(57)【要約】【課題】  長寿命化と低消費電力化を図ると同時に、放電における電流密度を任意に制御可能にする。【解決手段】  電極６（６′）として、炭素粉末とアモルファス炭素からなる炭素系電極を用いる。この炭素系電極はフラン樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂などの焼成後にアルモファス炭素となる樹脂に、黒鉛などの炭素粉末を混合し、所望の形状に賦形後、異なる温度、異なる雰囲気で２回焼成して製造される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封容器と、該密封容器内で対向配置された１対の電極とを具備し、該１対の電極の少なくとも一方が７００〜２８００℃の範囲の異なる温度および異なる雰囲気で２回焼成して炭素化を行った炭素系電極である放電管。
【請求項２】
１回目の焼成の温度は１０００℃で２回目の焼成の温度は１０００℃を超える温度である請求項１記載の放電管。
【請求項３】
前記炭素系電極は、炭素粉末とアモルファス炭素とを含む請求項１または２記載の放電管。
【請求項４】
前記炭素系電極は、金属または半金属化合物をさらに含む請求項３記載の放電管。
【請求項５】
前記炭素粉末は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む請求項３または４記載の放電管。
【請求項６】
前記炭素系電極は、柱状、筒状、コイル状または錐体状である請求項１〜５のいずれか１項記載の放電管。
【請求項７】
炭素を含み、密封容器内で放電管の電極として使用され７００〜２８００℃の範囲の異なる温度および異なる雰囲気で２回焼成して炭素化を行った放電管用電極。
【請求項８】
１回目の焼成の温度は１０００℃で２回目の焼成の温度は１０００℃を超える温度である請求項７記載の放電管用電極。
【請求項９】
炭素粉末とアモルファス炭素とを含む請求項７または８記載の放電管用電極。
【請求項１０】
金属または半金属化合物をさらに含む請求項９記載の放電管用電極。
【請求項１１】
前記炭素粉末は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む請求項９または１０記載の放電管用電極。
【請求項１２】
柱状、筒状、コイル状または錐体状である請求項７〜１１のいずれか１項記載の放電管用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱陰極、冷陰極の放電管及び放電管用電極にかかわり、更に詳しくは、長寿命かつ低消費電力の放電管及び放電管用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からある放電管として、例えばパソコン、ワープロ、液晶テレビなどの液晶表示装置においては、液晶バックライト用光源として、一般的に、冷陰極放電管が使用されている。すなわち、図１の（ａ），（ｂ）に要部構成を示すような冷陰極放電管が知られている（特開平１１−２３３０６３号公報）。なお（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図１において１は放電媒体（希ガス、水銀など）を封有するガラス管、２は前記ガラス管１の内壁面に形成された蛍光体層である。
【０００３】
また、３，３′はガラス管１の両端部にそれぞれ封装された一対の電極、４は電極３，３′の外周面を被覆して形成された電子放射性物質層、５，５′は電極３，３′に接続してガラス管１外部から所要の電力を供給する導入線である。なお、電極３，３′はＮｉ製の円筒電極などであり、ガラス管１の端部に封止・導入した導入線５，５′の先端を嵌合・溶接して電気的及び機械的に接続・保持して放電電極として機能させる構成を採っている。さらに、電子放射性物質層４は、例えばＢａ，Ｃａ，Ｓｒなどアルカリ土類金属酸化物の粉末を塗布・焼き付けて形成されている。
【０００４】
この種の冷陰極放電管は、対応する点灯装置に装着し、導入線５，５′を介して通電すると、電極３，３′間での放電が開始し、紫外線を照射（放射）する。そして、この紫外線が蛍光体層２にて可視光線に変換され、所要の可視光を発光して光源としての機能をなしている。放電媒体が直接可視光を発光する場合は、蛍光体層の形成を省略できる。
【０００５】
ところで、冷陰極放電管の使用にあたっては、装置全体のコンパクト化や高性能化の点で、冷陰極放電管の小型化、高発光効率が望まれるだけでなく、低消費電力・長寿命であることなども要求されている。このような要求に対して、電子放射性物質層における酸化物の検討が主になされてきた。
【０００６】
しかしながら、前記構成の冷陰極放電管は、なお、次のような不都合が認められ、依然として実用上問題がある。すなわち、冷陰極放電管に具備・内装されている冷陰極３，３′は、その製造過程での加工・変形、或いは点灯中の熱膨張やイオン衝撃によって、電極が消耗したり、電子放射性物質層４に亀裂が生じたり、電子放射性物質層４の剥離・脱落を生じ、結果的に、所要機能の持続性が損なわれ、長寿命化が十分図れないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、長寿命化と低消費電力化を図ると同時に、放電における電流密度を任意に制御可能な放電管及び放電管用電極の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、密封容器と、該密封容器内で対向配置された１対の電極とを具備し、該１対の電極の少なくとも一方が炭素系電極である放電管が提供され、これによって上記の課題が解決される。
【０００９】
本発明によれば、炭素を含み、密封容器内で放電管の電極として使用される放電管用電極もまた提供される。
【００１０】
前述の炭素系電極は、炭素粉末とアモルファス炭素とを含むことが好適である。
【００１１】
前述の炭素系電極はまた、金属または半金属化合物をさらに含むことが好ましい。
【００１２】
