層中的空穴的控制。眾所周知，薄膜晶體管(TFT) 是藉由控制SBE的可移動(dòng)性來(lái)操作。SBE的可移動(dòng)性由如圖14A所示的 閘極電壓^來(lái)控制。已知SBE具有各向異性的可移動(dòng)性，水平方向的可 移動(dòng)性高于垂直方向的可移動(dòng)性。TFT利用各向異性的可移動(dòng)性。當(dāng)正 ^施加于閘電極時(shí)，硅(Si)芯片表層中的電子被吸引到閘電位以形成SBE， 進(jìn)而產(chǎn)生高電阻。當(dāng)負(fù)Fg施加于閘電極時(shí)，電子不被閘電極吸引，電子的 可移動(dòng)性非常高(低電阻)。然后，電子由源極流到漏極。FFL中的絕緣體 上的SBE的可移動(dòng)性與TFT操作相似。絕緣體上的SBE的可移動(dòng)性由晶 體表層中存在的空穴(TFT中的閘極)來(lái)加以控制。在絕緣體(19)的情況中， 如圖14B所示，由于表層上的空穴，SBE停留在絕緣體(19)的前面。如上 所述，在圖14C中，CL熒光粒子(17)上的SBE是自由載流子，在此情況 下，表面體中的空穴因發(fā)光中心處的重組而消失。自由電子于熒光幕上的 可移動(dòng)性是各向異性的；在TFT的類比中，累積的Xe'+是漏極，累積的 e-是源極。所以，當(dāng)以低電壓CL熒光體來(lái)制作熒光幕，電子可在低電壓 CL熒光幕上的各處移動(dòng)，并且，電子可在CL熒光幕表面的前方(在上方 約5 )im)繼續(xù)移向累積的Xe1+。圖6B中的電阻(13)是由加速電子與氙氣的 碰撞所造成。由于電子具有各向異性可移動(dòng)性，維持電壓^顯著降低到 幾百伏特的范圍。低的維持電壓^可支持小的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一種先進(jìn)的技術(shù)當(dāng)用CL熒光粒子(尤其是具有摩擦 發(fā)光的CL熒光體)覆蓋FFL的底板(2)和頂板(3)上的絕緣體(7)的內(nèi)表面的 整個(gè)區(qū)域?qū)Γ山鉀Q高點(diǎn)燈電壓Kp、黑暗后和黑暗中的點(diǎn)燈延遲、以及高 維持電壓^所有這些問(wèn)題。圖15所示為絕緣體(7)上的熒光幕(16)。 Xe1+ 電荷的追電場(chǎng)一不管是單極(mon叩olar)或雙極(bipolar)操作一可由CL熒」光幕(16)前面的各處吸引電子，進(jìn)而產(chǎn)生來(lái)自熒光幕(16)的PL的高輸出。摩擦發(fā)光的CL熒光粒子生成高點(diǎn)燈電壓，并且，CL熒光粒子中的極化電 荷由發(fā)光而消失。使用摩擦發(fā)光的CL熒光體，可使SBC在放電點(diǎn)燈后立 即得到自由。這樣可以達(dá)到Fp、以及發(fā)光條件下的黑暗中即時(shí)放電和低 Fm。較佳的摩擦發(fā)光的CL熒光體是其粒子具有干凈表面的ZnS:Ag:Cl、 ZnS:Cu:Al、 ZnS:Mn、 ZnS:Mn:Pb、自激活的ZnO和Zn2Si04:Mn。本案發(fā)明人希望理清各種熒光體的標(biāo)準(zhǔn)和混淆。 一些PL熒光體可以 解決^、 ]^和黑暗中的點(diǎn)燈延遲這些問(wèn)題，但其它PL熒光體即使在有干 凈表面的情況下也無(wú)法解決該問(wèn)題。請(qǐng)參閱參考書目A，熒光粒子中的發(fā) 光中心由利用UV光的兩種方法來(lái)激勵(lì)利用入射UV光的直接激勵(lì)、以 及經(jīng)由在熒光粒子中生成的活動(dòng)載體之間接激勵(lì)。FL的PL熒光體發(fā)光中 心由254 nm汞線的入射光直接激勵(lì)。如果發(fā)光中心只由254 nm汞線來(lái)激 勵(lì)，那么，那些熒光體不能解決Kp、 ^和黑暗中的點(diǎn)燈延遲這些問(wèn)題。 在主晶格于激勵(lì)輻射下有PL發(fā)射的PL熒光體可以解決Fp、 K,和黑暗中 的點(diǎn)燈延遲這些問(wèn)題。在主晶格激勵(lì)下，價(jià)帶中的電子移動(dòng)到導(dǎo)帶，進(jìn)而 在價(jià)帶中留下空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴是活動(dòng)載體。