JP2010182456A - 冷陰極蛍光管用電極及びそれを用いた冷陰極蛍光管 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐スパッタ性及び加工性を備え、管電圧を低くするとともに、水銀との反応を抑制して環境対策としての低水銀化を実現することができる冷陰極蛍光管用電極及びそれを用いた冷陰極蛍光管を提供する。
【解決手段】冷陰極蛍光管１は、全量に対して、０．１〜３０質量％の範囲のＭｏと、０．１〜６質量％の範囲のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなる冷陰極蛍光管用電極３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷陰極蛍光管用電極及びそれを用いた冷陰極蛍光管に関する。

液晶ディスプレイのバックライト用光源等として、冷陰極蛍光管が広く用いられている。冷陰極蛍光管は、内部にＨｇ蒸気とＡｒ，Ｎｅ等の不活性ガスとが封入されるとともに内壁面に蛍光体が塗着された細径のガラス管と、該ガラス管内の両端に管軸方向に互いに対向させて取り付けられた１対の冷陰極蛍光管用電極とを備える。冷陰極蛍光管では、１対の冷陰極蛍光管用電極間に高電圧を印加することにより電界が発生し、非加熱状態の陰極（冷陰極）から電子が放出される。次いで、この電子がＨｇ原子に衝突することによりＨｇ原子が励起され、該Ｈｇ原子が励起状態から基底状態に遷移するときに放出された紫外線が蛍光体に照射することにより該蛍光体から可視光が放出される。

一般に、前記冷陰極蛍光管用電極は、薄板形状の電極材料を深絞り加工等の塑性加工により一方が開口する有底筒状体に成形したものが使用されている。従来、前記冷陰極蛍光管用電極として、実質的にＮｉのみからなるものが広く使用されている。Ｎｉは、塑性加工性に優れ、冷陰極蛍光管用電極としての利点がある。

そこで、前記Ｎｉの特性に着目して、Ｎｉ基合金からなる冷陰極蛍光管用電極が種々提案されている。例えば本発明者らによりＭｏとＮｂとを含有するＮｉ基合金からなる冷陰極蛍光管用電極が提案されている（特許文献１参照）。

しかし、実質的にＮｉからなる前記冷陰極蛍光管用電極及びＮｉ基合金からなる前記冷陰極蛍光管用電極は、該電極を構成するＮｉがスパッタされやすく、スパッタされたＮｉ原子がガラス管内に封入されたＨｇ原子と反応して該Ｈｇ原子が消耗するため、冷陰極蛍光管の寿命が短くなるという不都合があり、かつ、環境対策としての冷陰極蛍光管内の低水銀化対応には不向きであるという不都合がある。

一方、一部の用途においては、実質的にＭｏのみからなる冷陰極蛍光管用電極が使用されている（例えば特許文献２参照）。実質的にＭｏのみからなる前記冷陰極蛍光管用電極は、管電圧が低くエネルギー効率が良好であるので放電特性に優れている。また、実質的にＭｏのみからなる前記冷陰極蛍光管用電極は、Ｎｉ基合金からなる前記冷陰極蛍光管用電極に比較して、耐スパッタ性に優れているため、冷陰極蛍光管の寿命を長くすることができる。

しかしながら、実質的にＭｏのみからなる前記冷陰極蛍光管用電極は、Ｍｏが極めて高価であり、硬度が大きく電極への加工が困難であるため、製造コストが高くなるという不都合がある。

特開２００７−３１８３２号公報 特開２０００−１３３２０１号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、優れた耐スパッタ性及び加工性を備え、管電圧を低くするとともに、水銀との反応を抑制して環境対策としての低水銀化を実現することができる冷陰極蛍光管用電極及びそれを用いた冷陰極蛍光管を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために種々検討を重ね、Ｍｏよりも低コスト化が可能であり且つＮｉよりも耐スパッタ性に優れる金属元素として、Ｆｅに着目した。しかし、実質的にＦｅのみからなる冷陰極蛍光管用電極は、放電特性及び耐スパッタ性に課題が残るため、Ｆｅを主成分として種々の合金元素の添加を試みた。その結果、所定の範囲のＭｏとＮｂとを含有するＦｅ基合金からなる冷陰極蛍光管用電極は、実質的にＭｏのみからなる前記冷陰極蛍光管用電極に匹敵する放電特性と耐スパッタ性との両立が可能であることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の冷陰極蛍光管用電極は、全量に対して、０．１〜３０質量％の範囲のＭｏと、０．１〜６質量％の範囲のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなることを特徴とする。

