JPH09283005A

JPH09283005A - 冷陰極

Info

Publication number: JPH09283005A
Application number: JP11215796A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakamura; 修中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】放電電圧が低く、長寿命の冷陰極を提供す
る。【解決手段】硝酸ランタンをクロム系の電極基板１上
にスピンコートした後、真空中で予備反応工程を行い、
膜厚の比較的厚い材料膜を形成する。その後、電気炉で
酸化ランタンを結晶化させると共に、電極基板１からク
ロムやニッケルからなる金属粒子３を酸化ランタン中に
拡散させる。さらに、還元炉で余分な酸化物を除去する
と共に、さらにクロム、ニッケルを酸化ランタン膜２中
に拡散させる。このようにして作成された冷陰極は、そ
の放電電圧を大幅に低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷陰極に関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、冷電子を放出して発光する冷陰極蛍光管は、液晶表
示装置のバックライトとして用いられていることが知ら
れている。このような冷陰極蛍光管を効率よく発光する
ために管内に封入されるガス組成や管径の最適化等のさ
まざまな手法が講じられてきた。また、このような冷陰
極蛍光管は、低い放電電圧で発光させるためにニッケル
（Ｎｉ）等の低仕事関数元素から構成された電極を用い
ていたが、熱陰極蛍光管に比べまだ消費電力が大きいと
いう問題があった。このニッケル元素は、その仕事関数
が約４．５ｅＶであったが、放電によるスパッタ性があ
り、管壁に付着してしまい、発光寿命を短くしていた。
Ｌａ_1-xＳｒ_xＭｎＯ₃等の電気伝導性を有するランタノ
イド系ペロブスカイト型酸化物を電極材料として用いる
という報告例もあるが、放電電圧、発光寿命の点からま
だ充分ではなかった。

【０００３】また、熱陰極に用いられるようなＲ₂Ｏ₃型
（Ｒは希土類元素、Ｏは酸素元素）の酸化物は絶縁体で
あり、冷陰極蛍光管用電極のような電子放出機構におい
てこのような絶縁体を表面に形成した電極を用いてトン
ネル効果により電極から電子を放出するとすれば、絶縁
体を数十オングストローム程度の低い膜厚に設定しなけ
れば充分放電できないと考えられていた。

【０００４】この発明の課題は、放電電圧が低く、寿命
の長い冷陰極管用電極およびその製造方法を得るにはど
のような手段を講じればよいかという点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
希土類元素を含む絶縁性酸化物中に電気伝導性材料が含
まれている電子放出性膜を有することを特徴としてい
る。請求項１記載の発明では、希土類元素を含む絶縁性
酸化物中に電気伝導性材料が含まれているので電子放出
性膜の膜厚を極めて薄く制御して成膜する必要がなく、
充分に低い印加電圧で電子を放出することができ、ま
た、スパッタ性の低いので、放電寿命が長くすることが
できる。

【０００６】請求項３記載の発明では、前記絶縁性酸化
物が酸化ランタンであることを特徴としている。請求項
３記載の発明によれば、安定した酸化ランタン結晶中に
電気伝導性材料が混在しているので、電圧を印加しても
スパッタを抑制することができ、安定した放電を行うこ
とができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る冷陰極及び
その製造方法の詳細を実施形態に基づいて説明する。こ
の発明は、冷陰極の電極基板の表面に希土類元素の酸化
物でなる膜を形成し、放電電圧の上昇を抑制し、低消費
電力化を図ったものである。本実施形態では、希土類元
素として、ランタン（Ｌａ）を用い、電極基板としてク
ロム系合金（Ｃｒ−Ｎｉ）でなるものを用いて、図１に
示すような手順で冷陰極を形成している。