活動(dòng)的電 子和空穴移向發(fā)光中心，然后在重組中心處重組。那些熒光體也是在電子 照射下更明亮的熒光體。熒光體的選擇標(biāo)準(zhǔn)和確實(shí)可用的熒光體是低電壓 CL熒光體。許多商用熒光體在表面污染的情況下不會(huì)發(fā)出高亮度的PL， 這些表面污染在入射的VUV光到達(dá)熒光粒子的前就將其吸收。FFL主要利用PL現(xiàn)象，其是將Xe放電時(shí)產(chǎn)生的VUV光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn) 光。熒光幕僅僅將VUV光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。根據(jù)參考書目A，在過(guò)去30年 間， 一直在實(shí)踐中和理論上對(duì)實(shí)際熒光體的能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行最佳化。就 適當(dāng)?shù)販?zhǔn)備熒光幕而言，無(wú)法期待來(lái)自熒光幕的PL輸出增加。但在許多 情況中，商用熒光粒子于表面處理時(shí)被故意粘附在表面上的雜質(zhì)嚴(yán)重污 染。當(dāng)用無(wú)污染的熒光體來(lái)準(zhǔn)備熒光幕時(shí)，F(xiàn)FL中的PL輸出與非常廣泛 的范圍內(nèi)照射的VUV光強(qiáng)度成線性關(guān)系。當(dāng)照射的VUV強(qiáng)度增加5倍， PL強(qiáng)度也增加5倍。這意味著只有由增加熒光幕上的VUV強(qiáng)度，才能 改善FFL的PL亮度，熒光體的能量轉(zhuǎn)換效率則維持不變。氙氣放電中的 VUV強(qiáng)度隨真空腔室內(nèi)的高氙氣壓而增加。在給定的^(電狀態(tài)中， 一般在FFL的PL強(qiáng)度的討論中常忽略自吸收。VUV光是由激勵(lì)狀態(tài)的氤氣到基態(tài)的電子躍遷所生成。如果氙氣放電路徑與熒光幕之間有距離，那么，該間隙中的氙氣會(huì)吸收在放電中發(fā)出的VUV光，此即自吸收。通常利用 高氙氣壓〔例如，500托(torr))來(lái)產(chǎn)生FFL。熒光幕上的放電路徑構(gòu)成彩 虹的形狀放電路徑在中心處離開(kāi)熒光幕。間隙中有許多未激勵(lì)的氤氣。 所以，當(dāng)放電路徑變直并且放電路徑與熒光幕之間之間隙變窄時(shí)，PL的 輸出增加。只要熒光幕是由BAM、 LAP和YB03等商用熒光體構(gòu)成，而 不是CL熒光體，則熒光粒子就當(dāng)然具有SBE。移動(dòng)電子受到來(lái)自SBE的 負(fù)電荷的排斥，并且，當(dāng)電子在熒光幕上遇到Xe+時(shí)，移動(dòng)電子便由氙氣 腔室中消失。由于SBE對(duì)電子流動(dòng)的干擾產(chǎn)生了閃爍的氙氣放電、彩虹形 狀的放電路徑、以及在放電中有大的黑暗中心區(qū)域及較亮的邊緣。當(dāng)熒光 幕由用于VFD應(yīng)用的CL熒光體(例如，發(fā)藍(lán)白光的ZnO熒光體)構(gòu)成時(shí)， 直線氙氣放電路徑在熒光幕上方5pm處形成，電荷的密度均勻，進(jìn)而在熒 光幕上產(chǎn)生大量的VUV光。這導(dǎo)致了來(lái)自熒光幕的PL輸出的增強(qiáng)。與 BAM、 LAP和其它熒光體構(gòu)成的熒光幕比較而言，F(xiàn)FL中的ZnO熒光幕 的確發(fā)出無(wú)閃爍的高PL亮度。在沒(méi)有111203微簇粘合的情況下，VFD熒 光體中的一些藍(lán)色ZnS:Ag和綠色ZnS:Cu:Al也被用作FFL的熒光幕。本案發(fā)明人將討論FFL中的熒光幕的結(jié)構(gòu)的最佳化。熒光幕是由排列 熒光粒子來(lái)產(chǎn)生。實(shí)際的熒光粒子具有很大的反射系數(shù)。大約60%照射的 VUV光在排列于熒光幕頂層處的熒光粒子的表面上反射，并且，剩余的 40%穿入屏幕上暴露的熒光粒子，進(jìn)而生成PL。如果熒光幕在各粒子之間 有間隙，那么，反射的VUV光可以進(jìn)入間隙。