專利名稱：扁形輻射光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述的一種扁形輻射光源。
所謂“扁形輻射光源”這里是指具有一個(gè)平面的幾何形狀的、發(fā)射光的即發(fā)射可見電磁輻射或紫外線輻射以及真空紫外線輻射的光源。
視發(fā)射的光譜而定，這種光源適用于普通照明和輔助照明例如住宅照明和辦公照明或顯示器例如液晶顯示器的背景照明，交通信號(hào)照明、紫外線輻射例如殺菌或光解。
這里涉及的扁形輻射光源借助于介電阻隔的放電進(jìn)行工作。
在這類光源中，一個(gè)極性的電極或全部電極，即兩個(gè)極性都用一個(gè)介電層與放電隔開(一側(cè)或兩側(cè)的介電阻隔放電，例如見WO94/23442或EP 0363832)。這類電極下面也簡稱為“介電電極”。
介電層可通過放電室本身的壁構(gòu)成，這時(shí)電極設(shè)置在放電室外部，即大致設(shè)置在外壁上。具有外電極的這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，不需要通過放電室的壁引出氣密的電源引線。但介電層的厚度-影響放電點(diǎn)火電壓和工作電壓的一個(gè)重要參數(shù)-主要由對(duì)放電室的要求特別是對(duì)它的機(jī)械強(qiáng)度的要求來確定的。由于所需的電源電壓是隨介電層的厚度而增加的，所以產(chǎn)生如下的缺點(diǎn)首先扁形輻射光源工作的電源電壓必需設(shè)計(jì)成較高的電壓，這一般會(huì)導(dǎo)致附加的費(fèi)用和較大的外形尺寸；其次需要較高的安全措施來防止觸電。
另一方面介電層也可用設(shè)置在放電室內(nèi)部的至少一個(gè)電極的至少部分覆蓋物或涂層的形式來實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是，介電層的厚度可根據(jù)放電性質(zhì)實(shí)現(xiàn)最佳化。但內(nèi)電極需要?dú)饷艿碾娫匆€，從而需要附加的加工工序，這樣通常會(huì)增加制造成本。
不同極性(陽極和陰極)的細(xì)長電極一般是交替并排配置的，所以可用相當(dāng)扁平的放電室來實(shí)現(xiàn)平面狀的放電結(jié)構(gòu)。同樣陽極和陰極可設(shè)置在放電管內(nèi)壁的不同側(cè)上，例如一個(gè)陽極和一個(gè)陰極分別對(duì)應(yīng)配置。此外，電極成對(duì)連接在一個(gè)電源的兩極上。WO 94/23442描述了帶介電電極的輻射光源的一種特別有效的工作方法。
從DE-OS 19526211已知一種扁形輻射光源，該光源用一個(gè)通過間歇時(shí)間相互隔開的有效功率脈沖序列-即相當(dāng)于WO 94/23442的工作方法-進(jìn)行工作。在實(shí)施例中，條形電極設(shè)置在放電室的外壁上。
EPO 363832公開了一種帶條形電極的紫外線高效輻射光源，其電極設(shè)置在放電室的內(nèi)壁上。但該文獻(xiàn)沒有說明如何通過電源引線使內(nèi)電極與電源連接。
放電燈和放電輻射光源的內(nèi)電極一般與金屬絲狀的或薄片狀的電源引線連接。饋通連接放電室內(nèi)部的電流引線和外部的電流引線，而外部電源引線則用來與電源連接。為了保證氣密，饋通一方面必須用放電室的材料緊密包圍。另一方面，一般為金屬或金屬合金的饋通的材料與放電室的材料例如玻璃或陶瓷一部分具有差別很大的熱膨脹系數(shù)。為了避免太高的機(jī)械應(yīng)力和由此在饋通范圍內(nèi)引起的應(yīng)力破壞和破裂，饋通用很細(xì)的金屬線來實(shí)現(xiàn)。但這種技術(shù)只限于很小的電流強(qiáng)度或很小的燈功率，否則細(xì)的金屬線就會(huì)象保險(xiǎn)絲那樣被燒斷。眾所周知，這個(gè)缺點(diǎn)一般通過在饋通的密封區(qū)采用薄的薄片例如10至20微米厚的鉬箔來補(bǔ)救的。
由于部件多以及操作和加工步驟多，上述技術(shù)不宜用于具有許多電極片的扁形輻射光源的自動(dòng)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是，提出權(quán)利要求1前序部分所述的一種具有片狀內(nèi)電極的扁形輻射光源。這種光源具有這樣的電源引線，即這種光源-幾乎與電極的尺寸，因而與電極的數(shù)目無關(guān)-在制造時(shí)加工步驟相當(dāng)多，因而成本低廉。
