JP2008060057A - 冷陰極蛍光ランプ用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプ、及びこのランプ用電極を提供する。
【解決手段】電極は、基材と基材表面に被覆される被覆層から構成される。基材は、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金から選択される1種で形成することで、カップ状といった形状を容易に製造することができる。被覆層は、タングステン又はモリブデンからなる表面層と、基材と表面層との間に存在し、亜鉛合金からなる接合層とを具える。タングステンやモリブデンは、ニッケルや鉄と比較してスパッタリングし難く、仕事関数が小さく、高融点である。接合層を介在することで、表面層と基材とを十分に密着させることができる。このような電極を具える冷陰極蛍光ランプは、輝度の低下や電極の消費などを低減することができるため、高輝度で長寿命である。
【選択図】なし

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプに用いる電極、及びこの電極を具える冷陰極蛍光ランプに関するものである。特に、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプに適した電極に関するものである。

従来、複写機やイメージスキャナなどの原稿照射用光源、パソコンの液晶モニタや液晶テレビなどの液晶ディスプレイのバックライト用光源といった種々の光源に冷陰極蛍光ランプが利用されている。冷陰極蛍光ランプは、代表的には、内壁面に蛍光体層を有し、希ガス及び水銀が封入されるガラス管内に一対の電極を具える。電極は、端部にリード線が溶接され、リード線を介して電圧が印加される。リード線は、代表的には、ガラス管内に固定されるインナーリード線と、管外に配置されるアウターリード線からなる。この蛍光ランプは、両電極間に高電圧を印加して、ガラス管内の電子を電極に衝突させて電極から電子を放出させ(放電させ)、この放電と管内の水銀とを利用して紫外線を放射させ、この紫外線を利用して蛍光体を発光させることで発光する。上記電極は、ニッケルからなるものが代表的である(特許文献1参照)。

特開2005-327485号公報

近年、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプが強く望まれており、このような要求を満たす電極が求められている。

高輝度にするには、電極に流す電流を大きくすることが挙げられる。しかし、電流を大きくすると、スパッタリングなどにより電極の消費が早くなり、寿命が短くなる。また、最近は、省エネ化の事情を考慮して電流を大きくすることを望まない傾向にある。従って、電極自体の特性を改善する必要がある。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、長寿命で高輝度な冷陰極蛍光ランプに適した電極を提供することを主目的とする。また、本発明の他の目的は、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプを提供することにある。

本発明者らは、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプを実現するために電極に必要な特性として、特に、1.イオンスパッタ耐性に優れること、2.仕事関数が小さいこと、3.融点が高いこと、に着目して鋭意検討を行った。

冷陰極蛍光ランプでは、電極の放電により生じた水銀イオンが電極に衝突することで、電極物質がガラス管内に飛散してガラス管の内壁に堆積するスパッタリングという現象が生じる。電極がスパッタリングを生じ易い場合、スパッタリングにより生じた電極物質の堆積物(スパッタリング層)が蛍光体を覆ってしまい、蛍光ランプの輝度が低下する。また、スパッタリングにより電極を消費するため、蛍光ランプの寿命を短くする。従って、スパッタリングを生じ難くすることで、蛍光ランプを高輝度かつ長寿命とすることができる。

一方、固体表面から一つの電子を真空中に取り出すのに必要とする最小のエネルギー、即ち仕事関数が大きい電極は、電子を取り出し難い、即ち放電し難い。電極が放電し難い場合、放出される電子が少ないため、紫外線が十分に放出されず、蛍光ランプの輝度を高くすることが難しい。そのため、仕事関数が大きい電極は、大きな電流を必要とすることからエネルギー効率が悪くなることに加えて、大電流によりスパッタリングを促進して、蛍光ランプの寿命を短くする。従って、仕事関数が小さい電極は、蛍光ランプを高輝度かつ長寿命とすることができる。また、仕事関数が小さい電極は、輝度を高くし易いことから、放電し難い電極と同じ輝度で使用する場合、蛍光ランプの寿命を長くすることができる。

