JP2004355971A

JP2004355971A - 蛍光ランプ用電極とその製造方法および蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2004355971A
Application number: JP2003152874A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Tawa; 靖展多和; Tsunenari Saito; 恒成斎藤; Teruo Yajima; 輝夫矢島; Yuichiro Horie; 裕一郎堀江
Original assignee: Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd
Current assignee: Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】低消費電力かつ長寿命の蛍光ランプ、例えば液晶ディスプレイ用のバックライト等に使われる蛍光ランプを提供する。
【解決手段】金属層（Ａ）の上に溶射法で形成した金属層（Ｂ）とからなり、前記金属層（Ｂ）には必要に応じて希土類元素、六硼化物の粒子の少なくとも一部が表面に露出していることを特徴とする蛍光ランプ用電極であり、好ましくは、前記希土類元素の六硼化物が、六硼化ランタンであり、金属層（Ｂ）はニッケルまたは高融点金属の中に六硼化ランタンが分散しており、金属層（Ａ）はニッケルである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ用のバックライト等に使われる、蛍光ランプに適用される電極、その製造方法、これを用いる蛍光ランプならびに液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から冷陰極蛍光ランプがいろいろな用途で用いられ、最近では液晶ディスプレイ用バックライトへの適用が盛んに検討されている。液晶ディスプレイの装備機器が主にバッテリー駆動であることから、液晶ディスプレイ用バックライトに用いられる冷陰極蛍光ランプに関しては、低消費電力化の要望が強い。その低消費電力を実現するためには発光に寄与しない電極の電圧降下を低減させることが重要である。また、近年ＴＶ用に液晶素子が使われ始めたために、従来よりも長寿命の冷陰極蛍光ランプが望まれている。長寿命化には、スパッタされ難い高融点金属であるＭｏやＮｂ金属が電極の一部に使われている。
【０００３】
長寿命化のための電極材料として高融点金属を使う場合、機械加工が難しく、板材も高価で価格の上昇が避けられないという欠点がある。しかし、Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ等の高融点金属材を使用することで、ランプ点灯中の電極のスパッタリングが抑制され、ランプ内での水銀の消耗量が少なくなることが報告されている（非特許文献１）。ＭｏとＴａ電極では従来のＮｉ電極より水銀の消耗量が約４０％少なくなり、その分ランプ寿命が延びることが期待される。
【０００４】
そこで、冷陰極蛍光ランプの電極損失を低減して高効率化、低消費電力化を図るには、電極として金属に比べて仕事関数が低い、１属から３属の元素を含むエミッター材料を適用することが有効である。また、電極は円筒形状部を備えた構造にすると、ホローカソード効果等の形状による効果により、電極内側から電子放射が行われやすく、陰極電圧降下が低減でき、低消費電力化に有効である。
【０００５】
このようなエミッター材料をディップ方式あるいはスパッタ方式でホロー型陰極電極に塗布し蛍光ランプに適用している事は知られており、このエミッター層を設けた、いわゆるホロー型電極を適用した冷陰極蛍光ランプは、電極降下電圧を従来の棒状金属電極のそれよりも４０Ｖ程度低減でき、その分低消費電力化を達成する事ができることが報告されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
日本照明学会誌Ｖｏｌ．８７，Ｎｏ．１２００３１５頁液晶ディスプレイ冷陰極蛍光ランプの技術動向
【特許文献１】
