WO2009128118A1 - 冷陰極蛍光ランプ用電極部材 - Google Patents

冷陰極蛍光ランプ用電極部材 Download PDF

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WO2009128118A1
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glass
oxide film
electrode member
lead
electrode
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PCT/JP2008/001010
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French (fr)
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細江晃久
稲沢信二
山▲崎▼和郎
徳田健之
富永哲司
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住友電気工業株式会社
住電ファインコンダクタ株式会社
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    • Y10T428/2958—Metal or metal compound in coating

Definitions

  • the present invention relates to an electrode member used as a constituent member of a cold cathode fluorescent lamp, and a method for manufacturing the electrode member.
  • the present invention relates to an electrode member having excellent adhesion between a lead portion and glass.
  • Cold cathode fluorescent lamps are used in various light sources such as light sources for irradiating documents such as copying machines and image scanners, and backlights for liquid crystal display devices (liquid crystal displays) such as liquid crystal monitors of personal computers and liquid crystal televisions.
  • liquid crystal display devices liquid crystal displays
  • it includes a cylindrical glass tube having a phosphor layer on the inner wall surface and a pair of electrodes disposed at both ends of the glass tube, and a rare gas and mercury are enclosed in the glass tube (e.g., a patent Reference 1).
  • the electrode is typically in the shape of a cup (bottomed cylindrical shape), a lead wire is joined to the bottom, and a voltage is applied via the lead wire.
  • the lead wire includes, for example, an inner lead wire fixed inside the glass tube and an outer lead wire joined to the inner lead wire and disposed outside the glass tube.
  • a typical constituent material of the inner lead wire is Kovar (Fe, Co, Ni alloy) close to the thermal expansion coefficient of glass.
  • glass beads are fixed to the outer periphery of the inner lead wire so that the inner lead wire and the glass tube are in close contact, and the glass bead and glass tube are melted. To be done. These electrodes, lead wires, and glass beads are bonded together in advance, and the integrated product is fixed to the glass tube.
  • Patent Document 1 an oxide film is formed on the outer periphery of the inner lead wire before the glass bead is joined to the inner lead wire.
  • Patent Document 1 describes that by forming an oxide film on a lead wire, the wettability between the lead wire and the glass beads can be improved, and the airtightness of the glass tube can be improved.
  • the conventional oxide film cannot be said to be sufficiently adhered to the glass beads, and further improvement in bonding strength is desired. If the lead wire and the glass bead are not sufficiently in close contact with each other, constituent members between the lead wire and the glass tube cannot be in close contact with each other, and a gap is formed in the sealed portion of the glass tube. There is a possibility that gas in the glass tube leaks from the gap. When the gas leaks, for example, ultraviolet rays necessary for light emission are not sufficiently emitted, and the life of the fluorescent lamp is shortened.
  • a main object of the present invention is to provide an electrode member that can improve the bonding strength between the lead portion and the glass. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for the electrode member.
  • the oxide film can be formed by heating the lead wire in an atmosphere containing oxygen such as air.
  • this oxide film is composed of iron oxide having a high oxygen content, specifically, ferric trioxide (Fe 2 O 3 ). It is composed of triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ).
  • Such an oxide film made of iron oxide may not be sufficiently adhered to a glass bead or a glass tube.
  • the oxide film is thick, the oxide film itself becomes brittle and easily peels off.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the oxide film and the thermal expansion coefficient of glass is relatively large, if the oxide film is thick, an oxide film having a large thermal expansion coefficient is interposed between the glass and the lead wire. . Furthermore, the oxide film formed on the lead portion has many voids. Although these voids are reduced by heating when bonding the glass beads to the lead portion or heating when sealing the glass tube with the electrode member, if the oxide film is thick, many voids remain in the film. There is a possibility that gas in the glass tube leaks due to the remaining gap.
  • the present inventors have found that an oxide film containing a specific compound is preferable. Specifically, the bonding strength of an oxide film containing FeO is improved as compared with an oxide film made of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 . The reason for this is not clear, but it is thought that the oxide film containing FeO improves wettability with glass. Therefore, the electrode member of the present invention is configured to include an oxide film containing FeO.
  • the electrode member for a cold cathode fluorescent lamp of the present invention has an electrode portion and a lead portion. The lead portion is connected to the end portion of the electrode portion. Further, at least the surface side of the lead portion is made of an iron-containing metal. An oxide film containing FeO is provided on at least a part of the surface of such a lead portion.
  • the lead portion and the glass can be sufficiently adhered, so when the electrode member of the present invention is placed on the glass tube and the opening of the glass tube is sealed, the lead The structural members between the part and the glass tube can be sufficiently adhered to each other. Therefore, when a cold cathode fluorescent lamp is formed using the electrode member of the present invention, this fluorescent lamp can suppress gas leakage from the sealed portion of the glass tube, and sufficient gas (especially mercury) in the glass tube. Presence of this increases the lifetime. Further, since this lamp has a sufficient gas (same as above), it is possible to maintain a high luminance and to suppress a shortening of the lifetime due to a decrease in the luminance.
  • the electrode member of the present invention can be manufactured by the following manufacturing method of the present invention.
  • the manufacturing method of the electrode member for a cold cathode fluorescent lamp of the present invention is a method of manufacturing an electrode member having a lead portion at an end portion of the electrode portion, and includes the following oxide film forming step.
  • oxide Film Forming Step The outer periphery of the lead part is heated to form an oxide film on the surface of the lead part. At least the surface side of the lead portion is made of an iron-containing metal. And this process comprises the two processes from which the atmosphere shown below differs.
  • ⁇ Oxidizing Step> The lead portion is heated in an oxidizing atmosphere to form an oxide film.
  • ⁇ Non-oxidizing step> After the oxidizing step, the lead portion is heated in a non-oxidizing atmosphere to generate FeO in the oxide film.
  • the above manufacturing method of the present invention can easily manufacture the electrode member of the present invention having an oxide film containing FeO by heating the lead part in different atmospheres.
  • the present invention will be described in more detail.
  • the electrode member of the present invention is used as a constituent material of a cold cathode fluorescent lamp, and includes an electrode part used for discharge and a lead part for supplying power to the electrode part.
  • an electrode member used for a cold cathode fluorescent lamp that is required to have a long life and high quality is an adhesive agent for fixing the electrode part to the glass tube of the fluorescent lamp in addition to the electrode part and the lead part. It is preferable to provide a glass portion that functions as a sealing member for a glass tube.
  • the lead portion for example, one having an inner lead portion and an outer lead portion can be used.
  • the inner lead portion is a portion where the electrode portion is bonded to one end and is fixed to the inside of the glass tube
  • the outer lead portion is a portion that is bonded to the inner lead portion and exposed to the outside of the glass tube. is there.
  • the inner lead portion and the outer lead portion are joined by welding or the like.
  • the welding bump is provided at the joint portion, the position deviation of the glass portion can be prevented by using the welding bump as a glass bead stopper described later.
  • a wire made of nickel (Ni), a wire made of a nickel alloy such as MnNi, a wire made of dumet, and the like can be used.
  • These wires may include a plating layer such as a nickel plating layer.
  • the inner lead portion is bonded to the outer periphery of a glass such as a glass tube or a glass portion made of glass beads, a wire made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of glass can be suitably used.
  • the inner lead part can use suitably the wire which consists of material excellent in electroconductivity.
