WO2008015811A1 - Électrode pour lampe fluorescente à cathode froide - Google Patents

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WO2008015811A1
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WO
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electrode
alloy
base material
fluorescent lamp
layer
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PCT/JP2007/055282
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French (fr)
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Koji Nitta
Shinji Inazawa
Akihisa Hosoe
Kazuo Yamazaki
Hisashi Tokuda
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Sumiden Fine Conductors, Co., Ltd.
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
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    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/067—Main electrodes for low-pressure discharge lamps
    • H01J61/0675—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode used for a cold cathode fluorescent lamp, and a cold cathode fluorescent lamp including the electrode.
  • the present invention relates to an electrode suitable for a cold cathode fluorescent lamp having high brightness and long life.
  • a cold cathode fluorescent lamp typically has a phosphor layer on an inner wall surface and includes a pair of electrodes in a glass tube in which a rare gas and mercury are enclosed.
  • the lead wire is welded to the end of the electrode, and a voltage is applied through the lead wire.
  • the lead wire typically includes an inner lead wire fixed inside the glass tube and an outer lead wire cable arranged outside the tube.
  • this fluorescent lamp In this fluorescent lamp, a high voltage is applied between the two electrodes, the electrons in the glass tube collide with the electrodes to discharge (discharge) electrons from the electrode cap, and the discharge and mercury in the tube are used. It emits light by emitting ultraviolet light and using this ultraviolet light to emit phosphor.
  • Patent Document 1 discloses a coated electrode comprising a Zr carbide layer on the surface of an electrode such as Zircoyu (Zr) to make it difficult to form an amalgam! RU
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2005-85472
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its main object to provide an electrode suitable for a long-life, high-brightness cold cathode fluorescent lamp. Another object of the present invention is to provide a cold cathode fluorescent lamp with high brightness and long life.
  • the inventors of the present invention have the following characteristics necessary for realizing a cold cathode fluorescent lamp with high brightness and long life: 1. It is difficult to alloy with mercury (amalgam is difficult to form); We conducted an intensive study focusing on the fact that the melting point is high.
  • the cold cathode fluorescent lamp mercury ions generated by the discharge of the electrode collide with the electrode, thereby causing a phenomenon called sputtering in which the electrode material is scattered in the glass tube and deposited on the inner wall of the glass tube.
  • this deposit sputtering layer
  • the sputtering layer takes in mercury, so that the ultraviolet ray is not sufficiently irradiated and the luminance is lowered.
  • the sputtering layer consumes mercury, resulting in a shortened life of the fluorescent lamp. Therefore, by reducing mercury consumption by the sputtering layer, the fluorescent lamp can have a high brightness and a long life.
  • the energy when the electrons in the glass tube collide with the electrode is very large, about 10 7 eV.
  • an electrode having a low melting point (or liquid phase temperature) melts at the atomic level due to collision with electrons and cannot be sufficiently discharged by vaporizing the liquid, resulting in a decrease in the brightness of the fluorescent lamp.
  • the life of the fluorescent lamp is shortened by consuming the electrodes due to the above liquefaction and vaporization. Therefore, by reducing electrode consumption due to collision with electrons, the fluorescent lamp can have high brightness and long life.
  • the electrode of the present invention is formed using these metals.
  • the electrode for the cold cathode fluorescent lamp of the present invention is composed of at least a part of its surface by one selected from rhodium, noradium, and the first group also having an alloy power thereof.
  • the electrode of the present invention is composed of rhodium or palladium, which has a high melting point that is difficult to form an amalgam.
  • a metal such as these alloys
  • the consumption of mercury by the sputtering layer and the consumption of the electrode by melting during electron collision are effectively reduced. Therefore, by using the electrode of the present invention, a cold cathode fluorescent lamp with high brightness and long life can be obtained.
  • the present invention will be described in more detail.
  • the electrode of the present invention has at least a part of its surface made of rhodium (Rh), palladium (Pd), and alloys thereof, specifically, rhodium alloy (Rh alloy), palladium alloy (Pd Alloy), rhodium palladium alloy (Rh-Pd alloy) force 1st group force that is formed by one selected material (hereinafter referred to as the first material).
  • the Rh alloy include Rh—Co alloy and Rh—Ni alloy.
  • the Pd alloy include a Pd—Co alloy and a Pd—Ni alloy. A Pd alloy having a known composition can be used.
  • Rh—Pd alloy examples include Rh and Pd two-phase alloys, Rh—Pd—Co alloys, and Rh—Ph—Ni alloys.
  • Rh—Pd—Co alloys examples include Rh and Pd two-phase alloys, Rh—Pd—Co alloys, and Rh—Ph—Ni alloys.
  • Rh—Pd—Co alloys examples include Rh and Pd two-phase alloys, Rh—Pd—Co alloys, and Rh—Ph—Ni alloys.
  • Rh—Pd—Co alloys examples include Rh—Pd-phase alloys, Rh—Pd—Co alloys, and Rh—Ph—Ni alloys.
  • Rh—Ph—Ni alloys examples include Rh and Pd two-phase alloys, Rh—Pd—Co alloys, and Rh—Ph—Ni alloys.
  • an alloy containing either Rh or Pd as a main component or an alloy having the same amount of both elements may be used.
  • the first material has a low temperature coefficient of resistance in addition to a high melting point that is difficult to alloy with mercury as described above.
  • the electrode has a large electric resistance, a part of the input current is used as the Julian heat, resulting in poor energy efficiency. Therefore, when the resistance temperature coefficient of the electrode is small, it is possible to reduce the deterioration of energy efficiency, which is difficult to increase the electrical resistance due to the atomic level heat generation during the collision of electrons. For this reason, a cold cathode fluorescent lamp having an electrode using the first material is energy efficient and also realizes energy saving.
  • the electrode of the present invention as long as at least a part of the surface thereof is composed of the first material, for example, the entire electrode is composed of the first material, the surface portion is composed of the first material, The interior can be made of a material different from the first material.
  • the entire former electrode is made of the first material, the consumption of the electrode due to the collision of electrons, which is most difficult to form an amalgam, can be reduced to the lowest. Therefore, when this electrode is used, the cold cathode has a very high brightness and a long life. A fluorescent lamp is obtained.
