JP2005071972A

JP2005071972A - 冷陰極管の電極とその製造方法

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Publication number: JP2005071972A
Application number: JP2003392274A
Authority: JP
Inventors: Shinji Watanabe; 信次渡辺
Original assignee: OMC CO Ltd
Current assignee: OMC CO Ltd
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-03-17
Also published as: WO2005015604A1; KR20060056884A

Abstract

【課題】本発明の課題は、大型液晶テレビのような表示装置用の大型冷陰極管用の電極を開発することにある。
【解決手段】
(a) 主材がタングステン或いはモリブデンのカップ状電極部(10)、カップ状電極部(10)の底部(11)から一体的に延出されている導入線基部(13)とで構成されたカップ状電極本体(a)と、
(b) 導入線基部(13)の端部に電気的に接続され、カップ状電極本体(a)の融点より低く、給電用の導入線(12)の一部を構成する導入線先端部(14)と、
(c) 前記導入線基部(13)の周囲を取り巻くように取り付けられ、封止時に封体(19)の封着部(16)に溶着されるガラスビーズ(15)とで、
構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は冷陰極管の新規な電極とその製造方法に関する。

従来の電極(B)には種々の形状のものがあるが(特許文献１)、例えば、図３のようにカップ状電極部(20)と、カップ状電極部(20)の底部(21)に溶接された導入線(22)「導入線(22)は導入線基部(23)と導入線先端部(24)とで構成」及びカップ状電極部(20)の近傍位置にて導入線(22)[ここでは導入線基部(23)]の周囲を取り囲むように取り付けられたガラスビーズ(25)とで構成されたものがある。

このカップ状電極部(20)はＮｉ製で、深絞りプレス加工により形成されている、たとえば外形サイズ(直径)が０.９ｍｍ、長さが３ｍｍ程度の有底筒状のものである。また、導入線(22)はカップ状電極部(20)の底部(21)に直接溶接されるコバール製の導入線基部(23)と「溶接箇所を(26)で示す」、この導入線基部(23)に突き合わせ溶接されるＮｉ製の導入線先端部(24)とで構成されており、前記ガラスビーズ(25)は導入線基部(23)と導入線先端部(24)との突き合わせ溶接部(27)(形状としては図１の(6)のように若干膨れている)とカップ状電極部(20)との間に設けられている。これら電極(B)は、前記ガラスビーズ(25)が冷陰極低圧放電灯用の細い直管型封体の両端に融着されて使用される。本発明の実施例図４で示すと、ガラスビーズ(25)が図４の(15)に相当し、封体(19)の両端に融着する。なお、ガラスビーズ(25)が使用される理由は、太い封体と細い導入線基部(23)とのギャップを埋めるためである。

このようにして形成された冷陰極放電灯は、ワードプロセッサー、パソコンなどの液晶ディスプレイや液晶テレビを始めとする液晶表示装置のバックライト用として使用されているが、最近では特に液晶テレビの大型化が著しく、冷陰極放電灯に対しても液晶テレビのような表示装置の大型化に対応できるようなもの、即ち、冷陰極放電灯の大型化・高電力化、長寿命化(特に、液晶テレビのような民生機器においては冷陰極放電灯の長寿命に対する要求は絶対的で、寿命が短い場合は液晶テレビそのものの品質に直結する)等が要求されるようになってきた。

特に、カップ状電極部(20)については、高電力化に対応するためには点灯時の高温に十分に耐える必要があり(高耐熱性)、カップ状電極部(20)の材質がＮｉでは形状変形や消耗などによりその劣化やこれに伴う黒化(電極物質が蒸発してこれが封体の内表面に付着し、封体全体の光通過度を大きく損なう現象)が激しく、長寿命を望むことは到底不可能であった。

そこで、電極部(20)の材質をタングステンやモリブデンなどの高融点金属に切り替えることが検討されたが、タングステンやモリブデンなどの高融点金属をカップ状に成形することが不可能或いは非常に困難であり、しかも仮にカップ状に形成することができたとしても、導入線基部(23)との溶接部位(26)のである底部(21)の再結晶化(溶融接合部分の周囲の結晶が成長してその部分から破断してしまう現象)のために高融点金属製のカップ状電極部(20)の底部(21)とコバール製の導入線基部(23)とを通常の抵抗溶接のような方法では溶接することができなかった。