  • a material that satisfies such characteristics is an iron (Fe) -containing metal.
  • the electrode member of the present invention uses a wire made of an iron-containing metal at least on the surface side for the inner lead portion.
  • An oxide film is formed in advance on at least a part of the surface of the inner lead portion. More specifically, an oxide film is formed on the surface of the inner lead portion where it is covered with a glass tube or a glass portion. Therefore, when this invention electrode member has a glass part joined to the outer periphery of a lead part, as for this electrode member, an oxide film exists in the boundary vicinity of a glass part and an inner lead part.
  • the oxide film is made of an oxide formed by oxidizing the constituent elements of the lead portion.
  • the oxide film is substantially made of iron oxide.
  • the oxide film is composed of diiron trioxide (Fe 2 O 3 ) and triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ).
  • the electrode member of the present invention includes an oxide film containing iron monoxide (FeO) in addition to Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 by forming an oxide film under specific conditions as described later.
  • an oxide film containing FeO tends to have better adhesion to glass compared to an oxide film made of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 , and the higher the FeO content, the higher the adhesion. .
  • the FeO content is preferably 1% or more, more preferably 10% or more by volume ratio.
  • the ratio of the compound constituting the material changes due to heating when the glass portion is bonded to the lead portion or heating when the electrode member is fixed to the glass tube. Specifically, the content of FeO tends to be reduced by the heating. Therefore, in the case of an electrode member having a glass part, in the electrode member after the glass part is formed, before the glass part is formed so that the content of FeO in the oxide film is 1% or more by volume ratio
  • an oxide film is formed in the lead part so that the content of FeO in the oxide film exceeds 1% by volume.
  • the oxide film is formed so that the content of FeO in the oxide film provided in the lead portion is 10% or more, preferably 50% or more by volume.
  • the presence or absence of FeO in the oxide film and the volume ratio of the oxide species in the entire film can be measured by, for example, XRD.
  • the thickness of the oxide film of the electrode member is preferably 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m, more preferably 1 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less, regardless of the presence or absence of the glass portion.
  • the thickness of the oxide film of the electrode member is less than 1 ⁇ m, the thickness of the oxide film is likely to be reduced by heating when the electrode member is fixed to the glass tube, and the oxide film may be lost. Since the oxide film disappears, the constituent elements of the lead part are easily diffused to the glass side, and an ion diffusion layer described later tends to be thick. If it exceeds 10 ⁇ m, a large number of voids may remain in the oxide film even if heating is performed to fix the glass tube.
  • the thickness of the oxide film can be adjusted according to the size (diameter) of the lead portion and the size (inner diameter) of the glass tube.
  • the thickness of the oxide film of the electrode member is preferably within the above range.
  • the thickness of the oxide film can be made larger than the above range.
  • the oxide film formed on the lead part is thinned by diffusion of elements constituting the oxide film to the glass side by heating at the time of bonding the glass part. Therefore, the oxide film formed on the lead part before forming the glass part is larger than this range so that the thickness of the oxide film of the electrode member after forming the glass part is in the above range (1 to 10 ⁇ m). Form thick. Specifically, about 6 to 20 ⁇ m is preferable.
  • the thickness of the oxide film before forming the glass part may be adjusted as appropriate, and the thickness of the oxide film after forming the glass part may satisfy the above range.
  • An oxide film containing FeO can be formed by two-step heating.
  • the first heating is performed in an oxidizing atmosphere (oxidizing process), and oxygen (O) and the constituent element (Fe) of the lead portion are combined to form Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 .
  • a burner or an electric furnace can be used for this heating.
  • the burner is easy to adjust the combustion gas, and an oxide film having a desired thickness can be stably formed by appropriately adjusting the combustion gas. Since an electric furnace can form an oxide film on a large number of lead portions at once, it is excellent in mass productivity when an electric furnace is used.
  • the conditions for using a burner are: heating temperature: 900-1200 ° C, heating time: 3-12 seconds, and conditions for using an electric furnace: heating temperature: 650 -1000 ° C, heating time: 2-8 minutes. The higher the heating temperature or the longer the heating time, the thicker the oxide film tends to be. More preferable conditions are: When using a burner, heating temperature: 950 to 1150 ° C, heating time: 3 to 8 seconds, when using an electric furnace, heating temperature: 700 to 850 ° C, heating time: 3 to 5 minutes is there. When it is set as the electrode member which does not have a glass part, it is good to shorten the said heating time.
  • the oxidizing atmosphere should just contain oxygen, for example, air atmosphere is mentioned. Since this oxidizing process is heating in an oxidizing atmosphere, oxygen (O) and iron (Fe) in the constituent material of the inner lead part combine to form oxygen such as Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 . Iron oxide with a large amount of bonds is produced, and FeO is not produced.
  • the second stage heating is performed in a non-oxidizing atmosphere (non-oxidizing step).
  • a non-oxidizing atmosphere non-oxidizing step
  • the thickness of the oxide film does not substantially increase, and is a constituent element of the lead portion in the oxide film formed by the first stage heating (oxidation process) Fe is diffused.
  • the atomic ratio of Fe in the oxide film is increased, and FeO can be generated in the film.
  • this heating is performed in a non-oxidizing atmosphere, it is preferable to use an electric furnace. Further, this heating is preferably performed as much as necessary to change the compound constituting the oxide film. Specific conditions include heating temperature: 900 to 1100 ° C. and heating time: 3 to 5 minutes. More preferable conditions are heating temperature: 950 to 1050 ° C.
  • the non-oxidizing atmosphere does not need to substantially contain oxygen, and examples thereof include an inert atmosphere made of an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), or helium (He).
  • the inert gas may be a reducing atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen.
  • Ni nickel (pure Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), or the like can be used as a material for forming the electrode part.
  • Pure Ni is excellent in workability and economy.
  • W and Mo have a very high melting point compared to pure Ni, and can reduce consumption of the electrode part and a decrease in luminance.
  • a Ni alloy formed by adding an additive element to pure Ni can be used as a forming material.
  • Ni alloy which contains 0.001 mass% or more and 5.0 mass% or less of elements more than a seed
  • it contains at least one element selected from Be, Si, Al, Y and rare earth elements (excluding Y) in a total amount of 0.001% by mass to 3.0% by mass, with the balance being Ni and inevitable impurities.
  • An alloy may be used.
  • the electrode part made of such an Ni alloy has a work function smaller than that of an electrode made of pure Ni, and is easy to discharge. 2. Difficult to sputter (sputtering rate or etching rate is small). 3. Forms an amalgam. 4. It has various advantages such as 4. It is difficult to form an oxide film and it is difficult to inhibit discharge. In particular, a Ni alloy containing Y can improve the sputtering resistance.
  • a typical shape of the electrode part is a cup shape (bottomed cylindrical shape).
  • the cup-shaped electrode portion can be easily formed by pressing a plate-shaped material.
  • the cup-shaped electrode portion can suppress sputtering due to the hollow cathode effect.
  • the glass part is formed by inserting and heating cylindrical glass beads around the outer periphery of the lead part (inner lead part) on which the oxide film is formed and deforming it. To do. Moreover, a glass part is joined to the outer periphery of an inner lead part by this heating.
  • the glass beads for example, those made of borosilicate glass or aluminosilicate glass can be used.
  • the ion diffusion layer of the electrode member is preferably as thin as possible, and the thickness is preferably 15 ⁇ m or less, particularly preferably 12 ⁇ m or less.
