AT8314U1

AT8314U1 - Kaltkathoden-fluoreszenzlampe

Info

Publication number: AT8314U1
Application number: AT0083904U
Authority: AT
Inventors: Andre Dronhofer
Original assignee: Plansee Gmbh
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-05-15
Also published as: CN101061566A; JP2008521176A; WO2006053361A1; EP1812951A1; KR20070084116A

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1), die im wesentlichen ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff (2) beschichtetes Entladungsgefäß (3), das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden (4) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte (5) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen, umfasst, wobei der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Töpfchen (6) oder einer Hülse (7), bevorzugt aus Fe, Ni, Co oder deren Legierungen und des Töpfchen (6) bzw. die Hülse (7) wiederum mit der Hohlkathode (4) verbunden ist.

Description

2 AT 008 314 U1

Die Erfindung betrifft eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die im wesentlichen ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff beschichtetes Entladungsgefäß, das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte aus einem 5 Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen umfasst.

Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen werden als Rückbeleuchtung für Flüssigkristallbildschirme eingesetzt. Eine Niederdruck-Quecksilberentladung erzeugt dabei UV-Strahlung, die durch eine auf der Innenseite des Entladungsgefäßes aufgebrachte Leuchtstoffschicht in sichtbares Licht io umgewandelt wird. Das Entladungsgefäß besteht üblicherweise aus Hartglas, wie beispielsweise Borosilikatglas, und ist zumeist rohrförmig ausgebildet. Im Bereich der Rohrenden befinden sich Elektroden, die in Abhängigkeit vom Lampentyp unterschiedliche Formen aufweisen. Durch den Einsatz von emissionsfördernden Substanzen, die beispielsweise Ba, Sr, Seltenerd-Metalle oder Yttrium enthalten und auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht werden, kann die Elektro-15 nenaustrittsarbeit reduziert werden. Die Kontaktierung der Elektroden erfolgt durch Stromdurchführungsstifte. Diese werden mit dem Entladungsgefäß durch einen Einquetsch- oder einen Einschmelzvorgang vakuumdicht verbunden. Dieser Bereich wird als Glas-Metall-Einquetsch-dichtung bezeichnet. Üblicherweise wird in einem ersten Schritt der Stromdurchführungsstift mit einer Glasperle versehen, die durch das Aufschmelzen eines Glasringes erzeugt wird. Dieser 20 Vorgang wird als Verglasung bezeichnet. In weiterer Folge wird die Glasperle mit dem Entladungsgefäß durch einen Einquetsch- oder Einschmelzvorgang verbunden. Als Werkstoff für die Stromdurchführung kommen Fe-Ni-Co (Kovar) Werkstoffe, Molybdän, Wolfram mit niedrigem, an das Glas angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz. 25 Mit der Miniaturisierung der Flüssigkristall-Bildschirme ist auch eine Miniaturisierung der Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen einhergegangen. Dies hat zur Einführung von Hohlkathoden geführt, wie dies in der JP 1-51148 beschrieben ist. Als Werkstoff für die Hohlkathoden wird üblicherweise Nickel eingesetzt. Die Ni-Hohlkathode ist mit einer Stromdurchführung aus Kovar verschweißt. Für eine weitere Miniaturisierung reicht jedoch die Sputterbeständigkeit von Nickel 30 _ jiichLaus._Deshalb wurdenfürHohlkathoden-sputterbeständigere Werkstoffe wie Niob, Tantal, Wolfram oder Molybdän vorgeschlagen. Diese werden mit Stromdurchführungsstiften aus Molybdän, Wolfram oder Kovar verbunden. Molybdän und Wolfram sind dabei aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft. Auf Grund des hohen Schmelzpunktes und der intrinsischen Sprödigkeit von Wolfram und Molybdän ist eine Direktverschweißung äußerst schwierig und nur 35 unter großem Aufwand möglich. Zudem muss eine Rekristallisation und die damit verbundene Versprödung des Töpfchens vermieden werden. Die Wärmeeintragsmenge ist daher so niedrig wie möglich zu halten. Zudem ist beim Verbindungsvorgang eine genaue Positionierung der Einzelkomponenten von großer Bedeutung, da nur so die engen Toleranzen der Komponente zu erreichen ist. 40

Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die sowohl Hohlkathoden als auch Stromdurchführungsstifte mit hoher Sputterbeständigkeit aufweisen, wobei die Verbindung von Hohlkathode und Stromdurchführung kostengünstig und zuverlässig durchführbar ist. 45

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Die Hohlkathode wird dabei nicht direkt mit dem Stromdurchführungsstift verbunden, sondern die Verbindung erfolgt über ein Töpfchen oder eine Hülse. Das Töpfchen weist dabei einen Innendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes ist. Die Höhe so des Töpfchens bewegt sich vorteilhafter Weise von 0,5x bis 4x Durchmesser des Töpfchens.

