JP2004014342A - 放電管用電極材料、その製造方法およびこれを使用した蛍光放電管用冷陰極 - Google Patents
放電管用電極材料、その製造方法およびこれを使用した蛍光放電管用冷陰極 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】正常動作寿命が長い放電管用電極材料を提供する。
【解決手段】スパッタ係数の小さいモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を基材10とし、この表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物12を点在化させる。このような金属酸化物12としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。この構成によれば、放電管開始電圧及びスパッタ係数の小さい基材10と、放電維持電圧が低い金属酸化物12との組合せにより、耐スパッタ性が高く、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】スパッタ係数の小さいモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を基材10とし、この表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物12を点在化させる。このような金属酸化物12としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。この構成によれば、放電管開始電圧及びスパッタ係数の小さい基材10と、放電維持電圧が低い金属酸化物12との組合せにより、耐スパッタ性が高く、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
蛍光放電管は、ガラス管の内面に蛍光体を塗布し、その両端に一対の放電管用電極を付設した後、ガラス管内部を真空排気し、キセノン、ネオン、アルゴン等の希ガスを封入して構成されている。このような蛍光放電管、例えば液晶のバックライトに用いられる放電管用の電極材料は、現在ニッケルが主流となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の放電管用電極材料であるニッケルの場合は、スパッタ係数及び仕事関数が大きいために、放電管のオン−オフを伴う動作中に、ガラス管の内面に電極材料であるニッケルのスパッタ膜が形成され、光透過率が劣化するという問題があった。
【0004】
また、電極材料であるニッケルがスパッタされることにより、放電管用電極における放電開始電圧、放電維持電圧が上昇し、長時間の使用に耐えられないという問題もあった。ニッケル電極の場合の電極寿命は、従来20,000時間程度であった。しかしながら、廃棄物による環境問題等の観点から、放電管用電極材料の正常動作寿命として、近年40,000−50,000時間程度が要求されている。
【0005】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、正常動作寿命が長い放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、放電管用電極材料であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物が点在化されていることを特徴とする。
【0007】
また、上記放電管用電極材料において、上記金属酸化物は、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタンのいずれかの酸化物であることを特徴とする。
【0008】
上記各構成によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金表面にマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物が点在化されているので、電極の電子放出性を向上でき、耐スパッタ性の高い放電管用電極材料を提供できる。
【0009】
また、蛍光放電管用冷陰極であって、上記放電管用電極材料が使用され、筒状の胴体部と底部とを有するとともに、胴体部と底部との接続部が曲面形状であることを特徴とする。
【0010】
上記構成によれば、胴体部と底部との接続部が曲面形状であり、陰極からの電子放出性が向上できる。
【0011】
また、上記蛍光放電管用冷陰極が、さらに筒状の胴体部の中心軸方向を通過する針状体を有することを特徴とする。
【0012】
上記構成によれば、陰極の胴体部の中心軸方向に針状体が配置されているので、さらに電極からの電子放出性が向上できる。
【0013】
また、放電管用電極材料の製造方法であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、この金属を選択酸化することを特徴とする。
【0014】
また、上記放電管用電極材料の製造方法において、選択酸化は、800〜1200℃の温度の湿潤水素中での熱処理であることを特徴とする。
【0015】
上記各構成によれば、選択酸化によりモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を選択的に酸化することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0017】
