專利名稱：具有金剛石膜的用于放電燈的冷陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在照明設(shè)備、液晶顯示器的背光、通用照明設(shè)備的光源等中使用的用于放電燈的冷陰極、冷陰極放電燈，以及用于放電燈的冷陰極的制造方法。
背景技術(shù)：
放電燈在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中很重要，并且占據(jù)了用于照明設(shè)備的光源的約一半。特別地，近年來，作為用于液晶顯示器的背光源和用于通用照明設(shè)備的光源的冷陰極放電燈的產(chǎn)量迅速增加。
冷陰極放電燈的一個實例是冷陰極熒光燈。在冷陰極熒光燈中，一對相互面對的冷陰極設(shè)置在玻璃管中，在該玻璃管中含有惰性氣體和微量的汞(Hg)。當(dāng)對該冷陰極對施加高電壓時，兩電極之間開始放電。維持放電以激勵汞，并產(chǎn)生紫外射線，從而熒光材料發(fā)光。還已知阻擋型冷陰極放電燈。阻擋型冷陰極放電燈在形成放電空間的管外部具有電極，該電極不與放電表面接觸。
與常規(guī)熱陰極熒光燈相比，冷陰極放電燈特有地具有非常長的使用壽命，同時較少引起在熱燈絲中的斷裂，并消耗較少的用于電子發(fā)射的發(fā)射源材料。因此，冷陰極放電燈在其中很難更換光源的工業(yè)照明設(shè)備中得到廣泛使用。特別地，對作為用于液晶顯示器的背光源的冷陰極放電燈的需求正在增長。
為了提高冷陰極放電燈的性能，本發(fā)明人開發(fā)了使用金剛石作為陰極電子發(fā)射材料的冷陰極放電燈(見日本專利申請公開No.2002-298777和2003-132850)。由于金剛石具有高的二次發(fā)射效率和高的耐濺射性，因此可以提供具有高發(fā)射效率和長使用壽命的冷陰極放電燈。
在這種冷陰極放電燈的冷陰極側(cè)，利用在柱體形狀、杯狀形狀等的金屬材料上具有金剛石涂層的冷陰極，以獲得高放電電流。(例如，見美國專利No.5880559)然而，利用體金剛石生產(chǎn)的用于放電燈的冷陰極成本非常高。因此，通常通過CVD(化學(xué)氣相淀積)方法在具有各種形狀的金屬材料的表面上形成金剛石膜，如在美國專利No.5880559中所公開的。通過CVD方法，可以在平面金屬材料上均勻地形成金剛石膜。
當(dāng)通過CVD方法形成金剛石膜時，可以在多個平面基體構(gòu)件上形成具有均勻厚度的金剛石膜。然而，很難在具有例如柱體形狀或杯狀形狀的非平面基體構(gòu)件上形成均勻的膜。例如，在美國專利No.5880559中，杯狀構(gòu)件的內(nèi)部和管狀構(gòu)件的內(nèi)部被金剛石涂覆。然而，很難通過CVD方法在非平面基體構(gòu)件上形成具有均勻的面內(nèi)厚度的金剛石膜。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于放電燈的冷陰極包括具有彎曲部分的金屬板；形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的面上的金剛石膜；以及安裝在所述金屬板上的金屬構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種冷陰極放電燈包括冷陰極，包括具有彎曲部分的金屬板、形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的面上的金剛石膜、以及安裝在所述金屬板上的金屬構(gòu)件；玻璃管，其中具有所述冷陰極，并且具有涂覆于其內(nèi)壁的熒光材料；以及惰性氣體，包含在所述玻璃管中。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種制造用于放電燈的冷陰極的方法包括以下步驟在金屬板的預(yù)定區(qū)域上形成金剛石膜，所述金屬板通過彎曲變成具有開口的三維結(jié)構(gòu)；通過彎曲其上形成有所述金剛石膜的所述金屬板，形成具有開口的所述三維結(jié)構(gòu)；在所述開口中安裝金屬桿；以及將所述金屬桿固定到所述金屬板。