CN1921065A - 具有金刚石膜的用于放电灯的冷阴极 - Google Patents

Abstract

一种用于放电灯的冷阴极包括：具有弯曲部分的金属板；形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的面上的金刚石膜；以及安装在所述金属板上的金属构件。

Description

具有金刚石膜的用于放电灯的冷阴极

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2005年8月24日提交的在先的日本专利申请2005-243253的优先权，在此引入其整个内容作为参考。

技术领域

本发明涉及在照明设备、液晶显示器的背光、通用照明设备的光源等中使用的用于放电灯的冷阴极、冷阴极放电灯，以及用于放电灯的冷阴极的制造方法。

背景技术

放电灯在工业领域和日常生活中很重要，并且占据了用于照明设备的光源的约一半。特别地，近年来，作为用于液晶显示器的背光源和用于通用照明设备的光源的冷阴极放电灯的产量迅速增加。

冷阴极放电灯的一个实例是冷阴极荧光灯。在冷阴极荧光灯中，一对相互面对的冷阴极设置在玻璃管中，在该玻璃管中含有惰性气体和微量的汞(Hg)。当对该冷阴极对施加高电压时，两电极之间开始放电。维持放电以激励汞，并产生紫外射线，从而荧光材料发光。还已知阻挡型冷阴极放电灯。阻挡型冷阴极放电灯在形成放电空间的管外部具有电极，该电极不与放电表面接触。

与常规热阴极荧光灯相比，冷阴极放电灯特有地具有非常长的使用寿命，同时较少引起在热灯丝中的断裂，并消耗较少的用于电子发射的发射源材料。因此，冷阴极放电灯在其中很难更换光源的工业照明设备中得到广泛使用。特别地，对作为用于液晶显示器的背光源的冷阴极放电灯的需求正在增长。

为了提高冷阴极放电灯的性能，本发明人开发了使用金刚石作为阴极电子发射材料的冷阴极放电灯(见日本专利申请公开No.2002-298777和2003-132850)。由于金刚石具有高的二次发射效率和高的耐溅射性，因此可以提供具有高发射效率和长使用寿命的冷阴极放电灯。

在这种冷阴极放电灯的冷阴极侧，利用在柱体形状、杯状形状等的金属材料上具有金刚石涂层的冷阴极，以获得高放电电流。(例如，见美国专利No.5880559)

然而，利用体金刚石生产的用于放电灯的冷阴极成本非常高。因此，通常通过CVD(化学气相淀积)方法在具有各种形状的金属材料的表面上形成金刚石膜，如在美国专利No.5880559中所公开的。通过CVD方法，可以在平面金属材料上均匀地形成金刚石膜。

当通过CVD方法形成金刚石膜时，可以在多个平面基体构件上形成具有均匀厚度的金刚石膜。然而，很难在具有例如柱体形状或杯状形状的非平面基体构件上形成均匀的膜。例如，在美国专利No.5880559中，杯状构件的内部和管状构件的内部被金刚石涂覆。然而，很难通过CVD方法在非平面基体构件上形成具有均匀的面内厚度的金刚石膜。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于放电灯的冷阴极包括：具有弯曲部分的金属板；形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的面上的金刚石膜；以及安装在所述金属板上的金属构件。

根据本发明的另一个方面，一种冷阴极放电灯包括：冷阴极，包括具有弯曲部分的金属板、形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的面上的金刚石膜、以及安装在所述金属板上的金属构件；玻璃管，其中具有所述冷阴极，并且具有涂覆于其内壁的荧光材料；以及惰性气体，包含在所述玻璃管中。

根据本发明的又一个方面，一种制造用于放电灯的冷阴极的方法包括以下步骤：在金属板的预定区域上形成金刚石膜，所述金属板通过弯曲变成具有开口的三维结构；通过弯曲其上形成有所述金刚石膜的所述金属板，形成具有开口的所述三维结构；在所述开口中安装金属杆；以及将所述金属杆固定到所述金属板。