  • the electrode of the present invention comprises, for example, a base material and a coating layer that covers at least a part of the surface of the base material.
  • the surface side of the layer is composed of the first material.
  • the stress at the time of forming the first material layer can be relieved, and a layer with excellent adhesion to the base material is provided directly on the base material, and this layer is used for joining the base material and the first material layer.
  • the covering layer is constituted by a bonding layer provided immediately above the base material and a surface layer provided on the bonding layer, and the surface layer is formed of the first material.
  • the surface layer having the first material force can be formed by an electroplating method or a sputtering method.
  • the electroplating method is preferable because a surface layer can be uniformly formed on the surface of the base, particularly the inner peripheral surface of the cup, even if the substrate has a complicated shape such as a S-cup.
  • the electric contact method is excellent in mass productivity.
  • the surface layer is preferably 0.05 to 10 m, particularly preferably 0.2 to 5 m.
  • the present inventors have found that gold (Au) is preferable as a material that satisfies the characteristics required for the bonding layer because of its excellent adhesion to a soft base material. Therefore, the material for forming the bonding layer is gold or a gold alloy. In particular, the bonding layer is most preferably pure Au, which preferably has a high concentration of gold.
  • the Au content is preferably 95% by mass or more.
  • the additive element of the gold alloy include elements constituting the base material. Even when the bonding layer is formed using pure Au, the elements constituting the base material may diffuse into the Au constituting the bonding layer to be alloyed. Therefore, the gold alloy constituting the bonding layer includes a gold alloy formed by diffusing the element constituting the base material in addition to the intentionally containing the additive element.
  • the electrode of the present invention can contribute to the realization of a cold cathode fluorescent lamp having a high luminance and a long life.
  • the bonding layer can be formed by an electroplating method or a vapor deposition method.
  • the electroplating method is preferable because it can uniformly form a bonding layer as described above and is excellent in mass productivity.
  • the bonding layer only needs to have a thickness that allows the base material and the surface layer to be sufficiently bonded. If the bonding layer is too thin, the surface layer is easily peeled off. If the bonding layer is too thick, the inside of the bonding layer (gold) is broken and easily peeled off.
  • the specific thickness of the bonding layer is 0.01 to 1 ⁇ m, preferably 0.03 to 0.10 ⁇ .
  • a conventional electrode material can be used as the base material.
  • Specific examples include nickel (Ni), tungsten (W), and molybdenum (Mo). Pure Ni is excellent in workability and economy. W and Mo have a very high melting point compared to pure Ni, and even if there is no coating layer, consumption of electrodes and reduction in luminance can be reduced.
  • a Ni alloy formed by adding an additive element to pure Ni can be used as a base material forming material.
  • an additive element selected from Ti, Hf, Zr, V, Fe, Nb, Mo, Mn, W, Sr, Ba, B, Th, Be, Si, Al, Y, and rare earth elements (excluding Y)
  • Examples include Ni alloys that contain one or more elements in a total amount of 0.001% to 5.0% by weight, with the balance being Ni and impurities.
  • Ni alloys containing Y are preferred because they can increase the sputtering resistance.
  • the above-mentioned Ni alloy has the following characteristics: 1. Pure N beam has a small work function and is easy to discharge, 2. Difficult to sputter, (Sputtering rate or etching rate is small! /), 3. Difficult to form amalgam 4. Since it is difficult to form an acid film, it has various advantages such that the discharge is hardly inhibited. Therefore, an electrode in which a coating layer is provided on a base material such as this Ni alloy cover can reduce the luminance and the consumption of the electrode even if the coating layer is consumed and the base material is exposed. The work function and etching rate can be changed by adjusting the type and content of additive elements in the Ni alloy.
  • iron (Fe) or an iron alloy (Fe alloy) can be used as a base material forming material.
  • the inner lead wire fixed in the glass tube generally has a material force having a thermal expansion coefficient close to that of glass.
  • an iron nickel cobalt alloy in which iron (Co) and nickel (Ni) are added.
  • An example of this iron-nickel cobalt alloy is called kovar.
  • iron-nickel alloys and iron-nickel-chromium alloys can be used as the inner lead wire forming material. These iron alloys are also excellent in plasticity and cutting workability.
  • iron has a melting point close to that of the above-mentioned iron alloy used for the inner lead wire forming material, in comparison with tungsten and molybdenum, because of its excellent plasticity. Therefore, the base material having iron strength can be easily and reliably joined to the inner lead wire by welding. Moreover, iron and iron alloys are relatively inexpensive and excellent in economic efficiency. Furthermore, iron and iron alloys have a low work function. For these reasons, iron or an iron alloy is preferable as a material for forming a base material.
  • the electrode made of iron or an iron alloy has a low work function, it is expected that the electron emission property is deteriorated by reacting quickly with mercury in the glass tube. Therefore, even if iron or an iron alloy is used to form an electrode, it is considered difficult to have sufficient characteristics required for the electrode.
  • the metal such as rhodium and palladium constituting the coating layer has a slightly larger work function than iron and iron alloys, but has a large number of surface atoms that contribute significantly to electron emission. And excellent in electron emission. Therefore, by providing the above-described coating layer on a substrate made of iron or an iron alloy, the electron emission property can be improved, and such an electrode can contribute to the enhancement of the brightness and the life of the fluorescent lamp. Conceivable.
  • iron and iron alloys include so-called pure iron and steel in which the carbon (C) content is 0.1 mass% or less, Fe is 99.9 mass% or more, and the balance is impurity. Steel with a carbon content of more than 0.1% by mass is not preferable because it becomes hard and has irregularities during machining, which affects the surface properties.
  • An iron alloy other than steel is preferably close to the thermal expansion coefficient of glass as described above, and examples of such an alloy include iron-nickel alloys containing Ni.
  • iron-nickel cobalt alloy with cobalt added to iron- nickel alloy, iron- nickel alloy with chromium added A ruchrome alloy is mentioned. The specific composition of the iron alloy is shown below.
  • Iron-nickel alloy alloy containing ⁇ : 41-52% by mass, balance: Fe and impurities
  • This alloy may further contain mass% Mn: 0.8% or less, Si: 0.3% or less.
