本发明涉及作为液晶显示装置中底光的小尺寸荧光放电灯，和/或 在传真机或扫描仪中用于阅读的光源。

近来，由于低功耗、小尺寸和轻重量，液晶显示装置(LCD)发 展得很快。因此小尺寸荧光放电灯发展成为液晶显示的光源。类似地， 由于它与白炽灯比较功耗低和寿命长，所以适用于白炽灯插座的荧光 灯发展起来。

荧光灯分为使用热电子发射的电弧放电的热阴极荧光放电灯和使 用二次电子发射的辉光放电的冷阴极荧光放电灯。热阴极荧光放电灯 具有比冷阴极荧光放电灯低的阴极压降和高的输入功率光效率。此 外，由于热电子发射，与冷阴极放电灯对比而言，前者具有较高亮度。 因此，热电子放电灯适于用作提供大量光通量的光源，例如大型屏幕 液晶显示装置中用作底光的光源，状如白炽灯的荧光灯，在传真机和 扫描仪中供阅读用的光源。在现有技术热阴极灯中，已知的有一种荧 光灯，其阴极是钨(W)丝圈涂上一部分过渡金属和包括钡在内的碱 土金属(公开的日本专利59-75553)，及其阴极具有用包括铝化钡 在内的电子发射材料浸渍的多孔钨(公开的日本专利63-24539)。

由于液晶显示装置小而薄，所以灯本身必须薄。但是，在热阴极灯 中预热是重要的，因此难于实现像冷阴极灯那样的薄结构。但公开的 日本专利4-73858中所示的没有预热的薄结构的缺点是寿命短。

此外，由于放电运行中产生的汞离子和/或氩离子与阴极和溅射电 子发射材料碰撞而出现的离子溅射，阴极受到损伤。因此在放电运行 中电子发射材料消耗掉，不可能在长时间内获得稳定电弧。此外，溅 射电子发射材料沾附在管子的内表面，使管子变黑，从而使光通量很 快地减少。

本发明人曾提出过一种荧光灯，它具有日本专利公开6-103627 中的陶瓷阴极，一个薄管和高亮度热阴极荧光灯，该灯通过防止在公 开的日本专利2-186550中的陶瓷阴极材料的溅射和蒸发而具有延长 的寿命，该灯的陶瓷阴极中如公开的日本专利4-43546和6-267404 中那样在起始时间内容易从辉光放电过渡到电弧放电。

这些热阴极电灯的优点是容易从辉光放电过渡到电弧放电，寿命 长，但它仍不能满足5-6千小时寿命的要求。

在这些现有技术的具有陶瓷阴极、内径为2.0mm、充以5乇压力 氩气的荧光灯中，当灯电流为15mA时平均寿命短至约1,000小时。

本发明的一个目的是提供一种荧光放电灯，其具有陶瓷阴极，自起 始时间至寿命终结的长时间内具有优质放电起动特性，薄管结构，高 亮度和长寿命。

为达到以上目的，本发明提供一种荧光放电灯，其具有稀有气体 氩、氖、氪或氙或它们的混合物在封装压力10-170乇下的陶瓷阴极。

所述陶瓷阴极最好包含第一成分、第二成分和第三成分；其中第一 成分包括钡、锶和钙中至少一种，分别为氧化钡、氧化锶和氧化钙的 形式和x克分子比的量；第二成分包括锆和钛中至少一种，分别为二 氧化锆和二氧化钛的形式和y克分子比的量；及第三成分包括钽和铌 中至少一种，分别为(1/2)(Ta2O5)和(1/2)(Nb2O5)的形式和z克分子 的量；其中0.8≤x/(y+z)≤2.0，0.05≤y≤0.6，及0.4≤z≤0.95，以及所述阴 极具有粒状颗粒的形式，颗粒表面具有钽或铌的碳化物和氮化物中至 少一种，其直径为20μm-300μm，安装于导电外壳内。

本荧光放电灯具有如下优点：即使在灯的内径小和运行温度高的情 况下，电子发射材料也不会飞溅或挥发；自起始时间至寿命终结时间 内具有优良放电起始特性；高亮度；及长寿命。

