JP2012028148A - 焼結体複合陰極 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冷陰極管において、ガス枯渇を防止し、金属電極の破壊防止と発熱する熱を抑制できる冷陰極管の電極を提供する。

【解決手段】焼結体複合陰極は、冷陰極管において、カップ状の電極と自由電子を放出する材料を含み、電極の内周面を覆う筒状の焼結体とを備える。また、長さ方向において、焼結体の外端部は、電極の外端部の内面に接触させ、且つ、焼結体の内端部は、電極の内端部よりも内側に位置する。また、焼結体は外周面の径方向に凹部が形成され、電極の外周部に焼結体の凹部に勘合するかしめ部を備える。また、電極と焼結体の内端部にコーティング材を備える。

【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライト等に適用される冷陰極管の電極に関し、特に焼結体複合陰極に関する。

一般的にＴＶモニタ、パソコン等の液晶表示装置のバックライト光源として使用される冷陰極管が知られ、ガラスバルブとリード線と電極ヘッドとを備えた構成とされている。電極ヘッドはカップ状に形成され、電極ヘッドの外端部はリード線と接続され、電極ヘッドの内側は開口されている。このリード線を介して電極ヘッドに電圧が印加される。これにより、電子が電極ヘッドから放出される。放出された電子は、ガラスバルブ内に封入されている水銀と衝突して紫外線を放出する。紫外線はガラスバルブ内面に形成される蛍光体によって、可視光に変換され、外部に照射される。

電極ヘッドから放出された電子はガラスバルブ内に封入されている希ガスにも衝突する。これにより、希ガスはイオン化されて、金属からなる電極ヘッドをスパッタする。この結果、電極ヘッドの周辺部がスパッタされた金属原子により黒化するといった現象が発生する。

この対策として、円筒カップ形状の電極ヘッドの開口部に嵌合させ、通過孔が形成された絶縁性セラミック材の蓋によって、スパッタされた金属原子を捕獲することができる。これにより金属電子による黒化を抑制することが従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図１４）。

特開２００７−５９１９９号公報

近年、冷陰極管は高電流・低ガス圧下での使用が要望されている。これは、冷陰極管の光の強度を高めるためである。これにより、液晶表示装置のバックライトとして使用される場合に、冷陰極管の本数を減らすことができる。しかし、冷陰極管は高電流（例えば、３０ｍＡ〜４０ｍＡ）が流されると、電極で多量の熱が発熱されて、高温（例えば、１５０℃〜４００℃）になる。

しかしながら、従来技術は、スパッタされた金属原子を捕獲するが、強いスパッタリングにより、充填ガスが早期に枯渇し金属電極が破壊するという課題がある。また、発熱した熱が、冷陰極管が設けられる液晶表示装置等の部品に伝導され、熱が伝導された部品が破損するという課題がある。

このため特許文献１の技術等では、冷却装置や発熱を低減できる電極材料等により解決する技術、電極材料に特殊コーティングする技術も提案されている。しかし、このような技術では、装置が大型化または高価になる等の別の問題が生じ、現実的な解決方法とはなっていない。

従って、本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ガス枯渇を防止し、金属電極の破壊防止と発熱する熱を抑制できる冷陰極管の電極を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の焼結体複合陰極は、冷陰極管において、カップ状の電極と自由電子を放出する材料を含み、電極の内周面を覆う筒状の焼結体とを備えることを特徴とする。
また、長さ方向において、焼結体の外端部は、電極の外端部の内面に接触させ、且つ、焼結体の内端部は、電極の内端部よりも内側に位置することを特徴とする。
また、焼結体は外周面の径方向に凹部が形成され、電極の外周部に焼結体の凹部に勘合するかしめ部を備えたことを特徴とする
また、電極と焼結体の内端部にコーティング材を備えることを特徴とする。