  • Iron-nickel-cobalt alloy By mass%, Ni: 28-30%, Co: 16-20%, the balance: an alloy consisting of Fe and impurities
  • the alloy may further contain Mn: 0.1 to 0.5% and Si: 0.1 to 0.3% by mass. Moreover, a commercially available Kovar can be used for this alloy.
  • Iron-nickel-chromium alloy By mass%, Ni: 41-46%, Cr: 5-6%, the balance: Fe and impurities
  • This alloy may further contain Mn: 0.25% by mass or less.
  • a typical example is a solid columnar shape made of a hollow bottomed cylinder.
  • the cup-shaped electrode is preferable because it can suppress the sparking to some extent by the holo-power sword effect.
  • the columnar electrode can be formed by cutting a linear material made of the first material or the base material forming material into a predetermined length, and is easy to manufacture.
  • the cup-shaped electrode can be typically formed by pressing a plate-shaped material made of the first material or the base material forming material.
  • a cup-shaped electrode body By processing, a cup-shaped electrode body can be formed.
  • the other end of the linear material may be appropriately cut to adjust the diameter of the inner lead wire.
  • the entire linear material made of the base material forming material may be cut to form the cup-shaped electrode body and the linear inner lead wire integrally.
  • one end of the linear material can be an electrode body and the other end can be an inner lead wire.
  • the diameter of the inner lead wire may be adjusted by appropriately cutting the other end of the linear material.
  • the electrode of the present invention includes a structure in which an electrode body and an inner lead wire are formed as a body.
  • the shape of the base material is cup-shaped.
  • the covering layer is preferably formed so as to cover at least the inner peripheral surface of the cup, that is, the entire inner peripheral surface of the cylindrical portion of the cup and the entire inner peripheral surface of the bottom portion.
  • a coating layer may be provided so as to cover the entire inner peripheral surface and outer peripheral surface of the cup.
  • a sacrificial electrode or a shielding plate may be placed near the saddle part.
  • the coating layer is formed by sputtering or vapor deposition, it is possible to use a shielding plate that regulates the diffusion range of particles forming the coating layer.
  • the inner lead wire is an electrode provided integrally with the electrode body, the above masking or the like is performed so that a coating layer is not formed on the surface of the inner lead wire.
  • the electrode of the present invention is used as an electrode for a cold cathode fluorescent lamp.
  • the cold cathode fluorescent lamp has a phosphor layer on the inner wall surface, and includes a glass tube in which rare gas such as argon and xenon and mercury are enclosed, and the electrode of the present invention is arranged in the tube.
  • the electrode of the present invention is made of a material having a high melting point that makes it difficult to alloy with mercury, the electrode of the present invention depends on the consumption of mercury when used as an electrode of a cold cathode fluorescent lamp. It is possible to reduce the decrease in luminance and the decrease in luminance due to insufficient discharge, and the consumption of mercury can be reduced if mercury is consumed. Therefore, the cold cathode fluorescent lamp of the present invention comprising the electrode of the present invention has high brightness and long life.
  • a cup-shaped electrode or a cylindrical electrode both diameter: 1.6 mm x length: 3.0 mm was prepared, and a cold cathode fluorescent lamp using this electrode And the luminance and lifetime were evaluated.
  • the cup-shaped electrode is produced as follows.
  • the ingot made of the base material having the composition shown in Table 1 is hot-rolled, and the obtained rolled sheet is heat treated and then subjected to surface cutting.
  • the surface-treated material is repeatedly subjected to cold rolling and heat treatment, and then subjected to final heat treatment (softening treatment) to produce a plate-like material (thickness: 0.1 mm).
  • This plate-like material is cut into a predetermined size,
  • the obtained plate-shaped piece is cold-pressed to produce a cup-shaped substrate.
  • An electrode without a coating layer uses this base material as a cup-shaped electrode, and an electrode having a coating layer forms a bonding layer and a surface layer having the composition shown in Table 1 by electroplating to form a cup.
  • the thickness of the coating layer is changed by adjusting the plating time. Cover the entire surface of the electrode (the entire inner and outer peripheral surfaces)! /
  • the cylindrical electrode is manufactured as follows. Hot rolling is performed on the ingot made of the base material having the composition shown in Table 1. The obtained rolled wire is subjected to a combination of cold drawing and heat treatment, followed by final heat treatment (softening treatment) to produce a wire (wire diameter ⁇ 1.6 mm). This linear material is cut into a predetermined length (3 mm) to produce a cylindrical base material. An electrode that does not have a coating layer uses this base material as a columnar electrode, and an electrode having a coating layer forms a bonding layer and a surface layer having the composition shown in Table 1 by an electroplating method. A cylindrical electrode is used. The thickness of the cover layer is adjusted by the plating time. The coating layer is provided over the entire surface of the electrode.
  • the adhesion state of the surface layer was examined. In any of the electrodes, the bonding layer was sufficiently adhered without being peeled off from the base material. In addition, when the composition of the bonding layer was examined after the coating layer was formed, alloyed materials (Au—Ni alloy, Au—Fe alloy) were found. This Ni and Fe are considered to have diffused from the base material. Even if the bonding layer was alloyed, there was no problem in adhesion.
  • the cold cathode fluorescent lamp is manufactured as follows. Weld the inner lead wire that also has Kovar force and the outer lead wire made of copper-coated Ni alloy wire, and weld and connect the inner lead wire to the bottom or end face of the electrode made as described above. Nickel, nickel alloy, electrode (base material) that also has iron or iron alloy force and inner lead wire that also has kovar force can be easily joined by welding because they have the same or relatively close melting point. By welding glass beads to the outer periphery of the inner lead wire, an electrode member in which the lead wire, electrode, and glass bead are integrated is obtained. Two such electrode members are prepared. The covering layer may be formed on the substrate with both lead wires and glass beads attached.
  • the base material and the inner lead wire can be integrally formed.