图1A显示使用本发明的放电灯的结构，

图1B显示其中目前的放电灯用作液晶显示装置中的底光的系统结 构，

图1C和1D显示本发明的放电灯两端的放大视图，

图1E显示具有多孔聚集形式的陶瓷阴极安装电子发射材料的结 构，

图2至14显示灯的封装压力和寿命和亮度间的关系的实验结果。

图15显示氩的封装压力和电弧放电寿命间的关系，

图16显示氩的封装压力和灯表面亮度间的关系，

图17显示灯电流和电弧放电寿命间的关系，

图18显示电子发射材料和一个陶瓷阴极的生产步骤，以及

图19显示陶瓷阴极中粒状颗粒的平均直径与灯的寿命t1间的关 系。

1.放电灯的一般说明

图1A至1E显示一种使用本发明的放电灯。

图1A显示一个放电灯30，它具有一个细长的灯泡4，其两端各 有一个陶瓷电极1。阴极1通过一条引线自外部电路接收交变电压(例 如30KHz)，然后灯泡中的稀有气体离子轰击陶瓷阴极(粒状颗粒) 以产生热量和发射热电子，从而在放电空间50中产生放电及使涂于灯 泡4内的荧光物质发光。发出的光107通过灯泡4的壁射出。

图1B显示图1A的放电灯用作液晶显示装置的底光时的结构。

灯30有一反光器104。灯30的光进入光导105，该光导105具 有一个将光反射向图中上方的反光器106。所反射的光由分布器108 加以均匀分布，从而产生输出光110。输出光110用于照明液晶显示 装置的后面。

图1B显示的情况是在光导的一端有一盏灯。另一可选方案是在光 导的两端都各有一盏灯。

图1C和1D显示放电灯两端中一端的放大视图，及图1E显示陶 瓷阴极1的放大视图，该阴极1具有一个有底的圆柱形阴极外壳2， 其中含有聚集多孔物质3。在这些图中，数字4是一个由细长的玻璃 管制成的灯泡。管的内表面用荧光物质涂上。一条导电引线9连至灯 泡4的端部。

引线9具有一个扩大的空间10，由伸向放电空间的导电管6所包 围。导电管6具有一个陶瓷阴极1，所述陶瓷阴极1的开口部分面向 放电空间。因此陶瓷阴极1通过导电管6固定至引线9上。此外，在 导电管6中有一个放置于所述扩大空间10和所述陶瓷阴极1之间的具 有汞释放器8的金属管7。

导电管6中的汞释放器8具有众多缝隙或开口11以使汞释放器8 中的汞蒸气通过所述开口11进入放电空间。

带底的圆柱形电极外壳2最好由与陶瓷阴极中电子发射材料相近 的材料制成，以便电子发射材料与电极外壳2紧密接触。

电极外壳2的尺寸例如是内径0.9mm，外径1.4mm和长度 2.0mm，或者内径1.5mm，外径2.3mm和长度2.0mm。

灯泡4充以氩气，气压约为70乇以供灯起弧。

2.放电气体和压力

表1至13显示当氩、氖、氪、氙或这些气体的混合物用于将灯起 动放电时在每一种气体压力下电弧放电寿命和灯表面亮度的实验结 果。

实验所用灯的外径为4mm、内径为3mm、长度为100mm，使用 其色品度为x＝0.3和y＝0.3的三种波长型荧光物质。该陶瓷阴极具有 的导电外壳的内径为1.5mm，外径为2.3mm，长度为2.0mm，内充 以电子发射材料。

实验中所用电子发射材料是将在下面描述的表14中的样品18。

实验中的电源为30KHz和80伏的交变电压，而灯电流为30mA。

表1至4和图2至5所显示的例子中所用气体为：

纯氩，

纯氖，

纯氪，

纯氙。

表5至10和图6至11所显示的例子中所用气体为：

氩(50％)和氖(50％)的混合物，

氩(50％)和氪(50％)的混合物，

氩(50％)和氙(50％)的混合物，

氖(50％)和氪(50％)的混合物，

氖(50％)和氙(50％)的混合物，

氪(50％)和氙(50％)的混合物。

表11至13和图12至14所显示的例子中所用气体为：

氩(90％)和氖(10％)的混合物，

氩(10％)和氖(90％)的混合物，

氩(40％)和氖(20％)和氪(20％)和氙(20％)的混合 物。

实验中的气压为5，10，20，30，50，70，90，110，130， 150，170和200乇。

表1至13中的信息分别示于图2至14中。在这些图中横轴显示气 压(乇)，及纵轴显示灯的寿命(小时)或亮度(cd/m2)。

                     表1 纯氩Ar样品号  气压(Torr)    寿命(小时)    亮度(cd/m2) *1          5          *1500         38000  2          10           4200          39000  3          20           6200          40000  4          30           7000          41500  5          50           7700          43000  6          70           8500          45000  7          90           8200          46000  8          110          8100          45500  9          130          7800          43500  10         150          7500          41800  11         170          7400          40900  12         200          6600         *36900

                    表2 纯氖Ne样品号    气压(Torr)  寿命(小时)    亮度(cd/m2) *13         5           *800        *35500  14         10           3500          38000  15         20           4200          38500  16         30           5200          39200  17         50           5700          39900  18         70           6500          41100  19         90           6600          42000  20         110          6400          39500  21         130          6200          38700  22         150          6000          38500  23         170          5700          38100  24         200          4200         *34500

