CN101053057A - 电极、电极的制造方法以及冷阴极荧光灯 - Google Patents

电极、电极的制造方法以及冷阴极荧光灯 Download PDF

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Abstract

电极、电极的制造方法以及冷阴极荧光灯。在气密性封闭且封入惰性气体以及水银气体的玻璃管2的内部空间5内，以镍(Ni)为主要成分且分散有钇(Y)和/或氧化钇(YOx)的筒状电极7以相对状态布置。

Description

电极、电极的制造方法以及冷阴极荧光灯
技术领域
本发明涉及冷阴极荧光灯，特别涉及提高冷阴极荧光灯在黑暗空间中的起动性的技术。
背景技术
一般的放电灯将热电子、光电子、由高电场射出的电子、在自然界宇宙射线中所含的电子等用作构成放电起始的电子(初期电子)。在以往的放电灯中，若将光电子作为初期电子的放电灯设置在完全或大致完全阻断来自外部的光的空间(黑暗空间)中，则难以起动(点亮)或根本不可能起动(点亮)。因为不言而喻，光电子以及宇宙射线均不能到达放电灯。
特别是，作为放电灯中一种的冷阴极荧光灯由于以下理由，强烈要求提高在黑暗空间中的起动特性。冷阴极荧光灯如今已广泛用作液晶显示器中的背面照明单元用光源。背面照明单元的壳体一般具有气密性结构。因此，外界光几乎不能达到设置在壳体内的冷阴极荧光灯。即，用作背景照明单元用的光源的冷阴极荧光灯通常设置在黑暗空间中。
因此，以往，在电极表面上形成作为功率系数较低的物质的铯化合物膜或层(以下，称为『铯化合物层』)以提高起动性(参见特开2001-15065号公报)。
发明内容
发明打算解决的课题
但是，在电极表面上形成铯化合物层存在以下问题。由于铯化合物为碱金属，因此，铯化合物会与封闭在放电管(玻璃管)内的水银反应而形成汞合金。结果，玻璃管内的水银会消耗，从而灯寿命缩短。另外，若在一对电极中的一个上形成铯化合物，则灯点亮时该电极的温度会低于另一个。结果，封闭在放电管内的水银偏向形成铯化合物层的电极侧，从而灯的亮度不均匀。另外，通过在电极的外周面上涂敷液态铯化合物，从而形成铯化合物层。但是，难以在电极的外周面上均匀涂敷必需量的铯化合物。
本发明是为解决上述课题作出的。本发明的目的在于提供可以长时间保持优良起动性的冷阴极荧光灯。
本发明人在为实现上述目的而重复专心研究的过程中，着重对钇(Y)进行了研究。就这一点而言，在特开平9-360422号公报，特开平9-113908号公报，特开平11-273533号公报中记载了利用钇改善电子放射性的电极。但是，在这些公报中记载的电极只不过在其表面上形成了钇层或膜。从放电灯的电极强烈要求耐溅射性可得知，在灯点亮时，由于氩(Ar)或氖(Ne)的碰撞会使电极溅射。因此，溅射会导致失去形成于电极表面上的钇层或膜，从而不能持续获得效果。因此，本发明人重复进行进一步的研究并完成本发明。
本发明的电极为用于冷阴极荧光灯的电极。本发明的电极的主要成分为镍为(Ni)，并且，在本发明的电极中分散有钇(Y)和/或氧化钇(YOx)。
本发明的电极的制造方法，其包括以下工序：使钇(Y)和/或氧化钇(YOx)与镍(Ni)熔化，获得分散有钇(Y)和/或氧化钇(YOx)的镍基金属材料的工序；以所希望的形状加工上述金属材料的工序。
本发明的冷阴极荧光灯设有上述本发明的电极或通过上述本发明的制造方法制造的电极。
参照以下所述内容以及显示本发明一个实施例的附图说明上述及除其之外的本发明的目的、特征以及优点。
附图说明
图1为剖面图，其显示了本发明中放电灯的一个实施例。
图2为剖面图，其显示了本发明中放电灯的其它实施例。