本発明は、耐スパッタ性の焼結体を備えているので、スパッタによるガス枯渇を防止し、金属電極の破壊を防止する冷陰極の電極を提供することができる効果を奏する。
また、自由電子放出性の高い焼結体を備えているので、発熱する熱を抑制できる冷陰極管の電極を提供することができる効果を奏する。

本発明の実施例１に係る冷陰極管を示す全体断面図である。 本発明の実施例１に係る電極近傍を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る電極を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る電極を示す断面図である。 本発明の実施例４に係る電極を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下、図面を参照して本発明の実施例１の係る冷陰極管（電極）の構成を説明する。図１は、冷陰極管の全体断面図である。図２は、電極近傍の断面図である。尚、以下の説明において、図１に矢印Ａで示す方向を長さ方向とする。

図１に示すように、実施例１に係る冷陰極管１は、封止管２と、蛍光膜３と、一対のリード線４と、一対の冷陰極１０とを備えている。冷陰極１０は電極５と、焼結体６とから構成され、本発明では焼結体複合陰極としている。

封止管２は、内部を封止するものであり、材質はガラスからなり、円筒状に形成されている。例えば、約５ｍｍの外径、及び、約４ｍｍの内径を有する。封止管２の両端部は、リード線４を突出させて塞がれている。これにより、封止空間１１が、封止管２の内部に形成される。封止空間１１には、アルゴン等の希ガスと、水銀とが封入されている。

蛍光膜３は、封止空間１１で発光された紫外線を可視光に変換するものであり、封止管２の内周面に形成されている。蛍光膜３は、封止管２の長さ方向の中央部に形成されている。

リード線４は、アウター部１２とインナー部１３で構成され、アウター部１２は、インナー部１３を介して、外部の電源と電極５とを接続するためのものである。アウター部１２は、半田付けが容易なニッケルからなり、封止管２の外部に設けられている。また、インナー部１３は、封止されるガラス材料と良好に封着できるタングステンからなり、封止管２と封着されている。インナー部１３の外端部は、抵抗溶接によってアウター部１２と接続され、インナー部１３の内端部は、封止空間１１まで延びる。

電極５は、封止空間１１に電子を放出するものである。電極５は、金属であり、ニッケルからなり、円筒状に形成されている。電極５の長さ方向の内端部７は、開口されている。一方、電極５の長さ方向の外端部は、閉口されている。即ち、電極５は、カップ状に形成されている。電極５は、約３．７ｍｍの外径、約３．２ｍｍの内径、及び、約１２ｍｍの長さを有する。電極５の外端部（閉口部）は、抵抗溶接によってリード線４のインナー部１３と接続されている。これにより、電極５は、リード線４を介して、外部と接続される。

焼結体６は、電極５の内側に嵌められたものであり、円筒状に形成されている。焼結体６の寸法は、電極５の内径よりも約０．２ｍｍ程度小さく、約３．０ｍｍの外径、約１．１ｍｍの内径、及び、約９ｍｍの長さである。焼結体６は、電極５の内周面を全周にわたって覆っている。焼結体６は、長さ方向において、内端部（電極と同様）は、電極５の内端部７（開口部）よりも約１ｍｍから約３ｍｍ程度内側に位置する。長さ方向において、外端部は、電極５の外端部（閉口部）の内面に位置する。焼結体６の材質は、例えば、Ｎｂ（ニオブ）、Ｚｒ（ジルコニウム）からなっている。

次に、上述した実施例１に係る冷陰極管１（冷陰極１０）の動作を説明する。

まず、電圧が、外部電源から冷陰極管１の両端のリード線４とリード線４との間に印加される。これにより、電界が、各リード線４と接続されている封止空間１１に位置する冷陰極１０と冷陰極１０との間に発生する。この結果、電子が、冷陰極１０の電極５から焼結体６を通して放出される。

電子は、電界によって加速されて、封止空間１１の内部を進行する。そして、電子は、封止空間１１の内部に封入されている水銀と衝突する。これにより、紫外線が、照射される。紫外線は、蛍光膜３によって可視光に変換された後、外部へ照射される。

