專利名稱：冷陰極熒光燈及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷陰極熒光燈以及制造冷陰極熒光燈的方法，具體地 講，涉及壽命被延長的冷陰極熒光燈以及制造長壽命冷陰極熒光燈的方 法。
背景技術：
因為冷陰極熒光燈具有優(yōu)良的特性例如高亮度、高演色性、長壽命和 低功耗，所以它們通常用作液晶顯示單元的背光、傳真等的用于讀取圖像 的光源、復印機的擦除器光源以及各種顯示單元。在這種冷陰極熒光燈中， 電壓被施加到設置在透明管例如玻璃管的兩個端部附近的電極，稀有氣體 和汞被密封地保持在所述透明管的內部，由此導致出現(xiàn)在透明管內的微量 電子碰撞電極，從而導致二次電子被釋放并且產(chǎn)生輝光放電。結果，由輝 光放電激發(fā)的汞輻射紫外線，并且設置在透明管的內壁上的熒光物質接收 紫外線并發(fā)出可見光。作為冷陰極熒光燈的電極，使用一對需要低施加電壓并能夠降低功耗 的杯狀電極，這些電極在兩端附近安裝在透明管的內部，使得杯狀開口彼 此相對。這種電極由鎳制成，因為鎳能夠容易地處理，它的熔化溫度低至 大約120(TC，并且這種金屬對汞、稀有氣體等的離子具有優(yōu)良的抗濺射性。 為了提高電極的抗濺射性并抑制由于帶有濺射的電極物質的汞合金的形 成而導致的汞的消耗，利用鉬、鈮等代替鎳制成電極也是公知的。作為冷陰極熒光燈的這種電極，已經(jīng)公開例如從由鈮、鉬、鉭和鎢構 成的組中選擇的一種或多種金屬材料的多孔物質形成的并在表面上具有 0.1,至5,的連續(xù)凸起和凹陷的電極材料(專利文件l)。另外，己經(jīng)公開了由平均粒子直徑不大于10(Him的單質金屬(例如鴿、鈮、鉭、鉬和錸) 的微粒燒結物或者這些金屬的合金的微粒燒結物構成的冷陰極(專利文件 2)。然而，鉬(熔點2622°C)、鈮(熔點1950°C)等具有高熔點，難 以制造能夠完全熔化這些金屬的熱熔爐。這些金屬本身是昂貴的，此外， 用于制造電極的高溫熱熔爐的制造需要高成本。由于這個原因，通常使用 通過在大約100(TC燒結這些金屬而制成的鑄錠或材料線來制造電極。然 而，在以不高于熔點的溫度成形的鑄錠或材料線中，留有原料的微粒邊界。 使用留有原料的微粒邊界的鑄錠或材料線制成的電極被從原料的微粒邊 界選擇性地濺射。如果由對汞和稀有氣體的離子等不具有足夠的抗濺射性 的鉬和鈮制成的這種電極應用于微粒級冷陰極熒光燈，則會發(fā)生問題。本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了具有改進的抗濺射性的電極的冷陰極熒光燈，所 述電極由這樣的材料形成，該材料含有鎳或鎳合金作為主要成分并且具有 還原作用的金屬例如鈦、鋯和鉿被添加到其中(專利文件3)。在冷陰極熒 光燈的制造過程中，當電極被加熱以連接導線時，鈦、鋯和鉿等的金屬原 子首先被氧化，并且抑制了作為主要成分的鎳或鎳合金的氧化，結果可以 抑制電極的抗濺射性的降低。即使在使用銅-科瓦鐵鎳鈷合金(Koval)雙 結構的導線的情況下，也可以在低溫下執(zhí)行導線到具有低熔點的電極的連 接，并且抑制了連接期間銅從導線外流，這樣可以抑制由于銅外流而導致 空穴產(chǎn)生。由于這個原因，在冷陰極燈的使用期間由電極產(chǎn)生的熱可以被 很好地輻射。