KR20060069487A

KR20060069487A - 냉음극관용 소결 전극, 이 냉음극관용 소결 전극을구비하는 냉음극관 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20060069487A
Application number: KR1020067004583A
Authority: KR
Inventors: 히토시 아오야마
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-06-21
Also published as: CN1842888A; EP1746632A1; TWI314661B; EP1746632B1; EP1746632A4; US20080192176A1; US7551242B2; CN100562969C; KR100814530B1; TW200606524A; WO2005109469A1; JPWO2005109469A1; JP4966008B2

Abstract

본 발명은, 통 형상의 측벽부(2)와, 이 측벽부의 일단에 바닥부(3)를 지니고, 또한, 이 측벽부(2)의 다른 일단에 개구부(4)를 갖는 냉음극관용 소결 전극으로서, 그 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 냉음극관용 소결 전극(1)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 방전 매체가 봉입된 중공의 관형 투광성 벌브와, 상기 관형 투광성 벌브의 내벽면에 형성된 형광체층과, 상기 관형 투광성 벌브의 양단부에 배치된 1쌍의 상기 냉음극관용 소결 전극(1)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극관, 및 이러한 냉음극관과, 냉음극관에 근접 배치된 도광체와, 도광체의 한쪽의 면측에 배치된 반사체와, 도광체의 다른 한쪽의 면측에 배치된 액정 표시 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

Description

냉음극관용 소결 전극, 이 냉음극관용 소결 전극을 구비하는 냉음극관 및 액정 표시 장치{COLD-CATHODE TUBE-USE SINTERED ELECTRODE, COLD-CATHODE TUBE PROVIDED WITH THIS COLD-CATHODE TUBE-USE SINTERED ELECTRODE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT}

본 발명은, 냉음극관용 소결 전극, 이 냉음극관용 소결 전극을 구비하는 냉음극관 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.

종래부터, 냉음극관용 소결 전극 및 이 전극을 구비하는 냉음극관은, 예컨대 액정 표시 장치의 백라이트로서 사용되고 있다. 이러한 액정용의 냉음극관은, 고휘도, 고효율인 데에 더하여 긴 수명일 것이 요구되고 있다.

일반적으로, 액정용 백라이트로서 유용한 냉음극관은, 형광체가 내면에 도포된 유리관 내에 미량의 수은 및 희가스를 충전하여, 이 유리관의 양단부에 전극 및 도입선(예컨대 KOV+두멧선)이 장착된 구성으로 되어 있다. 이러한 냉음극관에서는, 그 양단의 전극에 전압을 인가함으로써 유리관 내에 봉입된 수은이 증발하여, 자외선을 방출하여, 그 자외선을 흡수한 형광체가 발광한다.

종래, 전극으로서는 니켈 재료가 주로 이용되고 있다. 그러나, 이러한 Ni 전극에 있어서는, 전극으로부터 전자를 방전 공간으로 방출시키기 위해서 필요한 음극 강하 전압이 높은데다가, 소위 스퍼터링이라는 현상의 발생에 의해서 램프 수명이 저하되기 쉬었다. 여기서, 스퍼터링 현상이란, 냉음극관의 점등 중에 전극이 이온으에 의해 충돌되어, 전극 물질이 비산하여, 그 비산 물질 및 수은 등이 유리관 내벽면에 쌓여 가는 현상을 말하는 것이다.

스퍼터링 현상에 의해서 형성된 스퍼터링층은, 수은을 끌어당겨, 그 수은을 발광에 이용할 수 없게 하므로, 냉음극관을 장시간 점등하면, 램프의 휘도가 극단적으로 저하되어 수명 말기가 된다. 이 때문에, 스퍼터링 현상을 적게 할 수 있으면 수은 소모 비용이 억제되기 때문에, 동일한 수은 봉입량이라도 수명의 장기화를 도모할 수 있게 된다.

그래서, 음극 강하 전압 저감과 스퍼터링 억제의 양방을 겨냥한 시도가 이루어지고 있다. 최근의 시도에서는, 전극을 바닥이 있는 원통형으로 하여 홀로캐소드(hollow cathode) 효과에 의한 음극 강하 전압 저감과 스퍼터링 억제의 양방을 겨냥한 전극 설계가 이루어지고 있다(일본 특허 공개 2001-176445호 공보). 또한, 전극 재질을 종래의 니켈 대신에 음극 강하 전압을 20 V 정도 낮게 할 수 있는 Mo 혹은 Nb 등으로 하는 시도가 이루어지고 있다.

<특허문헌 1>

일본 특허 공개 2001-176445호 공보

상기 바닥이 있는 원통형의 냉음극관용 전극은, 종래의 니켈 전극에 비교하면 음극 강하 전압의 강하 및 수명의 관점에서 바람직하지만, 모두 판재(통상, 두께가 0.07 mm에서 0.2 mm 정도인 것이 이용됨)로 교축 가공에 의해 바닥이 있는 원통 형상을 얻고 있으므로 재료 수율이 나쁘고, 또한 교축성이 나쁜 금속은 가공 중에 깨어짐 등이 발생해 버린다고 하는 문제점이 있었다. 또한 판재로부터의 교축 가공에서는 비용이 비싸진다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 바닥이 있는 원통형의 전극은 측벽부보다도 바닥부 쪽이 스퍼터링에 의한 소모가 진행되기 쉬운 경향을 나타내는데, 이와 같은 교축 가공에서는 바닥부 및 측벽부의 두께나 형태를 제어하는 것이 어려워서, 바닥부 및 측벽부 양자를 최선의 두께 및 형태로 된 것으로 제조하는 것이 어려웠다. 그 결과, 두께가 부족한 부분이나, 과도하게 두꺼운 부분이 생기는 경우가 있었다. 한편, 바닥부 및 측벽부가 과도하게 두꺼운 경우에는 전극의 표면적이 부족하거나, 전극 자체가 커져 버리는 경우가 있어 바람직하지 못하다.

이로써, 고휘도, 고효율 또한 긴 수명의 냉음극관을 제공하기 위해서, 전극으로서 요구되는 성능을 고도로 발휘하면서 용이하고 또 낮은 비용으로 양산할 수 있는 냉음극관용 전극이 요구되고 있다.

통상, 바닥이 있는 원통형의 전극에는 그 바닥부에 리드선이 용접되는데, 판재의 교축 가공에 의해서 제조된 종래의 전극의 경우, 리드선의 용접시에 바닥이 있는 부분이 소실 혹은 변형되어 버리거나, 재결정에 의한 용접 강도의 저하가 현저하여, 충분한 강도로 리드선이 용접된 원통형 전극을 얻는 것은 곤란했다.

본 발명은 이들 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 판재로부터 교축 가공에 의해 얻은 전극과 동등하거나 혹은 동등 이상의 특성을 갖는 동시에, 리드선을 용접했을 때의 용접 강도가 높고, 양산성이 좋으며, 낮은 비용으로 제조할 수 있는 냉음극관용 전극과 냉음극관 및 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 통 형상의 측벽부와, 이 측벽부의 일단에 바닥부가 있고, 또한 이 측벽부의 다른 일단에 개구부가 있는 냉음극관용 소결 전극으로서, 그 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직하게는, 상기 측벽부의 평균 두께가 0.1 mm 이상, 0.7 mm 이하인 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직하게는, 상기 바닥부의 평균 두께가 0.25 mm 이상, 1.5 mm 이하인 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직하게는, W, Nb, Ta, Ti, Mo, Re에서 선택되는 금속 또는 이들 금속의 합금으로 이루어지는 것으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직하게는, 상대 밀도가 80% 이상인 것으로 할 수 있다.