               表3 纯氪Kr样品号  气压(Torr)  寿命(小时)    亮度(cd/m2) *25         5         *1000        38200  26         10          4000         39000  27         20          5500         40000  28         30          6200         41800  29         50          7000         44000  30         70          8100         45000  31         90          8000         43500  32         110         7700         42500   33         130         7500         42000  34         150         7300         41200  35         170         7000         40000 *36        200         5100        *36000

               表4 纯氙Xe样品号   气压(Torr)  寿命(小时)    亮度(cd/m2) *37         5         *1600        38500  38         10          3800         39300  39         20          5800         40800  40         30          6500         42600  41         50          7500         44500  42         70          7700         44500  43         90          7400         43000  44         110         7100         42500  45         130         7000         42000  46         150         6700         41200  47         170         6600         40500 *48        200         4900        *37100

                表5 氩Ar(50％)和氖Ne(50％) 样品号  气压(Torr)  寿命(小时)  亮度(cd/m2) *49       5         *1200      *36000  50       10          3900        39000  51       20          5700        39500  52       30          6500        40200  53       50          7500        41000  54       70          8300        42000  55       90          8000        41500  56       110         7800        40500  57       130         7600        40000  58       150         7400        38800  59       170         7200        38300 *60      200         6700       *36300

                 表6 氩Ar(50％)和氪Kr(50％) 样品号  气压(Torr) 寿命(小时)  亮度(cd/m2) *61       5        *1300       38500  62       10         4100        39300  63       20         5900        41200  64       30         6800        42100  65       50         7500        43500  66       70         7600        41800  67       90         7500        41200  68       110        7300        39800  69       130        7200        39500  70       150        7100        39300  71       170        6900        38700 *72      200        6000       *37400

                 表7 氩Ar(50％)和氙Xe(50％) 样品号  气压(Torr)  寿命(小时)  亮度(cd/m2) *73       5         *1800      38500  74       10          4300       39000  75       20          6500       40500  76       30          7200       41800  77       50          7800       43000  78       70          7400       42500  79       90          7500       42000  80       110         7200       41700  81       130         7200       41500  82       150         7100       40800  83       170         7000       40000 *84      200         6300      *37500

              表8 氖Ne(50％)和氪Kr(50％) 样品号  气压(Torr) 寿命(小时)  亮度(cd/m2) *85      5         *1300      *36900  86      10          3200        39500  87      20          4200        41000  88      30          4800        42000  89      50          5700        43200  90      70          6900        43300  91      90          7800        43000  92      110         7700        42200  93      130         7200        41100  94      150         6900        39800  95      170         6600        38800 *96     200         6200       *36900

                表9 氖Ne(50％)和氙Xe(50％) 样品号   气压(Torr)   寿命(小时)  亮度(cd/m2) *97         5         *1700       *37200  98         10          3700         39000  99         20          4800         41500  100        30          5450         42000  101        50          6200         42800  102        70          7600         42900  103        90          7500         42600  104        110         7200         42000  105        130         6900         41400  106        150         6800         40300  107        170         6400         38900 *108       200         5900        *36800

                  表10 氪Kr(50％)和氙Xe(50％) 样品号   气压(Torr) 寿命(小时)  亮度(cd/m2) *109        5         *1400       *37200  110        10          3600         38200  111        20          4900         40800  112        30          5700         42100  113        50          6900         43500  114        70          7800         43400  115        90          7700         42300  116        110         7500         41500  117        130         7100         40700  118        150         6600         39800  119        170         6200         39000 *120       200         5200        *37200

               表11 氩Ar(90％)和氖Ne(10％) 样品号  气压(Torr)   寿命(小时)    亮度(cd/m2) *121        5        *1300         *37500  122        10         4000           38600  123        20         5000           40700  124        30         6100           42200  125        50         7500           43500  126        70         8400           45000  127        90         8200           44500  128        110        8000           44000  129        130        7700           43500  130        150        7400           42000  131        170        7200           41000 *132       200        6000          *37500

                 表12 氩Ar(10％)和氖Ne(90％) 样品号   气压(Torr)  寿命(小时)  亮度(cd/m2) *133        5        *900        *35500  134        10         3200         38100  135        20         4200         38400  136        30         5250         39500  137        50         5850         40900  138        70         6700         42200  139        90         6900         42000  140        110        6500         41000  141        130        6400         40000  142        150        6200         38700  143        170        5900         38000 *144       200        4200        *36900

