JP2009215646A - 冷陰極放電管電極用合金 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来から使用される純Ｎｉと比較して、寿命を向上させ、更に耐スパッタ性を飛躍的に向上することが可能な冷陰極放電管電極用合金を提供する。
【解決手段】 質量％でＡｌを０．３〜８．０％含有し、残部はＦｅ及び不純物でなる冷陰極放電管電極用合金である。また本発明は、前記組成に加えて、電子放出特性改善元素として、質量％で、ＷとＭｏの何れかまたは両方で２０．０％以下を更に含む冷陰極放電管電極用合金であり、前記の電子放出特性改善元素は、１３．０質量％以下のＷを含むことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管の電極用合金に関するものである。

テレビやパソコンに用いられる液晶表示装置（ＬＣＤ）には、照明用のバックライトが組み込まれており、このバックライトの光源には、冷陰極放電管が使用されている。
冷陰極放電管は、例えば、希ガス及び水銀蒸気が充填されたガラス管の内部に、一対の電極が対向して配置され、かつガラス管の内壁に蛍光膜を被覆した構造を有している。一対の電極にはリードの一端が接続され、リードの他端はガラス管の両端から外部に導出される。リードを介して一対の電極間に電圧を印加すると、一方の電極から電子が放出され、ガラス管内の水銀原子に電子が衝突して紫外線を発生する。この紫外線は、ガラス管の内壁に被覆した蛍光膜によって可視光線に変換され、照明としての役割を果たす。

上記の冷陰極放電管の電極（以下、電極と記す。）には、実質的にＭｏのみからなる冷陰極蛍光管用電極が一部に使用されている。実質的にＭｏのみからなる前記冷陰極蛍光管用電極は、管電圧が低くエネルギー効率が良好であるので放電特性に優れている。
また、別の冷陰極蛍光管用電極材料として、薄板形状の素材を深絞り加工等の冷間での塑性加工によってカップ形状に成形した部品を用いる場合が多いことから、軟らかくて塑性加工性に優れ、Ｍｏよりも安価な純Ｎｉの薄板が使用されており、現在のところ、純Ｎｉの冷陰極蛍光管用電極が主流となっている。
純Ｎｉの薄板で構成される電極は、長時間の使用により、電極がスパッタによって消耗して寿命に到る。この電極の寿命は、電極を構成する材料の耐スパッタ性（スパッタによる消耗のし難さ）に依存することから、電極の耐スパッタ性を改善し、電極の寿命を向上することが可能な電極用合金の提案がなされている。
例えば、本発明者による特開２００７−３１８３２号公報（特許文献１）には、質量％でＮｂ：１．０％以上〜６．０％未満、Ｍｏ：３．０〜１５．０％、残部は実質的にＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金を電極として用いる提案を行っている。この提案は、純Ｎｉと比較してスパッタによる消耗が起こり難いＮｂ及びＭｏをＮｉと合金化させたＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金とすることにより、電極の耐スパッタ性を向上させ、更に放電特性も向上させるようとするものである。

特開２００７−３１８３２号公報

上記のＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金の耐スパッタ性は、純Ｎｉと比較して、約２０％程度向上させることができるものである。しかしながら、耐スパッタ性の改善が不十分であるため、残念ながら実用化には至っていない。
本発明の目的は、従来から使用される純Ｎｉと比較して、寿命を向上させ、更に耐スパッタ性を飛躍的に向上することが可能な冷陰極放電管電極用合金を提供することである。

本発明者は、耐スパッタ性を飛躍的に向上させることが可能な元素と共に、寿命(輝度)を向上させる元素とその適正な含有量について鋭意検討した。その結果、ベースとなる金属がＮｉの場合、例えば、液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管に用いられる水銀との反応により、化合物を生成して、寿命を劣化させることから、主成分となる元素は、冷陰極放電管に用いられる水銀との反応を防止することができるＦｅをベースとし、更に耐スパッタ性を向上させるＡｌの添加が有効であることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、質量％でＡｌを０．３〜８．０％含有し、残部はＦｅ及び不純物でなる冷陰極放電管電極用合金である。
また本発明は、上記組成に加えて、電子放出特性改善元素として、質量％で、ＷとＭｏの何れかまたは両方で２０．０％以下を更に含む冷陰極放電管電極用合金である。
上記の電子放出特性改善元素は、１３．０質量％以下のＷを含む冷陰極放電管電極用合金である。

