JP4344355B2 - 蛍光管及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光管およびその製造方法に関し、詳しくは、電子放出電極を備えた冷陰極蛍光管及びその製造方法に関する。

一般に、この種の冷陰極蛍光管は、フィラメントを用いた熱陰極型の蛍光管に比較して、電極寿命が長く、小型化が容易であるため、液晶ディスプレイのバックライト等の用途に広く用いられている。冷陰極蛍光管は、一般的に第１３図の符号１００に示すように、内面に蛍光体が塗布された蛍光管管体１０１と、対向する一組の電子放出電極１０２と、電子放出電極１０２に電気的に接続されたリード線１０４とを備え、蛍光管管体１０１内部には、ガスが封入されている。

このような蛍光管に使用される蛍光管管体１０１は、ガラス管によって形成され、電子放出電極１０２は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｒ等、低仕事関数材料によって形成されるのが普通であり、更に、管体１０１に封入されるガスとしては、Ｈｇ−Ａｒ−Ｎｅの混合ガスが通常使用されている。

また、冷陰極蛍光管１００を製造する製造工程には、管体１０１を洗浄する工程が不可欠であるが、従来、管体１０１の洗浄工程では、管体の一方の開口端から他方の開口端に向かって一方向に一定の圧力で、即ち、常圧で洗浄液を流す手法が採用されている。

前述のような構成を備え、前述した手法で製造される冷陰極蛍光管を液晶ディスプレイに使用した場合、液晶ディスプレイの普及と共に、より寿命が長く、しかも、高輝度の冷陰極蛍光管が求められる傾向にある。

高輝度の冷陰極蛍光管を形成するためには、電極部付近に発生する陰極降下電圧を低減することが極めて重要である。更に、陰極降下電圧を低減するために、筒状の電極内部にグロー放電を閉じ込めるホローカソード電極構造が広く採用されてきた。

ホローカソード電極を用いて、陰極降下電圧を更に下げるために、（以下、参考文献１と呼ぶ）に開示されているように、ホローカソード電極内面にＲ_２Ｏ_３型の電子放出材料を塗布し、電極の実効的な仕事関数を減少させ、これにより、陰極降下電圧を低減する手法がある。

しかしながら、特許文献１に示されたように、ホローカソード電極内面に、電子放出材料を塗布しただけでは、電極材料の熱伝導率が悪いため、電子放出物質であるＬａ_２Ｏ_３等が蒸発し、電極寿命が低下してしまっていた。

本発明者等の研究によれば、筒状のホローカソード電極を採用した場合、放電開始時に、筒の開口端部に電界が集中し、これによって、電極がスパッタリングされる現象が観測された。この電界の集中の結果、電極の寿命が短縮されることが判明した。

また、電極に電圧を供給するリード線と電極とは溶接により接合されていたため、接合界面に熱抵抗が発生し、熱伝導が効率良く行われていないことも判明した。更に、封入ガスのうち、希ガス成分として、熱伝導率の悪いＡｒやＮｅを使用していたために、電極からの放熱が効率良く行われず、電極温度が上昇し、電極寿命が低下してしまっていた。

製造工程をも検討すると、製造工程中の管体洗浄工程においては、洗浄液の通水方向が一方向で、しかも、一定の圧力で行われているため、細く長い管体の内部を十分に洗浄することができず、蛍光体の密着不良、むら付きの問題が生じ、これによっても、冷陰極蛍光管の寿命が低下することも分かった。

また、管体内部に残留する水分や酸素が電極寿命を低下させていることもわかった。残留水分は、洗浄後の乾燥方法が問題であることがわかった。残留酸素は管体を封じきる際の排気方法に問題があることがわかった。

洗浄後の乾燥方法では、大気中で管体内部の水分を昇温脱離させていたが、乾燥が終了し、管体を冷却した際に大気成分が管体内部に混入し、大気中の水分が管体内部に再吸着する問題を生じてしまっていた。

封じきりの際の排気方法では、管体が長いため排気中の管体内部に圧力差が生じ、管体内部のガス成分を完全に排気できていないことがわかった。さらに排気ポンプの排気側の成分が管体内部に逆拡散し、酸素が残留する問題を生じてしまっていた。

