TWI393164B - 冷陰極螢光燈及製造電極之方法 - Google Patents

Description

冷陰極螢光燈及製造電極之方法

本申請案係根據並主張在2007年1月17日所申請之日本專利申請案第2007-7958號之優先權的利益，在此將其揭露完全納入參考。

本發明係關於一種冷陰極螢光燈，尤其是一種可以改善用在冷陰極螢光燈之電極。

冷陰極螢光燈，例如，已被廣泛使用當作液晶顯示器的背光源。一般的冷陰極螢光燈具有：玻璃管，其具有形成在內壁表面上之螢光材料層及填充在其中稀有氣體；一對位在玻璃管相對端使彼此相面對之電極；及具有一端連接到電極，而另一端延伸到玻璃管外部之導線。

上述用在冷陰極螢光燈之電極具有一端為開口，而另一端為封口之圓柱形狀。因為鎳(Ni)的價格低，而且Ni具有高的加工性，所以Ni係典型用於電極之材料。在下文中，將電極的封口端稱為底部。

第1a圖到第1e圖為數種橫截面形狀不同的電極之範例。示於第1a圖和第1b圖之電極30和31係藉由擠壓加工(press working)所製造之電極。示於第1c圖、第1d圖和第1e圖之電極40、41和42係藉由冷鍛釘頭製造之電極。幾乎所有目前所使用的電極都是藉由擠壓加工或冷鍛釘頭製造。

在電極係藉由擠壓加工製造的情形下，具有0.1到0.2 mm厚度之金屬板被形成杯子的形狀，如第1a圖或第1b圖所示(藉由執行深引伸(deep drawing))。在電極係藉由冷鍛釘頭製造的情形下，敲打金屬線的端面使其凹陷，以形成杯子的形狀，如第1c圖、第1d圖或第1e圖所示。

如第1a圖到第1e圖所示，藉由擠壓加工所製造之電極30和31和藉由冷鍛釘頭製造之電極40、41和42的橫截面形狀並沒有很大的不同。尤其，對於電極的底部內表面50，平坦和筆直都是一般的。

但是，電極和具有電極之冷陰極螢光燈會有兩個廣為人知的問題：抗濺鍍性和暗可啟動性(dark startability)，下面將詳細說明。

(關於抗濺鍍性)

如上所述，具有上述電極之冷陰極螢光燈在很多種情形下被用以當作液晶顯示器的背光源。但是，隨著液晶顯示器之尺寸，解析度，和照度的增加，施加到電極之電壓要更高。若應用到電極之電壓變得更高，游離的稀有氣體被加速，然後以高速對著電極表面，特別是底部內表面撞擊。換言之，濺鍍現象變得很明顯。尤其，在具有平坦和筆直的底部表面之電極的情形下，游離稀有氣體之撞擊係集中在底部內表面上，所以底部在中心會被局部地磨損。若磨損進行到連接底部的外表面之導線，則電極和導線會彼此相互斷絕。電極的壽命會因此機制而縮短，而且也不能得到液晶顯示器背光源所要求的壽命。

此外，釋放的電極材料藉由與玻璃管中的汞反應而形成汞齊，然後形成的汞齊沉積在電極的內表面(尤其是內側表面)上，而妨礙電子從電極的底部內表面輻射到外部。

日本專利公開第2005-71972號說明一種具有半球形底部內表面之電極(參見段落[0022]和第1圖)。但是，日本專利公開第2005-71972號並未包含製造電極半球形底部內表面的技術方式之說明。日本專利公開第2005-71972號所揭露之技術預先假定使用高熔點材料，如鎢(W)或鉬(Mo)，以解決由鎳當作基本材料所形成之電極技術上的問題。因此，日本專利公開第2005-71972號並未揭露或提出有效的方式，以解決上述有關由鎳當作基本材料所形成之電極的抗濺鍍性之問題。

(關於暗可啟動性)

液晶顯示器或其類似物的背光源單元一般具有封閉的結構。即，被提供當作背光源之冷陰極螢光燈一般係放置在外部光不能進入之暗空間中。另一方面，在一啟動時，冷陰極螢光燈需要觸發放電之起始電子。一般係使用熱電子，光電子，藉由高電場發射之電子，在自然世界中之宇宙射線或其類似物當作起始電子。但是，在與外部隔離之暗空間中，這幾種電子的每一種之數量係相當不足，而因此冷陰極螢光燈的可啟動性很低。