包含在鎳或鎳合金中的金屬例如鈦、鋯和鉿的氧化易于不均 勻地分布在鎳或鎳合金的晶粒邊界處，因此，鎳或鎳合金的晶粒間的鍵合 被這些金屬氧化物加強。當這樣的材料用在電極中時，電極獲得優(yōu)良的抗 濺射性。[專利文件l]日本專利特許公開No.2006-156151 [專利文件2]日本專利特許公開No.2004-178875 [專利文件3]日本專利特許公開No.2006-228615發(fā)明內容本發(fā)明的目的是為了提供一種冷陰極熒光燈及其制造方法，所述冷陰極熒光燈包含電極，該電極具有更好的抗濺射性并且能夠通過使用作為主 要成分的鎳或鎳合金容易地以低成本制造。本發(fā)明的另一目的是為了提供 一種長壽命冷陰極熒光燈及其制造方法，所述長壽命冷陰極熒光燈使得即 使當使用銅-科瓦鐵鎳鈷合金雙結構的導線時也能夠在燈的使用期間很好 地執(zhí)行從電極的熱輻射。本發(fā)明人致力于研究，并得知當電極具有由鎳和鎳合金構成的平均顆粒直徑不大于25pm的晶粒的微觀結構時電極的抗濺射性是優(yōu)良的。本發(fā) 明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將規(guī)定量的釔添加到鎳或鎳合金中可以更加容易地形 成這種鎳或鎳合金的晶粒微觀結構。本發(fā)明人能夠基于這些知識完成本發(fā) 明。也就是說，本發(fā)明涉及一種冷陰極熒光燈，包括在內部空間中保持 稀有氣體和汞的透明管，透明管的兩端被氣密性密封；設置在透明管的內 壁上的熒光物質層；設置在透明管內部兩端附近的電極；以及用于將電極 連接到電源的導線，其中，所述電極具有由平均微粒直徑不大于25^im的 作為主要成分的鎳或鎳合金的晶粒構成的微觀結構。另外，本發(fā)明涉及一種制造冷陰極熒光燈的方法，所述冷陰極熒光燈 包括在內部空間中保持稀有氣體和汞的透明管，透明管的兩端被氣密性 密封；設置在透明管的內壁上的熒光物質層；設置在透明管內部兩端附近 的電極；以及用于將電極連接到電源的導線，所述方法包括步驟通過將 釔與作為主要成分的含鎳金屬或鎳合金混合來形成鑄錠或材料線；和由所 述鑄錠或材料線形成具有由平均微粒直徑不大于25pm的晶粒構成的微觀結構的電極。本發(fā)明的冷陰極熒光燈具有電極，其中，鎳或鎳合金被用作主要成分， 并且抗濺射性優(yōu)良。這樣的電極能夠容易地以較低成本制造。即使當使用 銅-科瓦鐵鎳鈷合金雙結構的導線時，本發(fā)明的冷陰極熒光燈也能夠在燈 的使用期間很好地執(zhí)行從電極的熱輻射并具有長壽命。


圖l是本發(fā)明的冷陰極熒光燈的例子的示意性剖視圖； 圖2是圖1中所示的電極的例子的示意性透視圖。優(yōu)選實施方式本發(fā)明的冷陰極熒光燈的特征在于包括在內部空間中保持稀有氣體 和汞的透明管，管的兩端被氣密性密封；設置在透明管的內壁上的熒光物 質層；設置在透明管內部兩端附近的電極；以及用于將電極連接到電源的 導線。在這個冷陰極熒光燈中，電極具有由平均微粒直徑不大于25pm的 作為主要成分的鎳或鎳合金的晶粒構成的微觀結構。作為本發(fā)明的冷陰極熒光燈中使用的透明管，可以使用任何材料例如 玻璃(如硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硼硅酸鋅玻璃、鉛玻璃和鈉玻璃)制成 的透明管，只要它們由透射可見光的材料制成?？梢允褂萌魏涡螤畹耐该?管，例如直管型和彎曲管型。