AT8028U1

AT8028U1 - Kaltkathoden-fluoreszenzlampe

Info

Publication number: AT8028U1
Application number: AT0091504U
Authority: AT
Inventors: Andre Dronhofer
Original assignee: Plansee Ag
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2005-12-15
Also published as: WO2006063371A2; WO2006063371A3; KR20070093969A; CN101080803A; EP1825497A2; JP2008523568A

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, die im wesentlichen ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff beschichtetes Entladungsgefäß, das eine UV-Licht emittierende Füllgaskomponente enthält, zwei oder mehrere Hohlkat¬hoden (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, einem Hohlzylinder oder einem Hohlzylindersegment, bevorzugt aus Fe, Ni, Co oder deren Legierungen verbunden ist, und der Ring (6), das Ringsegment, der Hohlzylinder oder das Hohlzylindersegment wiederum mit der Hohlkathode (4) verbunden ist.

Description

2 AT 008 028 U1

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 5 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 io 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 emissionsfördernden Substanzen, die beispielsweise Ba, Sr, Seltenerd-Metalle oder Yttrium enthalten und auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht werden, kann die Elektro-15 nenaustrittsarbeit 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 20 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. 25 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 30 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 35 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. 40

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. 45

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 so 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 vor-55 teilhaftenweise von 0,5x bis 4x Durchmesser des Hohlzylinders. Die Verwendung eines Ring- 3 AT 008 028 U1 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 Strahlführung 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 Werkstoffauswahl 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 / Stromzufüh-rungsstift 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

Claims

4 AT 008 028 U1 Figur 5 Erfindungsgemäße Verbindung Stromdurchführungsstift / Hohlkathode im Querschnitt Figur 6 Erfindungsgemäßer Hohlzylinder im Querschnitt Figur 7 Erfindungsgemäße Hohlzylindersegment im Querschnitt 5 Figur 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe -1-, nämlich ein auf der Innenseite mit Leuchtstoff -2- beschichtetes Entladungsgefäß -3-, die Hohlkathode -4-, den Stromdurchführungsstift -5- und den Stromzuführungsstift -10-. Herstellung einer Komponente gemäß Figur 2 bis Figur 4 (nicht maßstabsgetreu): Ein io 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.% La203 Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 mm wurde durch stirnseitiges Laserschweißen durchgeführt. Anschließend wurde das Ringsegment 15 -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 -4- gerichtet war. 20 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 25 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.% La203 mit einem Durchmesser von 0,8 mm wurde durch stirnseitiges Laserschweißen durchgeführt. Anschließend wurde das Hohlzylindersegments -9-mit einem Mo-Hohlkathode -4- mit einem Außendurchmesser von 1,7 mm wiederum mittels 30 Laser verschweißt, wobei mit im Wesentlichen radial gerichteten Laserstrahl gearbeitet wurde. In analoger Weise wurde eine Komponente unter Verwendung eines Hohlzylinders (8) gefertigt. 35 Ansprüche: 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 40 Mo, W, Nb, Ta und deren Legierungen, zwei oder mehrere Stromdurchführungsstifte (5) aus einem Werkstoff der Gruppe Mo, W und deren Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Ring (6), einem Ringsegment (7), einem Hohlzylinder (8) oder einem Hohlzylindersegment (9) verbunden ist, wobei der Ring (6), 45 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 so Hohlzylindersegmentes (9) geringfügig größer als der Durchmesser des Stromdurchfüh rungsstiftes (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 5 AT 008 028 U1 gekennzeichnet, dass der Stromdurchführungsstift (5) mit einem Stromzuführungsstift (10) verbunden ist.
4. Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5 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 io 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. 15 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 50 55