有一種習知的技術可以藉由散佈電子發射材料(如釔(Y))改善暗可啟動性(參見日本專利公開第2005-71972號的 段落[0013])。

但是，在其內散佈有釔之電極係藉由通常被用以當作電極製造法之擠壓加工而予以製造的情形下，暗可啟動性並未充分改善。本發明之發明人等認真地研究此現象，並發現此現象之原因，說明如下。在其內散佈有釔之電極係藉由擠壓加工而予以製造的情形下，執行下面概述之製程。

先製造其內散佈有適量釔之鎳系金屬材料(錠塊)。對錠塊進行特定次數之輾壓(rolling)及表面拋光，以製造具有0.1到0.2mm厚度之條狀金屬板。將金屬板擠壓成杯子的形狀，如第1a圖或第1b圖所示，最後對形成的物品執行最後拋光。

但是，釔的加入造成材料的延展性之顯著減少，而使得材料表面變脆。於是使錠塊的輾壓很難執行。熔化的鎳向下流在電極表面上，而且也會造成在擠壓和在最後拋光時，釔從電極表面脫落。熔化的鎳流動的結果係在晶粒邊界分離之釔被鎳覆蓋，並且大致上會沒有釔曝露在電極表面。曝露在電極表面之釔量也會因釔的脫落而降低。此意味著藉由使用將釔加入到鎳中而製備之材料製造電極並不能有效改善暗可啟動性。

本發明之目的係要改善由鎳構成之材料和散佈在鎳中之電子發射材料所製成的電極，其抗濺鍍性和起始電子發射能力，於是可以改善冷陰極螢光燈的壽命和暗可啟動性。

根據本發明，本發明提供一種冷陰極螢光燈，其包含：玻璃管，其至少含有以藉由密閉玻璃之氣密方式密封填充在其內部空間之稀有氣體，而且還具有形成在其內壁表面上之螢光材料層；配置在內部空間中之管狀電極；及導線，其一端連接到電極的底部外表面，而另一端藉由穿透密閉玻璃延伸到玻璃管的外部。電極係由鎳系金屬材料形成，其中有散佈釔和/或氧化釔；底部外表面係平坦的表面；及相對於底部外表面之底部內表面係彎曲的表面。

在本發明之冷陰極螢光燈中，在電極內表面中之釔和/或氧化釔的曝露區域相對於鎳的曝露區域之比例較佳為0.21%或更多。

根據本發明，本發明提供一種用在冷陰極螢光燈之電極的製造方法，該方法包含：製備其內散佈有釔或氧化釔之鎳系金屬線；及壓印和凹陷金屬線的端表面；使金屬線形成具有彎曲內表面之底部部分和面對底部部分之開口部分的管狀。

在本發明之電極製造方法中，散布於金屬線中之釔和/或氧化釔的量較佳為等於或大於0.18 wt%，且等於或小於0.68 wt%。

根據參考下面說明本發明範例之附圖的敘述，本發明上述的和其他的目的、特徵及優點將會變得很明顯。

下面將參考附圖，詳細說明根據本發明之示範性實施 例之冷陰極螢光燈範例。第2圖為根據本示範性實施例之冷陰極螢光燈之結構的示意橫截面圖。

示於第2圖之玻璃管2係由硼矽酸鹽玻璃形成。以由密閉玻璃(珠狀玻璃3)之氣密方式密封玻璃管2之相對端。玻璃管2的外徑範圍為1.5到6.0mm，較佳之範圍為1.5到3.0mm。玻璃管2的材料也可以為鉛玻璃，鈉玻璃，低鉛玻璃，或其類似者。

螢光材料層(未圖示)係被提供在玻璃管2整個長度的內壁表面4上。根據冷陰極螢光燈1之目的和用途，形成螢光材料層之螢光材料可以選自存在的或新的螢光材料，如鹵磷酸鹽螢光材料和稀土族螢光材料。再者，螢光材料層可以由藉由混合兩種或以上之螢光材料所製備的螢光材料而形成。

