JP2001332212A - 電子放出用電極及び冷陰極蛍光管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の冷陰極蛍光管においては、電子放射性
物質に酸化バリウムを使用するものであるので、管電圧
を低下させることはできるが、管電圧の維持時間（電極
寿命）が短く、実用性がないものであった。 【解決手段】 本発明により、電子放出用電極をアルカ
リ土類金属の炭酸塩、硝酸塩又は水酸化物のいずれか１
つと、希土類金属の酸化物、炭酸塩又は硝酸塩のいずれ
か１つとの混合物を加熱することにより得られる生成物
を電子放射性物質として設けたもの及び、この電子放出
用電極を用いた冷陰極放電管としたことで、低電圧で放
電し、管電圧維持時間を長いものとして、課題を解決す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
タ用液晶表示装置などに背面から透過光で照明するため
の照明装置の光源などとして用いられる冷陰極蛍光管及
びこの冷陰極蛍光管に用いられる電子放出用電極に関す
るものであり、詳細には、寿命の延長を可能とする電子
放出用電極及び冷陰極放電管に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の冷陰極蛍光管９０の構成
の例を示すものが図６及び図７であり、この冷陰極蛍光
管９０は、例えば管径を３ｍｍ程度としたガラスバルブ
９１の両端に電子放出用電極９２が封着されているもの
であり、前記ガラスバルブ９１内には水銀、不活性ガス
（図示せず）が封入されているものである。又、前記ガ
ラスバルブ９１の内面には蛍光体９３が塗布されてい
る。

【０００３】図７は前記電子放出用電極９２の構成を拡
大して示すものであり、導入線９２ａの先端にはニッケ
ル、鉄、タングステン、モリブデンなど金属のパイプ状
部材が電極体９２ｂとしてレーザー溶接、抵抗溶接など
適宜な手段で取付けられ、この電極体９２ｂの内面には
酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（Ｓｒ
Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）などの金属酸化物が電
子放射性物質（エミッタ）９２ｃとして塗布されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成において
は、電子放出用電極９２に電子放射性物質９２ｃが設け
られているため、管電圧を低下させることができ電子放
出用電極９２自体における消費電力が減少するので、消
費電力に対する発光効率が高いものとなる。しかしなが
ら、酸化バリウムなどよりなる従来の電子放射性物質９
２ｃは、ガラスバルブ内で生じる電子のスパッタリング
によって飛散し易いものであるため、前記冷陰極蛍光管
９０を連続点灯させた場合点灯開始後数１００時間のう
ちに消失してしまい、その後は発光効率が低いものとな
り、結局、長時間に亘って高い発光効率が得られないも
のとなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決する具体的手段として、アルカリ土類金属の炭酸
塩、硝酸塩又は水酸化物のいずれか１つと、希土類金属
の酸化物、炭酸塩又は硝酸塩のいずれか１つとを出発材
料とし、この混合物を加熱することにより得られる生成
物を電子放射性物質として備える電子放出用電極及びこ
の電子放出用電極を用いた冷陰極蛍光管を提供すること
で課題を解決するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは本発明
に係る冷陰極蛍光管１であり、この冷陰極蛍光管１は管
状のガラスバルブ２の両端に電子放出用電極３が封着さ
れ、前記ガラスバルブ２内には水銀、不活性ガス（図示
せず）などが封入されて構成され、そして、前記ガラス
バルブ２の内面には蛍光体４が塗布されているものであ
る点は従来例のものと同様である。

【０００７】又、前記電子放出用電極３は図２に示す構
成とするものであり、導入線３ａの先端には、ニッケ
ル、鉄、タングステン、モリブデンなど金属部材でパイ
プ状に形成された電極体３ｂがレーザー溶接、抵抗加熱
などの手段で取付けられている点も従来例と同様である
が、この電極体３ｂの内部に設けられている電子放射性
物質３ｃが、従来例のものと異なるものである。

【０００８】以上において、本発明では電極体３ｂの形
状は特に限定されるものではなく、例えば金属材料を板
状や棒状に形成されたものでも良いが、電子放射性物質
３ｃの保持面積を大きく確保することができるため、パ
イプ状とすることが望ましい。又、前記電子放射性物質
３ｃは、電極体３ｂの内部でなく、外部に設けられても
良いが、この場合、電子放射性物質３ｃがガラスバルブ
２内で生じる放電時のスパッタリングにより飛散し易く
なってしまうため、内部に設けられることが望ましい。
更に、前記電子放射性物質３ｃは塗布により設けるだけ
でなく、溶射、スパッタ蒸着、電子ビーム蒸着、焼結に
よりバルク状に形成したものを、前記電極体３ｂに配置
したものなどでも良い。バルク状とすれば、電子放射性
物質３ｃをより多く確保することができる。