そこで、カップ状電極部(20)の底部(21)とコバール製導入線基部(23)との溶接を、溶接時間が短く前記再結晶による熱影響部の発生が小さいレーザーのような溶接手段を使用して溶接することも考えられるが、この場合、溶接部位(26)であるカップ状電極部(20)の底部(21)の表面が荒れ、再結晶問題を緩和することができるとしても、最終的にカップ状電極部(20)の内側表面を研磨しなければならないという製造上の問題がある。それ故、現時点では液晶テレビのような表示装置の大型化については、この電極問題が現在１番のネックとなっている。
特開２００２-１１００８７号

本発明は、液晶テレビのような表示装置の大型化に対応することができる電極、端的にはタングステン又はモリブデンなどの高融点金属を主材に使用した電極、とその製造方法を新たに開発することをその課題とするものである。

なお、電極をＷやＭｏ単体で構成した場合、長期の間にはＷ電極やＭｏ電極内を通って封体内部の封入ガス(例えばＮｅガス)が外部に逃げ、封体内部のガス組成が変化して点灯不良を引き起こすという問題があるが、このような問題の解決や、表示装置が大型化すると冷陰極管放電灯も複数本使用しなければならなくなるが、一つの表示装置に使用された複数の冷陰極管放電灯の明るさはすべて同程度でなければならず、そのうちのひとつでも明るさが異なると別の冷陰極管放電灯に交換しなければならないが、このような場合、冷陰極管放電灯の交換が容易に行われるようにしておく必要があるが、このような問題の解決も本発明の副次的な解決課題である。

請求項１に記載の冷陰極放電灯の電極(A1)はその第１実施例で、
(a) 主材がタングステン或いはモリブデンのカップ状電極部(10)、カップ状電極部(10)の底部(11)から一体的に延出されている導入線基部(13)とで構成されたカップ状電極本体(a)と、
(b) 導入線基部(13)の端部に電気的に接続され、カップ状電極本体(a)の融点より低く、給電用の導入線(12)の一部を構成する導入線先端部(14)と、
(c) 前記導入線基部(13)の周囲を取り巻くように取り付けられ、封止時に封体(19)の封着部(16)に溶着されるガラスビーズ(15)とで、
構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の冷陰極放電灯の電極(A2)はその第２実施例で、主材がタングステン或いはモリブデンで、その先端部分がカップ状に凹成され、その後端部分の一部が放電灯封体(19)の封着部(16)に埋設される導入線(12)であることを特徴とする。

請求項３は請求項１又は請求項２に記載の冷陰極放電灯の電極(A1)(A2)についての限定で「タングステン或いはモリブデンにＮｉが混入されている」ことを特徴とする。

請求項４は請求項１〜３のいずれかに記載の冷陰極放電灯の電極(A1)(A2)についての更なる限定で「電子放出性材料としてＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｇｄ，ｌｕ，Ｔｈ，Ｕ，Ｎｂのグループから選ばれる少なくとも1つの元素が更に混入されている」ことを特徴とする。

請求項５は請求項１〜４のいずれかに記載の冷陰極放電灯の電極(A1)(A2)の後端部分についての限定で「カップ状先端部分の反対側に位置する後端部分は、給電用接点(18)となっていることを特徴とする。

請求項６は前記冷陰極放電灯の電極(A1)の製造方法で、
(a) 主材であるタングステン微細焼結粉末或いはモリブデン微細焼結粉末、Ｎｉ粉末、必要に応じて加えられる電子放出性材料、２液性熱可塑性バインダー樹脂とを混練し、この混練体を射出成形して焼成による収縮量を見込んだ大きさの導入線付きのカップ状電極のグリーン体を形成し、
(b) 溶剤により一方の熱可塑性バインダー樹脂を溶出させ、他方の残留熱可塑性バインダー樹脂により保形されたポーラスな脱脂グリーン体とし、
(c) この脱脂グリーン体を焼成した後、焼成導入線付きのカップ状電極本体(a)の導入線基部(13)と別種類の金属棒で形成された導入線先端部(14)とを電気的に接合し、
(d) 導入線基部(13)とほぼ同じ熱膨張係数を持つガラスビーズ(15)を導入線基部(13)の周囲に融着させたことを特徴とする。

