专利名称：包括碳化或氮化步骤的冷阴极荧光灯制造方法
技术领域：
本发明涉及冷阴极荧光灯及其电极的制造方法。本发明还涉及冷阴 极荧光灯及其电极。更具体而言，本发明涉及被用作冷阴极荧光灯的电 极的管状构件的制造方法。
背景技术：
近年来，由于在尺寸降低、低功耗、长寿命等方面存在潜力，因而 冷阴极荧光灯被越来越多地用作液晶屏板等的背光。冷阴极荧光灯通常 具有这样的结构，其中，将一对电极彼此相对地设置在填充有诸如氩气 的稀有气体和汞气体的玻璃管内，并且其中，将引线连接至所述电极。 将每一电极形成为具有封闭端和开口端的管状。将所述电极设置为使其 开口端彼此相对。当通过引线在电极之间施加电压时，电子从所述电极 之一发射出来，并与汞原子碰撞，以生成紫外线。通过形成于玻璃管的 表面上的荧光膜将紫外线转化为可见光线，并且所述可见光线从玻璃管 的内部朝外发射。因此，冷阴极荧光灯的寿命高度依赖于所消耗的汞气 体的量。 ，所述电极通常由镍构成。 一个成分实例为99.7%的镍、0.1%的锰、 0.1%的铁和0.1%的其他杂质(碳、硅、铜、硫)。镍可以包括大约0.01% 的微量钴。上述成分是通过重量百分数表示的。当通过玻璃管内氩气等 的碰撞冲击镍时，镍原子被溅射和散射。将这一现象称为溅射。散射的 镍原子吸收汞气体而形成汞齐，从而降低了汞气体的有效量。结果，汞 气体^皮消耗，从而降低了冷阴极荧光灯的寿命。近年来，已经有人研究了利用对溅射具有高抵御性的电极的技术， 以实现更长的冷阴极荧光灯寿命。更具体地说，公开了这样一种管状电 极，其包括钼(Mo)或铌(Nb),并且具有低功函数，与镍相比，其 具有更高的溅射抵御性。例如，参见日本专利公开文本No. 2002-358"2和No. 2003-187740。但是，钼和铌不仅价格昂贵，而且具有高炫点。因 此，需要大量的热量使钼或铌熔化，以实现与引线的连接，这导致电极 表面的氧化。电极表面的氧化将导致溅射抵御性的降低，从而损害了高 溅射抵御性的优势。而且，由于钼等与由科伐合金等制成的引线之间存 在较大的熔点差异，因此存在由钼等制成的电极基本上保持未被熔化的 可能性，因而无法获得与引线之间足够的结合强度。
日本专利公开文本No. 2005-183172公开了一种两层电极，其具有
外层和设置在外层的内侧的内层。外层由镍等制成。内层由鴒、钼等制 成，其具有高溅射抵御性。通过轧制工艺使外层和内层合为一体，之后， 将其形成为圆柱状，由此而使内层形成放电表面，外层形成用于与引线 连接的表面。这一结构在电极和引线之间达到了令人满意的结合，同时 确保溅射抵御性。但是，这一技术需要大量的具有高溅射抵御性的材料， 因此与镍电极相比在制造成本方面不利。而且，在利用压力加工将两层 薄板形成为圆柱状时，经常难以有效地处理内层的材料。
日本专利公开文本No. 2006-228615公开了 一种解决这些问题的技 术，该技术形成的电极包括镍或其合金作为基础材料，此外还包括诸如 钛的金属作为添加剂。由于诸如钛的金属倾向于在镍颗粒之间的边界处 以氧化物的形式离析，因而提高了所述边界处的结合强度，由此提高了 濺射抵御性。
日本专利公开文本No. 2006-228615中公开了这样一种技术，其优 点在于，可以采用经济的、具有良好的可加工性的镍或镍合金作为基础 材料。但是，管状电极的制造方式经常是利用辊压由基础材料的锭坯形 成具有薄板的形式的条带，之后利用压力加工将所述板形成为管状。在 这一制造过程中，电极的表面层中的颗粒边界可能受到辊压和压力加工 过程中采用的润滑油的污染。在将电极密封到玻璃管内的步骤中，或者 在作为灯工作的过程中，在电极部分的温度升高时，所粘附的油可能导 致颗粒边界处颗粒之间的结合强度下降。因而在这种技术当中，存在溅 射抵御性下降的可能性。