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，一種制造用于放電燈的冷陰極的方法包括以下步驟在通過彎曲變成具有開口的三維結(jié)構(gòu)的金屬板的部分上形成抗蝕劑圖形，所述部分包括在所述金屬板被彎曲變成所述三維結(jié)構(gòu)處的部分以及在用于將金屬桿固定到所述金屬板的接合構(gòu)件處的部分；將金剛石顆粒附著到其上形成有所述抗蝕劑圖形的所述金屬板；從其上附著有所述金剛石顆粒的所述金屬板去除所述抗蝕劑圖形；在所述金剛石顆粒被附著于其的區(qū)域上形成金剛石膜；通過彎曲其上形成有所述金剛石膜的所述金屬板，形成所述三維結(jié)構(gòu)；在由所述金屬板形成的三維結(jié)構(gòu)的所述開口中安裝所述金屬桿；以及安裝用于將所述金屬桿固定到所述金屬板的所述接合構(gòu)件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的冷陰極的截面圖；圖2是根據(jù)第一實施例的冷陰極的外部視圖；圖3示出了在利用本實施例的冷陰極的冷陰極放電燈中發(fā)生的現(xiàn)象；圖4A至4D示出了用于第一實施例的冷陰極且在其上形成有金剛石薄膜的箱狀薄膜金屬板的制造工序；圖5是示出了制造第一實施例的冷陰極的操作工序的流程圖；圖6A至6D示出了用于第一實施例的修改的冷陰極且在其上形成有金剛石薄膜的八角柱狀薄膜金屬板的制造工序；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的冷陰極的截面圖；圖8是根據(jù)第二實施例的冷陰極的外部視圖；圖9A至9F示出了用于第二實施例的冷陰極且在其上形成有金剛石薄膜的矩形管狀薄膜金屬板的制造工序；以及圖10是示出了制造第二實施例的冷陰極的操作工序的流程圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)第一實施例的冷陰極100的截面圖。如圖1所示，冷陰極100包括金屬桿103，具有用于從外部施加電壓的伸長引線105；具有開口面的箱狀金屬基體(在下文中也稱為“金屬板”)101；金剛石薄膜102，形成在金屬基體101的平面上；以及接合構(gòu)件104，用于將金屬基體101固定到金屬桿103。
用于金屬桿103的金屬可以是任何種類的金屬，只要其具有導(dǎo)電性。例如，在本實施例中使用鎳。在本實施例中，金屬桿103為矩形平行六面體。然而，并不特別限制金屬桿103的形狀，其可以是棒狀、板狀或是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。然而，金屬桿103應(yīng)優(yōu)選具有這樣的形狀，以容易地對與金屬桿103接觸的金屬基體101導(dǎo)電。
用于金屬基體101的金屬優(yōu)選具有1000℃或更高的熔點(diǎn)。由于將通過CVD方法在金屬基體101的表面上形成金剛石膜，金屬基體101應(yīng)優(yōu)選由具有高熔點(diǎn)的金屬制成，以耐受為形成金剛石膜而進(jìn)行的高溫處理(例如，在800℃下)。金屬基體101應(yīng)當(dāng)由例如鉬或鎢制成。在本實施例中，金屬基體101由鎢制成。因此，當(dāng)在金屬基體101上形成金剛石薄膜102時，可以防止用于金屬基體101的金屬被熔化，從而金屬基體101可以用金剛石薄膜102涂覆。
在預(yù)定的彎曲部分處彎曲金屬基體101，以形成箱狀結(jié)構(gòu)。箱狀結(jié)構(gòu)中的一個面開口，并且通過該開口插入金屬桿103。稍后將說明彎曲部分的位置。
除了形成箱狀形狀的彎曲部分外，在金屬基體101的外表面上形成金剛石薄膜102。在本實施例中，金剛石薄膜102還具有p型電導(dǎo)率，且摻雜有硼(B)。然而，本發(fā)明的金剛石薄膜102不限于該結(jié)構(gòu)。金剛石薄膜102的表面為氫封端的(hydrogen-terminated)，且具有負(fù)的電子親和勢。因此，當(dāng)金剛石薄膜102表面附近的電子被激發(fā)至導(dǎo)帶時，容易進(jìn)行放電。從而，可大幅提高二次發(fā)射效率。在這種情況下，在開始施加電壓之后，放電電流立即迅速增大，從而大幅提高放電效率。
并且，由于金剛石薄膜102具有高的耐濺射性，因此引起很少的磨損損傷，從而可實現(xiàn)長的使用壽命。當(dāng)使用金剛石薄膜102時，該膜可以是單晶型或多晶型。在本實施例中，使用多晶膜。稍后將說明在金屬基體101上形成金剛石薄膜102的方法。
接合構(gòu)件104用于在金屬基體101中接合并固定金屬桿103。
圖2是根據(jù)本實施例的冷陰極100的外部視圖。如圖2所示，金屬基體101為具有將一個開口面作為開口部分的箱狀形狀。在該箱狀形狀中，將與通過其插入金屬桿103的開口部分相對的面設(shè)定為端面，而與該端面相鄰的面設(shè)定為側(cè)面。在這種情況下，在端面與側(cè)面之間的拐角部分106，即彎曲部分上沒有形成金剛石薄膜102。因此，即使在金屬桿103或金屬基體101中發(fā)生熱膨脹，也可以防止對金剛石薄膜102的損傷。雖然側(cè)面之間的拐角部分107被金剛石薄膜102涂覆，但在拐角部分107上的金剛石薄膜102不是整體形成的，因此，即使在金屬基體101中發(fā)生熱膨脹，金剛石薄膜102也不受到損傷。稍后將結(jié)合對箱狀形狀的金屬基體101的制造工序的說明，更詳細(xì)地說明拐角部分107的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)具有伸長引線的常規(guī)金屬材料被金剛石薄膜整體涂覆時，一旦開始放電，由熱膨脹導(dǎo)致的體積變化即趨向于被限制，因此，在金剛石薄膜上被施加負(fù)荷。結(jié)果，該負(fù)荷引起損傷，例如金剛石薄膜中的裂縫。