根据本发明的再一个方面，一种制造用于放电灯的冷阴极的方法包括以下步骤：在通过弯曲变成具有开口的三维结构的金属板的部分上形成抗蚀剂图形，所述部分包括在所述金属板被弯曲变成所述三维结构处的部分以及在用于将金属杆固定到所述金属板的接合构件处的部分；将金刚石颗粒附着到其上形成有所述抗蚀剂图形的所述金属板；从其上附着有所述金刚石颗粒的所述金属板去除所述抗蚀剂图形；在所述金刚石颗粒被附着于其的区域上形成金刚石膜；通过弯曲其上形成有所述金刚石膜的所述金属板，形成所述三维结构；在由所述金属板形成的三维结构的所述开口中安装所述金属杆；以及安装用于将所述金属杆固定到所述金属板的所述接合构件。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的冷阴极的截面图；

图2是根据第一实施例的冷阴极的外部视图；

图3示出了在利用本实施例的冷阴极的冷阴极放电灯中发生的现象；

图4A至4D示出了用于第一实施例的冷阴极且在其上形成有金刚石薄膜的箱状薄膜金属板的制造工序；

图5是示出了制造第一实施例的冷阴极的操作工序的流程图；

图6A至6D示出了用于第一实施例的修改的冷阴极且在其上形成有金刚石薄膜的八角柱状薄膜金属板的制造工序；

图7是根据本发明的第二实施例的冷阴极的截面图；

图8是根据第二实施例的冷阴极的外部视图；

图9A至9F示出了用于第二实施例的冷阴极且在其上形成有金刚石薄膜的矩形管状薄膜金属板的制造工序；以及

图10是示出了制造第二实施例的冷阴极的操作工序的流程图。

具体实施方式

图1是根据第一实施例的冷阴极100的截面图。如图1所示，冷阴极100包括：金属杆103，具有用于从外部施加电压的伸长引线105；具有开口面的箱状金属基体(在下文中也称为“金属板”)101；金刚石薄膜102，形成在金属基体101的平面上；以及接合构件104，用于将金属基体101固定到金属杆103。

用于金属杆103的金属可以是任何种类的金属，只要其具有导电性。例如，在本实施例中使用镍。在本实施例中，金属杆103为矩形平行六面体。然而，并不特别限制金属杆103的形状，其可以是棒状、板状或是环状结构。然而，金属杆103应优选具有这样的形状，以容易地对与金属杆103接触的金属基体101导电。

用于金属基体101的金属优选具有1000℃或更高的熔点。由于将通过CVD方法在金属基体101的表面上形成金刚石膜，金属基体101应优选由具有高熔点的金属制成，以耐受为形成金刚石膜而进行的高温处理(例如，在800℃下)。金属基体101应当由例如钼或钨制成。在本实施例中，金属基体101由钨制成。因此，当在金属基体101上形成金刚石薄膜102时，可以防止用于金属基体101的金属被熔化，从而金属基体101可以用金刚石薄膜102涂覆。

在预定的弯曲部分处弯曲金属基体101，以形成箱状结构。箱状结构中的一个面开口，并且通过该开口插入金属杆103。稍后将说明弯曲部分的位置。

除了形成箱状形状的弯曲部分外，在金属基体101的外表面上形成金刚石薄膜102。在本实施例中，金刚石薄膜102还具有p型电导率，且掺杂有硼(B)。然而，本发明的金刚石薄膜102不限于该结构。金刚石薄膜102的表面为氢封端的(hydrogen-terminated)，且具有负的电子亲和势。因此，当金刚石薄膜102表面附近的电子被激发至导带时，容易进行放电。从而，可大幅提高二次发射效率。在这种情况下，在开始施加电压之后，放电电流立即迅速增大，从而大幅提高放电效率。

并且，由于金刚石薄膜102具有高的耐溅射性，因此引起很少的磨损损伤，从而可实现长的使用寿命。当使用金刚石薄膜102时，该膜可以是单晶型或多晶型。在本实施例中，使用多晶膜。稍后将说明在金属基体101上形成金刚石薄膜102的方法。

接合构件104用于在金属基体101中接合并固定金属杆103。

图2是根据本实施例的冷阴极100的外部视图。如图2所示，金属基体101为具有将一个开口面作为开口部分的箱状形状。在该箱状形状中，将与通过其插入金属杆103的开口部分相对的面设定为端面，而与该端面相邻的面设定为侧面。在这种情况下，在端面与侧面之间的拐角部分106，即弯曲部分上没有形成金刚石薄膜102。因此，即使在金属杆103或金属基体101中发生热膨胀，也可以防止对金刚石薄膜102的损伤。虽然侧面之间的拐角部分107被金刚石薄膜102涂覆，但在拐角部分107上的金刚石薄膜102不是整体形成的，因此，即使在金属基体101中发生热膨胀，金刚石薄膜102也不受到损伤。稍后将结合对箱状形状的金属基体101的制造工序的说明，更详细地说明拐角部分107的结构。