這個(gè)目的是通過權(quán)利要求1所述的特征來實(shí)現(xiàn)的，特別有利的結(jié)構(gòu)可從各項(xiàng)從屬權(quán)利要求中得知。
“片狀電極”-也簡稱“電極片”-的概念這里和下面是指一種與它的長度比較很細(xì)長的和直的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠起電極的作用。其中這種結(jié)構(gòu)的邊緣不需相互平行。特別是沿電極片的縱邊還包括下部結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明建議，內(nèi)部片狀電極本身附加地構(gòu)成包括外部電源引線的饋通。
為此目的，放電室由一塊底板和一塊頂板構(gòu)成，它們用焊料例如玻璃焊料-可以但不必一定通過一個(gè)附加的框架-相互連接。
如果這兩塊板的至少一塊板例如作成槽形，使底板和頂板圍成一個(gè)放電室，則可取消上述框架。
電極片分別用一端通過焊料氣密地向外引出，電極片本身-類似于印制電路板上的印制導(dǎo)線-例如通過蒸鍍、絲網(wǎng)印刷接著用燒滲工藝或類似技術(shù)氣密地直接設(shè)置在底板和/或頂板上。饋通及其他元件用焊料密封。
依此方式，內(nèi)電極、饋通和外部電源引線幾乎同時(shí)在一道共同的工序中制成分別作為單一陰極側(cè)或陽極側(cè)的層狀印制導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的不同功能的區(qū)段，與先有技術(shù)比較，由此而可明顯減少操作次數(shù)和加工步驟。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于上述加工區(qū)段實(shí)際上與光源的大小無關(guān)而可用總是相同的方式來實(shí)現(xiàn)，所以幾乎可經(jīng)濟(jì)地制造任意大的扁形輻射光源。
在第一種簡單的結(jié)構(gòu)中，與外部電源引線數(shù)目一致的電極片可在放電室外部終止在饋通區(qū)后面。亦即每個(gè)電極片都可看成是一個(gè)印制導(dǎo)線似的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)分別包括以下三個(gè)不同的功能區(qū)段內(nèi)電極區(qū)段、饋通區(qū)段和外部電源引線區(qū)段。
這種結(jié)構(gòu)型式考慮了相同極性的引線與電源的兩個(gè)極的連接也可在一個(gè)適當(dāng)?shù)?、介于扁形輻射光源和電源之間的連接裝置例如一種特殊配合的插頭-電纜組合來進(jìn)行。
在第二種結(jié)構(gòu)中，相同極性的電極片過渡成各一根共同的母線狀的外部電源引線。在運(yùn)行時(shí)，這兩根外部電源引線分別與電源的一個(gè)極連接。與第一種結(jié)構(gòu)比較，第二種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，可取消特殊配合的插頭-電纜組合。
為了使不同熱膨脹引起的機(jī)械應(yīng)力保持很小。并為了保證持續(xù)運(yùn)行中的氣密性，玻璃焊料和框架以及底板和頂板的材料應(yīng)相互匹配。此外，最好印制導(dǎo)線(導(dǎo)線、饋通、引線)的尺寸選擇這樣小，使之一方面可使熱應(yīng)力保持很小，另一方面又可滿足運(yùn)行所需的電流強(qiáng)度。
其中印制導(dǎo)線的足夠高的電流承受能力具有特殊意義，因?yàn)檫@種扁形輻射光源力求高的光強(qiáng)而需要高的電流強(qiáng)度。特別是對(duì)液晶顯示背景照明用的扁形熒光燈來說，由于這種顯示的透射率很低，一般只有6％，所以必然需要特別高的光強(qiáng)。由于在重復(fù)的有效功率輸入的相當(dāng)短的持續(xù)時(shí)間過程中在印制導(dǎo)線內(nèi)流過特別高的電流，對(duì)優(yōu)選的脈沖工作方式的放電再次增加了這個(gè)問題的艱巨性。所以只有這樣才可能輸入足夠高的平均有效功率，從而在平均時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求的高的光強(qiáng)。