為解決這個問題，在本實施例中，金屬基體101的拐角部分106沒有被金剛石薄膜102涂覆，如圖2所示。因此，即使在金屬桿103或金屬基體101中發(fā)生熱膨脹，由熱膨脹導(dǎo)致的金剛石薄層102的體積變化也不被限制。因此，由熱膨脹導(dǎo)致的負(fù)荷沒有被施加于金剛石薄膜102上，從而可以防止對金剛石薄膜102的損傷。
接下來，將說明使用冷陰極100的冷陰極放電燈。圖3示出了在使用冷陰極100的冷陰極放電燈200中發(fā)生的現(xiàn)象。在圖3中，在玻璃管201中包含微量的汞202和氬(Ar)203，并且沿著玻璃管201的內(nèi)壁形成由熒光材料構(gòu)成的熒光膜204，該熒光材料由紫外射線產(chǎn)生可見光。在玻璃管201的兩端處設(shè)置冷陰極100。在本實施例中，玻璃管201中包含的氣體不局限于氬(Ar)氣體203，可以是任何惰性氣體。
這里，“惰性氣體”為非常穩(wěn)定且不易與其它元素化合的氣體。這類惰性氣體的實例包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)。
當(dāng)通過伸長引線105從外部對該冷陰極放電燈200中的冷陰極100施加高電壓時，冷陰極100開始放電。一旦放電開始，電離的被包含氣體與形成冷陰極100的放電面的金剛石薄膜102碰撞，從而引起二次電子發(fā)射。結(jié)果，從每個金剛石薄膜102發(fā)射電子205。然后這些電子205被加速，從而與被包含的氣體的原子碰撞，并使這些原子電離。這里，建立碰撞和電離的循環(huán)。因此，維持放電所需的電壓變得低于放電起始時所需的電壓。當(dāng)與電子205或者與電離的或受激勵的被包含的惰性氣體碰撞時，被包含的汞202受激勵，從而產(chǎn)生紫外射線206。紫外射線206與熒光膜204碰撞，結(jié)果熒光膜204的熒光材料受激勵并產(chǎn)生可見光207。
在包括具有金剛石薄膜的冷陰極100的冷陰極放電燈200中，由于金剛石的高二次發(fā)射效率，放電起始電壓和放電維持電壓變低，因此，可以降低光發(fā)射所需的電力。從而可以提高發(fā)光效率。
接下來，說明根據(jù)本發(fā)明的用于放電燈的冷陰極的制造方法。圖4A至4D示出了在本實施例的冷陰極100中其上形成有金剛石薄膜102的箱狀金屬構(gòu)件101的制造工序。如圖4A所示，蝕刻金屬板以制造這樣的十字形狀，以便成為具有開口的箱狀結(jié)構(gòu)。不特別設(shè)定金屬板的厚度，但優(yōu)選如此薄，以在后續(xù)階段中可進(jìn)行彎曲加工。
如圖4B所示，在十字形狀的金屬基體101中，利用抗蝕劑旋涂這樣的部分，并對其曝光和顯影，所述部分在將金屬基體101組裝為矩形平行六面體后在將成為端面的十字形狀的中央部分與將成為上、下、左、右側(cè)面的側(cè)面部分之間被彎曲。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形40l其上形成抗蝕劑圖形401的部分將成為在形成箱狀結(jié)構(gòu)之后的彎曲部分。
同樣地，利用抗蝕劑旋涂這樣的部分，并對其曝光和顯影，所述部分在將十字形狀的板彎曲形成三維形狀后將成為金屬桿103將與其接合的接合部分。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形402。
抗蝕劑圖形401和402同時形成。
如圖4C所示，金剛石顆粒僅僅附著到其上未形成抗蝕劑圖形401和402的部分金屬基體101。然后通過CVD方法生長金剛石，從而形成金剛石薄膜102。稍后將詳細(xì)說明這些工序。
如圖4D所示，彎曲其上未形成金剛石薄膜102的部分，以形成具有開口403的箱狀結(jié)構(gòu)。該箱狀結(jié)構(gòu)的金屬基體101用于制造冷陰極100。
如上所述，彎曲具有端面和相鄰側(cè)面的十字形狀的板，以形成金屬基體101。因此，一個側(cè)面上的金剛石薄膜102與相鄰側(cè)面上的金剛石薄膜102不是整體形成的。相反地，在每個側(cè)面上的金剛石薄膜102獨(dú)立于其它側(cè)面上的金剛石薄膜而形成。包括端面與側(cè)面之間的拐角部分106以及側(cè)面之間的拐角部分107的整個金屬基體101并非整體被金剛石薄膜涂覆。因此，即使在金屬基體101中發(fā)生熱膨脹，拐角部分106和拐角部分107處的金剛石膜102不受損傷。