本発明の冷陰極放電管電極用合金は、耐スパッタ性を大幅に向上させ、輝度の低下を抑制することが可能なため、冷陰極放電管の寿命が向上するという効果を奏するものである。

本発明の重要な特徴は電極の特性を維持しつつ、耐スパッタ性を飛躍的に向上できる合金組成にある。以下に本発明の電極用合金における化学成分の規定理由を述べる。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
Ａｌ：０．３〜８．０％
Ａｌは、Ｆｅと合金化することによって耐スパッタ性を向上させる本発明の重要な元素であり、必須で含有する。
本発明において、Ａｌを８．０％以下としたのは、Ａｌが８．０％を超えて含有すると、脆性の金属間化合物（ＦｅＡｌ等）の生成が著しくなり、熱間加工時や冷間加工時に割れが発生しやすく、塑性加工性を劣化させるためである。電極は、薄板形状の素材を深絞り加工等の冷間での塑性加工によってカップ形状等に成形するため、脆性の金属間化合物が過度に析出すると加工が困難となる。そのため、Ａｌの上限を８．０％とした。
なお、金属間化合物の形成を抑制し、加工性を維持しつつ、優れた耐スパッタ性を得るための望ましい上限は７．０％であり、より望ましくは６％、更に望ましくは５．５％である。
また、Ａｌ含有量が少なくなりすぎると、耐スパッタ性向上の効果が期待できなくなる。そのため、Ａｌによる耐スパッタ性向上の効果を確実に得るための下限を０．３％とする。好ましい下限は１．０％であり、更に好ましくは１．５％、更に好ましくは２．０％であり、２．５％以上であれば耐スパッタ性の向上が顕著となり、特に好ましい。

本発明では、更にＷとＭｏの何れかまたは両方で２０．０％以下を含有することができる。
ＷとＭｏは、Ｆｅと合金化することによって電子放出特性を改善できる元素であるが、０．１％未満であると、電子放出特性を改善する効果が得難くなる。また、２０．０％を超える添加は脆性の金属間化合物（Ｆｅ_２ＷやＦｅ_２Ｍｏ等）を生成し加工性を劣化させる。そのため、電子放出特性の改善効果を得つつ、加工性を劣化させない範囲として、ＷとＭｏの何れかまたは両方で２０．０％以下の範囲とした。好ましい下限は０．１％である。
なお、本発明においては、上記のＷまたはＭｏの何れかまたは両方を利用することも可能である。その場合のＭｏとＷの総量の好ましい含有量は、０．５〜１０．０％であり、好ましい上限は５．５％である。また、電子放出特性の改善効果を確実に得るための下限は０．５％であり、更に好ましくは１．０％、更に好ましくは２．０％であり、３．０％以上であれば電子放出特性の改善が顕著となり、特に好ましい。

また、本発明において、Ｍｏの有する電子放出特性向上効果とＷの有する電子放出特性向上効果とを比較すると、Ｗの方が優れているため、ＷまたはＭｏの何れか一方を添加する場合は、Ｗを選択すると良い。
Ｗを利用する場合は、１３．０％以下の範囲がよい。Ｗを１３．０％を超えて含有すると、脆性の金属間化合物（Ｆｅ_２Ｗ等）の生成が著しくなり、塑性加工性が劣化するためである。電極は、薄板形状の素材を深絞り加工等の冷間での塑性加工によってカップ形状にするため、脆性の金属間化合物が過度に析出すると加工が困難となる。よって、Ｗの上限を１３．０％とする。
なお、金属間化合物の形成を抑制しつつ、優れた電子放出特性を得るための望ましい上限は１０．０％であり、好ましくは８％以下、更に好ましくは５．５％以下の範囲である。
また、Ｗ含有量が少なくなりすぎると、純Ｆｅの電子放出特性と同等程度になる。Ｗを添加したときの電子放出特性の改善効果を確実に得るための好ましい下限は０．５％であり、更に好ましくは０．７％を下限とすると良い。０．７％以上であれば電子放出特性の改善が顕著となり、特に好ましい。

残部はＦｅ及び不純物
本発明の電極用合金において、Ｆｅは電極としての基本的な電気特性を得て、且つ優れた加工性を確保するために必要な必須元素である。またＦｅは、例えば、液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管に用いられる水銀との反応を防止し、寿命(輝度)を長く維持する効果がある。そのため、本発明においては、従来から用いられるＮｉではなく、Ｆｅをベースとした。
本発明においては、上記のＡｌと、必要に応じてＷまたはＭｏの何れかまたは両方を添加すること以外は実質的にＦｅである。残部をＦｅ及び不可避的不純物とすることで、十分に優れた耐スパッタ性と優れた放電特性効果を両立することができる。
なお、不純物含有量はできるだけ少ないことが望まれるが、電極用合金の耐スパッタ性と塑性加工性に悪影響を与えない範囲として、それぞれ、以下に示す範囲であれば、含有しても差し支えない。
Ｃ≦０．１０％、Ｍｎ≦１．０％、Ｓｉ≦１．０％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．０５％