蛍光放電管その他の放電管に使用される放電管用電極材料の正常動作寿命は、一般に(1)放電開始電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、(2)放電維持電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、(3)オン−オフを伴う動作中における電極材料のスパッタの程度、の3点に依存している。従って、放電管用電極材料の正常動作寿命を長くするためには、上記3つの値を全て低くする必要がある。本発明者は、これらの観点から検討した結果、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化させることが有効であることを見いだした。このような二次電子放出係数が大きい金属酸化物としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。
【0018】
上述した放電開始電圧は、陰極に電界が印加された時に電界放射される電子電流量Jが大きい程低くなる。この電子電流量Jは以下のFowler−Nordheim式によって表される。
【0019】
【数1】
ここで、Jは電子電流量、Fは電界(V/cm)、Aは電流(アンペア)、Φは仕事関数(eV)を示す。
【0020】
上記式より、仕事関数Φが小さい程電子電流量Jが大きくなり、放電開始電圧が低くなることがわかる。現在、電極材料として主に用いられているニッケルの仕事関数の公称値は、5eVであるが、本発明にかかる放電管用電極材料に使用されるモリブデンの仕事関数は4.1eVであり、タングステンの仕事関数は4.5eVである。また、モリブデン−ニッケル合金の仕事関数は4.55eVであり、タングステン−ニッケル合金の仕事関数は4.75eVである。したがって、本発明にかかる放電管用電極材料では、ニッケルを使用する場合に比べて、放電管用電極の放電開始電圧を低くすることができる。
【0021】
また、放電維持電圧すなわち放電開始後安定した放電が持続される陽極電圧Vaは、陽極電流Iaと以下に示される式(Townsendの式)で表される関係がある。
【0022】
【数2】
ここで、Iaは陽極電流、Vaは陽極電圧、I0は電子電流、V0は印加電圧、ηはイオン化係数、γは二次電子放出比、Gは準安定子の平均数、eは自然対数の底を示す。
【0023】
上記式で表されるように、陰極の二次電子放出比γが大きい程同一の陽極電圧Vaで大きい陽極電流Iaが得られ、同じ陽極電流Iaにおいてより低い放電維持電圧(陽極電圧Va)を達成することができることがわかる。このような二次電子放出比γが大きい材料としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等があげられる。例えば、ジルコニウムの二次電子放出比は1.1であり、チタンは0.9である。
【0024】
さらに、電極材料にイオン、準安定子、光子特にイオンが衝突することによるスパッタ現象は、蛍光放電管の動作中に極力低く抑える必要がある。このためには、スパッタ係数の小さい金属を用いることが有効である。現在電極材料として主として使用されているニッケルのスパッタ係数は、衝突するイオンのエネルギー500eVを基準にすると、キセノンに対しては1.22、ネオンに対しては1.10、アルゴンに対しては1.33−1.4である。これに対して、同条件の下でのモリブデンは、キセノンに対して0.72−0.87、ネオンに対しては0.24−0.48、アルゴンに対しては0.64−0.80といずれも小さくなっている。
【0025】
図1には、以上に述べた材料によって構成された本発明に係る放電管用電極材料の例が示される。図1に示された放電管用電極材料は円筒形状となっており、基材10には、上述したモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金が使用されている。また、この基材10の表面には、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等が酸化された金属酸化物12が点在化されている。このような構成とすることにより、基材10の放電開始電圧及びスパッタ係数を低い値とすることができ、金属酸化物12として放電維持電圧を低くできる材料を使用しているので、放電管用電極材料の放電開始電圧、放電維持電圧、スパッタ係数をいずれも低くすることができる。このため、寿命の長い放電管用電極材料を得ることができる。
【0026】
図1に示された本発明に係る放電管用電極材料は、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、これを所定の形状に加工した後、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された上記金属を選択酸化して製造することができる。この選択酸化は、800〜1200℃の温度の湿潤水素中で上記電極材料を熱処理することによって行われる。このような選択酸化により、基材10の表面に点在化しているマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の金属のみが選択的に酸化され、基材10の表面に金属酸化物12が点在化された構成とすることができる。
【0027】
図2には、本発明に係る放電管用電極材料を使用した蛍光放電管用冷陰極の構成の断面図が示される。図2において、陰極14は、図1に示されたように、基材10の表面に金属酸化物12が点在化された構成となっている。この陰極14は、支持棒16によりステム18に固定されている。また、陰極14へは、支持棒16から電流が供給される。