【０００９】以下、本発明に係る電子放射性物質につい
て詳細に説明する。本発明に用いられる電子放射性物質
は、基本的にバリウム、カルシウム、ストロンチウム、
マグネシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、硝酸塩
又は水酸化物と、ランタン、セリウムなどの希土類金属
の酸化物、炭酸塩又は硝酸塩の混合物を出発材料として
用いられるものである。又、これらの水和物を用いる場
合もある。更に、前記出発材料又は生成物にリチウム、
ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのア
ルカリ金属の炭酸塩又は水酸化物を加えても良いもので
ある。

【００１０】上記の出発材料の組み合わせは、アルカリ
土類金属の炭酸塩と希土類金属の酸化物、アルカリ土類
金属の炭酸塩と希土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属
の炭酸塩と希土類金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硝
酸塩と希土類金属の酸化物、アルカリ土類金属の硝酸塩
と希土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩と希
土類金属の硝酸塩である。又、上記のもののＬａ（ＮＯ
_３）_３・６Ｈ_２ＯやＬａ_２（ＣＯ_３）_３・８Ｈ_２Ｏなど
水和物も使用可能である。更に、これらにアルカリ金属
の炭酸塩又は水酸化物が含有される。

【００１１】上記の各出発材料をエチルアルコール、メ
チルアルコール、プロピルアルコールなどの有機溶剤に
加え、混濁液を作製し、ボールミルを用いて、数時間以
上ミーリングして十分に攪拌する。この混濁液を前記電
極体３ｂにディップ、スピンコート、スプレーなどによ
り数千Å〜数十μｍの厚さで均一に塗布する。この際、
前記電子放射性物質３ｃの膜をより均一にするために、
前記各種出発材料である前記アルカリ土類金属の炭酸
塩、硝酸塩又は水酸化物、前記希土類金属の酸化物、炭
酸塩又は硝酸塩の粒径はいずれも５０ｎｍ〜１０μｍと
する。これにより電子放射性物質３ｃの膜全体より均一
に電子が放出され、電子放出の集中がなく、局所的な劣
化を少なくすることができる。又、上記の粒径とすれ
ば、バルク状の電子放射性物質を形成した場合にも表面
が均一になり、電子放出が安定する。なお、前記出発材
料中に前記アルカリ金属の炭酸塩又は水酸化物が含有さ
れる場合には、この材料についても上記の粒径とするこ
とにより表面が均一になるが、後述するように前記アル
カリ金属の炭酸塩又は水酸化物が含有される量は、他の
材料に比較して微量であるため、厳密に規定しなくても
良い。

【００１２】ついで、前記電子放射性物質３ｃを塗布し
た電極体３ｂを管排気工程中などの真空中又は不活性ガ
ス中で高周波加熱や、レーザー加熱などにより加熱し、
前記各出発材料を活性化（熱分解）する。この加熱する
温度は前記各出発材料が酸化物を生成するのに十分な温
度であり、８００℃以上である。この温度より低いと、
出発材料の炭酸塩や硝酸塩が電子放射性物質３ｃ内に残
り、放電時にこれによるガスが発生し、安定な放電を妨
げるとともに、水銀と反応してガラスバルブ２の内面に
付着し変色するなどの悪影響をもたらす。この加熱によ
り、前記出発材料による酸化物を主体とする、電子放射
性物質３ｃが形成され、これにより電子放出電極３の仕
事関数が低くなり、電子放出が容易となる。

【００１３】その後、アルゴンとネオンの混合ガスなど
所定のガスと水銀を封入し、封止することにより、冷陰
極蛍光管が完成する。

【００１４】前記の方法により電極体３ｂに配置された
電子放射性物質３ｃは、前記出発材料の混合比、加熱す
る温度及び時間により以下に示す種々な混合物状態とな
るものである。その、混合物の状態は、結晶状又はアモ
ルファス状のアルカリ土類金属酸化物の少なくとも１つ
と、結晶状の希土類金属酸化物とからなる混合物、結晶
状又はアモルファス状のアルカリ土類金属酸化物の少な
くとも１つと、結晶状の希土類金属酸化物と、アルカリ
土類金属酸化物と希土類金属酸化物の結晶状又はアモル
ファス状の複合酸化物のいずれかとからなる混合物、結
晶状の希土類金属酸化物と、アルカリ土類金属酸化物と
希土類金属酸化物の結晶状又はアモルファス状の複合酸
化物のいずれかとからなる混合物、アルカリ土類金属酸
化物と希土類金属酸化物の結晶状の複合酸化物などであ
る。

