CN101266910A - 冷阴极荧光灯 - Google Patents

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Abstract

提供一种包括电极的冷阴极荧光灯，即使向所述电极施加大安培电流时，该电极仍具有出色的抗溅射性，灯的寿命长，能够低成本地、容易地制造。在冷阴极荧光灯中包括：光发射管，其内壁表面上设置有荧光物质层，所述光发射管将稀有气体和汞保持在内部，其两端用密封部件气密地密封；电极，设置在所述光发射管内部两端附近；以及引线，连接到所述电极，并设置为穿入所述密封部件，所述电极包含镍和钨，镍是主要成分，钨的质量百分比范围从不小于0.4％到不大于6.5％。

Description

冷阴极荧光灯
技术领域
本发明涉及一种冷阴极荧光灯，尤其涉及一种通过提高电极的抗溅射性来延长寿命的冷阴极荧光灯。
本申请基于2007年3月15日提交的日本专利申请No.2007-66817并要求该申请的优先权利益，这里通过参引将该申请所公开的全部内容合并于此。
背景技术
因为冷阴极荧光灯具有出色的特性，例如亮度高、显色性好、寿命长、并且功耗低，所以经常被用于在电视机、计算机和类似物中使用的液晶显示装置的背光源、用于读取传真的图像和类似物的光源、复印机的消除器(eraser)光源、以及各种显示装置。在这种冷阴极荧光灯中，在光发射管，例如玻璃管的内部气密地保持稀有气体和汞，在光发射管的两个端部附近设置电极，将电压提供给所述电极，由此，使得光发射管中出现的微量电子与所述稀有气体碰撞，将该稀有气体电离，通过使电离的稀有气体与该电极碰撞，释放出二次电子，从而产生辉光放电。通过使放电电子碰撞，汞受激并辐射紫外线。荧光物质接收所述紫外线后发出荧光。
使用一对杯形电极作为这种冷阴极荧光灯的电极，将这些电极安装在光发射管内部两端附近，使得杯形开口相对。杯形电极使得管电压和功耗能够降低。这种电极用镍制成，因为镍的熔化温度低至大约1200℃，容易加工，镍对于汞和稀有气体离子以及类似物具有出色的抗溅射性，能保证与通常用于密封部件和类似物的科瓦铁镍钴合金的良好焊接，并且镍在被施加4至5mA电流的情况下具有持久性。但是，近来用于大电视屏和高亮液晶显示装置的背光源的冷阴极荧光灯要求对不低于5mA的电流具有持久性。因此，使用由钼、铌和类似物的高熔点烧结金属制成的电极来代替镍电极，这些金属在大负荷时具有出色的抗溅射性。
已经公开了例如这样一种冷阴极荧光灯，其电极部件由多孔粘结材料形成，其中将一种或多种选自由铌、铝、钽和钨组成的群组中的金属颗粒粘结在一起，并且在表面上具有连续的0.1至5μm的凸起和凹陷(日本专利特开No.2006-156151)。此外还公开了一种由金属单质，例如钨、铌、钽、钼和铼的烧结体，或平均颗粒直径不大于100μm的这些金属合金的烧结体构成的冷阴极电极(日本专利特开No.2004-178875)。
但是另一方面，由这些高熔点烧结金属制成的电极当焊接引线时出现引线损坏的问题，当将光发射管的两端密封时出现密封部件损坏的问题。此外，这些电极材料比镍昂贵，电极的形成困难，必需与此相关的耗材例如夹具，因而电极变得非常昂贵。因此，希望出现一种在大负荷时具有出色的抗溅射性的镍电极。已经公开了一种含钼6％至35％的镍钼合金电极(日本专利特开No.2006-12505)。但是，在镍钼合金电极中，当施加超过10mA的高电流时，晶粒的界面部分被微量氧所氧化，抗溅射性突然下降。
本发明人已经研发了一种抗溅射性得到提高的电极，这种电极由包含镍或镍合金、其中分散有钇的基体材料形成。但是，当向电极施加超过10mA的高电流时，电极的发热增加，抗溅射性下降。
本发明的目的是提供一种冷阴极荧光灯，这种冷阴极荧光灯包括在制造过程中表面区域不易被氧化的电极，即使被施加大安培电流时电极仍具有出色的抗溅射性，灯的寿命长，能够低成本地、容易地制造。
发明内容
本发明人致力于研究并由此获得这样的知识：如果冷阴极荧光灯的电极由包含镍作为主要成分并包含特定量的钨或者还包含钼的材料形成，则即使在施加超过10mA的高电流时，电极的抗溅射性仍然出色，利用这个结果能够延长冷阴极荧光灯的寿命。基于上述知识，本发明人能够完成本发明。
也就是说，本发明涉及一种冷阴极荧光灯，包括：光发射管，其内壁表面上设置有荧光物质层，所述光发射管将稀有气体和汞保持在内部，其两端用密封部件气密地密封；电极，设置在所述光发射管内部两端附近；以及引线，连接所述电极，设置为穿入所述密封部件。在这种冷阴极荧光灯中，所述电极包含镍和钨，镍是主要成分，钨的质量百分比范围从不小于0.4％到不大于6.5％。
