CN1913078B - 冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，该制造方法是一种具有金属基材和在该金属基材上形成的放电层，被加工成冷阴极荧光灯的放电电极的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于具有以下工序：将使发射体粉末分散在分散介质中的粉末涂料涂布在金属基材上、形成放电层的涂布工序、向金属基材侧压缩放电层的第一压缩工序、第一压缩工序后，从放电层中除去发射体粉末以外的组分的除去工序、和向金属基材侧压缩被除去了发射体粉末以外的组分的放电层的第二压缩工序。

Description

冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法
技术领域
本发明涉及适用于照明用光源或个人计算机的监视器、液晶电视、汽车导航系统用的液晶显示器等的背光照明等的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，特别涉及防止在金属基材上形成射极层的状态下对电极进行深冲成形时的射极层的剥离的技术。
背景技术
历来，冷阴极荧光灯被使用作各种各样的用途，最近，盛行对液晶显示器用背光照明的应用进行研究。由于液晶显示器的设备仪器主要是电池驱动，关于液晶显示器用背光照明所使用的冷阴极荧光灯，强烈要求低的耗电功率。为了实现该低耗电功率，重要是减少对发光没有贡献的电极的压降。另外，由于近年TV中开始使用液晶元件，因此期望比历来更长寿命、更高亮度的冷阴极荧光灯。
冷阴极荧光灯，如图1所示，具有在玻璃管1内部通过端子2连接到外部的电极3配置在两端的结构，该玻璃管1的内侧涂布荧光物质4，同时，封入由惰性气体和微量的水银组成的封入气体5而构成。向两端的电极3施加强电场，在低压水银蒸汽中产生辉光放电，通过该放电激发的水银产生紫外线，同时通过该紫外线激发玻璃管1内表面的荧光物质4而使之发光。其中所用的电极3在近年通常使用形成杯形的电极。通过使电极形成杯形，通过由该形状引起的空心阴极效应，容易从电极内侧发射电子，可以降低阴极压降，有效实现低耗电功率化。另外，为了降低冷阴极荧光灯的电极损耗，达到高效率、低耗电功率，作为电极3材料，一直使用含有功函比其他金属低的第1族～第3族元素的发射材料。
已经公知了通过涂布或离子镀，在杯形金属基材上被覆上述那样的发射材料而形成射极层的杯形阴极电极，已经报道了应用该杯形电极的冷阴极荧光灯，可以使电极下降电压比历来的棒状金属电极降低40V左右，可以实现低耗费电功率(例如参照特开平10-14425号公报、特开2000-11866号公报)。
另外，已经报道了，通过使用Mo，Ta，Nb等高熔点金属材料作为发射材料，灯照明中的电极的溅射受到抑制，灯内的水银消耗量减少，寿命变长(例如，参照日本照明学会志Vol.1.87，No.1 2003 15页、“液晶显示器冷阴极荧光灯的技术动向”)。这时，Mo和Ta电极比历来的Ni电极的水银消耗量约少40％，期待延长灯寿命。
然而，在被加工成杯形的电极金属基材的内表面上，不容易使厚度均匀并且使附着强度牢固而形成射极层。例如，当通过涂布在杯形的金属电极上形成射极层时，射极层的厚度不均匀。另外，还存在金属电极和射极层的附着强度减弱，荧光灯生产过程中或照明中的离子轰击而容易造成射极层脱落的缺陷。另外，当通过浸渍形成射极层时，还有在电极的外周也会涂布射极层等麻烦。
另外，当通过离子镀形成射极层时，虽然可以制得附着强度大的射极层，但是存在发射材料附着在金属基材以外的镀敷装置的内表面，材料合格率不佳的缺点。另外，适用于通过涂布的情况，但是，由于在杯形的电极基材上独立地形成射极层，因此存在生产效率低、制造成本过高的缺陷。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，本发明的目的是提供一种固然可以在杯形电极基材的内表面形成厚度均匀并且附着强度牢固的射极层，生产效率良好，且可以降低生产成本的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法。
