JP2011054557A - 冷陰極放電管用電極及びそれを用いた冷陰極放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた耐スパッタ性及び加工性を備えた新規で安価なＦｅ基の合金でなる冷陰極放電管用電極及びそれを用いた冷陰極放電管を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｗ：０．１〜１４．０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる冷陰極放電管用電極である。また、本発明では、上記の冷陰極放電管用電極に、更に質量％で、Ｍｏ：０．１〜７．０％を含有させてもよい。
本発明の冷陰極放電管用電極は、冷陰極放電管に用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷陰極放電管用電極及びそれを用いた冷陰極放電管に関する。

冷陰極放電管には放電管内に蛍光体を塗布してある冷陰極蛍光管が液晶ディスプレイのバックライト用光源等として、広く用いられている。また、蛍光体を塗布していない冷陰極放電管としては、紫外線を放射する殺菌灯等に広く用いられている。
冷陰極放電管は内部にＨｇ蒸気とＡｒ，Ｎｅ等の不活性ガスとが封入されるとともに細径のガラス管と、該ガラス管内の両端に管軸方向に互いに対向させて取り付けられた１対の冷陰極蛍光管用電極とを備える。ここでガラス管内壁面に蛍光体が塗着されたものは冷陰極蛍光管となり、ガラス管内壁面に蛍光体が塗着されていないものは冷陰極紫外線管となる。
冷陰極放電管では、通常、１対の冷陰極放電管用電極間に高電圧を印加することにより電界が発生し、非加熱状態の陰極（冷陰極）から電子が放出される。次いで、この電子がＨｇ原子に衝突することによりＨｇ原子が励起され、該Ｈｇ原子が励起状態から基底状態に遷移するときに紫外線が放出される。冷陰極蛍光管は放出された紫外線が蛍光体に照射することにより該蛍光体から可視光が放出される。

一般に、冷陰極放電管用電極は、薄板形状の電極材料を深絞り加工等の塑性加工により、一方が開口する有底筒状体に成形したものが使用されている。従来、冷陰極放電管用電極として、塑性加工性に優れた実質的にＮｉのみからなるものが広く使用されている。
例えば、冷陰極蛍光管では特開２００８−２０４８０３号として、電極が平均結晶粒子径２５μｍ以下のＮｉまたはＮｉ合金を主成分とする微細組織を有する冷陰極蛍光管が提案されている（特許文献１参照）。また、冷陰極紫外線管用電極として、Ｎｉより形成される電極材料が示されている（例えば、特許文献２参照）

特開２００８−２０４８０３号公報 特開２００１−３３２２１６号公報

ＮｉまたはＮｉ合金は、軟らかくて塑性加工性に優れるという利点がある一方で、高価なＮｉを多量に使用するため、経済的ではなく、また、長時間使用するうちにスパッタによって消耗し、スパッタされたＮｉ原子がガラス管内に封入されたＨｇ原子と反応してＨｇ原子が消耗するため、冷陰極放電管の寿命が短くなるという不都合がある。
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた耐スパッタ性及び加工性を備えた新規で安価な冷陰極放電管用電極及びそれを用いた冷陰極放電管を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために種々の検討を重ね、Ｎｉよりも安価で且つ耐スパッタ性に優れる金属元素として、Ｆｅに着目した。しかし、実質的にＦｅのみからなる冷陰極放電管用電極は、放電特性に課題が残るため、Ｆｅを主成分として種々の合金元素の添加を試みた。
その結果、所定の範囲のＷを含有するＦｅ基合金からなる冷陰極放電管用電極は、実質的にＮｉのみからなる前記冷陰極放電管用電極より優れた放電特性と耐スパッタ性との両立が可能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、Ｗ：０．１〜１４．０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる冷陰極放電管用電極である。
更に本発明は、上記の冷陰極放電管用電極に、更に質量％で、Ｍｏ：０．１〜７．０％を含有する冷陰極放電管用電極である。

本発明によれば、実質的にＮｉのみからなる冷陰極放電管用電極より優れた放電特性と耐スパッタ性との両立が可能である。また、基となる金属をＦｅとしたため、経済的にも有利である。