他方、ガラス管内の電子が電極に衝突するときのエネルギーは、10⁷eV程度と非常に大きい。そのため、融点(或いは液相温度)が低い電極は、電子との衝突により原子レベルにおいて溶融し、液化や気化することで十分に放電が行えず、結果として蛍光ランプの輝度が低下する。また、上記液化や気化により電極を消費することで、蛍光ランプの寿命を短くする。従って、融点が高い電極とすることで、電子との衝突による電極の消費を低減し、蛍光ランプを高輝度かつ長寿命とすることができる。

上記1〜3の特性を満たす材料としてタングステンやモリブデンがある。これらタングステンやモリブデンは、冷陰極蛍光ランプの電極の形成材料として検討されている。しかし、タングステンやモリブデンは、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金といった金属と比較して塑性加工性が悪い。例えば、カップ状の電極を量産する場合には、上記ニッケルなどの金属のように塑性加工性に優れる材料を利用することが好ましい。従って、上記1〜3の特性と製造性とを考慮して、本発明電極は、これらの金属を組み合わせて構成する。

具体的には、本発明冷陰極蛍光ランプ用電極は、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金から選択される1種の金属で構成される基材と、基材表面の少なくとも一部に被覆される被覆層とを具え、被覆層の表面側をタングステン又はモリブデンからなる層とする。被覆層のうち、表面側に配置される表面層と基材との間には、亜鉛又は亜鉛合金からなる接合層が存在する。

上述のように本発明電極は、イオンスパッタ耐性に優れ、仕事関数が小さく、高融点であるタングステンやモリブデンといった金属により、電極表面の少なくとも一部を構成する。この構成により、本発明電極は、スパッタリング自体を低減すると共に、スパッタリングによる電極の消費や電子衝突時の溶融による電極の消費を低減する。また、本発明電極は、仕事関数が小さい表面層から電子を放出し易く、十分な放電が可能である。更に、本発明電極は、接合層を存在させることで、タングステンやモリブデンからなる表面層と基材とを密着させることができ、上述した表面層の効果を十分に奏することができる。かつ、本発明電極は、塑性加工性に優れるニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金といった材料で基材を構成するため、製造性に優れる。従って、本発明電極を用いることで、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプを効率よく製造することができる。以下、本発明をより詳しく説明する。

本発明電極の基材の形成材料は、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金から選択される1種とする。ニッケル(本発明では、Niと不可避的不純物とからなる純Niとする)は、塑性加工性及び経済性に優れる。純Niに添加元素を添加してなるニッケル合金は、塑性加工性を考慮すると、Niの含有量が高い方が好ましく、95質量％以上が好ましい。ニッケル合金は、Ti,Hf,Zr,V,Fe,Nb,Mo,Mn,W,Sr,Ba,B,Th,Be,Si,Al,Y,及び希土類元素(Yを除く)から選ばれる1種以上の元素を合計で0.001質量％以上5.0質量％以下含有し、残部がNi及び不純物からなるものが挙げられる。上記元素のうち、Be,Si,Al,Y,及び希土類元素(Yを除く)から選ばれる1種以上の元素を合計で0.001質量％以上3.0質量％以下含有し、残部がNi及び不純物からなるニッケル合金としてもよい。特に、Yを含有するニッケル合金は、耐スパッタリング性を高めることができて好ましい。

上記添加元素を含有するニッケル合金は、1.純Niよりも仕事関数が小さいため放電し易い、2.スパッタリングし難い(スパッタリング速度又はエッチングレートが小さい)、3.アマルガムを形成し難い、4.酸化被膜を形成し難いため、放電が阻害され難い、といった様々な利点を有している。そのため、このニッケル合金からなる基材に被覆層を設けた電極は、仮に被覆層が消費されて基材が露出しても、輝度の低下や電極の消費を低減できる。仕事関数やエッチングレートは、上記添加元素の種類や含有量を調整することで変化させることができる。