特許第３１０７７４３号明細書 特許第２８７１４９９号明細書

そこで、本発明の一目的は、電子放出効率を改善することにより発光効率を向上させることができ、長寿命の蛍光管、特に冷陰極蛍光管を提供することにある。

また、本発明のもう一つの目的は、蛍光管の長寿命化および輝度の向上と、輝度の均一化を図ることができる蛍光管の製造方法を提供することにある。

また、本発明の具体的な目的は、蛍光管の製造において、管体の洗浄工程を改善することにある。

また、本発明のもう一つの具体的な目的は、蛍光管の製造において、冷陰極管管体内部の乾燥方法および乾燥装置を改善し、電極寿命を向上することにある。

また、本発明のさらに、もう一つの具体的な目的は、蛍光管の製造において、冷陰極管管体内部ガスの排気方法を改善し、電極寿命を向上させることにある。

前述した目的を達成し、蛍光管、特に、冷陰極蛍光管の寿命を長くするために、本発明の一態様によれば、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選ばれた少なくとも一つの材料とタングステン（Ｗ）とを混合した混合物によって電子放出電極のうち少なくとも先端部を構成し、前記電子放出電極の開口先端部は、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していることを特徴とする蛍光管が得られる。電子放出電極のうち管体に接する部分は、管体との密着性が良くかつ熱伝導性の良い材料（たとえばＷ）によって構成し、その部分には上記選択した材料は添加しなくてもよい。

この電極に電圧を供給するリード線は、電子放出電極のうち少なくともリード線が連なる部分と同一材料によって形成されていることが望ましい。

本発明の他の態様によれば、ホローカソード構造を有する電子放出電極を備えた蛍光管において、前記電子放出電極の開口先端部は、鈍角状または曲線状に形成されていることを特徴とする蛍光管が得られる。この場合、先端部は、丸みを有していても良いし、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していても良いし、双曲線関数以外の曲線によって規定される形状を有していても良いが、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していることが好ましい。さらに、ホローカソードの内面壁内底面と接する部分も直角でなく鈍角または曲線状にすることが好ましい。これは、プラズマはホローカソード内部で発生しているからである。

上記した形状を有する電子放出電極は、少なくともその開口先端部が、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選択された少なくとも一つの材料と、Ｗなどの低抵抗・高熱伝導率・高融点材料との混合物を用いて形成されていることが望ましい。

本発明において、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３が含まれている部分におけるＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の含有割合は重量％で１．０−１０．０％、好ましくは５−７％である。あるいはＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一つは、Ｗに対して、体積比で０．００１から０．０５、更に好ましくは、０．０１から０．１だけ含有するようにされることが好ましい。このように、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一以上を含有したＷで、電子放出電極の全体または少なくとも電子放出部分がほぼ構成されるが、電極製造時の樹脂成分が１体積％以下含まれることがある。

更に、本発明の別の態様によれば、管体内部にガスを封入した蛍光管において、前記ガスは、ＨｅおよびＨ_２のどちらかまたは両方を含んでいることを特徴とする蛍光管が得られる。

本発明の更なる態様によれば、管体内部を洗浄液で満たした状態で洗浄を行う洗浄工程を含む蛍光管の製造方法において、前記洗浄工程では、前記洗浄液を管体内で往復させて洗浄し、前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法が得られる。洗浄は常圧より高い圧力で行うのが好ましい。即ち、管内面に対する洗浄液の圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ^２ （９８ＭＰａ）を超えるようにすることが好ましい。

本発明の更なる態様によれば、管体内部の水分を昇温脱離し乾燥する工程を含む冷陰極蛍光管の製造方法において、前記乾燥工程は乾燥ガスを管体内部に通じながら行い、前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法が得られる。

本発明の更なる様態によれば、管体内部のガスを排気する工程を含む蛍光管の製造方法において、前記排気工程と酸素を含まない乾燥ガスとを管体内に導入する工程とを交互に繰り返すことを行い、前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法が得られる。
即ち、本発明では、管体内部の排気時に、水分パージを行うことを特徴とする工程を含み、ターボ分子ポンプなどの１次ポンプの排気側に設けられたパージポートに乾燥窒素ガスをパージすることが好ましい。

ここで、本発明において、前記蛍光管は、冷陰極蛍光管に用いられることが好ましい。

本発明の冷陰極管管体内部の乾燥方法および乾燥装置によれば、乾燥ガスにより吸着水分を効率よく除去できるため、電極のタングステン成分が残留水分により酸化され蒸発することが抑制され、電極寿命を向上することができる。