【0028】
上記陰極14は、筒状の胴体部20と底部22とを有しており、胴体部20と底部22との接続部24が曲面形状に加工されている。胴体部20としては、例えば円筒形状とすることが好適である。また、上記曲面形状としては、例えば球面とすることが好適である。
【0029】
以上のように、陰極14を胴体部20と底部22と接続部24とにより半球状有底カップとすることにより、陰極14内の電界分布を最適化でき、陰極14からの電子放出性を向上できる。
【0030】
図3には、本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図が示される。図3において特徴的な点は、底部22から胴体部20の中心軸方向を通過する針状体26が配置されている点である。この針状体26には支持棒16と同一の材料を使用することができ、支持棒16と一体化されて陰極14に電流を供給するとともに、針状体26自体も電極として機能する。
【0031】
このように、陰極14の胴体部20の中心軸方向に針状体26を配置することにより、さらに蛍光放電管用冷陰極の電子放出性が向上できる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を使用した基材の表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化することにより、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【0033】
また、基材の表面に金属酸化物を点在化させるためには、基材中に所定の金属を添加し、この金属を選択酸化することにより容易に上記構成を得ることができる。
【0034】
また、上記放電管用電極材料を使用して筒状の胴体部と底部とを有し、胴体部と底部との接続部を曲面形状とすることにより、陰極からの電子放出性を向上できる。
【0035】
また、上記筒状の胴体部の中心軸方向に針状体を配置すれば、さらに陰極の電子放出性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電管用電極材料の構成例を示す図である。
【図2】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の一実施形態の断面図である。
【図3】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図である。
【符号の説明】
10 基材、12 金属酸化物、14 陰極、16 支持棒、18 ステム、20 胴体部、22 底部、24 接続部、26 針状体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
蛍光放電管は、ガラス管の内面に蛍光体を塗布し、その両端に一対の放電管用電極を付設した後、ガラス管内部を真空排気し、キセノン、ネオン、アルゴン等の希ガスを封入して構成されている。このような蛍光放電管、例えば液晶のバックライトに用いられる放電管用の電極材料は、現在ニッケルが主流となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の放電管用電極材料であるニッケルの場合は、スパッタ係数及び仕事関数が大きいために、放電管のオン−オフを伴う動作中に、ガラス管の内面に電極材料であるニッケルのスパッタ膜が形成され、光透過率が劣化するという問題があった。
【0004】
また、電極材料であるニッケルがスパッタされることにより、放電管用電極における放電開始電圧、放電維持電圧が上昇し、長時間の使用に耐えられないという問題もあった。ニッケル電極の場合の電極寿命は、従来20,000時間程度であった。しかしながら、廃棄物による環境問題等の観点から、放電管用電極材料の正常動作寿命として、近年40,000−50,000時間程度が要求されている。
【0005】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、正常動作寿命が長い放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、放電管用電極材料であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物が点在化されていることを特徴とする。
【0007】
また、上記放電管用電極材料において、上記金属酸化物は、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタンのいずれかの酸化物であることを特徴とする。
【0008】
上記各構成によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金表面にマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物が点在化されているので、電極の電子放出性を向上でき、耐スパッタ性の高い放電管用電極材料を提供できる。
【0009】
また、蛍光放電管用冷陰極であって、上記放電管用電極材料が使用され、筒状の胴体部と底部とを有するとともに、胴体部と底部との接続部が曲面形状であることを特徴とする。
【0010】
上記構成によれば、胴体部と底部との接続部が曲面形状であり、陰極からの電子放出性が向上できる。
【0011】
また、上記蛍光放電管用冷陰極が、さらに筒状の胴体部の中心軸方向を通過する針状体を有することを特徴とする。
【0012】