可以使用任何管徑的透明管，管徑的例子包 括1.5mm到6.0mm。熒光物質層設置在透明管的內壁表面的幾乎整個區(qū)域上。熒光物質層 包含受汞輻射的紫外線(將在后面描述)激發(fā)并發(fā)射可見光的熒光物質。 發(fā)射期望波長的光的這種熒光物質可以根據(jù)使用目的來選擇，其具體例子 包括磷酸鹽(halphosphate)熒光物質和稀土元素熒光物質。也可以通過 適當?shù)亟M合這些熒光物質來使得發(fā)射白光。優(yōu)選的是，熒光物質層的厚度 不小于llpm但不大于28iim。使得從氬、氙、氖等中適當選擇的引入到透明管中的稀有氣體碰撞被 電離的電子，并成為氣體離子，導致電子放電開始，并維持電子放電。優(yōu) 選地，引入到透明管中的稀有氣體的量使得當冷陰極熒光燈發(fā)光時蒸汽壓 力為例如5000Pa至11 OOOPa 。引入到透明管中的汞通過碰撞透明管中產(chǎn)生的放電電子來激發(fā)，并產(chǎn) 生包括波長為253.7nm的紫外線的紫外線，因而受紫外線激發(fā)的熒光物質 基于熒光體而發(fā)光。優(yōu)選地，引入到透明管中的汞的量使得當冷陰極熒光 燈發(fā)光時蒸汽壓力為例如lPa至10Pa。設置在透明管的內部兩端的電極具有主要由鎳或鎳合金構成的平均 微粒直徑不大于25pm的晶粒的微觀結構。優(yōu)選地，電極中作為主要成分 的鎳的含量質量百分比不小于70%。鎳合金可以為任何狀態(tài)，例如固溶體、 金屬互化物、以及兩者的混合物。鎳合金的例子包括含鎳和從鎂、鋁、硅、鈦、鉻、錳、鐵、鈷、鋅、鎵、鍺、鍶、鋯、鈮、鉬等中選擇的任一種或 兩種或更多種元素的合金。優(yōu)選地，鎳合金中除鎳之外的金屬含量為一種金屬的含量的質量百分比為0.01%至2%。鎳作為主要成分而被包含，因此，電極具有低熔點，當導線連接到電極時，可以抑制導線的劣化、對導線的損壞等。另外，優(yōu)選地，上述電極含有釔。含釔使得鎳的晶粒能夠被形成為平均微粒直徑不大于25pm精細狀態(tài)。優(yōu)選地，電極中釔含量按質量百分比 不小于0.15%但不大于1.1%。如果電極中釔含量在這個范圍內，則可以確 保鎳的晶粒具有上述范圍內的微粒直徑。另外，優(yōu)選地，電極中的硅含量按質量百分比不大于0.003%。如果電 極中的硅含量按質量百分比不大于0.003%，則鎳的晶粒易于被精細地形成 為具有不大于25^m的平均微粒直徑。此外，除了釔之外，電極可以包含從鋯、鉿、鈦、錳等中選擇的一種 或兩種或更多種元素，鎳的晶?？梢员痪毜匦纬蔀榫哂胁淮笥?5pm的 平均微粒直徑。優(yōu)選地，電極中這些金屬的含量為一種金屬的含量按質量 百分比為0.01%至0.3%，因為這使得能夠形成微觀結構。電極的這種微觀結構通過平均微粒直徑不大于25pm的晶粒來形成。電極的微觀結構使得能夠防止鎳原子等受到稀有氣體離子等濺射。當電極 具有由平均微粒直徑不大于25pm的晶粒形成的微觀結構時，晶粒之間的鍵合狀態(tài)變強，結果提高了對稀有氣體離子等的抗濺射性。從通過包括在 光學顯微鏡下觀察用酸刻蝕的電極的表面的比較方法獲得的微粒直徑中 可以得出電極的晶粒的平均微粒直徑。