此外，在采用镍或镍合金作为基础材料的电极中，镍倾向于更容易 地从颗粒边界溅射，而不是从晶粒中溅射。因此，尽管日本专利y〉开文 本No. 2006-228615公开了这样一种技术，但是仍然有必要提高颗粒边 界处的溅射抵御性。发明内容本发明的目的在于提供一种制造冷阴极荧光灯的方法以及提供一 种制造冷阴极焚光灯的电极的方法，所述冷阴极荧光灯具有高溅射抵御 性，易于制造并且经济。本发明的另一目的在于提供一种冷阴极荧光灯 以及提供一种用于所述冷阴极荧光灯的电极，所述冷阴极荧光灯具有高 溅射抵御性，易于制造并且经济。根据本发明的冷阴极荧光灯的制造方法包括的步骤有由包括镍或 镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元 素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一端封闭，另一端 具有开口；使所述管状构件碳化；以及将一对所述经碳化的管状构件气 密封闭到玻璃管内，从而在其内设置管状电极，其方式为使所述开口彼 此相对，其中所述玻璃管具有至少填充了稀有气体和汞气体的内部空 间，并且设有形成于所述玻璃管的内表面上的荧光物质层。添加至包括镍或镍合金作为基础材料的材料的金属倾向于在镍或 镍合金的颗粒边界处离析。因此，通过执行碳化步骤，在管状构件的表 面附近的颗粒边界处形成了所添加的元素的碳化物。形成于颗粒边界处 的碳化物可提高晶粒之间的结合强度，并且提高颗粒边界的表面硬度。 因此，提高了溅射4氐御性。通过碳化步骤，有效地去除了在将所述材料 形成为管状构件的步骤中附着到管状构件上的油。相应地，降低了可由 残余的油导致的颗粒边界处溅射抵御性下降的可能性。根据本发明的另一示范性方面，包括对管状构件氮化的步骤，而不 是碳化步骤。由于形成于颗粒边界处的氮化物可提高晶粒之间的结合强 度，并且提高颗粒边界的表面硬度，而且由于通过氮化步骤还去除了残 余的油，因此能够获得与碳化步骤相同的效果。如上所述，本发明提供一种制造冷阴极荧光灯的方法和一种制造冷 阴极荧光灯的电极的方法，所述冷阴极荧光灯具有高溅射抵御性，易于 制造并且经济。此外，本发明还提供了一种冷阴极荧光灯和一种用于所 述冷阴极荧光灯的电极，所述冷阴极荧光灯具有高溅射抵御性，易于制 造并且经济。根据下文中参考示出本发明实例的附图的说明，本发明的上述和其 他目的、特征和优点将变得显而易见。
图1是本发明的冷阴极荧光灯的示例性实施例的示意性截面图2是图1所示的电极单元的放大透视图3是示出本实施例的效果的示意性金相图；以及
程图。 、、 穴、 、々'、'、、'、具体实施例方式
首先将参照附图详细说明根据本发明示例性实施例的冷阴极荧光 灯和电极。根据本发明的冷阴极荧光灯适于被用作液晶屏板的背光。但 是，可以将所述冷阴极荧光灯应用到其他用途中。图l是示出所述冷阴 极荧光灯的示例性实施例的结构的示意性截面图。
冷阴极荧光灯1具有由硼硅酸盐玻璃形成的玻璃管2。玻璃管2的 两端是通过密封玻璃(玻璃珠3 )气密密封的。玻璃管2具有1.5到6.0mm 的外径，优选具有1.5到5.0mm的外径。玻璃管2的材料还可以是铅玻 璃、钠玻璃、低铅玻璃等。
在玻璃管2的整个长度范围内，在玻璃管2的内表面4上形成荧光 材料层(未示出)。可以根据冷阴极荧光灯1的用途和使用情况从现有 荧光材料或新荧光材料中选择形成所述荧光材料层的荧光材料，例如， 可以选择卣化磷酸盐荧光材料和稀土荧光材料。此外，所述荧光材料层 还可以由通过混合两种或更多种荧光材料而制备的荧光材料形成。
将预定量的诸如氩气、氙气或氖气的稀有气体和预定量的汞气体填 充到由内表面4包围的玻璃管2的内部空间5内，使内部压强降至大气 压的十分之几。
相对于纵向在玻璃管2的两端提供一对电极单元6。每一电极单元 6由管状电极7和接合至底部8的引线9构成，所述底部8是管状电极 7的封闭端。每一电极单元6内的管状电极7在与玻璃管2的内部空间 5的末端具有一定距离的位置朝内设置，从而使管状电极7之一的开口 10与另一管状电极7的开口 IO彼此相对。将每条引线9的一端焊接至 对应的管状电极7的底部8,另一端则通过玻璃珠3延伸至玻璃管2的 外部。引线9由诸如科伐合金的导电材料制成。图2是在冷阴极焚光灯1中提供的电极单元6的放大透视图。构成 电极单元6的管状电极7具有管状部分23。相对于纵向，所述管状部分 23的一端提供有开口 10，另一端由底部8封闭。在其端表面12处，将 引线9焊接至管状电极7的底部8。管状电极7包括镍或镍合金作为基础材料。