TWI393165B - 包含碳化或氮化步驟之用於製造冷陰極螢光燈之方法及用於冷陰極螢光燈之管狀電極 - Google Patents

Description

包含碳化或氮化步驟之用於製造冷陰極螢光燈之方法及用於冷陰極螢光燈之管狀電極

本申請案根據2007年1月24日提出申請之日本特許申請案第2007-13911號並依此主張優先權，在此以參照方式併提其全文。

本發明係有關一種用於製造冷陰極螢光燈以及用於該冷陰極螢光燈之電極的方法。本發明亦有關一種冷陰極螢光燈以及一用於該冷陰極螢光燈的電極。本發明尤有關一種製造用於冷陰極螢光燈之用來作為電極之管狀構件的方法。

由於冷陰極螢光燈在尺寸減小、低耗電、壽命長等上的潛力，因此，近年來，被用來作液晶面板等之背光的情形大增。冷陰極螢光燈通常具有一對電極彼此相對配置於一玻璃管內，該玻璃管充填諸如氬氣之稀有氣體及汞氣，且其中引線連接於電極的結構。各電極形成為一具有一封閉端及一敞開端的管狀。此等電極配置成敞開端彼此相對。當經由引線，將一電壓施加於此等電極間時，電子自此等電極之一射出，並碰撞汞原子而產生紫外線。藉一形成於玻璃管表面上的螢光膜將紫外線轉換成可見光，自玻璃管內部向外發出該可見光。因此，冷陰極螢光燈壽命高度取決於汞氣之消耗量。

電極通常由鎳製成。一混合物例子係99.7%的鎳、0.1%的錳、0.1%的鐵以及0.1%的其他雜質(碳、矽、銅、硫)。 鎳可含有約0.01%微量的鈷。以上混合物以重量百分比表示。當玻璃管中的氬氣等撞擊到鎳時，鎳原子即濺射並散射。此現象稱為濺射。散射之鎳原子吸收汞氣以形成汞劑，藉此減低汞氣的有效量。結果，汞氣被消耗掉，減短冷陰極螢光燈的壽命。

近年來，為使冷陰極螢光燈的壽命更長，研究使用耐濺射之電極的技術。更具體而言，揭露於世者有包含鉬(Mo)或鈮(Nb)的管狀電極，其相較於鎳具有低加工功能及高濺射電阻率。例如，請參考日本特許早期公開第2002-358992號及2003-187740號。惟，鉬及鈮不僅昂貴，亦具有高熔點。因此，為與引線連接，需要大量的熱來熔化鉬或鈮，這會造成電極表面的氧化。電極表面的氧化會導致耐濺射性的劣化，而這有損於高耐濺射性的優點。亦由於鉬等的熔點與由科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)等製成之引線者間有很大的不同，因此，有可能由鉬等製成之電極實質上未熔化，且無法獲得充份的與引線結合力量。

日本特許早期公開第2005-183172號揭示一雙層電極，該雙層電極具有一外層以及一設在此外層內部的內層；外層由鎳等製成，內層由鎢、鉬等製成，並具有高耐濺射性。外及內層藉由滾軋加工成為一體，並接著形成呈圓筒形，俾內層形成一放電表面，而外層則形成一用來與一引線連接的表面。此結構達成電極與引線間的滿意結合，同時確保耐濺射性。惟，該技術需要大量具有高耐濺射性，並因此，在製造成本上較鎳電極更不利。當雙層薄板藉由 衝壓加工形成呈圓筒形時，亦經常難以有效率地對內層的材料加工。

日本特許早期公開第2006-228615號就用來解決此等問題的技術，揭示一種形成電極之技術，該電極包含作為基材之鎳或其合金並包含作為添加劑，諸如鈦之金屬。由於諸如鈦之金屬有在鎳晶粒間之間界以氧化物形式偏析的傾向，因此，於間界的結合力增加，並藉此改進耐濺射性。

揭示於日本特許早期公開第2006-228615號之技術的優點在於可使用經濟且具有良好加工性的鎳或鎳合金作為基材。惟，管狀電極經常藉由滾軋，由基材之錠塊形成具有薄板形式的帶，接著藉由衝壓加工，將該板形成呈管狀，予以製成。於此製程中，電極之表層之晶體間界可能受到於滾軋及衝壓加工期間內所用的潤滑油污染。在氣密封裝電極於玻璃管內期間或在作業中作成燈期間內，當電極部分的溫度昇高時，附著的油可能造成於晶體間界晶粒間結合力的減小。因此，於該技術中有耐濺射性減低的可能性。