また、本発明の冷陰極管管体内部ガスの排気方法によれば、管体内部に残留する酸素を効率よく排気できるため、電極のタングステン成分が残留酸素により酸化され蒸発することが抑制され、電極寿命を向上することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、本発明に係る冷陰極蛍光管１１０は、管体１０１、管体１０１の両端に対向して配置され、第１３図に示された電子放出電極１０２とは異なる断面形状を備えた一対の電子放出電極１０５、各電子放出電極１０２に接続された電極リード線１０４とを有している。管体１０１内には、封入ガス１０３が封入されている。

具体的に説明すると、図示された冷陰極蛍光管１１０の管体１０１はガラスで形成され、電子放出電極１０５を形成する材料は、仕事関数の小さいＬａ_２Ｏ_３を含有する熱伝導率の高いタングステン（Ｗ）によって形成されている。換言すれば、図示された電子放出電極１０５は、Ｌａ_２Ｏ_３とＷとの混合物によって形成されている。このＬａ_２Ｏ_３のＷへの添加は、電極先端部のみに為され、ガラスとの封着部はＷのみとされている。即ち、電子放出に寄与する電極先端部にＬａ_２Ｏ_３などの電子放出性材料を添加し、ガラスなどとの封着部などの電子放出への寄与が必要のない部分においては、Ｗのみとしている。このように、Ｌａ_２Ｏ_３を電極先端部のみとすることが、電極すべてにわたって添加したものよりも、熱伝導率を向上させ、電極における温度上昇を抑制することができるので好ましい。 勿論、電極全体にわたってＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、またはＹ_２Ｏ_３を添加しても差し支えない。その場合は、製造が容易となる。

更に、リード線１０４は当該電子放出電極１０５の少なくともガラス封着部分と一体成型されることによって形成されており、管体１０１内に封入される封入ガス１０３としてＨｇ−ＡｒガスにＨｅを含有した混合ガスが使用された。

封入ガスの組成は、上記のほか、アルゴン、ネオン、ヘリウムの混合ガス（Ａｒ／Ｎｅ／Ｈｅ）又は，アルゴン、ネオン、水素の混合ガス（Ａｒ／Ｎｅ／Ｈ_２）を用い、そのＨｅ又はＨ_２比率はＡｒ／Ｎｅに対して、体積で１〜１０％が好ましい。

水素ガスは、ヘリウムガスと同様、熱伝導度が高いため、温度が蓄積されることがなく、かつプラズマが集中し、ガラス管壁や蛍光体での電子再結合が抑えられるため、水銀の励起効率が改善され、輝度が向上する。また、水素ガスは、蛍光管内雰囲気を還元雰囲気にし、ガラス焼き切り（封止切り）の際に発生する、どうしても避けられない水分による電極の酸化を防ぐ効果がある。

第１図からも明らかな通り、電子放出電極１０５は、ホローカソード構造を有し、開口先端部の角部はグラインディング法により研磨加工して丸められている。

ここで、第２図をも参照すると、断面コ字状のホローカソード構造を有する電子放出電極１０５は、丸め加工された開口先端部１０６を備えている。図示された開口先端部１０６は、双曲線関数によって規定される形状に成形されている。図示された例では、研磨加工後のＡで示される先端形状は、半径ｒが０．１ｍｍの双曲線関数形状に加工されている。

この研磨加工によって得られた電子放出電極１０５に、（以下、参考文献２と呼ぶ）等に記載された方法を適用して冷陰極蛍光管１１０を製造した。この場合、Ｈｇ−Ａｒ及びＨｅの混合ガスが封入ガス１０３として封入された。また、図に示すように、内底面も鈍角または曲面を示すように作られている。