主要在管状电极7的表 面附近形成钛、锰、锆或铪的碳化物或氮化物。所述碳化物或氮化物主 要形成于颗粒边界处，尽管其也存在于镍晶粒内部。可以包括钛、锰、 锆和給中的两种或更多元素。所述成分中钛的比例优选为0.009 .到 0.8wt%。所述成分中锆和铪的比例优选为0.05到l.lwt%。所述成分中 锰的比例优选为1.1到4.0wt%。所述成分中每一元素的比例的上限主要 取决于管状电极7的可制造性。如果所述比例高于所述上限，那么材料 将变得过硬，无法通过压力加工将其形成为圆柱状。将所述成分中每一 元素的比例的下限确定为能够确保充分高的溅射抵御性。含有钛作为主要添加剂的成分的例子包括99.7%的镍、0.05%的钛、 0.15%的锰和0.1%的其他杂质(碳、硅、铜、硫、镁和铁)。镍包括对 应于大约0.01%的微量钴。钛以Ti的碳化物的形式或者以Ni-Ti的碳化 物的形式存在。将参照图3说明通过添加这些金属提高管状电极7的溅射抵御性的 原因。尽管将围绕添加了钛的情况展开说明，但是对添加了锰、锆或铪 的情况同样适用。镍或镍合金通常具有多晶结构，在晶粒G之间的界面 处形成了颗粒边界B。颗粒边界B易于受到溅射影响，因为颗粒之间的 结合强度弱。溅射主要发生在颗粒边界B处，并逐渐发展到晶粒G之内。另一方面，添加至镍的添加剂倾向于在颗粒边界B处离析，钛也不 例外。如果钛在颗粒边界B处充分离析时受到了碳化或氮化，那么存在 于颗粒边界B处的钛将形成Ti的碳化物或氮化物或者Ni-Ti的碳化物或 氮化物。这样的碳化物或氮化物往往起着大幅提高晶粒之间结合强度的 作用，因此起着提高材料表面硬度的作用。相应地，提高了溅射抵御性。 上述成分中元素比例的下限对应于在颗粒边界B处分布足够量的钛，以 提高溅射抵御性所需的钛的量。将参照图4描述制造上述冷阴极荧光灯的方法。 (步骤Sl )首先熔化镍或镍合金，之后添加钛、锰、锆或铪(以下 称为"添加剂元素")。之后，使镍或镍合金凝固以形成含有添加剂元素的锭坯。由于由镍或镍合金形成的基础材料具有多晶结构，因而如上 所述，添加剂元素在颗粒边界处离析。尽管添加剂元素的一部分可能与 包含在镍或空气中的氧化合，因而可能以氧化物的形式存在，但是我们 认为并非所有的添加剂元素原子都被氧化了 ，而且添加剂元素的大部分 都是以未受氧化的形式存在。
(步骤S2 )通过普通的辊压步骤使所述锭坯形成薄板(条带)。之 后，对所述薄板进行压力加工，使之形成其一端封闭另一端开口的管状 构件。在这些步骤中，采用油作为润滑剂。尽管通过清洗去除了油，但 是一部分油仍然会主要残留在颗粒边界处，如上所述，其可能导致颗粒 边界处颗粒之间的结合强度的降低。所获得的管状构件与图l和图2所 示的管状电极7具有相同的形状，但是其与所完成的管状电极7的差别 在于，还没有对其进行如下所述的碳化或氮化处理。
(步骤S 3 )之后使所形成的管状构件碳化。碳化方法包括固体渗碳
法、液体渗碳法、气体渗碳法、真空等离子体渗碳法等。在固体渗碳法 中，在渗碳盒中产生一氧化碳(CO)。之后在所要处理的对象的表面上 使CO分解，从而使碳(C)渗透并扩散到所述对象内。在液体渗碳法 中，将所要处理的对象浸到碱金属氰化物浴中。通过CN离子与二氧化 碳的化学反应生成碳，并使碳通过所述对象的表面渗透到所述对象内。 在气体渗碳法中，在高温下对原料气体加热，以生成渗碳气体，之后使 渗碳气体中含有的碳渗透到所要处理的对象内。渗碳气体包括，例如， 0.3%的C02、 0.2%的CO、 37.5%的H2、 0,5%的H20、 0,2%的CH4，以 及其余的N2。在真空等离子体渗碳法中，首先在真空炉中通过加热器将 所要处理的对象加热到渗碳温度。接下来，通过在两个电极之间施加几 百伏的直流电压，在含有诸如曱烷或丙烷的烃气的270-400Pa ( 2-3Torr) 的稀有气体气氛中产生辉光放电，所述两个电极为通过炉体和绝热材料 实现的阳极以及通过所要处理的对象实现的阴极。在通过辉光放电产生 的等离子体气氛中的各种电化学反应的作用下，烃气中的离子作用于所 要处理的对象的表面，并执行渗碳处理。作为针对冷阴极焚光灯的电极 的渗碳方法，真空等离子体渗碳法优于气体渗碳法，因为与气体渗碳法 相比，其渗碳时间短，并且能够促进高浓度渗碳作用，此外其渗碳过程 不会引起颗粒边界处的氧化。