本実施形態の冷陰極放電管及び冷陰極放電管用電極を示す説明図である。 本発明の冷陰極放電管用電極を備える冷陰極放電管の電流電圧特性を示すグラフである。

本発明の最大の特徴は、新規な化学組成にある。以下に、各元素とその限定理由を述べる。なお、各元素の含有量は質量％である。
まず、Ｆｅを基とした理由から述べる。
本発明において、基となる金属をＦｅとしたのは、冷陰極放電管用電極からのスパッタ粒子と、ガラス管内に封入されたＨｇ原子との反応を抑制し、Ｈｇの消耗を抑制することにより、冷陰極放電管の長寿命化がはかれるためである。
また、Ｆｅを基とすることにより、電極としての基本的な電気特性を得ることができ、且つ優れた塑性加工性を得ることができる。そして、従来から用いられているＮｉと比較して、入手もし易く経済的である。
これらの理由から、本発明ではＦｅを基とした。

本発明では、Ｗを０．１〜１４．０％の範囲で必須で含有する。
本発明において、Ｆｅに０．１〜１４．０％のＷを含有することにより、放電時の管電圧を低下させて電子放出特性を向上させるだけでなく、Ｗを添加したＦｅ基合金とＨｇとの反応をさらに確実に抑制することができる。
また、ＷはＦｅ基合金の発錆を抑制して耐食性を向上させることができるため、０．１％を下限として必須で添加する。
しかし、Ｗを過度に添加すると、脆性の金属間化合物（Ｆｅ_２Ｗ）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の上限を１４．０％とした。

本発明では更にＭｏを７．０％以下の範囲で添加しても良い。
ＭｏはＷと同様に、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。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本発明ではＷを必須としているが、更にＭｏを添加することによりＦｅ基合金の発錆防止させ耐食性をより一層向上させたり、電子放出特性の向上が望める。
しかしながら、７．０％を超える添加は冷陰極放電管用電極用の素材の硬さを高めて加工性が劣化し易くなる。そのため、Ｍｏを添加する場合は、その上限を７．０％とする。より加工性を重んじる場合は、ＷとＭｏとの合計で１０％以下の範囲がよい。

次に、図１を参照しながら本発明の冷陰極放電管用電極を用いた冷陰極放電管についてさらに詳しく説明する。
図１に示す本実施形態の冷陰極放電管１は、液晶ディスプレイのバックライト用光源等に用いられる冷陰極蛍光管を示したものであり、例えば直径３ｍｍのガラス管２と、ガラス管２内の両端に取り付けられた１対の冷陰極蛍光管用電極３とを備える。
ガラス管２は、内壁面にそれ自体周知の蛍光体が塗着されていて、内部にＨｇとＡｒ，Ｎｅ等の不活性ガスとが封入されている。ガラス管２の内壁面にそれ自体周知の蛍光体が塗着されていないのもが冷陰極紫外線管となる。
冷陰極放電管用電極３は、一方が開口する有底筒状体であって、開口部の外径が２．１ｍｍ、肉厚が０．１５ｍｍ、長さが７．０ｍｍとなっている。冷陰極放電管用電極３は、薄板状としてもよいが、前記有底筒状体であることにより、該電極３から電子を放出させ易くすることができる。
１対の各冷陰極放電管用電極３は、前記開口部をガラス管２の軸方向に互いに対向させて、ガラス管２内に取り付けられている。冷陰極放電管用電極３の底部には、コバール線からなり、ガラス管２に封着されてガラス管２の外方に突出する封着ピン４が接続されている。封着ピン４の冷陰極放電管用電極３とは反対側の端部には、ジュメット線からなる外部リード線５が接続されている。また、封着ピン４には、ガラス管２との封着用ガラスビーズ（図示せず）が取り付けられている。

本発明の冷陰極放電管用電極を冷陰極放電管に用いれば、冷陰極放電管用電極の有する、優れた耐スパッタ性の効果により、寿命を向上させた冷陰極放電管とすることができる。

真空溶解にて表１に示す冷陰極放電管用電極用鋼塊を作製した。
なお、表１中に示す「残部」及び「１００」には、製造上、不可避的に混入した不純物も含まれる。また、「−」とするのは無添加である。

上記の冷陰極放電管用電極用鋼塊を１１００℃で熱間鍛造して、厚さ２０ｍｍの熱間鍛造材を得た。この時、Ｎｏ．１１及びＮｏ．１２はＷ含有量が多く、鋼塊に割れを生じたため、その後の試験については実施しなかった。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３及びＮｏ．２１の熱間鍛造材からワイヤカットにて、厚さ１ｍｍの冷間圧延用素材を採取した。冷間圧延用素材表面に形成された酸化膜を機械研磨にて除去し、冷間圧延と焼鈍とを繰返して厚さ０．２ｍｍの冷陰極放電管用電極用素材とした。本発明のＮｏ．１〜Ｎｏ．３及びＮｏ．２１については、塑性加工中に割れ等は発生せず、優れた塑性加工性を有するものであった。なお、焼鈍は、水素雰囲気下で９００℃の温度で実施した。
冷陰極放電管用電極用素材に、水素雰囲気下で９００℃×３分の焼鈍を実施してから、機械的特性と電極特性評価用試験片を切り出して、各種試験を実施した。