請求項７は前記冷陰極放電灯の電極(A2)の製造方法で、
(a) 主材であるタングステン微細焼結粉末或いはモリブデン微細焼結粉末、Ｎｉ粉末、必要に応じて加えられる電子放出性材料、２液性熱可塑性バインダー樹脂とを混練し、この混練体を射出成形して焼成による収縮量を見込んだ大きさで、その先端部分がカップ状に凹成された円柱状の電極用グリーン体を形成し、
(b) 溶剤により一方の熱可塑性バインダー樹脂を溶出させ、他方の残留熱可塑性バインダー樹脂により保形されたポーラスな脱脂グリーン体とし、
(c) この脱脂グリーン体を焼成することを特徴とする。

本発明の第１実施例の電極(A1)によれば、カップ状電極部(10)の底部(11)から一体的に導入線基部(13)が突設されているので、溶接箇所は導入線先端部(14)との接合部位(17)の一カ所になり、電極(A1)の溶接工程が半分になるだけでなく、従来例のようなカップ状電極部(20)の底部(21)と導入線基部(23)との溶接時に発生する問題点が１００％解消される。

加えて、請求項１のカップ状電極本体(a)又は請求項２の電極(A2)は主材がタングステン或いはモリブデンのような高融点金属であるから、高電力が点灯時に供給される大型の冷陰極放電灯の電極として使用されても、従来のようなＮｉ製の電極(B)と異なり、耐熱性、耐変形性(電極の変形性とは、点灯時の放電現象により電極本体が次第に蒸発・損耗していき、電極形状が次第に損なわれていく現象)に優れるため、大型冷陰極放電灯の長寿命化に大いに貢献することになる。

また、請求項１の導入線基部付きカップ状電極本体(a)或いは請求項２のカップ状電極(A2)の形成方法として、２液性バインダー樹脂の利用により、従来、不可能であった導入線基部付きカップ状電極本体(a) 或いはカップ状電極(A2)の正確な一体成形品が焼結法により得られるようになった。換言すれば、この方法を採用することで、カップ状部分を有する電極の大量生産が初めて可能となった。

なお、タングステン或いはモリブデンにＮｉを混入することで、焼結されたタングステン粒或いはモリブデン粒の間に発生した微細間隙をＮｉが充填し、これによって封体(19)の充填ガスの長期にわたるガス流出(いわゆる、スローリーク)が防止される。また、電子放出性材料の混入により、点灯開始性能の向上や点灯安定性の向上が図られる。その他、電極(A1)(A2)の後端部分を給電用接点(18)とすることで、本電極(A1)(A2)を用いた冷陰極管のバックライトからの脱着が容易となり、簡単に交換することが出来る(通常、冷陰極管の接点はバックライトのコードにハンダ付けされており、脱着は容易でない。)

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明にかかる冷陰極放電灯の電極(A1)［実施例１］は、タングステン或いはモリブデンを主材とするカップ状電極部(10)と、カップ状電極部(10)の底部(11)から一体的に延出されている導入線基部(13)と、導入線基部(13)の端部に電気的に接続され、導入線(12)の一部を構成する、例えばニッケル、ジュメット線(Ni-Fe合金)、マンニ線(Mn-Ni線)のような導入線として多用され、タングステン或いはモリブデンと比較して低融点の金属線で構成された導入線先端部(14)と、前記導入線基部(13)の周囲を取り巻くように取り付けられているガラスビーズ(15)とで構成されており、特徴的なのは、従来、別体で製造し、溶接しなければならなかったカップ状電極部(10)と導入線基部(13)とが一体に形成されている点である。