作为上述碳化步骤的结果，在由镍或镍合金形成的基础材料内的颗粒边界处形成钬、锰、锆或铪的碳化物或者Ni-Tk Ni-Mn、 Ni-Zr或Ni-Hf的碳化物。换一种方式，可以执行氮化步骤，以替代所述碳化步骤。氮化方法 包括气体氮化法、盐浴氮化法、等离子体氮化法等。在气体氮化法中， 通过由2丽3——2N+3H2表示的反应引起的NH3气体的分解生成处于初 生态的氮(N),使如此获得的氮扩散到所要氮化的对象内，以获得氮 化层。在盐浴法中，通过将所要处理的对象浸到主要含有钠(Na)或钾 (K)的氰化物和氰酸盐的盐浴中使所述对象氮化。利用等离子体气氛的等离子体氮化法又被称为离子氮化法。当等离子体气氛中的部分电离 氮与所要处理的对象碰撞时，镍原子发生溅射。发生溅射的镍原子与原子氮化合形成氮化镍，所述氮化镍淀积在所要处理的材料上。等离子体 氮化法是一种使冷阴极荧光灯的电极氮化的最为有效的方法，其原因与 在真空等离子体渗碳法中描述的原因相同。作为上述氮化步骤的结果，在由镍或镍合金形成的基础材料内的颗 粒边界处形成钛、锰、锆或铪的氮化物或者Ni-Ti、 Ni-Mn、 Ni-Zr或Ni-Hf 的氮化物。(步骤S4 )将由科伐合金等制成的引线9焊接至管状电极7。 (步骤S 5 )将 一 对碳化的管状构件，即管状电极7气密封闭到玻璃 管2内，从而使管状电极7的开口 IO彼此相对，所述玻璃管2具有至 少填充了稀有气体和汞气体的内部空间5，并且具有形成于内表面4上 的荧光材料层。本实施例的冷阴极荧光灯还能够实现可制造性的改善。管状电极7 包括镍或镍合金作为基础材料，并且只包括有限比例的添加剂元素。因 此，管状电极7的熔点基本等于镍的熔点(1455°C )，并且还接近被用 作引线9的材料的科伐合金的熔点(155(TC)。因此，在将引线9焊接 并固定到管状电极7时，两种材料发生相似程度的熔化，并相互熔合， 从而在其间形成了合金层。通过这种方式，实现了管状电极7和引线9 之间的牢固连接。就由诸如钼或铌的高熔点金属制成的电极而言，固定 引线9的唯一方法是使引线9熔化。其经常导致对结合强度的限制或对 固定过程的约束。本发明还解决了这一问题。此外，由于降低了添加剂 元素的比例，本实施例的冷阴极荧光灯还能够使对成本的影响降至最 低。具体地，由于本实施例的冷阴极荧光灯电极主要由镍或镍合金制成，因而其制造成本与镍电极或镍合金电极的成本不存在太大差异，因此有 可能提供一种经济的冷阴极荧光灯。
尽管已经示出并详细描述了本发明的某些优选实施例，但是应当理 解，在不背离所附权利要求的精神或范围的情况下，可以做出各种变化 和4多改。
权利要求
1.一种制造冷阴极荧光灯的方法，其包括以下步骤由包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一端封闭，另一端具有开口；使所述管状构件碳化；以及将一对所述经碳化的管状构件气密封闭到玻璃管内，从而在其内设置管状电极，其方式为使所述开口彼此相对，其中所述玻璃管具有至少填充了稀有气体和汞气体的内部空间，并且提供有形成于所述玻璃管内表面上的荧光物质层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，使所述管状构件碳化的步 骤包括采用等离子体碳化法。
3. —种制造冷阴极荧光灯的方法，其包括以下步骤 由包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一 端封闭，另一端具有开口；使所述管状构件氮化；以及将一对所述经氮化的管状构件气密封闭到玻璃管内，从而在其内设 置管状电极，其方式为使所述开口^f皮此相对，其中所述玻璃管具有至少 填充了稀有气体和汞气体的内部空间，并且提供有形成于所述玻璃管内 表面上的荧光物质层。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，使所述管状构件氮化的步骤包括采用等离子体氮化法。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，将0.009到0.8wt。