附图说明
图1为本发明的冷阴极荧光灯的实例的示意性剖视图；以及
图2为图1所示电极的实例的示意性立体图。
具体实施方式
本发明的冷阴极荧光灯包括：光发射管，其内壁表面上设置有荧光物质层，光发射管将稀有气体和汞保持在内部，其两端用密封部件气密地密封；电极，设置在光发射管内部两端附近；以及引线，连接电极，设置为穿入密封部件。在这种冷阴极荧光灯中，电极包含镍和钨，镍是主要成分，钨的质量百分比范围从不小于0.4％到不大于6.5％。
作为在本发明的冷阴极荧光灯中使用的光发射管，可采用由任意材料，例如玻璃制成的光发射管，只要它们是由荧光物质层发出的可见光可通过的材料制成，所述玻璃例如有硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼硅酸锌玻璃、铅玻璃以及钠玻璃。可采用任意形状的光发射管，例如直管类型和弯曲管类型。可采用具有任意管直径的光发射管，管直径的实例包括1.5至6.0mm。根据使用目的，可按照需要来选择光发射管的厚度，当管直径处于上述范围时，优选光发射管的厚度为0.15至0.6mm。
荧光物质层设置在光发射管内壁表面的几乎全部区域上。所述荧光物质层包含荧光物质，所述荧光物质受汞辐射出的紫外线激发(在下文中描述)而发出荧光。可根据使用目的来选择这种能发出具有期望波长的可见光的荧光物质，所述荧光物质的具体实例包括卤磷酸盐(halophosphate)荧光物质和稀土荧光物质。通过适当地组合这些荧光物质，使其发出白光也是可能的。优选荧光物质层的厚度为不小于11μm但不大于28μm。
将汞和选自氩、氙、氖和类似物的稀有气体密封在光发射管中。该光发射管中产生的放电电子与汞原子碰撞，汞原子产生包括253.7nm的激发荧光物质的紫外线。当点亮冷阴极荧光灯时，要引入的汞的蒸汽压力的实例包括1至10Pa，稀有气体的压力的实例包括5000至11000Pa。
设置在光发射管内部两端的电极包含镍和钨，镍是主要成分，钨的质量百分比范围从不小于0.4％到不大于6.5％。作为主要成分的镍可构成除了钨之外的整个电极。包含镍作为主要成分的电极当将引线连接到所述电极时可抑制该引线的损坏，当用密封部件将光发射管端部气密地密封时可抑制该密封部件的损坏，并且，这种包含镍作为主要成分的电极可成形性极好。
电极中包含的钨防止所述电极因为电离的稀有气体和汞的碰撞而被溅射，由此赋予电极出色的抗溅射性。此外，即使在制造过程中留在电极中的微量氧将晶粒的界面部分氧化时，电极中包含的钨也能够加强晶粒界面的粘结，并进一步提高抗溅射性。电极中的钨含量为质量百分比不小于0.4％但不大于6.5％。如果钨含量在这个范围内，则电极即使被施加超过10mA的电流时，对于电离的稀有气体和汞仍具有出色的抗溅射性，因此能够延长冷阴极荧光灯的寿命。
优选在上述电极中包含质量百分比范围为不小于3％但不大于35％的钼。当包含的钼在此范围内时，形成钨、钼和镍的合金，因此进一步提高了抗溅射性。如果电极包含的钼在此范围内，则电极即使被施加超过10mA的电流时，仍具有出色的抗溅射性，因此能够延长冷阴极荧光灯的寿命。
此外，优选在上述电极中包含质量百分比范围为不小于0.05％但不大于1.10％的钇。包含的钇在此范围内使得电极中镍的晶粒以精细状态形成，例如平均颗粒直径不大于25μm。电极中的精细晶粒使得颗粒间的粘结强化，这能够在很大程度上防止电极因为稀有气体和汞的离子而被溅射
优选在上述电极中钴或铁的质量百分比含量都不大于0.5％。如果钴或铁的质量百分比含量都不大于0.5％，则这些元素不能阻止钇将镍的晶粒精细化的作用，结果电极中镍的晶粒趋于精细地形成，由此进一步提高了电极的抗溅射性。
从通过比较方法获得的颗粒直径中可发现晶粒的平均颗粒直径，这种比较方法包括在光学显微镜下观察用酸蚀刻的电极表面。具体而言，使用与日本热处理学会(JSHT)撰写编辑、K.K.Taiga Shuppan出版的“An Introduction to Metallic Materials and Structure”(第189至193页)中所述方法一致的方法可发现此平均颗粒直径。在光学显微镜放大倍数为100×，实际视野的圆周直径为0.8mm，影印圆周(circle ofphotoprint)直径为80mm时，与标准图样进行比较，判断出相当的颗粒尺寸号，由此获得平均颗粒直径。例如，因为25μm的颗粒直径正好位于颗粒尺寸号7与8的中点7.5，所以能够获得颗粒直径的平均值。