特開平１０−１４４２５５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１８６６号公報（第３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者が検討した結果、ホロー型電極内面に厚さ均一に、かつ付着強度を強固に、そして所望する場所に、エミッター層を形成する事は容易でなく、形成方法が適切でないと長寿命が達成できなくなったり、うまく形成することができても価格が高くなったりする等の理由で実用化が困難であった。
【０００８】
塑性加工された金属電極に六硼化ランタン（ＬａＢ６）のようなエミッター層を形成する方法として、例えばディップ法が知られているが、この方法は塗布の均一性が乏しくかつ付着強度が弱いため、蛍光ランプ生産工程中に離脱しやすく、また点灯中のイオン衝撃によるエミッター層の脱落があり、依然として問題は解決できない。
【０００９】
また、スパッタ法を適用することで安定したエミッター層は得られるものの、エミッター層を厚くするためには長時間スパッタする必要があり、結果的に高価格となり実用的でない。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされものであり、溶射技術により電極内表面に高融点金属層を生成し、必要に応じて酸化物のマグネシア（ＭｇＯ）あるいは六硼化ランタン（ＬａＢ６）等の仕事関数の低い物質を有するエミッター物質が溶射金属層中に強固に分散していて長寿命を有する電極と、その製造方法を提供することで、最終的には低価格で低消費電力な長寿命の蛍光ランプ、例えば液晶ディスプレイ用のバックライト等に使われる蛍光ランプを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の蛍光ランプ用電極は、金属層（Ａ）と、高融点金属層の金属層（Ｂ）とからなり、必要に応じて金属層（Ｂ）の中には酸化物あるいは希土類元素の六硼化物の低仕事関数物質粒子を分散させ、前記低仕事関数物質粒子の少なくとも一部の粒子表面が金属層（Ｂ）表面に露出している。上記構造は溶射と塑性加工（圧延法）によって容易に安価に作製でき、しかも電子放射物質である酸化物あるいは希土類元素の六硼化物が金属に一様に分散され、より強固に固定されながらも、その一部が表面に露出しているので、素材である薄板（金属層（Ａ））を溶射された材料（金属層（Ｂ））とともに塑性加工しても、金属層（Ｂ）から電子放射物質が脱落することがない。この結果、電極表面で実質的に仕事関数の低い状態下での電子放出が確保されることから、低消費電力かつ長寿命の蛍光ランプを安価に提供できる。
【００１２】
さらに、本発明の蛍光ランプ用電極は、金属層（Ｂ）がニッケルあるいは高融点金属のモリブデン、ニオブ、タンタルそしてタングステンであることが好ましい。特に高融点金属は吸蔵ガスが少なくガス発生が少なく、スパッタされ難いので蛍光ランプの電極材料に適している。
【００１３】
また、本発明の蛍光ランプ用電極は、金属層（Ｂ）に分散させる低仕事関数のエミッター物質として、希土類元素の六硼化物の中でも六硼化ランタン（ＬａＢ６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ６）が好ましい。仕事関数も低くしかも比較的産業上入手しやすいためである。一方、酸化物の場合はマグネシア（ＭｇＯ）、酸化イットリュム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）等が好ましい。金属層（Ｂ）の材料によってはタングステンカーバイド（ＷＣ）やモリブデンカーバイド（ＭｏＣ）も良い。
【００１４】
また、本発明の蛍光ランプ用電極は、金属層（Ａ）はニッケルあるいはニッケル合金であることが好ましい。金属層（Ａ）については、溶射した金属層（Ｂ）を保持するとともに、電極としての機械的形状を保つ必要があるため、上述した蛍光ランプの電極材料として望まれる物性を満たすものが良い。また、金属層（Ｂ）と同材質であれば、金属層（Ａ）と金属層（Ｂ）の密着性が良くなる。
【００１５】
また、本発明の蛍光ランプ用電極は、ホロー型もしくは類似の形状であることが好ましい。電極を対向内側面が開口する円筒形状部を備えた構造にすると、ホローカソード効果等の形状による効果により、電極内側から電子放射が行われやすく、陰極電圧降下が低減でき、低消費電力化できる。