  • the procedure for manufacturing this integrated object is shown below. First, a linear material is prepared in the same manner as the cylindrical electrode described above, and this linear material is cut into a predetermined length (4 mm). A cup-shaped electrode was produced by applying a cold forging force to one end of the obtained short material (in the range from the end surface to 1 mm in the longitudinal direction). The side is appropriately cut to produce a linear inner lead wire. Join the outer lead wire to one end of the inner lead wire.
  • a glass tube having a phosphor layer (halophosphate phosphor layer in this test) on the inner wall surface and having both ends opened is prepared, and one electrode member is inserted into one end of the opened tube, The glass beads and the end of the tube are welded to seal one end of the tube and fix the electrode member in the tube.
  • a vacuum is drawn from the other end of the opened glass tube to introduce a rare gas (Ar gas in this test) and mercury, and the other electrode member is similarly fixed and the glass tube is sealed.
  • Luminance and life of each sample prepared were set to 100 for the center luminance (43000cd / m 2 ) and life of sample No. 1 with electrode No. 1 (cup-shaped electrode made of Ni), etc. Evaluate the brightness and life of each sample with the electrodes. The results are shown in Table 2. The lifetime is assumed to be when the center brightness reaches 50%.
  • a sample having a substrate made of rhodium and an electrode having a covering layer made of rhodium, palladium or the like is compared with a sample having a covering layer and a small electrode.
  • High brightness and long life In particular, samples with electrodes with thicker surface layers have higher brightness and longer life. From this, it is presumed that an electrode whose surface is made of a material selected from rhodium, noradium, and alloys thereof contributes to the realization of a cold cathode fluorescent lamp with high brightness and long life.
  • a sample having a cup-shaped electrode has higher luminance and a longer life than a sample having a cylindrical electrode.
  • a sample having an electrode whose covering layer also has rhodium force has a higher luminance and a longer life than a sample whose electrode has a palladium layer.
  • Samples with electrodes that have Ni alloying power on the base material have a longer life than samples with electrodes that have Ni power on the base material. Since the base material made of Ni alloy is excellent in sputtering resistance that the base material itself is easy to discharge, the reduction in luminance and electrode consumption can be reduced even after the coating layer is consumed. Samples with different electrodes are considered to have a longer life.
  • a sample including an electrode having a base material formed of Fe (C: containing 0.025% by mass) or an Fe alloy has high brightness and long life. This is thought to be because the coating layer has excellent electron emission properties.
  • the electrode substrate may be formed of W or Mo.
  • the electrode of the present invention can be suitably used for an electrode of a cold cathode fluorescent lamp.