Ｗなどの低抵抗・高熱伝導率・高融点材料に仕事関数の低い電子放出性材料を添加することがこのましい。

下記表１は各種材料の特性を示している。

上記表１からＷには、ＴｈＯ_２，Ｌａ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３を用いることができることが理解できる。具体的には、Ｌａ_２Ｏ_３などの電子放出材料の含有量は、重量％で１〜１０％、好ましくは５〜７％である。この範囲内の含有量においては、電子放出材料からの電子放出によって、電極近傍のプラズマ密度が上昇し、プラズマ電位が減じられる。これによって、プラズマから電極に流入するイオンの照射エネルギーが減少するために、電極のスパッタが生じにくくなる。これによって、電極周辺の管壁の電極材料による黒化を抑制でき、冷陰極管の寿命を向上することができる。Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、またはＹ_２Ｏ_３を添加すれば、電子放出性は良くなるが，Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、またはＹ_２Ｏ_３自体は、電気抵抗が高く、また、熱伝導率が低いため、電極での電圧降下や電子放出材料の蒸発などの問題を発生してしまうため、上記濃度が好ましい。

また、電極の先端は長くなくてもよいことは勿論である。冷陰極管が使用される液晶表示装置などの大型化に伴い、冷陰極管の全長は長くなってきている。冷陰極管の全長に対し、実質的な発光長さを長くするためには、ホローカソード長が短い方が良く、この場合でも、上述の効果を得ることができる。図示した例では、外径１．７ｍｍ、内径１．４ｍｍ（側厚０．３ｍｍ）、長さ４．２ｍｍであるが、その長さをたとえば１．０ｍｍと短くしてもよい。

上記したように、本発明の実施例に係る冷陰極蛍光管のように電子放出電極１０５の材料として、熱伝導率の良いタングステン（Ｗ）と仕事関数の小さいＬａ_２Ｏ_３との混合物を使用することにより、電子放出電極１０５に生じた熱を効率よく蛍光管外部に排出できるため、電子放出材料の蒸発を抑制でき、電極の寿命を長くすることができた。

更に、本実施例に係る冷陰極蛍光管１１０に用いられる電子放出電極１０５は、当該電極１０５と電圧供給用リード線１０４とを一体成形しているため、これによっても、熱伝達効率が向上し、電子放出電極１０５からの電子放出材料の蒸発を抑制できる。

また、電子放出電極１０５の開口先端部を双曲線関数に従う形状にすることによって、点灯時の電界集中によるスパッタリングを抑制でき、これによっても、電極寿命を長くすることができる。より詳細に、第３Ａ図，第３Ｂ図を用いて、双曲線関数について説明する。第３Ａ図，第３Ｂ図を参照すると、本発明者等の調査により、電極１０５周辺部には、双曲線関数形状の等電位面１０７（１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ）が発生することが判明している。電極形状は、この等電位面１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに平行にすることが最も電界集中を緩和でき、電極全面で均一に電子放出を行うことができる。尚、符号１１１は電気力線を示している。従って，電子放出面積を実効的に最大とするためには、電極エッジ部の形状を第３Ｂ図に示すように、双曲線関数形状とすることが好ましい。電極先端部の形状を双曲線関数形状とすることで、電界集中が生じにくいため電極エッジなどを局所的に電流が流れ込み、電極がスパッタされることによる電極周辺の管壁の電極材料による黒化を抑制でき、これにより冷陰極管の寿命を向上させることができる。

更に、また、電子放出電極１０５の開口先端部だけでなく、電子放出電極１０５の底面にも丸みを持たせても良い。この底面における丸みも双曲線関数に従う形状にすることができる。このように、開口先端部或いは底面に双曲線関数に従う形状を持たせた場合、電界の局所的な集中を防止でき、この結果、電極のスパッタリング現象を抑制できる。通常、電極がスパッタリングされると、ガラス管壁に電極材料が付着し、これにＨｇガスが付着して輝度の低下を招くが、本発明の実施例に係る電子放出電極では、スパッタリング現象を抑制できるため、ガラス管壁に電極材料が付着するのを防止でき、この結果、輝度の低下を抑制できる。

次に、本実施例に係る冷陰極蛍光管の封入ガス１０３に、熱容量が大きく、熱伝導率の良いＨｅを混合しているため、放電電流の通路を狭めることができ、この結果、電子が管体１０１の管壁に衝突して吸収されることによる輝度の低下を抑制でき、発光輝度を改善できる。

