WO2006063371A2 - Kaltkathoden-fluoreszenzlampe - Google Patents

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    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems

Definitions

  • the invention relates to a cold cathode fluorescent lamp which essentially comprises a discharge vessel coated on the inside with a phosphor which contains a filling component which emits UV light, two or more hollow cathodes made of one material of the group Mo, W, Nb, Ta and their alloys and two or more current feed-through pins made of a material of the group Mo, W and their alloys.
  • Cold cathode fluorescent lamps are used as backlighting for liquid crystal displays.
  • a low-pressure mercury discharge generates UV radiation, which is converted into visible light by a phosphor layer applied to the inside of the discharge vessel.
  • the discharge vessel is usually made of hard glass, such as borosilicate glass, and is usually tubular.
  • electrodes which have different shapes depending on the lamp type.
  • emission-promoting substances containing, for example, Ba, Sr, rare earth metals or yttrium
  • the contacting of the electrodes is carried out by current feedthrough pins. These are connected in a vacuum-tight manner to the discharge vessel by means of a squeezing or melting process.
  • the current feedthrough pin is provided with a glass bead, which is produced by the melting of a glass ring. This process is called glazing. Subsequently, the glass bead is connected to the discharge vessel by a crimping or melting process.
  • a material for the current feedthrough Fe-Ni-Co (Kovar) materials molybdenum, tungsten with low, adapted to the glass thermal expansion coefficient is used. With the miniaturization of the liquid crystal screens is also a
  • Object of the subject invention is therefore to provide a cold cathode fluorescent lamp having both hollow cathodes and current feedthrough pins with high sputter resistance, the joining of the hollow cathode and current feedthrough is inexpensive and reliable feasible.
  • the object is solved by the characterizing part of claim 1.
  • the current feedthrough pin is a ring, a ring segment, a
  • the ring, the ring segment, the hollow cylinder or the hollow cylinder segment is preferably made of a material having a significantly lower melting point compared to the hollow cathode, such as Ni, Fe, Co and their alloys.
  • the ring, the ring segment, the hollow cylinder or the Hollow cylinder segment has an inner diameter which is slightly larger than the diameter of the current feedthrough pin.
  • the height of the hollow cylinder or the hollow cylinder segment moves advantageously from 0.5x to 4x diameter of the hollow cylinder.
  • a ring or hollow cylinder segment (slotted ring, slotted hollow cylinder) is advantageous due to lower production costs.
  • the ring segment is made by bending a piece of wire, the hollow cylinder segment by embossing a band section.
  • the resulting slot is preferably smaller than VA of the ring or hollow cylinder circumference.
  • the ring, the ring segment, the hollow cylinder or the hollow cylinder segment is advantageously connected in a first process step with the current feedthrough pin.
  • the ring, the ring segment, the hollow cylinder or the hollow cylinder segment is threaded onto one end of the current feedthrough pin and thereby positioned in a simple manner.
  • the joining with the current feedthrough pin can be point or area, take place at one or more locations.
  • the heat input can be done for example by means of laser or resistance welding.
  • the areas of the ring or the hollow cylinder, where local heat input takes place can melt.
  • the component produced by the first joining step is connected to the hollow cathode in a further joining step.
  • the heat input is again preferably by resistance or laser welding.
  • the contact surface is preferably the hollow surface of the inclined surface or the cross-sectional area of the hollow cylinder.
  • the heat input preferably takes place from the radial direction, wherein the ring is selectively, partially or over the entire circumference connected to the hollow cathode.
  • the heat input is so small in the case of hollow cathodes of molybdenum or tungsten that melting, preferably also a complete recrystallization and thus embrittlement of the bottom portion of the hollow cathode, can be avoided.
  • An advantageous welding process is the Call laser welding, wherein the beam guide axially on the
  • Hollow cathode bottom is directed. Although it is thus unavoidable to avoid a local embrittlement of the hollow cathode bottom, which, however, since there is a cohesive connection between the hollow cathode and the current feedthrough pin via the ring or hollow cylinder, does not lead to a reduction in the service life. Cold cathode fluorescent lamps with the components according to the invention therefore show no reduction in the service life even when shaken.
  • the current feedthrough pin is connected to a power supply pin. While the current feedthrough pin the requirement for similarity of the expansion coefficient pin / glass material selection significantly limits, this is not the case for the lamp outside power supply pin. Typically, a copper clad wire (Dumet) is used for the power supply pin. This is butt welded to the current feedthrough pin to a so-called combination lift. Processually, it is cheaper, before the connection current feedthrough pin / hollow cathode connection
  • the hollow cathode can be made in one piece or in several parts.
  • a multipart, preferably two-part design is usually chosen when a one-piece version, produced by deep drawing, from manufacturing technical (too large draw ratio) or cost reasons is out of the question.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cold cathode fluorescent lamp
  • FIG. 6 Hollow cylinder according to the invention in cross section
  • FIG. 7 Hollow cylinder segment according to the invention in cross section
  • FIG. 1 shows the essential components of a
  • Cold Cathode Fluorescent Lamp -1- namely a discharge vessel -3- coated on the inside with phosphor -2-, the hollow cathode -A-, the current feedthrough pin -5- and the current supply pin -8-.
  • the current feedthrough pin -5- was welded to the hollow cathode -4-, the laser beam was directed axially to the bottom of the hollow cathode -A-.
  • a component was made using a ring -6-.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die (1) im wesentlichen ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff (2) beschichtetes Entladungsgefäß (3), das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden (4) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte (5) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen, umfasst, wobei der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Ring (6) , einem Ringsegment (7), einem Hohlzylinder (8) oder einem Hohlzylindersegment (9), bevorzugt aus Fe, Ni, Co oder deren Legierungen und der Ring (6), das Ringsegment (7), der Hohlzylinder (8) oder das Hohlzylindersegment (9) dieser wiederum mit der Hohlkathode (4) gefügt ist.