  • the glass part may be formed using a burner or an electric furnace.
  • a method can be used in which glass beads are heated in a reducing atmosphere to be deformed and bonded, and at the same time, an oxide film at a portion (exposed portion) not covered with the glass portion in the lead portion is reduced.
  • the heating temperature is set to a high temperature or the heating time is lengthened to sufficiently melt the glass portion and increase the wettability to the oxide film. It is effective.
  • the heating temperature is high or the heating time is long, the glass beads are deformed so as to extend along the oxide film of the lead portion, and it is difficult to obtain a desired shape.
  • the glass beads are easily deformed into a desired shape, but cannot be sufficiently joined. Therefore, the glass beads can be deformed into a desired shape by performing two-step heating as described later, instead of performing deformation and bonding by a single heating, and the glass beads and the lead part are sufficiently bonded. This is preferable because it can prevent the thickening of the ion diffusion layer.
  • a glass part forming step including the following deformation step and bonding step.
  • Glass beads are arranged on the outer periphery of the lead part on which the oxide film is formed, and the glass part is heated and deformed to form the glass part, and the glass part is joined to the lead part.
  • Heating temperature 700 to 800 ° C
  • heating time 3 to 5 minutes
  • Heating temperature 900 to 1100 ° C
  • heating time 3 to 5 Min
  • the deformation process is a heating process for mainly deforming the glass beads.
  • the non-oxidizing atmosphere include an inert atmosphere made of an inert gas such as nitrogen, argon, or helium. Because of the non-oxidizing atmosphere, this heating is preferably performed using an electric furnace. In addition, an electric furnace can deform many glass beads at a time, and when an electric furnace is used, it is excellent in mass productivity. More preferable conditions are heating temperature: 750 to 800 ° C. and heating time: 3.5 to 4 minutes. Since the deformation process is performed at a relatively low temperature, the ion diffusion layer is hardly formed.
  • the bonding process is a heating process mainly for bonding the deformed glass beads and the lead portions.
  • the reducing atmosphere include an atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen in an inert gas such as nitrogen, argon, or helium.
  • a reducing gas such as hydrogen
  • an inert gas such as nitrogen, argon, or helium.
  • heating temperature 950 to 1000 ° C.
  • heating time 3.5 to 4 minutes.
  • the bonding step is a reducing atmosphere, it can be heated using a burner.
  • the heating temperature is preferably 1000 to 1200 ° C. and the heating time is 5 to 10 seconds.
  • the thickness of the ion diffusion layer can be reduced to 15 ⁇ m or less by heating under the above conditions.
  • voids existing in the oxide film can be reduced by this heating.
  • this heating can reduce and remove the oxide film at the portion not covered with the glass portion in the lead portion.
  • the electrode member of the present invention having the above-described lead portion, electrode portion, and optionally glass portion can be suitably used as a constituent member of a cold cathode fluorescent lamp.
  • a glass tube provided with a phosphor layer on the inner wall surface is prepared, an electrode member is inserted into one opening of the glass tube, and a lead portion (glass portion) is disposed in the vicinity of the opening.
  • the contact portion with the lead portion if the electrode member has a glass portion, the glass tube is contacted with the glass portion and the glass portion) is heated to melt the glass and seal the opening.
  • the electrode member is fixed.
  • a predetermined gas is introduced into the glass tube, another electrode member is inserted into the other opening, and a lead portion (glass portion) in the vicinity of this opening Place.
  • the contact portion with the lead portion when the electrode member has a glass portion, the glass tube is contacted with the glass portion and the glass portion, to melt the glass and seal the glass tube
  • the electrode member is fixed to the glass tube.
  • the electrode member for a cold cathode fluorescent lamp of the present invention can sufficiently adhere the lead portion and the glass. Therefore, when a cold cathode fluorescent lamp is formed using the electrode member of the present invention, constituent members from the lead wire to the glass tube can be sufficiently adhered to each other, and gas leakage from the sealed portion in the glass tube can be prevented. Therefore, the electrode member of the present invention is expected to contribute to extending the life of the fluorescent lamp.
  • Electrode member 11 Electrode part 12 Lead part 12i Inner lead part 12o Outer lead part 12s Oxide film 13 Glass part 100 Alternative member 120 Inner lead part 130 Glass part 200 Jig
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrode member.
  • the electrode member 10 includes a cup-shaped electrode part 11, a lead part 12 joined to the bottom part of the electrode part 11, and a glass part 13 joined to the outer periphery of the lead part 12.
  • the lead part 12 includes an inner lead part 12i joined to a glass tube of a cold cathode fluorescent lamp and an outer lead part 12o arranged to be exposed outside the tube.
  • the inner lead portion 12i includes an oxide film 12s at a location covered with the glass portion 13 on the surface thereof.
  • Such an electrode member was produced as follows.
  • Example> 1 Formation of electrode part and lead part As the electrode part 11, a nickel plate was formed into a cup shape by press working.
  • the lead portion 12 is one end surface of a wire (diameter ⁇ 0.8 mm) made of Kovar (Ni: 28 to 30% by mass, Co: 16 to 18% by mass, balance Fe), and a wire made of a nickel alloy (MnNi). It was formed by welding the end face.
  • the Kovar wire portion is the inner lead portion 12i, and the nickel alloy wire portion is the outer lead portion 12o.
  • a welding bump (not shown) was formed at the joint between the two wires.
  • the obtained lead portion 12 was subjected to surface treatment such as barrel polishing and chemical polishing. A plurality of such lead portions were prepared.
  • the outer periphery of the inner lead portion 12i (the outer periphery on the inner lead portion side of the welding bump) was heated to form an oxide film 12s on the surface of the inner lead portion 12i. Heating was performed in two stages as follows. (1) Oxidizing step Heating was performed in an air atmosphere using an electric furnace at a heating temperature of 800 ° C. and a heating time of 4 minutes. (2) Non-oxidizing step Subsequently, heating was performed in a nitrogen atmosphere using an electric furnace at a heating temperature of 980 ° C. and a heating time of 4 minutes, and then cooled.
  • the ratio (volume ratio) of the compounds constituting the oxide film formed on the lead portion was examined.
  • the measurement was performed with XRD.
  • FeO was detected in all the lead portions, 90% by volume was FeO, and the remainder was Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 .
  • the thickness of the oxide film formed on the lead portion was examined, it was 2.8 to 3.7 ⁇ m.
  • the thickness of the oxide film was measured using a micrograph. Furthermore, when the state of the oxide film was confirmed with a microscope, it had many voids.
  • a glass bead is a hollow cylindrical body made of borosilicate glass (BFK) containing SiO 2 as a main component and containing Na 2 O or the like, and has a through-hole on an end surface.
  • the through hole is slightly larger than the outer diameter of the inner lead portion 12i. Therefore, when the glass beads are inserted into the inner lead portion 12i, a gap is generated between the inner peripheral surface of the glass beads and the outer peripheral surface of the inner lead portion 12i.
  • the glass beads are easily positioned at a predetermined position in the longitudinal direction of the inner lead portion 12i by the welding bump when inserted into the inner lead portion 12i.
  • the bottom surface of the cup-like electrode part 11 was joined to the other end face (the face without the welding bump) of the inner lead part 12i by laser welding.
  • the inner lead part 12i is heated by the heating when joining the electrode part, and the constituent elements of the oxide film are changed. Diffusion to the glass side can be suppressed.
