JP4994989B2 - 冷陰極蛍光放電管用電極合金、その電極合金で形成された冷陰極蛍光放電管用電極及びその電極を備えた冷陰極蛍光放電管 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶のバックライトとして用いられる冷陰極蛍光放電管、その電極およびその電極合金に関する。

液晶装置にはバックライトとして小形の冷陰極蛍光放電管が用いられる。かかる蛍光放電管は、図２に示すように、内壁面に蛍光膜１８が形成され、その内部に放電用ガス（アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気）が封入されたガラス管１１と、そのガラス管１１の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極１２を備えている。前記電極１２は、一端が開放された筒状の管部１３と、この管部１３の他端を閉塞する端板部１４とによって有底筒状（カップ状）に一体的に形成されている。前記端板部１４には前記ガラス管１１の端部を貫通するように封止された棒状の導電体１５の一端が溶接され、この導電体１５の他端にリード線１７が接続されている。

前記電極１２は、従来、純Ｎｉによって形成されていたが、ランプ寿命が比較的短いという問題があった。すなわち、冷陰極蛍光放電管は、点灯の際に電極にイオン等が衝突して電極金属から原子を放出する現象（スパッタリング）が生じる。このスパッタリングによって放出された電極金属の原子は、ガラス管内に封入された水銀と結合し、ガラス管内の水銀蒸気を消耗させる。従来、電極金属を形成するＮｉは、スパッタの際の原子放出量が多い、すなわちスパッタ率が高く、電極や封入された水銀の消耗が大きいため、放電管の寿命が低下しやすいという問題があった。

このため、近年、特開２００２−１１００８５号公報（特許文献１）に記載されているように、電極をスパッタ率の低い、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ又はこれらの合金で形成することが提案されている。また、国際公開ＷＯ２００６／０１１４３１号公報には、電極合金としてＮｉ−２．０〜６．０mass％Ｎｂ合金で形成することが提案されている。

なお、関連技術として、特開平１０−２１８７３号公報（特許文献３）には、冷陰極放電管の電極として純Ｎｉのほか、Ｆｅ−Ｎｉ合金、ステンレス鋼などを用いて形成した電極基体に電子放射性物質層を膜厚を変化させて被覆したものが記載され、また特開平４−２９２８４５号公報（特許文献４）には、冷陰極放電管の電極として純Ｎｉのほか、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を用いることが記載されている。しかし、特許文献３では具体的に電極基体の素材として記載されているのは純Ｎｉのみであり、Ｆｅ−Ｎｉ合金についてはＦｅ量、Ｎｉ量について開示、示唆されるところがない。また特許文献４についても具体的に記載された電極材は純Ｎｉおよび４２％Ｆｅ−６％Ｎｉ−５０％Ｃｏ合金のみであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金については記載されておらず、ましてＮｉ量、Ｃｒ量について開示、示唆するところはない。
特開２００２−１１００８５号公報 国際公開ＷＯ２００６／０１１４３１号公報 特開平１０−２１８７３号公報 特開平４−２９２８４５号公報

しかし、特許文献１に記載されたＮｂ、Ｔａ等の金属は、Ｎｉに比して非常に高価であり、また小形の筒状電極を製造する上で、成形加工性に劣り、製造コストが非常に高くなるという問題がある。一方、特許文献２に記載されたＮｉ−Ｎｂ合金は材料コストや成形加工性が改善されるものの、最近、ＮｉやＮｂなどの金属材料が高騰しており、やはり材料コストが高くなるという問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、純Ｎｉで形成された電極を備えた冷陰極蛍光放電管に比してランプ寿命が長く、経済性に優れ、しかも有底筒状に容易に成形加工することができる冷陰極蛍光放電管用電極合金、同電極合金によって形成された冷陰極蛍光放電管用電極、さらに同電極を備えた冷陰極蛍光放電管を提供することを目的とする。

本発明者は、Ｆｅをベースに種々の量のＮｉ、Ｃｒを添加して耐スパッタ性、放電電圧特性を調べたところ、特定範囲の添加量であれば、むしろ純Ｎｉよりも特性が向上することを知見した。本発明はかかる知見に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明の冷陰極蛍光放電管用電極合金は、mass％（以下、単に「％」と表示する。）で、Ｎｉを３．０〜８．０％又はＣｒを３．０〜８．０％（以下、「Ｎｉ又はＣｒを３．０〜８．０％」と記載する。）含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ−Ｎｉ合金又はＦｅ−Ｃｒ合金（これらをまとめてＦｅ基合金という。）によって形成されたものである。