Description

KALTKATHODEN-FLUORESZENZLAMPE
Die Erfindung betrifft eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die im wesentlichen ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff beschichtetes Entladungsgefäß, das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen und zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen umfasst.
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen werden als Rückbeleuchtung für Flüssigkristallbildschirme eingesetzt. Eine Niederdruck-Quecksilberentladung erzeugt dabei UV-Strahlung, die durch eine auf der Innenseite des Entladungsgefäßes aufgebrachte Leuchtstoffschicht in sichtbares Licht umgewandelt wird. Das Entladungsgefäß besteht üblicherweise aus Hartglas, wie beispielsweise Borosilikatglas, und ist zumeist rohrförmig ausgebildet. Im Bereich der Rohrenden befinden sich Elektroden, die in Abhängigkeit vom Lampentyp unterschiedliche Formen aufweisen. Durch den Einsatz von emissionsfördemden Substanzen, die beispielsweise Ba, Sr, Seltenerd-Metalle oder Yttrium enthalten und auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht werden, kann die Elektronenaustrittsarbeit reduziert werden. Die Kontaktierung der Elektroden erfolgt durch Stromdurchführungsstifte. Diese werden mit dem Entladungsgefäß durch einen Einquetsch- oder einen Einschmelzvorgang vakuumdicht verbunden. Dieser Bereich wird als Glas-Metall-Einquetschdichtung bezeichnet. Üblicherweise wird in einem ersten Schritt der Stromdurchführungsstift mit einer Glasperle versehen, die durch das Aufschmelzen eines Glasringes erzeugt wird. Dieser Vorgang wird als Verglasung bezeichnet. In weiterer Folge wird die Glasperle mit dem Entladungsgefäß durch einen Einquetsch- oder Einschmelzvorgang verbunden. Als Werkstoff für die Stromdurchführung kommen Fe-Ni-Co (Kovar) Werkstoffe, Molybdän, Wolfram mit niedrigem, an das Glas angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz. Mit der Miniaturisierung der Flüssigkristall-Bildschirme ist auch eine
Miniaturisierung der Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen einhergegangen. Dies hat zur Einführung von Hohlkathoden geführt, wie dies in der JP 1-51148 beschrieben ist. Als Werkstoff für die Hohlkathoden wird üblicherweise Nickel eingesetzt. Die Ni-Hohlkathode ist mit einer Stromdurchführung aus Kovar verschweißt. Für eine weitere Miniaturisierung reicht jedoch die Sputterbeständigkeit von Nickel nicht aus. Deshalb wurden für Hohlkathoden sputterbeständigere Werkstoffe wie Niob, Tantal, Wolfram oder Molybdän vorgeschlagen. Diese werden mit Stromdurchführungsstiften aus Molybdän, Wolfram oder Kovar verbunden. Molybdän und Wolfram sind dabei aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft. Auf Grund des hohen Schmelzpunktes und der intrinsischen Sprödigkeit von Wolfram und Molybdän ist eine Direktverschweißung äußerst schwierig und nur unter großem Aufwand möglich. Zudem muss Rekristallisation und die damit verbundene Versprödung der Hohlkathode weitgehend vermieden werden. Die Wärmeeintragsmenge ist daher so niedrig wie möglich zu halten. Zudem ist beim Fügevorgang eine genaue Positionierung der Einzelkomponenten von großer Bedeutung, da nur so die engen Toleranzen der Komponente zu erreichen ist.
Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die sowohl Hohlkathoden als auch Stromdurchführungsstifte mit hoher Sputterbeständigkeit aufweisen, wobei das Fügen von Hohlkathode und Stromdurchführung kostengünstig und zuverlässig durchführbar ist.
Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Der Stromdurchführungsstift ist dabei mit einem Ring, einem Ringsegment, einem
Hohlzylinder oder einem Hohlzylindersegment und der Ring, das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment wiederum mit der Hohlkathode gefügt. Der Ring, das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment besteht bevorzugt aus einem Werkstoff mit einem im Vergleich zur Hohlkathode deutlich niedrigeren Schmelzpunkt, wie beispielsweise Ni, Fe, Co und deren Legierungen. Der Ring, das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment weist dabei einen Innendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes ist. Die Höhe des Hohlzylinders oder des Hohlzylindersegments bewegt sich vorteilhafterweise von 0,5x bis 4x Durchmesser des Hohlzylinders. Die Verwendung eines Ring- oder Hohlzylindersegments (geschlitzter Ring, geschlitzter Hohlzylinder) ist aufgrund niedrigerer Herstellkosten vorteilhaft. Das Ringsegment wird dabei durch Biegen eines Drahtstückes, das Hohlzylindersegment durch Prägen eines Bandabschnittes hergestellt. Der dabei entstehende Schlitz ist bevorzugt kleiner als VA des Ring- bzw. Hohlzylinderumfangs. Der Ring, das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment wird vorteilhafterweise in einem ersten Prozessschritt mit dem Stromdurchführungsstift verbunden. Dazu wird der Ring, das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment auf ein Ende des Stromdurchführungsstiftes aufgefädelt und dabei in einfacher Weise positioniert. Das Fügen mit dem Stromdurchführungsstift kann dabei punkt- oder flächenförmig, an einer oder mehreren Stellen erfolgen. Die Wärmeeinbringung kann beispielsweise mittels Laser- oder Widerstandsschweißen erfolgen. Beim Fügevorgang können die Bereiche des Rings oder des