그리고, 본 발명에 의한 상기한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물을 함유하는 고융점 금속의 소결체로 이루어지는 것을 포함한다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물의 함유량이 희토류 원소(R)로서, 0.05 질량%를 넘고, 20 질량% 이하인 것을 포함한다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 탄소의 함유량이 1 ppm을 넘고, 100 ppm 이하인 것을 포함한다.

이러한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 산소의 함유량이 0.01 질량%를 넘고, 6 질량% 이하인 것을 포함한다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물이 평균 입자 지름 10 ㎛ 이하인 입자로서 소결체 내에 존재하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 냉음극관용 소결 전극은 바람직하게는, 상기 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이 요철 형상인 것으로 할 수 있다.

상기 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 형태로서, 상기 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이, 상기 냉음극관용 소결 전극의 외경으로부터 산출한 가상 중심(O)으로부터의 외경 거리 a에 대하여, 내경 최대 길이 b와 외경 거리 a와의 비율(b/a)이 0.50을 넘고, 0.95 이하이며, 또한 내경 최소 길이 c와 내경 최대 길이 b와의 비율(c/b)이 0.50을 넘고, 0.95 이하인 것을 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 냉음극관용 소결 전극은, 상기 어느 하나의 냉음극관용 소결 전극의 바닥부에 리드선이 용접되어 있고, 이 리드선의 단위단면적 당 용접 강도가 400 N/mm² 이상인 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 냉음극관은, 방전 매체가 봉입된 중공의 관형 투광성 벌브와, 상기 관형 투광성 벌브의 내벽면에 형성된 형광체층과, 상기 관형 투광성 벌브의 양단부에 배치된, 1쌍의 상기 냉음극관용 소결 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 상기 냉음극관과, 상기 냉음극관에 근접 배치된 도광체와, 상기 도광체의 한쪽의 면측에 배치된 반사체와, 상기 도광체의 다른 쪽의 면측에 배치된 액정 표시 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 이 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하이므로, 표면적이 크고 또 동작시의 스퍼터링이 억제된다. 따라서, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극에 따르면, 동작 전압이 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된, 긴 수명의 냉음극관이 제공된다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극에 의하면, 스퍼터링에 의한 전극 비산물의 양이 저감되어, 이 비산 물질과 수은과의 아말감 생성에 의한 조도 저하 및 수은 소모에 의한 조도 저하가 효과적으로 방지됨으로써, 고휘도, 고효율이면서 긴 수명의 냉음극관이 제공된다.

또, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 종래의 판재로부터 교축 가공에 의해 얻어지는 전극보다도 양산성이 좋으므로 낮은 비용으로 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극이 특히 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물을 함유하는 고융점 금속의 소결체로 이루어지는 경우에는, 음극 강하 전압을 매우 낮게 할 수 있다. 따라서, 이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극에 따르면, 동작 전압이 더욱 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된, 긴 수명의 냉음극관이 제공된다. 그리고, 이 특정한 희토류 화합물을 함유하는 소결체로 이루어지는 냉음극관용 소결 전극은 용접 조건에 있어서 소결체 조직의 재결정화가 억제된 것이다. 따라서, 종래의 교축 가공에 의해서 제조된 일반적인 전극에서는 실질적으로 채용할 수 없었던 고전압의 용접 조건을 본 발명에서는 채용할 수 있기 때문에, 종래보다 리드선 용접 강도가 높은 냉음극관용 소결 전극을 용이하게 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 전극 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이 요철 형상인 경우에는, 음극 강하 전압이 더욱 낮아진다. 따라서, 동작 전압이 보다 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된, 긴 수명의 냉음극관이 제공된다.

본원의 발명자들이 아는 한은, 종래에는 냉음극관용 소결 전극의 표면 특성에 주목하거나, 소결 전극의 표면 특성과 냉음극관의 성능과의 관련성에 관해서 검토한 것은 전혀 없었다. 따라서, 냉음극관용 소결 전극의 표면 특성, 특히 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면의 표면 특성에 착안하고, 또한 그 표면 거칠기(Sm)를 특정 범위 내로 제어함으로써, 동작 전압이 낮고 또 수은 소모량이 현저히 억제된 냉음극관이 제공되는 것은 예상 밖의 일이다.

그리고, 그와 같이 표면 거칠기(Sm)가 특정 범위 내로 제어된 냉음극관용 소결 전극에 있어서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물을 함유하는 고융점 금속의 소결체를 이용함으로써 음극 효과 전압이 매우 낮아지는 것과, 그와 같이 표면 거칠기(Sm)를 특정 범위 내로 제어한 냉음극관용 소결 전극에 있어서, 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이 요철 형상이라는 점에 의해 음극 강하 전압이 더욱 낮아지는 것과, 아울러 종래보다 리드선 용접 강도가 향상되는 것은 예상 밖의 일이다.

동작 전압의 저감화는 소결 전극의 온도 조건 및 전압 조건을 완화한 것으로 하여, 전극의 스퍼터링을 유효하게 방지한다. 그 결과, 전극 자체의 소모 및 냉음극관 내의 수은 소모가 현저히 억제되는 동시에, 스퍼터링에 의한 비산 물질이 냉음극관 내벽면에 축적되는 것이 방지된다. 이들의 상승적 효과에 의해서, 본 발명에 의한 냉음극관에서는, 사용에 의한 성능 열화가 적고 또 냉음극관이 사용 불능으로 될 때까지의 수명이 현저히 향상된다. 또한, 냉음극관의 동작 전압의 저감화로 인하여, 그것을 내장한 표시 장치의 저전압화를 도모할 수 있으므로, 장치의 소형·경량·박형화 및 비용 저감에 기여한다.

이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극, 냉음극관 및 액정 표시 장치는, 예컨대 배터리 구동식의 휴대용 전자 장치뿐만 아니라, 전력 절약으로 안정된 고품위의 표시가 장기간 요구되는 표시 장치 등에 특히 알맞은 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길 이 방향에 평행한 단면)을 도시한 도면이다.

도 2는 냉음극관용 소결 전극의, 측벽부 평균 두께 및 저면부의 평균 두께를 산출할 때에 사용되는 단면의 취득 위치를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 평행한 단면)을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 평행한 단면)을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 평행한 단면)을 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 평행한 단면)을 도시한 도면이다.

도 7은 실시예 1의 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)의 측정 결과를 도시한 도면이다.

도 8은 비교예 6의 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)의 측정 결과를 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 바람직한 구체예의 단면도이다.

도 10은 리드선 용접 강도의 평가 방법의 개요를 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 수직인 단면)을 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길 이 방향에 수직인 단면)을 도시한 도면이다.

도 13은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면(길이 방향에 수직인 단면)을 도시한 도면이다.

도 14는 2% La-C-O 화합물의 평균 입자 지름(㎛)과 초기 방전 전압(V)의 관계를 도시한 도면이다.

도 15는 2% La-C-O 화합물에 대한 EPMA법 컬러 맵핑에 의한 해석 도면이다.