具體地，通過使用根據(jù)由日本熱處 理協(xié)會(The Japan Society for Heat Treatment, JSHT)編寫的并由K.K.Taiga Shuppan出版的"An Introduction to Metallic Materials and Structures" (pp. 189-193)中公開的方法的方法，可以得出平均微粒直徑。在具有圓形且 直徑為0.8mm的實際視場的光學顯微鏡下利用100x的放大倍數(shù)觀察的影 印尺寸是直徑為80mm的圓中，與標準圖像進行比較并且判斷等效微粒尺 寸號，由此獲得平均微粒直徑。例如，因為25pm的微粒直徑恰好位于微 粒尺寸號7和8的中點7.5，可以獲得微粒直徑的平均值。優(yōu)選地，使用具有杯形的一對電極，因為上述電極使得能夠降低管壓和功耗。利用彼此相對的一對杯形開口，可以在透明管的內部兩端附近形 成兩個電極。雖然可以通過結合板狀鑄錠的切割構件來制造杯形電極，但 是也可以采用包括將構件切割成圓形形狀、對圓形構件沖壓成形使得圓的 中心部分凹下成杯形的方法。另外，通過執(zhí)行被稱為頂鍛機加工的包括將 材料線切割成期望的長度、軸向擊打切割面以形成空穴、以及形成杯形的 空穴的工序可以容易地形成具有微觀結構的電極。根據(jù)透明管的內徑和燈的輸出適當?shù)剡x擇杯的形狀，杯的形狀可以為例如外徑U到2.7mm、長度 3至U7mm。導線連接到本發(fā)明的冷陰極熒光燈的上述電極，用于將電極連接到外部電源。導線可以按這樣的方式安裝導線的一端熔接到電極的底表面，其另一端穿過例如用于密封透明管的端部的密封構件如玻璃珠而突出到 外部。優(yōu)選地，導線具有熱阻，從而防止導線在密封構件連接到透明管時 執(zhí)行加熱而劣化。另外，作為導線，可以使用雙結構的科瓦鐵鎳鈷合金(Koval)線，其中能夠將燈使用期間電極的熱有效地輻射到透明管的外 部的由銅制成的芯線覆蓋有科瓦鐵鎳鈷合金。本發(fā)明的冷陰極熒光燈可以在熒光物質層和透明管之間具有保護層， 用于抑制從汞輻射的紫外線等泄漏到透明管外部，或者用于抑制透明管由 于汞等而劣化。例如，可以通過使用金屬氧化物如氧化釔、氧化鋁和氧化 鈽。在制造冷陰極熒光燈的過程中，所述冷陰極熒光燈包括在內部空間中 保持稀有氣體和汞的透明管，管的兩端被氣密性密封；設置在透明管的內 壁上的熒光物質層；設置在透明管內部兩端附近的電極；以及用于將電極 連接到電源的導線，制造本發(fā)明的冷陰極熒光燈的方法的特征在于通過將釔與作為主要成分的含鎳金屬或鎳合金混合來形成鑄錠或材料線；由所 述鑄錠或材料線形成具有由平均微粒直徑不大于25pm的晶粒構成的微觀結構的電極。在制造本發(fā)明的冷陰極熒光燈的方法中，具體地，含有用于形成電極 的作為主要成分的上述鎳或鎳合金的粉末狀混合物被熔化。對于將要使用 的鎳或鎳合金的微粒直徑，可以使用任何尺寸，因為這些物質在其熔點附 近被熔化。粉末狀的釔被添加到這個熔化物中的量的范圍優(yōu)選地占整體質量百分比為0.15%至1.1%的范圍內。釔的熔點為1490。C，因而憶易于均勻 地熔化在鎳烙化物中。此后，這個熔化物被灌注到制造鑄錠的鑄模中并被模鑄成鑄錠。此外， 通過熱軋和冷軋來處理鑄錠，由此可以將鑄錠形成為0.1mm至0.2mm厚的 片板或者例如直徑為lmm至2.6mm的材料線。在熱軋和冷軋之后，對鑄錠 退火，由此消除內部應力并提高延展性。此后，執(zhí)行表面研磨。通過對材 料線執(zhí)行沖壓成形或頂鍛機處理，可以獲得具有平均微粒直徑不大于 25nm的微觀結構的電極。