接下來，說明制造根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本實施例的冷陰極100的操作。圖5是示出了根據(jù)本實施例的操作中的工序的流程圖。
首先，通過蝕刻制造希望形狀的金屬基體101，該金屬基體101可通過使板狀的金屬材料彎曲而變成箱狀結(jié)構(gòu)(步驟S501)。對金屬基體101的處理并不限于蝕刻，也可以利用常規(guī)切割工具進(jìn)行。
接下來，利用抗蝕劑旋涂金屬基體101，然后在預(yù)定部分處對其曝光和顯影，由此形成抗蝕劑圖形401和402(步驟S502)。以上已說明了其上形成有抗蝕劑圖形401和402的該預(yù)定部分，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
將其上形成有抗蝕劑圖形401和402的金屬基體101浸入通過將金剛石顆粒分散于乙醇中而制得的懸濁液中，并通過超聲清洗器清洗該金屬基體101(步驟S503)。通過這樣做，將金剛石顆粒附著到金屬基體101的表面。在通過CVD形成金剛石膜之前的金剛石顆粒的附著稱為“引晶”，其通常用于形成金剛石膜。因此，在此不再重復(fù)對“引晶”的解釋。
然后去除抗蝕劑圖形401和402(步驟S504)。結(jié)果，金屬基體101使金剛石顆粒僅僅保留在其上未形成抗蝕劑圖形的部分上。
利用金剛石顆粒作為籽晶，通過等離子體CVD生長金剛石，從而僅僅在金剛石顆粒附著到其上的部分金屬基體101上形成金剛石薄膜102(步驟S505)。在本實施例中，利用含有熔化的B2O3的丙酮-甲醇的混合物，通過等離子體CVD形成金剛石薄膜102。通過對溶液的氫氣起泡，將作為碳源的丙酮-乙醇混合物以及作為硼源的B2O3引入室中。通過這樣做，形成厚度為例如約10μm、具有導(dǎo)電性的多晶金剛石薄膜102。該金剛石薄膜102摻雜有硼(B)。本實施例的形成金剛石薄膜的方法不限于等離子體CVD。
接下來，在未用金剛石薄膜102涂覆的部分處彎曲金屬基體101，該部分是其上形成有抗蝕劑圖形401的部分。這時，制造出具有開口的箱狀結(jié)構(gòu)(步驟S506)。進(jìn)行該彎曲，以使其上形成有金剛石薄膜102的面成為箱狀結(jié)構(gòu)的外表面。金屬基體101在彎曲前后的形狀已經(jīng)結(jié)合圖4A至4D說明過，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
通過箱狀金屬基體101的開口403插入金屬桿103之后，利用接合構(gòu)件104將金屬桿103固定到金屬基體101(步驟S507)。其上安裝有接合構(gòu)件104的部分是其上未形成金剛石薄膜102的部分或者其上形成抗蝕劑圖形402的部分。因此，在其上安裝有接合構(gòu)件104的部分處，金剛石薄膜未受損傷。
在膜形成之后，金剛石薄膜102的表面被氫化并具有負(fù)電子親和勢。因此，改善了電子發(fā)射特性，且提高了放電效率。從而制造出冷陰極100。
上述工序僅僅是制造本實施例的冷陰極100的工序的實例，本發(fā)明不限于此。
在上述工序中，在彎曲部分和通過接合構(gòu)件104被固定的部分上形成抗蝕劑圖形，以防止金剛石顆粒附著到這些部分，并阻礙在這些部分處形成金剛石薄膜102。因此，在彎曲處理和接合處理中金剛石薄膜102未受損傷，從而防止整個金剛石薄膜102在彎曲部分和接合部分處剝落。
雖然金剛石薄膜102的表面為氫封端的，它可以通過將金剛石薄膜102浸入硫酸過氧化氫溶液中而為酸性封端的(acid-terminated)。
在本實施例中，在被處理成預(yù)定二維形狀的金屬基體101上形成金剛石薄膜102，并彎曲金屬基體101以形成三維結(jié)構(gòu)。通過這種方式，可以很容易地進(jìn)行一直很困難的在三維基體上具有均勻厚度的金剛石薄膜的形成。因此，可以容易地制造出其上形成有厚度均勻的金剛石膜的冷陰極。因為以平面狀態(tài)在金屬基體101上通過CVD形成金剛石膜之后彎曲金屬基體101，所以可以制造出具有均勻厚度的金剛石膜的冷陰極。此外，因為金剛石膜的均勻厚度，預(yù)期可以從陰極獲得高的放電效率和更長的使用壽命。
因此，在不利用復(fù)雜的薄膜形成方法的條件下，可以低成本大規(guī)模制造涂覆有金剛石的冷陰極。
在通過上述方法制造的冷陰極放電燈200中，冷陰極100涂覆有具有高二次發(fā)射效率的金剛石。因此，與利用包含金屬例如鎳的常規(guī)冷陰極的冷陰極放電燈相比，放電起始電壓和維持電壓都大大降低。因此，利用該冷陰極放電燈200，可以實現(xiàn)節(jié)能，并可以獲得高的放電效率。并且，由于金剛石具有低的濺射率，使用冷陰極100的冷陰極放電燈200可以具有長的使用壽命。
此外，每個冷陰極100的拐角部分未被金剛石薄膜涂覆。即使冷陰極100的金屬桿或金屬基體膨脹，也不會損傷金剛石薄膜。因此，可以實現(xiàn)長的使用壽命。