預定量的稀有氣體，如氬氣、氙氣或氖氣，和預定量的汞被封在由內壁表面4所圍繞之玻璃管2的內部空間5中，而內部空間5壓力被減少到小於大氣壓力。

一對電極單元6分別被提供在玻璃管2之相對端。每一個電極單元6都具有管狀電極7和連接到電極7的底部外表面8之導線9。被提供在一個電極單元6之電極7係配置在玻璃管2的內部空間5之終端的內側位置，其距離內部空間5的終端特定一小段距離，同時面對提供在另一電極單元6之電極7。每一個導線9的一端係被焊接對應電極7的底部外表面8，而另一端則藉由穿透珠狀玻璃3延伸到 玻璃管2的外部。在本示範性實施例中之冷陰極螢光燈1具有上述之基本結構。

示於第2圖之電極單元6將參考第3圖和第4圖更詳細的說明。第3圖為提供在冷陰極螢光燈1中之電極單元6的放大立體圖。第4a圖和第4b圖為不同橫截面形狀之電極7之範例的縱向橫截面圖。

如第3圖所示，建構電極單元6之電極7具有圓柱狀(類似杯形)之外部顯露，在其一端具有開口10，而在另一端以底部11封閉。如第4a圖和第4b圖所示，電極7的底部內表面12係具有特定曲率之彎曲表面，而底部外表面8則是平坦的表面。導線9的一端表面13係被焊接到電極7之平坦的底部外表面8(第3圖)。

電極7係藉由對具有直徑大約和電極7相同之金屬線執行冷鍛釘頭而形成，使得金屬線形成杯子的形狀，如第3圖和第4圖所示。尤其，鎳系金屬材料(基本材料錠塊)係由鎳(Ni)製造，其中熔解且散佈有釔(Y)或氧化釔(Y₂ O₃ )。基於其特性，釔或氧化釔係選擇性沉澱在基本材料錠塊中之結晶邊界區域。

上述之基本材料錠塊被加工成預定線徑之金屬線。尤其，加工步驟如下：熱軋、伸線、退火、磨削、連續執行伸線和退火以製造金屬線。接著，將金屬線切割成預定的長度，使衝壓機敲擊經切割之金屬線的一端表面而使之凹陷。在此製程中，同時形成底部內表面(彎曲表面)12和面 對底部內表面12之開口10，第4a圖和第4b圖所示。

因為電極7係藉由上述之冷鍛釘頭製造，所以不像藉由擠壓加工所形成者，沒有熔化的鎳會在表面上流動，而且釔不會從表面脫落。因此，散佈在基本材料錠塊(金屬線)之中的釔或氧化釔會充分地曝露在電極表面上。結果，在所有時間發射自釔或氧化釔之電子係當作起始電子，以確保即使在暗空間中也可以改善可起動性。再者，因為釔或氧化釔不僅均勻地存在在電極7的表面，也存在在電極的內部，所以即使當表面的釔或氧化釔因濺鍍或其類似者而被磨損時，內部之釔或氧化釔也會連續出現。因此，可以長期保持改善的可啟動性。

當製作基本材料錠塊時，若加入鎳中之釔或氧化釔的量超過1.1 wt%，則基本材料錠塊的硬化會進行到使其難以藉由伸線或冷鍛釘頭來加工的程度。從可加工性的觀點，較佳為將釔或氧化釔的量設定為0.68 wt%或更少。

若釔或氧化釔的量過少，則暗可啟動性並不能充分改善。較佳為在電極內表面之釔或氧化釔的曝露區域係鎳之曝露區域的0.21%或更高。若釔或氧化釔在電極內表面被充分曝露，則可以有效改善暗可啟動性。因此，在電極外表面之釔或氧化釔的曝露區域之比例可以為0.21%或更少。

為了設定釔或氧化釔的曝露區域相對於鎳的曝露區域之比例為0.21%或更高，有必要藉由在鎳中均勻地散佈0.18 wt%或更高的釔或氧化釔來製造基本材料錠塊。

如上所述，散佈在鎳中之釔或氧化釔的量較佳為等於或大於0.18 wt%，並且等於或小於0.68 wt%。

因為電極7之底部內表面12係彎曲表面(球形表面)，所以游離的高速稀有氣體均勻地對著整個底部內表面12撞擊。因此，底部內表面12的任何部分大致不可能因濺鍍而被局部磨損。電極材料(鎳)的濺鍍速率也會減少，所以汞齊的產生量會減少。結果，從電極發射的電子大致不可能因沉積在電極內表面上之汞齊而受阻礙。