【０００８】即ち、（１）硝酸ランタン：Ｌａ（ＮＯ₃）・６Ｈ₂Ｏのみ、
または、硝酸マンガン：Ｍｎ（ＮＯ₃）・ｍＨ₂Ｏ、硝酸
コバルト：Ｃｏ（ＮＯ₃）・ｎＨ₂Ｏなどの金属硝酸塩と
硝酸ランタンとの混合物を、水又は有機溶媒（例えば１
メチル−２ピロリドレンなど）に溶解させて材料溶液を
作成する。ここで用いる溶媒としては、次工程での塗布
工程に応じて適当な粘性のものを選択する。（２）次に、Ｃｒ−Ｎｉでなる電極基板を例えばスピ
ンコータにセットし、上記（１）の工程で調製した材料
溶液を例えば１０００〜２０００Åの厚さになるように
スピンコートする。なお、塗布手段は、スピンコータに
限定されない。（３）その後、電極基板に、真空中で常温から３５０
℃に昇温し、３５０℃で３０分程度の加熱処理を施して
材料溶液に予備反応を行わせる。この時点で電極基板上
に材料膜が形成されるが、必要な膜厚（例えば３０００
〜６０００Å）に至らない場合は上記（１）、（２）お
よび（３）の工程を繰り返して必要な膜厚にする。（４）次に、電極基板を電気炉に入れて例えば７００
〜７５０℃で加熱し、電極基板上に絶縁性希土類酸化物
としての酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）を結晶化させると共
に、電極基板からクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）を
酸化ランタン中に拡散させる。（５）その後、電極基板を還元炉に入れ、水素雰囲気
中６００℃〜６５０℃で１０分間加熱し、酸化ランタン
が金属化しない程度に、不必要な酸化物を還元して除去
し、また電極基板からＣｒやＮｉを酸化ランタン中にさ
らに拡散させる。

【０００９】図２は、上記した方法で作成した冷陰極の
断面構造を概念的に示した断面説明図である。同図中、
１はＣｒ−Ｎｉでなる電極基板であり、この電極基板１
の表面に酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）膜２が形成され、こ
の酸化ランタン膜２中にクロムやニッケルからなる金属
粒子３などが酸化ランタン膜２の膜厚方向に拡散して微
細な導電性領域を形成している。このため、酸化ランタ
ン膜２全体では、厚さ方向に電気伝導性を有している。

【００１０】次に、本実施形態の冷陰極を冷陰極蛍光管
に適用して、その放電試験を行った結果を説明する。こ
の放電試験に使用した冷陰極蛍光管の構成の概略を図３
に示している。この冷陰極蛍光管は、内径が１２ｍｍで
長さが２３０ｍｍで内壁に蛍光材料が設けられたガラス
管４と、このガラス管４内に間隔が２２０ｍｍとなるよ
うに対向配置された、直径１０ｍｍの円盤状の冷陰極蛍
光管用電極５、５と、から大略構成されている。この冷
陰極管を用いて放電試験を行った結果、比較標準Ｎｉ電
極が放電電圧が約３５０Ｖであったのに対して、この冷
陰極蛍光管の放電電圧は約３００Ｖであり、約１５％低
いことが判った。本実施形態で作成した冷陰極蛍光管用
電極では、仕事関数の低い酸化ランタン膜と、仕事関数
は高いが低抵抗の導電性領域とが混在している。ここ
で、放電は必ず、仕事関数の低い酸化ランタンから発生
していることが判った。また、電極表面は、放電により
変化している。図４は、この冷陰極蛍光管用電極を電子
分光法を用いて、冷陰極蛍光管の点灯前と点灯後のＥＳ
ＣＡスペクトルを測定したグラフを示している。このグ
ラフから、点灯前の電極に比べ、点灯後は高エネルギー
側にシフトしていることが判る。これは、電極表面の酸
化ランタンの一部がランタンに還元されたことを示して
いる。したがって、放電発生後、時間経過した電極表面
は、全体が低抵抗化していると予想される。また、酸化
ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）膜中に存在するクロムなどの導体
は放電に悪影響を与えないことが判った。さらに、酸化
ランタン中の導体の割合が極端に多い場合を除いて、放
電電圧はほぼ一定であった。