因为上述电极的杯子形状能够使得管电压和功耗降低，优选在光发射管内部两端附近形成一对具有彼此相对的杯形开口的电极。在制造杯形电极时，也可以采用这样的方法，即包括从板形坯料中切割出部件并将这些部件接合。此外，通过将板形坯料切割成圆周形状，将此圆周的中心部分锤成杯形，能够容易地形成电极。此外，通过进行所谓的头部加工也能够容易地形成杯形电极，所述头部加工包括将材料线切割成期望的长度，轴向敲打切割面以形成凹部，将凹部形成为杯形。可根据光发射管的内径和灯的输出适当地选择杯子的形状，例如杯子的外径为1.05至2.75mm，长度为3至8mm。
连接到上述电极的引线用于将电极与外电源连接。可用这样的方式安装所述引线：引线一端熔接到电极底表面，另一端通过穿入密封光发射管端部的密封部件而向外突出。优选地，引线具有耐热性，从而防止了引线由于将密封部件接合到光发射管时进行的加热而损坏。此外，还可以使用具有双层结构的科瓦铁镍钴合金线，其中用铜制成芯线，外包科瓦铁镍钴合金，使得在使用灯时电极的热能够有效地辐射到光发射管外。
将保持稀有气体和汞的上述光发射管的两端气密密封的密封部件设置为穿过上述引线，并具有经由所述引线固定电极的功能。在该密封部件中可使用例如微珠玻璃(bead glass)和科瓦铁镍钴合金以及类似物。
本发明的冷阴极荧光灯在光发射管的荧光物质层与内壁表面之间可具有保护层，用于抑制从汞辐射出的紫外线和类似物泄漏到光发射管外，或者抑制光发射管由于汞和类似物而损坏。例如可使用金属氧化物形成所述保护层，例如氧化钇、氧化铝和氧化铈。
作为形成上述冷阴极荧光灯的方法，将钇与镍和钨的熔融物或者与镍、钼和钨的熔融物混合，制成由这些元素的合金形成的坯料或者材料线。用该坯料或材料线形成具有精细晶粒的电极。
作为制造电极的方法，具体而言，将包含用于构成上述电极的镍作为主要成分的金属熔化。对于熔化温度，优选以接近镍的熔化温度的温度进行熔化，因为这使得能够获得具有精细晶粒的电极。
之后，将此熔融物灌入坯料制作模中，将其模制为包含这些金属的镍合金坯料。此外，通过热轧和冷轧对此坯料进行塑性加工，由此，该坯料形成为例如厚0.1至0.2mm的薄片或者直径为1至2.6mm的材料线。经热轧和冷轧后，将坯料退火，由此减轻内应变，提高延展性。之后，进行表面研磨。通过对材料线进行压制成形或头部加工，就可以获得具有精细晶体结构和杯形的电极。将引线熔接到这样获得的电极。
在光发射管的内壁上形成荧光物质层时，制备将上述荧光物质分散在溶剂中的分散液，并将此分散液以预定厚度涂覆在由玻璃及类似物制成的光发射管的内壁表面。可采用例如沉浸或喷雾的方法作为涂覆方法。将涂覆膜干燥形成荧光物质层。之后，将电极配置在光发射管端部，用密封部件气密地密封光发射管端部，使引线能够穿过所述密封部件。可将汞和稀有气体引入光发射管。
图1所示的液晶面板的背光源可作为本发明的冷阴极荧光灯的实例。在图1的示意性剖视图中所示的冷阴极荧光灯1中，用微珠玻璃3将硼硅酸盐玻璃制成的玻璃管2的两端气密地密封。玻璃管2的外径范围为1.5至6.0mm，优选范围为1.5至5.0mm。在玻璃管2的内壁表面上，荧光物质层4基本上沿着玻璃管的整个长度设置。将玻璃管2的内部空间5的压力减少到大气压力的几十分之一，并以指定量将稀有气体和汞引入此空间。如图2的放大立体图所示，在玻璃管2两端配置各自具有上述化学成分的杯形电极7，杯形电极7具有彼此相对的杯形开口10。以这样的方式设置各个引线9：引线一端连接到电极7的底表面部分8，另一端穿入微珠玻璃3，引出到玻璃管2外。
因为上述冷阴极荧光灯具有电极，所述电极包含作为主要成分的镍、规定量的钨、以及按照需要的规定量的钼和钇，并具有晶粒的精细结构，所以这种冷阴极荧光灯的抗溅射性显著提高，寿命加长。
下文将通过示例性实施例更详细地描述本发明。
[示例性实施例1]
原始材料的化学成分构成(质量百分比)是：镍71.4％，钨3.3％，钼25.0％，平衡附带杂质(balance incidental impurity)例如碳、硅、铜、硫和镁总共0.3％，将此原始材料以不低于镍的熔点的温度熔化。将熔融物灌入模子并冷却到室温。然后重复进行热轧和冷轧，制造出厚度差不多0.2mm的轧成材料。经过表面研磨后将所述轧成材料退火并压制成形，由此制造出外径为1.7mm、长度为5mm的杯形电极。将带有0.8mm孔的科瓦铁镍钴合金线焊接到所获得的各个电极的底表面部分，形成单体部件。
通过比较方法测量电极中镍的平均晶粒直径。镍的平均晶粒直径为20μm。
将包含荧光物质的分散液以大约18μm的厚度涂覆在带有2.0mm孔的玻璃管的内壁表面。将熔接了科瓦铁镍钴合金线的电极配置到玻璃管内的端部，使得电极的开口彼此相对，并通过玻璃微珠将玻璃管的两个端部密封，科瓦铁镍钴合金线穿过该玻璃微珠。之后，引入汞和稀有气体，由此制备出冷阴极荧光灯。