また、電極５、焼結体６から放出された電子は、水銀のみならず、封止空間１１に封入された希ガスにも衝突する。これにより、希ガスは、イオン化されて、電極５をスパッタする。このため、電極５からニッケル原子（電極構成原子）が飛び出すが、焼結体６が内面部に嵌められているため、このニッケル原子のスパッタリング及び飛び出しを抑制できる。

次に、上述した実施例１に係る冷陰極管１（冷陰極１０）の製造方法を説明する。

図２に示すように、リード線４のアウター部１２とインナー部１３とを溶接接合する。次に、インナー部１３の周りに封止ガラスを外嵌させる（図中点線部）。この後、インナー部１３と電極５とを溶接接合する。

次に、焼結体６は、中空円筒状に成形し、材質を、ニオブ８２ｗ％、ジルコニウム１８ｗ％、ステアリン酸はニオブとジルコニウムの合計重量に対し１．５％とする。プッシュプルゲージにて１００ｇから１５０ｇで破壊される程度にプレス成形する。ステアリン酸を６５０度、６時間、Ｎ２雰囲気の蒸発工程にて処理する。ステアリン酸が存在していた個所に穴があく。その後、１０００度、１時間、真空雰囲気の仮焼結工程にて処理する。その後、１７６０度、１時間、真空雰囲気の焼結工程にて処理する。最後にクロム酸セシウムエタノール溶液に焼結体を入れて、電熱器にて煮沸し、エタノールを完全に蒸発させるＣｓ（セシウム）含浸工程にて処理する。これにより多孔焼結体が完成する。

次に、電極５の内周面に焼結体６を嵌めこむ。ここで、焼結体６の外端部が電極５の外端部の内面に接触するまで、焼結体６が電極５に挿入される。これにより、電極５と焼結体６との位置決めが行われる。

次に、封止管２をインナー部１３の周りの封止ガラスの外側に嵌めた状態で、封止ガラスを溶融させる。これにより、封止ガラスが、リード線４と封着されるとともに、封止管２と一体化する。この結果、図１に示す、冷陰極管１が完成する。

次に、上述した実施例１に係る冷陰極管１（冷陰極１０）の効果を説明する。

上述したように実施例１に係る冷陰極管１（冷陰極１０）は、自由電子を放出可能な焼結体６を備えている。焼結体６の嵌めこみ時、焼結体６の筒状外周面は電極５の筒状内面に接触固定された状態となり、プラズマシェルを焼結体６中空内部に形成させることができる。プラズマシェルを焼結体６内に封じ込めることでスパッタによる電極５の短命化を抑制できる。この結果、冷陰極管１（冷陰極１０）を長寿命化することができる。

また、焼結体６から供給された自由電子の寄与分だけ電極５への管内ガススパッタリングが減少し、電極５のスパッタ衝撃による温度上昇を抑制し、陰極降下電圧を下げることができる。

また、焼結体６自体はスパッタ衝撃に強く、希土類酸化物コーティングやセラミクスを応用した他の方法よりもスパッタ物形成が少ないことから、ガス枯渇を抑制することができ、高電流・低ガス条件負荷にも耐えることができる。

また、冷陰極管１（冷陰極１０）では、製造段階において、焼結体６の外端部を電極５の外端部の内面に接触させることによって、焼結体６と電極５とを容易に位置決めすることができる。

以下、本発明の実施例２の係る冷陰極１０の構成を説明する。図３は、電極を示す断面図である。実施例１と共通する部分は省略する。

焼結体６において、凹部８が外周面に形成されている。凹部８は、焼結体６の長さ方向の中央部付近に形成されている。電極５の筒面部を変形させ、焼結体６の凹部８に嵌合されている。