本発明の電極は、冷陰極蛍光管に用いることができる。

本実施形態の冷陰極蛍光管及び冷陰極蛍光管用電極を示す説明図。 本実施形態の冷陰極蛍光管用電極の電流電圧特性を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１に示す本実施形態の冷陰極蛍光管１は、液晶ディスプレイのバックライト用光源等に用いられるものであり、例えば直径３ｍｍのガラス管２と、ガラス管２内の両端に取り付けられた１対の冷陰極蛍光管用電極３とを備える。

ガラス管２は、内壁面にそれ自体周知の蛍光体が塗着されていて、内部にＨｇ蒸気とＡｒ，Ｎｅ等の不活性ガスとが封入されている。

冷陰極蛍光管用電極３は、一方が開口する有底筒状体であって、開口部の外径が２．１ｍｍ、肉厚が０．１５ｍｍ、長さが７．０ｍｍとなっている。冷陰極蛍光管用電極３は、薄板状としてもよいが、前記有底筒状体であることにより、該電極３から電子を放出させ易くすることができる。

１対の各冷陰極蛍光管用電極３は、前記開口部をガラス管２の軸方向に互いに対向させて、ガラス管２内に取り付けられている。冷陰極蛍光管用電極３の底部には、コバール線からなり、ガラス管２に封着されてガラス管２の外方に突出する封着ピン４が接続されている。封着ピン４の冷陰極蛍光管用電極３とは反対側の端部には、ジュメット線からなる外部リード線５が接続されている。また、封着ピン４には、ガラス管２との封着用ガラスビーズ（図示せず）が取り付けられている。

冷陰極蛍光管用電極３は、全量に対して、０．１〜３０質量％の範囲のＭｏと、０．１〜６質量％の範囲のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなる。

本実施形態の冷陰極蛍光管用電極３（以下、単に電極３と略記することがある）は、該電極３を構成する前記合金において基となる元素をＦｅとしたことにより、低コスト化できる。また、前記電極３は、該電極３表面及び該電極３からのスパッタ粒子とガラス管２内のＨｇ原子との反応を抑制してＨｇの消耗を抑制することにより、冷陰極蛍光管１の寿命を長くすることができる。また、前記電極３は、該電極３を構成する前記合金において基となる元素をＦｅとしたことにより、電極としての基本的な電気特性を得ることができ、且つ優れた加工性を得ることができる。

しかし、上述したように、電極３を構成する前記合金が実質的にＦｅのみでは、放電特性及び耐スパッタ性に課題が残る。そこで、本実施形態の冷陰極蛍光管用電極３では、前記合金に前記範囲のＭｏと前記範囲のＮｂとを添加している。

本実施形態の冷陰極蛍光管用電極３は、前記合金が前記範囲のＭｏを含有することにより、放電時の管電圧を低下させて電子放出特性を向上させることができる。また、電極３は、前記合金が前記範囲のＭｏを含有することにより、Ｆｅ基合金の発錆を抑制して耐食性を向上させることができる。また、電極３は、前記合金が前記範囲のＭｏを含有することにより、Ｆｅ基合金とＨｇとの反応をさらに確実に抑制することができる。

このとき、前記合金において、Ｍｏの含有量が全量に対して０．１質量％未満の場合には、前記効果を得ることができない。

一方、前記合金において、Ｍｏの含有量が全量に対して３０質量％を超える場合には、冷陰極蛍光管用電極３の管電圧を低くすることできない上に、該合金中にＦｅ_２Ｍｏ、Ｆｅ_３Ｍｏ_３等の脆性を示す金属間化合物が形成され、あるいは、硬度が大きくなることにより加工性が低くなる。従って、前記合金において、Ｍｏの含有量が全量に対して３０質量％を超える場合には、所望の形状を備える冷陰極蛍光管用電極３を形成することができない。

また、本実施形態の冷陰極蛍光管用電極３は、前記合金が前記範囲のＮｂを含有することにより、放電時の管電圧を低下させて電子放出特性を向上させることができる。また、電極３は、前記合金が前記範囲のＮｂを含有することにより、耐スパッタ性を向上させることができる。また、Ｆｅ基合金の発錆を抑制して耐食性を向上させることができる。