/。的钛添 加至所述材料。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，将1.1到4.0wt。/。的锰添加 至所述材料。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，将0.05到1.1wt。/。的锆添加 至所述材料。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，将0.05到1.1wt。/o的铪添加 至所述材料。
9. 根据权利要求3所述的方法，其中，将0.009到0.8wt。/。的钛添加至所述材料。
10. 根据权利要求3所述的方法，其中，将1.1到4.0wt。/。的锰添加 至所述材料。
11. 根据权利要求3所述的方法，其中，将0.05到1.1wt。/。的锆添 加至所述材料。
12. 根据权利要求3所述的方法，其中，将0.05到1.1wt。/。的铪添 加至所述材料。
13. —种制造冷阴极焚光灯用的管状电极的方法，其包括以下步骤 由包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一 端封闭，另一端具有开口；以及 使所述管状构件碳化。
14. 一种制造冷阴极荧光灯用的管状电极的方法，其包括以下步骤 由包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一 端封闭，另一端具有开口；以及 使所述管状构件氮化。
15. —种冷阴极荧光灯，包括玻璃管，其具有至少填充了稀有气体和汞气体的内部空间，并且提 供有形成于所述玻璃管内表面上的荧光材料层；以及一对管状电极，其设置在所述内部空间中，每一管状电极的一端封 闭，另一端具有开口，其中所述的一对管状电极被设置为使所述开口彼 此相对，其中每一管状电极包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素的碳化物。
16. 根据权利要求15所述的冷阴极荧光灯，其中所述碳化物在所 述基础材料中的颗粒边界处离析。
17. —种冷阴极荧光灯，包括玻璃管，其具有至少填充了稀有气体和汞气体的内部空间，并且提 供有形成于所述玻璃管内表面上的荧光材料层；以及一对管状电极，其设置在所述内部空间中，每一管状电极的一端封 闭，另一端具有开口，其中所述的一对管状电极被设置为使所述开口彼此相对，其中每一管状电极包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、 锆和铪中的至少一种或多种元素的氮化物。
18. 根据权利要求17所述的冷阴极荧光灯，其中所述氮化物在所 述基础材料中的颗粒边界处离析。
19. 一种冷阴极萸光灯用的管状电极，所述管状构件的一端封闭， 另一端具有开口，其中所述电极包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆 和铪中的至少一种或多种元素的碳化物。
20. —种冷阴极荧光灯用的管状电极，所述管状构件的一端封闭， 另一端具有开口，其中所述电极包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆 和铪中的至少一种或多种元素的氮化物。
全文摘要
根据本发明的冷阴极荧光灯的制造方法，包括以下步骤由包括镍或镍合金作为基础材料，并且包括钛、锰、锆和铪中的至少一种或多种元素作为添加剂的材料形成管状构件，所述管状构件的一端封闭，另一端具有开口；使所述管状构件碳化；以及将一对所述经碳化的管状构件气密封闭到玻璃管内，从而在其内设置管状电极，其方式为使所述开口彼此相对，其中所述玻璃管具有至少填充了稀有气体和汞气体的内部空间，并且提供有形成于所述玻璃管内表面上的荧光物质层。
文档编号H01J9/00GK101231929SQ20081000383
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者杉村俊和 申请人:Nec照明株式会社