又，於使用鎳或鎳合金作為基材的電極中，鎳有相較於自晶粒，更容易自晶體間界濺射傾向。因此，雖有日本特許早期公開第2006-228615號，仍有改進於晶體間界之耐濺射性的需要。

本發明之一目的在於提供一種用於製造冷陰極螢光燈之方法，該冷陰極螢光燈為高度耐濺射的，容易製造且經濟，並提供一種製造用於該冷陰極螢光燈的電極之方法。 本發明之另一目的在於提供一種冷陰極螢光燈，其為高度耐濺射的，容易製造且經濟，並提供一用於該冷陰極螢光燈的電極。

根據本發明，一種用於製造冷陰極螢光燈之方法包括以下步驟：由一包含作為基材之鎳或鎳合金並包含作為添加劑之鈦、錳、鋯或鉿中至少一種以上元素的材料形成一管狀構件，該管狀構件於一端封閉，並於另一端具有一開口；碳化該管狀構件；以及氣密封裝一對碳化管狀構件於一玻璃管中，於其內將管狀電極配置成該等開口相互面對，其中該玻璃管具有一充填至少稀有氣體及汞氣的內部空間，並設有一形成於該玻璃管之內表面上的螢光材料層。

添加於包含作為基材之鎳或鎳合金之材料的金屬有在鎳或鎳合金之晶體間界偏析的傾向。因此，藉由進行碳化步驟，形成添加元素的碳化物於管狀構件之表面附近的晶體間界。形成於晶體間界的碳化物增加晶粒間的結合力，並增加晶體間界的表面硬度。結果，改進耐濺射性。在材料形成為管狀構件的步驟期間內，藉由碳化步驟有效移除附著於管狀構件的油。因此，減少殘留油所可能造成於晶體間界之耐濺射性的劣化。

根據本發明之另一例示態樣，包含管狀構件的氮化步驟以取代碳化步驟。由於形成於晶體間界之氮增加晶粒間的結合力並增加晶體間界之表面硬度，且由於藉由氮化步驟去除殘留油，因此，可達到與碳化步驟所可達到者相同的效果。

如前述，本發明提供一種用於製造冷陰極螢光燈之方法，該冷陰極螢光燈為高度耐濺射的，容易製造且經濟，以及一種製造用於該冷陰極螢光燈的電極之方法。本發明亦提供一種冷陰極螢光燈，其為高度耐濺射的，容易製造且經濟，以及一用於該冷陰極螢光燈的電極。

參考顯示本發明範例之附圖，本發明之以上及其他目的、特點及優點將可由以下說明變得明顯。

首先參考附圖詳細說明本發明之一例示實施例之一冷陰極螢光燈及一電極。根據本發明，冷陰極螢光燈適於用來作為液晶面板之背光。惟，冷陰極螢光燈亦可作其他用途。第1圖係顯示冷陰極螢光燈之一例示實施例之構造的示意剖視圖。

冷陰極螢光燈1具有一由硼矽玻璃形成之玻璃管2。玻璃管2之兩端藉密封玻璃(玻璃珠3)氣密封接。玻璃管2具有1.5至6.0mm之外徑，且較佳地，具有1.5至5.0mm之外徑。玻璃管2之材料亦可為鉛玻璃、鈉玻璃(soda glass)、低鉛玻璃等。

一未顯示之螢光材料層於管之全長形成於玻璃管2之內表面4上。形成螢光材料層之螢光材料可根據冷陰極螢光燈1之用途及使用，選自諸如鹵磷酸鹽螢光材料及希土螢光材料之既有或新穎螢光材料。又，螢光材料層亦可由藉由混合二種以上螢光材料製備的螢光材料形成。

將一預定量之諸如氬、氙或氖之稀有氣體及一預定量 之汞氣充填於玻璃管2由內表面4圍繞的內部空間5內，並將內部壓力減至約數十分之一大氣壓力。

一對電極單元6沿縱長方向設在玻璃管2兩端。各電極單元6由管狀電極7及連結於底部8之引線9構成，該底部8係管狀電極7之封閉端。各電極單元6中的管狀電極7向內位於與玻璃管2之內部空間5一端隔一距離處，俾管狀電極7之一的開口10與另一之開口10相互面對。將各引線9之一端熔接於對應管狀電極7之底部8，另一端則透過玻璃珠3伸出玻璃管2外。引線9由諸如科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)之導電材料製成。