【００１６】
また、本発明は、高融点金属層（Ｂ）を薄板の金属層（Ａ）の上に溶射して形成し、これを圧延し、その後、その薄板を塑性加工で電極形状にすることを特徴とする蛍光ランプ用電極の製造方法である。
【００１７】
必要に応じて低仕事関数物質の酸化物あるいは六硼化物粒子を分散させる方法として、それらのエミッター物質を同時に、独立した溶射装置あるいは同一の溶射装置で溶射することによって金属層（Ｂ）を生成する。しかし、本発明では金属層（Ｂ）の厚さは、最大でも４０μｍ程度と薄いので、高融点金属の使用量は少なく、電極全体の価格はそれほど高くならない。
【００１８】
本発明は、前記の電極を用いてなることを特徴とする蛍光ランプであり、その好ましい実施態様として、ＴＶ用液晶ディスプレイ用のバックライト向けの蛍光ランプもしくはその蛍光ランプをバックライトとして用いたことを特徴とするＴＶ用液晶ディスプレイであることを特徴とする。本発明の前記電極を用いることにより、蛍光ランプおよび液晶ディスプレイは低価格、低消費電力、長寿命が実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電極は、素材である薄板の金属層（Ａ）と高融点金属層（Ｂ）あるいは低仕事関数物質である酸化物あるいは希土類元素の六硼化物の粒子が分散している金属層（Ｂ）とからなり、前記金属層（Ｂ）がホロー型電極の内表面に露出していることを構造上の特徴を有する蛍光ランプ用の電極である。
【００２０】
これは、以下に説明する溶射法と圧延法等の手法を用いて容易に作製でき、しかも電子放射物質である酸化物あるいは希土類元素の六硼化物が金属により強固に固定されながらも、その一部が表面に露出しているので、その素材である薄板をその後塑性加工しても、金属層（Ｂ）が電子放射物質から脱落することがない。この結果、電極表面に、実質的に仕事関数の低い状態での電子放出が確保されることから、低消費電力で長寿命の蛍光ランプを安価に提供できるという特徴がある。
【００２１】
発明者の検討結果に基づけば、金属層（Ｂ）の厚さは２０μｍから４０μｍ程度が好ましい。また、平均粒子径が２０〜３０μｍの溶射材を、プラズマ溶射法で基材金属層（Ａ）に均一に溶射する事で良好な結果が得られた。溶射材の厚さ、基材の厚さなどは目的とする電極の用途、生産数量などにより最適値があり、これらは経験的に決めればよい。
【００２２】
蛍光ランプの電極に望まれる基本物性は、ランプ内の水銀と反応がし難いこと、封入ガスのＡｒとＮｅガスのスパッタ率が小さいこと、仕事関数が低いこと、および電気抵抗が小さいことが望まれる。そのために金属層（Ｂ）の材料はニッケル、モリブデン、ニオブ、タンタルあるいはタングステンが適している。
【００２３】
金属層（Ａ）については、金属層（Ｂ）を保持するとともに、電極としての役割を達成するもので、機械加工性が良く、安価であることが必要で、前項で述べた蛍光ランプの電極材としての望まれる物性を満たすものが良くニッケル金属あるいは鉄系の合金が適している。
【００２４】
本発明の電極の製造方法によれば、金属層（Ａ）に溶射金属層（Ｂ）を形成するには、金属粉末単体あるいは金属粉末と目的とした低仕事関数物質のエミッター材を同時にあるいは順次に溶射し、金属層（Ａ）と溶射金属層（Ｂ）を所定厚さまで圧延等の方法により塑性加工して金属薄板を形成する。さらに、その板材を電極形状に塑性加工することで本発明の電極を得ることができる。塑性加工することにより、金属層（Ａ）と溶射金属層（Ｂ）の密着性が向上するというメリットもある。
【００２５】
以上のようにして高輝度で長寿命の蛍光ランプを安価に提供できる電極を提供できる。
【００２６】
本発明においては、低仕事関数物質を含有する金属層（Ｂ）を溶射で金属層（Ａ）の上に形成する。低仕事関数物質の割合は重量比で数パーセントから２０パーセントであり、材料の組み合わせによってその最適混合割合は変わる。実験から、最適な混合比率を求めることが出来る。
【００２７】
また、本発明は、前記の電極を用いてなることを特徴とする蛍光ランプであり、好ましくは、液晶ディスプレイ用のバックライト向けの蛍光ランプである。本発明になる蛍光ランプについて、図１並びに図２をもって説明する。
【００２８】