上記構成によれば、陰極の胴体部の中心軸方向に針状体が配置されているので、さらに電極からの電子放出性が向上できる。
【0013】
また、放電管用電極材料の製造方法であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、この金属を選択酸化することを特徴とする。
【0014】
また、上記放電管用電極材料の製造方法において、選択酸化は、800〜1200℃の温度の湿潤水素中での熱処理であることを特徴とする。
【0015】
上記各構成によれば、選択酸化によりモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を選択的に酸化することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0017】
蛍光放電管その他の放電管に使用される放電管用電極材料の正常動作寿命は、一般に(1)放電開始電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、(2)放電維持電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、(3)オン−オフを伴う動作中における電極材料のスパッタの程度、の3点に依存している。従って、放電管用電極材料の正常動作寿命を長くするためには、上記3つの値を全て低くする必要がある。本発明者は、これらの観点から検討した結果、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化させることが有効であることを見いだした。このような二次電子放出係数が大きい金属酸化物としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。
【0018】
上述した放電開始電圧は、陰極に電界が印加された時に電界放射される電子電流量Jが大きい程低くなる。この電子電流量Jは以下のFowler−Nordheim式によって表される。
【0019】
【数1】
ここで、Jは電子電流量、Fは電界(V/cm)、Aは電流(アンペア)、Φは仕事関数(eV)を示す。
【0020】
上記式より、仕事関数Φが小さい程電子電流量Jが大きくなり、放電開始電圧が低くなることがわかる。現在、電極材料として主に用いられているニッケルの仕事関数の公称値は、5eVであるが、本発明にかかる放電管用電極材料に使用されるモリブデンの仕事関数は4.1eVであり、タングステンの仕事関数は4.5eVである。また、モリブデン−ニッケル合金の仕事関数は4.55eVであり、タングステン−ニッケル合金の仕事関数は4.75eVである。したがって、本発明にかかる放電管用電極材料では、ニッケルを使用する場合に比べて、放電管用電極の放電開始電圧を低くすることができる。
【0021】
また、放電維持電圧すなわち放電開始後安定した放電が持続される陽極電圧Vaは、陽極電流Iaと以下に示される式(Townsendの式)で表される関係がある。
【0022】
【数2】
ここで、Iaは陽極電流、Vaは陽極電圧、I0は電子電流、V0は印加電圧、ηはイオン化係数、γは二次電子放出比、Gは準安定子の平均数、eは自然対数の底を示す。
【0023】
上記式で表されるように、陰極の二次電子放出比γが大きい程同一の陽極電圧Vaで大きい陽極電流Iaが得られ、同じ陽極電流Iaにおいてより低い放電維持電圧(陽極電圧Va)を達成することができることがわかる。このような二次電子放出比γが大きい材料としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等があげられる。例えば、ジルコニウムの二次電子放出比は1.1であり、チタンは0.9である。
【0024】
さらに、電極材料にイオン、準安定子、光子特にイオンが衝突することによるスパッタ現象は、蛍光放電管の動作中に極力低く抑える必要がある。このためには、スパッタ係数の小さい金属を用いることが有効である。現在電極材料として主として使用されているニッケルのスパッタ係数は、衝突するイオンのエネルギー500eVを基準にすると、キセノンに対しては1.22、ネオンに対しては1.10、アルゴンに対しては1.33−1.4である。これに対して、同条件の下でのモリブデンは、キセノンに対して0.72−0.87、ネオンに対しては0.24−0.48、アルゴンに対しては0.64−0.80といずれも小さくなっている。
【0025】
図1には、以上に述べた材料によって構成された本発明に係る放電管用電極材料の例が示される。図1に示された放電管用電極材料は円筒形状となっており、基材10には、上述したモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金が使用されている。また、この基材10の表面には、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等が酸化された金属酸化物12が点在化されている。このような構成とすることにより、基材10の放電開始電圧及びスパッタ係数を低い値とすることができ、金属酸化物12として放電維持電圧を低くできる材料を使用しているので、放電管用電極材料の放電開始電圧、放電維持電圧、スパッタ係数をいずれも低くすることができる。このため、寿命の長い放電管用電極材料を得ることができる。
【0026】