对于所获得的冷阴极荧光灯，以10mA的电流将其点亮后，根据杯形部分的磨损量来观察抗溅射性是好还是坏。基于以下标准，根据电极的杯形部分的磨损量来评估抗溅射性。结果如表1中所示。
表1
  Ni   Mo   W   Y   Co   Fe   抗溅射性
  ＞55   40   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞60   35   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞65   30   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞70   25   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞80   15   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞76.5   15   3.3   0.5   3.5   ＜0.03   ＜
  ＞80   15   3.3   0.5   0.5   ＜0.03   O
  ＞75.5   15   3.3   0.5   ＜0.05   4.5   ＜
  ＞80   15   3.3   0.5   ＜0.05   0.5   O
  ＞81   15   3.3   0.04   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞81   15   3.3   0.05   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞80   15   3.3   1.1   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞80   15   3.3   1.11   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞90   5   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞92   3   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞94   1   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞95   0   3.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞95   3   0.4   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞64   35   0.4   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞95   3   0.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞64   35   0.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞89.5   3   6.5   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞57.5   35   6.5   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞89.5   3   6.6   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞57.5   35   6.6   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞95.5   0   4   0.04   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞95.5   0   4   0.05   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞94.5   0   4   1.1   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞94.5   0   4   1.11   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞92   0   6.6   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞92.5   0   6.5   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞94   0   5   0.5   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞95   0   4   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞93   0   4   0.5   1.8   ＜0.03   ＜
  ＞95   0   4   0.5   ＜0.05   1.5   ＜
  ＞97   0   2   0.5   ＜0.05   ＜0.03   T
  ＞98   0   1.1   0.5   ＜0.05   ＜0.03   O
  ＞98.5   0   0.4   0.5   ＜0.05   ＜0.03   ＜
  ＞98.5   0   0.3   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞99   0   0.1   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
  ＞99   0   0   0.5   ＜0.05   ＜0.03   x
T：观察到杯形部分的磨损很轻微。
O：虽然观察到杯形部分的磨损，但是冷阴极荧光灯足以能够使用。
＜：观察到杯形部分的磨损，这是使用的临界区域。
x：杯形部分的磨损厉害，冷阴极荧光灯不能使用。
[示例性实施例2]
除了原始材料的化学成分改变为表1所示的化学成分之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯。评估了所获得的冷阴极荧光灯的抗溅射性。结果如表1所示。
[示例性实施例3]
除了原始材料的化学成分改变为表1所示的化学成分之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯。评估了所获得的冷阴极荧光灯的抗溅射性。结果如表1所示。
[示例性实施例4]
除了原始材料的化学成分改变为表1所示的化学成分之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯。评估了所获得的冷阴极荧光灯的抗溅射性。结果如表1所示。
[比较实例]
除了原始材料的化学成分改变为表1所示的化学成分之外，以与示例性实施例1相同的方式制造冷阴极荧光灯。评估了所获得的冷阴极荧光灯的抗溅射性。结果如表1所示。
根据结果，显然本发明的冷阴极荧光灯具有出色的抗溅射性，并且持久性极好。
通过提高电极的抗溅射性，延长了本发明的冷阴极荧光灯的寿命，这种冷阴极荧光灯是有用的，因为它能够方便地应用于在电视机、计算机以及类似物中使用的液晶显示装置的背光源、用于读取传真的图像和类似物的光源、复印机的消除器光源、以及各种显示装置。
在本发明的冷阴极荧光灯中，电极的表面区域在制造过程中不易被氧化，即使向电极施加大安培电流时，所述电极仍具有出色的抗溅射性。这种冷阴极荧光灯的寿命长，能够低成本地、容易地制造。

Claims (3)

1.一种冷阴极荧光灯，包括：
光发射管，所述光发射管的内壁表面上设置有荧光物质层，所述光发射管将稀有气体和汞保持在内部，所述光发射管的两端用密封部件气密地密封；
电极，设置在所述光发射管内部两端部分附近；以及
引线，连接到所述电极，并设置为穿入所述密封部件，
其中，所述电极包含镍和钨，镍是主要成分，钨的质量百分比范围从不小于0.4％到不大于6.5％。
2.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯，其中所述电极包含钼，其质量百分比范围从不小于3％到不大于35％。
3.如权利要求1或2所述的冷阴极荧光灯，其中所述电极包含钇以及钴或铁，钇的质量百分比范围从不小于0.05％到不大于1.10％，钴或铁的含量为质量百分比都不大于0.5％。
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