<부호의 설명>

1 : 냉음극관용 소결 전극

2 : 측벽부

3 : 바닥부

4 : 개구부

5 : 전극의 내측 표면

6 : 최심부

7 : 두멧선

8 : 돌기부

20 : 액정 표시 장치

21 : 냉음극관

22 : 도광체

23 : 반사체

24 : 액정 표시 패널

25a, 25b, 25c : 광확산체

<냉음극관용 소결 전극(첫 번째)>

전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 통 형상의 측벽부와, 이 측벽부의 일단에 바닥부가 있고, 또한 이 측벽부의 다른 일단에 개구부가 있는 냉음극관용 소결 전극으로서, 그 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서, 「표면 거칠기(Sm)」는, 구체적으로는 JIS B0601-1994에 규정되는 「요철의 평균 간격(Sm)」에 의한 것으로, 즉, 「거칠기 곡선으로부터, 그 평균선 방향으로 기준 길이 1 만큼 뽑아내어, 하나의 산 및 그것에 인접하는 하나의 골에 대응하는 평균선의 길이의 합을 구하여, 평균치를 밀리미터(mm)로 나타낸 것」

을 의미한다.

도 1 및 도 3∼도 6은 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 구체예의 단면을 도시하는 것이다. 이들 각 도면에는 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 평행한 단면이 도시되어 있다.

도 1에 도시되는 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극(1)은, 통 형상의 측벽부(2)와, 이 측벽부(2)의 일단에 바닥부(3)가 있고, 또한 이 측벽부(2)의 다른 일단에 개구부(4)가 있는 냉음극관용 소결 전극으로서, 이 전극의 내측 표면(5)의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것이다. 한편, 본 명세서에 있어서, 「측벽부」란, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉음극관용 소결 전극(1)의, 그 최심부〔즉, 개구부(4)의 가장자리 단부면(4')과 전극 내벽면과의 거리(L1)가 가장 긴 부분〕(6)보다, 가장자리 단부면(4')측에 존재하는 부분을 말한다. 또한, 「바닥부」란, 냉음극관용 소결 전극(1)의, 상기 최심부(6)보다 가장자리 단부면(4')의 반대측에 존재하는 부분을 말한다. 또한, 내측 표면(5)이란, 냉음극관용 소결 전극(1)의 통 형상의 측벽부(2)의 내측 표면 및 바닥부(3)의 내측 표면의 양자를 말하는 것이다.

한편, 본 발명은, 이 내측 표면(5)의 표면 거칠기가 소정의 Sm 범위 내인 것을 주요한 특징의 하나로 하지만, 본 발명에서는 반드시 내측 표면(5)의 각 영역이 항상 동일한 Sm 값을 가질 필요는 없다. 또한, 본 발명에서는, 내측 표면(5)의 실질적으로 전체 영역〔바람직하게는 내측 표면(5)의 30% 이상, 특히 바람직하게는 50% 이상의 면적〕이 소정의 Sm 범위 내이면 되고, 내측 표면(5)의 모든 영역이 항상 소정의 Sm 범위 내일 필요는 없다. 따라서, 경우에 따라 내측 표면(5)의 일부분의 영역이 소정의 Sm 범위 내가 아니어도 된다.

한편, 냉음극관용 소결 전극(1)의 외측 표면〔즉, 통 형상의 측벽부(2)의 외측 표면 및 바닥부(3)의 외측 표면 및 가장자리 단부면(4') 표면 등을 포함함〕에 대해서는 Sm은 특정되어 있지 않다. 즉, 냉음극관용 소결 전극(1)의 외측 표면의 Sm은 임의적이며, 냉음극관용 소결 전극(1)의 내측 표면에 대해서 규정된 상기 Sm 범위와 동일하더라도 좋고 상이하더라도 좋다.

또한, 본 명세서에 있어서, 바닥부의 「두께」란, 상기 바닥부에 있어서, 상기 최심부(6)와 냉음극관용 소결 전극의 바닥부의 외측 표면과의 사이의 거리(L2)를 말한다. 또한, 측벽부의 「두께」란, 상기 측벽부에 있어서, 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면과 외측 표면 사이의 거리(L3)를 말한다.

또한, 측벽부에 있어서, 「평균 두께」란, 도 2에 도시된 바와 같이, 통 형상의 냉음극관용 소결 전극의 중심을 지나는 제1 단면〔이하, 「제1 단면」이라고 함. 한편, 이 제1 단면으로부터는, 측벽 단면(a)과, 이것과 쌍을 이루는 측벽 단면(b)의 2개의 측벽 단면을 얻을 수 있음〕과, 통 형상의 냉음극관용 소결 전극의 중심을 지나고 또 상기 제1 단면과 직교하는 제2 단면〔이하, 「제2 단면」이라고 하며, 이 제2 단면으로부터는, 측벽 단면(c)과, 이것과 쌍을 이루는 측벽 단면(d)을 얻을 수 있음〕으로부터 얻어지는, 4개의 측벽 단면〔(a)∼(d)〕의 각각에 관한 최대 두께(L_MAX)와 최소 두께(L_MIN)의 계측으로부터 구한 것으로, 하기 식으로부터 산출된 값(단위 : 「mm」)을 말하는 것이다.

〔식에서, 「(가) L_MAX」란 「단면(가)의 최대 두께(L_MAX)」를, 「(가) L_MIN」란 상기 「단면(가)의 최소 두께(L_MIN)」를 의미한다. 「(나) L_MAX」, 「(나) L_MIN」, 「(다) L_MAX」, 「(다) L_MIN」, 「(라) L_MAX」, 「(라) L_MIN」도 이에 준한다〕

또, 바닥부에 대해서 「평균 두께」란, 상기와 같이, 제1 단면 및 제2 단면으로부터 얻어진 4개의 단면에 대해서, 각각 바닥부의 최대 두께(L_MAX) 및 최소 두께(L_MIN)를 계측하여, 상기 식으로부터 산출된 값을 말하는 것이다.

냉음극관용 소결 전극(1)의 바닥부(3)의 대략 중앙부에는, 통상 Mo, W 또는 KOV(코발트 합금) 중 어느 1 종으로 이루어지는 선재 또는 및 박재가 접합되고, 이들 선재 또는 박재에 두멧선 또는 Ni선(7)이 또한 접합되어, 이 두멧선(7)에 의해서 냉음극관용 소결 전극(1)에 전압이 인가되도록 구성되어 있다. 냉음극관용 소결 전극(1)과 Mo, W 또는 KOV선 두멧선(7)과의 접합부에는 경우에 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 돌기부(8)를 설치할 수 있다. 이 경우, 냉음극관용 소결 전극(1)의 바닥부(3)의 내측 표면과 Mo, W 또는 KOV선 두멧선(7)과의 접합부 사이의 거리(L4)를 바닥부의 두께로 파악한다. 이 돌기부(8)에 의해서 바닥부의 두께가 증대되는 결과, 냉음극관용 전극의 수명 및 내구성이 향상된다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 전술한 바와 같이, 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것이다. 이것은 바닥이 있는 전극에 있어서, 동작 전압을 낮게 하기 위해서는, 특히 전극의 표면적의 크기가 클수록 유리하며, 특히 전극 내측을 중심으로 방전이 일어나기 때문에, 전극 내측 표면적을 크게 하는 것이 바람직기 때문이다. Sm 값이 100 ㎛을 넘으면, 이러한 동작 전압에 관한 유리한 효과가 부족하게 되고, 또한 수은 소모량도 의미 있게 증가하는 경향을 볼 수 있어, 본 발명의 목적, 즉 동작 전압이 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된 긴 수명의 냉음극관의 제공을 달성하는 것이 곤란하게 된다. 바람직한 Sm의 범위는 70 ㎛ 이상, 90 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 40 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이하이다.