  • the cold-cathode fluorescent lamp of the present invention is, for example, a variety of electric light sources such as a light source for a knock light of a liquid crystal display, a light source for a front light of a small display, a light source for irradiating a document such as a copying machine or a scanner, It can be suitably used as a light source for equipment.

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

明 細 書
冷陰極蛍光ランプ用電極
技術分野
[0001] 本発明は、冷陰極蛍光ランプに用いる電極、及びこの電極を具える冷陰極蛍光ラ ンプに関するものである。特に、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプに適した電極 に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、複写機やイメージスキャナなどの原稿照射用光源、パソコンの液晶モニタや 液晶テレビなどの液晶ディスプレイのバックライト用光源と!/、つた種々の光源に冷陰 極蛍光ランプが利用されている。冷陰極蛍光ランプは、代表的には、内壁面に蛍光 体層を有し、希ガス及び水銀が封入されるガラス管内に一対の電極を具える。電極 は、端部にリード線が溶接され、リード線を介して電圧が印加される。リード線は、代 表的には、ガラス管内に固定されるインナーリード線と、管外に配置されるアウターリ 一ド線カもなる。この蛍光ランプは、両電極間に高電圧を印加して、ガラス管内の電 子を電極に衝突させて電極カゝら電子を放出させ (放電させ)、この放電と管内の水銀と を利用して紫外線を放射させ、この紫外線を利用して蛍光体を発光させることで発光 する。
[0003] 上記電極は、純ニッケル (Ni)力 なるものが代表的である。その他、特許文献 1には 、アマルガムを形成し難くするために、ジルコユア (Zr)カゝらなる電極表面に Zrの炭化 物層を具える被覆電極が開示されて！、る。
[0004] 特許文献 1：日本公開特許第 2005-85472号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 近年、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプが強く望まれており、このような要求を 満たす電極が求められて！/、る。
[0006] 高輝度にするには、電極に流す電流を大きくすることが挙げられる。しかし、電流を 大きくすると、スパッタリングなどにより電極の消費が早くなり、寿命が短くなる。また、 最近は、省エネ化の事情を考慮して電流を大きくすることを望まない傾向にある。従 つて、電極自体の特性を改善する必要がある。
[0007] 本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、長寿命で高輝度な冷陰極蛍 光ランプに適した電極を提供することを主目的とする。また、本発明の他の目的は、 高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明者らは、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプを実現するために電極に必要 な特性として、特に、 1.水銀と合金化しにくい (アマルガムを形成しにくい)こと、 2.融点 が高 、こと、に着目して鋭意検討を行った。
[0009] 冷陰極蛍光ランプでは、電極の放電により生じた水銀イオンが電極に衝突すること で、電極物質がガラス管内に飛散してガラス管の内壁に堆積するスパッタリングという 現象が生じる。電極物質がアマルガムを形成し易い場合、この堆積物 (スパッタリング 層)が水銀を取り込むことで、紫外線の照射が十分に行われず、輝度が低下する。ま た、スパッタリング層が水銀を消費することで、結果として蛍光ランプの寿命を短くす る。従って、スパッタリング層による水銀の消費を低減することで、蛍光ランプを高輝 度かつ長寿命とすることができる。
[0010] 一方、ガラス管内の電子が電極に衝突するときのエネルギーは、 107eV程度と非常 に大きい。そのため、融点 (或いは液相温度)が低い電極は、電子との衝突により原子 レベルにおいて溶融し、液ィ匕ゃ気化することで十分に放電が行えず、結果として蛍 光ランプの輝度が低下する。また、上記液化や気化により電極を消費することで、蛍 光ランプの寿命を短くする。従って、電子との衝突による電極の消費を低減すること で、蛍光ランプを高輝度かつ長寿命とすることができる。
[0011] 上記 1,2の特性を満たす材料としてロジウム、パラジウム、及びロジウム合金やパラ ジゥム合金といったこれらの合金が好ましいとの知見に基づき、本発明電極は、これ らの金属を利用して形成する。具体的には、本発明冷陰極蛍光ランプ用電極は、そ の表面の少なくとも一部をロジウム、ノラジウム、及びこれらの合金力もなる第一群か ら選択される 1種で構成する。
[0012] 本発明電極は、アマルガムを形成しにくぐ高融点であるロジウムやパラジウム、こ れらの合金といった金属により、電極表面の少なくとも一部を構成することで、スパッ タリング層による水銀の消費や、電子衝突時の溶融による電極の消費を効果的に低 減する。従って、本発明電極を用いることで、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプが 得られる。以下、本発明をより詳しく説明する。
[0013] 本発明電極は、上述のようにその表面の少なくとも一部をロジウム (Rh)、パラジウム（ Pd)、及びこれらの合金、具体的には、ロジウム合金 (Rh合金)、パラジウム合金 (Pd合 金)、ロジウムパラジウム合金 (Rh-Pd合金)力 なる第一群力 選択される 1種の材料（ 以下、第一材料と呼ぶ)で形成する。 Rh合金は、例えば、 Rh-Co合金、 Rh-Ni合金が 挙げられる。 Pd合金は、例えば、 Pd-Co合金、 Pd-Ni合金が挙げられる。公知の組成 の Pd合金を利用することができる。 Rh- Pd合金は、例えば、 Rh,Pdの二相合金、 Rh-Pd -Co合金、 Rh-Ph-Ni合金が挙げられる。二相合金の場合、 Rh,Pdのいずれかを主成 分とする合金でも、両元素が同量である合金でもよい。
[0014] 第一材料は、上述のように水銀と合金化しにくぐ高融点であることに加えて、抵抗 温度係数が小さい。ここで、電極は、電気抵抗が大きいと、投入した電流の一部がジ ユール熱として利用され、エネルギー効率が悪くなる。従って、電極は、抵抗温度係 数が小さい場合、電子の衝突時における原子レベルの発熱により電気抵抗が大きく なり難ぐエネルギー効率の劣化を低減することができる。そのため、第一材料を利 用した電極を具える冷陰極蛍光ランプは、エネルギー効率がよぐ省エネ化も実現す る。