  • the joining of the electrode portions can also be performed after melting glass beads described later.
  • An electrode member having an electrode portion, a lead portion, and a glass portion was obtained by the steps 1 to 4 described above. A plurality of such electrode members are produced, and these electrode members are used as examples. Regarding the examples, the ratio of the compounds constituting the oxide film was examined by XRD. As a result, each electrode member contained 1% or more of FeO by volume ratio, and the remainder was Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 . there were.
  • the thickness of the oxide film was measured using a photomicrograph and found to be 1.4 to 2.5 ⁇ m, which was thinner than the thickness of the oxide film formed on the lead portion.
  • the state of the oxide film of the example was confirmed with a microscope, the voids were reduced.
  • the thickness of the ion diffusion layer was measured using a micrograph, and it was 6.2 to 7.2 ⁇ m, which was very thin, 15 ⁇ m or less.
  • ⁇ Comparative example> An electrode member on which an oxide film was formed under conditions different from those of the above example was produced.
  • the oxide film was formed by one-step heating without performing two-step heating.
  • the specific conditions were an electric furnace, an air atmosphere, a heating temperature: 800 ° C., and a heating time: 4 minutes. Steps other than the formation of the oxide film are performed in the same manner as in the above-described embodiment to produce a plurality of electrode members, and these electrode members are used as comparative examples.
  • the ratio of the compounds constituting the oxide film in the comparative example was examined by XRD. As a result, no FeO was detected in any electrode member, and only Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 were detected. Further, the thickness of the oxide film of the comparative example was 3 to 5 ⁇ m, and the thickness of the ion diffusion layer was 6 to 7 ⁇ m, which was 15 ⁇ m or less.
  • the inner lead part was made of W (tungsten), and an electrode member provided with a glass part was made.
  • the glass part and the glass tube used for the reference example were assumed to have a thermal expansion coefficient close to W.
  • a plurality of such electrode members are manufactured, and these electrode members are used as reference examples.
  • the bonding strength between the glass and the lead portion was examined as follows. As shown in FIG. 2, the bonding strength is such that the lead part can be inserted and the electrode member is fixed to a jig 200 having a through hole of a size that the glass part cannot be inserted, and a load is applied to the outer lead part. When pulled, the force (N) at which the glass part broke was examined. In the example, since the outer lead portion breaks before the glass portion breaks, an alternative member 100 in which the glass portion 130 is formed on the inner lead portion 120 is produced under the same conditions, and the bonding strength is obtained using the alternative member 100. I investigated. The results are shown in Table 1.
  • the example is excellent in the bonding strength between the glass and the lead part. Therefore, when a cold cathode fluorescent lamp is formed using such an electrode member, constituent members between the lead portion and the glass tube can sufficiently adhere, and gas leaks from the sealing portion of the glass tube. Is expected to be prevented.
  • Example lamp An endurance test
  • Cold cathode fluorescent lamps were produced using the electrode members of the examples and comparative examples, and durability tests were performed.
  • the cold cathode fluorescent lamp uses an I-shaped glass tube having two openings, the electrode members of the examples are arranged in each opening to heat the glass, seal the openings, and lead parts (Example lamp).
  • Example lamp In the glass tube, a halophosphate phosphor layer was previously formed as a phosphor layer on the inner wall surface.
  • the mixed gas of mercury and argon was introduce
  • a comparative lamp using the electrode member of the comparative example was produced in the same manner.
  • the durability test was performed on the obtained example lamp and comparative example lamp.