내측 표면의 표면 거칠기(Sm)는 그와 같은 내측 표면의 소결 전극을 얻을 수 있도록 소결체의 제조 조건(예컨대 원료 분말의 입자 지름 등)을 설정하거나, 혹은 소결체를 얻은 후에 적당한 가공(예컨대 배럴 연마, 블러스트 등의 연마 가공, 에칭 가공 등)을 실시함으로써 얻을 수 있다.

측면부의 평균 두께는 0.1 mm 이상, 0.7 mm 이하의 범위 내가 바람직하다. 이것은 냉음극관으로서 동작시켰을 때에, 평균 두께가 0.1 mm 미만이면, 강도가 부족하거나, 구멍이 뚫리는 등의 문제가 발생하는 경우가 있기 때문이다. 0.7 mm를 초과하면, 냉음극관용 소결 전극의 내측의 표면적이 감소하여, 동작 전압의 저감화 효과를 충분히 얻을 수 없다. 바람직한 측면부의 평균 두께는 0.3 mm 이상, 0.6 mm이하이고, 특히 바람직하게는 0.35 mm 이상, 0.55 mm 이하이다.

한편, 저면부의 평균 두께는 0.25 mm 이상, 1.5 mm 이하의 범위 내가 바람직 하다. 이것은 전극의 저면부 내측은 소모가 현저하기 때문에 0.25 mm보다도 두꺼운 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 1.5 mm을 넘게 되면 내측의 표면적이 작아져, 상기와 같이 동작 전압의 저감화 효과를 충분히 얻을 수 없다. 바람직한 저면부의 평균 두께는 0.4 mm 이상, 1.35 mm이하이고, 특히 바람직하게는 0.6 mm 이상, 1.15 mm 이하이다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 목적에 맞는 임의의 고융점 금속으로 형성할 수 있다. 예컨대, 바람직하게는 W, Nb, Ta, Ti, Mo, Re에서 선택되는 금속의 단일체 또는 이들 금속의 합금의 적어도 1종으로 형성할 수 있다. 바람직한 금속으로서는 Mo를 들 수 있으며, 나아가서는 La, Ce, Y 등의 희토류 산화물, 희토류 탄산화물(특히 바람직하게는 「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」(이에 대해서는 이하에서 상세하게 설명함), Ba, Mg, Ca와 같은 경원소의 산화물을 첨가한 Mo를 예시할 수 있다. 바람직한 합금으로서는, W-Mo 합금, Re-W 합금, Ta-Mo 합금을 예시할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 전자 방사성 물질과 고융점 금속을 혼합한 것이라도 좋고, 또한 Ni, Cu, Fe, P 등을 소결 조제로서 미량(예컨대 1 질량% 이하) 첨가할 수도 있다. 통상, 냉음극관의 제조 공정에서는, 고온에서, 질소 가스를 치환 등에 의해 사용하므로, Nb계나 Ta계보다는 질화되기 어려운 Mo계나 W계인 것 쪽이 바람직하다. Mo계와 W계에서는 특히 저온에서 소결이 진행되는 Mo계가 보다 바람직하다.

소결체의 결정 입자의 평균 입자 지름은 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 소결체의 결정입자의 종횡비(단경/장경)는 5 이하인 것이 바람직하다.

상대 밀도는 바람직하게는 80% 이상이고, 특히 바람직하게는 90% 이상, 98% 이하이다. 여기서, 상대 밀도는 하기의 방법에 따라서 측정했을 때의 것이다.

상대 밀도의 측정

1. 냉음극관용 소결 전극의 바닥부를 와이어 방전 가공 등의 방법으로 절단 및 제거하여, 샘플을 채취한다.

2. 이어서, 상기 1에서 얻어진 측벽부의 샘플을 축 대칭으로 와이어 방전 가공 등의 방법으로 반으로 절단한다. 한편, 여기서 바닥부를 절단하는 이유는 바닥부가 있으면 냉음극관용 소결 전극 내부의 폐색 공간에 기포가 들어가 정확한 측정을 할 수 없기 때문이다.

3. 상기 2에서 얻어진 샘플을, JIS Z2501-2000에 규정되는 아르키메데스법에 의해 N=5로 측정했을 때의 평균치를 대표치로 한다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 길이〔즉, 가장자리 단부면(4') 표면과, 가장자리 단부면(4')에서 가장 먼 저면부의 외측 표면(돌기부가 있는 것인 경우에는, 그 돌기부 선단의 표면)과의 사이의 길이〕는 주로 전극이 삽입되는 냉음극관의 크기나 성능 등에 따라서 정해지지만, 바람직하게는 3 mm 이상, 8 mm 이하이고, 특히 바람직하게는 4 mm 이상, 7 mm 이하이다.

냉음극관용 소결 전극의 직경도, 마찬가지로, 전극이 삽입되는 냉음극관의 크기나 성능 등에 따라서 정해지지만, 바람직하게는 φ1.0 mm 이상, φ3.0 mm 이하이고, 특히 바람직하게는 φ1.3 mm 이상, φ2.7 mm 이하이다. 본 발명에서는 소결 전극이므로, 이러한 소형의 전극에 유효하다.

냉음극관용 소결 전극의 길이와 직경과의 비(길이/직경)는 바람직하게는 2 이상, 3 이하이고, 특히 바람직하게는 2.2 이상, 2.8 이하이다.

또한, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 표면적이 크다는 점, 또 제조나 가공의 용이함, 및 냉음극관의 제조에 있어서 중공형 벌브에 장착할 때의 작업성 등의 관점에서, 길이 방향에 평행한 단면으로 도시되어 있는 통 형상 내공간의 형상이, 도 1과 같은 장방형 형상이나, 도 3과 같은 사다리꼴 형상인 것이 바람직하지만, 이들로 한정되는 것은 아니며, 도 4(단면 V자), 도 5(단면 U자), 도 6(단면 계단형) 등의 여러 가지 형상일 수 있다. 또한, 마찬가지 이유에서, 측벽부의 외형 형상이 원통 형상인 것이 바람직하지만, 다른 형상(예컨대 타원, 다각형)이라도 좋다. 또한, 냉음극관용 소결 전극의 외형 형상과 냉음극관용 소결 전극의 내부 형상은 다르더라도 좋다.

전술한 구성에 의해, 동작 전압이 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된, 긴 수명의 냉음극관이 제공된다.

《냉음극관용 소결 전극 및 냉음극관의 제조 방법(첫 번째)》

본 발명에 따른 냉음극관용 소결 전극은 원료 분말을 혼합하고, 조립(造粒)하여, 이것을 소정 형상으로 성형하고, 그 후에 소결함으로써 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 제조 방법에 대해서, 몰리브덴을 중심으로 설명한다.

원료 분말인 몰리브덴의 분말은 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이하이고, 순도가 99.95% 이상인 것을 사용한다. 이 분말에 순수, 바인더〔바인더로서는 폴리비닐알콜(PVA)이 바람직함〕를 혼합하여, 조립을 행한다. 그 후, 단발 프레스, 로터리 프레스 혹은 사출성형에 의해서, 컵 형상〔예컨대, 직경 3.0 mm×길이 7.0 mm, 측면부 평균 두께 0.5 mm, 저면부 평균 두께 1.0 mm, 저면 돌기 R 0.6 mm(한편, 이 돌기부는 길이 7.0 mm에는 포함되지 않음)〕의 성형체를 얻는다. 돌기 부분은 사출성형을 이용한 경우, 필요에 따라, 리드 형상으로 하여도 좋다.