当具有伸长引线的常规金属材料被金刚石薄膜整体涂覆时，一旦开始放电，由热膨胀导致的体积变化即趋向于被限制，因此，在金刚石薄膜上被施加负荷。结果，该负荷引起损伤，例如金刚石薄膜中的裂缝。

为解决这个问题，在本实施例中，金属基体101的拐角部分106没有被金刚石薄膜102涂覆，如图2所示。因此，即使在金属杆103或金属基体101中发生热膨胀，由热膨胀导致的金刚石薄层102的体积变化也不被限制。因此，由热膨胀导致的负荷没有被施加于金刚石薄膜102上，从而可以防止对金刚石薄膜102的损伤。

接下来，将说明使用冷阴极100的冷阴极放电灯。图3示出了在使用冷阴极100的冷阴极放电灯200中发生的现象。在图3中，在玻璃管201中包含微量的汞202和氩(Ar)203，并且沿着玻璃管201的内壁形成由荧光材料构成的荧光膜204，该荧光材料由紫外射线产生可见光。在玻璃管201的两端处设置冷阴极100。在本实施例中，玻璃管201中包含的气体不局限于氩(Ar)气体203，可以是任何惰性气体。

这里，“惰性气体”为非常稳定且不易与其它元素化合的气体。这类惰性气体的实例包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)。

当通过伸长引线105从外部对该冷阴极放电灯200中的冷阴极100施加高电压时，冷阴极100开始放电。一旦放电开始，电离的被包含气体与形成冷阴极100的放电面的金刚石薄膜102碰撞，从而引起二次电子发射。结果，从每个金刚石薄膜102发射电子205。然后这些电子205被加速，从而与被包含的气体的原子碰撞，并使这些原子电离。这里，建立碰撞和电离的循环。因此，维持放电所需的电压变得低于放电起始时所需的电压。当与电子205或者与电离的或受激励的被包含的惰性气体碰撞时，被包含的汞202受激励，从而产生紫外射线206。紫外射线206与荧光膜204碰撞，结果荧光膜204的荧光材料受激励并产生可见光207。

在包括具有金刚石薄膜的冷阴极100的冷阴极放电灯200中，由于金刚石的高二次发射效率，放电起始电压和放电维持电压变低，因此，可以降低光发射所需的电力。从而可以提高发光效率。

接下来，说明根据本发明的用于放电灯的冷阴极的制造方法。图4A至4D示出了在本实施例的冷阴极100中其上形成有金刚石薄膜102的箱状金属构件101的制造工序。如图4A所示，蚀刻金属板以制造这样的十字形状，以便成为具有开口的箱状结构。不特别设定金属板的厚度，但优选如此薄，以在后续阶段中可进行弯曲加工。

如图4B所示，在十字形状的金属基体101中，利用抗蚀剂旋涂这样的部分，并对其曝光和显影，所述部分在将金属基体101组装为矩形平行六面体后在将成为端面的十字形状的中央部分与将成为上、下、左、右侧面的侧面部分之间被弯曲。通过这种方式，形成抗蚀剂图形40l其上形成抗蚀剂图形401的部分将成为在形成箱状结构之后的弯曲部分。

同样地，利用抗蚀剂旋涂这样的部分，并对其曝光和显影，所述部分在将十字形状的板弯曲形成三维形状后将成为金属杆103将与其接合的接合部分。通过这种方式，形成抗蚀剂图形402。

抗蚀剂图形401和402同时形成。

如图4C所示，金刚石颗粒仅仅附着到其上未形成抗蚀剂图形401和402的部分金属基体101。然后通过CVD方法生长金刚石，从而形成金刚石薄膜102。稍后将详细说明这些工序。

如图4D所示，弯曲其上未形成金刚石薄膜102的部分，以形成具有开口403的箱状结构。该箱状结构的金属基体101用于制造冷阴极100。

如上所述，弯曲具有端面和相邻侧面的十字形状的板，以形成金属基体101。因此，一个侧面上的金刚石薄膜102与相邻侧面上的金刚石薄膜102不是整体形成的。相反地，在每个侧面上的金刚石薄膜102独立于其它侧面上的金刚石薄膜而形成。包括端面与侧面之间的拐角部分106以及侧面之间的拐角部分107的整个金属基体101并非整体被金刚石薄膜涂覆。因此，即使在金属基体101中发生热膨胀，拐角部分106和拐角部分107处的金刚石膜102不受损伤。