如上所述，在本實施例中，以平面狀態(tài)在金屬基體101上形成金剛石薄膜102，然后將金屬基體101彎曲形成三維結(jié)構(gòu)。通過這種方式，消除了在非平面基體上形成金剛石膜的困難，并且利用金剛石的高二次發(fā)射效率和低濺射率，可以低成本制造具有高放電效率和長使用壽命的冷陰極放電燈。
冷陰極放電燈200可以用于例如等離子體顯示器等設(shè)備中。
本實施例不限于上述結(jié)構(gòu)，而是可以如下的各種方式作出修改。
在上述第一實施例中，其上形成有金剛石薄膜102的箱狀金屬基體101形成為具有開口403的矩形平行六面體。然而，金屬基體101的箱狀形狀不限于矩形平行六面體。箱狀形狀可以是立方體形狀、多面體形狀、或柱體形狀，只要其可被安裝在具有伸長引線的金屬桿103上并可被通電。
在第一實施例的第一修改中，解釋了將一個端面上具有開口的八角柱狀結(jié)構(gòu)用作其上形成有金剛石薄膜的箱狀金屬基體。本修改的冷陰極的制造工序和結(jié)構(gòu)與第一實施例中的相同，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
圖6A至6D示出了根據(jù)本修改的其上形成有金剛石薄膜并用于冷陰極的八角柱狀金屬基體601的制造工序。如圖6A所示，蝕刻金屬板，以制造將成為具有開口的八角柱狀結(jié)構(gòu)的金屬板。不特別設(shè)定金屬板的厚度，但優(yōu)選如此薄，以便在后續(xù)階段中可進(jìn)行彎曲加工。
如圖6B所示，在金屬基體601中，利用抗蝕劑旋涂這樣的部分，并對其曝光和顯影，所述部分在組裝后將成為端面的中央部分與將成為側(cè)面的在八個方向上延伸的側(cè)面部分之間被彎曲。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形602。
同樣地，利用抗蝕劑旋涂側(cè)面部分的端部，并對其曝光和顯影。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形603。
抗蝕劑圖形602和603同時形成。
如圖6C所示，金剛石顆粒僅僅附著到其上未形成抗蝕劑圖形602和603的部分金屬基體601。然后利用該金剛石顆粒作為籽晶，通過CVD方法生長金剛石，以形成金剛石薄膜604。形成金剛石薄膜604的詳細(xì)工序與第一實施例中的相同，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
如圖6D所示，彎曲其上未形成金剛石薄膜604的部分，以形成具有開口605的八角柱狀結(jié)構(gòu)。該八角柱狀結(jié)構(gòu)的金屬基體601用于制造冷陰極。
然后將八角柱狀的金屬桿安裝在如上所述制造的八角柱狀金屬基體601上。通過接合構(gòu)件將金屬桿接合到金屬基體601，以形成冷陰極。因為冷陰極放電燈是矩形管形狀，更接近圓柱體形狀的金屬基體可以在相同內(nèi)徑的情況下具有更大面積的金剛石薄膜。用八角柱形狀代替矩形平行六面體形狀，本修改的冷陰極更接近圓柱體形狀。因此，采用本修改中的八角柱形狀，涂覆冷陰極的金剛石薄膜的面積更大。從而放電面積變大，并可以獲得更大的放電電流。
并且，與第一實施例一樣，在陰極中使用具有高二次發(fā)射效率的金剛石薄膜。因此，可大幅降低放電電壓。
雖然在根據(jù)第一實施例的冷陰極100中，僅僅金屬基體101的外表面涂覆有金剛石薄膜102，本發(fā)明的第二實施例提供這樣的冷陰極，其金屬基體的兩個表面都涂覆有金剛石薄膜。
圖7為根據(jù)第二實施例的冷陰極700的截面圖。如圖7所示，冷陰極700包括金屬桿103，具有用于從外部施加電壓的伸長引線105；矩形金屬基體701，在兩個相對的面上具有開口；金剛石薄膜702，形成在金屬基體701的外表面和內(nèi)表面上；以及接合構(gòu)件104，用于將金屬基體701接合到金屬桿103。在以下說明中，與第一實施例中相同的部件用與第一實施例中使用的標(biāo)號相同的標(biāo)號表示。
用于金屬基體701的金屬與第一實施例中的相同。在金屬基體701上形成金剛石薄膜702。形成金剛石薄膜702的工序?qū)⑸院笳f明。
圖8是根據(jù)本實施例的冷陰極700的外部視圖。通過其從而將金屬桿103插入的面以及與其相對的面開口，且矩形的金屬基體701的內(nèi)表面涂覆有金剛石薄膜702。該結(jié)構(gòu)實際上用作杯狀結(jié)構(gòu)。因此，本實施例的冷陰極700體現(xiàn)了具有開口的杯狀冷陰極。通過彎曲未被金剛石薄膜702涂覆的彎曲部分，形成圖8所示的金屬基體701。