本发明者们为了提高冷阴极荧光灯用电极的生产效率，研究了在金属材料板材上形成放电层(射极层)以后，由该原材料制造杯形冷阴极荧光灯用电极。然而，如果在形成放电层后进行深冲等激烈的塑性加工，放电层必然受到强烈的摩擦而剥离，因此，事实上现在是无法提供这种技术的。其中，本发明等研究了使放电层致密并且与金属材料牢固地附着的方法。其结果发现在金属基材上涂布放电层以后通过压缩加工，可以使放电层牢固地附着在金属基材上，即使进行深冲也不会剥离。
本发明是基于上述认识而完成的，提供一种具有金属基材和在该金属基材上形成的放电层、被加工成冷阴极荧光灯的放电电极的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于具有以下工序：使发射体粉末分散在分散介质中的粉末涂料涂布在金属基材上，形成放电层的涂布工序、向金属基材侧压缩放电层的第一压缩工序、第一压缩工序后，从放电层除去发射体粉末以外的组分的除去工序、和向金属基材侧压缩除去了发射体粉末以外的组分的放电层的第二压缩工序。
在金属基材上涂布粉末涂料而形成的放电层的内部存在大量气孔。该气孔中含有由于干燥蒸发溶剂后出现的孔隙或混合粉末涂料时卷入的空气粒子等。根据本发明，通过在第一压缩工序中压缩由涂布工序形成的放电层，放电层内部的气孔压坏而变得致密，同时，放电层牢固地附着在金属基材上。接着，由于在除去工序中除去分散介质等发射体粉末以外的组分而生成气孔，气孔在第二压缩工序中压坏，放电层再次变得致密。
通过进行第二压缩工序，使放电层的厚度均匀同时放电层更加牢固地附着在金属基材上。例如通过对该冷荧光灯用电极材料实施深冲等塑性加工，可以制造杯形的冷阴极荧光灯用电极。这时，由于放电层致密同时牢固地附着在金属基材上，可以防止塑性加工时发射体粉末的脱落或剥离。
因此，例如通过从辊连续地开卷金属基材，同时进行本发明的一系列工序，接着提供给冲压装置，利用深冲形成电极等，工厂的连续流水线进行处理成为可能。因此，根据本发明，当然可以形成厚度均匀并且附着强度牢固的放电层，并且冷阴极荧光灯用电极的生产效率良好、可以降低生产成本。
另外，通过压缩工序使放电层牢固地附着在金属基材上的原因不清楚。根据本发明者们的研究，证实一部分发射体粉末嵌入金属基材的表面，推测这也是原因之一。另外，也考虑到发射体粉末之间或发射体粉末和金属基材之间夹存分散介质残留物而密着，由于大气压而相互不分离。但是，这些纯粹是推测，是否存在这种作用，当然本发明不受此限定。
另外，使用本发明制造的材料形成电极，使用该电极试制冷阴极荧光灯并测试，在玻璃管内部完全不会发生排气的问题。因此，即使存在上述这样的残留物，残留物也被确认是无害的。
附图说明
图1是表示冷阴极线灯的结构的剖面图。
图2是按顺序表示本发明的实施方式的工序的图。
图3是表示冷阴极线灯用电极材料的剖面的SEM照片。
图4是表示本发明的实施例中冷阴极线灯的电流和电压的关系的曲线图。
具体实施方式
图2是表示本发明各工序和放电层的状态的剖面图，图中的符号10是金属基材、符号11是放电层。如图2所示，发射体粉末和分散介质(有时也含有溶剂)混合成浆状，在涂布工序在金属基材10的一面上涂布上述得到的粉末涂料，通过干燥或冷却工序使粉末涂料固化。从而在溶剂蒸发后形成气孔。该气孔通过第一压缩工序被压破，使放电层变得致密。接着，通过除去工程将分散介质蒸发，然后形成气孔。该气孔通过第二压缩工序被压破，使放电层变得致密。以下，对本发明的各个工序详细地说明。
作为金属基材，可以使用镍(Ni)或镍合金(例如坡莫合金、铁合金(例如不锈钢)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、铌(Nb)纯金属或两种以上的这些金属的合金。
另外，作为发射体粉末，优选含有功函低的元素，例如，适合使用钨酸钡(Ba2CaWO6，BaWO4)、六硼化钙(CaB6)、六硼化锶(SrB6)、六硼化钡(BaB6)、六硼化镧(LaB6)、六硼化铈(CeB6)、六硼化镨(PrB6)、六硼化钕(NdB6)、六硼化钐(SmB6)、六硼化铕(EuB6)、碳化钛(TiC)、碳化钒(VC)、碳化锆(ZrC)、碳化铌(NbC)、碳化钼(MoC)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、和碳化钨(WC)中的1种或2种以上。