                    表13 氩Ar(40％)，氖Ne(20％)，氪Kr(20％)和氙Xe(20％) 样品号   气压(Torr)  寿命(小时)  亮度(cd/m2) *145        5        *1600       *38500  146        10         3900         39100  147        20         5200         40300  148        30         6500         41500  149        50         8000         43200  150        70         7900         43000  151        90         7500         42500  152        110        7500         42000  153        130        7300         41700  154        150        7000         41300  155        170        6900         40800 *156       200        6300        *37800

在这些表中，带有符号(*)的样品不在本发明范围之内，及带有 符号(*)的数据也不包括在本发明范围之内。

电弧放电寿命定义为灯不能保持电弧放电而转变为辉光放电之前 灯在上述条件下连续放电的时间，灯表面亮度以cd/m2表示，这是单位 强度。

本发明的数字限制为：电弧放电寿命长于2000小时及亮度高于 38000cd/m2。因此其电弧放电寿命小于2000小时或其亮度小于38000 cd/m2的样品不在本发明范围之内。

因此，当氩是100％(纯氩)时，由于其电弧放电寿命的原因，样 品1(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的原因，样品 12(气压为200乇)不在本发明范围内。

当氖是100％时，由于其电弧放电寿命和亮度的原因，样品13(气 压为5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的原因，样品24(气压 为200乇)不在本发明范围内。

当氪是100％时，由于其电弧放电寿命的原因，样品25(气压为 5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的原因，样品36(气压为200 乇)不在本发明范围内。

当氙是100％时，由于其电弧放电寿命的原因，样品37(气压为 5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的原因，样品48(200乇) 不在本发明范围内。

对氩(50％)和氖(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 和亮度的原因，样品49(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其 亮度的原因，样品60(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氩(50％)和氪(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 的原因，样品61(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的 原因，样品72(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氩(50％)和氙(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 的原因，样品73(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度的 原因，样品84(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氖(50％)和氪(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 和亮度的原因，样品85(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其 亮度的原因，样品96(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氖(50％)和氙(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 和亮度的原因，样品97(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其 亮度的原因，样品108(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氪(50％)和氙(50％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 和亮度的原因，样品109(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于 其亮度的原因，样品120(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氩(90％)和氖(10％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 和亮度的原因，样品121(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于 其亮度的原因，样品132(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氩(10％)和氖(90％)的混合物而言，由于其电弧放电寿命 的原因，样品133(气压为5乇)不在本发明范围内，及由于其亮度 的原因，样品144(气压为200乇)不在本发明范围内。

对氩(40％)，氖(20％)，氪(20％)和氙(20％)的混 合物而言，由于其电弧放电寿命的原因，样品145不在本发明范围内， 及由于其亮度的原因，样品156(气压为200乇)不在本发明范围内。

气压范围为10乇至170乇的其它样品都在本发明范围内。

本发明的效果描述于图15至图17，其中氩用作灯的放电起始气 体。

图15显示氩气密封气压(乇)与电弧放电寿命之间的关系曲线， 其中密封气压用横轴表示，其范围为5乇至200乇(曲线(a))。图15 中的虚线(b)显示的关系曲线是当钨(W)灯丝用作荧光放电灯中阴极 时的情况。

图16显示在横轴上表示的氩气密封气压(乇)与表面亮度的关系 曲线。

图17显示当氩气密封气压保持为90乇时灯电流(横轴)与电弧放 电寿命的关系曲线。

如图17中所示，当灯电流处于10mA至50mA的范围内时，电弧 放电寿命长于7000小时。相反，当如图17中虚线曲线所示，阴极由 钨丝制成时，电弧放电寿命较短，它在灯电流30mA时为4000小时， 在灯电流20mA时为6000小时，只在灯电流10mA时才和本发明相 同。

3.陶瓷阴极的结构

图18中描述了陶瓷阴极的生产步骤，生产步骤本身与普通陶瓷的 生产步骤相同。

要准备如下起始材料。

(1)第一成分包括以钡、锶和钙的碳酸盐形式出现的BaCO3、 SrCO3和CaCO3。

(2)第二成分包括锆和钛的氧化物ZrO2和TiO2。

(3)第三成分包括钽和铌的氧化物Ta2O5和Nb2O5。

上述元素的其它氧化物、碳酸盐、和/或草酸盐也可使用。

(4)所述起始材料(1)、(2)和(3)按预定混合比例称重 量。

(5)这些称过的起始材料用球磨、研磨或共沉淀的方法混合起 来。接着通过热干燥过程或冷冻干燥过程使它们干燥。

(6)这些混合的材料在800℃-1300℃温度下焙烧，可用粉状 材料也可用成形材料进行焙烧。

(7)焙烧的材料用球磨机研成细粉。

(8)所述细粉使用水溶液加工成粒状颗粒，所用水溶液包括例如 聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯乙二醇(PEG)、或聚乙烯氧化物(PEO) 那样的有机粘合剂。例如，可通过喷射干燥法，挤压颗粒法，旋转颗 粒法，或砂浆/捣锤法实现该过程，当然，制做粒状颗粒的过程不限于 上述方法。