接下来，说明制造根据具有上述结构的本实施例的冷阴极100的操作。图5是示出了根据本实施例的操作中的工序的流程图。

首先，通过蚀刻制造希望形状的金属基体101，该金属基体101可通过使板状的金属材料弯曲而变成箱状结构(步骤S501)。对金属基体101的处理并不限于蚀刻，也可以利用常规切割工具进行。

接下来，利用抗蚀剂旋涂金属基体101，然后在预定部分处对其曝光和显影，由此形成抗蚀剂图形401和402(步骤S502)。以上已说明了其上形成有抗蚀剂图形401和402的该预定部分，因此，在此不再重复对其的解释。

将其上形成有抗蚀剂图形401和402的金属基体101浸入通过将金刚石颗粒分散于乙醇中而制得的悬浊液中，并通过超声清洗器清洗该金属基体101(步骤S503)。通过这样做，将金刚石颗粒附着到金属基体101的表面。在通过CVD形成金刚石膜之前的金刚石颗粒的附着称为“引晶”，其通常用于形成金刚石膜。因此，在此不再重复对“引晶”的解释。

然后去除抗蚀剂图形401和402(步骤S504)。结果，金属基体101使金刚石颗粒仅仅保留在其上未形成抗蚀剂图形的部分上。

利用金刚石颗粒作为籽晶，通过等离子体CVD生长金刚石，从而仅仅在金刚石颗粒附着到其上的部分金属基体101上形成金刚石薄膜102(步骤S505)。在本实施例中，利用含有熔化的B₂O₃的丙酮-甲醇的混合物，通过等离子体CVD形成金刚石薄膜102。通过对溶液的氢气起泡，将作为碳源的丙酮-乙醇混合物以及作为硼源的B₂O₃引入室中。通过这样做，形成厚度为例如约10μm、具有导电性的多晶金刚石薄膜102。该金刚石薄膜102掺杂有硼(B)。本实施例的形成金刚石薄膜的方法不限于等离子体CVD。

接下来，在未用金刚石薄膜102涂覆的部分处弯曲金属基体101，该部分是其上形成有抗蚀剂图形401的部分。这时，制造出具有开口的箱状结构(步骤S506)。进行该弯曲，以使其上形成有金刚石薄膜102的面成为箱状结构的外表面。金属基体101在弯曲前后的形状已经结合图4A至4D说明过，因此，在此不再重复对其的解释。

通过箱状金属基体101的开口403插入金属杆103之后，利用接合构件104将金属杆103固定到金属基体101(步骤S507)。其上安装有接合构件104的部分是其上未形成金刚石薄膜102的部分或者其上形成抗蚀剂图形402的部分。因此，在其上安装有接合构件104的部分处，金刚石薄膜未受损伤。

在膜形成之后，金刚石薄膜102的表面被氢化并具有负电子亲和势。因此，改善了电子发射特性，且提高了放电效率。从而制造出冷阴极100。

上述工序仅仅是制造本实施例的冷阴极100的工序的实例，本发明不限于此。

在上述工序中，在弯曲部分和通过接合构件104被固定的部分上形成抗蚀剂图形，以防止金刚石颗粒附着到这些部分，并阻碍在这些部分处形成金刚石薄膜102。因此，在弯曲处理和接合处理中金刚石薄膜102未受损伤，从而防止整个金刚石薄膜102在弯曲部分和接合部分处剥落。

虽然金刚石薄膜102的表面为氢封端的，它可以通过将金刚石薄膜102浸入硫酸过氧化氢溶液中而为酸性封端的(acid-terminated)。

在本实施例中，在被处理成预定二维形状的金属基体101上形成金刚石薄膜102，并弯曲金属基体101以形成三维结构。通过这种方式，可以很容易地进行一直很困难的在三维基体上具有均匀厚度的金刚石薄膜的形成。因此，可以容易地制造出其上形成有厚度均匀的金刚石膜的冷阴极。因为以平面状态在金属基体101上通过CVD形成金刚石膜之后弯曲金属基体101，所以可以制造出具有均匀厚度的金刚石膜的冷阴极。此外，因为金刚石膜的均匀厚度，预期可以从阴极获得高的放电效率和更长的使用寿命。