なお電子放出性を向上させるために、炭素粉末はカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーを含むことが望ましい。
【００１３】
また放電管用電極に使用する炭素系電極の形状として、円断面の円柱状、四角断面の角柱状、コイル状、円錐状、円筒状であることが望ましい。この様な形状とすることでイオン衝撃による電極の消耗をより防止することができる。
【００１４】
本発明に用いる炭素系電極は、賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を示す樹脂組成物と、炭素粉末と、必要に応じて金属化合物、半金属化合物の一種または二種以上を混合し、該混合物を放電管の寸法や形状などに合わせて、また放電特性や電流密度を制御する目的で円断面の円柱状、四角断面の矩形状、コイル状、円錐状、円筒状などの所望の形状に賦形し、該賦形物を焼成することによって製造される。
【００１５】
炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、コークス粉等が挙げられるが、使用する炭素粉末種と量は、目的とする電極の抵抗値・形状及び放電特性により適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用することができるが、特に形状制御の簡易さから黒鉛を使用することが好ましく、賦形性及び構造制御を容易とするために、平均粒径１００μｍ以下の高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、直径２００nm以下の気相成長炭素繊維より選ばれることが望ましい。
【００１６】
カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーは、グラファイト六角網平面を筒状に丸めて形成される欠陥の無い「単層」或いはそれらが入れ子状に積層した「多層」のチューブ状物質で、直径１５nm以下で長さが数十nm〜数μｍがナノチューブ。直径で１５〜１００nm程度の領域をナノファイバーと呼ぶ。アーク放電法、気相熱分解法、レーザー昇華法、電解法、流動触媒法等によって生成されるが、最近ではポリマーブレンド法により中空のチューブ状或いは場合によっては無空のファイバーも提案されており、ここでは中空、無空の両方を含めた広義でカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーとして使用するものである。
【００１７】
金属、半金属化合物としては、一般に入手可能な金属炭化物、半金属炭化物、金属硼化物・半金属硼化物、金属珪化物・半金属珪化物、金属窒化物・半金属窒化物、金属酸化物、半金属酸化物等が挙げられる。使用する金属・半金属化合物の種類と量は、目的とするフィラメントの抵抗値・形状及び目的とするＣＶＤで生成させる膜の種類により適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用することができるが、抵抗値制御、耐熱性の観点から、特に炭化硼素、炭化珪素、窒化硼素を使用することが好ましい。
【００１８】
前記賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を示す樹脂組成物は、焼成によりアモルファス状炭素、好ましくは、高温下での使用時に黒鉛化が進行しない難黒鉛化性炭素となり得る高分子樹脂であり、炭素化前段階の加熱時に分子間架橋を生じさせ三次元化させることで、高い炭素残渣収率を示すものであり、かつ、焼成炭素化時に黒鉛粉末や金属化合物、半金属化合物をパッキング、収縮する能力を有するものであり、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の一種または二種以上の複合体である。ここで熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、コブナ樹脂等が用いられ、経時熱構造変化の少ないことなどから、好ましくはフラン樹脂及び／又はフェノール樹脂が用いられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリ塩素化塩化ビニル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド等が用いられ、成形性の容易さ及びフラン樹脂やフェノール樹脂と複合化した際の取り扱いの容易さから好ましくはポリ塩素化塩化ビニル樹脂が用いられる。
【００１９】
放電管用電極として必要な特性を具備せしめることを目的として、焼成後にアモルファス炭素となる高分子樹脂に黒鉛粉末と、必要に応じて金属化合物、半金属化合物を混合した後、混合機を用いて充分に分散させる。次にこの混合体を、製膜機や押し出し成型機のような通常のプラスチック成形を行う際に使用されている成形機を用い、黒鉛微粉末、金属化合物、半金属化合物を一方向に配向制御等させつつ、円断面の円柱状、四角断面の矩形状、コイル状、円錐状、円筒状などの所望の形状に成形する。該成形体は、エアオーブン中で炭素前駆体化処理及び固化処理を施した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で昇温速度を制御しつつ焼成することで炭化を終了させ、アモルファス炭素と黒鉛粉末、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、金属化合物、半金属化合物とからなる炭素複合体の放電管電極用の炭素系電極が得られる。
【００２０】
ここで、炭素化は不活性ガス雰囲気もしくは真空下で７００〜２８００℃程度まで加熱昇温し行われるが、炭素化時の昇温速度が大きいと賦形体の形状が変形したり微細なクラックが生じるなどの欠陥が生じる。したがって、５００℃までは毎時５０℃以下、それ以降も毎時１００℃以下で行うことが適切である。
【００２１】