(9)将加工成的粒状颗粒在不加压情况下填入具有一个底的圆柱 表电极外壳，该外壳由类似于Ba(Zr，Ta)O3的半导体陶瓷制成，它具 有高熔点并能经受溅射。

(10)填充了粒状颗粒的电极外壳在1400℃-2000℃温度下烧 结。烧结操作时的周围气体为如氩或一氧化碳的还原性气体，如氩或 氮的惰性气体，或者还原性气体和惰性气体的混合物。在电子发射表 面有碳覆盖时，最好用如氩或一氧化碳的还原性气体。

(11)作为烧结操作的结果，获得图1E中所示陶瓷阴极1，它 的带底的圆柱形电极外壳内具有Ba(Zr，Ta)O3的聚集型多孔结构3。

如烧结温度低于1400℃，则不会产生钽和铌的碳酸盐、氮化物和 氧化物中的一种的导电面或半导电面。如烧结温度高于2000℃，则电 子发射材料不能保持如图1E所示的粒状颗粒。

因此，烧结温度最好在1400℃至2000℃的范围内。

上面叙述中的聚集型多孔结构定义为通过烧结和固化过程形成的 其中固体颗粒在接触点上相互接触的多孔结构，例如烧结金属或高温 耐热砖那样。

可以通过真空蒸发过程将一层导电层和半导电层涂覆在烧结的聚 集型多孔结构的表面上。

在上述过程中，通过在还原气氛下的烧结操作或真空蒸发操作，在 聚集型多孔结构的表面上形成由钽和铌的碳酸盐、氮化物和氧化物中 的至少一种所制成的导电层或半导电层。

电子发射材料表面上产生的物相包括钽和铌的碳酸盐、氮化物和氧 化物中的至少一种，或者另一替代方案是，它可以是这些元素的固体 溶解物。

根据本发明，电子发射材料包括直径范围为20μm至300μm，其 表面用钽和铌的碳酸盐和氮化物中至少一种涂覆的粒状颗粒，所述颗 粒包括第一成分、第二成分和第三成分；其中第一成分具有钡、锶和 钙中至少一种，分别为氧化钡、氧化锶和氧化钙的形式和x克分子比 的量；第二成分具有锆和钛中至少一种，分别为二氧化锆和二氧化钛 的形式和y克分子比的量；及第三成分具有钽和铌中至少一种、分别 为(1/2)(Ta2O5)和(1/2)(Nb2O5)的形式和z克分子比的量，其中 满足以下条件：0.8≤x/(y+z)≤2.0，0.05≤y≤0.6，及0.4≤z≤0.95。 (涉及陶瓷阴极成分的实验)

起始材料为BaCO3，SrCO3，CaCO3，ZrO2，TiO2，Ta2O5和 Nb2O5。这些起始材料按预定比例称重量，并在20小时内通过球磨进 行湿混合。然后该产物在80-130℃下干燥，并在约100MPa的成形 压力下成形。其次，在大气压力下和800-1300℃温度下焙烧两小时。 所得颗粒用球磨精细研磨20小时，在80-130℃下干燥，然后加进 包含聚乙烯醇的水溶液以便使用杵和白生产粒状颗粒。如此获得的粒 状颗粒用筛子加以分类，以获取平均直径约90μm的颗粒。接着由 Ba-Ta-Zr-O的组的材料制成的带底圆柱形陶瓷外壳中在不加压情况下 填入如此获得的粒状颗粒，及将碳粉加入所述外壳。最后，带有颗粒 的外壳在氮气流环境中烧结，从而获得具有表14至表17中所示成分 的陶瓷阴极。

因此产生了使用陶瓷阴极的荧光灯，及对一盏灯进行连续点燃试 验。

下面对荧光灯的连续点燃试验进行评价。当荧光灯用作液晶显示装 置中的底光光源时，不论它是直接在下型还是边缘照明型，灯壁温度 最好低于90℃。当温度超过90℃时，包括反光器、配光器、光导的 底光元件很快地变坏，因此这情况不实用。

因此灯电压和所耗功率随点灯小时增长而增长，所以荧光灯的壁面 温度也随点灯小时增长而增长。壁面温度到达90℃的时刻t1被测量以 用作灯寿命的判别准则，以供连续点燃试验评价用。