次に、上述した実施例２に係る冷陰極１０の動作は実施例１と同じであるので、省略する。

次に、実施例２による冷陰極１０の製造方法を説明する。

実施例１と同じ工程を経て、予め、凹部８を形成した焼結体６を電極５の内周面に嵌めこむ。

次に、図３に示すように、焼結体６において、外周面に形成された凹部８に、電極５の長さ方向の筒面部の中央部を、リング状又は点打痕状に径方向の中心へと曲げ押し込み、かしめる。これにより、電極５の内面部が変形され、焼結体６の凹部８に嵌合し、かしめ部９が形成される。ここではかしめる工程が増えている。その後の工程は実施例１と同じである。

次に、上述した実施例２による冷陰極１０の効果を説明する。

上述したように実施例２による冷陰極１０は、焼結体６と電極５をかしめにより、結合している。これにより、実施例１の効果の他、熱膨張や振動により結合が緩むことを抑制することができる。この結果、焼結体６が、電極５に強固に固定される。

以上の実施例１、実施例２により、本発明に係る冷陰極管１（冷陰極１０）は、耐スパッタ性の焼結体を備えているので、スパッタによるガス枯渇を防止し、金属電極の破壊を防止する冷陰極の電極とすることが可能である。
また、自由電子放出性の高い焼結体を備えているので、発熱する熱を抑制できる冷陰極管の電極とすることが可能となる。

上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、実施例３として、図４に示すように、電極５の内端部７において、焼結体６の内端部との境目に電極部５内表面及び端部が露出するので、コーティング材１４にて表面を覆うようにするとよい。これは、プラズマ放出エネルギーの金属エッチングを抑制し、電極5の消耗を防止することができる。例えば、コーティング材１４はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはＴｉＣ（チタンカーバイトコーティング）等を使用することができる。

また、実施例４として、図５に示すように、焼結体６の内端部をコーティング材１４にて表面を覆うようにするとよい。これは、焼結体６のエッチングを抑制し、焼結体６の消耗を防止することができる。例えば、コーティング材１４はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはＴｉＣ（チタンカーバイトコーティングト）等を使用することができる。

また、電極５の内周面に焼結体６を嵌めこむ時、熱伝導部材を接合材として使用することができる。接合材を用いた場合には加熱して、乾燥及び熱硬化させる。ここで、熱伝導部材は、乾燥エアまたは窒素エアを導入しつつ乾燥することが好ましい。封止管２の封止後、封止空間１１内に有機物ガスが放出されることを抑制するためである。熱伝導部材は、熱硬化性の樹脂を含む熱伝導性の高い銅・銀ペーストからなり、銅・銀ペーストは、約１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものがよい。

また、封止管２は、約５ｍｍの外径としたが、各種寸法を適宜対応させ、約４ｍｍ、約３．４ｍｍの外径等の封止管にも使用することができる。

また、焼結体６の材質は、ＬａＢ６（六ホウ化ランタン）、ＣｅＢ６（六ホウ化セリウム）等の単体材料の高密度焼結体を使用することができ、Ｎｂ（ニオブ）の他、Ｔａ（タンタル）を使用することができる。

また、上述の各実施例の組み合わせも適応することができる。

１、冷陰極管
２、封止管
３、蛍光膜
４、リード線
５、電極
６、焼結体
７、内端部
８、凹部
９、かしめ部
１０、冷陰極
１１、封止空間
１２、アウター部
１３、インナー部
１４、コーティング材

Claims (4)

1. 冷陰極管において、カップ状の電極と自由電子を放出する材料を含み、前記電極の内周面を覆う筒状の焼結体とを備えることを特徴とする焼結体複合陰極。
   
2. 長さ方向において、前記焼結体の外端部は、前記電極の外端部の内面に接触させ、且つ、前記焼結体の内端部は、前記電極の内端部よりも内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の焼結体複合陰極。
   
3. 前記焼結体は外周面の径方向に凹部が形成され、前記電極の外周部に前記焼結体の前記凹部に勘合するかしめ部を備えたことを特徴とする請求項１，２に記載の焼結体複合陰極。
   
4. 前記電極と前記焼結体の内端部にコーティング材を備えることを特徴とする請求項１，２，３に記載の焼結体複合陰極。

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