图3为剖面图，其显示了以往放电灯的一个例子。
具体实施方式
(实施例1)
下面，参照附图对本发明的冷阴极荧光灯的一个实施例进行详细说明。图1为显示本实施例的冷阴极荧光灯1的大致结构的剖面图。
冷阴极荧光灯1具有由硼·硅酸玻璃形成的玻璃管2。玻璃管2的两端由封闭玻璃(珠状玻璃3)气密性封闭。玻璃管2的外径在1.5～6.0mm的范围内，优选在1.5～5.0mm的范围内。玻璃管2的材料可采用铅玻璃、钠钙玻璃、低铅玻璃等。
在玻璃管2的内壁面4上，在其大致整个长度范围内设有图中未示出的荧光体层。形成荧光体层的荧光体可根据冷阴极荧光灯1的目的或用途，从卤磷酸盐荧光体或稀土类荧光体等现存或新的荧光体中适当选择。另外，荧光体层也可由混合2种以上荧光体的荧光体形成。
在由内壁面4包围的玻璃管2的内部空间5中，以规定量封入惰性气体(氩气，或氩气与氙气或氖气等的混合气体)以及水银。另外，以大气压的几十分之一的程度对内部空间5内减压。
在玻璃管2的纵向两端上设有一对电极单元6。各个电极单元6由筒状电极7以及与筒状电极7的底面部8接合的导线9构成。各个电极单元6的筒状电极7均设置在内部空间5的比端部稍靠内侧。另外，彼此的开口部以相对的方向布置。将各个导线9的一端焊接至对应的筒状电极7的底面部8上。导线的另一端穿过珠状玻璃3并被抽出至玻璃管2的外部。导线9由热膨胀系数与珠状玻璃3相同或大致相同的导电性材料(在本例中，为科瓦铁镍钴合金)制成。
图2为冷阴极荧光灯1带有的电极单元6的放大透视图。构成电子组件6的筒状电极7在较长方向的一侧形成开口部10，另一侧具有由底面部8闭塞的杯状的形状。该筒状电极7为对板状或线状金属材料进行冲压加工或墩锻加工而形成图示形状的产品。
上述金属材料为分散了氧化钇(YOx)的镍基金属材料。更具体地说，其为使混合了氧化钇粉末和镍(Ni)粉末的混合粉末熔融溶解并形成一体的金属材料。这种金属材料具有镍99.3重量％(含有0.01％以下的钴)、氧化钇0.55重量％、锰0.1重量％、杂质(碳、硅、铜、硫磺、镁、铁)0.05重量％的混合比。由这种金属材料制造的筒状电极7实质上也具有与上述相同的组成。另外，氧化钇因其性质的原因，可在金属材料的结晶粒界区域选择性地析出。
由于筒状电极7具有上述组成，因此，本例的冷阴极荧光灯1即使在黑暗空间中，起动性仍优良。具体地说，电子通常会从分散在筒状电极7中的氧化钇发射出。因此，该电子作为初期电子，以与朝筒状电极7施加电压大致同时开始放电(冷阴极荧光灯1点亮)。另外，氧化钇不仅均匀地存在于筒状电极7的表层部，而且也均匀地存在于其内部。因此，即使筒状电极7的表层部的氧化钇因溅射消耗，内部的氧化钇仍会按顺序出现在表层部。因此，能够长时间地保持良好的起动性。
下面，表1中表示为了确定本发明效果所进行的试验的结果。在该试验中，准备了10盏与本例的冷阴极荧光灯1相同的冷阴极荧光灯(试验对象)。在0.1勒克司以下的黑暗空间中，在各个冷阴极荧光灯上施加电压，计算从施加电压至灯点亮的时间(起动时间)。另外，准备10盏冷阴极荧光灯(比较对象1)，这些冷阴极荧光灯设有在表面形成铯化合物层的镍电极。准备10盏设有只不过没有形成铯化合物层的镍电极的冷阴极荧光灯(比较对象2)。在与上述相同的条件下测定比较对象1以及2的起动时间。
[表1]
 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10
试验对象  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs
比较对象1  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs  ＜13μs
比较对象2  3731μs  ＞9999μs  1989μs  3473μs  ＞9999μs  ＞9999μs  891μs  ＞9999μs  ＞1732μs  4901μs
从表1可知，本发明的冷阴极荧光灯与设有镍电极的冷阴极荧光灯(比较对象2)相比，起动性显著提高。另外，即使与设有形成铯化合物层的电极的冷阴极荧光灯(比较对象1)相比，起动性也达到同等或提高至同等以上。另外，由于氧化钇均匀分散在本发明的冷阴极荧光灯设有的筒状电极7的内部，因此，能够长时间保持与比较对象1同等或其以上的起动性。
另外，通过上述试验以及其它试验，能够确定本发明的冷阴极荧光灯具有能实现优良耐溅射性的效果。
以往的放电灯的电极使用了由纯镍或镍基金属材料制成的电极。例如，采用了由镍基金属材料形成的电极，该镍基金属材料具有镍99.7重量％、锰0.1重量％、铁0.1重量％、杂质(碳、硅、铜、硫磺)0.1重量％的混合比。由纯镍或镍基金属材料制成的电极具有以下优点。(1)作为用于气密性封闭玻璃管端部的封闭材料，易于与一般的科瓦铁镍钴合金焊接。(2)在管电流达到4.0～5.0mA的条件下使用时，具有充分的耐久性。(3)能够容易并以低成本进行加工。
然而，伴随液晶显示器的大画面化和高亮度化，迫使冷阴极荧光灯要应对5.0mA以上的管电流。另外，若管电流增大，则电极的负载也会增大，因此，必需提高电极的耐溅射性。因此，在冷阴极荧光灯的电极中，采用了耐溅射性比镍优良的钼(Mo)或铌(Nb)等高熔点烧结金属。另一方面，在以高熔点烧结金属制造的电极中，存在与导线焊接时或安装至玻璃管上时产生氧化的新问题。另外，与镍相比，不仅材料的单价会显著增高，而且还存在加工困难且成本高的问题。
因此，若根据本发明，即实现以镍作为主要成分且耐溅射性优良的电极，则能够同时解决与冷阴极荧光灯的起动性相关的上述问题以及与耐溅射性相关的上述问题。
表2显示了以各种方式改变在图1所示的筒状电极7中所含的氧化钇的量(混合比)且对该筒状电极7的耐溅射性以及冷阴极荧光灯1的起动性进行试验的结果。表中『○』表示试验结果良好。『△』表示试验结果一般(与以往相同)。『×』表示没有获得所希望的结果。另外，在表中所示的氧化钇(YOx)的量(重量％)表示在氧化钇以及钇两者均分散在筒状电极7中的情况下，使两者加在一起的量。
[表2]
   YOx(重量％)   耐溅射性     黑暗起动性
   0.01   △     ×
   0.02   ○     △
   0.15   ○     ○
   0.55   ○     ○
   1.20   ○     ○
   1.50   △     ○
   1.60   △     △
由表2可理解：在氧化钇的混合比为0.02重量％～1.50重量％的范围内，能够获得良好的结果。另外，还应理解：在混合比为0.15重量％～1.20重量％的范围内，耐溅射性以及起动性两者通常均良好。
此处，作为氧化钇的一个例子，采用了三氧化二钇(Y2O3)。但是，在本发明中分散在电极中的氧化钇不应局限于三氧化二钇。另外，氧化钇具有活性高且易于氧化的性质。因此，在与镍混合时，便于以氧化钇的形式混合。不过，也可以通过金属钇(Y)与镍混合的金属材料形成电极。另外，也可以通过氧化钇以及钇与镍混合的金属材料形成电极。另外，在使钇与镍混合而制造金属材料的过程以及其它过程中，钇可以变为氧化钇。在这种情况下，使钇以及氧化钇两者均分散在由制造好的金属材料形成的电极中。总之，在使氧化钇分散在电极中的情况下，该氧化钇可以是以氧化钇的形式混合在镍中的氧化钇，也可以是在金属材料制造过程以及其它过程中形成的氧化钇。