用如下方式测量灯的壁面温工。我们先使用一个红外辐射型温度记 录计测量灯的温度分布，发现灯管端部附近温度最高。因此将一个K 热电偶直接固定在灯管端附近的部分12上面(图1C)，并在温度保 持在25℃的房间内测量灯的壁面温度。

连续点燃试验情况如下。

灯长度：100mm

灯外部直径：3mmφ

灯电流：15mA

变流器：30Khz(无预热电路)

                             表14

样品号        样品成分

            (克分子比)         t1     备注

       BaO  ZrO2(1/2)Ta2O5(小时)

*1     0.5   0.5    0.5       900     发射材料不足

*2     0.7   0.05   0.95      1000    发射材料不足

*3     0.7   0.1    0.9       1200    发射材料不足

*4     0.7   0.2    0.8       1400    发射材料不足

*5     0.7   0.4    0.6       1200    发射材料不足

*6     0.7   0.6    0.4       1200    发射材料不足

*7     0.8   0.025  0.975     700     颗粒被破坏

 8     0.8   0.05   0.95      2900

 9     0.8   0.1    0.9       3100

 10    0.8   0.4    0.6       2900

 11    0.8   0.6    0.4       2700

*12    0.8   0.8    0.2       900     无碳酸盐，无氮化物

 13    0.9   0.1    0.9       4100

 14    0.9   0.4    0.6       3900

*15    1     0.025  0.975     500     颗粒被破坏

 16    1     0.05   0.95      3200

 17    1     0.1    0.9       4300

 18    1     0.2    0.8       5000

 19    1     0.3    0.7       4500

 20    1     0.4    0.6       4200

*21    1     0.7    0.3       1500    无碳酸盐，无氮化物 

*22    1     0.8    0.2       1200    无碳酸盐，无氮化物

*23    1     0.95   0.05      300     无碳酸盐，无氮化物

 24    1.2   0.1    0.9       4100

 25    1.2   0.2    0.8       4400

*26    1.2   0.625  0.375     1500    无碳酸盐，无氮化物

*27    1.4   0.025  0.975     500     颗粒被破坏

 28    1.4   0.1    0.9       3900

 29    1.4   0.2    0.8       4800

 30    1.4   0.3    0.7       4400

 31    1.5   0.1    0.9       4000

 32    1.5   0.4    0.6       3800

*33    1.6   0.025  0.975     600     颗粒被破坏  34    1.6   0.05  0.95   2700  35    1.6   0.1   0.9    3500  36    1.6   0.4   0.6    3600  37    1.6   0.6   0.4    2900  38    1.7   0.5   0.5    2600 *39    1.7   0.9   0.1    300     无碳酸盐，无氮化物 *40    2     0.025 0.975  300     颗粒被破坏  41    2     0.05  0.95   2100  42    2     0.2   0.8    2600  43    2     0.4   0.6    2500  44    2     0.6   0.4    2100 *45    2.5   0.1   0.9    2400    管壁变黑 *46    2.5   0.4   0.6    300     管壁变黑

*样品不在本发明范围内

t1＝在连续点燃试验中管壁温度到达90℃的时刻

当管壁严重变黑时，亮度减低，则该灯不能使用。

                    表15 样品号        样品成分

          (克分子比)                t1    备注

 BaO   SrO CaO  ZrO2(1/2)(Ta2O5)(小时) *47   0      0.7     0     0.1   0.9   1300    发射不足 *48   0      0       0.7   0.1   0.9   1100    发射不足 *49   0.233  0.233   0.233 0.1   0.9   1000    发射不足  50   0      0.8     0     0.05  0.95  2400  51   0      0.8     0     0.6   0.4   2500  52   0      0       0.8   0.05  0.95  2400  53   0      0       0.8   0.6   0.4   2400  54   0.267  0.267   0.267 0.05  0.95  3100  55   0.267  0.267   0.267 0.6   0.4   3000  56   0      0.9     0     0.1   0.9   4100  57   0      0.9     0     0.4   0.6   3900  58   0      0       0.9   0.1   0.9   3700  59   0      0       0.9   0.4   0.6   3600  60   0.3    0.3     0.3   0.1   0.9   3800  61   0.3    0.3     0.3   0.4   0.6   4200  62   0      1       0     0.2   0.8   5000 *63   0      1       0     0.95  0.05  200     无碳酸盐，无氮化物  64   0      0       1     0.2   0.8   5000 *65   0      0       1     0.95  0.05  300     无碳酸盐，无氮化物  66   0.333  0.333   0.333 0.2   0.8   5000 *67   0.333  0.333   0.333 0.95  0.05  20      无碳酸盐，无氮化物  68   0      1.5     0     0.1   0.9   4100  69   0      1.5     0     0.4   0.6   3700  70   0      0       1.5   0.1   0.9   3500  71   0      0       1.5   0.4   0.6   3700  72   0.5    0.5     0.5   0.1   0.9   4500  73   0.5    0.5     0.5   0.4   0.6   3700 *74   0      1.6     0     0.025 0.975 500     颗粒被破坏  75   0      1.6     0     0.05  0.95  2600  76   0      1.6     0     0.6   0.4   2600 *77   0       0      1.6    0.025  0.975 500   颗粒被破坏  78   0       0      1.6    0.05   0.95  2700  79   0       0      1.6    0.6    0.4   2500 *80   0.533   0.533  0.533  0.025  0.975 800   颗粒被破坏  82   0.533   0.533  0.533  0.05   0.95  2500  82   0.533   0.533  0.533  0.6    0.4   3200 *83   0       2.5    0      0.1    0.9   2200  管壁变黑 *84   0       0      2.5    0.1    0.9   2200  管壁变黑 *85   0.833   0.833  0.833  0.1    0.9   2300  管壁变黑