因此，在不利用复杂的薄膜形成方法的条件下，可以低成本大规模制造涂覆有金刚石的冷阴极。

在通过上述方法制造的冷阴极放电灯200中，冷阴极100涂覆有具有高二次发射效率的金刚石。因此，与利用包含金属例如镍的常规冷阴极的冷阴极放电灯相比，放电起始电压和维持电压都大大降低。因此，利用该冷阴极放电灯200，可以实现节能，并可以获得高的放电效率。并且，由于金刚石具有低的溅射率，使用冷阴极100的冷阴极放电灯200可以具有长的使用寿命。

此外，每个冷阴极100的拐角部分未被金刚石薄膜涂覆。即使冷阴极100的金属杆或金属基体膨胀，也不会损伤金刚石薄膜。因此，可以实现长的使用寿命。

如上所述，在本实施例中，以平面状态在金属基体101上形成金刚石薄膜102，然后将金属基体101弯曲形成三维结构。通过这种方式，消除了在非平面基体上形成金刚石膜的困难，并且利用金刚石的高二次发射效率和低溅射率，可以低成本制造具有高放电效率和长使用寿命的冷阴极放电灯。

冷阴极放电灯200可以用于例如等离子体显示器等设备中。

本实施例不限于上述结构，而是可以如下的各种方式作出修改。

在上述第一实施例中，其上形成有金刚石薄膜102的箱状金属基体101形成为具有开口403的矩形平行六面体。然而，金属基体101的箱状形状不限于矩形平行六面体。箱状形状可以是立方体形状、多面体形状、或柱体形状，只要其可被安装在具有伸长引线的金属杆103上并可被通电。

在第一实施例的第一修改中，解释了将一个端面上具有开口的八角柱状结构用作其上形成有金刚石薄膜的箱状金属基体。本修改的冷阴极的制造工序和结构与第一实施例中的相同，因此，在此不再重复对其的解释。

图6A至6D示出了根据本修改的其上形成有金刚石薄膜并用于冷阴极的八角柱状金属基体601的制造工序。如图6A所示，蚀刻金属板，以制造将成为具有开口的八角柱状结构的金属板。不特别设定金属板的厚度，但优选如此薄，以便在后续阶段中可进行弯曲加工。

如图6B所示，在金属基体601中，利用抗蚀剂旋涂这样的部分，并对其曝光和显影，所述部分在组装后将成为端面的中央部分与将成为侧面的在八个方向上延伸的侧面部分之间被弯曲。通过这种方式，形成抗蚀剂图形602。

同样地，利用抗蚀剂旋涂侧面部分的端部，并对其曝光和显影。通过这种方式，形成抗蚀剂图形603。

抗蚀剂图形602和603同时形成。

如图6C所示，金刚石颗粒仅仅附着到其上未形成抗蚀剂图形602和603的部分金属基体601。然后利用该金刚石颗粒作为籽晶，通过CVD方法生长金刚石，以形成金刚石薄膜604。形成金刚石薄膜604的详细工序与第一实施例中的相同，因此，在此不再重复对其的解释。

如图6D所示，弯曲其上未形成金刚石薄膜604的部分，以形成具有开口605的八角柱状结构。该八角柱状结构的金属基体601用于制造冷阴极。

然后将八角柱状的金属杆安装在如上所述制造的八角柱状金属基体601上。通过接合构件将金属杆接合到金属基体601，以形成冷阴极。因为冷阴极放电灯是矩形管形状，更接近圆柱体形状的金属基体可以在相同内径的情况下具有更大面积的金刚石薄膜。用八角柱形状代替矩形平行六面体形状，本修改的冷阴极更接近圆柱体形状。因此，采用本修改中的八角柱形状，涂覆冷阴极的金刚石薄膜的面积更大。从而放电面积变大，并可以获得更大的放电电流。

并且，与第一实施例一样，在阴极中使用具有高二次发射效率的金刚石薄膜。因此，可大幅降低放电电压。

虽然在根据第一实施例的冷阴极100中，仅仅金属基体101的外表面涂覆有金刚石薄膜102，本发明的第二实施例提供这样的冷阴极，其金属基体的两个表面都涂覆有金刚石薄膜。