【００１１】次に、このような冷陰極蛍光管をバックラ
イトとして用いた液晶表示装置の実施形態を図５に基づ
いて説明する。同図中５は、液晶表示装置である。この
液晶表示装置１０は、それぞれ液晶駆動電極を相対向し
て配した上ガラス基板１３と下ガラス基板１４とがシー
ル材１５を介して接合され、上下ガラス基板１３、１４
とがシール材１５との間隙に液晶１６が封入されてなる
液晶表示パネル１１と、この液晶表示パネル１１の後方
（図中下方）に配された照明装置（バックライト）１２
と、から大略構成されている。この照明装置１２は、同
図に示すように、丸筒型冷陰極蛍光管でなる光源１７
と、この光源１７から照射された光を反射する反射膜１
８と、導光板１９と、導光板１９を介して光源１７から
照射された光を拡散させる光拡散板２０と、から構成さ
れている。なお、光源１７は、照明装置１２の一側縁側
に配置されている。

【００１２】この光源１７である丸筒型冷陰極蛍光管
は、円筒形状のガラス管の外径が２．６ｍｍ、冷陰極間
の距離が４５ｍｍで、冷陰極が円盤状のものを用いてい
る。この冷陰極は、インコネル６０１（Ｎｉ−Ｃｒ系材
料）でなる電極基板の表面に酸化ランタン結晶膜が形成
された構造で、この結晶膜中には膜厚方向にクロム、ニ
ッケルが実質的に連続して形成されている。このような
構成の液晶表示装置では、光源１７である丸筒型冷陰極
蛍光管が、放電電圧が低い状態で安定しているので消費
電力を抑えることができ、電池一体型の長時間表示可能
な携帯性に優れた液晶表示装置を実現することができ
る。また、このような冷陰極は、電界放射ディスプレイ
（ＦＥＤ）や直流型のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）
にも適用することができる。

【００１３】以上、実施形態について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく構成の要旨に付随す
る各種の設計変更が可能である。例えば、上記実施形態
では、希土類元素としてランタン（Ｌａ）を含む材料溶
液を用いたが、イットリウム（Ｙ）や、セリウム（Ｃ
ｅ）を希土類元素として含む材料溶液を用いても絶縁性
希土類酸化物を容易に作成することができる。この他の
希土類元素としては、スカンジウム（Ｓｃ）、プラセオ
ジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐ
ｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガ
トリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシ
ウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ル
テチウム（Ｌｕ）などの希土類元素から単数の元素また
は複数の元素を含む材料溶液用いて絶縁性希土類酸化物
を形成してもよい。また、上記実施形態では、絶縁性希
土類酸化物中に金属としてクロムを拡散する構成とした
が、ニッケル、タングステンのような高融点金属を拡散
してもよく、または導電性の化合物、例えばポリフッ化
ビニリデンなどの導電性ポリマーを存在させてもよい。
またさらに、上記実施形態においては、絶縁性希土類酸
化物を材料溶液の塗布、予備反応工程、電気炉での加熱
工程などを経て形成したが、電極基板上にスパッタ法に
より直接絶縁性希土類酸化物を成膜する構成としてもよ
い。この場合、成膜後に還元雰囲気中で加熱処理を行う
ことで絶縁性希土類酸化物中に電極基板から金属を拡散
させることができる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、冷陰極管の放電電圧を大幅に低減させるこ
とができるという効果がある。また、電極表面の絶縁性
希土類酸化物膜の膜厚を大きくとることが可能であるた
め、長寿命の放電電極を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における冷陰極の製造方法を
説明するフローチャート。

【図２】本実施形態における電極表面の概念的な構造を
示す断面説明図。

【図３】本実施形態の冷陰極蛍光管の構造を示す説明
図。

【図４】本実施形態の冷陰極のＥＳＣＡスペクトルを示
すグラフ。

【図５】本実施形態の冷陰極を用いた液晶表示装置の構
造を示す断面説明図。

【符号の説明】

１電極基板２酸化ランタン膜３金属粒子４ガラス管５冷陰極蛍光管用電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素を含む絶縁性酸化物中に電気
伝導性材料が含まれている電子放出性膜を有することを
特徴とする冷陰極。
【請求項２】前記電気伝導性材料は、前記電子放出性
膜の膜厚方向に実質的に連続して形成されることを特徴
とする請求項１記載の冷陰極。
【請求項３】前記絶縁性酸化物は、酸化ランタンであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極。
【請求項４】前記電子放出性膜は、前記電気導電性材
料と同一材料を有する基体上に設けられることを特徴と
する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷陰極。