導線被熔接到電極。在透明管的內壁上形成熒光物質層的過程中，制備上述熒光體物質分 散在溶劑中的分散液。然后，透明管的內壁表面被浸在這種分散液中，或 者通過使用噴射或其他方法將這種分散液涂在透明管的內壁表面上，并對 其干燥以在玻璃管的內表面壁上形成預定厚度的熒光物質層。之后，將電 極布置在透明管的端部，并且用密封構件密封透明管的端部，使得導線穿 過所述密封件。汞和稀有氣體被引入到透明管內，由此完成冷陰極熒光燈 的制造。圖l示出了本發(fā)明的冷陰極熒光燈的例子，該冷陰極熒光燈應用于液 晶面板的背光。在圖l的示意性剖視圖中所示的冷陰極熒光燈l中，由硼硅 酸鹽玻璃制成的玻璃管2的兩端用珠玻璃(bead glass) 3氣密性密封。玻璃 管2的外徑在1.5mm到6.0mm的范圍內，優(yōu)選在1.5mm妾lj5.0mm的范圍內。 在玻璃管2的內壁表面4上，未示出的熒光物質層基本上沿著玻璃管的整個 長度設置。規(guī)定量的稀有氣體和汞被引入到由內壁表面4包圍的玻璃管2的 內部空間5中，內部壓力以幾十大氣壓的因子降低。在玻璃管2的縱向上兩 端，如圖2的放大透視圖所示，布置有一對杯形電極7，杯形開口10彼此相 對。電極具有由平均微粒直徑不大于25pm的鎳晶粒形成的微觀結構。每 條導線9以這樣的方式設置導線9的一端焊接到電極7的底部8，其另一端 穿過珠子玻璃3并伸出到玻璃管2的外部。該冷陰極熒光燈具有顯著改善的抗濺射性和長壽命，因為上述冷陰極 熒光燈具有這樣的電極，該電極具有主要由鎳或鎳合金構成的平均粒子直 徑不大于25pm的晶粒的微觀結構。下面，將基于示例性實施例進一步詳細描述本發(fā)明。9[示例性實施例l]作為原料的鎳被熔化，釔以質量百分比0.72%的量被混合到熔化的鎳 中，并且被均勻混合。此后，這個熔化物被灌注到鑄模中并冷卻。然后反復熱軋和冷軋，并制成厚度為0.2mm的軋制材料。在表面研磨之后對軋制 材料退火和沖壓成形，由此制成外徑為1.7mm且長度為5mm的杯形電極。 帶有0.8mm孔的科瓦鐵鎳鈷合金線被焊接到所獲得的電極的底表面部分， 形成一件構件。通過比較法測量電極的鎳的平均晶粒直徑。鎳的晶粒的平均顆粒直徑 為20,。向具有2.0mm的孔的玻璃管的內壁表面涂敷大約18,厚的熒光物質。 科瓦鐵鎳鈷合金線被熔接到其上的電極被布置到玻璃管的兩端，使得電極 的開口彼此相對，玻璃管的兩端通過玻璃珠密封，科瓦鐵鎳鈷合金線穿過 玻璃珠。之后，引入汞和稀有氣體，由此制成了冷陰極熒光燈。對于所獲得的冷陰極熒光燈，在它以10mA的管電流發(fā)光10000小時之后，從杯狀部分的磨損量觀察抗濺射性是否良好。與比較例l中的磨損量 相比，電極的杯狀部分的磨損量顯著小，并且這些電極具有優(yōu)良的抗濺射 性。[比較例l]除了利用純Ni制造具有平均微粒直徑為45pm的晶粒結構的電極之 外，以與示例性實施例l相同的方式制造冷陰極熒光燈，并使得冷陰極熒 光燈發(fā)光并使用。觀察電極的杯狀部分中的磨損，該冷陰極熒光燈的抗濺射性較差。[示例性實施例2]以與示例性實施例l相同的方式，制備熔化物并將其拉伸成材料線， 最后將其退火，由此制成外徑為1.6mm的線。此后，使線的切割截面的中 間下壓以形成空穴，并且制成外徑為1.7mm且長度為5mm的杯形電極。直 徑為0.8mm的科瓦鐵鎳鈷合金被焊接到所獲得的電極的底表面部分。