CN101252075A - 冷阴极荧光灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种冷阴极荧光灯及其制造方法，所述冷阴极荧光灯包含电极，该电极具有更好的抗溅射性并且能够通过使用作为主要成分的镍或镍合金容易地以低成本制造。还提供了一种长寿命冷阴极荧光灯及其制造方法，所述长寿命冷阴极荧光灯使得即使当使用铜－科瓦铁镍钴合金双结构的导线时也能够在灯的使用期间很好地执行从电极的热辐射。在冷阴极荧光灯中，包括：在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，透明管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线，所述电极具有由平均微粒直径不大于25μm的作为主要成分的镍或镍合金的晶粒构成的微观结构。

Description

冷阴极荧光灯及其制造方法

本申请基于并要求于2007年2月20日提交的日本专利申请No.2007-39532的优先权，该申请的内容全部结合于此，以资参考。

技术领域

本发明涉及一种冷阴极荧光灯以及制造冷阴极荧光灯的方法，具体地讲，涉及寿命被延长的冷阴极荧光灯以及制造长寿命冷阴极荧光灯的方法。

背景技术

因为冷阴极荧光灯具有优良的特性例如高亮度、高演色性、长寿命和低功耗，所以它们通常用作液晶显示单元的背光、传真等的用于读取图像的光源、复印机的擦除器光源以及各种显示单元。在这种冷阴极荧光灯中，电压被施加到设置在透明管例如玻璃管的两个端部附近的电极，稀有气体和汞被密封地保持在所述透明管的内部，由此导致出现在透明管内的微量电子碰撞电极，从而导致二次电子被释放并且产生辉光放电。结果，由辉光放电激发的汞辐射紫外线，并且设置在透明管的内壁上的荧光物质接收紫外线并发出可见光。

作为冷阴极荧光灯的电极，使用一对需要低施加电压并能够降低功耗的杯状电极，这些电极在两端附近安装在透明管的内部，使得杯状开口彼此相对。这种电极由镍制成，因为镍能够容易地处理，它的熔化温度低至大约1200℃，并且这种金属对汞、稀有气体等的离子具有优良的抗溅射性。为了提高电极的抗溅射性并抑制由于带有溅射的电极物质的汞合金的形成而导致的汞的消耗，利用钼、铌等代替镍制成电极也是公知的。

作为冷阴极荧光灯的这种电极，已经公开例如从由铌、钼、钽和钨构成的组中选择的一种或多种金属材料的多孔物质形成的并在表面上具有0.1μm至5μm的连续凸起和凹陷的电极材料(专利文件1)。另外，已经公开了由平均粒子直径不大于100μm的单质金属(例如钨、铌、钽、钼和铼)的微粒烧结物或者这些金属的合金的微粒烧结物构成的冷阴极(专利文件2)。

然而，钼(熔点：2622℃)、铌(熔点：1950℃)等具有高熔点，难以制造能够完全熔化这些金属的热熔炉。这些金属本身是昂贵的，此外，用于制造电极的高温热熔炉的制造需要高成本。由于这个原因，通常使用通过在大约1000℃烧结这些金属而制成的铸锭或材料线来制造电极。然而，在以不高于熔点的温度成形的铸锭或材料线中，留有原料的微粒边界。使用留有原料的微粒边界的铸锭或材料线制成的电极被从原料的微粒边界选择性地溅射。如果由对汞和稀有气体的离子等不具有足够的抗溅射性的钼和铌制成的这种电极应用于微粒级冷阴极荧光灯，则会发生问题。

本发明人已经开发了具有改进的抗溅射性的电极的冷阴极荧光灯，所述电极由这样的材料形成，该材料含有镍或镍合金作为主要成分并且具有还原作用的金属例如钛、锆和铪被添加到其中(专利文件3)。在冷阴极荧光灯的制造过程中，当电极被加热以连接导线时，钛、锆和铪等的金属原子首先被氧化，并且抑制了作为主要成分的镍或镍合金的氧化，结果可以抑制电极的抗溅射性的降低。即使在使用铜-科瓦铁镍钴合金(Koval)双结构的导线的情况下，也可以在低温下执行导线到具有低熔点的电极的连接，并且抑制了连接期间铜从导线外流，这样可以抑制由于铜外流而导致空穴产生。由于这个原因，在冷阴极灯的使用期间由电极产生的热可以被很好地辐射。包含在镍或镍合金中的金属例如钛、锆和铪的氧化易于不均匀地分布在镍或镍合金的晶粒边界处，因此，镍或镍合金的晶粒间的键合被这些金属氧化物加强。当这样的材料用在电极中时，电极获得优良的抗溅射性。