*样品不在本发明范围内

t1＝连续点燃试验中管壁温度到达90℃的时刻

当管壁严重变黑时，亮度减低，则该灯不能使用。

                表16 样品号        样品成分

          (克分子比)              t1    备注

  BaO   ZrO2 TiO2(1/2)(Ta2O5)(小时) *86   0.7   0.05   0.05     0.9      1500   发射不足  87   0.8   0.025  0.025    0.95     2300  88   0.8   0.3    0.3      0.4      2300  89   0.9   0.05   0.05     0.9      3700  90   0.9   0.2    0.2      0.6      3800  91   1     0.1    0.1      0.8      5000 *92   1     0.475  0.475    0.05     50     无碳酸盐，无氮化物  93   1.5   0.05   0.05     0.9      4000  94   1.5   0.2    0.2      0.6      4200 *95   1.6   0.013  0.013    0.974    120    颗粒被破坏  96   1.6   0.025  0.025    0.95     2200  97   1.6   0.3    0.3      0.4      2200 *98   2.5   0.05   0.05     0.9      1800   管壁变黑

                  表17 样品号        样品成分

         (克分子比)          t1(小时) 备注

 BaO ZrO2(1/2)(Ta2O5)(1/2)(Nb2O5) *99  0.7  0.1   0           0.9      1300   发射不足 *100 0.7  0.1   0.45        0.45     1200   发射不足  101 0.8  0.05  0           0.95     2300  102 0.8  0.6   0           0.4      2400  103 0.8  0.05  0.425       0.425    2700  104 0.8  0.6   0.2         0.2      2500  105 0.9  0.1   0           0.9      3700  106 0.9  0.4   0           0.6      3500  107 0.9  0.1   0.45        0.45     4000  108 0.9  0.4   0.3         0.3      4200  109 1    0.2   0           0.8      4900  110 1    0.2   0.4         0.4      5000 *111 1    0.95  0           0.05     120    无碳酸盐，无氮化物 *112 1    0.95  0.025       0.025    100    无碳酸盐，无氮化物  113 1.5  0.1   0           0.9      3500  114 1.5  0.1   0.45        0.45     4300  115 1.5  0.4   0           0.6      3600  116 1.5  0.4   0.3         0.3      4000 *117 1.6  0.025 0           0.975    400    颗粒被破坏 *118 1.6  0.025 0.478       0.4875   700    颗粒被破坏  119 1.6  0.05  0           0.95     2300  120 1.6  0.05  0.425       0.425    2900  121 1.6  0.6   0           0.4      2400  122 1.6  0.6   0.2         0.2      2800 *123 2.5  0.1   0           0.9      2000   管壁变黑 *124 2.5  0.1   0.45        0.45     2000   管壁变黑

t1＝连续点燃试验中管壁温度到达90℃的时刻

当管壁严重变黑时，亮度减低，则该灯不能使用。

样品12、21、22、23、26、39、63、65、67、92、111 和112的寿命t1小于1500小时。我们用微区域x射线衍射分析仪和 SEM(扫描电子显微镜)观察这些样品的陶瓷阴极表面，发现没有钽 和铌的碳酸盐或氮化物的物相。因此，假定陶瓷阴极材料被离子溅射 很快地弄坏了。由于这些样品的寿命t1短，所以它们不适于实际应用。

样品7、15、27、33、40、74、77、80、95、117和118 的寿命t1小于800小时。这些样品不能通过在还原气氛下的烧结保持 颗粒状态，因此，没有储存热量用于形成弧点。放电是不稳定的，这 些样品寿命t1短，因此不实用。