【００１５】前記の複合酸化物は、例えばＢａＬａ_２Ｏ
_４などのＡＢ_２Ｏ_４（Ａはアルカリ土類金属、Ｂは希土
類金属、Ｏは酸素）で表されるものである。この複合酸
化物については、化合物としてＢａＬａ_２Ｏ_４自体で取
り扱いが可能なので、そのまま使用することが可能であ
る。この場合、この複合酸化物はすでに活性化（熱分
解）されたものであるので、前記した有機溶剤を加え、
ニッケルなどの電極体３ｂに塗布し、乾燥させることに
より電子放出用電極３が完成する。又、この複合酸化物
に前記アルカリ金属の炭酸塩又は水酸化物を加える場合
には、活性化が必要となるので当然加熱が必要となる
が、アルカリ金属の炭酸塩又は水酸化物の活性化のみで
あるので、その加熱温度は６００℃程度と比較的低いも
のとなる。

【００１６】上記のような電子放射性物質３ｃの作用は
定かではないが、アルカリ土類金属の酸化物が電子放射
性物質３ｃ内に点在するものとなるため、放電時に飛散
し難くなるものと思われる。そして、以上のような材料
による電子放射性物質３ｃを電極に設けることにより、
電子放出が容易に行なわれるものとなり、この電極を用
いた冷陰極蛍光管を形成すれば、管電圧が低く、発光効
率の高いものとすることができ、更に、電子放射性物質
３ｃの飛散が少なくなり、耐スパッタリング性が良好
で、安定した放電を長期に亘り維持することができるも
のとなる。

【００１７】更に、前記電子放射性物質３ｃ内にアルカ
リ金属又はこの酸化物が含有する場合には、暗黒始動性
の良いものとなる。前記アルカリ金属の中でも特にセシ
ウムが良い特性を示すものとなり、これはセシウムの仕
事関数が低いため、電子が放出され易いものと思われ
る。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の冷陰極蛍光管１の特性につい
て行った試験について説明する。図３は電子放射性物質
を炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）と酸化ランタン（Ｌａ_２
Ｏ _３）を出発材料として生成したものであり、酸化ラン
タンの混合比を１０重量％〜９０重量％の間で変化さ
せ、各混合比のものをニッケル製電極に塗布し活性化し
て、この電極を用い冷陰極蛍光管を構成したときの、管
電圧の時間的変化を測定したものである。なお、この際
の管サイズは内径２ｍｍ、外径２．６ｍｍ、管長１６４
ｍｍ、封入ガスとして、ネオンとアルゴンの混合ガス及
び水銀を９０ｔｏｒｒのガス圧で封入した。そして、こ
の冷陰極蛍光管に７ｍＡの電流を流し過電流加速試験を
行なった。なお、各時間における管電圧の測定は、この
冷陰極蛍光管の定格電流である５ｍＡで行なった。又、
比較として電子放射物質を有さない、ニッケル電極、電
子放射性物質として、炭酸バリウムのみを活性化したも
のを設けたニッケル電極、酸化ランタンのみを設けたニ
ッケル電極を用い、冷陰極蛍光管を形成し、同様の測定
を行った。

【００１９】まず、電子放射性物質を有さないニッケル
電極を用いた冷陰極蛍光管は、管電圧の時間的変化はほ
とんどないものの、管電圧が２２０Ｖと高く電極での消
費電力が高いため、発光効率が悪い。又、炭酸バリウム
を出発材料として形成される電子放射性物質を有する電
極を用いた冷陰極蛍光管は、初期の管電圧は１６０Ｖと
低いものの、点灯時間の経過とともに管電圧が上昇し、
１００時間経過時にはニッケル電極と同等となり、実用
的ではない。更に、酸化ランタンからなる電子放射性物
質を有する電極を用いた冷陰極蛍光管は、管電圧の時間
経過による上昇は少ないものの、管電圧が２１０Ｖ程度
と高く、これも実用的でない。