Das Töpfchen wird in einem ersten Prozessschritt entweder mit der Hohlkathode oder mit dem Stromdurchführungsstift verbunden. Töpfchen wie Hohlkathode weisen jeweils einen zylindrischen und einen Bodenbereich auf. Die Verbindung Töpfchen / Hohlkathode erfolgt jeweils 55 bodenseitig. Das Töpfchen besteht bevorzugt aus einem Werkstoff mit einem deutlich niedrige- 3 AT 008 314 U1 ren Schmelzpunkt im Vergleich zur Hohlkathode. Die Wärmeeinbringung kann beispielsweise mittels Laser oder Widerstandsschweißen erfolgen und ist im Falle von Hohlkathoden aus Molybdän oder Wolfram so gering, dass ein Aufschmelzen und bevorzugt auch eine Rekristallisation der Hohlkathode vermieden werden kann. Beim Verbindungsvorgang können jedoch die 5 Bereiche des Töpfchens, wo lokal der Wärmeeintrag erfolgt, aufschmelzen.

Das Töpfchen kann auch zunächst mit dem Stromdurchführungsstift verbunden werden. Dabei wird das Töpfchen über ein Ende des Stromdurchführungsstiftes gestülpt. Die Wärmeeinbringung, beispielsweise mittels Laser oder Widerstandsschweißen, kann auf der Zylinder- oder io Bodenseite des Töpfchens erfolgen. Nach diesem ersten Verbindungsprozess erfolgt in analoger Weise der zweite Verbindungsprozess der durch den ersten Verbindungsschritt hergestellten Komponente mit Hohlkathode bzw. Stromdurchführungsstift.

Bei so hergestellten Komponenten kann der Wärmeeintrag sehr gering gehalten werden, dass 15 eine Versprödung vermieden wird. Zudem ist auch die Positionierung des Stromdurchführungsstiftes im Töpfchen einfach. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen mit den erfindungsgemäßen Komponenten zeigen daher auch bei Erschütterung keine Verringerung der Standzeit.

Diese Vorteile können auch bei Verwendung einer Hülse generiert werden. Unter Hülse ist 20 dabei ein beidseitig offenes Röhrchen zu verstehen, dass beispielsweise einen Flansch oder Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen kann. Eine einfach herzustellende Verbindung zwischen Stromdurchführungsstift und Hohlkathode kann mit einer Hülse erreicht werden, die einen zylindrischen und einen Flanschbereich aufweist. Der Stromdurchführungsstift wird dabei in den zylindrischen Bereich der Hülse eingeführt. Der Wärmeintrag für den 25 Verbindungsvorgang erfolgt wiederum bevorzugt mittels Laser- oder Widerstandsschweißtechnik. Dabei wird die Innenwandung des zylindrischen Bereiches mit dem Stromdurchführungsstift verbunden. Der Flansch der Hülse wird in einem weiteren Prozessschritt mit dem Boden der Hohlkathode verbunden. 30___D]e Hülse, kann .vorteilhafter Weise auch zwei Bereiche rnit unterschiedlichen-Durchmessern aufweisen. Der erste Bereich hat dabei einen Durchmesser, der geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes ist. Dieser Bereich wird wiederum in analoger Weise mit dem Stromdurchführungsstift verbunden. Der zweite Bereich weist einen Durchmesser auf, der geringfügig größer als der Durchmesser der Hohlkathode ist. Dieser Bereich wird 35 mit dem bodennahen zylindrischen Bereich der Hohlkathode verbunden. Der Verbindungsprozess, beispielsweise wiederum mittels Wärmeeintrag durch Laser oder Widerstandstechnik, ist wiederum so zu führen, dass ein Aufschmelzen und bevorzugt auch eine Rekristallisation der Hohlkathode vermieden werden. 40 Üblicherweise ist der Stromdurchführungsstift mit einem Stromzuführungsstift verbunden. Während beim Stromdurchführungsstift die Forderung nach Ähnlichkeit der Ausdehnungskoeffizienten Stift / Glas die Werkstoffauswahl deutlich einschränkt, gilt dies für den lampenaußenseitigen Stromzuführungsstift nicht. Üblicherweise wird für den Stromzuführungsstift ein kupferummantelter Draht (Dumet) verwendet. Dieser wird stumpf mit dem Stromdurchführungsstift zu einem 45 so genannten Kombistift verschweißt. Prozesstechnisch ist es günstiger, vor der Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode die Verbindung Stromdurchführungsstift / Stromzuführungsstift durchzuführen, d.h. für den zuvor beschriebenen Prozess einen Kombistift einzusetzen. so Als besonders vorteilhafte Werkstoffe für Töpfchen bzw. Hülse haben sich Ni, Fe, Co und deren Legierungen erwiesen.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren näher erläutert. 55 Es zeigen:

Claims

4 Figur 1 Figur 2 Figur 3 Figur 4 AT 008 314 U1 Schematische Darstellung einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe. Erfindungsgemäße Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode im Querschnitt Erfindungsgemäße Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode im Querschnitt Erfindungsgemäße Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode im Querschnitt Figur 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe -1-, nämlich io ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff -2- beschichtetes Entladungsgefäß -3-, die Hohlkathode -4-, den Stromdurchführungsstift -5- und den Stromzuführungsstift -20-. Die Herstellung des Töpfchens -6- und der Hülse -7- erfolgte bei allen Varianten durch Tiefziehen. 15 Herstellung einer Komponente gemäß Figur 2: Die Verbindung des Töpfchens -6- mit der Hohlkathode -4- wurde durch Laserschweißen der Bodenfläche -10- mit der äußeren Bodenfläche -11- der Hohlkathode -4- durchgeführt. Der 20 anschließend in das Töpfchen -6- eingebrachte Stromzuführungsstift -5- wurde mit der Zylinderwandung -8- des Töpfchens -6- durch Laserschweißen verbunden. Alternativ erfolgte dies auch durch Verbinden mit der inneren Bodenfläche des Töpfchens -10-. 25 Die Herstellung einer weiteren Variante erfolgte, indem erst das Töpfchen -6- mit dem Stromzuführungsstift -5- durch Laserschweißen verbunden wurde. Die anschließende Verbindung der Hohlkathode -4- mit dem Töpfchen -6- wurde ebenfalls durch Laserschweißen der Bodenfläche -10- des Töpfchens -6- mit der äußeren Bodenfläche -11- der Hohlkathode -4- durchgeführt. 30____Herstellung _einer Komponente gemäß Figur 3:-------------------------------------- Die Verbindung der Hülse -7- mit der Hohlkathode -4- erfolgte durch Laserschweißen des Flansches -13- mit der Bodenfläche -11 - der Hohlkathode -4-, Der anschließend in den zylindrischen Bereich -12- eingeführte Stromdurchführungsstift -5- wurde mit dem zylindrischen Be-35 reich -12- der Hülse -7- verschweißt. Herstellung einer Komponente gemäß Figur 4: In einer weiteren Variante wurde die Verbindung der Hülse -7- mit dem Stromdurchführungsstift 40 -5- durch Laserschweißen des zylindrischen Bereichs -15- der Hülse -7- mit dem Stromzufüh rungsstift -5- durchgeführt. Die anschließende Verbindung der Hohlkathode -4- mit der Hülse -7-erfolgte durch Laserschweißen des Übergangsbereiches -17- mit der äußeren Bodenfläche -11-der Hohlkathode -4-. In einer weiteren Variante wurde durch Laserschweißen die innere Zylinderwandung -19- des zylindrischen Bereichs -16- der Hülse -7- mit der Hohlkathode -4- verbun-45 den. Ansprüche: so 1. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) im wesentlichen umfassend ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff (2) beschichtetes Entladungsgefäß (3), das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden (4) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte (5) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen, 55 dadurch gekennzeichnet, 5 AT 008 314 U1 dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Töpfchen (6) oder einer Hülse (7) und diese(s) wiederum mit der Hohlkathode (4) verbunden ist.
2. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 5 Stromdurchführungsstift (5) mit zumindest einem Bereich der inneren Zylinderwandung (8) oder inneren Bodenfläche (10) des Töpfchens (6) verbunden ist und dieses wiederum mit seiner äußeren Bodenfläche mit der der äußeren Bodenfläche (11) der Hohlkathode (4) verbunden ist. io 3. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Töpfchens (6) geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes (5) ist.
4. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, 15 dass die Höhe des Töpfchens (6) 0,5 bis 4 x Durchmesser des Töpfchens (6) beträgt.
5. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit der inneren Zylinderwandung (14) der Hülse (7), die einen zylindrischen Bereich (12) und einen Flansch (13) aufweist, verbunden ist und der Flansch 20 (13) der Hülse (7) mit der äußeren Bodenfläche (11) der Hohlkathode (4) verbunden ist.
6. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des zylindrischen Bereiches (12) der Hülse (7) geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes (5) und der Außendurchmesser des Flan- 25 sches (13) gleich groß oder kleiner wie der Außendurchmesser der Hohlkathode (4) ist.
7. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einer Hülse (7), die einen zylindrischen ersten Bereich, (15), einen zylindrischen zweiten Bereich (16) mit größerem Durchmesser und einen da- 30_____^wischerr liegenden-Übergangsbereich (-17) aufweist,-an derinnerenZylinderwandüng (18)' des ersten Bereichs (15) verbunden ist, und die innere Zylinderwandung (19) des zweiten Bereichs (16) mit der Hohlkathode (4) verbunden ist.
8. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der 35 Innendurchmesser des zylindrischen ersten Bereiches (15) der Hülse (7) geringfügig grö ßer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes (5) und der Innendurchmesser des zylindrischen zweiten Bereiches (16) der Hülse (7) geringfügig größer als der Außendurchmesser der Hohlkathode (4) ist.
9. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Stromzuführungsstift (20) verbunden ist.
10. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 45 gekennzeichnet, dass das Töpfchen (6) oder die Hülse (7) aus einem Werkstoff der Grup pe Ni, Fe, Co und deren Legierungen besteht.
11. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Töpfchen (6) oder die Hülse (7) im Bereich der Verbindung zum so Stromdurchführungsstift (5) und / oder Hohlkathode (4) Erstarrungsbereiche aufweist.
12. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkathode (4) zwei- oder mehrteilig ausgeführt ist. 55 5 6 AT 008 314 U1 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55