图7为根据第二实施例的冷阴极700的截面图。如图7所示，冷阴极700包括：金属杆103，具有用于从外部施加电压的伸长引线105；矩形金属基体701，在两个相对的面上具有开口；金刚石薄膜702，形成在金属基体701的外表面和内表面上；以及接合构件104，用于将金属基体701接合到金属杆103。在以下说明中，与第一实施例中相同的部件用与第一实施例中使用的标号相同的标号表示。

用于金属基体701的金属与第一实施例中的相同。在金属基体701上形成金刚石薄膜702。形成金刚石薄膜702的工序将稍后说明。

图8是根据本实施例的冷阴极700的外部视图。通过其从而将金属杆103插入的面以及与其相对的面开口，且矩形的金属基体701的内表面涂覆有金刚石薄膜702。该结构实际上用作杯状结构。因此，本实施例的冷阴极700体现了具有开口的杯状冷阴极。通过弯曲未被金刚石薄膜702涂覆的弯曲部分，形成图8所示的金属基体701。

冷阴极700将电子圈闭(trap)在杯状结构中，从而利用电子来提高气体电离效率。这就是所谓的空心(hollow)效应。利用空心效应，可进一步降低放电电压，从而获得更大的放电电流。因此，与仅仅增大金刚石薄膜的面积的效果相比，可以获得有关放电电压的更强效果。在这种结构中，从阴极发射的电子在相对面上被阴极返回，因此可以提高电离效率，并获得更低的放电电压。

与第一实施例中的拐角部分一样，在侧面之间的拐角部分703不是整体地被金刚石薄膜702涂覆。因此，即使在金属基体701中发生热膨胀，金刚石薄膜702也不受损伤。

图9A至9F示出了用于本实施例的冷阴极700且其上形成有金刚石薄膜702的矩形金属基体701的制造工序。

如图9A所示，蚀刻金属板，以制造具有四个侧面以及连接这四个侧面的部分的金属板701，其中相对的端面开口。不特别设定金属板的厚度，但应优选如此薄，以在后续阶段中可进行弯曲加工。当形成矩形时，弯曲使侧面互相连接的部分，或者说这些部分用作弯曲部分。

如图9B所示，在金属板701中，利用抗蚀剂旋涂将侧面互相连接的部分，并对其曝光和显影。通过这种方式，形成抗蚀剂图形901。

同样地，利用抗蚀剂旋涂在形成三维结构后接合构件将安装于其的部分，并对其曝光和显影。通过这种方式，形成抗蚀剂图形902。

抗蚀剂图形901和902同时形成。

如图9C所示，金刚石颗粒仅仅附着到其上未形成抗蚀剂图形901和902的部分金属基体701上。利用该金刚石颗粒作为籽晶，生长金刚石，以形成金刚石薄膜702。形成金刚石薄膜702的工序与第一实施例中的相同，因此，在此不再重复对其的解释。通过该步骤，在金属基体701的一个表面上形成金刚石薄膜702。

如图9D所示，接下来翻转金属基体701，并利用抗蚀剂旋涂与图9D所示的相同的部分，并对其曝光和显影。通过这种方式，形成抗蚀剂图形901和902。

如图9E所示，金刚石颗粒仅仅附着到其上未形成抗蚀剂图形901和902的部分金属基体701。利用该金刚石颗粒作为籽晶，通过CVD生长金刚石，以形成金刚石薄膜702。通过该步骤，在金属基体701的另一个表面上形成金刚石薄膜702。

如图9F所示，在连接侧面且其上未形成金刚石薄膜702的部分处弯曲金属基体701，以形成在两个端面具有开口903和904的矩形。虽然在图9F中看不到，开口904形成在与具有开口903的面相对的面上。使用该矩形金属基体701，制造出冷阴极700。将侧面互相连接的部分在图9F中没有示出。为了便于解释，连接侧面的这些部分在图8中也没有示出。在如上所述制造的冷阴极700中，在侧面之间的拐角部分703不是整体地被金刚石薄膜702涂覆。从而可以保护金属基体701不受由热膨胀引起的损伤。

通过以这种方式形成金属基体701，消除了在杯状金属基体的内表面上形成金刚石薄膜的困难，从而可以获得与使用涂覆有金刚石薄膜的杯状金属基体的冷阴极中的相同的放电电压。并且，可以容易地制造冷阴极700。