  • the brightness of the cold cathode fluorescent lamp greatly deteriorates in 1000 hours (initial 1000 hours) from the start of lighting (initial), and the deterioration thereafter is small. Therefore, the initial luminance value is set to 100%, and if the luminance after 1000 hours is 80% or more of the initial luminance, it is evaluated as having durability.
  • the example lamp was 93%, and it was found that there was no problem in durability.
  • the comparative lamp was 65%. Further, the comparative example lamp detected a gas leak during lighting, while the example lamp had no gas leak.
  • the example lamp became durable because the constituent members between the lead wire and the glass tube were sufficiently adhered to each other, and the gas in the glass tube was sufficiently present. It is believed that there is. Moreover, since it is excellent in durability, the Example lamp is considered to have a long life.
  • the electrode member of the present invention can be suitably used as a constituent member of a cold cathode fluorescent lamp.
  • the manufacturing method of the electrode member of the present invention can be suitably used for manufacturing the electrode member of the present invention.
  • the cold cathode fluorescent lamp using the electrode member of the present invention includes various light sources such as a backlight light source for a liquid crystal display, a front light source for a small display, a document irradiation light source such as a copying machine or a scanner, and an eraser light source for a copying machine. It can be suitably used as a light source for electrical equipment.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Abstract

　リード部とガラスとの密着性に優れる冷陰極蛍光ランプ用電極部材、及びその製造方法を提供する。 　電極部材10は、電極部11と、リード部12と、ガラス部13とを具える。リード部12は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成され、このリード部12の表面のうち、ガラス部13に覆われる箇所に酸化膜12sを有する。酸化膜12sは、FeOを含有する。FeOを含有する酸化膜12sは、Fe2O3及びFe3O4からなる酸化膜と比較して、ガラスとの密着性が高くなり易い。そのため、電極部材10は、リード部12とガラス部13とが十分に密着して、リード部12から冷陰極蛍光ランプのガラス管までの間の構成部材同士を十分に密着させることができる。

Description

冷陰極蛍光ランプ用電極部材
　本発明は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に利用される電極部材、及びこの電極部材の製造方法に関するものである。特に、リード部とガラスとの密着性に優れる電極部材に関するものである。
　冷陰極蛍光ランプは、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表示装置(液晶ディスプレイ)のバックライト用光源といった種々の光源に利用されている。代表的には、内壁面に蛍光体層を有する円筒状のガラス管と、ガラス管の両端に配置される一対の電極とを具え、ガラス管内に希ガス及び水銀が封入される(例えば、特許文献1参照)。
　電極は、カップ状(有底筒状)が代表的であり、底部にリード線が接合され、リード線を介して電圧が印加される。リード線は、例えば、ガラス管内に固定されるインナーリード線と、インナーリード線に接合され、ガラス管外に配置されるアウターリード線とを具える。インナーリード線の代表的な構成材料には、ガラスの熱膨張係数に近いコバール(Fe,Co,Niの合金)が挙げられる。長寿命で高品質であることが要求される蛍光ランプでは、インナーリード線とガラス管とが密着し易いように、インナーリード線の外周にガラスビーズを固定し、ガラスビーズとガラス管とを溶融することが行われている。これら電極、リード線、ガラスビーズは、予め一体に接合しておき、この一体化物をガラス管に固定する。
　従来、インナーリード線とガラスビーズとの密着性を高めるために、ガラスビーズをインナーリード線に接合する前に、インナーリード線の外周に酸化膜を形成することが行われている(特許文献1参照)。
特開平11-238489号公報
　しかし、従来の冷陰極蛍光ランプは、リード線に酸化膜を形成していても、リード線とガラスとの密着が不十分である。
　特許文献1には、リード線に酸化膜を形成することで、リード線とガラスビーズとの濡れ性を高め、ガラス管の気密性を高められることが記載されている。しかし、従来の酸化膜は、ガラスビーズとの密着が十分とは言えず、接合強度の更なる向上が望まれる。リード線とガラスビーズとが十分に密着していないと、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が密着できず、ガラス管の封止部分に空隙ができる。この空隙からガラス管内のガスが漏洩する恐れがある。ガスが漏洩すると、例えば、発光に必要な紫外線が十分に放射されなくなり、蛍光ランプの寿命が短くなる。
　そこで、本発明の主目的は、リード部とガラスとの接合強度を向上することができる電極部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、この電極部材に適した製造方法を提供することにある。
　酸化膜は、大気といった酸素を含有する雰囲気中で、リード線を加熱することで形成することができる。例えば、コバールからなるリード線を大気中で加熱して酸化膜を形成すると、この酸化膜は、酸素の含有量が高い酸化鉄、具体的には、三酸化二鉄(Fe2O3)と四酸化三鉄(Fe3O4)とで構成される。このような酸化鉄からなる酸化膜は、ガラスビーズやガラス管と十分に密着できないことがある。密着性を高めるために、例えば、酸化膜を厚くすることが考えられる。しかし、酸化膜が厚いと、酸化膜自体が脆くなって剥離し易くなる。また、酸化膜の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との差が比較的大きいため、酸化膜が厚いと、ガラスとリード線との間に熱膨張係数が大きな酸化膜が介在することになる。更に、リード部に形成した酸化膜は、空隙を多く有している。これらの空隙は、ガラスビーズをリード部に接合する際の加熱や電極部材によりガラス管を封止する際の加熱により低減されるものの、酸化膜が厚いと、膜中に空隙が多く残存する。この残存する空隙によりガラス管内のガスが漏れる恐れがある。
　そこで、本発明者らは、酸化膜を厚くせずに接合強度を向上する構成を検討した結果、特定の化合物を含有する酸化膜が好ましいとの知見を得た。具体的には、FeOを含有する酸化膜は、Fe2O3及びFe3O4からなる酸化膜と比較して、接合強度が向上する。この理由は定かではないが、FeOを含有した酸化膜は、ガラスとの濡れ性が向上するためであると考えられる。そこで、本発明電極部材は、FeOを含有する酸化膜を具える構成とする。具体的には、本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材は、電極部と、リード部とを有する。リード部は、電極部の端部に接続される。また、リード部は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成される。このようなリード部の表面の少なくとも一部にFeOを含む酸化膜を有する。
