專利名稱：具有鉬電極的冷陰極熒光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷陰極熒光燈，本質(zhì)上包括具有內(nèi)表面的磷涂層和能發(fā)出紫外光的填充氣體成分的硬質(zhì)玻璃放電罩，兩個(gè)或多個(gè)空心陰極，兩個(gè)或多個(gè)電引線(electrical feedthrough)以及兩個(gè)或多個(gè)玻璃-金屬緊縮密封，該密封在放電罩與電極之間提供真空緊密密封。
冷陰極熒光燈用作LCD顯示器中的背光。低壓汞放電產(chǎn)生紫外輻射，并通過(guò)放電罩內(nèi)表面上的磷涂層轉(zhuǎn)換成可見光。放電罩一般是由硬質(zhì)玻璃制成，例如硼硅酸鹽玻璃，并且通常為管狀。在管的每一端有電極，電極的形狀隨燈的類型而不同。通過(guò)在電極表面施加能增強(qiáng)電子釋放的物質(zhì)，可以減小電極表面的電子功函數(shù)，該物質(zhì)包含Ba、Sr、稀土金屬、釔等。電極的接觸是通過(guò)引線管腳。這些引線管腳通過(guò)緊縮連接或熔入連接，以真空密封的形式連接到放電罩。這在本領(lǐng)域被稱作玻璃-金屬密封。第一步通常是將表面熔化玻璃環(huán)得到的玻璃珠供給到引線管腳。這道工序稱為上釉。隨后通過(guò)緊縮或熔化工序?qū)⒉Ａе榻Y(jié)合到放電罩上。用于上釉的玻璃環(huán)和放電罩通常是由具有相同成分或相似物理性質(zhì)的玻璃制成。因此，玻璃-金屬密封中的玻璃成分通常與玻璃放電罩的玻璃成分相同。為了使玻璃-金屬密封中的應(yīng)力不至于太高而導(dǎo)致玻璃破裂，放電罩和引線管腳的熱膨脹系統(tǒng)必須相近。具有與玻璃相近的低熱膨脹系數(shù)的Fe-Ni-Co材料被用作引線。這個(gè)材料組被稱為Kovar。也可以使用W-Ni管腳。
這些材料具有較高導(dǎo)熱率以及優(yōu)異的耐Hg+離子濺射的優(yōu)點(diǎn)。在引線管腳進(jìn)入放電罩的區(qū)域，后一種性質(zhì)是必須的。由于輝光放電，材料在這一區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕。腐蝕過(guò)程中去除的材料沉積到相鄰的區(qū)域中，并在使用過(guò)程中捕獲Hg，導(dǎo)致Hg濃度降低，從而減弱燈光。如果材料沉積到放電罩的內(nèi)表面，則放電罩會(huì)變黑，從而再次導(dǎo)致燈光的減弱。除了那些由W-Ni制造的引線管腳之外，還出現(xiàn)了由鉬制造的引線管腳。鉬引線管腳廣泛用于氧化鋁硅酸鹽玻璃的緊縮密封，例如在鹵素?zé)鬑4、H7、H8、H9或H11中。這些玻璃通常含有12-18重量％的Al2O3。這種高的Al2O3含量意味著玻璃具有高的軟化溫度，因此加工溫度高，這對(duì)于冷陰極熒光燈的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)太高。如果Mo引線管腳熔化或者與設(shè)計(jì)用于W-Ni或Kovar管腳的玻璃緊縮密封，則在密封中產(chǎn)生不可接受的高應(yīng)力，Mo管腳不充分地密封到玻璃上，由于玻璃破裂或泄露導(dǎo)致失敗。玻璃中的裂紋可以在制造過(guò)程中即時(shí)出現(xiàn)，或者在燈作為背光源使用的過(guò)程中出現(xiàn)。
JP 11-015147描述了用于冷陰極熒光燈的鉬電流輸送管腳，管腳的直徑是相對(duì)于放電罩的直徑限定的。其優(yōu)點(diǎn)是，它們涂覆了Pt、Ni或Au，以增大放電罩的機(jī)械強(qiáng)度和減少裂紋的形成，裂紋是在將玻璃密封到管腳的過(guò)程中產(chǎn)生的。玻璃的成分未給出。
除了Kovar和鎢，JP 10-257457中提出將鉬引線管腳用于具有雙殼放電罩的熒光燈中。此專利中同樣未給出玻璃成分。
LCD顯示器的小型化引起冷陰極熒光燈的小型化，由此引出了空心陰極，如JP 1-151148中所述。鎳通常用作圓柱電極的材料。Ni空心陰極焊接在Kovar引線管腳上。Ni的耐測(cè)射性對(duì)于進(jìn)一步小型化是不夠的?；谶@個(gè)原因，提出將具有較高耐濺射性的材料，如鈮、鉭和鉬，用于空心陰極。它們連接到由電阻焊接W和Ni管腳制成的引線管腳上。由于鎢的高熔點(diǎn)和內(nèi)在的脆性，鎢管腳和圓柱電極，例如，僅通過(guò)使用激光焊接技術(shù)，才能焊接在一起。基于此原因，在焊接過(guò)程中使用填充材料形成較低熔點(diǎn)化合物，與鎢和/或空心陰極材料反應(yīng)。這些填充材料含有鎳、鐵或鈷。但使用這些填充材料將導(dǎo)致導(dǎo)熱率下降以及濺射增大。