為了保證上述的大電流承受能力，必須用相當(dāng)粗的印制導(dǎo)線，亦即細(xì)的印制導(dǎo)線由于印制導(dǎo)線的局部過熱而潛在著形成斷裂的危險(xiǎn)。印制導(dǎo)線的橫截面面積越小，印制導(dǎo)線電流的電阻部分所引起的印制導(dǎo)線的溫升越高。但印制導(dǎo)線的寬度是有限的，因?yàn)殡S著寬度的增加由印制導(dǎo)線所引起的扁形輻射光源照亮面積的遮蔽也相應(yīng)增加。所以，為了解決印制導(dǎo)線中由于高的電流密度引起的放熱形成的斷裂問題，應(yīng)當(dāng)力求有意為此設(shè)置窄的但盡可能厚的印制導(dǎo)線。銀片的典型厚度為5微米至50微米的范圍，最好為5.5微米至30微米的范圍，特別是最好6微米至15微米的范圍。
當(dāng)然，這樣厚的印制導(dǎo)線在象扁形光源所用的相對(duì)膨脹的平面基體材料上可能由于材料應(yīng)力引起斷裂，例如在制造過程中抽真空時(shí)由于彎曲荷載便可引起這種應(yīng)力。斷裂形成不斷增加的危險(xiǎn)，其原因是，根據(jù)公式s∝1/
層的伸長極限ε與層厚d有關(guān)。所以層厚越大，伸長極限就越小。此外，層內(nèi)的不連續(xù)性的概率隨層厚的增加而急劇增加。這種不連續(xù)性導(dǎo)致層內(nèi)的局部拉應(yīng)力的增加，從而最終導(dǎo)致該層從基體材料上分離。
但令人驚奇地表明，可氣密制造具有這樣厚的印制導(dǎo)線的扁形輻射光源，且其壽命可高達(dá)幾千小時(shí)。
可能底板和頂板之間設(shè)置的例如玻璃球形式的支點(diǎn)的適當(dāng)間距也有助于使扁形輻射光源具有足夠的抗彎穩(wěn)定性，而不引起不可接受的大的遮蔽。
按現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)水平，兩個(gè)參數(shù)P1＝dst·dE1和P2＝dst/dp1對(duì)扁形輻射光源的壽命至關(guān)重要。其中dst表示支點(diǎn)相互的距離或到界定的側(cè)壁的距離，dE1表示電極導(dǎo)線的厚度，dp1表示底板或頂板的兩個(gè)厚度中的較小的厚度。典型的P1值為50毫米微米至680毫米微米的范圍，最好為100毫米微米至500毫米微米的范圍，特別是最好為200毫米微米至400毫米微米的范圍。典型的P2值為8至20的范圍，最好9至18的范圍，特別是最好10至15的范圍。
例如用10微米厚的印制銀層和厚度分別為2.5毫米的底板和頂板之間嵌入間距大約34毫米的、用玻璃焊料作成的玻璃球可得好的結(jié)果。從這些數(shù)值得P1＝340毫米微米和P2＝13.6。
此外，申請(qǐng)專利保護(hù)的范圍也包括光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上述新式扁形光源和脈沖電源組成。
下面結(jié)合兩個(gè)實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖表示

圖1a扁形輻射光源的第一實(shí)施例的部分剖開的頂視圖；圖1b沿圖1a剖面線A-A剖開的扁形輻射光源的橫斷面；圖2a扁形輻射光源第二實(shí)施例的部分剖開的頂視圖；圖2b沿圖2a剖面線A-A剖開的扁形輻射光源的橫斷面；圖2c沿圖2b剖面線B-B剖開的扁形輻射光源的橫斷面的放大圖。
圖1a和1b表示扁形輻射光源1的頂視圖以及沿剖面線A-A剖開的斷面圖。扁形輻射光源1由一個(gè)放電室2、片狀陰極3和介電阻隔的片狀陽極4組成。
放電室2由一塊底板5、一塊頂板6和一個(gè)框架7構(gòu)成，它們都具有一個(gè)矩形的底面。底板5和頂板6用玻璃焊料8與框架7氣密焊接成使放電室2的內(nèi)腔9構(gòu)成長方體。由玻璃作成的底板和頂板的壁厚分別約為2.5毫米。框架用直徑約為5毫米的玻管制成。在底板和頂板之間用玻璃焊料嵌入大約34毫米等間距的、直徑5毫米的精密玻璃球作為支點(diǎn)(為清晰起見，圖中未示出)。底板5大于頂板6，以使放電室2具有一個(gè)四周自由伸出的邊緣。