[0015] 本発明電極は、その表面の少なくとも一部が第一材料で構成されていればよぐ例 えば、電極全体を第一材料で構成したり、表面部を第一材料で構成し、内部を第一 材料と異なる材料で構成することができる。前者電極全体を第一材料で構成する場 合、アマルガムが最も形成され難ぐ電子の衝突による電極の消費も最も低減できる ため、この電極を用いると、非常に輝度が高ぐ寿命が長い冷陰極蛍光ランプが得ら れる。
[0016] 後者電極の表面部と内部とを異なる材料で構成する場合、本発明電極は、例えば 、基材と、基材表面の少なくとも一部に被覆される被覆層とからなるものとし、被覆層 の表面側を第一材料で構成する。本発明者らは、被覆層について検討した結果、第 一材料からなる層を基材上に直に形成すると、層形成時の残留応力により、基材か ら第一材料層が剥離してしまう、との知見を得た。特に、第一材料層は、比較的硬度 が高いため、剥離し易い。即ち、第一材料層と基材とは、密着性が悪い。そこで、第 一材料層の形成時の応力を緩和可能であり、基材との密着性に優れる層を基材直 上に設けて、この層を基材と第一材料層との接合に利用する。つまり、被覆層は、基 材直上に設けられる接合層と、接合層上に設けられる表面層とからなる構成とし、こ の表面層を第一材料で形成する。
[0017] 第一材料力もなる表面層は、電気めつき法ゃスパッタ法により形成することができる 。特に、電気めつき法は、基材カ Sカップ状といった複雑な形状であっても、その表面 に、特に、カップの内周面に均一的に表面層をつくることができて好ましい。また、電 気めつき法は、量産性にも優れる。
[0018] 表面層は、その厚さが厚いほど、冷陰極蛍光ランプの高輝度化、長寿命化に貢献 することができる。従って、表面層の厚さの上限は設けないが、めっき法により表面層 を形成する場合、製造限界は 10 m程度であると考えられる。一方、表面層が薄過ぎ ると、特に、 0.05 m未満では、冷陰極蛍光ランプの高輝度化、長寿命化の効果に乏 しくなる。従って、表面層は、 0.05〜10 m、特に、 0.2〜5 mが好ましい。
[0019] 本発明者らは、接合層に要求される特性を満たす材料として、柔らかぐ基材との 密着性に優れることから、金 (Au)が好ましいとの知見を得た。そこで、接合層の形成 材料は、金又は金合金とする。特に、接合層は、高濃度の金力ゝらなることが好ましぐ 純 Auが最も好ましい。
[0020] 接合層を金合金で構成する場合、 Auの含有量は、 95質量％以上が好ま ヽ。金合 金の添加元素は、基材を構成する元素が挙げられる。純 Auを用いて接合層を形成し ても、基材を構成する元素が接合層を構成する Au中に拡散して合金化することがあ る。従って、接合層を構成する金合金は、意図的に添加元素を含有させたものの他、 基材を構成する元素が拡散してなる金合金を含むものとする。
[0021] なお、金は、融点が低いため、電子の衝突による発熱に対する耐性を考慮すると、 被覆層に好ましい膜質ではない。しかし、本発明では、金や金合金を耐熱性層として 利用するのでなぐ上述のように高融点の第一材料力 なる表面層と基材との接合層 に利用する。従って、このような低融点の元素力もなる層を基材上に具えていても、 本発明電極は、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプの実現に貢献することができる
[0022] 接合層は、電気めつき法や蒸着法により形成することができる。特に、電気めつき法 は、上述のように均一的に接合層を形成することができ、かつ量産性に優れて好まし い。
[0023] 接合層は、基材と表面層とが十分に接合できる程度の厚さを有していればよい。接 合層が薄過ぎると、表面層が剥離し易くなり、厚過ぎると、接合層 (金)の内部での破 壊が起こり、剥離し易くなる。接合層の具体的な厚さは、 0.01〜1 μ m、好ましくは、 0.0 3〜0.10 πιとする。
[0024] 基材の形成材料には、例えば、従来の電極材料を利用できる。具体的には、 -ッケ ル (Ni)やタングステン (W)、モリブデン (Mo)などが挙げられる。純 Niは、加工性や経済 性に優れる。 Wや Moは、純 Niと比較して非常に高融点であり、仮に被覆層がなくなつ ても、電極の消費や輝度の低下を低減することができる。
[0025] また、基材の形成材料として、純 Niに添加元素を添カ卩してなる Ni合金が利用できる 。具体的には、 Ti,Hf,Zr,V,Fe,Nb,Mo,Mn,W,Sr,Ba,B,Th,Be,Si,Al,Y,及び希土類元素 ( Yを除く)から選ばれる 1種以上の元素を合計で 0.001質量％以上 5.0質量％以下含有 し、残部が Ni及び不純物からなる Ni合金が挙げられる。上記元素のうち、 Be,Si,Al,Y, 及び希土類元素 (Yを除く)から選ばれる 1種以上の元素を合計で 0.001質量％以上 3. 0質量％以下含有し、残部が Ni及び不純物からなる Ni合金としてもよい。特に、 Yを含 有する Ni合金は、耐スパッタリング性を高めることができて好ま 、。
[0026] 上記 Ni合金は、 1.純 Nはりも仕事関数が小さいため放電し易い、 2.スパッタリングし 難、(スパッタリング速度又はエッチングレートが小さ!/、)、 3.アマルガムを形成し難 ヽ 、 4.酸ィ匕被膜を形成し難いため、放電が阻害され難い、といった様々な利点を有して いる。そのため、この Ni合金カゝらなる基材に被覆層を設けた電極は、仮に被覆層が 消費されて基材が露出しても、輝度の低下や電極の消費を低減できる。仕事関数や エッチングレートは、 Ni合金の添加元素の種類や含有量を調整することで変化させる ことができる。 [0027] 更に、基材の形成材料として、鉄 (Fe)又は鉄合金 (Fe合金)が利用できる。ここで、電 極に電力を供給するリード線のうち、ガラス管内に固定されるインナーリード線は、一 般に、ガラスと熱膨張係数が近い材料力も構成される。このような材料として、鉄にコ バルト (Co)、ニッケル (Ni)を添カ卩した鉄ニッケルコバルト合金がある。この鉄ニッケルコ バルト合金として、例えば、コバールと呼ばれるものがある。その他、インナーリード線 の形成材料として、鉄ニッケル合金や鉄ニッケルクロム合金が利用できる。これらの 鉄合金は、塑性カ卩ェ性や切削加工性にも優れる。従って、このような鉄合金でインナ 一リード線と電極とを一体に形成すれば、両者を別個に作製したり、両者を溶接など により接合することが不要になり、製造性を向上できる。一方、鉄は、タングステンや モリブデンと比較して、塑性カ卩ェ性に優れていることにカ卩えて、インナーリード線の形 成材料に利用される上記鉄合金に融点が近い。従って、鉄力もなる基材は、インナ 一リード線との接合を溶接によって容易にかつ確実に行うことができる。また、鉄や鉄 合金は、比較的安価であり、経済性に優れる。更に、鉄や鉄合金は、仕事関数が低 い。これらのことから、鉄又は鉄合金は、基材の形成材料に好ましい。しかし、鉄又は 鉄合金で形成した電極は、仕事関数が低いものの、ガラス管内の水銀と速やかに反 応することで、電子放出性が劣化すると予想される。そのため、鉄又は鉄合金は、電 極の形成に用いても、電極に求められる特性を十分に有することが難しいと考えられ る。これに対して、上記被覆層を構成するロジウムやパラジウムといった金属は、鉄や 鉄合金と比較して仕事関数が若干大きいものの、電子の放出に非常に寄与する表 面原子の存在数が多いことで、電子放出性に優れる。従って、鉄や鉄合金からなる 基材に上述した被覆層を設けることで、電子放出性を向上することができ、このような 電極は、蛍光ランプの高輝度化、長寿命化に寄与できると考えられる。