将上述这类发射体粉末与分散介质混合成浆状的粉末涂料，涂布在金属基材上。可以使用聚偏二氟乙烯、丙烯酸树脂、酚树脂、三聚氰胺树脂、聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂等可溶性树脂、羟丙基纤维素、甲基纤维素、明胶等天然或合成的多糖类、亚乙基双硬脂酰胺等高级脂肪酸中的一种或两种以上溶解在溶剂中的溶液作为分散介质。这时，可以使用n-甲基吡咯烷酮这种有机溶剂或水作为溶解分散介质的溶剂。粉末涂料适合在包含溶剂的分散介质和粉末按质量比约为1∶1左右混合制备。另外，优选在涂布工序后进行使溶剂蒸发的干燥工序。
另外，可以使用被加热而处于熔融状态的热塑性树脂、天然或合成的多糖类、硬脂酸锌等金属皂、高级脂肪酸中的一种或两种以上作为分散介质。这时，由于分散介质在冷却至室温时固化，因而节省能量。另外，优选在涂布工序后进行固化分散介质的冷却工序。
涂布工序可以使用浸渍法、喷雾法、印刷法、刷涂法、流涂法、刮涂法的任一种方法。刮涂法是通过刮刀将附着在金属基材上的粉末涂料刮落至一定的厚度而涂布的方法，该涂布方法可以严格地进行粉末涂料的厚度控制，因而适合。
在金属基材上涂布粉末涂料后，通过干燥或冷却而固化，在金属基材的单面形成放电层。接着，进行将放电层向金属基材侧压缩的第一压缩工序。第一压缩工序通过将金属基材和放电层夹在一对辊之间来进行。这样使得放电层被压缩变得致密、放电层的厚度变得均匀。另外，用溶剂溶解分散介质时，由于干燥使溶剂蒸发后形成气孔，该气孔在第一压缩工序中被压坏。为了完全达到本发明的目的，第一压缩工序中的压缩率优选在20％以上。其中，如果压缩前后的试料的板厚为h0、h1，压缩率表示为(h0-h1)/h0×100。
接着，进行从放电层中除去发射体粉末以外的组分的除去工序。在除去工序中，加热使分散介质蒸发。加热温度和时间适宜根据分散介质的种类和含量来选择。由于加热温度为数百℃，为了防止发射体粉末的氧化，除去工序优选在氮气等惰性气体中进行。
接着，进行使放电层向金属基材侧再次压缩的第二压缩工序。第二压缩工序通过将金属基材和放电层夹在一对辊之间进行。通过除去工序使得分散介质蒸发后形成气孔，由于压缩，气孔被压坏、放电层变得致密。另外，通过第二压缩工序，放电层的厚度变得更均匀。为了完全达到本发明的目的，第二压缩工序中的压缩率优选在50％以上。
另外，第二压缩工序后的放电层的厚度优选为0.005～0.05mm。为了保证放电性能，放电层的厚度需要在0.005mm以上。但是，如果放电层的厚度超过0.05mm，深冲成形时容易造成剥离。
如上所述所制造的冷阴极荧光灯用电极材料，可以在金属基材的一面形成包含发射体粉末的放电层。该放电层由于变得致密同时牢固地附着在金属基材上，防止在深冲形成杯形电极时放电层的剥离。另外，由于通过第一、第二压缩工序，放电层的厚度变得均匀，电极用于冷阴极荧光灯时的放电性能良好。
实施例
1、电极的制作
在厚度为0.30mm的镍板的一个面上，涂布厚度为0.02mm的六硼化镧(LaB6)的粉末涂料。粉末涂料使用47.6质量％的六硼化镧、2.4质量％的羟丙基纤维素、50.0质量％N-甲基吡咯烷酮混合的涂料。该试样在空气中在120℃加热15分钟，使得N-甲基吡咯烷酮蒸发，使粉末涂料固化。
接着，通过压延辊，以25％或53％的压缩率压延上述试样(第一压缩工序)。接着，试样在氮气中、500℃下加热1小时，使羟丙基纤维素蒸发。接着，通过压延辊，以53％的压缩率压延上述试样(第二压缩工序)、制作本发明实施例中的试样1。
为了比较，除了不进行第一压缩工序或第二压缩工序以外，在与上述相同的条件下制作冷阴极荧光灯用电极材料(试样2、试样3)。没有进行第一压缩工序而进行第二压缩工序的试样2，在第二压缩工序中放电层从金属基材上剥离。
2、胶带剥离试验
将如上所述制作的冷阴极荧光灯用电极材料切割成适当的大小以制作试验片，在该放电层上贴加玻璃纸胶带，然后剥离以进行胶带剥离试验。该结果如表1所示。在表1中，放电层的一部分附着在玻璃纸胶带上而剥离时表示为“△”、放电层无剥离时表示为“○”。
表1
如表1所示，进行第一压缩、第二压缩工序的试样1中的放电层没有剥离，没有进行第二工序的试样3中的放电层的一部分剥离。另外，没有进行第一压缩工序的试样2中，由于第二压缩工序，放电层剥离，不能进行胶带剥离试验。