本発明電極の基材の形成材料には、鉄(Fe)又は鉄合金(Fe合金)も利用できる。ここで、電極に電力を供給するリード線のうち、ガラス管内に固定されるインナーリード線は、一般に、ガラスと熱膨張係数が近い材料から構成される。このような材料として、鉄にコバルト(Co)、ニッケル(Ni)を添加した鉄ニッケルコバルト合金がある。この鉄ニッケルコバルト合金として、例えば、コバールと呼ばれるものがある。その他、インナーリード線の形成材料として、鉄ニッケル合金や鉄ニッケルクロム合金が利用できる。これらの鉄合金は、塑性加工性や切削加工性にも優れる。従って、このような鉄合金でインナーリード線と電極とを一体に形成すれば、両者を別個に作製したり、両者を溶接などにより接合することが不要になり、製造性を向上できる。一方、鉄は、タングステンやモリブデンと比較して、塑性加工性に優れていることに加えて、インナーリード線の形成材料に利用される上記鉄合金に融点が近い。従って、鉄からなる基材は、インナーリード線との接合を溶接によって容易にかつ確実に行うことができる。また、鉄や鉄合金は、比較的安価であり、経済性に優れる。これらのことから、鉄又は鉄合金は、基材の形成材料に好ましい。しかし、鉄又は鉄合金自体は、電子放出性や耐スパッタリング性が悪く、電極の形成に用いても、電極に求められる特性を十分に有することが難しいと考えられる。これに対して、上記被覆層を構成するタングステンやモリブデンといった金属は、鉄や鉄合金と比較して、電子放出性や耐スパッタリング性に優れる。従って、鉄や鉄合金からなる基材に上述した被覆層を設けることで、電子放出性や耐スパッタリング性を向上することができ、このような電極は、蛍光ランプの高輝度化、長寿命化に寄与できると考えられる。

鉄や鉄合金は、炭素(C)の含有量が0.1質量％以下で、Feが99.9質量％以上、残部が不純物からなるいわゆる純鉄や鋼が挙げられる。炭素が0.1質量％超の鋼では、硬くなり、機械加工時に疵や凹凸などが発生し、表面性状に影響を与えるため、好ましくない。鋼以外の鉄合金は、上述のようにガラスの熱膨張係数に近いものが好ましく、このような合金として、Niを含有する鉄ニッケル合金が挙げられる。その他、鉄ニッケル合金に、コバルトを添加した鉄ニッケルコバルト合金、クロムを添加した鉄ニッケルクロム合金が挙げられる。鉄及び鉄合金の具体的な組成を以下に示す。

1. 鉄ニッケル合金:質量％でNi:41〜52％を含有し、残部:Fe及び不純物からなる合金
この合金は、更に、質量％でMn:0.8％以下,Si:0.3％以下を含んでいてもよい。
2. 鉄ニッケルコバルト合金:質量％で、Ni:28〜30％,Co:16〜20％を含有し、残部:Fe及び不純物からなる合金
この合金は、更に、質量％でMn:0.1〜0.5％,Si:0.1〜0.3％を含んでいてもよい。また、この合金は、市販のコバールを利用することができる。
3. 鉄ニッケルクロム合金:質量％で、Ni:41〜46％,Cr:5〜6％を含有し、残部:Fe及び不純物からなる合金
この合金は、更に、Mn:0.25質量％以下を含んでいてもよい。