ここで使用されるカップ状電極部(10)の形状は、従来のＮｉ製のものに比べて大型で、例えば直径が１〜３ｍｍ［本実施例ではφ２］、長さが４〜６ｍｍ［本実施例では５ｍｍ程度］の一端開口、他端閉塞の筒状部材で、前記閉塞端(即ち、底部(11))は半球状となっている。そして、この半球状の底部(11)から導入線基部(13)が一体的に突設されているのである。導入線基部(13)の太さは０.８〜１.４ｍｍ［本実施例ではφ１程度］、長さが２〜５ｍｍ［本実施例では３ｍｍ程度］である。

導入線基部(13)は図１(a)のようにカップ状電極部(10)の底部(11)に至るまで同じ太さのものであってもよいが、図１(b)のようにカップ状電極部(10)の底部(11)に近づくにつれて次第に太くなるように形成してもよく、このようにすることにより導入線基部(13)のカップ状電極部(10)の底部(11)近傍部分の機械的強度を大きくすることができる。この場合、導入線基部(13)全体をテーパー状にしてもよいし、底部(11)近傍部分をテーパー状にし、テーパー状部分から先端の部分を直線状にしてもよい。

また、カップ状電極部(10)の肉厚も全体が同厚でもよいし、或いは開口側に近づくに連れて薄肉となるようにしてもよい。いずれの場合でも、カップ状電極部(10)の開口先端の肉厚は通例ｔ０.２〜ｔ０.１程度となる。なお、本発明のカップ状電極部(10)から導入線基部(13)に至る一体成形体(a)は、後述するように射出成形によって形成されたグリーン体を焼結して成形されるものであるから、導入線基部(13)の形状は勿論、カップ状電極部(10)の形状も自由に成形することができるが、若干の抜け勾配を必要とするので、前述のようにテーパーや薄肉化を行うことが好ましい。

図１(c)は請求項２の電極(A2)[第２実施例]の１例で、全体がタングステン又はモリブデンを主材とするもので、円柱状で先端側に前述のカップ形状が形成され、後端部に至るまで同一の太さで形成されている。(勿論、これに限られず後端部分が先端部分より細く或いは太くなっていてもよい。)また、後端部はこの場合、平坦面となっているが、図５のように端子(30)が脱着できるように窪み(31)を形成したり、Ｎｉのような給電用部材(18)を溶接してもよい。給電用部材(18) の太さは図の実施例では、電極(A2)と同じ太さであるが、勿論、これに限られず、電極(A2)より太くてもよいし細くてもよい。(32)は電極端部のクランプである。

請求項１のカップ状電極本体(a)や請求項２の電極(A2)は、タングステン単体或いはモリブデン単体でもよいが、前述のスローリークを防止するために、少量のＮｉをバインダとして混入することが好ましい。また、点灯容易性や点灯安定性を向上させるために電子放出性材料としてＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｇｄ，ｌｕ，Ｔｈ，Ｕ，Ｎｂのグループから選ばれる少なくとも1つの元素を更に混入することも有効である。

次に、当該カップ状電極部(10)と導入線基部(13)との一体物(a)［請求項２の電極(A2)の場合も同じ］の製造方法について説明する。タングステン或いはモリブデン(以下、単に焼結用微細粉末という。)の０.２〜０.５μｍ程度の平均粒径を持つサブミクロンの微細焼結用微細粉末を用意し、これら焼結用粉末を単味(即ち、タングステン又はモリブデンだけ)或いは前述のＮｉ又は電子放出性材料の粉末[即ち、Ｗ又はＭｏ単味、Ｗ又はＭｏ＋Ｎｉ、Ｗ又はＭｏ＋電子放出性材料、Ｗ又はＭｏ＋Ｎｉ＋電子放出性材料の組み合わせ]と、この焼結用粉末を分散担持する熱可塑性の二液性バインダ樹脂に投入し、均一に十分に混練し、焼結用微細粉末の偏在がないようにする。換言すれば、焼結用微細粉末のすべてがバインダ樹脂内に十分に分散するように混練する。この混練物をペレタイザにかけてペレット状にし、これを射出成形装置の加熱シリンダーのホッパーに投入し、加熱溶融混練する。