機械的特性の評価は、ビッカース硬さ、電気抵抗率及び引張試験を実施した。引張試験はＪＩＳ１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に定められた試験にて実施した。
また、電極特性評価として、スパッタリング特性及び仕事関数を測定した。
スパッタリング特性の評価は、２０ｍｍ（ｗ）×２０ｍｍ（ｌ）×０．２ｍｍ（ｔ）の試験片を作製し、スパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、５．３３×１０−１ＰａのＡｒ雰囲気下、投入電力１５０Ｗの条件で８時間連続スパッタを行った。そして、連続スパッタされた前記試験片の重量減を測定することにより、冷陰極放電管用電極用素材におけるスパッタによる消耗量を測定した。なお、スパッタ率（スパッタ率の値が小さい程、スパッタによる消耗が少なく、耐スパッタ性が優れていることを意味する。）の評価は純Ｎｉ（Ｎｏ．２１）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。
機械的特性及び電極特性の結果を表２に示す。

表２の結果からＮｏ．１〜Ｎｏ．３のスパッタ率は参考例の純Ｎｉ（Ｎｏ．２１）より大幅に減少しており、電極として寿命が長いことを意味している。さらに、仕事関数に関しても純Ｎｉ（Ｎｏ．２１）より低い値を示しており、電子放出特性にも優れていることを確認できた。

次に、本実施例で得られたＷの含有量が全量に対して９．６質量％であり、残部が実質的にＦｅである電極材料から、図１に示した別形状の冷陰極放電管用電極として縦１５ｍｍ、横１．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの薄板状の本実施例の冷陰極放電管用電極３を１対製造した。
次に、本実施例で得られた冷陰極放電管用電極３の性能評価を行うために、内壁面に蛍光体が塗着されていないガラス管の内部に、１対の該電極３を備える冷陰極紫外線管Ａを製造した。

まず、冷陰極紫外線管Ａを製造するために、本実施例で得られた１対の冷陰極放電管用電極３の端部にコバール線からなる封着ピン４を接続し、該封着ピン４の該電極３とは反対側の端部にジュメット線からなる外部リード線５を接続した。封着ピン４には、ガラス管との封着用ガラスビーズ（図示せず）が取り付けられている。
次に、内壁面に蛍光体が塗着されていない直径３ｍｍ、長さ３００ｍｍのガラス管内の両端に、封着ピン４が接続された薄板状の冷陰極放電管用電極３を取り付けた。このとき、１対の冷陰極放電管用電極３は、封着ピン４が接続されていない側の端部が互いに対向するように、軸方向に取り付けられた。
次に、前記ガラス管の内部にＨｇとＡｒガスとＮｅガスとを封入した後に、封着ピン４と該ガラス管とを封着した。このとき、封着ピン４を前記ガラス管の外方に突出させることにより、冷陰極紫外線管Ａを得た。

次に、得られた冷陰極紫外線管Ａについて、１対の前記電極３の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図２に示す。
次に、不可避的不純物を除き実質的にＮｉのみからなる電極材料を用いた以外は、本実施例と全く同一にして、参考例としての冷陰極放電管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極紫外線管Ｂを製造した。得られた冷陰極紫外線管Ｂについて、１対の前記電極の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図２に示す。

図２から、Ｗの含有量が全量に対して９．６質量％であり、残部が実質的にＦｅである本発明の冷陰極放電管用電極３は、実質的にＮｉのみからなる参考例の冷陰極放電管用電極と比較して、管電圧が小さく、放電特性が優れていることが明らかである。

本発明によれば、優れた耐スパッタ性及び加工性を備え、管電圧を低くすることができる冷陰極放電管用電極を得ることが可能である。本発明の冷陰極放電管用電極を用いた冷陰極放電管は、長寿命で安価なものとすることができる。

１．冷陰極放電管、２．ガラス管、３．冷陰極放電管用電極、４．封着ピン、５．外部リード線

Claims (3)

1. 質量％で、Ｗ：０．１〜１４．０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなることを特徴とする冷陰極放電管用電極。
2. 質量％で、Ｍｏ：７．０％以下を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電管用電極。
3. 請求項１または２に記載の冷陰極放電管用電極を用いたことを特徴とする冷陰極放電管。