基材の形状は、種々の形状が利用できる。代表的には、中空の有底筒からなるカップ状や中実の柱状が挙げられる。カップ状の電極は、ホローカソード効果により、スパッタリングをある程度抑制できるため好ましい。柱状の基材は、基材形成材料からなる線状材を所定長に切断することにより形成することができ、製造が容易である。カップ状の基材は、代表的には、上記基材形成材料からなる板状材をプレス加工することにより形成することができる。上記基材形成材料からなる電極本体(被覆層形成前のもの)とインナーリード線とを一体に形成する場合は、基材形成材料からなる線状材を作製し、この線状材の一端に鍛造加工を施すことで、カップ状の電極本体を形成することができる。この線状材の他端に適宜切削加工を施して、インナーリード線の径を調整してもよい。或いは、上記基材形成材料からなる線状材全体に切削加工を施して、カップ状の電極本体と線状のインナーリード線とを一体に形成してもよい。中実の柱状の電極本体と線状のインナーリード線とを一体に形成する場合は、上記線状材の一端を電極本体とし、他端をインナーリード線とすることができる。この線状材の他端に適宜切削加工を施して、インナーリード線の径を調整してもよい。本発明電極は、電極本体とインナーリード線とが一体形成された構成を含むものとする。

上記所定の形状に作製した基材(電極本体)に被覆層を形成することで、本発明電極が得られる。被覆層は、その表面側に具える表面層と、基材側に具える接合層とを具えるように構成する。表面層は、タングステン(W)又はモリブデン(Mo)で構成する。WやMoは、ニッケルや鉄と比較してスパッタリングし難く、仕事関数が小さく、高融点である。そのため、本発明電極を利用することで、高輝度で長寿命な蛍光ランプが得られる。また、WやMoは、ニッケルや鉄よりも仕事関数が小さいことに加えて電気抵抗も小さいため、本発明電極を利用することで、エネルギー効率を向上することができ、省エネ化をも実現する。なお、表面層は、WやMoからなるもの(不可避的不純物を含む)とするが、後述する接合層を構成する亜鉛(Zn)を5質量％以下の範囲で含むことを許容する。

上述のようにWやMoは、優れた特性を有する反面、高硬度であることから、WやMoよりも軟質なニッケルやニッケル合金、鉄や鉄合金からなる基材に密着し難く剥離し易い。そこで、本発明電極では、基材と表面層の双方に対して密着性に優れる層を基材と表面層との間に介在させて、両者を密着させる。

なお、特許文献1には、ニッケル板にモリブデン金属粉末を溶射して圧延し、この圧延板に曲げ加工を行って半円状の電極片を作製し、この電極片を一対組み合わせて円筒の電極を作製することが開示されている。しかし、特許文献1の技術では、モリブデン層の剥離を防止するための構成について考慮されていない。上述のようにWやMoは、ニッケルなどと接合し難いため、特許文献1の電極は、モリブデン層が剥離し易いと考えられる。また、特許文献1の技術では、モリブデン層を形成した板に曲げ加工を行うため、曲げ加工中にモリブデン層が剥離したり、損傷し易いと考えられる。更に、溶射による層は、金属粒子間に微細な空孔が多数存在するため、これらの空孔を伝って水銀蒸気が基材に入り込み、基材表面がアマルガム化することで、この層の密着性が低下し易いと考えられる。これに対して、後述するようにめっき法により被覆層を形成する場合、空孔ができないため、蛍光ランプを長寿命にできると考えられる。また、溶射の場合、カップ状の電極の内周面に成膜し難い。

本発明者らは、接合層の材料として、基材の主成分であるNiやFeと合金化し易い亜鉛(Zn)が好ましいとの知見を得た。そこで、亜鉛合金からなる層を接合層とする。亜鉛合金からなる層は、亜鉛を用いて基材のNiやFeと合金化することで形成したり、亜鉛合金を用いて形成することができる。

亜鉛合金層の形成に亜鉛を用いる場合、Znと基材に起因するNiやFeとが合金化することで、接合層として機能する。従って、少なくとも基材近傍に亜鉛合金層が存在し、この層を接合層として利用することができる。そこで、被覆層は、表面層及び亜鉛合金からなる接合層からなる構成としてもよいし、基材側から順に亜鉛合金からなる接合層、亜鉛層、表面層からなる構成としてもよい。このように接合層は、基材のNiやFeと合金化した部分を含んでもよい。