[专利文件1]日本专利特许公开No.2006-156151

[专利文件2]日本专利特许公开No.2004-178875

[专利文件3]日本专利特许公开No.2006-228615

发明内容

本发明的目的是为了提供一种冷阴极荧光灯及其制造方法，所述冷阴极荧光灯包含电极，该电极具有更好的抗溅射性并且能够通过使用作为主要成分的镍或镍合金容易地以低成本制造。本发明的另一目的是为了提供一种长寿命冷阴极荧光灯及其制造方法，所述长寿命冷阴极荧光灯使得即使当使用铜-科瓦铁镍钴合金双结构的导线时也能够在灯的使用期间很好地执行从电极的热辐射。

本发明人致力于研究，并得知当电极具有由镍和镍合金构成的平均颗粒直径不大于25μm的晶粒的微观结构时电极的抗溅射性是优良的。本发明人已经发现，通过将规定量的钇添加到镍或镍合金中可以更加容易地形成这种镍或镍合金的晶粒微观结构。本发明人能够基于这些知识完成本发明。

也就是说，本发明涉及一种冷阴极荧光灯，包括：在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，透明管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线，其中，所述电极具有由平均微粒直径不大于25μm的作为主要成分的镍或镍合金的晶粒构成的微观结构。

另外，本发明涉及一种制造冷阴极荧光灯的方法，所述冷阴极荧光灯包括：在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，透明管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线，所述方法包括步骤：通过将钇与作为主要成分的含镍金属或镍合金混合来形成铸锭或材料线；和由所述铸锭或材料线形成具有由平均微粒直径不大于25μm的晶粒构成的微观结构的电极。

本发明的冷阴极荧光灯具有电极，其中，镍或镍合金被用作主要成分，并且抗溅射性优良。这样的电极能够容易地以较低成本制造。即使当使用铜-科瓦铁镍钴合金双结构的导线时，本发明的冷阴极荧光灯也能够在灯的使用期间很好地执行从电极的热辐射并具有长寿命。

附图说明

图1是本发明的冷阴极荧光灯的例子的示意性剖视图；

图2是图1中所示的电极的例子的示意性透视图。

优选实施方式

本发明的冷阴极荧光灯的特征在于包括：在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线。在这个冷阴极荧光灯中，电极具有由平均微粒直径不大于25μm的作为主要成分的镍或镍合金的晶粒构成的微观结构。

作为本发明的冷阴极荧光灯中使用的透明管，可以使用任何材料例如玻璃(如硅玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼硅酸锌玻璃、铅玻璃和钠玻璃)制成的透明管，只要它们由透射可见光的材料制成。可以使用任何形状的透明管，例如直管型和弯曲管型。可以使用任何管径的透明管，管径的例子包括1.5mm到6.0mm。

荧光物质层设置在透明管的内壁表面的几乎整个区域上。荧光物质层包含受汞辐射的紫外线(将在后面描述)激发并发射可见光的荧光物质。发射期望波长的光的这种荧光物质可以根据使用目的来选择，其具体例子包括磷酸盐(halphosphate)荧光物质和稀土元素荧光物质。也可以通过适当地组合这些荧光物质来使得发射白光。优选的是，荧光物质层的厚度不小于11μm但不大于28μm。

使得从氩、氙、氖等中适当选择的引入到透明管中的稀有气体碰撞被电离的电子，并成为气体离子，导致电子放电开始，并维持电子放电。优选地，引入到透明管中的稀有气体的量使得当冷阴极荧光灯发光时蒸汽压力为例如5000Pa至11000Pa。