このとき、前記合金において、Ｎｂの含有量が全量に対して０．１質量％未満の場合には、前記効果を得ることができない。

一方、前記合金において、Ｎｂの含有量が全量に対して６質量％を超える場合には、該合金中にＦｅ_２Ｎｂ等の脆性を示す金属間化合物が形成され、あるいは、硬度が大きくなることにより加工性が低くなる。従って、前記合金において、Ｎｂの含有量が全量に対して６質量％を超える場合には、所望の形状を備える冷陰極蛍光管用電極３を形成することができない。

次に、本実施形態の冷陰極蛍光管用電極３について、実施例と比較例とを示す。

本実施例では、まず、ＦｅとＭｏとＮｂとを真空溶解炉にて溶解して溶湯を調製し、鋳造することにより、約１０ｋｇのインゴットを製造した。前記インゴットは、全量に対して３．４質量％のＭｏと１．６質量％のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなる。前記不可避的不純物は、前記合金の全量に対して、０．１０質量％以下のＣと、０．５０質量％以下のＳｉと、０．８０質量％以下のＭｎと、０．０５質量％以下のＰと、０．０５質量％以下のＳとを含有している。

次に、前記インゴットを１１００℃の温度で熱間鍛造を行い、厚さ２０ｍｍの板材を得た。次に、前記厚さ２０ｍｍの板材をワイヤーカットすることにより、厚さ１ｍｍの板材を得た。次に、前記厚さ１ｍｍの板材を研磨することにより、前記ワイヤーカットで生じた酸化スケールを除去した。

次に、前記酸化スケールが除去された厚さ１ｍｍの板材に対し、常温での冷間圧延と、水素雰囲気下８００℃の温度での焼鈍とをこの順で繰り返し行うことにより、厚さ０．２ｍｍの薄板材を得た。次に、前記０．２ｍｍの薄板材を、水素雰囲気下８００℃での焼鈍を１０分間行った後に、常温に冷却することにより、冷陰極蛍光管用電極３に用いられる電極材料を得た。

次に、本実施例で得られた電極材料から、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの試験片を製造した。前記試験片を、スパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、５．３３×１０^−１ＰａのＡｒ雰囲気下、投入電力１５０Ｗの条件で８時間連続スパッタを行った。次に、連続スパッタされた前記試験片の重量減を測定することにより、本実施例で得られた電極材料におけるスパッタによる消耗量を算出した。

次に、不可避的不純物を除き実質的にＮｉからなる電極材料（参考例１）について、本実施例と全く同一にして試験片を製造し、該電極材料におけるスパッタによる消耗量を算出した。次に、参考例１の電極材料におけるスパッタによる消耗量に対する本実施例で得られた電極材料のスパッタによる消耗量を求めたところ、本実施例で得られた電極材料の前記消耗量は、参考例１の電極材料の６９．１％であった。結果をスパッタ率として表１に示す。表１において、スパッタ率は、その値が小さい程、スパッタによる消耗量が少なく、耐スパッタ性が優れることを意味している。

次に、本実施例で得られた電極材料から、縦１５ｍｍ、横１．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの薄板状の本実施例の冷陰極蛍光管用電極３を２対製造した。

次に、本実施例で得られた冷陰極蛍光管用電極３の性能評価を行うために、内壁面に蛍光体が塗着されたガラス管２の内部に、１対の該電極３を備える冷陰極蛍光管１を製造した。

まず、本実施例で得られた１対の冷陰極蛍光管用電極３の端部にコバール線からなる封着ピン４を接続し、該封着ピン４の該電極３とは反対側の端部にジュメット線からなる外部リード線５を接続した。封着ピン４には、ガラス管２との封着用ガラスビーズ（図示せず）が取り付けられている。

次に、内壁面に蛍光体が塗着された直径３ｍｍのガラス管２内の両端に、封着ピン４が接続された冷陰極蛍光管用電極３を取り付けた。このとき、１対の冷陰極蛍光管用電極３は、封着ピン４が接続されていない側の端部が互いに対向するように、軸方向に取り付けられた。

次に、前記ガラス管２の内部にＨｇ蒸気とＡｒガスとＮｅガスとを封入した後に、封着ピン４と該ガラス管２とを封着した。このとき、封着ピン４をガラス管２の外方に突出させることにより、冷陰極蛍光管１を製造した。