冷陰極700將電子圈閉(trap)在杯狀結(jié)構(gòu)中，從而利用電子來提高氣體電離效率。這就是所謂的空心(hollow)效應(yīng)。利用空心效應(yīng)，可進(jìn)一步降低放電電壓，從而獲得更大的放電電流。因此，與僅僅增大金剛石薄膜的面積的效果相比，可以獲得有關(guān)放電電壓的更強(qiáng)效果。在這種結(jié)構(gòu)中，從陰極發(fā)射的電子在相對面上被陰極返回，因此可以提高電離效率，并獲得更低的放電電壓。
與第一實施例中的拐角部分一樣，在側(cè)面之間的拐角部分703不是整體地被金剛石薄膜702涂覆。因此，即使在金屬基體701中發(fā)生熱膨脹，金剛石薄膜702也不受損傷。
圖9A至9F示出了用于本實施例的冷陰極700且其上形成有金剛石薄膜702的矩形金屬基體701的制造工序。
如圖9A所示，蝕刻金屬板，以制造具有四個側(cè)面以及連接這四個側(cè)面的部分的金屬板701，其中相對的端面開口。不特別設(shè)定金屬板的厚度，但應(yīng)優(yōu)選如此薄，以在后續(xù)階段中可進(jìn)行彎曲加工。當(dāng)形成矩形時，彎曲使側(cè)面互相連接的部分，或者說這些部分用作彎曲部分。
如圖9B所示，在金屬板701中，利用抗蝕劑旋涂將側(cè)面互相連接的部分，并對其曝光和顯影。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形901。
同樣地，利用抗蝕劑旋涂在形成三維結(jié)構(gòu)后接合構(gòu)件將安裝于其的部分，并對其曝光和顯影。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形902。
抗蝕劑圖形901和902同時形成。
如圖9C所示，金剛石顆粒僅僅附著到其上未形成抗蝕劑圖形901和902的部分金屬基體701上。利用該金剛石顆粒作為籽晶，生長金剛石，以形成金剛石薄膜702。形成金剛石薄膜702的工序與第一實施例中的相同，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。通過該步驟，在金屬基體701的一個表面上形成金剛石薄膜702。
如圖9D所示，接下來翻轉(zhuǎn)金屬基體701，并利用抗蝕劑旋涂與圖9D所示的相同的部分，并對其曝光和顯影。通過這種方式，形成抗蝕劑圖形901和902。
如圖9E所示，金剛石顆粒僅僅附著到其上未形成抗蝕劑圖形901和902的部分金屬基體701。利用該金剛石顆粒作為籽晶，通過CVD生長金剛石，以形成金剛石薄膜702。通過該步驟，在金屬基體701的另一個表面上形成金剛石薄膜702。
如圖9F所示，在連接側(cè)面且其上未形成金剛石薄膜702的部分處彎曲金屬基體701，以形成在兩個端面具有開口903和904的矩形。雖然在圖9F中看不到，開口904形成在與具有開口903的面相對的面上。使用該矩形金屬基體701，制造出冷陰極700。將側(cè)面互相連接的部分在圖9F中沒有示出。為了便于解釋，連接側(cè)面的這些部分在圖8中也沒有示出。在如上所述制造的冷陰極700中，在側(cè)面之間的拐角部分703不是整體地被金剛石薄膜702涂覆。從而可以保護(hù)金屬基體701不受由熱膨脹引起的損傷。
通過以這種方式形成金屬基體701，消除了在杯狀金屬基體的內(nèi)表面上形成金剛石薄膜的困難，從而可以獲得與使用涂覆有金剛石薄膜的杯狀金屬基體的冷陰極中的相同的放電電壓。并且，可以容易地制造冷陰極700。
接下來，說明具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本實施例的冷陰極700的制造操作。圖10是示出了根據(jù)本實施例的操作工序的流程圖。
首先，通過蝕刻制造這樣的具有希望形狀的金屬基體701，其可以通過在預(yù)定部分處彎曲金屬材料而變成矩形管形狀(步驟S1001)。在本說明中，將首先被處理的表面設(shè)定為外表面，稍后將被處理的表面設(shè)定為金屬基體701的內(nèi)表面。然而，這樣定義表面的目的是為了便于解釋，外表面與內(nèi)表面之間沒有差別。將被彎曲的部分已在圖9A至9F中示出，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
接下來，利用抗蝕劑旋涂金屬基體701的外表面，然后在預(yù)定部分處對其曝光和顯影，由此形成抗蝕劑圖形901和902(步驟S1002)。其上形成抗蝕劑圖形901和902的預(yù)定部分已在上文中說明過，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
將其上形成有抗蝕劑圖形901和902的金屬基體701的表面浸入通過將金剛石顆粒分散于乙醇中而制得的懸濁液中，并用超聲清洗器清洗該金屬基體701的表面(步驟S1003)。
然后去除抗蝕劑圖形901和902(步驟S1004)。