[0028] 鉄や鉄合金は、炭素 (C)の含有量が 0.1質量％以下で、 Feが 99.9質量％以上、残部 が不純物力 なるいわゆる純鉄や鋼が挙げられる。炭素が 0.1質量％超の鋼では、硬 くなり、機械加工時に疵ゃ凹凸などが発生し、表面性状に影響を与えるため、好まし くない。鋼以外の鉄合金は、上述のようにガラスの熱膨張係数に近いものが好ましく 、このような合金として、 Niを含有する鉄ニッケル合金が挙げられる。その他、鉄-ッ ケル合金に、コバルトを添カロした鉄ニッケルコバルト合金、クロムを添カロした鉄-ッケ ルクロム合金が挙げられる。鉄合金の具体的な組成を以下に示す。
[0029] 1. 鉄ニッケル合金:質量％で^:41〜52%を含有し、残部: Fe及び不純物からなる 合金
この合金は、更に、質量％ Mn:0.8%以下, Si:0.3%以下を含んでいてもよい。
2. 鉄ニッケルコバルト合金:質量％で、 Ni:28〜30%,Co:16〜20%を含有し、残部： Fe及び不純物からなる合金
この合金は、更に、質量％で Mn:0.1〜0.5%,Si:0.1〜0.3%を含んでいてもよい。 また、この合金は、市販のコバールを利用することができる。
3. 鉄ニッケルクロム合金:質量％で、 Ni:41〜46%,Cr:5〜6%を含有し、残部: Fe及 び不純物からなる合金
この合金は、更に、 Mn:0.25質量％以下を含んでいてもよい。
[0030] 本発明電極は、種々の形状が利用できる。代表的には、中空の有底筒からなるカツ プ状ゃ中実の柱状が挙げられる。カップ状の電極は、ホロ一力ソード効果により、ス ノ ッタリングをある程度抑制できるため好ましい。柱状の電極は、第一材料又は基材 形成材料からなる線状材を所定長に切断することにより形成することができ、製造が 容易である。カップ状の電極は、代表的には、第一材料又は基材形成材料からなる 板状材をプレス加工することにより形成することができる。基材形成材料からなる電極 本体 (被覆層形成前のもの)とインナーリード線とを一体に形成する場合は、基材形成 材料からなる線状材を作製し、この線状材の一端に鍛造加工を施すことで、カップ状 の電極本体を形成することができる。この線状材の他端に適宜切削加工を施して、ィ ンナーリード線の径を調整してもよい。或いは、上記基材形成材料からなる線状材全 体に切削加工を施して、カップ状の電極本体と線状のインナーリード線とを一体に形 成してもよ!ヽ。中実の柱状の電極本体と線状のインナーリード線とを一体に形成する 場合は、上記線状材の一端を電極本体とし、他端をインナーリード線とすることがで きる。この線状材の他端に適宜切削加工を施して、インナーリード線の径を調整して もよい。本発明電極は、電極本体とインナーリード線とがー体形成された構成を含む ものとする。
[0031] 本発明電極を基材 (電極本体)と被覆層とで構成する場合に基材の形状をカップ状 とするとき、被覆層は、少なくともカップの内周面、つまり、カップの筒状部分の内周 面、及び底部分の内周面の全面を覆うように形成することが好ましい。もちろん、カツ プの内周面及び外周面の全面を覆うように被覆層を設けてもよい。部分的に被覆層 を設ける場合は、被覆層を設けない部分に被覆層が設けられないような対策を行つ てから被覆層を形成するとよい。例えば、めっき法で被覆層を形成する場合、基材を 部分的にマスキングしたり、基材にお!/ヽて被覆層を設けな！/ヽ部分の近傍に犠牲電極 を配置したり、遮蔽板を配置することが挙げられる。スパッタ法ゃ蒸着法により被覆層 を形成する場合、被覆層を形成する粒子の拡散範囲を規制する遮蔽板を利用するこ とが挙げられる。インナーリード線を電極本体と一体に設けた電極とする場合、インナ 一リード線の表面に被覆層が形成されないように上記マスキングなどを行う。
[0032] 本発明電極は、冷陰極蛍光ランプの電極に利用する。冷陰極蛍光ランプは、内壁 面に蛍光体層を有し、内部にアルゴンやキセノンといった希ガス、及び水銀が封入さ れるガラス管を具え、この管内に本発明電極を配置して構成する。
発明の効果
[0033] 本発明電極は、その表面の少なくとも一部を水銀と合金化しにくぐ高融点である 材料で構成していることから、冷陰極蛍光ランプの電極に利用した際、水銀の消費に よる輝度の低下や、不十分な放電による輝度の低下を低減し、かつ水銀の消費ゃ電 極の消費を低減することができる。従って、本発明電極を具える本発明冷陰極蛍光ラ ンプは、高輝度で長寿命である。
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、本発明の実施の形態を説明する。
表 1に示す組成の基材の形成材料を用いて、カップ状の電極又は円柱状の電極（ いずれも直径 φ 1.6mm X長さ 3.0mm)を作製し、この電極を用いた冷陰極蛍光ランプ を作製し、輝度及び寿命を評価した。
[0035] カップ状の電極は、以下のように作製する。表 1に示す組成の基材の形成材料から なる铸塊に熱間圧延を施し、得られた圧延板材に熱処理を施した後、表面切削を行 う。この表面処理材に冷間圧延及び熱処理を繰り返し行った後、最終熱処理 (軟化処 理)を施して、板状材 (厚さ: 0.1mm)を作製する。この板状材を所定の大きさに切断し、 得られた板状片に冷間プレス加工を施して、カップ状の基材を作製する。被覆層を 有していない電極は、この基材をカップ状の電極とし、被覆層を具える電極は、電気 めっき法により、表 1に示す組成の接合層及び表面層を形成して、カップ状の電極と する。被覆層の厚さは、めっき時間を調整することで変化させる。被覆層は、電極の 表面全体 (内周面及び外周面全体)に亘って設けて！/、る。
[0036] 円柱状の電極は、以下のように作製する。表 1に示す組成の基材の形成材料からな る铸塊に熱間圧延を施す。得られた圧延線材に冷間伸線及び熱処理を組み合わせ て施した後、最終熱処理 (軟化処理)を施して、線状材 (線径 φ 1.6mm)を作製する。こ の線状材を所定の長さ (3mm)に切断して、円柱状の基材を作製する。被覆層を有し ていない電極は、この基材を円柱状の電極とし、被覆層を具える電極は、電気めつき 法により、表 1に示す組成の接合層及び表面層を形成して、円柱状の電極とする。被 覆層の厚さは、めっき時間により調整する。被覆層は、電極の表面全体に亘つて設 ける。
[0037] 被覆層形成後、表面層の密着状態を調べてみたところ、いずれの電極においても 、接合層が基材カゝら剥離することなぐ十分に密着されていた。また、被覆層の形成 後において接合層の組成を調べると、合金化したもの (Au-Ni合金、 Au-Fe合金)が認 められた。この Ni,Feは、基材から拡散されたものと考えられる。なお、接合層が合金 化していても、密着性に問題はなかった。
[0038] [表 1]
電極の構成
被覆層
基材
電極 表面層 接合層
No. 膜厚 膜厚
元素 ( μ m) 元素 ( μ ηι) 元素 形状
1 ― Ni
2 Rh 0. 05 Au 0. 05 Ni
3 Rh 0. 5 Au 0. 05 Ni
4 Rh 5 Au 0. 05 Ni かス
5 Rh 0. 5 Au 0. 01 Ni
6 Rh
7 Rh 0. 5 Au 0. 01 Ni-0. 35mass%Y
8 Ni
円柱
9 Rh 0. 5 Au 0. 01 Ni
10 85mass%Pd-15mass%Co 0. 05 Au 0. 05 Ni
11 85mass%Pd-15mass Co 0. 5 Au 0. 05 Ni