次に、得られた冷陰極蛍光管１について、１対の前記電極３の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図１に示す。

次に、参考例１の電極材料を用いた以外は、本実施例と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極蛍光管（参考例１）を製造した。得られた冷陰極蛍光管について、１対の前記電極の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図１に示す。

次に、本実施例で得られた冷陰極蛍光管用電極３の性能評価を行うために、内壁面に蛍光体が塗着されていないガラス管の内部に、１対の該電極３を備える冷陰極管Ａを製造した。冷陰極管Ａは、後で冷陰極蛍光管用電極３からスパッタされた原子の有無及びその影響を調べる際の便宜を考慮して、内壁面に蛍光体が塗着されていないガラス管を用いた。すなわち、冷陰極管Ａは、内壁面に蛍光体が塗着された直径３ｍｍのガラス管２に代えて、内壁面に蛍光体が塗着されていない直径３ｍｍのガラス管を用いた点を除いて、冷陰極蛍光管１と全く同一にして製造された。

次に、前記冷陰極管Ａについて、管電流を６ｍＡ一定の条件で３００時間放電させた後、該冷陰極管Ａを開封して冷陰極蛍光管用電極３を取り出した。次に、冷陰極蛍光管用電極３からスパッタされた原子の有無及びその影響を調べるために、冷陰極蛍光管用電極３の表面の組成と、前記ガラス管の内壁面の組成とを、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）により測定した。結果を表２に示す。表２は、冷陰極蛍光管用電極３の表面及びガラス管の内壁における水銀原子の有無を示す。

次に、参考例１の電極材料を用いた以外は、本実施例と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極管（参考例１）Ｂを製造した。得られた冷陰極管Ｂについて、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極の表面の組成と、ガラス管の内壁面の組成とを、ＥＰＭＡにより測定した。結果を表２に示す。

次に、本実施例の電極材料の加工性評価を行うために、引張試験を行った。まず、本実施例で得られた前記インゴットに対して、１１００℃の温度で熱間鍛造を行い、常温での冷間圧延と、水素雰囲気下８００℃の温度での焼鈍とをこの順で繰り返し行い、水素雰囲気下８００℃での焼鈍を１０分間行った後に、常温に冷却することにより、丸棒試験片を作製した。丸棒試験片は、平行部としての小径部と、その両端に大径部とを有し、平行部は、長さが２４ｍｍであり、直径が８ｍｍである。

次に、前記丸棒試験片について、引張速度２４ｍｍ／秒にて引張試験を行い、引張強さを測定したところ、５０２Ｎ／ｍｍ^２であった。さらに、引張試験後の丸棒試験片の平行部の長さ及び直径を測定し、引張試験による伸び及び絞りを算出したところ、伸び３４．９％、絞り５９．６％であった。結果を表３に示す。

次に、参考例１の電極材料から丸棒試験片（参考例１）を作製し、本実施例と全く同一にして、引張試験を行い、引張強さを測定するとともに伸び及び絞りを算出したところ、引張強さ３６１Ｎ／ｍｍ^２、伸び１８．８％、絞り６．４％であった。結果を表３に示す。
〔比較例１〕
次に、不可避的不純物を除き実質的にＭｏからなる電極材料について、実施例１と全く同一にして試験片を製造し、該電極材料におけるスパッタによる消耗量を算出した。本比較例で得られた電極材料の前記消耗量は、参考例１の電極材料の８３．４％であった。結果をスパッタ率として表１に示す。

次に、本比較例の電極材料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極蛍光管を製造した。得られた冷陰極蛍光管について、１対の前記電極の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図１に示す。

次に、本比較例の電極材料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極管Ｃを製造した。得られた冷陰極管Ｃについて、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極の表面の組成と、ガラス管の内壁面の組成とを、ＥＰＭＡにより測定した。結果を表２に示す。

次に、本比較例の電極材料から丸棒試験片を作製し、実施例１と全く同一にして、引張試験を行い、引張強さを測定するとともに伸び及び絞りを算出したところ、引張強さ３３５Ｎ／ｍｍ^２、伸び２．４％、絞り１．６％であった。結果を表３に示す。
〔比較例２〕
次に、不可避的不純物を除き実質的にＦｅからなる電極材料について、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極蛍光管を製造した。得られた冷陰極蛍光管について、１対の前記電極の間に、５ｍＡ，６ｍＡ，７ｍＡ，８ｍＡの管電流をそれぞれ印加し、それぞれの管電流に対して生じた管電圧を測定した。結果を図１に示す。