図1に示された本発明に係る放電管用電極材料は、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、これを所定の形状に加工した後、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された上記金属を選択酸化して製造することができる。この選択酸化は、800〜1200℃の温度の湿潤水素中で上記電極材料を熱処理することによって行われる。このような選択酸化により、基材10の表面に点在化しているマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の金属のみが選択的に酸化され、基材10の表面に金属酸化物12が点在化された構成とすることができる。
【0027】
図2には、本発明に係る放電管用電極材料を使用した蛍光放電管用冷陰極の構成の断面図が示される。図2において、陰極14は、図1に示されたように、基材10の表面に金属酸化物12が点在化された構成となっている。この陰極14は、支持棒16によりステム18に固定されている。また、陰極14へは、支持棒16から電流が供給される。
【0028】
上記陰極14は、筒状の胴体部20と底部22とを有しており、胴体部20と底部22との接続部24が曲面形状に加工されている。胴体部20としては、例えば円筒形状とすることが好適である。また、上記曲面形状としては、例えば球面とすることが好適である。
【0029】
以上のように、陰極14を胴体部20と底部22と接続部24とにより半球状有底カップとすることにより、陰極14内の電界分布を最適化でき、陰極14からの電子放出性を向上できる。
【0030】
図3には、本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図が示される。図3において特徴的な点は、底部22から胴体部20の中心軸方向を通過する針状体26が配置されている点である。この針状体26には支持棒16と同一の材料を使用することができ、支持棒16と一体化されて陰極14に電流を供給するとともに、針状体26自体も電極として機能する。
【0031】
このように、陰極14の胴体部20の中心軸方向に針状体26を配置することにより、さらに蛍光放電管用冷陰極の電子放出性が向上できる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を使用した基材の表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化することにより、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【0033】
また、基材の表面に金属酸化物を点在化させるためには、基材中に所定の金属を添加し、この金属を選択酸化することにより容易に上記構成を得ることができる。
【0034】
また、上記放電管用電極材料を使用して筒状の胴体部と底部とを有し、胴体部と底部との接続部を曲面形状とすることにより、陰極からの電子放出性を向上できる。
【0035】
また、上記筒状の胴体部の中心軸方向に針状体を配置すれば、さらに陰極の電子放出性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電管用電極材料の構成例を示す図である。
【図2】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の一実施形態の断面図である。
【図3】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図である。
【符号の説明】
10 基材、12 金属酸化物、14 陰極、16 支持棒、18 ステム、20 胴体部、22 底部、24 接続部、26 針状体。
Claims (6)
- モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物が点在化されていることを特徴とする放電管用電極材料。
- 請求項1記載の放電管用電極材料において、前記金属酸化物は、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタンのいずれかの酸化物であることを特徴とする放電管用電極材料。
- 請求項1記載の放電管用電極材料が使用され、筒状の胴体部と底部とを有するとともに、前記胴体部と底部との接続部が曲面形状であることを特徴とする蛍光放電管用冷陰極。
- 請求項3記載の蛍光放電管用冷陰極が、さらに筒状の胴体部の中心軸方向を通過する針状体を有することを特徴とする蛍光放電管用冷陰極。
- モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、
前記金属を選択酸化することを特徴とする放電管用電極材料の製造方法。 - 請求項5記載の放電管用電極材料の製造方法において、前記選択酸化は、800〜1200℃の温度の湿潤水素中での熱処理であることを特徴とする放電管用電極材料の製造方法。
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JP2002167172A JP2004014342A (ja) | 2002-06-07 | 2002-06-07 | 放電管用電極材料、その製造方法およびこれを使用した蛍光放電管用冷陰極 |
KR10-2003-0001004A KR20030095190A (ko) | 2002-06-07 | 2003-01-08 | 방전관용 전극재료, 그 제조방법 및 이것을 사용한형광방전관용 냉음극 |
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