真空溶解炉にて溶解、調製し、鋳造後約１０ｋｇのインゴットを得た。このインゴットからブロックを切り出した。
また、比較例としては実質Ｎｉ及び不可避的不純物からなる純Ｎｉと、実質Ｍｏ及び不可避的不純物からなる純Ｍｏを準備した。
このうち、純Ｍｏについては、不可避的不純物を除き実質的にＭｏからなる素材を粉末ＨＩＰ法で製造した。
化学組成を表１に示す。

前記のブロックを１１００℃で熱間鍛造を行い、厚さ２０ｍｍの板材を得た。次に、前記厚さ２０ｍｍの板材をワイヤーカットすることにより、厚さが約１ｍｍの板材を得た後、板材を研磨して酸化スケールを除去し、厚さを１ｍｍに整えた。
次に、酸化スケールを除去した板材に対し、常温での冷間圧延と、水素雰囲気下８００℃の温度での焼鈍とをこの順で繰り返し行うことにより、厚さ０．２ｍｍの薄板材を得た。更に、前記０．２ｍｍの薄板材を、水素雰囲気下８００℃での焼鈍を１０分間行った後に、常温に冷却することにより、冷陰極蛍光管用電極に用いられる電極材料を得た。
次に、前記電極材料から、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの薄板状のスパッタ率及び仕事関数測定用試験片を切り出した。純Ｍｏについては、前記のＨＩＰ法で製造したブロックから縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの薄板状のスパッタ率及び仕事関数測定用試験片を切り出した。
評価用サンプルをＡｒガスによるスパッタリング処理を行い、スパッタリング処理前後の質量変化からスパッタ率を求めた。スパッタ率は純Ｎｉ（Ｎｏ．７）を基準とした。また、スパッタリング後のサンプルを用いて仕事関数の測定も行った。
スパッタ率及び仕事関数の結果を表２に示す。

表２の結果から、本発明合金は純Ｎｉと比較してスパッタ率が小さくなっていることがわかる。中でも、電子放出特性改善元素としてＷを含有するＮｏ．３〜６においてはスパッタ率は特に向上しており、Ｎｏ．８（純Ｍｏ）よりも低くなっており、電極として使用する場合の長寿命化に効果がある事がわかる。
また、Ａｌ単独添加の本発明Ｎｏ．２合金と、電子放出特性改善元素を添加した他の本発明合金とを比較すると、電子放出特性改善元素を含有する本発明合金の方がスパッタ率が改善されているのがわかる。
以上の結果から、本発明合金はスパッタ率の改善、電極の長寿命化に効果があると言える。
また、表２の結果から、本発明合金と、比較例（純Ｎｉ及び純Ｍｏ）とでは仕事関数には大きな差は認められなかった。むしろ、本発明合金Ｎｏ．６のようにＷ、Ａｌの添加量が増えると仕事関数は若干大きくなる傾向も認められるため、電子放出特性改善元素とＡｌの添加量の上限は何れも５．５質量％程度が良いことがわかった。

本発明の電極用合金では、上記の構成により、耐スパッタ性に優れた従来のＮｉをベースとしたＮｉ基合金より優れた耐スパッタ性を確保することができ、輝度を維持することが可能なため、長寿命とすることができる。また、更に脆性の金属間化合物が析出しない範囲でＡｌを含有することで電極への塑性加工が容易となるため、冷陰極放電管の電極用合金として好適である。

本発明の電極用合金は、耐スパッタ性に優れ、輝度を維持することが可能なため、数年以上の長期間に渡って使用される冷陰極放電管の電極用合金として適用できる。例えば、液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管の電極用合金に好適である。

Claims (3)

1. Ａｌを質量％で０．３〜８．０％含有し、残部はＦｅ及び不純物でなることを特徴とする冷陰極放電管電極用合金。
2. 電子放出特性改善元素として、質量％で、ＷとＭｏの何れかまたは両方で２０．０％以下を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電管電極用合金。
3. 電子放出特性改善元素は、質量％で、１３．０％以下のＷであることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極放電管電極用合金。