　本発明電極部材は、上記酸化膜を具えることで、リード部とガラスとを十分に密着できるため、ガラス管に本発明電極部材を配置してガラス管の開口部を封止した際、リード部からガラス管までの間の構成部材同士を十分に密着できる。従って、本発明電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、この蛍光ランプは、ガラス管の封止部分からガスが漏洩することを抑制でき、ガラス管内に十分なガス(特に、水銀)が存在することで、寿命が長くなる。また、このランプは、十分なガス(同)が存在するため、高輝度を維持でき、輝度の低下により寿命が短くなることも抑制することができる。
　本発明電極部材は、以下の本発明製造方法により製造することができる。本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法は、電極部の端部にリード部を有する電極部材を製造する方法であり、以下の酸化膜形成工程を具える。
　[酸化膜形成工程]　リード部の外周を加熱し、リード部の表面に酸化膜を形成する。リード部は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成されるものとする。そして、この工程は、以下に示す雰囲気が異なる二工程を具える。
　　＜酸化性工程＞　酸化性雰囲気でリード部を加熱して酸化膜を形成する。
　　＜非酸化性工程＞　酸化性工程後に非酸化性雰囲気でリード部を加熱して、酸化膜中にFeOを生成する。
　上記本発明製造方法は、異なる雰囲気中でリード部を加熱することで、FeOを含有する酸化膜を具える本発明電極部材を簡単に製造できる。以下、本発明をより詳細に説明する。
　本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成材料に利用されるものであり、放電に利用される電極部と、電極部に電力を供給するリード部とを具える。特に、長寿命で高品質であることが要求される冷陰極蛍光ランプに用いられる電極部材は、上記電極部、リード部に加えて、電極部を蛍光ランプのガラス管に固定する際に接着剤として機能すると共に、ガラス管の封止部材となるガラス部を具えることが好ましい。
　リード部は、例えば、インナーリード部とアウターリード部とを具えるものが利用できる。インナーリード部は、一端に電極部が接合されると共に、ガラス管の内部に固定される部分であり、アウターリード部は、インナーリード部に接合されて、ガラス管の外部に露出される部分である。インナーリード部とアウターリード部とは、溶接などにより接合する。接合部分に溶接コブを設けた場合、溶接コブを後述するガラスビーズのあたり止めとして利用することで、ガラス部の位置ずれを防止できる。
　アウターリード部は、例えば、ニッケル(Ni)からなる線材、MnNiといったニッケル合金からなる線材、ジュメットからなる線材などが利用できる。これらの線材は、ニッケルメッキ層などのメッキ層を具えていてもよい。
　インナーリード部は、外周にガラス管やガラスビーズからなるガラス部といったガラスが接合されるため、熱膨張係数がガラスに近い材料からなる線材が好適に利用できる。また、インナーリード部は、導電性に優れる材料からなる線材が好適に利用できる。このような特性を満たす材料として、鉄(Fe)含有金属が挙げられる。特に、本発明電極部材は、少なくとも表面側が鉄含有金属からなる線材をインナーリード部に利用する。例えば、コバールと呼ばれるFeにCo,Niを配合した合金(その他Si,Mnなどを含む)からなる線材、銅(Cu)からなる芯材と、その外周に設けられるコバール層とを有する線材などが利用できる。インナーリード部の表面の少なくとも一部には、予め酸化膜を形成する。より具体的には、インナーリード部の表面においてガラス管又はガラス部で覆われる箇所に酸化膜を形成する。そのため、本発明電極部材がリード部の外周に接合されるガラス部を有する場合、この電極部材は、ガラス部とインナーリード部との境界近傍に酸化膜が存在する。
　酸化膜は、リード部の構成元素が酸化してできた酸化物で構成される。インナーリード部の少なくとも表面側が鉄含有金属から構成される場合、酸化膜は、実質的に酸化鉄で構成される。特に、大気中といった酸化性雰囲気下で酸化膜を形成した場合、この酸化膜は、三酸化二鉄(Fe2O3)と四酸化三鉄(Fe3O4)とで構成される。本発明電極部材は、後述するように特定の条件により酸化膜を形成することで、Fe2O3及びFe3O4に加えて、一酸化鉄(FeO)を含有する酸化膜を具える。FeOを含有する酸化膜は、Fe2O3及びFe3O4からなる酸化膜と比較して、ガラスとの密着性に優れる傾向にあり、FeOの含有量が多いほど密着性が高くなり易い。特に、ガラス部の有無に係わらず、電極部材に有する酸化膜全体を100％とするとき、FeOの含有量は、体積比で1％以上が好ましく、10％以上がより好ましい。
　リード部に形成した酸化膜は、ガラス部をリード部に接合する際の加熱や電極部材をガラス管に固定する際の加熱により、構成する化合物の割合が変化する。具体的には、FeOの含有量は、上記加熱により低減する傾向にある。そこで、ガラス部を有する電極部材とする場合、ガラス部を形成した後の電極部材において、酸化膜中のFeOの含有量が体積比で1％以上となるように、ガラス部を形成する前のリード部において、酸化膜中のFeOの含有量が1体積％超となるように、リード部に酸化膜を形成する。具体的には、リード部に具える酸化膜中のFeOの含有量が体積比で10％以上、好ましくは50％以上となるように酸化膜を形成する。酸化膜中のFeOの有無や膜全体の酸化物種の体積比率は、例えば、XRDで測定することができる。
　電極部材の酸化膜の厚さは、ガラス部の有無に係わらず、1μm以上10μm未満が好ましく、1μm以上7μm以下がより好ましい。電極部材の酸化膜の厚さが1μm未満であると、電極部材をガラス管に固定する際の加熱により、酸化膜の厚さが薄くなり易く、酸化膜が無くなる恐れがある。酸化膜が消失することで、リード部の構成元素がガラス側に拡散し易く、後述するイオン拡散層が厚くなり易い。10μm超であると、ガラス管に固定するための加熱を行っても酸化膜中に多数の空隙が残存する恐れがある。酸化膜の厚さは、リード部の大きさ(直径)やガラス管の大きさ(内径)に応じて調整することができる。リード部の直径が0.4～1.2mm程度の場合、電極部材の酸化膜の厚さは上記範囲が好ましい。リード部の直径がより大きい場合は、酸化膜の厚さを上記範囲よりも大きくすることができる。
　但し、ガラス部を有する電極部材とする場合、リード部に形成した酸化膜は、ガラス部接合時の加熱により、酸化膜を構成する元素がガラス側に拡散して厚さが薄くなる。そこで、ガラス部を形成した後の電極部材の酸化膜の厚さが上記範囲(1～10μm)となるように、ガラス部を形成する前のリード部に形成する酸化膜は、この範囲よりも厚く形成する。具体的には、6～20μm程度が好ましい。ガラス部形成前の酸化膜の厚さは、適宜調整するとよく、ガラス部形成後の酸化膜の厚さが上記範囲を満たせばよい。
　FeOを含有する酸化膜は、二段階の加熱により形成することができる。一段階目の加熱は、酸化性雰囲気とし(酸化性工程)、酸素(O)とリード部の構成元素(Fe)とを結合させて、Fe2O3やFe3O4を形成する。この加熱には、バーナーや電気炉を用いることができる。バーナーは、燃焼用ガスの調整が容易であり、燃焼用ガスを適切に調整することで、所望の厚さの酸化膜を安定して形成できる。電気炉は、大量のリード部に対して一度に酸化膜を形成できるため、電気炉を用いると、量産性に優れる。ガラス部を具える電極部材とするときにバーナーを利用する場合の条件は、加熱温度:900～1200℃、加熱時間：3～12秒、電気炉を利用する場合の条件は、加熱温度:650～1000℃、加熱時間：2～8分が挙げられる。加熱温度が高いほど、或いは加熱時間が長いほど酸化膜は厚くなる傾向にある。より好ましい条件は、バーナーを利用する場合、加熱温度:950～1150℃、加熱時間：3～8秒、電気炉を利用する場合、加熱温度:700～850℃、加熱時間：3～5分である。ガラス部を有しない電極部材とする場合は、上記加熱時間を短くするとよい。酸化性雰囲気は、酸素を含んでいればよく、例えば、大気雰囲気が挙げられる。この酸化性工程は、酸化性雰囲気での加熱であるため、酸素(O)とインナーリード部の構成材料中の鉄(Fe)とが結合し、Fe2O3やFe3O4といった酸素の結合量が多い酸化鉄が生成され、FeOが生成されない。
　二段階目の加熱は、非酸化性雰囲気で行う(非酸化性工程)。酸素が実質的に存在しない雰囲気で加熱すると、酸化膜の厚さが実質的に増加せず、一段階目の加熱(酸化性工程)により形成された酸化膜中にリード部の構成元素であるFeが拡散される。この拡散により酸化膜中のFeの原子比率が高められて、膜中にFeOを生成することができる。この加熱は、非酸化性雰囲気で行うため、電気炉を用いることが好ましい。また、この加熱は、酸化膜を構成する化合物を変化させるのに必要なだけ行うとよく、具体的な条件は、加熱温度:900～1100℃、加熱時間:3～5分が挙げられる。より好ましい条件は、加熱温度:950～1050℃、3.5～4.5分である。非酸化性雰囲気は、酸素を実質的に含んでいなければよく、窒素(N2)やアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガスからなる不活性雰囲気が挙げられる。上記不活性ガスに水素などの還元性ガスを含有する還元性雰囲気としてもよい。なお、上述したようにこの加熱は、酸化膜の厚さがほとんど変化しないため、一段階目の加熱で概ね所望の厚さの酸化膜を形成しておく。