図１に示す通り、本発明の蛍光ランプには、内面に蛍光体２が塗布されているガラス管１の両端部に、金属層（Ｂ）を溶射した電極４（以下、ホロー型陰極とも言う）が封じられており、この溶射金属層３は必要に応じてエミッター材を有している。また電極４は、カップ形状の金属層（Ａ）からなる電極構成材の底面部に導入線５が溶接されて形成されており、導入線５はガラスビーズ６を介してガラス管１に封じられている。
【００２９】
ホロー型陰極４の内面に露出された溶射金属層（Ｂ）３の膜厚は約１０から４０μｍ程度であり、陰極の外径は１．７ｍｍで長さは５．０ｍｍ程度が一般的である。ガラス管１の内径は２．０ｍｍで、電極間距離は５０ｍｍ、ガラス管１内にはＡｒガス１０％−Ｎｅガス９０％の混合ガスがガス圧１０ＫＰａで、また水銀（Ｈｇ）５００μｇを封入している。
【００３０】
図２は、前記蛍光ランプに用いられている電極部材部分の拡大図である。ニッケル製のホロー型陰極の内面には、溶射された金属層３があり、必要に応じて仕事関数の小さいエミッター材が分散している。
【００３１】
本発明の蛍光ランプは、上述した通り、ホロー陰極内面に高融点金属Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂが溶射されているので、ランプ点灯中の陰極スパッタが少なく、その分ランプ寿命が長くなる。更に必要に応じて、仕事関数の低い酸化物あるいは希土類元素の六硼化物の粒子が混じっているので、低電圧で放電が起こり、その結果、電極での電圧降下が少なく、したがって、低消費電力を達成することができる。長寿命であるという特徴を有しているので、例えば液晶ディスプレイ用のバックライト等に使われる蛍光ランプもしくはその蛍光ランプをバックライトとして用いたことを特徴とするＴＶ液晶ディスプレイとして好適である。
【００３２】
【実施例】
（実施例及び比較例）
【００３３】
図３に、本発明による電極形成の代表的なフローチャートの概略を示す。
【００３４】
ＳＴＥＰ１で、金属層（Ａ）０．２ｍｍｔの板厚の例えばニッケル材に、モリブデン金属層を溶射で８０μｍ形成する。必要に応じ、同時に六硼化ランタンを１０μｍ程度の厚さで溶射でつける。ＳＴＥＰ２で、溶射した金属板を適切な温度でアニールする。温度と時間は実験的に決めるが、本発明者の経験では８００℃、１０分程度で、機械的歪みと不純ガスを取り除くことが出来た。ＳＴＥＰ３で、アニール後約０．２９ｍｍの板厚の溶射した薄板を、板厚０．１３ｍｍの板材にする。ＳＴＥＰ４で、図２に示すような電極形状に塑性加工し、電極を完成する（ＳＴＥＰ５）。
【００３５】
図４に、前記フローチャートで示された工程で完成した、金属層（Ａ）７と金属層（Ｂ）８からなる溶射材料電極素材板を示す。金属層（Ａ）７の厚さは１００μｍで、金属層（Ｂ）８は約３０μｍになる。金属層（Ｂ）８の表面に電子放射物質のエミッター材９（例えば六硼化ランタン粒子）が約５％程度露出している。
【００３６】
前記電極材料を用いて、従来公知の技術に基づいて、図１に例示される蛍光ランプを作製し、本発明の実施例とした。また、比較例として、本発明の電極部材を用いていない蛍光ランプ（ニッケル電極を使用）も作製し、ランプ寿命を比較した結果、その寿命が１．３倍長くなることが確かめられた。
【００３７】
また、蛍光ランプの効率を表す特性として重要な電極降下電圧を従来のニッケル電極と対比測定した。なお電極降下電圧は蛍光ランプの全長を変化させ、直流電圧を蛍光ランプに印加してランプ電圧を測定し求めた。その結果、従来公知の蛍光ランプが１２０Ｖであるのに対して、本発明の蛍光ランプにおける電圧降下は１００Ｖ〜９０Ｖと約２０％も小さく、低消費電力が達成された。本発明品が優れていることが明白である。
【００３８】
なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内でいろいろな変形を採ることができる。例えば、ガラス管の内径、長さ、電極間距離、陰極の外形、長さ、エミッター層の厚さなども適宜選択できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の電極材料は、電極材料を構成する金属が高融点金属材料であること、また必要に応じて仕事関数の小さい材料を含有させ、電子放出を容易させ、しかも長寿命である特徴を有するので、いろいろな用途向けの蛍光ランプに適用でき、産業上非常に有用である。