이어서, 800℃∼1000℃의 드라이 수소 분위기 속에서 탈지를 한다. 탈지 시간은 4시간 이내가 바람직하다. 탈지 시간이 4시간을 넘으면 희토류 탄산화물 중의 탄소량이 적어지기 때문에 바람직하지 못하다. 이어서, 1700∼1800℃×4시간 이상동안 수소 분위기 속에서 소결을 하고, 또한 필요에 따라서 1100∼1600℃×100∼250 Mpa으로 열간 정수압 프레스(HIP) 처리를 한다. 바닥이 있는 형상부의 내측의 표면 거칠기가 소정의 Sm 범위가 아닌 경우, 혹은 보다 바람직한 Sm 범위인 것으로 하기 위해서, 바닥이 있는 형상부의 내측의 표면 거칠기(Sm)를 조정할 수 있다. 그 방법으로서는, 예컨대 배럴 연마, 블러스트 등을 예시할 수 있다. 그 때, 사용하는 연마재, 작업 내용 등을 적절하게 선택 내지 조정할 수 있다.

그 후, 세정하여, 700℃ 이상, 1000℃ 이하의 온도에서, 어닐링을 실시한다. 성형시에 리드부를 붙인 것에 대해서는 예컨대, 직경 0.6 mm×길이 25 mm의 듀멧 막대와의 용접을 실시한다. 리드부를 붙이지 않은 것에 대해서는 예컨대, 직경 0.8 mm×길이 2.6 mm의 몰리브덴 막대와 직경 0.6 mm×길이 40 mm의 듀멧 막대와의 용접을 실시하여, 전극의 조립이 완성된다. 여기서, 바닥부의 전극과 Mo 막대와의 용접에 있어서는, Ni, KOV 등의 박재를 인서트하여 용접하더라도 좋다. 한편, 리 드부의 구성(직경이나 길이)은 임의적이다.

<냉음극관용 소결 전극(두 번째)>

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은, 바람직한 한 형태로서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물을 함유하는 고융점 금속의 소결체로 이루어지는 것을 포함하는 것은 전술한 바와 같다. 여기서, 「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」이란, 희토류 원소(R)와 탄소(C)와 산소(O)를 구성 성분으로서 포함하는 화합물을 말하는 것이다.

이 희토류 원소(R)에는 예컨대 란탄(La), 세륨(Ce), 사마륨(Sm), 프라세오디뮴(Pr), 네오지움(Nd)이 있고, 이 중에서는 특히 La, Ce 및 Sm이 바람직하다. 이 「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」은 동일 화합물 중에 복수 종류의 희토류 원소를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극의 소결체는 희토류 원소의 종류, 그 존재량, 탄소 및(또는) 산소의 존재량이 다른 복수 종류의 「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」을 포함할 수 있다.

냉음극관용 소결 전극을 형성하고 있는 소결체의 조성은, EPMA(Electron Plobe Micro Analyzer)법에 의한 컬러 맵핑에 의해서 용이하게 판정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 EPMA법에 의한 컬러 맵핑에 의해서, 소결체 내에, 고융점 금속 이외의 소결체 구성 성분의 적어도 하나로서, 상기 「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」의 존재가 인식되는 것이다.

한편, 이「희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물」은 R_xC_yO_z 또는 R_xO_y(CO_z)_a의 화학식으로 표시할 수 있다(식에서, R은 희토류 원소, x, y, z, a는 임의의 숫자를 나타냄). 이와 같이 표기되는 화합물에는 (가) La계인 것으로서, 예컨대 LaCO, La₂O(CO₃)₂, La₂O₂CO₃, La₂CO₅, La₂O(CO₃)₂, La₂O₂CO₃, (나) Ce계인 것으로서, 예컨대 CeO₂C₂, Ce₄O₂C₂, (다) Sm계인 것으로서, 예컨대 SmO_0.5C_0.4, Sm₂CO₅, Sm₂O₂CO₃, (라) 구조가 정해지지 않은 부정의 것, (5) 상기 (1)∼(4)의 혼합물 혹은 화합물, (6) 기타의 것이 포함되는 경우를 생각할 수 있다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물의 함유량이, 희토류 원소(R)로서, 0.05 질량%를 넘고, 20 질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5 질량%를 넘고, 10 질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 함유량이, 0.05 질량% 이하인 것은 음극 강하 전압이 높아지는 한편, 10 질량%를 초과하면 소결하기 어렵게 되기 때문에, 상기 범위가 바람직하다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극을 형성하고 있는 소결체에 있어서의 탄소의 함유량은 1 ppm을 넘고, 100 ppm 이하가 바람직하고, 5 ppm을 넘고, 70 ppm 이하인 것이 특히 바람직하다. 탄소 함유량이 1 ppm 이하인 것은 음극 강하 전압이 높아지는 한편, 100 ppm을 초과하면 전극으로서 사용했을 때에, 가스(주로, CO₂ 가스)의 방출이 방전에 악영향을 주기 때문에 상기 범위가 바람직하다. 여기서, 탄소의 함유량은 환경으로부터의 카본 오염이 없는 상태(예컨대, 클린룸 안이 바람직함)에서 시료의 적외선 흡수 특성을 측정함으로써 구할 수 있다. 한편, 시료의 양은 5 g 이상으로 하여, 검출 정밀도를 올릴 필요가 있다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극을 형성하고 있는 소결체에 있어서의 산소의 함유량은 0.01 질량%를 넘고, 6 질량% 이하가 바람직하며, 0.1 질량%를 넘고, 3 질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 산소 함유량이 0.01 질량% 이하인 것은 희토류 금속이 사용 중에 증발하기 쉽게 되는 한편, 3.0 질량%를 초과하면 전극으로서 사용한 경우의 가스(주로, CO₂ 가스)의 방출이 방전에 악영향을 주기 때문에 상기 범위가 바람직하다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극을 형성하고 있는 소결체는 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물이 평균 입자 지름 10 ㎛ 이하, 특히 평균 입자 지름 5 ㎛ 이하의 입자로서 소결체 내에 존재하는 것이 바람직하다. 평균 입자 지름이 10 ㎛ 초과인 경우, 전극 표면으로의 상기 화합물의 확산이 충분하지 않고, 또한 전극 표면에 있어서의 상기 화합물의 분포량이 적어져 음극 강하 전압이 높아지기 때문에, 상기 범위가 바람직하다. 여기서의 「평균 입자 지름」은 전자현미경으로 40 ㎛×40 ㎛를 3곳 이상 측정하여, 거기에 찍히는 입자의 최대 지름의 평균치를 구한 것이다.

이러한 소결체로 이루어지는 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 고전압 전류가 인가되었을 때의 소결체 조직의 재결정화가 억제된 것이다. 따라서, 이러한 특정한 소결체를 이용하는 본 발명에서는, 전극에 리드선을 용접할 때에, 보다 고전압의 용접 조건을 채용할 수 있다. 따라서, 종래의 교축 가공에 의해서 제조 된 일반적인 전극에서는 실질적으로 채용할 수 없었던 고전압의 용접 조건을 본 발명에서는 채용할 수 있기 때문에, 종래보다 리드선 용접 강도가 높은 냉음극관용 소결 전극을 용이하게 얻을 수 있다.

이러한 본 발명에서는, 전술한 바와 같이, 동작 전압이 낮고, 수은 소모량이 현저히 억제된, 긴 수명의 냉음극관을 얻을 수 있는 동시에, 리드선의 단위단면적 당 용접 강도가 400 N/mm² 이상인 냉음극관용 소결 전극을 용이하게 얻을 수 있다.