因此，本發(fā)明是提供一種具有空心陰極和高耐濺射引線管腳的冷陰極熒光燈，其中空心陰極與引線管腳之間的連接可以經(jīng)濟(jì)地和重復(fù)地實(shí)現(xiàn)，引線管腳以真空緊密密封的形式連接到放電罩上，而不造成玻璃裂紋。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種至少在玻璃-金屬密封的長(zhǎng)度上由鉬或鉬合金制成的引線管腳。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種空心陰極，至少一部分是由以下組中的材料制成的鉬、鉬合金、鈮和鈮合金。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種玻璃-金屬密封中的玻璃，其熱膨脹系數(shù)為4.2-5.2×10-6K-1(20℃到300℃)，并具有如下的成分55-75重量％的SiO2，13-25重量％的B2O3，0-10重量％的Al2O3，5-12重量％的堿金屬氧化物，0-3重量％的堿土金屬氧化物，0-5重量％的ZrO2，0-10重量％的TiO2以及0-5重量％的其余氧化物。
特別有益的配方見權(quán)利要求4。
由鉬和鉬合金制成的引線管腳，容易焊接到由鉬、鉭和鈮制成的空心陰極上。這使所用的填充材料的數(shù)量大大減少。當(dāng)保證足夠高的工藝重復(fù)性時(shí)，不使用填充材料可以達(dá)到可靠的焊接。以這種方式，在空心陰極和引線管腳之間的臨界過(guò)渡區(qū)域，可以顯著改進(jìn)耐濺射性和導(dǎo)熱性。這在環(huán)境溫度下降時(shí)特別有優(yōu)勢(shì)，由此導(dǎo)致較高的電流。使用如權(quán)利要求1所述的熱膨脹系數(shù)和成分的玻璃，至少是在玻璃-金屬密封處使用，當(dāng)玻璃-金屬接觸充分時(shí)，可以將玻璃-金屬?gòu)?fù)合材料中的應(yīng)力保持在低的水平，從而在制造或使用過(guò)程中不產(chǎn)生玻璃中的裂紋和導(dǎo)致泄露的其它缺陷?，F(xiàn)有的制造方法可以用于制造玻璃-金屬密封。引線管腳的上釉可以利用玻璃管和熔化玻璃管在單獨(dú)的步驟中完成，隨后與放電罩的連接在足夠低的溫度下進(jìn)行。
根據(jù)燈的類型，所用的鉬引線管腳的直徑在0.4到1.2mm之間。為了降低引線的成本，利用電阻焊將鉬管腳連接到鎳、鐵或鈷管腳或由這些金屬形成的合金的管腳上，是具有優(yōu)勢(shì)的。引線管腳是由一對(duì)材料制成，通常稱為復(fù)合管腳(combi-pin)。利用電阻焊或其它適合的連接技術(shù)，將Mo-Ni(Fe，Co)復(fù)合管腳在鉬的末端焊接到空心陰極上。上釉僅僅作用于或主要作用于鉬區(qū)。因此填充氣體在使用過(guò)程中不與Ni(Fe，Co)區(qū)接觸。當(dāng)復(fù)合管腳是由Mo和Ni制成時(shí)，特別有優(yōu)勢(shì)。
由于玻璃制造的標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)選的是用于上釉的玻璃管以及放電罩是由相同成分的玻璃制造。如果這不是必需的，或者如果制造工藝需要玻璃-金屬密封在低的工作溫度下進(jìn)行，則在玻璃-金屬密封以及放電罩中使用不同的玻璃類型是有優(yōu)勢(shì)的。玻璃中用于增大放電罩對(duì)紫外光的穩(wěn)定性的成分，例如TiO2，不是玻璃-金屬密封中玻璃的必需成分。通過(guò)在釉和放電罩之間的一個(gè)或多個(gè)層的過(guò)渡玻璃，可以克服玻璃-金屬密封中釉和放電罩之間的膨脹系數(shù)差異。在本發(fā)明特別有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施例中，放電罩玻璃的熱膨脹系數(shù)α1和玻璃-金屬密封中玻璃的熱膨脹系數(shù)α2滿足如下的關(guān)系0≤(α1-α2)≤5×10-6K-1。并且，如果玻璃-金屬密封中玻璃的熱膨脹系數(shù)α2和引線管腳的熱膨脹系數(shù)α3滿足如下關(guān)系，1×10-7K-1≤(α3-α2)≤1.3×10-6K-1，則由于燈泄露造成的廢品率可以降低到ppm以下的比率。
下面的實(shí)施例中更好地描述了本發(fā)明。


圖1表示冷陰極熒光燈的橫截面示意圖。
實(shí)施例引線復(fù)合管腳5是通過(guò)AC電阻焊將直徑均為0.8mm的Mo-0.3重量％La2O3管腳7和鎳管腳8的對(duì)接面連接在一起而制成的。預(yù)氧化處理后，將外徑為1.9mm、內(nèi)徑為0.85mm的玻璃管推過(guò)復(fù)合管腳5，定位在鉬區(qū)之上，并使用玻璃管氣體燃燒器(bas burner)熔化在上面。所用的不同成分的玻璃管表示在下面的表中。上釉的復(fù)合管腳在其鉬末端被焊接到鉬圓柱電極4上，鉬圓柱電極4的外徑為1.7mm，高度為4mm，壁厚為0.1mm。這也是利用AC電阻焊完成。