电极的组成不应局限于上述组成。例如，也可以具有镍97.35重量％(含有O.01％以下的钴)、钇或氧化钇0.55重量％、锰2.0重量％以及杂质(碳、硅、铜、硫磺、镁、铁)0.1重量％的混合比。
电极的形状不应局限于上述筒状，也可以采用板状、柱状以及其它所希望的形状。
(实施例2)
下面，参照附图对本发明的冷阴极荧光灯的另一实施例进行说明。本实施例的冷阴极荧光灯与实施例1的冷阴极荧光灯的不同之处仅在于构成电极单元的筒状电极的组成。因此，下面，仅对筒状电极的组成进行说明，并省略了对与实施例1相同的构成部分的说明。
在本例的冷阴极荧光灯设有的筒状电极中，添加钇和/或氧化钇，并使具有脱氧作用的金属(在本例中是钛(Ti))分散。具体来说，制造本例冷阴极荧光灯设有的筒状电极的金属材料具有镍99.35重量％(含有0.01％以下的钴)、钇或氧化钇0.55重量％、钛0.05重量％、杂质(碳、硅、铜、硫磺、镁、铁)0.05重量％的混合比，筒状电极具有实质上与该金属材料相同的组成。
通过分散具有脱氧作用的金属，能够进一步提高黑暗空间中的起动性。其理由在于：通过具有脱氧作用的金属，能够使氧化了的钇的一部分还原。另外，还能够确定通过具有脱氧作用的金属能够提高耐溅射性。
作为具有脱氧作用的金属，除了钛以外，还可采用锰(Mn)，锆(Zr)或铪(Hf)。在表3中显示了使氧化钇的混合比一定，使具有脱氧作用的金属的种类以及混合比产生各种变化，并且，对筒状电极的耐溅射性以及冷阴极荧光灯的起动性进行试验的结果。表中『◎』表示试验结果极为良好。以下相同，『○』表示良好。『△』表示一般(与以往相同)，『×』表示没有获得所希望的结果。另外，在表中所示的氧化钇(YOx)的量(重量％)表示在使氧化钇以及钇均分散在筒状电极7中的情况下，使两者加在一起的量。
[表3]
   YOx(重量％)    Mn(重量％)    Ti(重量％)    Zr(重量％)    耐溅射性    黑暗起动性
   0.55    1.00    △    ○
   0.55    1.10    ○    ◎
   0.55    2.00    ◎    ◎
   0.55    4.00    ○    ◎
   0.55    4.20    △    ○
   0.55    0.70    0.007    △    ○
   0.55    0.009    ○    ○
   0.55    0.050    ◎    ◎
   0.55    0.800    ○    ◎
   0.55    0.900    △    ○
   0.55    0.04    △    ○
   0.55    0.05    ○    ○
   0.55    0.50    ◎    ◎
   0.55    1.10    ◎    ◎
   0.55    1.20    △    ○
(实施例3)
下面，参照附图对本发明的冷阴极荧光灯的另一实施例进行说明。本实施例的冷阴极荧光灯与实施例1，2的冷阴极荧光灯的不同之处仅在于构成电极单元的导线的结构。因此，下面，仅对导线的结构进行说明，并省略了对与实施例1，2相同的构成部分的说明。
如图3所示，本例的导线9b具有多层结构(2层结构)，该结构在由钴构成的外侧部33的内侧，设有由铜(Cu)或铜合金构成的内侧部32。内侧部32主要是为由电极产生的热的放热而设计的。在导线9b的后端，接合有在镍铁合金周围由铜覆盖的铜被铁镍合金34。导线9b通过铜被铁镍合金34连接于电源装置(图中未示出)。