【００２０】これに対し、本発明による炭酸バリウムと
酸化ランタンを出発材料として形成される電子放射性物
質を有する電極を用いた冷陰極蛍光管は、初期の管電圧
がいずれも１９０Ｖ以下であり、１００時間経過時にお
いても管電圧は２００Ｖ以下である。特に酸化ランタン
の混合比が３０重量％〜９０重量％では、５００時間経
過時においても２００Ｖ以下であり、更に、酸化ランタ
ンの混合比が６０重量％〜８０重量％では、８００時間
経過時でも初期の管電圧とほとんど変わらない１８０Ｖ
以下である。なお、実際にはこの種の冷陰極蛍光管は、
初期の管電圧を安定させるため、定格電流より多い９〜
１２ｍＡ程度の電流を１時間程度流すなどしてエージン
グ処理がなされるものであり、この処理が行なわれた際
の管電圧は、１７０Ｖ以下となり、ニッケル電極と比較
して、５０Ｖ程度低いものとなる。

【００２１】図４は炭酸バリウムと酸化ランタンを出発
材料として形成される電子放射性物質の酸化ランタンの
混合比を７０重量％とし、加熱温度１０００℃、加熱時
間を５秒程度としたときのＸＲＤ（Ｘ線回折）パターン
である。図から酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）と、酸化バ
リウムと酸化ランタンの複合酸化物（ＢａＬａ_２Ｏ_４）
のピークが確認でき、これらが結晶状態で存在するもの
と考えられる。

【００２２】又、図５は加熱温度のみ９００℃とし、他
は前記と同じ条件で行った際のＸＲＤパターンである。
図から酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）のピークのみ確認で
きる。そこで、この膜のＥＰＭＡ(電子探針微小部分分
析)での半定量分析を行った結果、出発材料の組成比に
近い量のＢａを検出した。従って、酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）の大部分はアモルファス状態で存在し、酸化ランタ
ン（Ｌａ_２Ｏ_３）は結晶状態で存在するものと考えられ
る。

【００２３】つぎに、上記の加熱温度を変えたそれぞれ
の電子放射性物質を有する電子放出用電極を用い冷陰極
蛍光管を構成し、管特性をそれぞれ調べたところ、管電
圧及び管電圧の時間的変化はともに大差はなく、管電圧
が低く、時間的変化の少ない理想的なものであった。

【００２４】更に、他の実施例として、上記の炭酸バリ
ウムと酸化ランタンを出発材料として形成される電子放
射性物質の酸化ランタンの混合比を７０重量％としたも
のに、前記出発材料１０ｇに対しアルカリ金属の炭酸塩
（炭酸セシウムＣｓ_２ＣＯ_３）を０〜３ｇの種々な割合
で含有し、電子放射性物質を形成してこれを有する電極
を用いた冷陰極蛍光管を形成した。前記アルカリ金属の
炭酸塩の割合を変えたものをそれぞれ１０本づつ形成
し、暗黒での始動特性を測定した。

【００２５】このとき、炭酸セシウムが０．０００１ｇ
以下の場合には、点灯までに、１．１秒以上かかるもの
が発生し、実用上好ましくないものとなった。又、炭酸
セシウムが２ｇ以上の場合には、点灯までに全て１秒以
内のものとなったが、点灯を続けると管壁に黒化が生
じ、放電に揺れが生じるものであった。そして、炭酸セ
シウムの量が０．０００５ｇ〜２ｇにおいては、点灯ま
でに全て１秒以内となるとともに、管壁の黒化、放電の
揺れが生じないものとなった。従って、この炭酸セシウ
ムの含有量は、出発材料１０ｇに対し０．０００５ｇ〜
２ｇが理想であるものと判断でき、これをモル比で換算
すると、１×１０^−３mol〜１×１０^−５molである。

【００２６】同様な測定を炭酸セシウム以外の材料を上
記の他の材料に変えて行ったところ、炭酸セシウムの理
想的な含有量は、ほぼ同様な数値であった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
用電極及び冷陰極蛍光管は効率が高く、長時間使用して
も、その管電圧が上昇することがなく、低い管電圧を有
し、安定した放電を長期に亘り維持することができる。

【００２８】更に、アルカリ金属を含有することによ
り、暗黒始動性を向上させることができ、管壁の黒化、
放電の揺れが少ないものとすることができるものとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る冷陰極蛍光管の実施形態を示す
断面図である。

【図２】 同じ実施形態の要部の拡大断面図である。

【図３】 本発明及び比較例による冷陰極蛍光管の管電
圧の経時変化を示す特性図である。

【図４】 本発明の実施形態の１つの電子放射性物質の
Ｘ線回折図である。

【図５】 本発明の他の実施形態の１つの電子放射性物
質のＸ線回折図である。

【図６】 従来例を示す断面図である。

【図７】 同じ従来例の要部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ ……冷陰極蛍光管 ２ ……ガラスバルブ ３ ……電子放出用電極 ３ａ……導入線 ３ｂ……電極体 ３ｃ……電子放射性物質 ４ ……蛍光体