　電極部の形成材料は、例えば、ニッケル(純Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などが利用できる。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、電極部の消費や輝度の低下を低減できる。その他、形成材料は、純Niに添加元素を添加してなる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及び不可避的不純物からなるNi合金が挙げられる。特に、Be,Si,Al,Y及び希土類元素(Yを除く)から選択される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及び不可避的不純物からなるNi合金としてもよい。このようなNi合金からなる電極部は、1.純Niからなる電極よ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い(スパッタリング速度又はエッチングレートが小さい)、3.アマルガムを形成し難い、4.酸化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する。特に、Yを含有するNi合金は、耐スパッタリング性を高められる。
　電極部の代表的な形状は、カップ状(有底筒状)が挙げられる。カップ状の電極部は、板状材をプレス加工することで容易に形成できる。カップ状の電極部は、ホローカソード効果により、スパッタリングを抑制できる。
　ガラス部を具える電極部材とする場合、ガラス部は、筒状のガラスビーズを上記酸化膜が形成されたリード部(インナーリード部)の外周に挿通配置して加熱し、変形することで形成する。また、この加熱により、インナーリード部の外周にガラス部を接合する。ガラスビーズは、例えば、ホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスからなるものなどが利用できる。
　ガラス部の形成のための加熱により、リード部も加熱されて、リード部や酸化膜を構成する元素がガラス側に拡散して、ガラス部の成分とリード部の成分とが混合したイオン拡散層がガラス部、特に、ガラス部において酸化膜と接する側に生成される。イオン拡散層は、ガラス部の他の部分と熱膨張係数が異なるため、厚過ぎるとガラス部やガラス管(封止部分近傍)の割れの原因となる。また、ガラス管の封止のための加熱によっても、イオン拡散層が生成される、或いは厚くなる。従って、電極部材のイオン拡散層は、できるだけ薄いことが好ましく、厚さが15μm以下、特に、12μm以下が好ましい。
　ガラス部の形成は、バーナーや電気炉を利用して行うとよい。例えば、還元性雰囲気中でガラスビーズを加熱して、変形及び接合すると同時に、リード部においてガラス部で覆われない箇所(露出箇所)の酸化膜を還元する方法が利用できる。ここで、リード部とガラス部との接合強度を高めるためには、加熱温度を高温とする、或いは加熱時間を長くして、ガラス部を十分に溶融して酸化膜に対する濡れ性を高めることが効果的である。しかし、加熱温度が高い、或いは加熱時間が長いと、ガラスビーズがリード部の酸化膜に沿って伸びるように変形し、所望の形状となり難い。一方、加熱温度を低くする、或いは加熱時間を短くすると、ガラスビーズを所望の形状に変形し易いものの十分に接合できない。そこで、一度の加熱で変形と接合とを行うのではなく、後述するように二段階の加熱とすることで、ガラスビーズを所望の形状に変形できると共に、ガラスビーズとリード部とを十分に接合でき、かつイオン拡散層の厚膜化を防止できて好ましい。
　具体的には、以下の変形工程と接合工程とを具えるガラス部形成工程を行うことが好適である。
　[ガラス部形成工程]　酸化膜が形成されたリード部の外周にガラスビーズを配置し、ガラスビーズを加熱して変形することでガラス部を形成すると共に、ガラス部をリード部に接合する。
　[変形工程]　非酸化性雰囲気中で、加熱温度:700～800℃、加熱時間:3～5分
　[接合工程]　還元性雰囲気中で、加熱温度:900～1100℃、加熱時間:3～5分
　変形工程は、主としてガラスビーズの変形を行うための加熱工程である。非酸化性雰囲気は、例えば、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスからなる不活性雰囲気が挙げられる。非酸化性雰囲気とすることから、この加熱は、電気炉を用いて行うことが好ましい。また、電気炉は、一度に多くのガラスビーズを変形させることができ、電気炉を用いると、量産性に優れる。より好ましい条件は、加熱温度:750～800℃、加熱時間:3.5～4分である。変形工程は、比較的低温としているため、イオン拡散層がほとんど形成されない。
　接合工程は、主として変形したガラスビーズとリード部とを接合するための加熱工程である。還元性雰囲気は、例えば、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスに水素といった還元性ガスを含有した雰囲気が挙げられる。加熱は、電気炉を用いると、上記変形工程に連続して行える。より好ましい条件は、加熱温度:950～1000℃、加熱時間:3.5～4分である。また、接合工程は、還元性雰囲気であるため、バーナーを用いて加熱することができる。この場合、加熱温度:1000～1200℃、加熱時間:5～10秒が好ましい。この接合工程では、イオン拡散層が形成されるものの、上記条件で加熱することで、イオン拡散層の厚さを15μm以下にできる。また、この加熱により、酸化膜中に存在する空隙を低減することができる。更に、この加熱により、リード部においてガラス部で覆われない箇所の酸化膜を還元して除去することができる。
　上述したリード部、電極部、任意でガラス部を有する本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に好適に利用できる。例えば、開口部を二つ有するガラス管と、本発明電極部材とを用いて冷陰極蛍光ランプを形成するには、以下の手順が挙げられる。内壁面に蛍光体層を設けたガラス管を用意し、ガラス管の一方の開口部に電極部材を挿入し、この開口部近傍にリード部(ガラス部)を配置する。そして、ガラス管においてリード部との接触箇所(電極部材がガラス部を有する場合、ガラス管においてガラス部との接触箇所及びガラス部)を加熱してガラスを溶融し、開口部を封止すると共に、電極部材を固定する。次に、ガラス管の他方の開口部から真空引きした後、ガラス管内に所定のガスを導入し、他方の開口部に別の電極部材を挿入し、この開口部近傍にリード部(ガラス部)を配置する。そして、ガラス管においてリード部との接触箇所(電極部材がガラス部を有する場合、ガラス管においてガラス部との接触箇所及びガラス部)を加熱してガラスを溶融し、ガラス管を封止すると共に、電極部材をガラス管に固定する。以上の工程により、冷陰極蛍光ランプが得られる。ガラス管は、I字状で開口部を二つ有するものが代表的であり、その他、ガラス管は、L字状(開口部が二つ又は三つ)やT字状(開口部が三つ)などがある。
　本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材は、リード部とガラスとが十分に密着できる。そのため、本発明電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が十分に密着でき、ガラス管において封止部分からのガス漏れを防止できる。従って、本発明電極部材は、蛍光ランプの長寿命化に貢献できると期待される。
電極部材の概略構成を示す部分断面図である。 接合強度試験を説明する説明図である。
符号の説明
　10　電極部材　11　電極部　12　リード部　12i　インナーリード部
　12o　アウターリード部　12s　酸化膜　13　ガラス部
　100　代替部材　120　インナーリード部　130　ガラス部　200　治具
　酸化膜を構成する化合物が異なる電極部材を作製し、接合強度を調べた。
　[電極部材]
　図1は、電極部材の概略構成を示す部分断面図である。作製した電極部材は、いずれも図1に示す電極部材10と同様の構成である。電極部材10は、カップ状の電極部11と、電極部11の底部に接合されるリード部12と、リード部12の外周に接合されるガラス部13とを具える。リード部12は、冷陰極蛍光ランプのガラス管に接合されるインナーリード部12iと、管の外部に露出して配されるアウターリード部12oとからなる。インナーリード部12iは、その表面においてガラス部13で覆われる箇所に酸化膜12sを具える。このような電極部材は、以下のように作製した。
　＜実施例＞
　1.電極部及びリード部の形成
　電極部11は、ニッケル板をプレス加工によりカップ状に形成した。リード部12は、コバール(Ni:28～30質量％、Co:16～18質量％、残部Fe)からなる線材(直径φ0.8mm)の一端面と、ニッケル合金(MnNi)からなる線材の一端面とを溶接して形成した。コバール線材部分がインナーリード部12iであり、ニッケル合金線材部分がアウターリード部12oである。両線材の接合部分には、溶接コブ(図示せず)を形成した。得られたリード部12にバレル研磨、化学研磨などの表面処理を行った。このようなリード部を複数用意した。
　2.酸化膜の形成
　インナーリード部12iの外周(溶接コブよりもインナーリード部側の外周)を加熱し、インナーリード部12iの表面に酸化膜12sを形成した。加熱は、以下のように二段階に亘って行った。
　(1)　酸化性工程
　電気炉を用いて大気雰囲気で、加熱温度:800℃、加熱時間:4分で加熱した。
　(2)　非酸化性工程
　引き続いて電気炉を用いて窒素雰囲気で、加熱温度:980℃、加熱時間:4分で加熱した後、冷却した。
　冷却後、リード部に形成した酸化膜を構成する化合物の割合(体積比率)を調べた。測定は、XRDで行った。その結果、いずれのリード部も、FeOが検出され、体積比で90％がFeOであり、残りがFe3O4及びFe2O3であった。
　また、リード部に形成した酸化膜の厚さを調べたところ、2.8～3.7μmであった。酸化膜の厚さは、顕微鏡写真を用いて測定した。更に、酸化膜の状態を顕微鏡により確認したところ、空隙を多数有していた。