第４図に示された点灯時間と輝度の変化との関係を用いて、前述した構造の冷陰極蛍光管の寿命と従来の冷陰極蛍光管の寿命とを比較した。曲線Ｃ_１で示すように、従来の冷陰極蛍光管では、点灯時間が１００時間で９０％程度まで輝度が低下し、１０００時間経過すると、輝度は８０％以下となっている。他方、曲線Ｃ_２で示すように、ＷとＬａ_２Ｏ_３とを含む材料によって形成された本発明の電子放出電極１０５を使用した場合、点灯時間が１０００時間経過しても、９０％の輝度を維持している。更に、曲線Ｃ_３で示すように、双曲線関数形状を開口先端部に有し、且つ、ＷとＬａ_２Ｏ_３によって形成された本発明の電子放出電極１０５を使用した場合、点灯時間が１０００時間を経過しても、９５％の輝度を維持している。開口先端部形状を鈍角または一般の曲線状にしても、良好な効果が得られる。

したがって、冷陰極蛍光管の寿命は、電子放出電極にタングステン（Ｗ）を含ませることによって改善され、更に、開口先端部の形状を鈍角または曲線状にすることと併用することによって、更に改善されることが判る。

また、連続点灯消灯試験を行った結果、本発明に係る冷陰極蛍光管では、点灯時に生じるスパッタリングを抑制できるため、従来の冷陰極蛍光管に比較して大幅に寿命を延ばすことができた。

第１図及び第２図に示したリード線１０４一体型の電子放出電極１０５は、成型後に研磨加工することによって双曲線関数形状を得る方法について説明した。電子放出電極１０５の成形は、以下に説明するように、ＭＩＭ(Metal Injection molding)を用いて行うことができる。この場合、まず、Ｌａ_２Ｏ_３を体積比率で３％含むタングステン合金粉末と、樹脂粉末としてスチレンとを重量比率０．５：１で混練し、更に，焼結助剤としてＮｉを微量添加し、ペレット状のタングステン合金ペレットを得た。この場合、タングステン合金粉末のサイズは１μｍ程度とした。このようにして得られたペレットを用いて、電子放出電極１０５の形状に成形した金型を用いて、射出成形（ＭＩＭ）を行った。射出成形温度は射出が可能な温度であり、この例では１５０℃であった。

次に、射出成形によって形成された成形品を水素中で加熱することで脱脂した。この場合の加熱温度は５００℃から徐々に加熱し、９００℃にし、その後、１６００℃で１時間焼成した。焼成後、徐冷し、取り出すことにより、電極を完成した。焼結助剤として添加したＮｉは、ＭＩＭ焼結体の焼結温度を低下させることができる。

上に述べた実施例は、主に電子放出電極１０５の構造及び製作方法について説明したが、冷陰極蛍光管の長寿命化は、冷陰極蛍光管の製造工程のうち、管体１０１の洗浄工程を改良することによっても実現できることが判明した。ここでは、第５図を参照して、本発明に係る冷陰極蛍光管管体１０１内部の洗浄方法及び洗浄装置を説明する。図示された洗浄装置は、複数の管体１０１の両端を支持する一対の管体支持部２０１を備え、洗浄液溜２０２からの洗浄液は洗浄液供給部２０３及び洗浄液供給管２０４を介して、管体支持部２０１に取り付けられた管体１０１内部に供給される。図示された管体支持部２０１内には、超音波照射部２０６が設けられており、管体１０１は、超音波照射部２０６で超音波が照射された状態で、洗浄される。

図示された例では、洗浄液供給部２０３及び洗浄液供給管２０４は、管体支持部２０１の両側に設けられており、このうち、２つの洗浄液供給部２０３は、信号線を介して制御部２０５に接続され、当該制御部２０５の制御にしたがって、洗浄液を送出、吸引する動作を行う。洗浄液供給部２０３は、洗浄液の圧送、吸引する移送ポンプを正逆回転を行う構成を有している。この構成では、制御部２０５の制御のもとに、洗浄液溜２０２からの洗浄液が管体支持部２０１に取り付けられた管体１０１内に、常圧より高い圧力、即ち、管体内面での液圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ^２ （９８ＭＰａ）を超える圧力で供給され、左右方向に往復して、管体１０１内部の洗浄が行なわれる。

この例の場合、管体１０１に洗浄液を０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２ （４９ＭＰａ）の圧送圧力で供給した。尚、圧送圧力は洗浄される管体１０１の機械的強度を保てる範囲であれば、上記した値に限定されない。

第５図に示された洗浄装置２００を用いて、内径４ｍｍ、長さ７０ｃｍの冷陰極蛍光管管体１０１を洗浄し、洗浄前後における管体１０１内部における有機物吸着量を加熱脱離−ガスクロマトグラフ質量分析法で測定した。