样品1、2、3、4、5、6、47、48、49、86、99和100 具有短寿命t1，因为它们缺少电子发射材料BaO、SrO、和/或CaO， 因此不实用。此外，样品45、46、83、84、85、98、123和124 的缺点是管壁变黑以致表面亮度减低和光通量减低。因此这些样品不 实用。

至于样品8-11、13、14、16-20、24、25、28-32、 34-38、41-44、50-62、64、66、68-73、75、76、 78、79、81、82、87-91、93、94、96、97、101-110、 113-116和119-122，我们用微区域x射线衍射分析仪和SEM观 察陶瓷阴极表面，观察到钽和铌的碳酸盐和氮化物中至少一种。同时 观察到这些样品的阴极材料保持颗粒状态。

因此，样品8-11、13、14、16-20、24、25、28-32、 34-38、41-44、50-62、64、66、68-73、75、76、 78、79、81、82、87-91、93、94、96、97、101-110、 113-116和119-122保持颗粒状态和在通过在还原气氛下烧结所形 成的阴极表面上形成了钽和铌的碳酸盐和氮化物中的一种。同时寿命t1 长于2100小时，而且管壁不变黑。因此这些样品适合于用作陶瓷阴极。 (管电流和平均颗粒直径的关系)

生产一个使用根据本发明的阴极的荧光灯，并在管电流和平均颗粒 直径的不同参数下观察一系列形成电弧点的颗粒。其结果示于表18 中。用于试验的样品是表14中的样品18。使用Keyence公司制造的 Hyper显微镜将颗粒数计数。

当形成电弧点的颗粒数为1时，这意味着电弧点尺寸近似地与平均 颗粒直径符合，电弧点不移动，这是最稳定的。用于保持稳定电弧放 电的管电流在5mA-500mA范围内。在表18中发现，当平均颗粒直 径在20μm至300μm范围内时，形成稳定电弧点，放电持续很长时间。 当管电流如上描述而平均颗粒直径小于20μm时，电弧点很快地移动， 同时放电不稳定，以及当平均颗粒直径大于300μm时，没有足够的用 于获得热电子发射所需热量，因此它趋向于转变为辉光放电。在表18 中，不稳定放电定义为五分钟内电弧点移动，稳定放电定义为至少10 小时内电弧点不稳定，以及辉光放电定义为没有形成电弧点，但整个 阴极都放电。

                      表18

                        管电流(mA)

                 5.0        15          30          50          100          300        500 平均颗粒直径  10    不稳定      不稳定      不稳定      不稳定      不稳定      不稳定      不稳定    (μm)      20    3-4         不稳定      不稳定      不稳定      不稳定      不稳定      不稳定

          30    1-2         2-3         3-4         不稳定      不稳定      不稳定      不稳定

          50    1(稳定)     1-2         3-4         不稳定      不稳定      不稳定      不稳定

          70    一部分颗粒  1(稳定)     1-2         2-3         3-4         不稳定      不稳定

          100   一部分颗粒  一部分颗粒  1(稳定)     1-2         3-4         3-4         不稳定

          150   辉光放电    一部分颗粒  一部分颗粒  1(稳定)     1-2         2-3         2-3

          200   辉光放电    辉光放电    一部分颗粒  一部分颗粒  1(稳定)     1-2         1-2

          300   辉光放电    辉光放电    辉光放电    辉光放电    一部分颗粒  1(稳定)     1(稳定)

          500   辉光放电    辉光放电    辉光放电    辉光放电    辉光放电    一部分颗粒  一部分颗粒

不稳定：电弧点在五分钟内移动

稳定：电弧点在至少10小时内不移动

辉光放电：不生成电弧点，但整个电极都放电 (平均颗粒直径与灯寿命的关系)

图19显示具有表14中样品18的阴极的荧光灯用于试验时，平均 颗粒直径与灯寿命t1的关系，其连续试验条件与以前相同。图19中， 当管电流为15mA和平均颗粒直径为70μm时，寿命t1最大。自表18 可明显地看出，当管电流为15mA和平均颗粒直径为70μm时，电弧 点最为稳定。当电弧点稳定时，管壁温度不升高，稳定电弧放电能长 时间保持。

如上所述，当根据管电流选择颗粒直径而决定荧光灯的阴极材料 时，管壁不变黑和无温升，稳定电弧放电能长时间保持。

如上所述，在具有陶瓷阴极的荧光灯中保持密封气压在10乇至170 乇间，可获得具有高亮度和长寿命的荧光灯。

此外，根据本发明的用于荧光灯的阴极使管壁较少变黑，管壁无温 升，及稳定电弧放电长时间保持。当根据灯管电流选择颗粒直径时， 可有效地获得热电子，电弧点较少移动，因此获得稳定电弧放电。