また本発明で、高温耐熱性を得るために不活性雰囲気中または真空中で、放電管電極として使用する温度よりも２６０℃以上５００℃以下の温度だけ高い温度、好ましくは約３００℃高い温度まで焼成炭素化処理を施すことで、より安定した放電特性と低消費電力及び長寿命化を達成することが可能となる。
【００２２】
本発明における放電管電極においては、成形性の優れる高分子樹脂を炭素化することで得られるアモルファス炭素中に、電子放出性の優れた黒鉛のエッジ部やカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーを、均一かつ一方向に配向制御し、アモルファス炭素と黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーとの複合体とすることで、電子放出特性の優れた黒鉛エッジ部やカーボンナノチューブ・カーボンナノファイバーの尖鋭状炭素を一様かつ均等に露出させて、仕事関数が小さく電子放出のしきい値電圧が小さく、電子放出が可能な任意の形状の電極を形成することができる。また、耐熱性にも優れることから繰り返して使用するに際し、突入電流も無く、安定な放電電流が得られ、長寿命なものとなる。
【００２３】
密封容器内で一対の放電管用電極を配置させる放電管において、前記一対の放電管用電極のうち少なくともいずれか一方に前述のようにして得られた炭素系電極を使用することで、長寿命かつ低消費電力の放電管及び放電管用電極として機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、図１を参照して実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本願発明はこの実施例によって何等限定されるものではない。
【実施例】
【００２５】
実施例１
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド製  Ｔ−７４１）４０質量部、フラン樹脂（日立化成製  ＶＦ３０３）２０質量部に、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製  平均粒度５μｍ）４０質量部と、可塑材としてジアリルフタレートモノマー２０質量部を添加して、分散、混合し、押し出し成形で細線状に成形し、その後窒素ガス雰囲気中１０００℃、さらにアルゴンガス雰囲気中２０００℃で焼成し、円柱状炭素系電極を得た。
【００２６】
図２（ａ），（ｂ）は図１に示した形式の冷陰極放電管において本発明の炭素系電極を用いた例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図２（ａ），（ｂ）において１は放電媒体（希ガス、水銀など）を封入する直管型のガラス管、２はガラス管１の内壁面に形成されている蛍光体層、６，６′はガラス管１の両端部にそれぞれ封装された一対の電極、４は電極６，６′の外周面に設けられた電子放射性物質の塗布層、５，５′は電極３，３′に接続してガラス管１外部から所要の電力を供給する導入線である。
【００２７】
電極６，６′として、前述の円柱状炭素系電極を使用し通電するとこの電極間で容易に放電が開始し、紫外線が蛍光体層２によって可視光に変換され、発光効率の高い放電管として機能した。実施例１の場合、例えば２００Vrms程度の管電圧印加で容易に点灯し、所要の発光輝度が得られ、また長時間にわたって安定した放電が得られた。
実施例２
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド製  Ｔ−７４１）５０質量部に、カーボンナノファイバー（昭和電工製  平均直径１００nm）５０質量部と、可塑材としてジアリルフタレートモノマー２０質量部を添加して、分散、混合し、押し出し成形し、その後窒素ガス雰囲気中１０００℃、さらに真空中１５００℃で焼成し、円柱状炭素系電極を得た。
【００２８】
得られた円柱状炭素系電極を実施例１と同様に使用し通電するとこの電極間で容易に放電が開始し、紫外線が蛍光体層２によって可視光に変換され、発光効率の高い放電管として機能した。実施例２の場合、例えば１９０Vrms程度の管電圧印加で容易に点灯し、所要の発光輝度が得られ、また長時間にわたって安定した放電が得られた。
実施例３
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド製  Ｔ−７４１）５０質量部に、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製  平均粒度５μｍ）２５質量部と、カーボンナノファイバー（昭和電工製  平均直径１００nm）２５質量部と、可塑材としてジアリルフタレートモノマー２０質量部を添加して、分散、混合し、押し出し成形して、その後窒素ガス雰囲気中１０００℃、さらに真空中１５００℃で焼成し、機械加工後円筒状炭素系電極を得た。
【００２９】
得られた円筒状炭素系電極を実施例１と同様に使用し通電するとこの電極間で容易に放電が開始し、紫外線が蛍光体層２によって可視光に変換され、発光効率の高い放電管として機能した。実施例３の場合、例えば２００Vrms程度の管電圧印加で容易に点灯し、所要の発光輝度が得られ、また長時間にわたって安定した放電が得られた。
【００３０】
以上説明したように、本発明の密封容器内で一対となって対向配置される放電管用電極において、炭素系電極を使用する放電管用電極は長寿命化と低消費電力化を飛躍的に向上することを知見し、本発明を完成するに至った。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の冷陰極放電管の要部構成を示す図である。
【図２】本発明の炭素系電極を使用した冷陰極放電管の要部構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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