CN101236878A - 冷阴极荧光灯和制造电极的方法 - Google Patents

Abstract

冷阴极荧光灯1具有至少含有填充其用粒状玻璃3以气密方式密闭的内部空间5的稀有气体以及具有形成在其内壁表面4上的荧光材料层的玻璃管2、设置在内部空间5中的管状电极7、以及一端与电极7的底部外表面8结合、另一端经过粒状玻璃3延伸至玻璃管2的外部的引线9。电极7由其中分散了钇和/或钇的氧化物的镍基金属材料形成，底部外表面8为平面，并且底部内表面12为曲面。

Description

冷阴极荧光灯和制造电极的方法

本申请基于并要求于2007年1月17日提交的日本专利申请No.2007-7958的优先权，在此引入该专利申请的全部内容以供参考。

技术领域

本发明涉及冷阴极荧光灯，并且更具体地，涉及用在冷阴极荧光灯中的电极的改进。

背景技术

冷阴极荧光灯正广泛地用作例如液晶显示器的背光源。普通的冷阴极荧光灯具有玻璃管、设置在玻璃管的相对端从而彼此面对的一对电极、以及一端连接到电极并且另一端延伸至玻璃管外侧的引线，所述玻璃管具有形成在内壁表面上的荧光材料层和在其中封闭的稀有气体。

上文描述的用在冷阴极荧光灯中的电极具有圆柱形状，其在一端开口，在另一端封闭。镍(Ni)通常用作电极的材料，因为Ni价格低、可加工性高。电极的封闭端在以下的描述中称为底部。

图1a至1e示出了截面形状不同的电极的例子。图1a和1b中所示的电极30和31是通过冲压加工制造的电极。图1c、1d和1e中所示的电极40、41和42是通过冷镦制造的电极。几乎所有目前使用的电极都是通过冲压加工或冷镦制造的。

在冲压加工制造电极的情况下，具有0.1-0.2mm厚度的金属板(通过进行深冲压)形成为诸如图1a或1b中所示的杯形。在冷镦制造电极的情况下，压制金属线的端面并使其凹陷以形成诸如图1c、1d和1e中所示的杯形。

如图1a至1e中所示，冲压加工制造的电极31和32和冷镦制造的电极40、41和42的截面形状差别不大。具体地，平坦性和平直度是这些电极的底部内表面50所共有的。

然而，电极和具有电极的冷阴极荧光灯具有两方面的已知问题：溅射电阻(sputtering resistance)和暗启动性(dark startability)，如下文所述。

(关于溅射电阻)

具有上述电极的冷阴极荧光灯在许多情况下用作液晶显示器的背光源，如前文所提及的。然而，随着液晶显示器的尺寸、分辨率和照度的增加，施加给电极的电压往往较高。如果施加给电极的电压变得较高，电离的稀有气体被加速并且以高速撞击到电极表面，尤其是底部内表面。换言之，溅射现象变得明显。特别地，在具有平坦并且平直底面的电极的情况下，电离的稀有气体的撞击集中在底部内表面，从而使底部在中心处局部损伤。如果损伤发展到触及连结到底部外表面的引线，则电极和引线彼此脱落。由于这个机制，电极寿命缩短，并且无法获得液晶显示器背光源所需的寿命。

同样，释放的电极材料通过在玻璃管中与汞反应形成汞合金，形成的汞合金沉积在电极的内表面(尤其是内侧表面)以阻碍电子从电极的底部内表面向外辐射。

日本专利公开No.2005-71972描述了一种具有半球形底部内表面的电极(参见第[0022]段和图1)。然而，日本专利公开No.2005-71972不包括将电极底部内表面制造成半球形的技术方法的描述。日本专利公开No.2005-71972中公开的技术假定使用如钨(W)或钼(Mo)之类的高熔点材料以解决将镍作为基本材料形成的电极的技术问题。因此，日本专利公开No.2005-71972没有公开或提出解决上述将镍作为基本材料形成的电极中的溅射电阻问题的有效方法。

(关于暗启动性)

液晶显示器的背光单元等通常具有封闭结构。也就是说，作为背光源提供的冷阴极荧光灯通常放置在外部光无法进入的暗空间中。另一方面，冷阴极荧光灯在其启动时需要触发放电的初始电子。自然界中的宇宙射线、高电场、等发射的热电子、光电子、电子一般被用作初始电子。然而，在与外部隔离的暗空间中，这些电子的每一种的量相当不足，从而冷阴极荧光灯的启动性低。

已知一种通过分散电子发射材料(如，钇(Y))来改进暗启动性的技术(参见日本专利公开No.2005-71972中第[0013]段)。

然而，在通过一般用作电极制造方法的冲压加工制造的其中分散了钇的电极的情况中，暗启动性并没有得到充分改进。本发明的发明者认真研究此现象，并且发现了此现象的原因，如下文所述。在通过冲压加工制造其中分散了钇的电极的情况下，执行下文概括的过程。

首先生产其中分散了适量钇的镍基金属材料(铸块)。在铸块上执行一定次数的辊轧和表面抛光以制成厚度为0.1-0.2mm的带状金属板。该金属板被压成如图1a或1b中所示的杯形，最后对形成的物件进行最后抛光。