또, 리드선의 단위단면적 당 용접 강도는 도 10에 도시된 바와 같이, 바닥부에 리드선이 용접된 냉음극관용 소결 전극(1)을 처킹 A에 형성된 슬릿 내에 고정하는 한편, 리드선(9)을 처킹 B로 고정하여, 처킹 A를 10 mm/분의 속도로 잡아당김으로써 계측할 수 있다.

<냉음극관용 소결 전극(세 번째)>

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 바람직한 한 형태로서, 상기 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이 요철 형상인 것을 포함하는 것은 전술한 바와 같다. 이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 전극의 내측 표면적(즉, 통 형상 전극의 통 내부의 표면적)이 큰 것으로, 그 전극의 통 형상에 연유되는 홀로캐소드 효과를 최대한으로 이용할 수 있는 것이다.

따라서, 이러한 본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극은 냉음극관의 동작 전압을 더욱 낮게 할 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 냉음극관용 소결 전극(1)에 있어서, 통 형상의 측벽부의 내벽면의 요철 형상은 임의적이다. 그와 같은 요철 형상의 바람직한 구체예에는, 예컨대 도 11에 도시되어 있는 것과 같은 물결 형상, 도 12∼도 13에 나타내는 것과 같은 요철 형상 등이 포함된다. 이들 중에서, 도 11에 나타내어지는 물결 형상은 표면적 및 홀로캐소드 효과가 크고, 또한 제조나 가공의 용이함 및 내구성 등의 점에서 특히 바람직한 것이다.

본 발명에 있어서 바람직한 냉음극관용 소결 전극(도 11∼도 13에 도시하는 것과 도 11∼도 13에 도시하지 않은 것 양자를 포함함)은 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이, 상기 냉음극관용 소결 전극의 외경으로부터 산출한 가상 중심(O)으로부터의 외경 거리 a에 대하여, 내경 최대 길이 b와 외경 거리 a와의 비율(b/a)이 0.50을 넘고, 0.95 이하이며, 또한 내경 최소 길이 c와 내경 최대 길이 b와의 비율(c/b)이 0.50을 넘고, 0.95 이하인 것이다.

여기서, 가상 중심(O)은 진원도 측정기를 이용하여, JIS B7451에 규정되는 「최소 영역법」에 의해서 구한 것이다. 또한, 「외경 거리 a」란, 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면(동일한 단면)에 있어서, 상기 가상 중심(O)과 통 형상의 측벽부의 외측 표면 상에 존재하는 복수의 점(바람직하게는 8점 이상)과의 사이의 평균 거리를 말하며, 「내경 최대 길이 b」란 동일 단면에 있어서, 상기 가상 중심(O)과 측벽부의 내측 표면 상에 존재하는 가장 거리가 먼 점과의 사이의 거리를 말하며, 「내경 최소 길이 c」란, 동일 단면에 있어서, 측벽부의 내측 표면 상에 존재하는 가장 거리가 가까운 점과의 사이의 거리를 말한다.

내경 최대 길이 b와 외경 거리 a와의 비율(b/a)이 0.50 이하이면, 전극 내벽면에 있어서 충분한 표면적을 확보하는 것이 어렵게 되고, 또한 전극을 제조할 때에 사용하는 금형이 파손되기 쉽게 된다. 0.95를 초과하면, 전극을 제조함에 있어서 전극에 크랙이 발생하기 쉽게 되어, 불량품율이 높아진다. 내경 최소 길이 c와 내경 최대 길이 b와의 비율(c/b)이 0.50 이하이면, 전극을 제조함에 있어서 전극에 크랙이 발생하기 쉽게 되고, 0.95를 초과하면 내벽면의 표면적을 향상시키는 효과가 적어지기 때문에, 상기 범위가 바람직하다.

전극 내벽면의 요철 형상은 동일, 유사하거나 서로 닮은 오목부 및(또는) 볼록부가 규칙적으로 배열되어 있는 것이라도, 크기 및 형태가 전혀 다른 요철 형상이 불규칙하게 존재하는 것이라도 좋으며, 또한 통 형상 전극의 개구부에서부터 바닥부에 이르기까지의 부분의 모든 단면에 있어서, 그 내벽부에 실질적으로 동일 형상의 요철 형상이 형성되어 있더라도 좋고, 개구부에서 바닥부에 이르기까지의 도중 부위에서 요철 형상이 변경되어 있더라도 좋고, 또한 요철 형상이 형성되어 있지 않은 부분이 있더라도 좋다. 이 경우, 내경 최대 길이 b, 내경 최소 길이 c, (b/a) 및 (c/b)는 통 형상 전극의 부분(즉, 단면 위치)에 따라서 다르게 된다.

그러나, 전극 내벽면의 요철 형상은 전극을 제조할 때의 편리성이나, 전극으로서 사용되었을 때의 안정성, 내구성 등을 고려하면, 소결체로 한 후에 형(型)으로부터 빼내는 작업이 용이하고, 또 강도가 전체에 걸쳐 균일하여 국부적으로 부족한 일이 없는 형상인 것이 바람직하다. 따라서, 전극 내벽면의 요철 형상은 전극 의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 그 오목부 및 볼록부가 비교적 완만하게 연속되어 있고, 또한 전극의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 동일한 요철 형상이 연속하여 형성되어 있는 것이 특히 바람직하다. 그와 같은 것으로서는, 예컨대 도 11에 나타내는 물결 형상이, 내경 최대 길이 b, 내경 최소 길이 c, (b/a) 및 (c/b)이 통 형상 전극의 부분(즉, 단면 위치)에 따라서 크게 다르지 않게 통 형상 전극의 개구부에서 바닥부에 이르는 내벽면에 연속해서 형성된 것을 예로 들 수 있다.

통 형상의 측벽부의 내벽면이 상기 형상인 냉음극관용 소결 전극을 얻는 방법은 임의적이다. 본 발명에서는, 소결체를 제조할 때에, 상기 형상의 내벽면을 갖는 통 형상의 소결체가 형성되도록 구성된 형을 사용하는 방법이 바람직하다. 한편, 본 발명에서는, 소결체를 제조한 후에, 예컨대 배럴 연마, 세정, 어닐링 처리 등을 하여, 통 형상의 측벽부의 내측을 상기 형상으로 가공할 수 있다.

《냉음극관용 소결 전극 및 냉음극관의 제조 방법(두 번째)》

내벽면의 형상이 상기 소정의 것인 본 발명의 냉음극관용 소결 전극은 원료 분말을 혼합하고, 조립하여, 이것을 소정 형상으로 성형하고, 그 후에 소결함으로써 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 냉음극관용 소결 전극의 바람직한 제조 방법에 관해서, 몰리브덴을 중심으로 설명한다.

원료 분말인 몰리브덴의 분말은 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이하이며, 순도가 99.95% 이상, 산소 함유량이 0.5 질량% 이하인 것을 사용한다. 원료 분말로 산소량이 많은 것을 사용하면, 소결한 후에도 산소량이 많아지기 때문에, 상기 범위가 바람직하다. 희토류 금속(통상은 산화물임)은 평균 입자 지름이 0.1 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이하인 것을 사용한다. 이들 분말에, 순수, 바인더〔바인더로서는 폴리비닐알콜(PVA)이 바람직함〕를 섞어, 조립을 한다.