陰極3和陽極4交替地并相互以大約6毫米間距平行設(shè)置在底板5的內(nèi)壁上。陰極3和陽極4在相反端延伸并從放電室2的內(nèi)腔9作為陰極側(cè)的饋通10或陽極側(cè)的饋通11兩側(cè)向外引到底板5上。在底板5的邊緣上，饋通10、11分別轉(zhuǎn)變或陰極側(cè)12或陽極側(cè)13的外部電源引線。該電源引線作為外部接點(diǎn)用來連接最好一個(gè)脈沖電源(未示出)，必要時(shí)，用適當(dāng)?shù)牟孱^插孔連接器連接(未示出)。
在頂板6的內(nèi)壁上涂敷一層熒光混合物16，這種混合物將放電的主要是短波的輻射轉(zhuǎn)變成可見的白色光線。這里涉及的是一種具有蘭色成分BAM(BaMgAl10O17Eu2+)、綠色成分LAP(LaPO4〔Tb3+、Ce3+〕)和紅色成分YOB(〔Y、Gd〕BO3Eu3+)的三基色熒光物質(zhì)，其層厚約為27微米。在一個(gè)優(yōu)選方案中(未示出)，除了在頂板內(nèi)壁上外，還附加在底板的內(nèi)壁上包括電極以及框架上涂敷熒光混合物。此外，還在底板的內(nèi)壁上直接各涂一層用TiO2和Al2O3制成的反光層。層厚約為15微米或7微米。這個(gè)方案之所以未示出，是因?yàn)闊晒鈱訐踝×穗姌O片。
剖開頂板只是為了圖示目的，以便露出陽極4和陰極3的一部分。在放電室2的內(nèi)腔9中，陽極4全部用一層玻璃層17覆蓋(參見圖1b，該圖表示沿一個(gè)陽極4剖開的扁形輻射光源1的一個(gè)斷面)，該玻璃層的厚度約為250微米。電極3；4、饋通10；11和外部電流引線12；13構(gòu)成了用銀制成的陰極側(cè)和陽極側(cè)的相關(guān)層結(jié)構(gòu)的不同功能區(qū)段，它們用絲網(wǎng)印制技術(shù)和接著用燒滲工藝構(gòu)成一體。層厚約為10微米。
圖2a～2c所示的頂視圖以及沿剖面線AA或BB剖開的斷面所示的扁形光源1′與扁形輻射光源1(圖1a和1b)的區(qū)別只在于外部電源引線12、13的形狀。每個(gè)電極片3、4的饋通10、11首先在底板5的邊緣延伸，然后接入陰極側(cè)12和陽極側(cè)13的母線狀的印制導(dǎo)線。該印制導(dǎo)線12、13最后終止在兩個(gè)相鄰的區(qū)段14、15。這兩個(gè)區(qū)段14、15作為外部接點(diǎn)用來連接電源(未示出)。
圖2c表示沿圖2b剖面線BB剖開的放大斷面，以便清楚看出圖中的關(guān)系。
在另一個(gè)方案中(未示出)，陰極片設(shè)置在頂板的內(nèi)壁上。每個(gè)陰極片都配置一對(duì)陽極片，從橫斷面看去，陰極和相應(yīng)陽極的假想連接形成一個(gè)倒立的一個(gè)“V”字形的形狀。陰極和陽極片在熒光燈的同一側(cè)借助饋通向外引出并在頂板或底板的相應(yīng)邊緣上轉(zhuǎn)變成陰極側(cè)或陽極側(cè)的電源引線。陽極片和陰極片全部用介電層覆蓋，該介電層在底板和頂板的整個(gè)內(nèi)壁上這樣延伸，即該介電層附加地作為玻璃焊料用來氣密連接。在底板的介電層上各涂一層用TiO2和Al2O3制成的反光層，作為最后一層和同樣在頂板的介電層上涂一層由一種BAM、LAP、YOB混合物制成的熒光材料層。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。此外，不同實(shí)施例的各種特征也可進(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)至少部分透明的和充氣的密封放電室(2)的扁形輻射光源(1)，該放電室用非導(dǎo)電材料制成，且其內(nèi)壁上設(shè)置有片狀電極(3、4)，其中至少陽極(4)分別覆蓋一層介電層(17)，其特征為·放電室(2)具有至少一塊底板(5)和一塊頂板(6)，其中底板(5)和頂板(6)用焊料(8)，必要時(shí)還通過一個(gè)設(shè)置在該頂板和底板之間的附加框架(7)相互氣密連接；·片狀內(nèi)電極(3、4)附加地這樣過渡成饋通(10、11)，而該饋通又過渡成外部電源引線(12、13)，即電極(3、4)、饋通(10、11)和外部電流引線(12、13)分別構(gòu)成印制導(dǎo)線似的結(jié)構(gòu)(3、10、12；4、11、13)的不同功能區(qū)段；其中饋通(10、11)用焊料(8)氣密封閉向外引出并直接連接其上的外部電源引線(12、13)用來連接電源。
2.按權(quán)利要求1的扁形輻射光源，其特征為，介電層附加地作為氣密的饋通的焊料用。