VUV光進(jìn)入這些間隙，進(jìn) 而有機(jī)會(huì)穿入到敷設(shè)在熒光幕的深層內(nèi)的其它熒光粒子。間隙中的VUV 光也由表面處敷設(shè)于深層內(nèi)的其它熒光粒子的表面上被反射。關(guān)于FFL， 其具有熒光粒子的最佳層數(shù)。本案發(fā)明人對(duì)用于PL生成的最佳層數(shù)進(jìn)行 了廣泛的研究。圖16所示為各種測(cè)量結(jié)果。如果在暴露方檢測(cè)到PL強(qiáng)度 (即反射模式)，那么，最佳的屏幕層數(shù)是平均7層。在屏幕比8層更厚的 情況下，PL的輸出飽和。當(dāng)用己由熒光幕的PL來(lái)測(cè)量PL強(qiáng)度(即穿透模 式)時(shí)，最佳屏幕由平均3層粒子層構(gòu)成。如上所述，熒光幕構(gòu)成所發(fā)出的 PL的良好反射。熒光幕本身具有良好的反光層。就處于反射模式的熒光幕由最佳屏幕層(7層)構(gòu)成而言，由熒光幕下面的八1203體構(gòu)成的附加則寸層(正如美國(guó)專利公告第6,034,470號(hào)中所揭示的)是不必要的。底板玻璃上 的熒光幕的PL檢測(cè)是反射模式，因此，應(yīng)該用底板玻璃上的6層粒子來(lái) 構(gòu)成熒光幕(16)。由傳輸模式來(lái)執(zhí)行頂板玻璃上的熒光幕的PL檢測(cè)，并且， 應(yīng)該用表面頂板玻璃上的3層粒子來(lái)構(gòu)成熒光幕(16)。圖17所示為實(shí)際 FFL中的較佳熒光幕(16)。熒光粒子在可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)中沒(méi)有吸收帶。由結(jié) 合真空容器的底板和頂板上的熒光幕的發(fā)出的PL，來(lái)求出來(lái)自FFL的PL 輸出，并且，觀察到的PL亮度與熒光幕的發(fā)射區(qū)面積成線性關(guān)系。因此， 來(lái)自最佳化熒光幕的PL提供高亮度，熒光粒子很好地散射了檢測(cè)到的PL 光。所以，來(lái)自本發(fā)明的FFL的光輸出等同于白天的散射光。本發(fā)明的 FFL可以用作LCD的背光源、以及住宅室內(nèi)和室外活動(dòng)的照明源。本案發(fā)明人考慮了在不犧牲PL輸出的情況下FFL操作的功率消耗。 本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的FFL的功率消耗顯著減少，且起動(dòng)迅速。視網(wǎng)膜 在接受光刺激后可保持30msec的余象識(shí)別時(shí)間。所以，當(dāng)FFL電極的狹 窄的水平線在30 msec內(nèi)進(jìn)行徹底的垂直掃描時(shí)，總FFL區(qū)域進(jìn)行一行掃 描。由一個(gè)掃描行的時(shí)間平均數(shù)，可求出功率消耗。如果掃描行數(shù)是300 行，那么， 一個(gè)掃描行的時(shí)間被計(jì)算為1/(30x300) sec l/10,000 sec=0.1 msec,總的FFL的功率消耗只是一個(gè)掃描行的功率，因此，功率消耗是幀 掃描的1/300。圖18示意性地展示了功率節(jié)約情況。所發(fā)明的FFL允許行 掃描。這是FFL作為L(zhǎng)CD的背光源的另一大優(yōu)點(diǎn)。由行掃描，黑色等級(jí) 變成真黑(如同木炭黑)，進(jìn)而因?yàn)榕c真黑的高反差比而產(chǎn)生清晰的圖像。 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是LCD上的圖像的響應(yīng)時(shí)間實(shí)際上由背光源響應(yīng)時(shí)間來(lái)確 定，這與LC層的響應(yīng)時(shí)間無(wú)關(guān)。所發(fā)明的FFL的響應(yīng)時(shí)間是幾msec。這 樣，在LCD屏幕上提供了清晰的圖像，而不會(huì)有迅速移動(dòng)的圖像的拖影。 此外，亮度高、功率消耗低的FFL的操作是作為照明源的一大優(yōu)點(diǎn)，并且， 本發(fā)明有助于人類活動(dòng)的生活標(biāo)準(zhǔn)的改善。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)汞平面熒光燈，其包含一底板玻璃上的一驅(qū)動(dòng)電路和形成于氙氣體腔室內(nèi)的一內(nèi)部電路，其中，該驅(qū)動(dòng)電路及該內(nèi)部電路在電子流中被隔離，及一熒光幕涂覆于該氙氣體腔室的一內(nèi)壁上。