接下来，说明具有上述结构的根据本实施例的冷阴极700的制造操作。图10是示出了根据本实施例的操作工序的流程图。

首先，通过蚀刻制造这样的具有希望形状的金属基体701，其可以通过在预定部分处弯曲金属材料而变成矩形管形状(步骤S1001)。在本说明中，将首先被处理的表面设定为外表面，稍后将被处理的表面设定为金属基体701的内表面。然而，这样定义表面的目的是为了便于解释，外表面与内表面之间没有差别。将被弯曲的部分已在图9A至9F中示出，因此，在此不再重复对其的解释。

接下来，利用抗蚀剂旋涂金属基体701的外表面，然后在预定部分处对其曝光和显影，由此形成抗蚀剂图形901和902(步骤S1002)。其上形成抗蚀剂图形901和902的预定部分已在上文中说明过，因此，在此不再重复对其的解释。

将其上形成有抗蚀剂图形901和902的金属基体701的表面浸入通过将金刚石颗粒分散于乙醇中而制得的悬浊液中，并用超声清洗器清洗该金属基体701的表面(步骤S1003)。

然后去除抗蚀剂图形901和902(步骤S1004)。

利用该金刚石颗粒作为籽晶，通过等离子体CVD生长金刚石，结果仅仅在金刚石颗粒附着到其上的部分金属基体701上形成金刚石薄膜702(步骤S1005)。金刚石薄膜702的形成与第一实施例中的相同，因此，在此不再重复对金刚石膜形成的解释。

接下来，翻转金属基体701(步骤S1006)。在内表面上重复在金属基体701的外表面上进行的步骤S1002至S1005的工序(步骤S1007至S1010)。

在金属基体701的两个表面上都形成金刚石薄膜702之后，在未用金刚石薄膜702涂覆的部分处弯曲金属基体701，这些部分是其上形成抗蚀剂图形901的部分。这时，制造出在两端具有开口的矩形管形状(步骤S1011)。金属基体701在弯曲前后的形状已经结合图9A至9D说明过，因此，在此不再重复对其的解释。

通过矩形金属基体701的一个开口插入金属杆103之后，利用接合构件104将金属杆103接合到金属基体701(步骤S1012)。其上安装有用于接合金属基体701与金属杆103的接合构件104的部分是其上未形成金刚石薄膜102的部分或者其上形成抗蚀剂图形902的部分。因此，在接合时金刚石薄膜不受损伤。

在膜形成之后，金刚石薄膜702的表面被氢化并具有负电子亲和势。因此，改善了电子发射特性，且提高了放电效率。从而制造出冷阴极700。当然，在金属基体701的两个表面上形成的金刚石薄膜702上都进行氢等离子体处理。

通过上述工序，可以制造出冷阴极700。然而，上述工序仅仅是制造本实施例的冷阴极700的工序的实例，本发明并不限于此。

在上述工序中，在弯曲部分和将通过接合构件104被固定的部分上形成抗蚀剂图形，以防止金刚石颗粒附着到这些部分，从而阻碍在这些部分形成金刚石薄膜702。因此，在弯曲处理和接合处理中金刚石薄膜702未受损伤，且防止整个金刚石薄膜702在弯曲部分和接合部分处剥落。

如上所述，在侧面相互连接的部分处弯曲金属基体701。因此，一个侧面上的金刚石薄膜702与相邻侧面上的金刚石薄膜702不是整体形成。相反，每个侧面上的金刚石薄膜702独立于其它侧面上的金刚石薄膜702而形成。包括拐角部分703的整个金属基体701不是整体地被金刚石薄膜涂覆。因此，即使发生了热膨胀，金刚石薄膜702并不限制体积的变化。从而在金刚石薄膜702上不会施加负荷，金刚石膜702不会受损伤。

与第一实施例中一样，在本实施例中将具有高二次发射效率的金刚石薄膜用于每个阴极，从而大幅降低放电电压。杯状形状的冷阴极700将电子圈闭在杯状结构中，以利用电子提高气体电离效率。这就是所谓的空心效应。利用空心效应，进一步降低放电电压，从而获得更大的放电电流。

通过根据本实施例的制造冷阴极的方法，金属基体形成为具有四个侧面的矩形管形状。然而，金属基体的形状不限于此，且金属基体可以具有各种形状。如第一实施例的修改中所示，可以制造更接近杯状结构的八角柱状冷阴极，以获得更高的放电效率。