在上述中，提出三氧化二釔(Y₂ O₃ )作為氧化釔的範例。但是，在製造基本材料錠塊之製程中，散佈在電極中之氧化釔或混合在鎳中之氧化釔並不限定是三氧化二釔。釔具有很高的活性及容易氧化的特性。因此，其在與鎳混合時，可以很方便地以氧化釔的形式混合釔。但是，電極可以由藉由混合金屬釔(Y)和鎳所製備之金屬材料而形成。此外，電極也可以由藉由混合氧化釔、釔和鎳所製作之基本材料錠塊製成。因為釔很容易氧化，所以在藉由混合釔和鎳製作基本材料錠塊之製程步驟和其他步驟中，釔可能改變成氧化釔。此外，在此情形下，釔和氧化釔兩者皆散佈在由基本材料錠塊製作之電極中。簡言之，散佈在電極中之氧化釔可藉由以氧化釔的形予以混合在鎳中而存在，或藉由在製作基本材料錠塊之步驟或不同之步驟中予以氧化而存在。

具有去氧效果之金屬可以散佈在電極中，以得到進一 步改善的暗可啟動性。此是因為部分已氧化的釔可以藉由具有去氧效果之金屬而予以還原。已經證實可以藉由具有去氧效果之金屬改善抗濺鍍性。

具有去氧效果之金屬的範例為鈦(Ti)，錳(Mn)，鋯(Zr)，和鉿(Hf)。

若具有去氧效果之金屬為鈦，則混合物中鈦的比例較佳為0.009到0.800 wt%。在具有去氧效果之金屬為錳之情形下，則泥合物中錳的比例較佳為1.1到4.0 wt%。在具有去氧效果之金屬為鋯或鉿之情形下，則混合物中鋯或鉿的比例較佳為0.05到1.10 wt%。

雖然本發明已使用特定的術語說明較佳實施例，但是如此的說明只是為了解釋目的，而且應該要瞭解在不脫離後述之申請專利範圍的精神或範圍的情況下可進行數種改變和變化。

1‧‧‧冷陰極螢光燈

2‧‧‧玻璃管

3‧‧‧珠狀玻璃

4‧‧‧內壁表面

5‧‧‧內部空間

6‧‧‧電極單元

7,30,31,40,41,42‧‧‧電極

8‧‧‧底部外表面

9‧‧‧導線

10‧‧‧開口

11‧‧‧底部

12,50‧‧‧底部內表面

13‧‧‧端表面

第1a圖到第1e圖為在相關技術中數種橫截面形狀不同之電極範例的放大橫截面圖；第2圖為本發明示範性實施例中冷陰極螢光燈之範例的示意橫截面圖；第3圖為示於第2圖之電極單元的放大立體圖；及第4a圖和第4b圖為示於第1圖之數種不同橫截面形狀之電極範例的放大橫截面圖。

1‧‧‧冷陰極螢光燈

2‧‧‧玻璃管

3‧‧‧珠狀玻璃

4‧‧‧內壁表面

5‧‧‧內部空間

6‧‧‧電極單元

7‧‧‧電極

8‧‧‧底部外表面

9‧‧‧導線

12‧‧‧底部內表面

Claims (3)

1. 一種冷陰極螢光燈，包含：玻璃管，其至少含有以藉由密閉玻璃之氣密方式密封填充在其內部空間之稀有氣體，而且還具有形成在其內壁表面上之螢光材料層；配置在內部空間中之管狀電極；及導線，其一端連接到電極的底部外表面，而另一端藉由穿透密閉玻璃延伸到玻璃管的外部；其中電極係由內部散佈有釔和/或氧化釔之鎳系金屬材料形成；底部外表面係平坦的表面；及相對於底部外表面之底部內表面係彎曲的表面，其中在電極內表面中之釔和/或氧化釔的曝露區域相對於鎳的曝露區域之比例為0.21%或更多。
2. 一種製造用於冷陰極螢光燈之電極的方法，該方法包含：製備內部散佈有釔或氧化釔之鎳系金屬線；及壓印和凹陷金屬線的端表面，使金屬線形成具有彎曲內表面之底部部分和面對底部部分之開口部分的管狀。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中金屬線中之釔和/或氧化釔的散佈量等於或大於0.18 wt%，且等於或小於0.68 wt%。