次に、本比較例の電極材料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極を１対製造し、該電極を備える冷陰極管Ｄを製造した。得られた冷陰極管Ｄについて、実施例１と全く同一にして、冷陰極蛍光管用電極の表面の組成と、ガラス管の内壁面の組成とを、ＥＰＭＡにより測定した。結果を表２に示す。

表１から、全量に対してＭｏの含有量が３．４質量％であり、Ｎｂの含有量が１．６質量％であり、残部が実質的にＦｅである実施例１の電極材料のスパッタによる消耗量は、実質的にＭｏからなる比較例１の電極材料よりも小さいことが明らかである。したがって、実施例１の電極材料は、スパッタ率が小さく、優れた耐スパッタ性を備えることが明らかである。

表２から、実施例１の冷陰極蛍光管用電極３を備える前記冷陰極管Ａにおいては、該電極３の表面及びガラス管の内壁面にＨｇ原子が存在していないことが明らかである。したがって、前記冷陰極管Ａにおいては、冷陰極蛍光管用電極３を構成するＦｅ原子が僅かにスパッタされるものの、該電極３の表面とガラス管の内壁面との両方に、ＦｅとＨｇとからなる合金（アマルガム）が形成されていないことが明らかである。これにより、前記冷陰極管Ａは、アマルガム形成によりガラス管内のＨｇ蒸気を消耗することがなく、該冷陰極管Ａの寿命を長くすることができることが明らかである。

一方、参考例１の冷陰極蛍光管用電極を備える前記冷陰極管Ｂにおいては、該電極の表面にＨｇ原子が８７質量％存在し、ガラス管の内壁面にＨｇ原子が２１質量％存在していることが明らかである。したがって、前記冷陰極管Ｂにおいては、前記冷陰極蛍光管用電極を構成するＮｉ原子がスパッタされ、該電極の表面にＮｉとＨｇとからなるアマルガムが形成されていることが明らかである。これにより、前記冷陰極管Ｂは、アマルガム形成によりガラス管内のＨｇ蒸気を消耗し、該冷陰極管Ｂの寿命が短くなることが明らかである。

また、比較例２の冷陰極蛍光管用電極を備える前記冷陰極管Ｄにおいては、ガラス管の内壁面にＨｇ原子が存在していないものの、該電極の表面にＨｇ原子が２．５質量％存在していることが明らかである。したがって、前記冷陰極管Ｄにおいては、前記冷陰極蛍光管用電極を構成するＦｅ原子がスパッタされ、該電極の表面にＦｅとＨｇとからなるアマルガムが僅かに形成されていることが明らかである。これにより、前記冷陰極管Ｄは、アマルガム形成によりガラス管内のＨｇ蒸気を消耗し、冷陰極管Ａと比較して該冷陰極管Ｄの寿命が短くなることが明らかである。

また、表３から、実施例１の電極材料の引張強さは、比較例１よりも大きいことが明らかである。したがって、実施例１の電極材料は、優れた強度を備えることが明らかである。また、表３から、実施例１の電極材料の伸び及び絞りは、比較例１よりも格段に大きいことが明らかである。したがって、実施例１の電極材料は、優れた加工性を備えることが明らかである。

また、図１から、実施例１の冷陰極蛍光管用電極３は、Ｍｏの含有量が全量に対して３．４質量％と少ないにも拘わらず、実質的にＮｉからなる参考例１の冷陰極蛍光管用電極と比較して、管電圧が小さく、実質的にＭｏからなる比較例１の冷陰極蛍光管用電極に近い管電圧となっていることが明らかである。したがって、実施例１の冷陰極蛍光管用電極３は、管電圧が小さくエネルギー効率が良好であることが明らかである。

１…冷陰極蛍光管、 ３…冷陰極蛍光管用電極。

Claims (2)

1. 全量に対して、０．１〜３０質量％の範囲のＭｏと、０．１〜６質量％の範囲のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなることを特徴とする冷陰極蛍光管用電極。
2. 全量に対して、０．１〜３０質量％の範囲のＭｏと、０．１〜６質量％の範囲のＮｂとを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である合金からなる冷陰極蛍光管用電極を備えることを特徴とする冷陰極蛍光管。