亜鉛合金層の形成に亜鉛を利用する場合、基材からの拡散作用により亜鉛合金化して形成したり、基材の表面部を亜鉛合金化して形成することが挙げられる。基材の表面部を亜鉛合金化するには、例えば、電解を行うことが挙げられる。このとき、電析したZnが基材の主成分であるNi中やFe中に拡散して亜鉛合金化し、接合層全体が亜鉛合金(ニッケル亜鉛合金,鉄亜鉛合金)となり得る。従って、接合層を構成する亜鉛合金は、意図的に添加元素を含有させるものの他、基材を構成する元素に拡散してなる亜鉛合金、つまり、ニッケル亜鉛合金や鉄亜鉛合金を含むものとする。

接合層を亜鉛合金で形成する場合、Znの含有量は、5質量％以上が好ましく、添加元素は、基材を構成する元素、特に、NiやFeとすると、密着性に優れて好ましい。

表面層及び接合層はいずれも、電気めっき法や化学蒸着法(CVD法)により形成することができる。特に、電気めっき法は、基材がカップ状といった複雑な形状であっても、その表面、特に、カップの内周面においても均一的に被覆層をつくることができて好ましい。また、電気めっき法は、量産性、経済性にも優れる。

これら表面層と接合層とは、それぞれ独立的に形成してもよいし、両層を連続的に形成してもよい。連続的に形成する場合、表面層と接合層とが密着し易く好ましい。

表面層は、その厚さが厚いほど、冷陰極蛍光ランプの高輝度化、長寿命化に貢献することができる。従って、表面層の厚さの上限は設けないが、めっき法により表面層を形成する場合、製造限界は10μm程度であると考えられる。一方、表面層が薄過ぎると、特に、0.05μm未満では、冷陰極蛍光ランプの高輝度化、長寿命化の効果に乏しくなる。従って、表面層は、0.05〜10μm、特に、0.3〜5μmが好ましい。

接合層は、基材と表面層とが十分に密着する程度の厚さを有していればよい。接合層が薄過ぎると、表面層が剥離し易くなり、厚過ぎると、体積膨張により基材表面に割れを生じてしまう。接合層の具体的な厚さは、0.1〜3μm、好ましくは、0.3〜1μmとする。

基材の形状をカップ状とするとき、被覆層は、少なくともカップの内周面、つまり、カップの筒状部分の内周面、及び底部分の内周面の全面を覆うように形成することが好ましい。もちろん、カップの内周面及び外周面の全面を覆うように被覆層を設けてもよい。部分的に被覆層を設ける場合は、被覆層を設けない部分に被覆層が設けられないような対策を行ってから被覆層を形成するとよい。例えば、めっき法で被覆層を形成する場合、基材を部分的にマスキングしたり、擬似電極を利用することが挙げられる。CVD法により被覆層を形成する場合、被覆層を形成するガスの拡散範囲を規制する遮蔽板を利用することが挙げられる。インナーリード線を電極本体と一体に設けた電極とする場合、インナーリード線の表面に被覆層が形成されないように上記マスキングなどを行う。

基材をニッケル合金で形成する場合、基材表面にニッケルを被覆してから被覆層を形成してもよい。つまり、被覆層は、基材側から順に、ニッケル層、接合層、表面層からなる構成としてもよい。ニッケル層を設けることで、接合層の主成分である亜鉛と合金化し易く、基材と表面層との密着性を高められる。ニッケル層は、表面層や接合層と同様にめっき法や化学蒸着法(CVD法)により形成することが挙げられる。

本発明電極は、冷陰極蛍光ランプの電極に利用する。冷陰極蛍光ランプは、内壁面に蛍光体層を有し、内部にアルゴンやキセノンといった希ガス、及び水銀が封入されるガラス管を具え、この管内に本発明電極を配置して構成する。