引入到透明管中的汞通过碰撞透明管中产生的放电电子来激发，并产生包括波长为253.7nm的紫外线的紫外线，因而受紫外线激发的荧光物质基于荧光体而发光。优选地，引入到透明管中的汞的量使得当冷阴极荧光灯发光时蒸汽压力为例如1Pa至10Pa。

设置在透明管的内部两端的电极具有主要由镍或镍合金构成的平均微粒直径不大于25μm的晶粒的微观结构。优选地，电极中作为主要成分的镍的含量质量百分比不小于70％。镍合金可以为任何状态，例如固溶体、金属互化物、以及两者的混合物。镍合金的例子包括含镍和从镁、铝、硅、钛、铬、锰、铁、钴、锌、镓、锗、锶、锆、铌、钼等中选择的任一种或两种或更多种元素的合金。优选地，镍合金中除镍之外的金属含量为一种金属的含量的质量百分比为0.01％至2％。镍作为主要成分而被包含，因此，电极具有低熔点，当导线连接到电极时，可以抑制导线的劣化、对导线的损坏等。

另外，优选地，上述电极含有钇。含钇使得镍的晶粒能够被形成为平均微粒直径不大于25μm精细状态。优选地，电极中钇含量按质量百分比不小于0.15％但不大于1.1％。如果电极中钇含量在这个范围内，则可以确保镍的晶粒具有上述范围内的微粒直径。

另外，优选地，电极中的硅含量按质量百分比不大于0.003％。如果电极中的硅含量按质量百分比不大于0.003％，则镍的晶粒易于被精细地形成为具有不大于25μm的平均微粒直径。

此外，除了钇之外，电极可以包含从锆、铪、钛、锰等中选择的一种或两种或更多种元素，镍的晶粒可以被精细地形成为具有不大于25μm的平均微粒直径。优选地，电极中这些金属的含量为一种金属的含量按质量百分比为0.01％至0.3％，因为这使得能够形成微观结构。

电极的这种微观结构通过平均微粒直径不大于25μm的晶粒来形成。电极的微观结构使得能够防止镍原子等受到稀有气体离子等溅射。当电极具有由平均微粒直径不大于25μm的晶粒形成的微观结构时，晶粒之间的键合状态变强，结果提高了对稀有气体离子等的抗溅射性。从通过包括在光学显微镜下观察用酸刻蚀的电极的表面的比较方法获得的微粒直径中可以得出电极的晶粒的平均微粒直径。具体地，通过使用根据由日本热处理协会(The Japan Society for Heat Treatment，JSHT)编写的并由K.K.TaigaShuppan出版的“An Introduction to Metallic Materials and Structures”(pp.189-193)中公开的方法的方法，可以得出平均微粒直径。在具有圆形且直径为0.8mm的实际视场的光学显微镜下利用100x的放大倍数观察的影印尺寸是直径为80mm的圆中，与标准图像进行比较并且判断等效微粒尺寸号，由此获得平均微粒直径。例如，因为25μm的微粒直径恰好位于微粒尺寸号7和8的中点7.5，可以获得微粒直径的平均值。

优选地，使用具有杯形的一对电极，因为上述电极使得能够降低管压和功耗。利用彼此相对的一对杯形开口，可以在透明管的内部两端附近形成两个电极。虽然可以通过结合板状铸锭的切割构件来制造杯形电极，但是也可以采用包括将构件切割成圆形形状、对圆形构件冲压成形使得圆的中心部分凹下成杯形的方法。另外，通过执行被称为顶锻机加工的包括将材料线切割成期望的长度、轴向击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观结构的电极。根据透明管的内径和灯的输出适当地选择杯的形状，杯的形状可以为例如外径1.1到2.7mm、长度3到7mm。

导线连接到本发明的冷阴极荧光灯的上述电极，用于将电极连接到外部电源。导线可以按这样的方式安装：导线的一端熔接到电极的底表面，其另一端穿过例如用于密封透明管的端部的密封构件如玻璃珠而突出到外部。优选地，导线具有热阻，从而防止导线在密封构件连接到透明管时执行加热而劣化。另外，作为导线，可以使用双结构的科瓦铁镍钴合金(Koval)线，其中能够将灯使用期间电极的热有效地辐射到透明管的外部的由铜制成的芯线覆盖有科瓦铁镍钴合金。

