CN100576420C - 冷阴极荧光灯、电极单元及电极单元的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具有：玻璃管，该玻璃管在被气密性密封的内部空间中至少封入有稀有气体和水银气体，并且在其内壁表面上形成有荧光体层；一对筒形电极，配置在所述内部空间中，在其一端形成有底面部，在另一端形成有开口部，并且该一对筒形电极按照使开口部彼此相对的方式进行配置；以及引线，其一端接合在所述底面部上，另一端被引出到玻璃管的外部；其中，所述筒形电极由通过对分散有镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的金属材料形成。

Description

冷阴极荧光灯、电极单元及电极单元的制造方法
技术领域
本发明涉及冷阴极荧光灯以及构成冷阴极荧光灯的一部分的电极单元，特别涉及对电极材料的改进。
背景技术
冷阴极荧光灯具有容易小型化、功耗低、寿命长等特性，近年来多用于液晶面板的背光等。通常，冷阴极荧光灯具有以下结构：在填充有氩等稀有气体和水银气体的玻璃管内部相对配置一对电极，在各电极上连接引线。电极成形为杯形，并以杯的开口部彼此相对的方式进行配置。当通过引线在电极间施加电压时，从一个电极放出电子，撞击水银原子并产生紫外线。紫外线通过形成于玻璃管表面的荧光膜而转换为可视光线，从而自玻璃管内部发出可视光线。因此，冷阴极荧光灯的寿命在很大程度上依赖于水银气体的消耗。
通常的电极是由镍(Ni)或镍合金制成的。用作电极材料的镍的组成的一个例子如下：镍为99.7％，锰为0.1％，铁为0.1％，其他杂质(碳、硅、铜、硫)为0.1％。镍中含有0.01％左右的微量的钴。另外，以上的混合比都是重量百分比。
这里，当镍受到玻璃管内部的氩气等的撞击时，镍原子被击出而飞散。该现象被称为溅射。由于飞散的镍原子吸收水银气体而变成汞合金，所以水银气体的有效量会减少。其结果是消耗了水银气体，从而导致冷阴极荧光灯的寿命降低。
因此，近年来正在研究一种采用耐溅射性能优良的电极来延长冷阴极荧光灯的寿命的技术。具体来说，开发出了使用钼(Mo)或铌(Nb)等的杯形电极，其具有比镍低的功函数并且耐溅射性能优异(例如参照日本专利文献特开2002-358992号公报或特开2003-187740号公报)。
但是，使用由钼或铌制成的电极的冷阴极荧光灯存在以下问题。第一，使用钼或铌等高熔点金属的电极存在着在封入玻璃管时其表面会氧化的问题。具体来说，在冷阴极荧光灯的制造工序中，当在玻璃管的端部配置了电极之后，在大气中用煤气火焰等对玻璃管的一个端部的密封玻璃(焊料玻璃(bead glass))进行烘烤，使其焊接在玻璃管上，从而进行气密性密封。但是，熔化焊料玻璃时的热量会传至电极，电极表面由于该热量而被氧化。一旦电极表面氧化，其耐溅射性能将会显著下降，因而好不容易获得的耐溅射性能将无法发挥作用。并且，钼或铌一旦被氧化后很难还原，因而在后续工序中也难以用氢气等来进行还原。
第二，由于钼或铌是高熔点金属，因而在将引线焊接到电极上时，不施加非常高的热量就无法获得足够的接合强度。特别是，钼的熔点约为3400℃，比常用作引线的科瓦铁镍钴合金的熔点(1550℃)要高出很多。因此，需要使引线充分熔化来与电极接合。但是，由于钼制的电极几乎不熔化，因而结果是可能无法获得足够的接合强度。此外，当施加使钼制的电极充分熔化的温度时，引线的温度过高，因此接合会很困难。另外，当使用在科瓦铁镍钴合金制成的外管的内部填充有铜的双重结构的引线时，铜的熔点更低，约为1080℃，因而内部的铜会先熔化，并会在焊接时流出。铜起着将使用灯时由电极发出的热量散发到玻璃管外部的散热单元的作用，如果铜流出来，在科瓦铁镍钴合金制成的外管的内部就会产生未填充铜的空洞部分，从而导致散热性能降低。
第三，一般来说不仅钼或铌很昂贵，使其成为薄板的轧制加工或者使其成为杯电极的冲压加工也很困难、昂贵。因此，由这些高熔点金属制成的电极与由镍制成的电极相比起来更容易导致成本上升。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种耐溅射性能和制造性优良、并且经济的冷阴极荧光灯。
本发明的冷阴极荧光灯具有：玻璃管、一对筒形电极、以及引线。玻璃管具有被气密性密封的内部空间，在内部空间中至少封入有稀有气体和水银气体，并且在其内壁表面上形成有荧光体层。所述筒形电极配置在玻璃管的内部空间中，在其一端形成有底面部，在另一端形成有开口部。此外，各筒形电极按照开口部彼此相对的朝向配置在玻璃管的内部空间中。所述引线的一端接合在筒形电极的底面部上，另一端被引出到玻璃管的外部。另外，各筒形电极由通过对分散有镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的金属材料形成。所述筒形电极中优选含有0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下的镁。