また、本発明による冷陰極蛍光放電管用電極は、一端が開放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備え、前記管部と端板部とが前記Ｆｅ基合金を用いて一体的に成形されたものである。

また、本発明による冷陰極蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備え、前記電極として上記冷陰極蛍光放電管用電極が用いられたものである。

本発明の冷陰極蛍光放電管用電極合金は、Ｎｉ又はＣｒを３．０〜８．０％含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるので、高価なＮｉ、Ｃｒの使用量が少なくて済み、しかも純Ｎｉよりもスパッタ率が低く、放電によって消耗し難いため、低コストにして使用寿命の長い冷陰極蛍光放電管用電極、その電極を用いた同蛍光放電管を提供することができる。

本発明の冷陰極蛍光放電管用電極合金は、Ｎｉ又はＣｒを３．０〜８．０％含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるＦｅ基合金によって形成されたものである。Ｎｉ、Ｃｒは、スパッタ率（放電時の消耗率）を低下させ、また放電電圧を低下させる作用を有し、さらにＦｅの耐食性、耐酸化性を向上させる効果を併有する。後述の実施例から明らかなように、Ｎｉ又はＣｒが３．０％未満あるいは８．０％超のいずれの場合もこれらの作用が低下するようになり、純Ｎｉに比して電極寿命の向上が過少となる。このため、本発明では、Ｎｉ又はＣｒの下限を３．０％、好ましくは４．０％とし、その上限を８．０％、好ましくは７．０％とする。前記電極合金の成形性、加工性については、純Ｎｉと遜色はなく、カップ状電極への深絞り成形性、インパクト成形性（冷間閉塞鍛造）も良好である。なお、ＮｉとＣｒとを複合添加すると、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒの三元合金となり、スパッタ率や放電電圧が返って上昇するようになる。このため、Ｎｉ、Ｃｒの複合添加は好ましくない。

次に、実施形態にかかる冷陰極蛍光放電管およびその電極について、図１を参照した説明する。この冷陰極蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜８が形成され、放電用ガス（アルゴンガス、ネオンガス等の希ガスおよび水銀蒸気）が封入されたガラス管１と、そのガラス管１の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極２を備えている。前記電極２は、有底筒状の形態を備えており、先に説明したＮｉ又はＣｒを３．０〜８．０％含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるＦｅ基電極合金によって形成される。

前記電極２は、一端が開放された管部３と、この管部３の一端を閉塞する端板部４とがインパクト成形により一体的に成形されたものである。前記端板部４には、給電用の棒状の導電体５と前記管部３とが同心状に配列されるように、前記導電体５の一端が嵌合される導電体位置決め用凹部６が形成されている。前記導電体５は、ガラス管１の端部を内外に貫通するように封止され、ガラス管１の内側の端部が前記凹部６に嵌合され、端板部４との境界外周部においてレーザ溶接、抵抗溶接、ろう付けなどによって溶着されている。前記ガラス管１の外側に位置する、前記導電体５の他端には、給電用のリード線７が接続される。前記導電体５は、ガラス管を形成するガラス材と熱膨張係数が整合あるいはできるだけ近似した導電性金属材、例えばタングステン、モリブデン、コバール（商品名）によって形成される。

前記端板部４の厚さ（導電体５が溶着される部位の厚さｔ）は、前記凹部６を形成するとともに導電体５を端板部４に十分溶着することができるように、前記管部３の管壁の肉厚よりも厚く形成されている。小形の冷陰極蛍光放電管では、電極２の長さは３〜１０mm程度、管部３の肉厚は０．０８〜０．２mm程度に形成され、前記端板部４の厚さｔは前記管部３の肉厚の２〜５倍程度に形成される。なお、端板部４における凹部６の深さは管部３の管壁厚さ以上、好ましくは管壁厚さの２倍以上とするのがよく、また凹部６の底面と管部側内面との肉厚は管壁の肉厚程度以上あればよい。