本发明的冷阴极荧光灯可以在荧光物质层和透明管之间具有保护层，用于抑制从汞辐射的紫外线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，可以通过使用金属氧化物如氧化钇、氧化铝和氧化铈。

在制造冷阴极荧光灯的过程中，所述冷阴极荧光灯包括在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线，制造本发明的冷阴极荧光灯的方法的特征在于：通过将钇与作为主要成分的含镍金属或镍合金混合来形成铸锭或材料线；由所述铸锭或材料线形成具有由平均微粒直径不大于25μm的晶粒构成的微观结构的电极。

在制造本发明的冷阴极荧光灯的方法中，具体地，含有用于形成电极的作为主要成分的上述镍或镍合金的粉末状混合物被熔化。对于将要使用的镍或镍合金的微粒直径，可以使用任何尺寸，因为这些物质在其熔点附近被熔化。粉末状的钇被添加到这个熔化物中的量的范围优选地占整体质量百分比为0.15％至1.1％的范围内。钇的熔点为1490℃，因而钇易于均匀地熔化在镍熔化物中。

此后，这个熔化物被灌注到制造铸锭的铸模中并被模铸成铸锭。此外，通过热轧和冷轧来处理铸锭，由此可以将铸锭形成为0.1mm至0.2mm厚的片板或者例如直径为1mm至2.6mm的材料线。在热轧和冷轧之后，对铸锭退火，由此消除内部应力并提高延展性。此后，执行表面研磨。通过对材料线执行冲压成形或顶锻机处理，可以获得具有平均微粒直径不大于25μm的微观结构的电极。导线被熔接到电极。

在透明管的内壁上形成荧光物质层的过程中，制备上述荧光体物质分散在溶剂中的分散液。然后，透明管的内壁表面被浸在这种分散液中，或者通过使用喷射或其他方法将这种分散液涂在透明管的内壁表面上，并对其干燥以在玻璃管的内表面壁上形成预定厚度的荧光物质层。之后，将电极布置在透明管的端部，并且用密封构件密封透明管的端部，使得导线穿过所述密封件。汞和稀有气体被引入到透明管内，由此完成冷阴极荧光灯的制造。

图1示出了本发明的冷阴极荧光灯的例子，该冷阴极荧光灯应用于液晶面板的背光。在图1的示意性剖视图中所示的冷阴极荧光灯1中，由硼硅酸盐玻璃制成的玻璃管2的两端用珠玻璃(bead glass)3气密性密封。玻璃管2的外径在1.5mm到6.0mm的范围内，优选在1.5mm到5.0mm的范围内。在玻璃管2的内壁表面4上，未示出的荧光物质层基本上沿着玻璃管的整个长度设置。规定量的稀有气体和汞被引入到由内壁表面4包围的玻璃管2的内部空间5中，内部压力以几十大气压的因子降低。在玻璃管2的纵向上两端，如图2的放大透视图所示，布置有一对杯形电极7，杯形开口10彼此相对。电极具有由平均微粒直径不大于25μm的镍晶粒形成的微观结构。每条导线9以这样的方式设置：导线9的一端焊接到电极7的底部8，其另一端穿过珠子玻璃3并伸出到玻璃管2的外部。

该冷阴极荧光灯具有显著改善的抗溅射性和长寿命，因为上述冷阴极荧光灯具有这样的电极，该电极具有主要由镍或镍合金构成的平均粒子直径不大于25μm的晶粒的微观结构。

下面，将基于示例性实施例进一步详细描述本发明。

[示例性实施例1]

作为原料的镍被熔化，钇以质量百分比0.72％的量被混合到熔化的镍中，并且被均匀混合。此后，这个熔化物被灌注到铸模中并冷却。然后反复热轧和冷轧，并制成厚度为0.2mm的轧制材料。在表面研磨之后对轧制材料退火和冲压成形，由此制成外径为1.7mm且长度为5mm的杯形电极。带有0.8mm孔的科瓦铁镍钴合金线被焊接到所获得的电极的底表面部分，形成一件构件。