本发明的电极单元具有：在一端形成有底面部、并在另一端形成有开口部的筒形电极；和接合在所述筒形电极的所述底面部上的引线。其中，所述筒形电极由通过对分散有镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的金属材料形成。所述筒形电极中优选含有0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下的镁。
本发明的电极单元的制造方法具有：通过对分散有镁的镍基金属材料进行加热处理以使所述镁氧化的工序；将进行了所述氧化处理的金属材料加工成在一端形成有底面部、并在另一端形成有开口部的筒形的工序；和使引线的一端接合在所述底面部上的工序。
所述加热处理优选在氧气氛或者水蒸气气氛中进行。此外，加热温度优选为820℃以上、1080℃以下。另外，所述金属材料中的镁的混合比优选为0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下。
通过参照下述记载以及表示本发明的一个示例的附图来明确上述及其以外的本发明的目的、特征及优点。
附图说明
图1是示意性表示本发明的冷阴极荧光灯的实施方式的一个例子的截面图；
图2是图1所示的电极单元的放大立体图；
图3是示意性表示本发明的冷阴极荧光灯的实施方式的另一个例子的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的冷阴极荧光灯的实施方式的一个例子进行详细的说明。本例子中的冷阴极荧光灯适于用作液晶面板的背光，但也可适用于其他用途的冷阴极荧光灯。图1是表示本例子中的冷阴极荧光灯1的简要结构的截面图。
冷阴极荧光灯1具有如下基本结构：通过密封玻璃(焊料玻璃3)将由硼硅酸玻璃形成的玻璃管2的两端气密性地密封起来。玻璃管2的外径位于1.5～6.0mm的范围内，优选位于1.5～5.0mm的范围内。玻璃管2的材料可以是铅玻璃、钠钙玻璃、低铅玻璃等。
在玻璃管2的内壁表面4上，几乎遍及其全长地设置有图中未示出的荧光体层。构成荧光体层的荧光体可以根据冷阴极荧光灯1的目的或用途而从卤磷酸盐荧光体(halophosphate salt fluorophor)或稀土类荧光体等既有或新的荧光体中适当选出。另外，荧光体层也可以由混合了两种以上荧光体而形成的荧光体构成。
在被内壁表面4包围的玻璃管2的内部空间5中封入有预定量的氩、氙、氖等稀有气体以及水银，其内部压力被减压至大气压的数十分之一。
在玻璃管2的长度方向的两端设置有一对电极单元6。各电极单元6由筒形电极7和接合在筒形电极7的底面部8上的引线9构成。各电极单元6的筒形电极7按照一个筒形电极7的开口部10与另一个筒形电极7的开口部10相对的方式配置在比玻璃管2的内部空间5的长度方向的端部稍靠内侧的位置上。各引线9的一端被焊接在对应的筒形电极7的底面部8上，另一端贯穿焊料玻璃3而被引出到玻璃管2的外部。引线9是由科瓦铁镍钴合金等导电性材料制成的。
图2是表示冷阴极荧光灯1所具有的电极单元6的放大立体图。构成电极单元6的筒形电极7的长度方向上的一端作为开口部10而敞开，另一端呈被底面部8封闭的有底筒形的状态。筒形电极7是将金属板冲压加工成筒形(杯形)而得到的。引线9的一个端面12被焊接在筒形电极7的底面部8上。
筒形电极7由下述金属材料形成，该金属材料是通过将分散有镁(Mg)的镍基金属在氧气氛或者水蒸气气氛中进行加热以使所述分散的镁氧化而得到的。该金属材料的组成为：镍为99.7％，镁为0.025％，锰为0.15％，其他杂质(碳、硅、铜、硫、铁)为0.1％。镍中含有0.01％左右的微量的钴。另外，以上混合比为重量百分比。
上述金属材料的制造方法及通过金属材料来制造筒形电极7的方法如下。
(1)通过熔化法制造具有上述组成的金属材料的锭块。
(2)通过热轧及冷轧将上述锭块加工成薄板形。
(3)在氧气氛或者水蒸气气氛中对加工成薄板形的金属材料进行加热以使金属材料表面部分的镁氧化。此时的加热温度优选为820℃以上、1080℃以下。
(4)将表面部分的镁被氧化了的金属材料切割成预定宽度。
(5)将切割成预定宽度的金属材料冲压加工成图2所示的杯形。
这里，对通过用上述金属材料形成筒形电极7来提高该筒形电极7的耐溅射性能的缘由进行说明。镍或者镍合金通常具有多晶结构，在结晶的晶界面上形成有晶粒边界。在晶粒边界上粒子彼此间的结合较弱，因此容易受到溅射的影响。其结果是，溅射主要从晶粒边界产生，并逐渐扩展到结晶的内部。在钼或铌的情况下也一样，如果被氧化，溅射将从晶粒边界显著扩展。