本発明電極は、イオンスパッタ耐性に優れ、仕事関数が小さく、高融点である材料で被覆層の表面側を構成していることから、冷陰極蛍光ランプの電極に利用した際、輝度の低下や電極の消費を効果的に低減することができる。特に、本発明電極は、接合層を具えることで、上記効果を奏する表面層を基材に密着させることができる。従って、本発明電極を具える本発明冷陰極蛍光ランプは、高輝度で長寿命である。また、本発明電極は、塑性加工性に優れる材料で基材を構成していることから、生産性に優れる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
表1に示す組成の基材の形成材料を用いて、カップ状の電極又は円柱状の電極(いずれも直径φ1.6mm×長さ3.0mm)を作製し、この電極を用いた冷陰極蛍光ランプを作製し、輝度及び寿命を評価した。

カップ状の電極は、以下のように作製する。表1に示す組成の基材の形成材料からなる鋳塊に熱間圧延を施し、得られた圧延板材に熱処理を施した後、表面切削を行う。この表面処理材に冷間圧延及び熱処理を繰り返し行った後、最終熱処理(軟化処理)を施して、板状材(厚さ:0.1mm)を作製する。この板状材を所定の大きさに切断し、得られた板状片に冷間プレス加工を施して、カップ状の基材を作製する。被覆層を有していない電極は、この基材をカップ状の電極とし、被覆層を具える電極は、電気めっき法により、表1に示す組成の接合層及び表面層を形成して、カップ状の電極とする。めっきの手順は、後述する。被覆層の厚さは、めっき時間を調整することで変化させる。

円柱状の電極は、以下のように作製する。表1に示す組成の基材の形成材料からなる鋳塊に熱間圧延を施す。得られた圧延線材に冷間伸線及び熱処理を組み合わせて施した後、最終熱処理(軟化処理)を施して、線状材(線径φ1.6mm)を作製する。この線状材を所定の長さ(3mm)に切断して、円柱状の基材を作製する。被覆層を有していない電極は、この基材を円柱状の電極とし、被覆層を具える電極は、電気めっき法により、表1に示す組成の接合層及び表面層を形成して、円柱状の電極とする。電気めっきの手順は、後述する。被覆層の厚さは、めっき時間により調整する。

＜めっきの手順＞
1.導通の確保
直径φ0.5mmのニッケル線の一端を基材の外周に巻き付け、他端を電源に接続することで、基材に通電できるようにする。

2.脱脂
ニッケル線を巻き付けた状態の基材(以下、この基材を対象基材と呼ぶ)を80℃、10質量％のNaOH水溶液に5分間浸漬して脱脂し、その後十分に水洗する。

3.電解脱脂
次に、10質量％のNaOH水溶液に対象基材を浸漬し、ニッケル線の他端を電源の−極に接続する。また、白金をコートしたチタン板を上記NaOH水溶液に浸漬すると共に、電極の＋極に接続する。この状態で、電流密度を100mA/cm²として3分間通電して電解脱脂を行った後、対象基材を十分に水洗する。

4.酸活性
次に、コケイサンB(株式会社キザイ製活性化剤)を200g/Lで調整した溶液(30℃)に対象基材を3分間浸漬して基材表面の活性化を行った後、対象基材を十分に水洗する。

5.Niめっき(基材がニッケル合金からなる場合のみ行う)
塩化ニッケル6水和物:200g/L、塩酸:100mL/Lのめっき液を調整し、調整しためっき液を用いて対象基材にNiめっきを行う(室温で60秒間)。この工程により、基材表面において、ニッケル線で覆われた部分を除く部分、つまり、柱状の基材の場合、筒状部の外周面及び両端面の外周面、カップ状の基材の場合、筒状部分の外周面、底面の内外周面、及び筒状部分の内周面に厚さ0.5μmのNiめっき皮膜が形成される。めっき後、対象基材を十分に水洗する。