Hohlzylinders, wo lokal der Wärmeeintrag erfolgt, aufschmelzen. Die durch den ersten Fügeschritt hergestellte Komponente wird in einem weiteren Fügeschritt mit der Hohlkathode verbunden. Der Wärmeeintrag erfolgt wiederum bevorzugt durch Widerstands- oder Laserschweißen. Beim Widerstandsschweißen ist die Kontaktfläche bevorzugt die der Hohlkathode zugeneigte Ringfläche oder die Querschnittsfläche des Hohlzylinders. Beim Laserschweißen erfolgt der Wärmeeintrag bevorzugt aus radialer Richtung, wobei der Ring punktuell, abschnittsweise oder über den gesamten Umfang mit der Hohlkathode verbunden wird. Der Wärmeintrag ist dabei im Falle von Hohlkathoden aus Molybdän oder Wolfram so gering, dass ein Aufschmelzen, bevorzugt auch eine vollständige Rekristallisation und damit eine Versprödung des Bodenbereiches der Hohlkathode, vermieden werden kann. Um einen besseren Wärmeübergang von der Hohlkathode zum Stromdurchführungsstift sicherzustellen, ist es vorteilhaft, den Stromdurchführungsstift mit der Hohlkathode zu verbinden. Dies kann durch Schweißen oder Löten erfolgen. Als vorteilhaftes Schweißverfahren ist dabei das Laserschweißen zu nennen, wobei die Strahiführung axial auf den
Hohlkathodenboden gerichtet erfolgt. Es ist zwar damit eine lokale Versprödung des Hohlkathodenbodens nicht zu vermeiden, die jedoch, da eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Hohlkathode und Stromdurchführungsstift über den Ring, bzw. Hohlzylinder gegeben ist, zu keiner Standzeitverringerung führt. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen mit den erfindungsgemäßen Komponenten zeigen daher auch bei Erschütterung keine Verringerung der Standzeit.
Üblicherweise ist der Stromdurchführungsstift mit einem Stromzuführungsstift verbunden. Während beim Stromdurchführungsstift die Forderung nach Ähnlichkeit der Ausdehnungskoeffizienten Stift / Glas die Werkstoff auswahl deutlich einschränkt, gilt dies für den lampenaußenseitigen Stromzuführungsstift nicht. Üblicherweise wird für den Stromzuführungsstift ein kupferummantelter Draht (Dumet) verwendet. Dieser wird stumpf mit dem Stromdurchführungsstift zu einem so genannten Kombistift verschweißt. Prozesstechnisch ist es günstiger, vor der Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode die Verbindung
Stromdurchführungsstift / Stromzuführungsstift durchzuführen, d.h. für den zuvor beschriebenen Prozess einen Kombistift einzusetzen. Die Hohlkathode kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden. Eine mehrteilige, bevorzugt zweiteilige Ausführung wird üblicherweise dann gewählt, wenn eine einteilige Version, hergestellt mittels Tiefziehen, aus herstelltechnischen (zu großes Ziehverhältnis) oder Kostengründen nicht in Frage kommt.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 Schematische Darstellung einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
(ohne erfinderische Merkmale) Figur 2 Erfindungsgemäße Verbindung
Stromdurchführungsstift/ Hohlkathode im Querschnitt Figur 3 Erfindungsgemäßer Ring im Querschnitt Figur 4 Erfindungsgemäßes Ringsegment im Querschnitt Figur 5 Erfindungsgemäße Verbindung
Stromdurchführungsstift / Hohlkathode im Querschnitt Figur 6 Erfindungsgemäßer Hohlzylinder im Querschnitt Figur 7 Erfindungsgemäße Hohlzylindersegment im Querschnitt
Figur 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe -1-, nämlich ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff -2- beschichtetes Entladungsgefäß -3-, die Hohlkathode -A-, den Stromdurchführungsstift -5- und den Stromzuführungsstift -8-.
Herstellung einer Komponente gemäß Figur 2 bis Figur 4 (nicht maßstabsgetreu): Ein Ni-Drahtstück mit einem Drahtdurchmesser von 0,5 mm wurde zu einem Ringsegment -7- mit einer Schlitzbreite von ca. 0,5 mm gebogen und an einem Ende des Stromdurchführungsstiftes aufgefädelt und so positioniert. Das Fügen des Ringsegmentes -7- mit einem Stromdurchführungsstift -5- aus einer Mo-0,3 Gew.%l_a2θ3 Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 mm wurde durch stirnseitiges Laserschweißen durchgeführt. Anschließend wurde das Ringsegment -7- mit einer Mo-Hohlkathode -4- mit einem Außendurchmesser von 1 ,7 mm wiederum mittels Laser verschweißt, wobei mit im Wesentlichen radial gerichtetem Laserstrahl gearbeitet wurde. Anschließend wurde der Stromdurchführungsstift -5- mit der Hohlkathode -4- verschweißt, wobei der Laserstrahl axial auf den Boden der Hohlkathode -A- gerichtet war. In analoger Weise wurde eine Komponente unter Verwendung eines Ringes -6- gefertigt.
Herstellung einer Komponente gemäß Figur 5 bis Figur 7 (nicht maßstabsgetreu): Ein Ni-Bandabschnitt mit einer Dicke von 0,3 mm wurde zu einem Hohlzylindersegment -9- mit einer Länge von 2 mm gebogen und an einem Ende des Stromdurchführungsstiftes aufgefädelt und so positioniert. Das Fügen dieses Hohlzylindersegments -9- mit einem Stromdurchführungsstift -5- aus einer Mo-0,3 Gew.%La2θ3 mit einem Durchmesser von 0,8 mm wurde durch stirnseitiges Laserschweißen durchgeführt. Anschließend wurde das Hohlzylindersegments -9- mit einem Mo-Hohlkathode -A- mit einem
Außendurchmesser von 1 ,7 mm wiederum mittels Laser verschweißt, wobei mit im Wesentlichen radial gerichteten Laserstrahl gearbeitet wurde. In analoger Weise wurde eine Komponente unter Verwendung eines Hohlzylinders -8- gefertigt.