【００４０】
本発明の電極の製造方法は、前記特徴ある電極材料が容易に、再現性高く得ることができることから低価格を実現できるため産業上非常に有用である。
【００４１】
本発明の蛍光ランプは、前記特徴ある電極材料を用いているので、電極部での電圧降下が少なく、従って消費電力が少ない特徴を有し、しかも長寿命なので、液晶ディスプレイ用のバックライト等に使われる蛍光ランプ等のいろいろな用途に用いることができ、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蛍光ランプの構造図である。
【図２】本発明に係る電極の構造図である。
【図３】本発明の電極材料を作製する際の主なフローチャート図の一例である。
【図４】本発明の溶射材料電極の素材板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ガラス管、２蛍光体、３溶射金属層（必要に応じてエミッター材を含有する金属層（Ｂ））、４電極（ホロー型陰極）、５導入線、６ガラスビーズ、７電極構成材（金属層（Ａ））、８電極構成材（金属層（Ｂ））、９エミッター材。

Claims

金属層（Ａ）と、溶射された金属層（Ｂ）とからなる蛍光ランプ用電極であって、
前記金属層（Ｂ）の電極表面の全面あるいは一部分に溶射材料が露出していることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
請求項１記載の蛍光ランプ用電極において、
前記溶射材料は、
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）等の純金属、
あるいは前記純金属と酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）、酸化イットリュム（Ｙ２Ｏ３）との混合物、
あるいは前記純金属とタングステンカーバイト（ＷＣ）、モリブデンカーバイト（ＭｏＣ）との混合物、
あるいは前記純金属と希土類元素の六硼化物との混合物、
であることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
請求項１記載の蛍光ランプ用電極において、
前記金属層（Ｂ）が、
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）等の純金属、
あるいは前記純金属と酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）、酸化イットリュム（Ｙ２Ｏ３）との混合物、
あるいは前記純金属とタングステンカーバイト（ＷＣ）、モリブデンカーバイト（ＭｏＣ）との混合物、
あるいは前記純金属と希土類元素の六硼化物との混合物、
からなることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
請求項１〜３いずれか１項記載の蛍光用ランプ電極であって、
金属層（Ａ）がニッケルあるいはニッケル合金あるいは鉄系の合金であることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
請求項１〜４いずれか１項記載の蛍光用ランプ電極であって、
電極形状がホロー型であることを特徴とする蛍光ランプ用電極。
請求項１〜５いずれか１項に記載される蛍光ランプ用電極を用いてなることを特徴とする蛍光ランプ。
請求項６記載の蛍光ランプをバックライトとして用いたことを特徴とする液晶ディスプレイ。
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）等の純金属、
あるいは前記純金属と酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）、酸化イットリュム（Ｙ２Ｏ３）との混合物、
あるいは前記純金属とタングステンカーバイト（ＷＣ）、モリブデンカーバイト（ＭｏＣ）との混合物、
あるいは前記純金属と希土類元素の六硼化物との混合物、
を金属層（Ａ）の上に溶射し、その後金属層（Ａ）および溶射された金属層（Ｂ）を塑性加工することを特徴とする蛍光ランプ用電極材料の製造方法。