以下の工程6〜8は、露点を-70℃以下に制御したアルゴン雰囲気のグローブボックス内で作業を行う。
6.溶融塩めっき浴の調整
150℃、24hr以上減圧乾燥したZnCl₂とNaClとをモル比で60:40となるように秤量して混合し、これらをアルミナルツボ(株式会社ニッカトー製SSA-Sグレード)内に収容して350℃に昇温して溶解する。次に、表面層がタングステン(W)の場合、0.05mol/kgのWCl₆と、0.05mol/kgのZnOを溶解した塩を上記アルミナルツボに更に添加し、適宜かき混ぜながら1時間程度放置したものをめっき浴とする。一方、表面層がモリブデン(Mo)の場合、0.05mol/kgのMoCl₃と、0.05mol/kgのZnOを溶解した塩を上記アルミナルツボに更に添加し、適宜かき混ぜながら1時間程度放置したものをめっき浴とする。

7.接合層の形成
上記工程6で準備した350℃のめっき浴を用いて、3電解法で電解を行う。工程5までの前処理を施した対象基材を作用極、被覆層がタングステン(W)の場合、対極にタングステン、被覆層がモリブデン(Mo)の場合、対極にモリブデン、参照極に亜鉛を使用し、作用極の電位を20mVvs Zn²⁺/Znとして、30分間電解を行う。この工程により、基材表面においてニッケル線で覆われた部分を除く部分について、表面から深さ0.3μmまでの部分をZnと合金化させる。つまり、基材を構成するNi、Fe、Fe合金、又はめっき皮膜のNiとZnとを合金化し、この合金化部分を接合層とする(厚さ0.3μm)。厚さが0.05μmの接合層の場合、20分間電解を行って接合層を形成する。

8.表面層の形成
<タングステン>
工程7の接合層の形成に引き続き、作用極の電位を60mV vs Zn²⁺/Znとして2時間電解を行うことで、基材表面において、ニッケル線で覆われた部分を除く部分、つまり、柱状の基材の場合、筒状部の外周面及び両端面の外周面、カップ状の基材の場合、筒状部分の外周面、底面の内外周面、及び筒状部分の内周面に厚さ0.5μmのタングステンからなる表面層が形成される。厚さが0.05μmのタングステン層の場合、12分間電解を行い、厚さが2μmのタングステン層の場合、8時間電解を行って表面層を形成する。

<モリブデン>
工程7の接合層の形成に引き続き、作用極の電位を60mV vs Zn²⁺/Znとして1時間電解を行うことで、タングステン層と同様の部分(基材表面においてニッケル線で覆われた部分を除く部分)に厚さ0.5μmのモリブデンからなる表面層が形成される。厚さが0.05μmのモリブデン層の場合、6分間電解を行い、厚さが5μmのモリブデン層の場合、10時間電解を行って表面層を形成する。

9.水洗・乾燥
対象基材をグローブボックスから取り出した後、ニッケル線から被覆層を具える基材を取り外して十分に水洗した後、50℃の恒温槽内で15分乾燥させて、基材と被覆層とを具える電極を得る。作製した電極を表1に示す。

被覆層形成後、表面層の密着状態を調べてみたところ、いずれの電極においても、接合層が基材から剥離することなく、十分に密着されていた。また、被覆層の形成後において基材と表面層との間の組成を調べると、Ni-Zn合金、Fe-Zn合金、Fe-Ni-Zn合金、Fe-Ni-Co-Zn合金が認められ、亜鉛合金からなる接合層が存在することが確認された。

冷陰極蛍光ランプは、以下のように作製する。コバールからなるインナーリード線と銅被覆Ni合金線からなるアウターリード線とを溶接し、インナーリード線を上述のようにして作製した電極の底面又は端面に溶接して接続する。ニッケルやニッケル合金、鉄や鉄合金からなる電極(基材)とコバールからなるインナーリード線とは、融点が同程度或いは比較的近いため、溶接により簡単に接合することができる。インナーリード線の外周にガラスビーズを溶着させて、リード線、電極、ガラスビーズを一体にした電極部材が得られる。このような電極部材を二つ用意する。なお、両リード線及びガラスビーズを装着した状態で基材に被覆層を形成してもよい。