隨后，使用典型的制造參數(shù)和氣體填充技術(shù)，按上述制造的零件在釉6處緊縮地連接到內(nèi)表面涂有磷2的放電罩3上。放電罩的玻璃具有與釉相同的成分。使用變量1上釉的引線管腳5也緊縮地連接到放電罩3上，其中放電罩3是由具有如變量2到4的成分的玻璃制成。所有如此制造的冷陰極熒光燈1都具有真空保持的、無(wú)裂紋的玻璃-金屬密封。
表用于上釉的管和放電罩的玻璃成分
權(quán)利要求
1.一種冷陰極熒光燈(1)，本質(zhì)上包括由硬質(zhì)玻璃制成的放電罩(3)，所述放電罩在其內(nèi)表面上涂有磷(2)，所述放電罩含有能發(fā)射紫外光的填充氣體成分；兩個(gè)或多個(gè)空心陰極(4)；兩個(gè)或多個(gè)引線管腳(5)以及兩個(gè)或多個(gè)玻璃-金屬密封(6)，所述玻璃-金屬密封(6)以密閉真空的密封形式將所述引線管腳(5)連接到所述放電罩(3)上，所述燈的特征在于，引線管腳(5)至少在玻璃-金屬密封(6)的長(zhǎng)度上是由鉬或鉬合金制成的，空心陰極(4)至少部分是由以下組中的材料制成的鉬、鉬合金、鈮、鈮合金，在玻璃-金屬密封(6)區(qū)域中的玻璃的熱膨脹系數(shù)為4.0-5.3×10-6K-1(20℃到300℃)，并具有如下的成分SiO255-75重量％，B2O313-25重量％，Al2O30-10重量％，堿金屬氧化物 5-12重量％，堿土金屬氧化物0-3重量％，ZrO20-5重量％，TiO20-10重量％，由此，其余氧化物的含量為0-5重量％。
2.如權(quán)利要求1所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于引線管腳(5)包括由鉬或鉬合金制成的第一區(qū)(7)以及含有至少50重量％Ni、Fe或Co的第二區(qū)(8)，其中所述第一區(qū)(7)和第二區(qū)(8)通過(guò)電阻焊或激光焊連接。
3.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于引線管腳(5)和空心陰極(4)是不使用填充材料而利用電阻焊或激光焊進(jìn)行連接。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于玻璃-金屬密封(6)中的玻璃具有以下成分SiO260-72重量％，B2O315-20重量％，Al2O31-5重量％，堿金屬氧化物 6-10重量％，ZrO20.05-5重量％，TiO20.5-10重量％，由此，其余氧化物的含量為0-1重量％。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于在玻璃-金屬密封(6)的區(qū)域中玻璃的成分與放電罩(3)的玻璃成分相同。
6.如權(quán)利要求1到4所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于制造放電罩(3)的玻璃的熱膨脹系數(shù)α1與玻璃-金屬密封(6)的區(qū)域中玻璃的熱膨脹系數(shù)α2滿足如下的要求0≤(α1-α2)≤5×10-6K-1
7.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于玻璃-金屬密封(6)中玻璃的熱膨脹系數(shù)α2與引線管腳(5)的熱膨脹系數(shù)α3滿足如下要求1×10-7K-1≤(α3-α2)≤1.3×10-6K-1
8.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于至少在玻璃-金屬密封(6)的長(zhǎng)度內(nèi)，引線管腳(5)局部或全部涂有如下金屬的一種或多種氧化物L(fēng)i，Mg，Ca，Sr，Ba，Sc，Y，鑭系元素，Ti，Zr，Hf，Al，Ga，Si和Pb。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的冷陰極熒光燈(1)，其特征在于至少在玻璃-金屬密封(6)中的管腳長(zhǎng)度內(nèi)，引線管腳(5)是由Mo-La2O3制成。
全文摘要
一種冷陰極熒光燈(1)，其具有由鉬或鉬合金制成的引線管腳(5)，所述引線管腳(5)與具有以下成分的玻璃形成玻璃－金屬密封(6)55－75重量％的SiO
文檔編號(hào)H01J61/06GK1574189SQ20041004262
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者H·瓦爾澤, Dr·W·克納布爾, Dr·G·萊希特弗萊德, Dr·J·H·弗雷勒, Dr·F·奧特, R·迪澤爾, Dr·B·許爾貝 申請(qǐng)人:菩蘭茜股份公司, 肖特玻璃廠