利用該金剛石顆粒作為籽晶，通過等離子體CVD生長金剛石，結(jié)果僅僅在金剛石顆粒附著到其上的部分金屬基體701上形成金剛石薄膜702(步驟S1005)。金剛石薄膜702的形成與第一實施例中的相同，因此，在此不再重復(fù)對金剛石膜形成的解釋。
接下來，翻轉(zhuǎn)金屬基體701(步驟S1006)。在內(nèi)表面上重復(fù)在金屬基體701的外表面上進(jìn)行的步驟S1002至S1005的工序(步驟S1007至S1010)。
在金屬基體701的兩個表面上都形成金剛石薄膜702之后，在未用金剛石薄膜702涂覆的部分處彎曲金屬基體701，這些部分是其上形成抗蝕劑圖形901的部分。這時，制造出在兩端具有開口的矩形管形狀(步驟S1011)。金屬基體701在彎曲前后的形狀已經(jīng)結(jié)合圖9A至9D說明過，因此，在此不再重復(fù)對其的解釋。
通過矩形金屬基體701的一個開口插入金屬桿103之后，利用接合構(gòu)件104將金屬桿103接合到金屬基體701(步驟S1012)。其上安裝有用于接合金屬基體701與金屬桿103的接合構(gòu)件104的部分是其上未形成金剛石薄膜102的部分或者其上形成抗蝕劑圖形902的部分。因此，在接合時金剛石薄膜不受損傷。
在膜形成之后，金剛石薄膜702的表面被氫化并具有負(fù)電子親和勢。因此，改善了電子發(fā)射特性，且提高了放電效率。從而制造出冷陰極700。當(dāng)然，在金屬基體701的兩個表面上形成的金剛石薄膜702上都進(jìn)行氫等離子體處理。
通過上述工序，可以制造出冷陰極700。然而，上述工序僅僅是制造本實施例的冷陰極700的工序的實例，本發(fā)明并不限于此。
在上述工序中，在彎曲部分和將通過接合構(gòu)件104被固定的部分上形成抗蝕劑圖形，以防止金剛石顆粒附著到這些部分，從而阻礙在這些部分形成金剛石薄膜702。因此，在彎曲處理和接合處理中金剛石薄膜702未受損傷，且防止整個金剛石薄膜702在彎曲部分和接合部分處剝落。
如上所述，在側(cè)面相互連接的部分處彎曲金屬基體701。因此，一個側(cè)面上的金剛石薄膜702與相鄰側(cè)面上的金剛石薄膜702不是整體形成。相反，每個側(cè)面上的金剛石薄膜702獨(dú)立于其它側(cè)面上的金剛石薄膜702而形成。包括拐角部分703的整個金屬基體701不是整體地被金剛石薄膜涂覆。因此，即使發(fā)生了熱膨脹，金剛石薄膜702并不限制體積的變化。從而在金剛石薄膜702上不會施加負(fù)荷，金剛石膜702不會受損傷。
與第一實施例中一樣，在本實施例中將具有高二次發(fā)射效率的金剛石薄膜用于每個陰極，從而大幅降低放電電壓。杯狀形狀的冷陰極700將電子圈閉在杯狀結(jié)構(gòu)中，以利用電子提高氣體電離效率。這就是所謂的空心效應(yīng)。利用空心效應(yīng)，進(jìn)一步降低放電電壓，從而獲得更大的放電電流。
通過根據(jù)本實施例的制造冷陰極的方法，金屬基體形成為具有四個側(cè)面的矩形管形狀。然而，金屬基體的形狀不限于此，且金屬基體可以具有各種形狀。如第一實施例的修改中所示，可以制造更接近杯狀結(jié)構(gòu)的八角柱狀冷陰極，以獲得更高的放電效率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于放電燈的冷陰極、冷陰極放電燈以及用于放電燈的冷陰極的制造方法適用于這樣的設(shè)備，當(dāng)使用冷陰極放電燈時，該設(shè)備預(yù)期具有長使用壽命并消耗較少電能，例如用于液晶顯示器的背光源。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易想到其它優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更寬的方面不限于在此示出和說明的具體細(xì)節(jié)和示例性實施例。因此，只要不偏離由所附的權(quán)利要求書及其等同替換所限定的總發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于放電燈的冷陰極，包括具有彎曲部分的金屬板；形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的面上的金剛石膜；以及安裝在所述金屬板上的金屬構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極，其中所述金剛石膜形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的兩面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極，其中所述金屬板為具有1000℃或更高的熔點(diǎn)的金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極，其中所述金剛石膜為氫封端的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極，其中所述金屬板被設(shè)計為具有開口的箱狀形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的冷陰極，其中所述金屬板被設(shè)計為具有兩個相對的開口的柱體形狀，以及所述金屬構(gòu)件安裝在所述兩個開口中的一個中。