上記実施形態では、導電体５の位置決め用凹部６が端板部４に一体成形された例を示したが、前記凹部６は必ずしも必要ではなく、図２に示すように、軟化焼鈍された前記Ｆｅ基合金の薄板を有底筒状に深絞り成形したものでもよい。もっとも、前記凹部６を形成することによって、導電体５と電極２の管部３とが同心状に配置されるので、前記導電体５をガラス管１に同心状に封止することによって、電極２とガラス管１とを同心状に容易に配置することができ、放電状態の不均一化を防止することができ、放電の安定性を向上させることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。

表１に示す、種々のＮｉ量、Ｃｒ量を含有し、残部ＦｅからなるＦｅ基合金を溶製し、鋳造した鋳造片を１１００℃に加熱して熱間圧延し、得られた熱延板を窒素および水素の混合ガス（大気圧）中で８００℃で２ｈｒ保持する軟化焼鈍した後、板厚０．１５mmの薄板に冷間圧延した。このようにして製作された試料を用いてスパッタ率を測定した。また、比較のため、同厚の純Ｎｉ薄板を準備し、スパッタ率を測定した。

スパッタ率は以下の要領により測定した。前記Ｆｅ基合金、純Ｎｉの薄板から試験片（１０mm×１０mm）を採取し、試験面を鏡面研磨した。イオンビーム装置（Ｖｅｅｃｏ社製、型式：ＶＥ−７４７）を用いて、前記試験片をターゲットとし、ターゲットと基板との間に電圧（５００Ｖ）を印加し、一定時間（１２０min ）アルゴンイオン（１．３×１０^-6Torr）を試験面に加速衝突させ、スパッタした。スパッタ後の試験片の質量を測定し、下記式(1) からスパッタ前の試験片の質量に対する割合（％）を求め、これをスパッタ率とした。そして、試料No. １の純Ｎｉ薄板のスパッタ率を１００とした場合の各試料の割合を相対スパッタ率として下記式(2) から求めた。得られた相対スパッタ率を表１に併せて示す。
スパッタ率＝（スパッタ後の試料の質量)×100／(スパッタ前の試料の質量）…(1)
相対スパッタ率＝（各試料のスパッタ率)×100／(純Ｎｉ試料のスパッタ率）…(2)

また、各試料の薄板を用いて外径（直径）１．７mmの有底筒状体を深絞り成形し、端板からの長さが５mmとなるように管部を切断して有底円筒状電極を製作し、電極の開口が向き合うように、かつ開口端の間隔が５０mmとなるように一対の電極を対向配置し、導電体を接続してガラス管に封入した。この際、Ａｒガスを８００Ｐａで同時に封入した。このようにして製作した放電管を用いて、６ｍＡの電流で放電させるのに要する放電電圧を測定した。そして、純Ｎｉの電極板の放電電圧を１００とした場合の各試料の放電電圧の割合を相対放電電圧率として下記式(3) から求めた。得られた相対放電電圧率を表１に併せて示す。
相対放電電圧率＝（各試料の放電電圧）×100／（純Ｎｉ試料の放電電圧） …(3)

表１より、発明例の試料合金では、相対スパッタ率が６７〜８２％となっており、純Ｎｉに対して良好なスパッタ低減効果が認められた。さらに、放電電圧も純Ｎｉに対して低下しており、スパッタ率の低下と相まって電極寿命の向上を期待することができる。しかも、Ｎｉ、Ｃｒは多くても８．０％に止まるため、材料コストを大幅に低減することができる。

インパクト成形した有底円筒状電極を備えた冷陰極蛍光放電管の要部断面図である。 深絞り成形した有底円筒状電極を備えた冷陰極蛍光放電管の要部断面図である。

符号の説明

１，１１ ガラス管
２，１２ 電極
３，１３ 管部
４，１４ 端板部
５、１５ 導電体

Claims (3)

1. Ｎｉを３．０〜８．０mass％又はＣｒを３．０〜８．０mass％含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、冷陰極蛍光放電管用電極合金。
2. 一端が開放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備え、前記管部と端板部とが一体的に成形された冷陰極蛍光放電管用電極であって、
   前記冷陰極蛍光放電管用電極が請求項１に記載した電極合金で形成された、冷陰極蛍光放電管用電極。
3. 内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備えた冷陰極蛍光放電管であって、
   前記電極として請求項２に記載された冷陰極蛍光放電管用電極が用いられ、前記電極の端板部の外側に前記給電用導電体が接続された、冷陰極蛍光放電管。

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