JP2005093119A - 冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管用電極組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐スパッタ性が高くて電極寿命を長寿命化することができ、尚且つ素材が安価で電極コストを低く抑え得、加工性も良好な冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管用電極組立体を提供する。
【解決手段】冷陰極放電管用電極を、重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金にて構成する。また冷陰極放電管用電極組立体１４を、重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金から成るカップ形状の電極１０と、電極１０の底面に固着されたリード１２とで構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は冷陰極放電管用電極、特に耐スパッタ性を高めて高寿命となした電極及び冷陰極放電管用電極組立体に関する。

従来より、液晶ディスプレイのバックライト用光源等として冷陰極放電管が広く用いられている。
この冷陰極放電管は、細いガラス管内に水銀蒸気を含む希ガスを封入するとともに、一対の電極をガラス管の両端に且つ管軸方向に対向する状態で取り付け、またガラス管の内壁に蛍光膜を形成塗着したもので、この冷陰極放電管では、冷状態の電極（陰極）から２次電子が放出されて放電が持続され、そしてその放電により他方の電極（陽極）に引かれる電子と管内の水銀分子が衝突することによって水銀分子から紫外線が放射される。この紫外線が蛍光膜に当って蛍光膜を励起し、蛍光膜から可視光線が発光される。

この冷陰極放電管において、電極（陰極）からの２次電子の放出は、放電により発生した陽イオン等が電極（陰極）に衝突することによって発生する。また放電の開始は、ガラス管中に僅かに存在する電子が電圧の印加により電極（陽極）に引かれることで始まる。

この冷陰極放電管用電極は、従来冷間加工によって所要の形状に成形されているが、このものはもともと形状的に小さくて薄いものである。
また電極をカップ形状、即ち筒状体の一端の開放端を閉塞した形状にすると、輝度の高い負グローを電極内の空間に閉じ込めることができ、グロー放電を増強することができる。
このような電極は、電極材料自体が加工性の良いものでないと良好に加工成形することができず、また冷間加工金型が損傷してしまう。

そこで従来かかる電極用材料として、軟らかくて冷間加工性に優れ、量産が容易で材料価格も安価なNiが主として使用されている。
このNiはまた、電極に接合されるリードとの溶接性も良好である。特に、タングステン等から成るリードは紫外線遮断率の高いガラス材料との密着性に優れているが、Niから成る電極はこのようなリードに対しても良好に溶接できる。

ところで、冷陰極放電管用電極は使用を続けるうちに電極がスパッタにより消耗し、寿命に到る問題がある。またスパッタによって電極を構成する金属原子又は分子が放電管内に放出されると、これらが放電管内に充填された放電ガスに含まれる水銀と結合して水銀アマルガムを形成するため、放電管内の水銀が消耗し、放電管の寿命が短くなる。
この点Niから成る電極は耐スパッタ性が十分でなく、電極寿命や放電管の寿命が短い問題があった。

そこで仕事関数が比較的小さく、且つ耐スパッタ性が高く、電極寿命を高寿命化することのできる材料が現在様々に研究開発されている。その中で耐スパッタ性が高く仕事関数の小さいNbが電極材料として注目されているが（例えば下記特許文献１）、Nbは極めて高価な材料であり（例えばNiがｋｇ当り約２，０００円程度であるのに対し、Nbの場合にはｋｇ当り４０，０００円程度と高価）、電極材料としてNbを用いた場合には電極コストが高くなるといった問題があった。

またNbは軟らかい材料であるが比較的融点が高く、且つ金属の酸化温度が融点に比較して非常に低い。このため、電極にリードをレーザ溶接等で融着しようとすれば、融点に達する前に金属酸化が生じ、溶接を良好に行うことができないといった問題があった。
特開２００２−３５８９２２号公報

本発明はこのような事情を背景とし、耐スパッタ性が高くて電極寿命を長寿命化することができ、尚且つ素材に要するコストも低く抑え得て加工性も良好な冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管用電極組立体を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１は冷陰極放電管用電極に関するもので、重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金で冷陰極放電管用電極を構成することを特徴とする。

請求項２は冷陰極放電管用電極組立体に関するもので、重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金から成るカップ形状の電極と、該電極の底面に固着されたリードとを有することを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように請求項１は、冷陰極放電管用電極をNbを6％〜32％未満含有するNi-Nb合金で構成したものである。
本発明者は、冷陰極放電管用電極の寿命を高寿命化する研究を行う中で、電極用材料としてNiとNbの合金に着目し、Niに対してNbを様々な量で合金化して電極を構成したところ、比較的少量のNbをNiに合金化することで耐スパッタ性が純Nbに匹敵する程度まで高まる事実を知得した。
即ち、Nbを重量％で6％以上Niに加え、合金化することで耐スパッタ性が純Nｂに匹敵する程度まで高まる事実が判明した。

その理由は明確には確認されていないが、Niに所定量のNbを合金化することで金属間化合物（Ni_３Nb）が電極表面に析出し、その金属間化合物が耐スパッタ性を高める上で有効に働いているものと考えられる。
但しその効果を有効に発揮させるためにはNbを6％以上含有させる必要がある。