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリ土類金属の炭酸塩、硝酸塩又は
   水酸化物のいずれか１つと、希土類金属の酸化物、炭酸
   塩又は硝酸塩のいずれか１つとを出発材料とし、この混
   合物を加熱することにより得られる生成物を電子放射性
   物質として備える電子放出用電極。
2. 【請求項２】 前記出発材料又は生成物に更に、アルカ
   リ金属の炭酸塩又は水酸化物を加えたことを特徴とする
   請求項１に記載の電子放出用電極。
3. 【請求項３】 前記アルカリ金属の炭酸塩は炭酸セシウ
   ム（Ｃｓ_２ＣＯ_３）、アルカリ金属の水酸化物は水酸化
   セシウム（Ｃｓ（ＯＨ）・Ｈ_２Ｏ）であることを特徴と
   する請求項２に記載の電子放出用電極。
4. 【請求項４】 前記アルカリ土類金属の炭酸塩は炭酸バ
   リウム（ＢａＣＯ_３）、アルカリ土類金属の硝酸塩は硝
   酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）、アルカリ土類金属の
   水酸化物は水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）_２・Ｈ_２Ｏ）
   又は（Ｂａ（ＯＨ）_２・８Ｈ_２Ｏ）であり、前記希土類
   金属の酸化物は酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、希土類金
   属の炭酸塩は炭酸ランタン（Ｌａ_２（ＣＯ_３）_３）、希
   土類金属の硝酸塩は硝酸ランタン（Ｌａ_２（Ｎ
   Ｏ_３）_３）であることを特徴とする請求項１〜請求項３
   の何れかに記載の電子放出用電極。
5. 【請求項５】 前記希土類金属が酸化物の場合、混合比
   が３０〜９０重量％であることを特徴とする請求項１〜
   請求項４のいずれかに記載の電子放出用電極。
6. 【請求項６】 前記希土類金属が酸化物の場合、混合比
   が５０〜８０重量％であることを特徴とする請求項１〜
   請求項４のいずれかにに記載の電子放出用電極。
7. 【請求項７】 前記アルカリ土類金属の炭酸塩、硝酸塩
   又は水酸化物、前記希土類金属の酸化物、炭酸塩又は硝
   酸塩の粒径がいずれも５０ｎｍ〜１０μｍであることを
   特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電子
   放出用電極。
8. 【請求項８】 前記加熱する温度は８００℃以上である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載
   の電子放出用電極。
9. 【請求項９】 結晶状又はアモルファス状のアルカリ土
   類金属酸化物の少なくとも１つと、結晶状の希土類金属
   酸化物とからなる混合物を備えることを特徴とする電子
   放出用電極。
10. 【請求項１０】 結晶状又はアモルファス状のアルカリ
    土類金属酸化物の少なくとも１つと、結晶状の希土類金
    属酸化物と、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化
    物の結晶状又はアモルファス状の複合酸化物のいずれか
    １つとからなる混合物を備えることを特徴とする電子放
    出用電極。
11. 【請求項１１】 結晶状の希土類金属酸化物と、アルカ
    リ土類金属酸化物と希土類金属酸化物の結晶状又はアモ
    ルファス状の複合酸化物のいずれか１つとからなる混合
    物を備えることを特徴とする電子放出用電極。
12. 【請求項１２】 アルカリ土類金属酸化物と希土類金属
    酸化物の結晶状の複合酸化物を備えることを特徴とする
    電子放出用電極。
13. 【請求項１３】 前記アルカリ土類金属酸化物と希土類
    金属酸化物の複合酸化物はＡＢ_２Ｏ_４（Ａはアルカリ土
    類金属、Ｂは希土類金属、Ｏは酸素）で表されることを
    特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の
    電子放出用電極。
14. 【請求項１４】 前記電子放出用電極は更に、結晶状又
    はアモルファス状のアルカリ金属又はアルカリ金属の酸
    化物の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項
    ９〜請求項１３のいずれかに記載の電子放出用電極。
15. 【請求項１５】 前記アルカリ金属はセシウム（Ｃ
    ｓ）、アルカリ金属の酸化物は酸化セシウム（Ｃｓ
    _２Ｏ）であることを特徴とする請求項１４に記載の電子
    放出用電極。
16. 【請求項１６】 前記アルカリ土類金属はバリウム（Ｂ
    ａ）であり、前記希土類金属はランタン（Ｌａ）である
    ことを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれかに記
    載の電子放出用電極。
17. 【請求項１７】 前記電子放出用電極を放電電極として
    備えることを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれ
    かに記載の冷陰極蛍光管。