Claims

Patentansprüche
1. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) im wesentlichen umfassend ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff (2) beschichtetes Entladungsgefäß (3), das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkathoden (4) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W, Nb, Ta und deren
Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte (5) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Ring (6), einem Ringsegment (7), einem Hohlzylinder (8) oder einem Hohlzylindersegment (9) verbunden ist, wobei der Ring (6), das Ringsegment (7), der Hohlzylinder (8) oder das Hohlzylindersegment (9) wiederum mit der Hohlkathode (4) verbunden ist.
2. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Ringes (6), des Ringsegments (7), des Hohlzylinders (8) oder des Hohlzylindersegmentes (9) geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchführungsstiftes (5) ist und der Außendurchmesser des Ringes (6), des Ringsegments (7), des Hohlzylinders (8) oder des Hohlzylindersegmentes (9) in etwa dem
Außendurchmesser der Hohlkathode (4) entspricht.
3. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Stromzuführungsstift (10) verbunden ist.
4. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6), das Ringsegment (7), der Hohlzylinder (8) oder das Hohlzylindersegment (9) aus einem Werkstoff der Gruppe Ni, Fe, Co und deren Legierungen besteht.
5. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkathode (4) zwei- oder mehrteilig ausgeführt ist.
6. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkathode (4) mit dem
Stromdurchführungsstift (5) verschweißt ist.
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