3、180°弯曲试验
以放电层作为内侧，将试验片折弯180°进行弯曲试验，观察放电层的剥离情况，结果一并记载在表1中。如表1所示，进行第一、第二压缩工序的试样1和没有进行第二压缩工序的试样3由于放电层没有剥离，表示为“○”。
4、振动试验
在注入甲醇的超声波清洗机中装入试验片，进行5分钟超声波清洗。观察超声波清洗后的试验片放电层的剥离情况，结果一并记载在表1中。如表1所示，进行第一、第二压缩工序的试样1和没有进行第二压缩工序的试样3由于放电层没有剥离，表示为“○”。
如上所述，没有进行第一压缩工序的试样2，由于除去的溶剂和使分散介质除掉后形成的气孔，放电层形成多孔状，放电层在第二压缩工序中不能耐变形而导致放电层破坏、剥离。另外，没有进行第二压缩的试样3，由于在分散介质除掉后形成的气孔，发射体粉末之间的结合强度降低、对胶带剥离的抵抗力降低。由此证实：为了使放电层变得致密、提高其对金属基材的附着强度，必须进行第一、第二压缩工序。
5、放电层的内部结构
图3是表示试样1的剖面的SEM照片。由该照片可以判断，发射体粉末之间相互紧密附着，几乎不能发现气孔存在，放电层变得致密。另外，也可以证实：发射体粉末的一部分嵌入金属基材的表面。
6、放电性能
将试样1深冲，形成图1中符号3所示的杯形的电极，使用该电极制作图1所示的冷阴极荧光灯。另外，作为本发明的其他实施例，除了替换羟丙基纤维素和N-甲基吡咯烷酮，在相同质量％下混合硬脂酸锌以外，其余在与试样1相同的条件下形成电极，制作冷阴极荧光灯。另外，为了比较，仅由镍板形成电极、制作冷阴极荧光灯。提供电流给以上冷阴极荧光灯，研究电流和电压的关系。其结果如图4所示。
如从图4可以明白，使用通过本发明的制造方法所制作的电极的冷阴极荧光灯与使用仅由镍板组成的电极的冷阴极荧光灯相比，放电电压更低、显示良好的放电性能。因此发现：本发明发挥了使用具有低功函的发射体粉末时的效果。事实表明：本发明所制造的冷阴极荧光灯用电极材料不因深冲加工而剥离放电层。

Claims (6)

1.一种冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，它是具有金属基材和在该金属基材上形成的放电层，且被加工成冷阴极荧光灯的放电电极的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于具有以下工序：将使发射体粉末分散在分散介质中而制成的粉末涂料涂布在前述金属基材上、形成前述放电层的涂布工序、向前述金属基材侧压缩前述放电层的第一压缩工序、前述第一压缩工序后，从前述放电层中除去前述发射体粉末以外的组分的除去工序、和向前述金属基材侧压缩除去了前述发射体粉末以外的组分的前述放电层的第二压缩工序。
2.权利要求1所述的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于：前述金属基材是镍、铁、铬、钼、钽、铌的纯金属或两种以上的这些金属的合金。
3.权利要求1所述的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于：前述发射体粉末包含Ba2CaWO6、BaWO4、CaB6、SrB6、BaB6、LaB6、CeB6、PrB6、NdB6、SmB6、EuB6、TiC、VC、ZrC、NbC、MoC、HfC、TaC和WC中的一种或两种以上。
4.权利要求1或3所述的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于：前述分散介质是可溶性树脂、天然或合成的多糖类、金属皂、高级脂肪酸的一种或两种以上溶解在溶剂中的物质。
5.权利要求1或3所述的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于：前述分散介质包含溶融状态的热塑性树脂、溶融状态的天然或合成的多糖类、溶融状态的金属皂、溶融状态的高级脂肪酸的一种或两种以上。
6.权利要求1或3所述的冷阴极荧光灯用电极材料的制造方法，其特征在于：前述涂布工序是浸渍法、喷雾法、印刷法、刷涂法、流涂法、刮涂法的任一种。
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