通过比较法测量电极的镍的平均晶粒直径。镍的晶粒的平均颗粒直径为20μm。

向具有2.0mm的孔的玻璃管的内壁表面涂敷大约18μm厚的荧光物质。科瓦铁镍钴合金线被熔接到其上的电极被布置到玻璃管的两端，使得电极的开口彼此相对，玻璃管的两端通过玻璃珠密封，科瓦铁镍钴合金线穿过玻璃珠。之后，引入汞和稀有气体，由此制成了冷阴极荧光灯。

对于所获得的冷阴极荧光灯，在它以10mA的管电流发光10000小时之后，从杯状部分的磨损量观察抗溅射性是否良好。与比较例1中的磨损量相比，电极的杯状部分的磨损量显著小，并且这些电极具有优良的抗溅射性。

[比较例1]

除了利用纯Ni制造具有平均微粒直径为45μm的晶粒结构的电极之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯，并使得冷阴极荧光灯发光并使用。

观察电极的杯状部分中的磨损，该冷阴极荧光灯的抗溅射性较差。

[示例性实施例2]

以与示例性实施例1相同的方式，制备熔化物并将其拉伸成材料线，最后将其退火，由此制成外径为1.6mm的线。此后，使线的切割截面的中间下压以形成空穴，并且制成外径为1.7mm且长度为5mm的杯形电极。直径为0.8mm的科瓦铁镍钴合金被焊接到所获得的电极的底表面部分。电极的镍晶粒的平均颗粒直径为18μm。

除了使用所获得的电极之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯，并进行抗溅射性测试。与比较例2中的磨损相比，电极的杯状部分的磨损很小，并且电极具有优良的抗溅射性。

[比较例2]

除了使用纯Ni制造具有平均微粒直径为50μm的晶粒结构的电极之外，以与示例性实施例2相同的方式制造冷阴极荧光灯，并使得冷阴极荧光灯发光并使用。

观察电极的杯形部分的磨损，冷阴极荧光灯的抗溅射性较差。

明显的是，冷阴极荧光灯使用具有平均微粒直径不大于25μm的微观结构的电极，其由镍或镍合金构成，并且抗溅射性和耐用性优良。

本发明的冷阴极荧光灯应用于液晶显示单元的背光、传真等的用于读取图像的光源、复印机的擦除光源、以及各种显示单元，本发明的冷阴极荧光灯具有优良的特性例如高亮度、高演色性和低功耗，并具有抗溅射性优良的电极，且易于获得低功耗。此外，本发明的冷阴极荧光灯使得即使当使用铜-科瓦铁镍钴合金双结构的导线时也能够在灯的使用期间很好地执行从电极的热辐射。这种冷阴极荧光灯具有长寿命并且很有用。

Claims (4)

1.一种冷阴极荧光灯，包括：

透明管，该透明管在内部空间中保持稀有气体和汞，透明管的两端被气密性密封；

荧光物质层，其设置在透明管的内壁上；

电极，其设置在透明管内部两端部分附近；以及

导线，用于将电极连接到电源；

其中，所述电极具有由平均微粒直径不大于25μm的作为主要成分的镍或镍合金的晶粒构成的微观结构。

2.根据权利要求1所述的冷阴极荧光灯，其中，所述电极包含钇，钇的含量按质量百分比在不少于0.15％至不大于1％的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的冷阴极荧光灯，其中，所述电极的硅含量按质量百分比不大于0.003％。

4.一种制造冷阴极荧光灯的方法，所述冷阴极荧光灯包括：在内部空间中保持稀有气体和汞的透明管，透明管的两端被气密性密封；设置在透明管的内壁上的荧光物质层；设置在透明管内部两端部分附近的电极；以及用于将电极连接到电源的导线，所述方法包括步骤：

通过将钇与作为主要成分的含镍金属或镍合金混合来形成铸锭或材料线；和

由所述铸锭或材料线形成具有由平均微粒直径不大于25μm的晶粒构成的微观结构的电极。

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