　次に、上記酸化膜を形成したインナーリード部12iの外周にガラスビーズを挿通した。ガラスビーズは、SiO2を主成分とし、Na2Oなどを含むホウケイ酸ガラス(BFK)からなる中空の円筒状体であり、端面に貫通孔を有する。貫通孔は、インナーリード部12iの外径よりも若干大きい。そのため、インナーリード部12iにガラスビーズを挿通した際、ガラスビーズの内周面とインナーリード部12iの外周面との間に隙間が生じる。ガラスビーズは、インナーリード部12iに挿通した際、溶接コブにより、インナーリード部12iの長手方向の所定位置に容易に位置決めされる。
　3.電極部の接合
　インナーリード部12iの他端面(溶接コブが無い側の面)に、カップ状の電極部11の底面をレーザー溶接で接合した。ガラスビーズの溶融前(ガラス部形成前)に電極部11をリード部12に接合することで、電極部を接合するときの加熱により、インナーリード部12iが加熱されて、酸化膜の構成元素がガラス側に拡散することを抑制できる。電極部の接合は、後述するガラスビーズの溶融後に行うこともできる。
　4.ガラス部の形成
　(1)　変形工程
　電極部11を接合し、ガラスビーズを配置したリード部12を電気炉に配置し、窒素雰囲気中で加熱温度:800℃、加熱時間:4分で加熱して、ガラスビーズを変形させると共に、酸化膜に付着させた。具体的には、ガラスビーズは、加熱により角部が丸まると共に、収縮するように変形し、貫通孔の内周面が酸化膜に付着する。この変形により、ガラスビーズからガラス部13を形成する。
　(2)　接合工程
　電気炉中に水素ガスを混入して、(窒素＋水素)雰囲気とし(水素割合:16体積％)、この還元性雰囲気中で加熱温度:980℃、加熱時間:4分で加熱して、ガラス部13と酸化膜12sとを密着させる。つまり、酸化膜12sの一部をガラス部13に拡散させる。また、この加熱により、インナーリード部12iにおいて、ガラス部13で覆われず、露出した部分の酸化膜を還元して除去する。
　上記1～4の工程により、電極部、リード部、ガラス部を有する電極部材を得た。このような電極部材を複数作製し、これら電極部材を実施例とする。実施例について、酸化膜を構成する化合物の割合をXRDにより調べたところ、いずれの電極部材も体積比で1％以上のFeOを含有しており、残りがFe3O4及びFe2O3であった。
　また、実施例について、顕微鏡写真を用いて酸化膜の厚さを測定したところ、1.4～2.5μmであり、リード部に形成したときの酸化膜の厚さよりも薄くなっていた。実施例の酸化膜の状態を顕微鏡により確認したところ、空隙が低減されていた。
　更に、実施例について、顕微鏡写真を用いてイオン拡散層の厚さを測定したところ、6.2～7.2μmであり、15μm以下と非常に薄かった。
　＜比較例＞
　上記実施例と異なる条件で酸化膜を形成した電極部材を作製した。この電極部材において酸化膜は、二段階の加熱を行わず、一段階の加熱で形成した。具体的な条件は、電気炉を用い、大気雰囲気で、加熱温度:800℃、加熱時間:4分とした。酸化膜の形成以外の工程は、上記実施例と同様に行って電極部材を複数作製し、これらの電極部材を比較例とする。
　ガラス部形成後、比較例について、酸化膜を構成する化合物の割合をXRDにより調べたところ、いずれの電極部材もFeOが検出されず、Fe3O4及びFe2O3のみが検出された。また、比較例の酸化膜の厚さは、3～5μm、イオン拡散層の厚さは、6～7μmで15μm以下であった。
　＜参考例＞
　インナーリード部をW(タングステン)で作製し、ガラス部を設けた電極部材を作製した。参考例に用いたガラス部及びガラス管は、Wに熱膨張係数が近いものとした。このような電極部材を複数作製し、これらの電極部材を参考例とする。
　[接合強度試験]
　実施例,比較例,参考例について、以下のようにしてガラスとリード部との接合強度を調べた。接合強度は、図2に示すようにリード部が挿通可能で、ガラス部が挿通不可能な大きさの貫通孔を設けた治具200に電極部材を固定し、アウターリード部を荷重を加えて引っ張った際、ガラス部が破壊するときの力(N)を調べた。実施例は、ガラス部が破壊する前にアウターリード部が破断するため、インナーリード部120にガラス部130を形成した代替部材100を同様の条件で作製し、この代替部材100を用いて接合強度を調べた。その結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表1から、実施例は、ガラスとリード部との接合強度に優れることがわかる。従って、このような電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、リード部からガラス管までの間の構成部材が十分に密着することができ、ガラス管の封止部分からガスが漏れることを防止できると予想される。
　[曲げ試験]
　実施例,比較例について、インナーリード部に曲げを加えて、ガラス部の割れ状態を調べた。その結果、比較例は、リード部からガラス部の破片が脱落するように割れた。これに対し、実施例は、リード部からガラス部が剥がれて破片が脱落するように割れたりせず、リード部に付着していて形が残っていたが、ガラス部の径方向にひびが多数生じていた。このことから、実施例は、ガラス部がリード部の外周に沿って満遍なくが密着していると考えられる。
　[耐久試験]
　実施例,比較例の電極部材を用いて、冷陰極蛍光ランプを作製し、耐久試験を行った。冷陰極蛍光ランプは、開口部を二つ有するI字状のガラス管を用い、各開口部に実施例の電極部材をそれぞれ配置してガラスを加熱し、開口部を封止すると共に、リード部を固定して作製した(実施例ランプ)。ガラス管には、内壁面に蛍光体層としてハロリン酸塩蛍光体層を予め形成した。また、一方の開口部を封止する際、真空引きした後、ガラス管内に水銀とアルゴンとの混合ガスを導入した。比較例の電極部材を用いた比較例ランプも同様にして作製した。
　得られた実施例ランプ、比較例ランプについて、耐久試験を行った。冷陰極蛍光ランプの輝度は、点灯開始(初期)から1000時間(初期1000時間)で大きく劣化し、その後の劣化は小さい。そこで、初期の輝度の値を100％とし、1000時間後の輝度が初期の輝度の80％以上であれば、耐久性有りと評価する。その結果、実施例ランプは、93％であり、耐久性に問題ないことが分かった。一方、比較例ランプは、65％であった。また、比較例ランプは、点灯中、ガス漏れが検出されたのに対し、実施例ランプは、ガス漏れが無かった。このことから、実施例ランプが耐久性有りとなったのは、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が十分に密着して、ガラス管内のガスが十分に存在したことが一因であると考えられる。また、耐久性に優れることから、実施例ランプは、長寿命であると考えられる。
　なお、上述した実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、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。
　本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に好適に利用できる。本発明電極部材の製造方法は、本発明電極部材の製造に好適に利用できる。本発明電極部材を用いた冷陰極蛍光ランプは、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用光源、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、複写機のイレイ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できる。
 

Claims (5)

  1. 　電極部と、電極部の端部に接続されるリード部とを有する冷陰極蛍光ランプ用電極部材であって、
    　リード部は、
    　　少なくとも表面側が鉄含有金属から構成され、
    　　このリード部の表面の少なくとも一部に酸化膜を有しており、
    　酸化膜は、FeOを含むことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
  2. 　酸化膜中のFeOの含有量は、体積比で1％以上であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
  3. 　電極部材は、更に、リード部の外周に接合されるガラス部を具え、
    　リード部の表面においてガラス部で覆われる箇所に酸化膜を有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
  4. 　電極部の端部にリード部を有する冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法であって、
    　少なくとも表面側が鉄含有金属から構成されるリード部の外周を加熱し、リード部の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を具え、
    　酸化膜形成工程は、酸化性工程と、非酸化性工程とを具え、
    　酸化性工程は、酸化性雰囲気でリード部を加熱して酸化膜を形成し、非酸化性工程は、酸化性工程後に非酸化性雰囲気でリード部を加熱して、酸化膜中にFeOを生成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法。
  5. 　更に、リード部の外周に接合されるガラス部を有する電極部材を作製する場合、酸化膜が形成されたリード部の外周にガラスビーズを配置し、ガラスビーズを加熱して変形することでガラス部を形成すると共に、ガラス部をリード部に接合するガラス部形成工程を具えることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法。
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