一方、射出成形装置の金型成形部に搭載された金型には、その底部から導入線基部形成用の凹部が形成されているカップ状の金型キャビティ(或いは請求項２の電極形状の金型キャビティ)が１乃至複数個凹設されており、前記加熱シリンダーにて混練計量された焼結用微細粉末含有混練樹脂が前記金型キャビティに充填される。射出充填工程→保圧工程→冷却工程と通常の射出成形工程を経て導入線基部付きのカップ状電極本体(或いは請求項２の電極形状)のグリーン体が形成される。

導入線基部付きカップ状電極本体(或いは請求項２の電極形状)のグリーン体が形成されると、バインダー樹脂の溶剤に前記グリーン体を浸漬して脱脂を行う。前記バインダ樹脂は二液性で互いに微細な状態で完全に混ざり合っており、一方のバインダ樹脂が溶剤で溶けるが他のバインダー樹脂は当該溶剤で溶けずに残留しており、非溶バインダー樹脂が微細焼結用微細粉末を担持した状態で完全な形を保つ。一方のバインダー樹脂が溶出すると、残留した非溶バインダー樹脂とこれに担持された微細焼結用微細粉末により構成されたグリーン体は溶出バインダー樹脂の抜けた跡が全体に微細な連通孔として残留したポーラスな状態となる。このグリーン体は、後述する焼結工程において発生する収縮量を見込んで最終形状より大きい形(一般的には略相似形)に形成されることになる。

続いて、この多孔質グリーン体を焼成炉に入れ、室温から７００℃の温度に昇温して多孔質脱脂品を加熱し、まず残留していた溶剤不溶性樹脂(離型材及び可塑剤を含む)を熱分解・消失させ、これを更に温度を上げ、粉末材料の焼結温度で加熱してタングステン又はモリブデンの焼結用粉末に同士を稠密一体化させ焼結を完了する。(焼結は炉内を加圧することが出来るヒップ炉を使用することが好ましい。)この時、Ｎｉが混入されていると、焼結タングステン又はモリブデン間の微細間隙がＮｉにて閉塞される。Ｎｉの作用は前記スローリーク防止のほか、別種金属(例えばＮｉ)との溶接の場合、Ｎｉの存在により別種金属との溶接がタングステン又はモリブデン単体の場合に比べて容易になることもあげられる。タングステンの焼成の場合、ＷＣの形成を避けるため炭素の存在しない水素雰囲気中で行うことが好ましい。焼結が完了すると導入線基部付きカップ状電極本体(a)［或いは請求項２の電極(A2)］は、所望の寸法となっている。

続いて、請求項１の導入線基部付きカップ状電極本体(a)又は請求項２の電極(A2)あっては、例えばニッケル製の棒状の導入線先端部(14)と前記粉末焼結により形成された導入線基部付き一体型カップ状電極本体(a)の導入線基部(13)とを［或いは請求項２の電極(A2)と必要な別部材(18)とを］適当な溶接方法(回転摩擦溶接、レーザー溶接或いは銀ロー付け等)により突き合わせ溶接を行い、請求項１の場合にあっては最後に当該溶接部分(17)とカップ状電極部(10)との間にて導入線基部(13)の周囲を包むようにガラスビーズ(15)が融着されることになる。ガラスビーズ(15)はタングステン製の導入線基部(13)とほぼ同じ熱膨張係数を持つ、例えばハードガラスのようなものが用いられる。

一体型カップ状電極本体(a)の導入線基部(13)の少なくとも接合部分(13a)の太さは、導入線先端部(14)の太さと同径あるいは３０％程度細く、接合時、低融点側の導入線先端部(14)の接合部分が溶け、この接合部分に導入線基部(13)の先端部分(即ち、接合部分(13a))が入り込み、その境界面で一体化して接合することになる。従って、両者の接合部分(17)は図４に示すように導入線先端部(14)の膨大部分内に導入線基部(13)の先端の接合部分(13a)が入り込んで一体化した状態で接合部分(17)が形成されることになる。