電極 的鎳晶粒的平均顆粒直徑為18pm。除了使用所獲得的電極之外，以與示例性實施例l相同的方式制造冷 陰極熒光燈，并進行抗濺射性測試。與比較例2中的磨損相比，電極的杯狀部分的磨損很小，并且電極具有優(yōu)良的抗濺射性。 [比較例2]除了使用純Ni制造具有平均微粒直徑為50pm的晶粒結構的電極之 外，以與示例性實施例2相同的方式制造冷陰極熒光燈，并使得冷陰極熒 光燈發(fā)光并使用。觀察電極的杯形部分的磨損，冷陰極熒光燈的抗濺射性較差。明顯的是，冷陰極熒光燈使用具有平均微粒直徑不大于25]im的微觀 結構的電極，其由鎳或鎳合金構成，并且抗濺射性和耐用性優(yōu)良。本發(fā)明的冷陰極熒光燈應用于液晶顯示單元的背光、傳真等的用于讀 取圖像的光源、復印機的擦除光源、以及各種顯示單元，本發(fā)明的冷陰極 熒光燈具有優(yōu)良的特性例如高亮度、高演色性和低功耗，并具有抗濺射性 優(yōu)良的電極，且易于獲得低功耗。此外，本發(fā)明的冷陰極熒光燈使得即使 當使用銅-科瓦鐵鎳鈷合金雙結構的導線時也能夠在燈的使用期間很好地 執(zhí)行從電極的熱輻射。這種冷陰極熒光燈具有長壽命并且很有用。
權利要求
1.一種冷陰極熒光燈，包括透明管，該透明管在內部空間中保持稀有氣體和汞，透明管的兩端被氣密性密封；熒光物質層，其設置在透明管的內壁上；電極，其設置在透明管內部兩端部分附近；以及導線，用于將電極連接到電源；其中，所述電極具有由平均微粒直徑不大于25μm的作為主要成分的鎳或鎳合金的晶粒構成的微觀結構。
2. 根據(jù)權利要求l所述的冷陰極熒光燈，其中，所述電極包含釔，釔 的含量按質量百分比在不少于0.15%至不大于1%的范圍內。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的冷陰極熒光燈，其中，所述電極的硅含 量按質量百分比不大于0.003%。
4. 一種制造冷陰極熒光燈的方法，所述冷陰極熒光燈包括在內部 空間中保持稀有氣體和汞的透明管，透明管的兩端被氣密性密封；設置在 透明管的內壁上的熒光物質層；設置在透明管內部兩端部分附近的電極； 以及用于將電極連接到電源的導線，所述方法包括步驟通過將釔與作為主要成分的含鎳金屬或鎳合金混合來形成鑄錠或材 料線；和由所述鑄錠或材料線形成具有由平均微粒直徑不大于25pm的晶粒構 成的微觀結構的電極。
全文摘要
提供了一種冷陰極熒光燈及其制造方法，所述冷陰極熒光燈包含電極，該電極具有更好的抗濺射性并且能夠通過使用作為主要成分的鎳或鎳合金容易地以低成本制造。還提供了一種長壽命冷陰極熒光燈及其制造方法，所述長壽命冷陰極熒光燈使得即使當使用銅-科瓦鐵鎳鈷合金雙結構的導線時也能夠在燈的使用期間很好地執(zhí)行從電極的熱輻射。在冷陰極熒光燈中，包括在內部空間中保持稀有氣體和汞的透明管，透明管的兩端被氣密性密封；設置在透明管的內壁上的熒光物質層；設置在透明管內部兩端附近的電極；以及用于將電極連接到電源的導線，所述電極具有由平均微粒直徑不大于25μm的作為主要成分的鎳或鎳合金的晶粒構成的微觀結構。
文檔編號H01J9/02GK101252075SQ200810009638
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權日2007年2月20日
發(fā)明者杉村俊和 申請人:Nec照明株式會社