第６図を参照すると、洗浄前後における有機物吸着量のスペクトルが示されており、洗浄前はＰｒ１，洗浄後はＰｒ２で示されている．前述した洗浄により、吸着有機物が除去され、十分な洗浄効果が得られていることが判る。このようにして、洗浄した管体１０１内部に蛍光体を塗布した結果、ムラ付き等が抑制され、蛍光体を均一に塗布することができた。

上述の実施例は管体内部の洗浄方法について述べたが、冷陰極蛍光管１１０の寿命は、さらにその後の乾燥方法によっても向上できることがわかった。ここでは、本発明にかかる冷陰極蛍光管管体１０１の乾燥方法および乾燥装置について述べる。

第７図は管体の乾燥装置を表す概略図であり、管体１０１を加熱する加熱ヒーター２０８と管体１０１を支持する管体支持部２１０と、管体支持部２１０を経由し管体１０１内部に乾燥ガスを通じるためのガス供給部２０７とからなる。ガス供給部２０７と管体支持部２１０とは配管２０９を介して接続されている。また、管体支持部２１０は管体１０１内部に乾燥ガスを流せるように接続されている。管体支持部２１０は少なくとも管体１０１の開口の一端を支持すればよい。加熱ヒーター２０８は、管体１０１の内壁に吸着した水分を蒸発させる温度に管体１０１を加熱できればよく、１００℃以上に加熱できることが好ましい。乾燥ガスとしては、乾燥窒素ガス、乾燥清浄空気（高砂熱学製ＣＤＡＳＳ−ｍｉｎｉにより製造）など水分濃度が通常空気に比べ十分に小さいガスを用いればよい。

この乾燥装置２１１を用いて内径４ｍｍ、長さ７０ｃｍの冷陰極蛍光管管体１０１を洗浄し、本装置による乾燥前後での管体内壁への水分吸着量を大気圧イオン化質量分析法（ＡＰＩＭＳ）により分析した。管体加熱温度は２５０℃とし、５０ｃｍ^３／分の流量のＮ_２ガス（残留水分濃度０．２ｐｐｂ）を５分間通じた。乾燥の結果、乾燥前は４×１０^１６分子／ｃｍ^２であった吸着水分が単分子層吸着以下の２×１０^１４分子／ｃｍ^２であった。残留水分濃度が減少することで、電極の酸化による蒸発が抑制でき、電極寿命が向上することがわかった。

上述の乾燥工程のみならず、排気工程における排気方法においても電極寿命を向上できることがわかった。冷陰極蛍光管の排気工程においては管体が長く、また片側が封止されているため、内部に圧力差が生じ排気が十分に行われない問題が生じる。本発明にかかる冷陰極管の製造工程における排気方法について説明する。

本発明の排気方法および排気装置２１２は、第８図に示すように、排気対象の冷陰極管管体１０１、排気ポンプ２１４、排気ポンプ２１４上流に設けられたゲートバルブ２１６、ゲートバルブ２１６の排気ポンプ２１４とは反対側に設けられた第１のパージポート２１７、ゲートバルブ２１６の排気ポンプ２１４側に設けられた第２のパージポート２１８、それぞれのパージポート２１７，２１８に接続された第１及び第２のガス供給部２１９，２２０とで構成される。なお、第１及び第２のパージポートには、バルブ２２１，２２２が夫々設けられている。

第９図に示すように、排気対象の冷陰極管１０１の代わりに、大気圧イオン化質量分析装置（ＡＰＩＭＳ）２２４を接続して酸素濃度を計測した結果を第１０図に示す。第２のパージポート２１８に流す窒素ガスの流量が１０ｃｍ^３／分以上になると酸素濃度が測定下限まで減少することがわかった。