第2圖係設於冷陰極螢光燈1之電極單元6之放大立體圖。構成電極單元6之管狀電極7具有管狀部分23。管狀部分23之一端相對於縱長方向設有開口10，且另一端以底部8封閉。引線9以端面12熔接於管狀電極7之底部8。

管狀電極7包含鎳或鎳合金以作為基材。主要於管狀電極7之表面附近形成鈦、錳、鋯或鉿之碳化物或氮化物。碳化物或氮化物雖然亦形成在於鎳晶粒內，惟主要形成於晶粒間界中。可於鈦、錳、鋯或鉿間包含二種以上元素。鈦於混合物中的比例以0.009至0.8wt%(重量百分比)較佳。鋯及鉿於混合物中的比例以0.05至1.1wt%(重量百分比)較佳。錳於混合物中的比例以1.1至4.0wt%(重量百分比)較佳。各元素於混合物中的上限主要依管狀電極7的可製造性而定。若比例高於上限，材料即變得過硬而無法藉 由衝壓加工形成圓筒形。決定各元素於混合物中的比例下限，以充份確保高耐濺射性。

一含有作為主要添加劑之鈦的混合物例子包含99.7%的鎳、0.05%的鈦，0.15%的錳以及0.1%的其他雜質(碳、矽、銅、硫、錳及鐵)。鎳含有相當於約0.01%微量的鈷。鈦以鈦之碳化物或鎳-鈦碳化物形式存在。

將參考第3圖說明藉由添加此等金屬改進管狀電極7之耐濺射性的理由。雖然對添加鈦的情形加以解釋，惟此解釋同樣適用於添加錳、鋯或鉿的情形。鎳或鎳合金通常具有多晶結構，且晶粒間界B形成於晶粒G間的界面。由於晶粒間的結合力小，因此，晶粒間界B容易受到濺射影響。濺射主要發生於晶粒間界B並逐漸擴展進入晶粒G。

另一方面，添加於鎳之添加劑有於晶粒間界B偏析的傾向，鈦亦無例外。若鈦於晶粒間界B充份偏析時碳化或氮化，存在於晶粒間界B之鈦即形成為鈦的碳化物或氮化物或鎳-鈦的碳化物或氮化物。此等碳化物或氮化物通常發揮大幅增加晶粒間結合力的功能，並藉此發揮增加材料之表面硬度的功能。因此，增高耐濺射性。上述混合物中元素的比例下限對應於分配充份量之鈦於晶粒間界B以改進耐濺射性所需鈦量。

將參考第4圖說明一種製造上述冷陰極螢光燈之方法。

(步驟S1)首先熔化鎳或鎳合金，接著添加鈦、錳、鋯或鉿(此後稱為〝添加元素〞)。接著，將鎳或鎳合金固化 以形成含有添加元素的錠塊。由於如上述，由鎳或鎳合金形成的基材具有多晶結構，因此，添加元素於晶粒間界偏析。雖然添加元素的一部分會與鎳或大氣中所含氧結合，並以氧化物的形式存在，惟咸認為並非所有添加元素之原子氧化，且大多數添加元素未被氧化。

(步驟S2)以一普通滾軋步驟將錠塊形成為一薄板(帶)。接著使薄板接受衝壓加工，並形成為一管狀構件，其在一端封閉，並在另一端敞開。於此等步驟中，使用油作為潤滑劑。雖然藉由清洗去除油，惟如前述，部分油可能主要殘留在晶粒間界，並可能造成粒子於晶粒間界的結合力減小。所獲得管狀構件具有與第1圖及第2圖所示管狀電極7相同之形狀，惟與管狀電極7之不同點在於其尚未受到以下說明的碳化或氮化程序。