이어서, 소정 형상의 내벽면을 형성하기에 알맞은 형을 사용한, 단발 프레스, 로터리 프레스 혹은 사출성형법에 의해서, 상기 조립물로부터 성형체를 제조한다. 그 후, 800℃ 이상, 1000℃ 이하의 온도의 드라이 수소 속에서, 4시간 이하의 탈지 처리를 한다. 여기서, 4시간을 넘는 시간으로 탈지를 하면, 탄소분이 과도하게 적어지는 경우가 있다. 계속해서, 1700℃ 이상, 1800℃ 이하의 온도에서, 4시간 이상동안 수소 속에서 소결을 한다. 필요에 따라, 배럴 연마, 세정, 어닐링을 실시하여, 내벽면에 소정의 요철 형상을 갖는 소결체〔예컨대, 직경 1∼3 mm×길이 3∼6 mm〕를 얻을 수 있다.

이어서, 직경 0.8 mm, 길이 2.6 mm의 몰리브덴 막대와, 직경 0.6 mm, 길이 40 mm의 듀멧 막대와의 용접을 실시하여, 전극의 조립이 완성된다. 한편, 전극과 몰리브덴 막대의 인서트 금속으로서는, 코발트 합금이나 니켈 등을 사용할 수 있다.

<냉음극관>

본 발명에 의한 냉음극관은, 방전 매체가 봉입된 중공의 관형 투광성 벌브와, 상기 관형 투광성 벌브의 내벽면에 형성된 형광체층과, 상기 관형 투광성 벌브의 양단부에 배치된, 1쌍의 상기 냉음극관용 소결 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의한 냉음극관에 있어서, 냉음극관용 소결 전극 이외의 필수 구성 인, 방전 매체, 관형 투광성 벌브 및 형광체층 등은 종래부터 이런 유형의 냉음극관, 특히 액정 모니터의 백라이트용 냉음극관에 이용되어 온 것을 그대로 혹은 적당한 개선한 뒤에 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 냉음극관에 있어서 적용할 수 있고 또 바람직한 것은, 예컨대 방전 매체로서는, 희가스-수은계의 것(희가스로서는 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤, 이들의 혼합물 등)을 예시할 수 있으며, 형광체로서는, 자외선에 의한 자극으로 발광하는 것, 바람직하게는 예컨대 할로인산칼슘 형광체를 예시할 수 있다.

중공의 관형 투광성 벌브로서는, 길이 60 mm 이상, 700 mm 이하, 직경 1.6 mm 이상, 4.8 mm 이하의 유리관을 예시할 수 있다.

<액정 표시 장치>

본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 상기 냉음극관용 소결 전극과, 상기 냉음극관용 소결 전극에 근접 배치된 도광체와, 상기 도광체의 한쪽의 면측에 배치된 반사체와, 상기 도광체의 다른 한쪽의 면측에 배치된 액정 표시 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 9에 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 특히 바람직한 구체예의 단면을 도시한다.

이 도 9에 도시되는 액정 표시 장치(20)는 냉음극관(21)과, 이 냉음극관(21)에 근접 배치된 도광체(22)와, 이 도광체(22)의 한쪽의 면측에 배치된 반사체(23)와, 이 도광체(22)의 다른 한쪽의 면측에 배치된 액정 표시 패널(24)을 구비하고, 또한 상기 도광체(22)와 액정 표시 패널(24) 사이에 광확산체(25)가 배치되며, 냉음극관(21)의 빛을 상기 도광체(22)측으로 반사시키는 냉음극관용 반사체(27)가 배치되어 이루어지는 것이다.

본 발명에서는, 냉음극관의 수는 임의적이며, 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이 도광체(22)의 대향하는 2변에 근접하여 총 2개의 냉음극관(21)을 배치할 수 있고, 도광체의 1변(또는 3변 이상)에 근접하여 1개 혹은 2개 이상의 냉음극관을 배치할 수 있다. 광확산체(25)의 수 및 형상도 임의적이다. 예컨대, 내부에 광확산성 입자를 존재시킴으로써 광확산성을 갖게 한 시트형 광확산체(25a)나, 표면 형상을 조정함으로써 광확산성을 갖게 한 렌즈형 내지 프리즘형의 광확산체(25b)를, 상기 도광체(22)와 액정 표시 패널(24) 사이에, 하나 또는 둘 이상 배치할 수 있다. 또한, 상기 액정 표시 패널(24)의 관찰자면에는 필요에 따라서, 광확산체(25c), 표면 보호체(28), 외광의 반사나 비춤을 방지하거나 저감하는 반사 방지체(29), 대전 방지체(30) 등을 설치할 수 있다. 이들 광확산체(25a, 25b, 25c), 표면 보호체(28), 반사 방지체(29) 및 대전 방지체(30) 등에서 둘 이상을 복합한 것으로 하여, 복수의 기능을 아울러 갖는 층을 1층 또는 2층 이상 설치하는 것도 가능하다. 한편, 액정 표시 장치로서 원하는 기능이 발휘되면, 광확산체(25a, 25b, 25c) 및 표면 보호체(28), 반사 방지체(29) 및 대전 방지체(30) 등은 배치하지 않더라도 좋다. 또한, 액정 표시 장치(20)의 각 구성 부재〔즉, 냉음극관(21), 도광체(22), 반사체(23), 액정 표시 패널(24), 광확산체(25a, 25b, 25c), 표면 보호체(28), 반사 방지체(29) 및 대전 방지체(30) 등〕를 소정의 위치에 유지하는 지지 기판(26), 프레임, 스페이서, 및 이들의 각 구성 부재를 수용하는 케이스를 설치할 수 있고, 방열 부재(31) 등을 설치하는 것도 가능하다. 본 발명에 의한 액정 표시 장치도 종래의 액정 표시 장치와 마찬가지로, 액정 표시 패널(24)에 구동 전압을 공급하는 전기 배선이나 LSI 칩, 냉음극관(21)에 그 구동 전압을 공급하는 전기 배선 및 불필요한 부분으로의 빛의 누설이나 장치 내부에 먼지나 습기가 진입하는 것을 방지하는 시일재 등을 필요 부위에 설치할 수 있다.

본 발명에서는, 냉음극관(21)만이 먼저 상세히 나타낸 소정의 요건을 만족할 필요가 있지만, 냉음극관(21) 이외의 각종 구성 부재〔예컨대, 도광체(22), 반사체(23), 액정 표시 패널(24), 광확산체(25a, 25b, 25c), 지지 기판(26), 냉음극관용 반사체(27), 표면 보호체(28), 반사 방지체(29), 대전 방지체(30), 방열 부재(31), 프레임, 케이스, 시일재 등〕는 종래부터 이용되어 온 것을 이용할 수 있다.

실시예

<실시예 1∼53, 비교예 1∼33>

표 1∼표 4에 나타낸 바와 같이 여러 가지 조건을 바꿔 전극을 제작하여, 냉음극관에 삽입하여, 그 성능을 평가했다.

냉음극관은 외경이 3.2 mm, 전극간 거리는 350 mm이며, 관 내부는 수은과 네온·아르곤의 혼합 기체를 봉입했다. 초기 특성으로서, 동작 전압의 측정 결과를 표 1∼표 4에 나타낸다.

냉음극관의 수명은 관 안의 수은이 스퍼터링 물질과 아말감을 형성하여 소모하는 「희가스 방전 모드」가 지배적이므로, 수은의 소모량을 평가함으로써, 냉음 극관의 수명을 평가했다.