このような排気装置２１２を用いて冷陰極管管体を排気する際の排気方法について次に述べる。本発明の排気方法の効果を計測するために、第１１図に示すように、冷陰極管管体１０１の代わりに内径４ｍｍ長さ７０ｃｍのステンレス配管２２５を接続し、排気側とは反対の末端にＡＰＩＭＳ２２４を接続した。まず第２のパージポートに１００ｃｍ^３／分の流量で乾燥窒素ガスを供給した。次に、ゲートバルブを開いて、管体内部を排気した。続いて、ゲートバルブを閉じ、第１のパージポート２１７に乾燥窒素を供給し、常圧とした。更に、第１のパージポート２１７を閉じ、ゲートバルブ２１６を開き管体１０１内部を排気した。これを繰り返すことで管体１０１の排気を完了した。第１２図に排気回数と残存酸素濃度の関係を示す。排気回数を３回以上とすることで残留酸素濃度が検出限界以下の０．１ｐｐｂまで減少できることがわかった。残留酸素濃度が減少することで、電極の酸化による蒸発が抑制でき、電極寿命が向上することがわかった。

尚、第１図及び第２図に示された例では、開口先端部１０６又は底面の形状は、双曲線関数に従う場合が最も効果的であったが、先端部の角部に丸みを持たせ、または、鈍角とし双曲線関数以外の曲線形状にすることによっても効果があることが判った。また、上記実施例では、電子放出電極として、Ｌａ_２Ｏ_３にＷを混合することによって得られた電極についてのみ説明したが、本発明は何等これに限定されることなく、Ｗに、ＴｈＯ_２或いはＹ_２Ｏ_３またはこれらもしくはこれらとＬａ_２Ｏ_３との混合物を混合しても良いし、熱伝導率の高いＷ以外の材料を混合しても良い。

以上説明したように、本発明によれば、電子放出効率を改善することにより発光効率を向上させることができ、長寿命の冷陰極蛍光管を得ることができる。

更に、本発明では、管体の洗浄工程を改善することによっても、冷陰極蛍光管の長寿命化を実現できる。即ち、本発明においては、熱伝導性の良いタングステンを含む材料によって電子放出電極を構成することによって、電極自身の長寿命化を実現している。また、電子放出電極の少なくとも開口先端部を双曲線関数の形状にするか、角部に丸みを持たせて曲線形状にすることにより、実効電子放出面積を最大にできるため、電子放出効率を向上させることができ、以って、発光効率を改善できる。

一方、本発明においては、封入ガスとして熱伝導率の高いＨｅおよびＨ_２のどちらかまたは両方を使用することにより、電極からの放熱を効率良く行うことができ、冷陰極蛍光管の長寿命化を図ることができる。更に、本発明では、蛍光管管体内部の洗浄工程の際、洗浄液を単一方向のみならず、往復運動させることで、管内の汚染物質に対して効率良く運動エネルギーを与えられるため、洗浄効率を上げ、蛍光体のムラ付き等を抑制し、輝度の向上、輝度の均一化を図ることができる。

本発明の冷陰極管管体内部の乾燥方法および乾燥装置によれば、乾燥ガスにより吸着水分を効率よく除去できるため、電極のタングステン成分が残留水分により酸化され蒸発することが抑制され、電極寿命を向上することができる。

また、本発明の冷陰極管管体内部ガスの排気方法によれば、管体内部に残留する酸素を効率よく排気できるため、電極のタングステン成分が残留酸素により酸化され蒸発することが抑制され、電極寿命を向上することができる。

以上説明したように、本発明に係る蛍光管用陰極は、ＬＣＤのバックライトに用いられる冷陰極蛍光管の陰極としてはもちろん、その他の蛍光管に用いることができる。

第１図は本発明の実施例に係る冷陰極蛍光管を示す断面図である。 第２図は第１図に示された冷陰極蛍光管の電子放出電極をより詳細に説明するための断面図である。 第３Ａ図は通常の形状の冷陰極の電界の集中の状態を示す概略図である。 第３Ｂ図は双曲線関数形状の冷陰極の電界の集中の緩和を示す概略図である。 第４図は本発明に係る冷陰極蛍光管の特性を従来の冷陰極蛍光管の特性と比較して説明するグラフ； 第５図は本発明に係る冷陰極蛍光管の洗浄方法及び洗浄装置を説明するブロック図である。 第６図は第５図に示された洗浄による効果を説明するグラフである。 第７図は本発明に係る乾燥装置を示す概略構成図である。 第８図は本発明に係る排気方法および排気装置を説明するための概略構成図である。 第９図は大気圧イオン化質量分析装置（ＡＰＩＭＳ）を接続して排気を行う場合を説明する図である。 第１０図は第９図による計測結果を示すグラフである。 第１１図はステンレス配管を接続し、排気側とは反対の末端にＡＰＩＭＳを接続して、排気を行う場合を説明する図である。 第１２図は第１１図に示された構成における排気回数と残存酸素濃度の関係を示すグラフである。 第１３図は従来の冷陰極蛍光管を説明する断面図である。