然而，钇的加入导致材料的延展性大大减少并使得材料表面易碎。因此难于对铸块进行辊轧。熔化的镍向下流在电极表面上，并且在压制和最后抛光时会导致钇从电极表面脱落(falling-off)。熔化的镍流动的结果是使得在晶界偏析的钇被镍覆盖，从而基本上没有钇暴露在电极表面。暴露在电极表面的钇的量还被钇脱落减少。这意味着通过使用在镍中加入钇制备的材料来制造电极并不能有效改进暗启动性。

发明内容

本发明的一个目的在于改进由镍和分散在镍中的电子发射材料组成的材料制成的电极的溅射电阻和初始电子发射能力，从而提高冷阴极荧光灯的寿命和暗启动性。

根据本发明，提供了一种冷阴极荧光灯，包括至少含有填充其用密封玻璃以气密方式密闭的内部空间的稀有气体以及具有形成在其内壁表面上的荧光材料层的玻璃管、设置在内部空间的管状电极、以及一端与电极的底部外表面结合、另一端经过密封玻璃延伸至玻璃管外部的引线。该电极由其中分散了钇和/或钇的氧化物的镍基金属材料形成；底部外表面为平面；并且与底部外表面相对的底部内表面为曲面。

在本发明的冷阴极荧光灯中，在电极内表面中的钇和/或钇的氧化物的暴露区域相对于镍的暴露区域的比例优选为0.21％或更多。

根据本发明，还提供了一种用在冷阴极荧光灯中的电极的制造方法，该方法包括制备其中分散了钇或钇的氧化物的镍基金属线、冲模并凹陷金属线的一端表面以使金属线形成具有弯曲内表面的底部和面对底部的开口部分的管状。

在本发明的电极制造方法中，金属线中分散的钇和/或钇的氧化物的量优选等于或大于0.18wt％以及等于或小于0.68wt％。

参考示出本发明示例的附图，结合下文的描述，本发明的上述和其他目的、特点以及优点将变得显而易见。

附图说明

图1a至1d是相关技术中截面形状不同的电极示例的放大截面图；

图2是在本发明示范性实施例中的冷阴极荧光灯示例的示意截面图；

图3是图2中所示电极单元的放大透视图；以及

图4a和4b是与图1所示截面形状不同的电极示例的放大截面图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述根据本发明示范性实施例的冷阴极荧光灯的示例。图2是根据本示范性实施例的冷阴极荧光灯结构的示意截面图。

图2中所示的玻璃管2由硼硅玻璃形成。玻璃管2在其相对端用密封玻璃(粒状玻璃3)以气密方式密闭。玻璃管2的外径在1.5至6.0mm的范围内，优选在1.5至3.0mm的范围内。玻璃管2的材料可选地可以是铅玻璃、钠玻璃、低铅玻璃等。

在玻璃管2的内壁表面4的整个长度上提供荧光材料层(未示出)。根据冷阴极荧光灯1的目的和使用，形成荧光材料层的荧光材料可选自现有或新的荧光材料，如卤代磷酸盐荧光材料和稀土荧光材料。此外，荧光材料层可由两种或更多种荧光材料混合制备的荧光材料形成。

预定量的稀有气体(诸如氩、氙或氖)以及预定量的汞封闭在被内壁表面4围绕的玻璃管2的内部空间5中，内部空间5的压力减小到小于大气压。

一对电极单元6分别提供在玻璃管2的相对端。每个电极单元6具有管状电极7和与电极7的底部外表面8结合的引线9。在一个电极单元6中提供的电极7设置在置于玻璃管2的内部空间5的端部内的位置处，与内部空间5的端部有一定的小距离，并且与提供在另一电极单元6中的电极7相面对。每个引线9的一个端部与相应电极7的底部外表面8焊接，而另一端经过粒状玻璃3延伸至玻璃管2的外部。本示范性实施例中的冷阴极荧光灯1具有上述9基本结构。

将参考图3和4更详细地描述图2中所示的电极单元6。图3是提供在冷阴极荧光灯1中的电极单元6的放大透视图。图4a和4b是截面形状不同的电极7示例的纵向截面图。

如图3中所示，组成电极单元6的电极7具有圆柱(杯状)形的外形，其在一端具有开口10，另一端以底部11密闭。如图4a和4b所示，电极7的底部内表面12为具有一定曲率的曲面，底部外表面8为平面。引线9的一个端面13与电极7的平坦底部外表面8焊接(图3)。

电极7通过在与电极7具有基本相同直径的金属线上执行冷镦而形成，因而金属线形成为杯形，如图3和4所示。更具体地，从其中熔化并分散了钇(Y)或钇的氧化物(Y₂O₃)的镍(Ni)制成镍基金属材料(基本材料铸块)。钇或钇的氧化物由于与其特性相关的原因，有选择地沉淀在基本材料铸块中的晶界区。