このようにして形成された冷陰極管用の電極(A1)(A2)は、通常の手法により封体(19)の内部に必要充填物及び必要充填ガスが封入され且つ封体(19)の両側に前記ガラスビーズ(15)が融着・一体化されることになる。このようにして形成された大型冷陰極放電灯は、長さ１,０００〜２,０００ｍｍ、直径４〜６ｍｍ(本実施例ではφ５)の大型の直管或いはＵ字管で、これまでにない大型の冷陰極放電灯である。

本発明の電極は、特に大型の液晶表示装置のバックライト用光源として使用される大型の冷陰極管用電極として使用される。

本発明にかかる電極(第１，２実施例)の断面図本発明にかかる電極(第１実施例)の組み立て前の断面図従来例の電極の断面図本発明にかかる電極(第１実施例)を用いた大型冷陰極放電灯の部分断面図本発明にかかる電極(第２実施例)を用いた大型冷陰極放電灯の部分断面図本発明にかかる電極(第２実施例の他例)を用いた大型冷陰極放電灯の部分断面図

符号の説明

(A) 本発明の冷陰極放電灯の電極
(10) カップ状電極本体
(11) 底部
(12) 導入線
(13) 導入線基部
(14) 導入線先端部
(15) ガラスビーズ

Claims

(a) 主材がタングステン或いはモリブデンのカップ状電極部、カップ状電極部の底部から一体的に延出されている導入線基部とで構成されたカップ状電極本体と、
(b) 導入線基部の端部に電気的に接続され、カップ状電極本体の融点より低く、給電用の導入線の一部を構成する導入線先端部と、
(c) 前記導入線基部の周囲を取り巻くように取り付けられ、封止時に封体の封着部に溶着されるガラスビーズとで、
構成されていることを特徴とする冷陰極放電灯の電極。
主材がタングステン或いはモリブデンで、その先端部分がカップ状に凹成され、その後端部分の一部が封止時に放電灯容器の封止部に直接封着される導入線であることを特徴とする冷陰極放電灯の電極。
請求項１のカップ状電極本体形成素材又は請求項２の電極形成素材としてＮｉが混入されていることを特徴とする冷陰極放電灯の電極。
電子放出性材料としてＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｇｄ，ｌｕ，Ｔｈ，Ｕ，Ｎｂのグループから選ばれる少なくとも1つの元素が更に混入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷陰極放電灯の電極。
カップ状先端部分の反対側に位置する後端部分が、給電用接点となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷陰極放電灯の電極。
(a) 主材であるタングステン微細焼結粉末或いはモリブデン微細焼結粉末、Ｎｉ粉末、必要に応じて加えられる電子放出性材料、２液性熱可塑性バインダー樹脂とを混練し、この混練体を射出成形して焼成による収縮量を見込んだ大きさの導入線付きカップ状電極のグリーン体を形成し、
(b) 溶剤により一方の熱可塑性バインダー樹脂を溶出させ、他方の残留熱可塑性バインダー樹脂により保形されたポーラスな脱脂グリーン体とし、
(c) この脱脂グリーン体を焼成した後、焼成導入線付きカップ状電極本体の導入線と別種類の金属棒で形成された導入線先端部とを電気的に接合し、
(d) 導入線基部とほぼ同じ熱膨張係数を持つガラスビーズを導入線基部の周囲に融着させた、
ことを特徴とする冷陰極放電灯の電極の製造方法。
(a) 主材であるタングステン微細焼結粉末或いはモリブデン微細焼結粉末、Ｎｉ粉末、必要に応じて加えられる電子放出性材料、２液性熱可塑性バインダー樹脂とを混練し、この混練体を射出成形して焼成による収縮量を見込んだ大きさで、その先端部分がカップ状に凹成された円柱状の電極用グリーン体を形成し、
(b) 溶剤により一方の熱可塑性バインダー樹脂を溶出させ、他方の残留熱可塑性バインダー樹脂により保形されたポーラスな脱脂グリーン体とし、
(c) この脱脂グリーン体を焼成する
ことを特徴とする冷陰極放電灯の電極の製造方法。