2、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路包含該 氙氣體腔室內(nèi)的氙氣和發(fā)光粒子。
3、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路包含由 離子化氣體的電荷構(gòu)成的電源，該電荷與極化電荷約束在一起，來(lái)自該驅(qū) 動(dòng)電路的電場(chǎng)使該極化電荷于該發(fā)光粒子的表面體中感應(yīng)。
4、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路還包括一開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)的運(yùn)作是由該發(fā)光粒子的表面釋放的電子移動(dòng)到該發(fā)光粒 子上累積的正電荷。
5、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該內(nèi)部電路還包括 一電阻，該電阻的形成是由因與相同極性的電荷的排斥而阻礙移動(dòng)電子路 徑、以及由與該氣體腔室內(nèi)的氙氣的碰撞。
6、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該氙氣體腔室內(nèi)的 氤氣由放電來(lái)發(fā)出紫外線光。
7、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，發(fā)光粒子于該氙氣 體腔室內(nèi)構(gòu)成熒光幕，且在紫外線光的照射下，該熒光幕發(fā)出可見(jiàn)光譜波 長(zhǎng)的光。
8、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該無(wú)汞熒光燈用作 液晶顯示器的背光源。
9、 如權(quán)利要求8所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，作為背光源的該無(wú) 汞熒光燈由線性掃描模式進(jìn)行操作。
10、 如權(quán)利要求l所述的無(wú)汞平面熒光燈，其中，該無(wú)汞熒光燈用作 照明源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)汞平面熒光燈，由兩個(gè)分離電路組成，這兩個(gè)分離電路是底板玻璃上的驅(qū)動(dòng)電路和形成于氙(Xe)氣腔室內(nèi)的內(nèi)部電路。該內(nèi)部電路依靠表面束縛電荷由驅(qū)動(dòng)電路接收電能，這些表面束縛電荷包含絕緣粒子表面的極化電荷(polarized charges)以及氙氣腔室內(nèi)離子化的Xe⁺和e^-電荷，這些電荷由驅(qū)動(dòng)電路的交流電場(chǎng)感應(yīng)生成。該內(nèi)部電路在氙氣腔室內(nèi)的絕緣粒子上分別累積的Xe⁺和e^-電荷之間具有電子流；并且，氙氣放電由氙氣腔室內(nèi)的移動(dòng)電子生成。在因氙氣腔室內(nèi)的氙氣放電而發(fā)出的真空紫外線光的照射下，涂覆于氙氣腔室內(nèi)壁上的熒光幕發(fā)出光致發(fā)光。由最佳化操作中所涉及的個(gè)別項(xiàng)目，發(fā)明了實(shí)用的無(wú)汞平面熒光燈。
文檔編號(hào)H01J61/56GK101231935SQ20071014890
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者小澤隆二, 蔡君徽 申請(qǐng)人:奇美實(shí)業(yè)股份有限公司;奇達(dá)光電股份有限公司