即ちNiにNbを含有させるに際して、その含有量を増していったときに含有量が6％となったところで急激にその効果が現われ、更にNbの含有量を増加してもその効果がほぼ飽和してしまう事実が分った。

一方でNbの含有量を32％以上にすると、耐スパッタ性がNb含有量の増大の割りには高くならないだけでなく寧ろ加工性が悪化し、電極製造に際しての加工が困難となることが分った。その理由もまた金属間化合物の析出によるものと考えられる。
即ち、Nbの含有量が多くなるのに伴って金属間化合物が多く析出し、そしてその金属間化合物が材料自体の硬度を高くして冷間加工性を損なうものと考えられる。

かかる本願発明によれば、耐スパッタ性が高く、従って冷陰極放電管用電極を高寿命化でき、しかも加工性も良好で電極の量産が容易な冷陰極放電管用電極を提供することができる。

請求項２は冷陰極放電管用電極組立体に関するもので、冷陰極放電管用電極組立体を重量％でNbを6％〜32％未満含有するカップ電極と、このカップ電極の底面に固着されたリードによって構成したものである。
Nbを重量％で6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有する電極材料を使用すれば、放電特性に優れたカップ形状の電極も容易に且つ良好に形成できる。またNbを6％〜32％未満含有するNi-Nb合金は、リードとの溶接性が良好で高温での酸化汚染の問題も生じないので、信頼性の高い冷陰極放電管用電極組立体が得られる。

次に本発明の実施形態を以下に詳述する。
図１は本発明の実施形態の冷陰極放電管用電極組立体を示したもので、図中１０はNi−Nb合金から成る電極を、１２はタングステン等から成るリードを示している。
電極１０はカップ形状即ち、筒状体の一端の開放端を閉塞した形状をなしており、その底面に棒状のリード１２がレーザ溶接等により融着されて冷陰極放電管用電極組立体１４が構成されている。

この冷陰極放電管用電極組立体１４における電極１０の特性を評価するため、形状及び寸法が５×１０×１０ｍｍのテストピース（このテストピースは鍛造素材から切り出したものである）を表１に示す種々の量でNbをNiに含有させて成るNi−Nb合金にて作製し、そのテストピースに対し、以下に示す測定装置を用いてミリング量の測定を行った。

ＩＢＥ測定条件
ａ．機種 日立製作所製IML-250
ｂ．処理条件 加速電圧 500Ｖ
加速電流 210ｍＡ
減速電圧 250Ｖ
入射角度 45°
ガス Ar
真空度 2×10^−６torr

具体的には、テストピースに対して所定時間（６０分又は３０分）Arイオンを当て続け、スパッタにより生じた孔の深さを測定することによってミリング量を測定し、そのミリング量に基づいてスパッタレート（１分当りのミリング量）を算出した。
そして純Niを基準（100％）として、その純Niに対するスパッタレートの比率を算出した結果を表１に併せて示してある。

図２は、横軸にNb含有量を、縦軸にスパッタレート比率をとってそれらの関係を表したもので、これら表１及び図２の結果から、僅か6％のNbをNiに含有させ合金化することで、スパッタレート比率が純Niに較べて急激に減少し、純Nbに匹敵するレベルまで低減し、その後はNb含有量を増加してもスパッタレート比率はそれ程には下がらず、Nbの含有効果はほぼ飽和することが分る。

次に、表２はNbの含有量と硬さ（焼鈍後の硬さ）との関係を示したもので、この表２に示しているようにNbの含有量を増加するに従ってその硬さは増加している。詳しくはNbの含有量を増加し、そして35％までこれを含有させるとその硬さは430〜470となり、電極製造に際してプレス成形可能な硬さの限度である400を上回った硬さとなる。

実際に量産化を考えたときの硬さとしては230以下であることが望ましく、この意味においてNbの含有量としては15％以下、特に10％以下とするのが望ましい。

このようにNbを含有させてNiと合金化させることにより耐スパッタ性が向上し、またNbの含有による合金化によって硬さも高くなるが、これは前述したように金属間化合物の形成によるものと考えられる。

但しNb含有による耐スパッタ性の向上効果は、Nb：6％で急激に現われ、その後はNb含有量を増加してもそれほどには耐スパッタ性の向上効果は上がっていないのに較べて、硬さの方はNbの含有量が増すにつれて高くなっている。
そしてこれら耐スパッタ性の向上効果と硬さの上昇とを総合勘案した場合、Nbの含有量即ち合金化の量としては6％〜32％未満の範囲とする必要があり、望ましくはNb15％以下、特に10％以下である。

以上本発明の実施形態を詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

本発明の実施形態の冷陰極放電管用電極組立体を示す図である。 本発明の実施形態において得られたNb含有量とスパッタレート比率との関係を表す図である。

符号の説明

１０ 電極
１２ リード
１４ 冷陰極放電管用電極組立体

Claims (2)

1. 重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金で構成して成る冷陰極放電管用電極。
2. 重量％でNbを6％〜32％未満含有し、残部不可避的不純物及びNiの組成を有するNi-Nb合金から成るカップ形状の電極と、該電極の底面に固着されたリードとを有することを特徴とする冷陰極放電管用電極組立体。

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