(步驟S3)接著，將所形成管狀構件碳化。碳化方法包含固相碳化方法、液相碳化方法、氣相碳化方法、真空電漿碳化方法等。於固相碳化方法中，於一碳化箱中產生一氧化碳(CO)。CO接著分解於一待處理物之表面上，容許碳(C)滲入並擴散入該物內。於液相碳化方法中，將一待處理物浸漬於一鹼金屬氰化物浴池中。透過CN離子與二氧化碳的化學反應產生碳，使碳穿過表面滲入該物內。於氣相碳化方法中，在高溫下加熱一原料氣體以產生一碳化氣體，且接著使碳化氣體中所含碳滲入待處理物。碳化氣體包含例如0.3%的CO₂ 、0.2%的CO、37.5%的H₂ 、0.5%的H₂ O、0.2%的CH₄ ，以及剩餘為N₂ 。於真空電漿碳化方 法中，首先藉一加熱器，於一真空爐中，將一待處理物加熱至碳化溫度。接著，藉由施加數百伏特的直流電壓於二電極間，亦即於藉爐體及一絕熱體實施之陽極與藉一待處理物實施之陰極間，在含有諸如甲烷或丙烷之碳氫氣體之270-400帕(2-3托)稀有氣體氛圍中產生輝光放電。由於在輝光放電所產生的電漿氛圍中有種種電化學反應，因此，碳氫氣體中的離子作用於待處理物的表面上，並進行碳化。由於相較於氣相碳化方法，碳化時間短，復由於有助於高濃縮碳化，又碳化程序不會於晶粒間界造成氧化，因此，作為冷陰極螢光燈之電極之碳化方法，真空電漿碳化方法較氣相碳化方法有利。

上述碳化結果，於由鎳或鎳合金所形成之基材中的晶粒間界形成鈦、錳、鋯或鉿之碳化物或鎳-鈦、鎳-錳、鎳-鋯或鎳-鉿之碳化物。

替代地，可取碳化步驟而代之，進行一氮化步驟。氮化方法包含氣體氮化方法、鹽浴氮化方法、電漿氮化方法等。於氣體氮化方法中，透過藉由以2NH₃ ←→2N+3H₂ 表示的反應所造成之NH₃ 氣體之分解，產生初生階段的氮(N)，並將如此獲得的氮擴散入一待氮化物中以獲得一氮化層。於鹽浴氮化方法中，藉由將一待處理物浸漬於一主要含有鈉或鉀氰化物及氰酸鹽之鹽浴中，氮化待處理物。使用電漿氛圍之電漿氮化方法亦稱為離子氮化方法。當一部分離子化的氮於電漿氛圍中碰撞待處理物，即濺射鎳原子。被濺射出之鎳原子與氮原子結合以形成氮化鎳，且氮 化鎳沉積於待處理的材料上。基於與所說明真空電漿碳化方法相同的理由，電漿氮化方法作為氮化冷陰極螢光燈之電極之方法最有效。

上述氮化結果，於由鎳或鎳合金所形成之基材中的晶粒間界形成鈦、錳、鋯或鉿之氮化物或鎳-鈦、鎳-錳、鎳-鋯或鎳-鉿之氮化物。

(步驟S4)將由科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)等製成之引線9熔接於管狀電極7。

(步驟S5)將一對碳化管狀構件，亦即氣密封裝於具有內部空間5之玻璃管2內的管狀電極7，該內部空間5充填至少稀有氣體及汞氣，並具有一形成於內表面4上的螢光材料層，俾管狀電極7之開口10相互面對。

本實施例之冷陰極螢光燈亦可在可製造性上改進。管狀電極7包含作為基材的鎳或鎳合金，並僅包含一有限比例的添加元素。因此，管狀電極7的熔點實質上等於鎳之熔點(1455℃)，且亦接近用來作為引線9之材料之科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)的熔點(1550℃)。因此，當引線9熔接並固定於管狀電極7時，二材料均熔化至一相似程度並相互熔融，於其間形成一合金層。以此方式，於管狀電極7與引線9間達成牢固連接。於電極由諸如鉬或鈮之具有高熔點之金屬製成情況下，附裝引線9的唯一方法係熔化引線9。這經常會造成於結合力上的限制及固定程序上的限制。本發明亦解決此問題。由於添加元素的比例減少，因此，本實施例之冷陰極螢光燈可進一步將成本上的影響減至最 小。具體而言，由於本實施例之冷陰極螢光燈大部分由鎳或鎳合金製成，因此，製造成本與鎳電極或鎳合金電極者沒多大不同，從而，可提供經濟的冷陰極螢光燈。

雖然業已顯示並詳細說明本發明的某些實施例，惟須知，在不悖離後附申請專利範圍的精神或範疇下，可進行種種改變及修飾。

1‧‧‧冷陰極螢光燈

2‧‧‧玻璃管

3‧‧‧玻璃珠

4‧‧‧內表面

5‧‧‧內部空間

6‧‧‧電極單元

7‧‧‧管狀電極

8‧‧‧底部

9‧‧‧引線

10‧‧‧開口

12‧‧‧端面

23‧‧‧管狀部

第1圖係本發明冷陰極螢光燈之一例示實施例之示意剖視圖；第2圖係第1圖所示電極之放大立體圖；第3圖係一顯示本實施例之示意金相圖；以及第4圖一流程圖，顯示本發明冷陰極螢光燈之一例示實施例之製造方法。