Claims (20)

1. 電子放出電極を備えた冷陰極蛍光管において、前記電子放出電極は、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選択された少なくとも一つの材料と、当該選択された材料より熱伝導率の高い金属との混合物を用いて形成された部分を有し、前記電子放出電極の開口先端部は、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していることを特徴とする蛍光管。
2. 請求項１に記載の蛍光管において、前記熱伝導率の高い金属はタングステン（Ｗ）であることを特徴とする蛍光管。
3. 請求項２に記載の蛍光管において、前記電子放出電極は、当該電極に電圧を供給するリード線と同一材料によって形成されていることを特徴とする蛍光管。
4. 請求項１に記載の蛍光管において、前記電子放出電極のうち管壁に接する部分は前記選択された材料を含まないことを特徴とする蛍光管。
5. ホローカソード構造を有する電子放出電極を備えた冷陰極蛍光管において、前記電子放出電極の開口先端部は、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していることを特徴とする蛍光管。
6. 請求項４又は５の内のいずれか一つに記載の蛍光管において、前記電子放出電極のうち少なくとも開口先端部は、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選択された材料の少なくとも一つと、Ｗとの混合物を用いて形成されていることを特徴とする蛍光管。
7. 請求項１に記載の蛍光管において、前記蛍光管は、管体内部にガスを封入され、前記ガスは、Ｈｅ及びＨ_２の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする蛍光管。
8. 請求項２に記載の蛍光管において、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一つは、Ｗに対して０．００１から０．５の体積比で含有されていることを特徴とする蛍光管。
9. 請求項２に記載の蛍光管において、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一つは、Ｗに対して０．０１から０．１の体積比で含有されていることを特徴とする蛍光管。
10. 請求項１に記載の蛍光管において、前記部分は、前記選択された材料を重量で１〜１０％含むことを特徴とする蛍光管。
11. 請求項１０に記載の蛍光管において、前記部分は、前記選択された材料を重量で５〜７％含むことを特徴とする蛍光管。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか一つに記載の蛍光管において、冷陰極蛍光管に用いられることを特徴とする蛍光管。
13. 蛍光管に使用される電極において、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３からなる群から選択された材料の少なくとも一つと、Ｗとの混合物を用いて形成された部分を有し、前記電極の開口先端部は、実質的に双曲線関数によって規定される形状を有していることを特徴とする蛍光管用電極。
14. 請求項１３に記載の蛍光管用電極において、前記電極は、開口された端部を有するホローカソード構造を備え、前記端部は、鈍角または曲線形状を有していることを特徴とする蛍光管用電極。
15. 管体内部を洗浄液で満たした状態で洗浄を行う洗浄工程を含む蛍光管の製造方法において、前記洗浄工程では、前記洗浄液を常圧より高い圧力で、管体内を往復させて洗浄し、
    前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法。
16. 管体内部の水分を昇温脱離し乾燥する工程を含む冷陰極蛍光管の製造方法において、前記乾燥工程は乾燥ガスを管体内部に通じながら行い、前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法。
17. 請求項１６記載の蛍光管の製造方法において、前記乾燥ガスは窒素ガスもしくは乾燥空気もしくはアルゴンもしくは酸素であることを特徴とする蛍光管の製造方法。
18. 管体内部のガスを排気する工程を含む蛍光管の製造方法において、前記排気工程と酸素を含まない乾燥ガスとを管体内に導入する工程とを交互に繰り返すことを行い、前記蛍光管の製造方法はさらに、前記管体内部に、開口先端部が実質的に双曲線関数によって規定される形状を有している電極を搭載する工程を有することを特徴とする蛍光管の製造方法。
19. 請求項１８に記載の蛍光管の製造方法において、乾燥ガスは窒素ガスもしくはアルゴンガスであることを特徴とする蛍光管の製造方法。
20. 請求項１５乃至１９の内のいずれか一つに記載の蛍光管の製造方法において、前記蛍光管は冷陰極蛍光管に用いられていることを特徴とする蛍光管の製造方法。

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