12 85mass%Pd-15mass%Co 5 Au 0. 05 Ni
13 Pd 0. 5 Au 0. 05 Ni
14 Rh-20mass Pd 0. 5 Au 0. 05 Ni
カップ
15 Rh-5mass%Co 0. 5 Au 0. 05 Ni
16 Rh 0. 5 Au 0. 05 Fe-0. 025mass%C
17 Rh 0. 5 Au 0. 05 Fe-42mass Ni
Fe-30mass%Ni-
18 Rh 0. 5 Au 0. 05
16mass%Co
[0039] 冷陰極蛍光ランプは、以下のように作製する。コバール力もなるインナーリード線と 銅被覆 Ni合金線からなるアウターリード線とを溶接し、インナーリード線を上述のよう にして作製した電極の底面又は端面に溶接して接続する。ニッケルやニッケル合金 、鉄や鉄合金力もなる電極 (基材)とコバール力もなるインナーリード線とは、融点が同 程度或いは比較的近いため、溶接により簡単に接合することができる。インナーリー ド線の外周にガラスビーズを溶着させて、リード線、電極、ガラスビーズを一体にした 電極部材が得られる。このような電極部材を二つ用意する。なお、両リード線及びガ ラスビーズを装着した状態で基材に被覆層を形成してもよい。
[0040] 基材の形成材料として、鉄ニッケル合金や鉄ニッケルコバルト合金を利用する場合 、基材とインナーリード線とを一体に形成することもできる。この一体物の作製手順を 以下に示す。まず、上述した円柱状の電極を作製する場合と同様に線状材を作製し 、この線状材を所定の長さ (4mm)に切断する。得られた短尺材の一端側 (端面から長 手方向に lmmまでの範囲)に冷間鍛造力卩ェを施してカップ状の電極を作製し、他端 側に適宜切削加工を施して線状のインナーリード線を作製する。インナーリード線の 一端には、アウターリード線を接合する。
[0041] 一方、内壁面に蛍光体層 (本試験ではハロリン酸塩蛍光体層)を有し、両端が開口 したガラス管を用意し、開口した管の一端に一方の電極部材を挿入し、ガラスビーズ と管の端部とを溶着して、管の一端を封止すると共に、この電極部材を管内に固定 する。次に、開口したガラス管の他端カゝら真空引きして希ガス (本試験では Arガス)及 び水銀を導入し、他方の電極部材を同様に固定すると共にガラス管を封止する。こ の手順により、カップ状の電極の場合、一対の電極の開口部が対向配置された冷陰 極蛍光ランプ (サンプル)を得る。円筒状の電極の場合、一対の電極の端面が対向配 置された冷陰極蛍光ランプ (サンプル)を得る。
[0042] 作製した各サンプルについて輝度及び寿命は、電極 No. l(Niからなるカップ状の電 極)を具えるサンプル No. lの中央輝度 (43000cd/m2)及び寿命を 100とし、その他の電 極を具える各サンプルの輝度及び寿命を相対的に表して評価して 、る。その結果を 表 2に示す。なお、寿命は、中央輝度が 50%になったときとしている。
[0043] [表 2]
サンフ'ル
輝度 寿命
No.
1 100 100
2 300 110
3 310 120
4 320 210
5 310 120
6 320 400
7 310 395
8 80 40
9 240 60
10 220 105
11 230 110
12 240 185
13 230 115
14 280 115
15 290 110
16 310 120
17 320 110
18 310 110
表 2に示すように、ロジウムからなる基材、及びロジウムやパラジウムなどからなる被 覆層を有する電極を具えるサンプルは、被覆層を有して ヽな ヽ電極を具えるサンプ ルと比較して、高輝度で長寿命である。特に、表面層が厚い電極を具えるサンプル ほど、高輝度で長寿命である。このことから、ロジウム、ノ ラジウム、及びこれらの合金 カゝら選択される材料で表面を構成した電極は、高輝度で長寿命な冷陰極蛍光ランプ の実現に貢献すると推測される。 [0045] その他、カップ状の電極を具えるサンプルは、円柱状の電極を具えるサンプルより も高輝度で長寿命である。また、被覆層がロジウム力もなる電極を具えるサンプルは 、被覆層がパラジウムカゝらなる電極を具えるサンプルよりも高輝度で長寿命である。 基材が Ni合金力もなる電極を具えるサンプルは、基材が Ni力もなる電極を具えるサン プルよりも長寿命である。 Ni合金カゝらなる基材は、基材自体が放電し易ぐ耐スパッタ リング性に優れることから、被覆層が消費された後でも輝度の低下や電極の消費が 低減できたため、この基材カゝらなる電極を具えるサンプルは長寿命となったと考えら れる。更に、 Fe(C:0.025質量％含有)や Fe合金で基材を形成した電極を具えるサンプ ルも高輝度で長寿命である。これは、被覆層が電子放出性に優れるためであると考 えられる。
[0046] なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなぐ適宜変更すること が可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、電極の基材を Wや Moで形成してもよい。また、ガラスビーズを用いなくてもよい。
[0047] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。本出願は 2006年 8月 4日の日本特許出願 (特願 2006— 213947)及び 2 006年 11月 29日出願の日本特許出願 (特願 2006— 322637)に基づくものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明電極は、冷陰極蛍光ランプの電極に好適に利用することができる。本発明 冷陰極蛍光ランプは、例えば、液晶ディスプレイのノ ックライト用光源、小型ディスプ レイのフロントライト用光源、複写機やスキャナなどの原稿照射用光源、複写機のィレ ィサー用光源といった種々の電気機器の光源として好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 電極表面の少なくとも一部がロジウム、ノ ラジウム、及びこれらの合金からなる第一 群力 選択される 1種の材料力 なることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極。
[2] 電極は、基材と、基材表面に被覆される被覆層とから構成され、
被覆層は、第一群力 選択される材料力 なる表面層と、基材と表面層との間に被 覆され、金又は金合金からなる接合層とから構成されることを特徴とする請求項 1に 記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
[3] 電極の形状がカップ状であることを特徴とする請求項 1に記載の冷陰極蛍光ランプ 用電極。
[4] 基材は、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、タングステン、及びモリブデンからな る第二群力 選択される 1種の材料力 なることを特徴とする請求項 2に記載の冷陰 極蛍光ランプ用電極。
[5] 請求項 1〜4の 、ずれかに記載の電極を具えることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ
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