Claims (18)

1. 一種用於製造冷陰極螢光燈之方法，包括以下步驟：由一包含作為基材之鎳或鎳合金並包含作為添加劑之鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的材料形成一管狀構件，該管狀構件於一端封閉，並於另一端具有一開口；碳化該管狀構件；以及氣密封裝一對碳化管狀構件於一玻璃管中，於其內將管狀電極配置成該等開口相互面對，其中該玻璃管具有一充填至少稀有氣體及汞氣的內部空間，並設有一形成於該玻璃管之該內表面上的螢光材料層。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中碳化該管狀構件的步驟包含使用電漿碳化方法。
3. 一種用於製造冷陰極螢光燈之方法，包括以下步驟：由一包含作為基材之鎳或鎳合金並包含作為添加劑之鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的材料形成一管狀構件，該管狀構件於一端封閉，並於另一端具有一開口；氮化該管狀構件；以及氣密封裝一對氮化管狀構件於一玻璃管中，於其內將管狀電極配置成該等開口相互面對，其中該玻璃管具有一充填至少稀有氣體及汞氣的內部空間，並設有一形成於該玻璃管之該內表面上的螢光材料層。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中氮化該管狀構件之步驟包含使用一電漿氮化方法。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將0.009至0.8 wt%的鈦添加於該材料。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將1.1至4.0 wt%的錳添加於該材料。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將0.05至1.1 wt%的鋯添加於該材料。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將0.05至1.1 wt%的鉿添加於該材料。
9. 如申請專利範圍第3項之方法，其中將0.009至0.8 wt%的鈦添加於該材料。
10. 如申請專利範圍第3項之方法，其中將1.1至4.0 wt%的錳添加於該材料。
11. 如申請專利範圍第3項之方法，其中將0.05至1.1 wt%的鋯添加於該材料。
12. 如申請專利範圍第3項之方法，其中將0.05至1.1 wt%的鉿添加於該材料。
13. 一種製造用於冷陰極螢光燈之管狀電極之方法，包括以下步驟：由一包含作為基材之鎳或鎳合金並包含作為添加劑之鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的材料形成一管狀構件，該管狀構件於一端封閉，並於另一端具有一開口；以及 碳化該管狀構件。
14. 一種製造用於冷陰極螢光燈之管狀電極之方法，包括以下步驟：由一包含作為基材之鎳或鎳合金並包含作為添加劑之鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的材料形成一管狀構件，該管狀構件於一端封閉，並於另一端具有一開口；以及氮化該管狀構件。
15. 一種冷陰極螢光燈，包括：一玻璃管，具有一充填至少稀有氣體及汞氣的內部空間，並設有一形成於該玻璃管之內表面上的螢光材料層，一對管狀電極，配置於該內部空間中，每一管狀電極於一端封閉，並於另一端具有一開口，其中該對管狀電極配置成該等開口相互面對；其中每一管狀電極包含作為基材之鎳或鎳合金，並包含鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的碳化物，且該碳化物於該基材中的晶粒間界偏析。
16. 一種冷陰極螢光燈，包括：一玻璃管，具有一充填至少稀有氣體及汞氣的內部空間，並設有一形成於該玻璃管之內表面上的螢光材料層；一對管狀電極，配置於該內部空間中，每一管狀電極於一端封閉，並於另一端具有一開口，其中該對管狀電極配置成該等開口相互面對；其中每一管狀電極包含作為基材之鎳或鎳合金，並包 含鈦、錳、鋯或鉿中至少一種以上元素的氮化物，且該氮化物於該基材中的晶粒間界偏析。
17. 一種管狀電極，其係使用於冷陰極螢光燈，該管狀電極於一端封閉，並於另一端具有一開口；其中該電極包含作為基材之鎳或鎳合金，並包含鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的碳化物，且該碳化物於該基材中的晶粒間界偏析。
18. 一種管狀電極，其係使用於冷陰極螢光燈，該管狀電極於一端封閉，並於另一端具有一開口；其中該電極包含作為基材之鎳或鎳合金，並包含鈦、錳、鋯及鉿中至少一種以上元素的氮化物，且該氮化物於該基材中的晶粒間界偏析。