如上所述，根据本发明的用于放电灯的冷阴极、冷阴极放电灯以及用于放电灯的冷阴极的制造方法适用于这样的设备，当使用冷阴极放电灯时，该设备预期具有长使用寿命并消耗较少电能，例如用于液晶显示器的背光源。

本领域的技术人员很容易想到其它优点和修改。因此，本发明在其更宽的方面不限于在此示出和说明的具体细节和示例性实施例。因此，只要不偏离由所附的权利要求书及其等同替换所限定的总发明构思的精神或范围，可以进行各种修改。

Claims (19)

1.一种用于放电灯的冷阴极，包括：

具有弯曲部分的金属板；

形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的面上的金刚石膜；以及

安装在所述金属板上的金属构件。

2.根据权利要求1的冷阴极，其中所述金刚石膜形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的两面上。

3.根据权利要求1的冷阴极，其中所述金属板为具有1000℃或更高的熔点的金属材料。

4.根据权利要求1的冷阴极，其中所述金刚石膜为氢封端的。

5.根据权利要求1的冷阴极，其中所述金属板被设计为具有开口的箱状形状。

6.根据权利要求2的冷阴极，其中

所述金属板被设计为具有两个相对的开口的柱体形状，以及

所述金属构件安装在所述两个开口中的一个中。

7.一种冷阴极放电灯，包括：

冷阴极，包括具有弯曲部分的金属板、形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的面上的金刚石膜、以及安装在所述金属板上的金属构件；

玻璃管，其中具有所述冷阴极，并具有涂覆于其内壁的荧光材料；以及

惰性气体，包含在所述玻璃管中。

8.根据权利要求7的冷阴极放电灯，其中所述冷阴极的所述金刚石膜形成在除了所述弯曲部分以外的所述金属板的两面上。

9.根据权利要求7的冷阴极放电灯，其中所述冷阴极的所述金属板为具有1000℃或更高的熔点的金属材料。

10.根据权利要求7的冷阴极放电灯，其中所述冷阴极的所述金刚石膜为氢封端的。

11.根据权利要求7的冷阴极放电灯，其中所述冷阴极的所述金属板被设计为具有开口的箱状形状。

12.根据权利要求8的冷阴极放电灯，其中

所述冷阴极的所述金属板被设计为具有两个相对的开口的柱体形状，以及

所述冷阴极的所述金属构件安装在所述两个开口中的一个中。

13.一种制造用于放电灯的冷阴极的方法，包括以下步骤：

在金属板的预定区域上形成金刚石膜，所述金属板通过弯曲变成具有开口的三维结构；

通过弯曲其上形成有所述金刚石膜的所述金属板，形成具有开口的所述三维结构；

在所述开口中安装金属杆；以及

将所述金属杆固定到所述金属板。

14.根据权利要求13的方法，其中所述形成的三维结构具有箱状形状。

15.一种制造用于放电灯的冷阴极的方法，包括以下步骤：

在通过弯曲变成具有开口的三维结构的金属板的部分上形成抗蚀剂图形，所述部分包括在所述金属板被弯曲变成所述三维结构处的部分以及在用于将金属杆固定到所述金属板的接合构件处的部分；

将金刚石颗粒附着到其上形成有所述抗蚀剂图形的所述金属板；

从其上附着有所述金刚石颗粒的所述金属板去除所述抗蚀剂图形；

在所述金刚石颗粒被附着于其的区域上形成金刚石膜；

通过弯曲其上形成有所述金刚石膜的所述金属板，形成所述三维结构；

在由所述金属板形成的三维结构的所述开口中安装所述金属杆；以及

安装用于将所述金属杆固定到所述金属板的所述接合构件。

16.根据权利要求15的方法，其中所述形成的三维结构具有箱状形状。

17.根据权利要求15的方法，其中以下步骤在所述金属板的两个表面上都进行：形成所述抗蚀剂图形，将所述金刚石颗粒附着到其上形成有所述抗蚀剂图形的所述金属板，从其上附着有所述金刚石颗粒的所述金属板去除所述抗蚀剂图形，以及形成所述金刚石膜。

18.根据权利要求16的方法，其中所述形成的三维结构具有柱体形状。

19.根据权利要求15的方法，其中所述附着所述金刚石颗粒的步骤包括：通过等离子体CVD将所述金刚石颗粒附着到其上形成有所述抗蚀剂图形的所述金属板上。

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