3.按權(quán)利要求1或2的扁形輻射光源，其特征為，外部電源引線(12、13)設(shè)置在放電室的外臂上。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的扁形輻射光源，其特征為，陰極側(cè)和陽極側(cè)的結(jié)構(gòu)分別由一層金屬層組成，其中層厚為5微米和50微米之間的范圍，最好5.5微米至30微米的范圍，特別是最好為6微米至15微米的范圍。
5.按權(quán)利要求4的扁形輻射光源，其特征為，該層厚約為10微米。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的扁形輻射光源，其特征為，在底板和頂板之間設(shè)置有墊塊。
7.按權(quán)利要求6的扁形輻射光源，其特征為，該墊塊用玻璃球。
8.按權(quán)利要求6或7的扁形輻射光源，其特征為，參數(shù)P1＝dst·dE1為50毫米微米至680毫米微米的范圍，最好為100毫米微米至500毫米微米的范圍，特別是最好為200毫米微米至400毫米微米的范圍，式中的dst表示支點(diǎn)相互的距離或到界定側(cè)壁的距離，dE1表示電極導(dǎo)線的厚度。
9.按權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)的扁形的輻射光源，其特征在于，參數(shù)P2＝dst/dP1為8至20的范圍，最好9至18的范圍，特別是10至15的范圍，式中的dst表示支點(diǎn)的相互距離或到界定側(cè)壁的距離，dP1表示底板或頂板兩個(gè)厚度的較小的厚度。
10.按權(quán)利要求1的扁形輻射光源，其特征為，焊料(8)的熱膨脹系數(shù)與底板(5)和頂板(6)的材料以及必要時(shí)與框架(7)的材料的熱膨脹系數(shù)匹配。
11.按權(quán)利要求1的扁形輻射光源，其特征為，放電室內(nèi)壁的至少一部分具有一層熒光物質(zhì)或熒光混合物。
12.按權(quán)利要求11的扁形輻射光源，其特征為，放電室內(nèi)壁的一部分，特別是底板的內(nèi)壁上在內(nèi)壁和熒光材料層之間涂有一層反光層。
13.按前述權(quán)利要求一項(xiàng)或多項(xiàng)的扁形輻射光源，其特征為，外部電源引線是這樣構(gòu)成的，即陰極(3)和陽極(4)的饋通(10、11)接入陰極側(cè)或陰極側(cè)的母線狀的印制導(dǎo)線(12、14、13、15)。
14.按權(quán)利要求13的扁形輻射光源，其特征為，兩根母線狀的電源引線(12、14；13、15)設(shè)置在放電室的外壁上。
15.帶有一個(gè)扁形輻射光源和一個(gè)脈沖電源的照明系統(tǒng)，該電源適用于在運(yùn)行中提供通過間隔相互隔開的電壓脈沖，其特征為，該扁形輻射光源具有權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的特征，其中脈沖電源與該扁形輻射光源的外部電源引線電連接。
全文摘要
扁形輻射光源(1)具有一個(gè)充滿氣體的密封的放電室(2),其內(nèi)部設(shè)有介電阻隔的片狀電極。放電室(2)由至少一塊底板(5)和一塊頂板(6)組成,該底板和頂板用焊料(8)、必要時(shí)還通過一個(gè)設(shè)置在這兩塊之間的附加框架(7)相互氣密連接。片狀內(nèi)電極(3、4)附加地轉(zhuǎn)變成饋通(10、11),而該饋通又這樣轉(zhuǎn)變成外部電源引線(12、13),即內(nèi)電極(3、4)、饋通(10、11)和外部電源引線(12、13)分別構(gòu)成陰極側(cè)和陽極側(cè)的印制導(dǎo)線似的結(jié)構(gòu)(3、10、12;4、11、13)的不同功能區(qū)段。至少陽極(4)分別用一層介電層(17)覆蓋。饋通(10、11)必要時(shí)附加地用焊料(8)進(jìn)行氣密密封。
文檔編號(hào)H01J61/36GK1251205SQ98803509
公開日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1998年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月21日
發(fā)明者F·沃爾科默, L·希茨施克 申請(qǐng)人:電燈專利信托有限公司