图3所示的筒状电极7采用与实施例1或2中说明的金属材料相同的金属材料形成。因此，本例的冷阴极荧光灯的起动性及耐溅射性与实施例1或2的冷阴极荧光灯完全相同。另外，筒状电极7的熔点与镍的熔点大致相同。因此，在筒状电极7以及导线9b的接合中无需过度的高温。所以，因焊接时的热量而使导线9b的内侧部32过热，从而导致铜或铜合金喷向外部的可能性极低。
虽然利用特定用语记载了本发明选择的实施例，但应理解：该记载仅是举例说明，在不脱离其权利要求的主要思想和范围的情况下，可作出改进和变形。

Claims (18)

1.用于冷阴极荧光灯的电极，其以镍为(Ni)为主要成分，并分散有钇(Y)。
2.用于冷阴极荧光灯的电极，其以镍为(Ni)为主要成分，并分散有氧化钇(YOx)。
3.用于冷阴极荧光灯的电极，其以镍为(Ni)为主要成分，并分散有钇(Y)和氧化钇(YOx)。
4.根据权利要求1所述的电极，其中：上述钇(Y)的混合比为0.02重量％～1.50重量％。
5.根据权利要求2所述的电极，其中：上述氧化钇(YOx)的混合比为0.02重量％～1.50重量％。
6.根据权利要求3所述的电极，其中：上述钇(Y)以及氧化钇(YOx)的混合比为0.02重量％～1.50重量％。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的电极，其中：还分散有具有脱氧作用的金属。
8.根据权利要求7所述的电极，其中：上述具有脱氧作用的金属为钛(Ti)、锰(Mn)、锆(Zr)或铪(Hf)中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的电极，其中：上述具有脱氧作用的金属为钛(Ti)，其混合比为0.009重量％～0.800重量％。
10.根据权利要求8所述的电极，其中：上述具有脱氧作用的金属为锰(Mn)，其混合比为1.1重量％～4.0重量％。
11.根据权利要求8所述的电极，其中：上述具有脱氧作用的金属为锆(Zr)或铪(Hf)，其混合比为0.05重量％～1.10重量％。
12.根据权利要求1～11中任意一项所述的电极，其具有一端开口、另一端封闭的筒状的形状。
13.电极的制造方法，其包括以下工序：
使钇(Y)和镍(Ni)熔化，获得分散有钇的镍基金属材料的工序；
以所希望的形状加工上述金属材料的工序。
14.电极的制造方法，其包括以下工序：
使氧化钇(YOx)和镍(Ni)熔化，获得分散有氧化钇的镍基金属材料的工序；
以所希望的形状加工上述金属材料的工序。
15.电极的制造方法，其包括以下工序：
使钇(Y)、镍(Ni)以及具有脱氧作用的金属熔化，获得分散有钇以及具有脱氧作用的金属的镍基金属材料的工序；
以所希望的形状加工上述金属材料的工序。
16.电极的制造方法，其包括以下工序：
使钇(Y)、氧化钇(YOx)、镍(Ni)以及具有脱氧作用的金属熔化，获得分散有钇、氧化钇以及具有脱氧作用的金属的镍基金属材料的工序；
以所希望的形状加工上述金属材料的工序。
17.根据权利要求13～16中任意一项所述的电极的制造方法，其中，以一端开口、另一端封闭的筒状形状加工上述金属材料。
18.冷阴极荧光灯，其具有气密性封闭的内部空间的玻璃管、在上述玻璃管的上述内部空间内封入的惰性气体和水银气体、以及形成于上述玻璃管的内壁面上的荧光体层，其中：
在上述玻璃管的上述内部空间内，以相对状态布置权利要求1～12中任意一项记载的电极。
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