对此，在上述金属材料中，通过使混合到镍中的镁氧化(通过上述工序(3))，晶粒边界的粒子的结合会变得牢固。即，镍中的混合物(添加物)具有容易向晶粒边界偏析的倾向，镁也不例外。因此，通过使偏析到晶粒边界的镁氧化(通过从外部获取氧)，提高了晶粒边界的粒子之间的结合力。其结果是，由上述金属材料形成的筒形电极7的耐溅射性能优异。由于金属材料是通过熔化法而制造的，因而镁的氧化物不会以粒子的方式存在。
提高筒形电极7的耐溅射性能的原理如上所述，同时在本发明中，电极单元6的制造性也得以改进。即，由于筒形电极7是由镍基金属材料制造的，因而其熔点与镍的熔点(1455℃)大致相同，与引线9的材料、即科瓦铁镍钴合金的熔点(1550℃)也大致相同。因此，当在筒形电极7上焊接、固定引线9时，二者会同等程度地软化并彼此融合，在其间形成合金层，从而得以牢固地固定。与此相反，在由钼或铌等高熔点金属形成电极的情况下，只能熔化引线9来进行固定，因此在接合强度或接合程序方面容易受到制约。本发明可以同时解决上述问题。另外，由于上述金属材料的大半是镍，因而在成本方面也和镍制的电极差别不大。
接着，对本发明的冷阴极荧光灯的实施方式的其他例子进行说明。对于本例中的冷阴极荧光灯来说，构成电极单元的引线的结构与图1所示的冷阴极荧光灯不同。因此，下面仅对引线的结构进行说明，并省略对与图1所示的冷阴极荧光灯相同的构成部分的说明。
图3示出了构成本例中的冷阴极荧光灯所具有的电极单元6b的引线9b的结构。该引线9b具有如下的多层构造(双层构造)：在由科瓦铁镍钴合金构成的外侧部33的内侧设置由铜(Cu)或铜合金构成的内侧部32。内侧部32用来散发由电极产生的热量。在多层构造部的前端结合有用铜覆盖在铁镍合金的周围而得到的杜美包铜铁镍合金丝34，通过杜美包铜铁镍合金丝34与电源装置(图中未示出)相连。
图3所示的筒形电极7是由与上述金属材料相同的金属材料制成的。因此，在耐溅射性能方面与图1、图2所示的筒形电极7完全相同。此外，筒形电极7的熔点与镍的熔点大致相同，所以在与引线9b相接合时不需要过度的高温。因此，降低了引线9b的内侧部32由于焊接时的热量而过热、从而导致铜或铜合金冒出到外部的可能性。因而，能够充分地确保引线9b的散热性能。
如上所述，构成本发明的冷阴极荧光灯或者电极单元的筒形电极由如下金属材料形成，该金属材料是通过对分散有镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的。此外，根据本发明的电极单元的制造方法，可以获得具有由如下金属材料形成的筒形电极的电极单元，其中该金属材料是通过对分散有镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的。因此，可以提高筒形电极的耐溅射特性，从而可以延长冷阴极荧光灯的寿命。
以上针对本发明的优选实施方式进行了提示和详细的说明，希望理解为：可以在不脱离权利要求的主旨及范围的情况下进行各种变更和修改。

Claims (6)

1.一种冷阴极荧光灯，具有：
玻璃管，所述玻璃管在被气密性密封的内部空间中至少封入有稀有气体和水银气体，并且在其内壁表面上形成有荧光体层；
一对筒形电极，所述筒形电极配置在所述内部空间中，在其一端形成有底面部，在另一端形成有开口部，并且该一对筒形电极按照使该开口部彼此相对的方式进行配置；以及
引线，所述引线的一端接合在所述底面部上，另一端被引出到所述玻璃管的外部；
其中，所述筒形电极由通过对分散有0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下的镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的金属材料形成。
2.一种电极单元，具有：在一端形成有底面部、并在另一端形成有开口部的筒形电极；和接合在所述筒形电极的所述底面部上的引线；
其中，所述筒形电极由通过对分散有0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下的镁的镍基金属进行加热处理以使所述分散的镁氧化而得到的金属材料形成。
3.一种电极单元的制造方法，具有：
通过对分散有0.005重量百分比以上、0.15重量百分比以下的镁的镍基金属材料进行加热处理以使所述分散的镁氧化的工序；
将进行了所述氧化处理的金属材料加工成在一端形成有底面部、并在另一端形成有开口部的筒形的工序；和
使引线的一端接合在所述底面部上的工序。
4.如权利要求3所述的电极单元的制造方法，其中，所述加热处理是在氧气氛中进行的。
5.如权利要求3所述的电极单元的制造方法，其中，所述加热处理是在水蒸气气氛中进行的。
6.如权利要求3至5中任一项所述的电极单元的制造方法，其中，所述加热处理时的加热温度为820℃以上、1080℃以下。
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