上述基本材料铸块被加工成具有预定线直径的金属线。更具体地，加工步骤如下：热辊轧、拉丝、退火、磨光、拉丝和退火相继执行以制成金属线。随后，金属线被切割成预定长度，切割的金属线的一个端面被冲压机压制成凹陷。在此过程中，如图4a和4b中所示的底部内表面(曲面)12和面对底部内表面12的开口10同时形成。

由于电极7是由上文描述的冷镦制成的，不像冲压加工形成的电极，电极7没有在表面上流动的融化的镍以及钇从表面脱落。因此，分散在基本材料铸块(金属线)中的钇或钇的氧化物充分暴露在电极表面。结果，一直从钇或钇的氧化物发射的电子充当初始电子以保证即使在暗空间中的改进的启动性。此外，由于钇或钇的氧化物不仅在电极7的表面还在电极内部均匀存在，就算表面的钇或钇的氧化物被溅射等损伤时，内部的钇或钇的氧化物会相继出现。因此，能长期维持改进的启动性。

当基本材料铸块制成时，如果加入镍中的钇或钇的氧化物的量超过1.1wt％，基本材料铸块的硬化发展到这样的程度，使得难以通过拉丝或冷镦来加工铸块。从可加工性来看，希望将钇或钇的氧化物的量配置为0.68wt％或更少。

如果钇或钇的氧化物的量过小，暗启动性得不到充分改进。希望电极内表面中的钇或钇的氧化物的暴露区域为镍的暴露区域的0.21％或更多。如果钇或钇的氧化物充分暴露在电极内表面，将获得改进暗启动性的效果。因此，电极外表面中的钇或钇的氧化物的暴露区域的比例可为0.21％或更少。

为了使钇或钇的氧化物的暴露区域的比例相对于镍的暴露区域设置为0.21％或更多，需要在镍中均匀分散0.18wt％或更多的钇或钇的氧化物以制成基本材料铸块。

从上述可见，希望在镍中分散钇或钇的氧化物的量等于或大于0.18wt％以及等于或小于0.68wt％。

由于电极7的底部内表面12为曲面(球面)，电离的高速稀有气体均匀撞击到整个底部内表面12。因此，基本不可能发生底部内表面12的任何部分被溅射局部损伤。电极材料(镍)的溅射速率也减小了，因而产生的汞合金的量减小。因此，基本不可能发生沉积在电极内表面上的汞合金阻碍电极的电子发射。

在上文的描述中，提及氧化钇(Y₂O₃)作为钇的氧化物的示例。然而，在制作基本材料铸块的过程中分散在电极中的钇的氧化物或混合在镍中的钇的氧化物并不限于氧化钇。钇具有高活性和易于氧化的特征。因此，在和镍混合时易于将钇以钇的氧化物的形式混合。然而，电极可由通过混合金属钇(Y)和镍制备的金属材料形成。同样，电极可由通过混合钇的氧化物、钇和镍制成的基本材料铸块制成。由于钇易于氧化，可能在混合钇和镍制作基本材料铸块的过程步骤以及其他步骤中，钇转变成钇的氧化物。同样在这种情况中，钇和钇的氧化物都分散在基本材料铸块制成的电极中。简言之，分散在电极中的钇的氧化物可以钇的氧化物的形式混合在镍中存在或者以在制作基本材料铸块的步骤或不同的步骤中被氧化而存在。

具有还原性的金属可分散在电极中以获得进一步改进的暗启动性。这是由于部分氧化的钇通过具有还原性的金属而还原。已经确定通过具有还原性的金属可改进溅射电阻。

具有还原性的金属的示例为钛(Ti)、锰(Mn)、锆(Zr)和铪(Hf)。

如果具有还原性的金属为钛，希望混合物中钛的比例为0.009至0.800wt％。在具有还原性的金属为锰的情况下，希望混合物中锰的比例为1.1至4.0wt％。在具有还原性的金属为锆或铪的情况下，希望混合物中锆或铪的比例为0.05至1.10wt％。

虽然已用具体术语描述了本发明的优选实施式，这些描述的目的只是示例性的，应理解的是在不背离所附权利要求的精神或范围的前提下，可以做出改变和变化。

Claims (4)

1.一种冷阴极荧光灯，包含至少含有填充其用密封玻璃以气密方式密闭的内部空间的稀有气体以及具有形成在其内壁表面上的荧光材料层的玻璃管、设置在该内部空间中的管状电极、以及一端与电极的底部外表面结合、另一端经过密封玻璃延伸至玻璃管外部的引线，

其中该电极由其中分散了钇和/或钇的氧化物的镍基金属材料形成；底部外表面为平面；并且与底部外表面相对的底部内表面为曲面。

2.根据权利要求1的冷阴极荧光灯，其中在电极内表面中，钇和/或钇的氧化物的暴露区域相对于镍的暴露区域的比例为0.21％或更多。

3.一种用在冷阴极荧光灯中的电极的制造方法，该方法包含：

制备其中分散了钇或钇的氧化物的镍基金属线；以及

冲模并凹陷该金属线的一端表面以使该金属线形成具有弯曲内表面的底部和面对底部的开口部分的管状。

4.根据权利要求3的方法，其中，在金属线中分散的钇和/或钇的氧化物的量等于或大于0.18wt％以及等于或小于0.68wt％。

Images