基材の形成材料として、鉄ニッケル合金や鉄ニッケルコバルト合金を利用する場合、基材とインナーリード線とを一体に形成することもできる。この一体物の作製手順を以下に示す。まず、上述した円柱状の電極を作製する場合と同様に線状材を作製し、この線状材を所定の長さ(4mm)に切断する。得られた短尺材の一端側(端面から長手方向に1mmまでの範囲)に冷間鍛造加工を施してカップ状の電極を作製し、他端側に適宜切削加工を施して線状のインナーリード線を作製する。インナーリード線の一端には、アウターリード線を接合する。

一方、内壁面に蛍光体層(本試験ではハロリン酸塩蛍光体層)を有し、両端が開口したガラス管を用意し、開口した管の一端に一方の電極部材を挿入し、ガラスビーズと管の端部とを溶着して、管の一端を封止すると共に、この電極部材を管内に固定する。次に、開口したガラス管の他端から真空引きして希ガス(本試験ではArガス)及び水銀を導入し、他方の電極部材を同様に固定すると共にガラス管を封止する。この手順により、カップ状の電極の場合、一対の電極の開口部が対向配置された冷陰極蛍光ランプ(サンプル)を得る。円筒状の電極の場合、一対の電極の端面が対向配置された冷陰極蛍光ランプ(サンプル)を得る。

作製した各サンプルについて輝度及び寿命は、電極No.1(Niからなるカップ状の電極)を具えるサンプルNo.1の中央輝度(43000cd/m²)及び寿命を100とし、その他の電極を具える各サンプルの輝度及び寿命を相対的に表して評価している。その結果を表2に示す。なお、寿命は、中央輝度が50％になったときとしている。

表2に示すように、被覆層を有する電極を具えるサンプルは、被覆層を有していない電極を具えるサンプルと比較して、高輝度で長寿命である。特に、表面層が厚い電極を具えるサンプルほど、高輝度で長寿命である。このことから、被覆層を具える電極は、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプの実現に貢献すると推測される。

その他、カップ状の電極を具えるサンプルは、円柱状の電極を具えるサンプルよりも高輝度で長寿命である。また、表面層がタングステンからなる電極を具えるサンプルは、表面層がモリブデンからなる電極を具えるサンプルよりも高輝度で長寿命である。基材がNi合金からなる電極を具えるサンプルは、基材がNiからなる電極を具えるサンプルよりも高輝度で長寿命である。Ni合金からなる基材は、基材自体が放電し易く、耐スパッタリング性に優れることから、被覆層が消費された後でも輝度の低下や電極の消費が低減できたため、この基材からなる電極を具えるサンプルは、高輝度で長寿命となったと考えられる。更に、Fe(C:0.025質量％含有)やFe合金で基材を形成した電極を具えるサンプルも高輝度で長寿命である。これは、被覆層が、仕事関数が小さい金属からなることで電子の放出性に優れると共に、耐スパッタリング性に優れるためであると考えられる。

なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、ガラスビーズを用いなくてもよい。

本発明電極は、冷陰極蛍光ランプの電極に好適に利用することができる。本発明冷陰極蛍光ランプは、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用光源、小型ディスプレイのフロントライト用光源、複写機やスキャナなどの原稿照射用光源、複写機のイレイサー用光源といった種々の電気機器の光源として好適に利用することができる。

Claims (3)

1. ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金から選択される1種からなる基材と、基材表面の少なくとも一部に被覆される被覆層を有し、
   被覆層は、タングステン又はモリブデンからなる表面層と、基材と表面層との間に存在し、亜鉛合金からなる接合層とを具えることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極。
2. 基材の形状がカップ状であり、このカップ状の基材の内周面全面に被覆層を具えることを特徴とする請求項1に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
3. 請求項1又は2に記載の電極を具えることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。