7.一種冷陰極放電燈，包括冷陰極，包括具有彎曲部分的金屬板、形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的面上的金剛石膜、以及安裝在所述金屬板上的金屬構(gòu)件；玻璃管，其中具有所述冷陰極，并具有涂覆于其內(nèi)壁的熒光材料；以及惰性氣體，包含在所述玻璃管中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的冷陰極放電燈，其中所述冷陰極的所述金剛石膜形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的兩面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的冷陰極放電燈，其中所述冷陰極的所述金屬板為具有1000℃或更高的熔點(diǎn)的金屬材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的冷陰極放電燈，其中所述冷陰極的所述金剛石膜為氫封端的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的冷陰極放電燈，其中所述冷陰極的所述金屬板被設(shè)計為具有開口的箱狀形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的冷陰極放電燈，其中所述冷陰極的所述金屬板被設(shè)計為具有兩個相對的開口的柱體形狀，以及所述冷陰極的所述金屬構(gòu)件安裝在所述兩個開口中的一個中。
13.一種制造用于放電燈的冷陰極的方法，包括以下步驟在金屬板的預(yù)定區(qū)域上形成金剛石膜，所述金屬板通過彎曲變成具有開口的三維結(jié)構(gòu)；通過彎曲其上形成有所述金剛石膜的所述金屬板，形成具有開口的所述三維結(jié)構(gòu)；在所述開口中安裝金屬桿；以及將所述金屬桿固定到所述金屬板。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述形成的三維結(jié)構(gòu)具有箱狀形狀。
15.一種制造用于放電燈的冷陰極的方法，包括以下步驟在通過彎曲變成具有開口的三維結(jié)構(gòu)的金屬板的部分上形成抗蝕劑圖形，所述部分包括在所述金屬板被彎曲變成所述三維結(jié)構(gòu)處的部分以及在用于將金屬桿固定到所述金屬板的接合構(gòu)件處的部分；將金剛石顆粒附著到其上形成有所述抗蝕劑圖形的所述金屬板；從其上附著有所述金剛石顆粒的所述金屬板去除所述抗蝕劑圖形；在所述金剛石顆粒被附著于其的區(qū)域上形成金剛石膜；通過彎曲其上形成有所述金剛石膜的所述金屬板，形成所述三維結(jié)構(gòu)；在由所述金屬板形成的三維結(jié)構(gòu)的所述開口中安裝所述金屬桿；以及安裝用于將所述金屬桿固定到所述金屬板的所述接合構(gòu)件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述形成的三維結(jié)構(gòu)具有箱狀形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中以下步驟在所述金屬板的兩個表面上都進(jìn)行形成所述抗蝕劑圖形，將所述金剛石顆粒附著到其上形成有所述抗蝕劑圖形的所述金屬板，從其上附著有所述金剛石顆粒的所述金屬板去除所述抗蝕劑圖形，以及形成所述金剛石膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成的三維結(jié)構(gòu)具有柱體形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述附著所述金剛石顆粒的步驟包括通過等離子體CVD將所述金剛石顆粒附著到其上形成有所述抗蝕劑圖形的所述金屬板上。
全文摘要
一種用于放電燈的冷陰極包括具有彎曲部分的金屬板；形成在除了所述彎曲部分以外的所述金屬板的面上的金剛石膜；以及安裝在所述金屬板上的金屬構(gòu)件。
文檔編號H01J9/02GK1921065SQ20061011542
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者小野富男, 酒井忠司, 佐久間尚志, 吉田博昭, 鈴木真理子 申請人:株式會社東芝