15000시간 후의 수은 소모량의 결과도 표 1∼표 4에 나타낸다.

Sm의 값이 100 ㎛을 넘게 되면, 동작 전압이나 수은의 증발량이 급격히 증가하지만, 100 ㎛ 이하면 이 현상이 없어진다.

또한, La₂O₃을 첨가한 Mo에 의해 동작 전압이 상당히 낮게 되는 것을 알 수 있다.

또, 측벽부의 두께 0.4 mm, 저면부의 두께 0.5 mm에서 매우 좋은 특성을 얻고 있다.

실시예 1에 의한 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)의 측정 결과를 도 7에, 비교예 6에 의한 냉음극관용 소결 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)의 측정 결과를 도 8에 도시한다.

·측정 기계 : 테일러홉슨사 제조 S4

·측정 조건 : 0.8 mm의 컷오프, 1.6 mm의 평가 길이, 필터로서 가우시안 필터, 감지핀 선단의 R 2 ㎛, 60° 원추의 감지핀 형상

<실시예 54∼110, 비교예 34∼35>

표 5∼표 7에 나타낸 바와 같이, 여러 가지 조건을 바꿔, 전극을 제작하고, 냉음극관에 삽입하여, 그 성능을 평가했다.

한편, 이들 실시예, 비교예의 냉음극관용 소결 전극은 모두 도 1에 도시되는 형상의 것으로, 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것이다.

냉음극관은 외경이 2.0 mm, 전극간 거리는 350 mm이며, 관 내부는 수은과 네온·아르곤의 혼합 기체를 봉입했다. 냉음극관의 수명은 관 안의 수은이 스퍼터 물질과 아말감을 형성하여 소모하는 「희가스 방전 모드」가 지배적이므로, 수은의 소모량을 평가함으로써, 수명을 평가할 수 있다.

10000시간 후의 수은 소모량의 결과를 표 5∼표 7에 나타낸다.

실시예 59의 조성〔즉, 「2% La-O-C 화합물(O₂량 0.4 질량%, C량 30 ppm)」〕을 함유한 Mo 소결체에 있어서의 La-C-O 화합물의 평균 입자 지름(㎛)과 초기 방전 전압(V)과의 관계는 도 14에 도시되는 바와 같다.

또한, 동 소결체(즉, 「2% La-O-C 화합물(O₂량 0.4 질량%, C량 30 ppm)」)의, EPMA법 컬러 맵핑에 의한 해석 결과는 도 15에 도시되는 바와 같다〔해석 조건 : 조사 전압=15 kV, 조사 전류=5.0×10^-8 A, 측정 범위=5000배의 시야로 적어도 100 ㎛×100 ㎛ 이상의 면적을 측정한다(한번에 100 ㎛×100 ㎛의 면적을 측정할 수 없을 때는 여러 번 분할하여 측정 가능)〕.

도 15 중, (A)는 반사 전자상(SEM상)을, (B)는 산소(O)를 컬러 맵핑한 것을, (C)는 란탄(La)을 컬러 맵핑한 것을, (D)는 몰리브덴(Mo)을 컬러 맵핑한 것을, (E)는 탄소(C)를 컬러 맵핑한 것을 나타내고 있다. 이들 데이터를 서로 겹치면, 산소, 란탄, 몰리브덴, 탄소의 맵핑 부위가 겹치므로, La-O-C 화합물이 존재하고 있다는 것이 확인되었다.

<실시예 111∼143>

실시예 59의 조성(즉, 2% La-O-C 화합물(O₂량 0.4 질량%, C량 50 ppm)을 함유한 Mo 소결체로 이루어지며, 통 형상의 측벽부의 내벽에 도 11과 같은 물결 형상이 형성된 냉음극관용 소결 전극을 제작하여, 표 8에 기재되는 복수의 냉음극관용 소결 전극(어느 쪽의 전극도 외경 거리 a가 0.085 mm)을 얻었다.

각 전극을, 실시예 59와 같은 식으로 하여 냉음극관에 삽입하여, 마찬가지로, 그 성능을 평가했다.

결과는 표 8에 기재되는 바와 같다.

<실시예 144>

실시예 60과 비교예 34의 전극의 용접 강도를 측정했다. 용접 강도에 대해서는 직경 1.0×길이 0.1 mm의 코발트박을 통해, 직경 0.8 mm×2.6 mm의 Mo 리드와 용접하여, 500 A×30 ms의 직류 전류로 용접을 했다. 실시예 및 비교예의 것을 각각 10개 제작하고, 그 후, 10 mm/분의 속도로 인장 시험을 하여(도 10), 용접 강도를 비교했다. 그 결과를 표 9에 나타낸다.

표 9로부터 알 수 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 소결 전극은 리드선과의 접합 강도가 높은 것을 알 수 있다.

Claims

통 형상의 측벽부와, 이 측벽부의 일단에 바닥부를 지니고, 이 측벽부의 다른 일단에 개구부를 갖는 냉음극관용 소결 전극으로서,

상기 전극의 내측 표면의 표면 거칠기(Sm)가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 냉음극관용 소결 전극.
제1항에 있어서, 상기 측벽부의 평균 두께는 0.1 mm 이상, 0.7 mm 이하인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바닥부의 평균 두께는 0.25 mm 이상, 1.5 mm 이하인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, W, Nb, Ta, Ti, Mo, Re에서 선택되는 금속 또는 이들 금속의 합금으로 이루어지는 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상대 밀도가 80% 이상인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소 (O) 화합물을 함유하는 고융점 금속의 소결체로 이루어지는 냉음극관용 소결 전극.
제6항에 있어서, 상기 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물의 함유량은, 희토류 원소(R)로서 0.05 질량%를 넘고, 20 질량% 이하인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제6항 또는 제7항에 있어서, 탄소의 함유량은 1 ppm을 넘고, 100 ppm 이하 인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제6항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 산소의 함유량이 0.01 질량%를 넘고, 6 질량% 이하인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희토류 원소(R)-탄소(C)-산소(O) 화합물은 평균 입자 지름 10 ㎛ 이하의 입자로서 소결체 중에 존재하는 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상이 요철 형상인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제11항에 있어서, 상기 냉음극관용 소결 전극의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 통 형상의 측벽부의 내벽면의 형상은,

상기 냉음극관용 소결 전극의 외경으로부터 산출한 가상 중심(O)으로부터의 외경 거리 a에 대하여, 내경 최대 길이 b와 외경 거리 a와의 비율(b/a)이 0.50을 넘고, 0.95 이하이며, 내경 최소 길이 c와 내경 최대 길이 b와의 비율(c/b)이 0.50을 넘고, 0.95 이하인 것인 냉음극관용 소결 전극.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 기재한 냉음극관용 소결 전극의 바닥부에 리드선이 용접되어 있고, 이 리드선의 단위단면적 당 용접 강도가 400 N/mm² 이상인 것인 냉음극관용 소결 전극.
방전 매체가 봉입된 중공의 관형 투광성 벌브와,

상기 관형 투광성 벌브의 내벽면에 마련된 형광체층과,

상기 관형 투광성 벌브의 양단부에 배치되며, 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 기재한 한 쌍의 냉음극관용 소결 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극관.
제14항에 기재한 냉음극관과,

상기 냉음극관에 근접 배치된 도광체와,

상기 도광체의 한쪽의 면측에 배치된 반사체와,

상기 도광체의 다른 한쪽의 면측에 배치된 액정 표시 패널

을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.