(57)【要約】【課題】  従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金における塑性加工性及び、ガラス封止等の加工時に起こる表面酸化の問題を解決し、さらに従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金と同等の耐スパッタ性が得られる電極用合金を提供する。【解決手段】  質量％でＶ：１．０％〜１０．０％、Ｍｏ：３．０％〜１５．０％、残部は実質的にＮｉで成り、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３５．０％以下を満足する冷陰極放電管電極用合金であり、好ましい化学組成は、質量％でＶ：３．０％〜８．５％、Ｍｏ：５．０％〜１３．０％、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３０．０％以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＶ：１．０％〜１０．０％、Ｍｏ：３．０％〜１５．０％、残部は実質的にＮｉで成り、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３５．０％以下を満足することを特徴とする冷陰極放電管電極用合金。
【請求項２】
質量％でＶ：３．０％〜８．５％、Ｍｏ：５．０％〜１３．０％、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３０．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電管電極用合金。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の冷陰極放電管電極用合金材を用いてなることを特徴とする冷陰極放電管用電極。
【請求項４】
請求項３記載の冷陰極放電管用電極を用いてなることを特徴とする液晶ディスプレイ用バックライト用冷陰極放電管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管電極用合金と、該冷陰極放電管電極用合金を用いてなる冷陰極放電管用電極及び該冷陰極放電管用電極を用いてなる液晶ディスプレイ用バックライト用冷陰極放電管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビやパーソナルコンピュータ（パソコン）に用いられる液晶表示装置（ＬＣＤ）には、照明用のバックライトが組み込まれており、このバックライトの光源には、冷陰極放電管が使用されている。冷陰極放電管は、希ガス及び水銀蒸気が充填されたガラス管の内部に、一対の電極が対向して配置され、かつガラス管の内壁に蛍光膜を被覆した構造を有している。一対の電極にはリードの一端が接続され、リードの他端はガラス管の両端から外部に導出される。リードを介して一対の電極間に電圧を印加すると、一方の電極から電子が放出され、ガラス管内の水銀原子に電子が衝突して紫外線を発生する。この紫外線は、ガラス管の内壁に被覆した蛍光膜によって可視光線に変換され、照明としての役割を果たす。
図１に冷陰極放電管用電極部品（４）の一例の断面図を示す。冷陰極放電管用電極部品（４）の構成は、冷陰極放電管電極用合金を深絞りの塑性加工で成形された冷陰極放電管用電極（１）と、ガラス封着用金属部（２）と、リード部（３）とで構成される。
【０００３】
上記の冷陰極放電管用電極（１）（以下、電極と記す。）には、薄板形状の素材を深絞り加工等の冷間での塑性加工によってカップ形状に成形した部品を用いる場合が多いことから、従来、軟らかくて塑性加工性に優れた純Ｎｉの薄板が使用されている。しかしながら、純Ｎｉで構成される電極は、長時間使用するうちにスパッタによって消耗し、寿命に至るという問題がある。この電極の寿命は、電極を構成する材料の耐スパッタ性（スパッタによる消耗のし難さ）に依存することから、電極用材料の耐スパッタ性を改善する提案がなされている。
【０００４】
また、耐スパッタ性を向上させるために、高融点純金属であるＭｏ、Ｎｂ材がカップ形状をなす電極の一部で採用されてきたが、これらの高融点純金属は価格が高く、またカップ形状に塑性加工する工程の生産性が低いという欠点があった。
【０００５】
これらの欠点を解決するために、例えば、特開２００５−９３１１９号公報（特許文献１）には、質量％でＮｂを６％〜３２％未満含有し、残部が実質的にＮｉで成るＮｉ−Ｎｂ合金を電極として用いる提案がなされている。この提案は、Ｎｉよりスパッタによる消耗が起こり難いＮｂをＮｉと合金化させることにより、純Ｎｉで成る電極よりも耐スパッタ性に優れた電極を提供できるという点で優れたものである。
【特許文献１】特開２００５−９３１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らの検討によると、上述した特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金は、耐スパッタ性に加えて、耐食性も純Ｎｉより優れるという利点を有している。数年以上もの長期間に渡って使用される冷陰極放電管の電極においては、耐食性も重要な特性の一つである。それ故、Ｎｂは、Ｎｉと合金化させる元素として適している。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金では、Ｎｂ含有量が６質量％以上と多く、この範囲は脆性の金属間化合物（Ｎｉ３Ｎｂ）が生成し、素材をカップ形状の電極に成形する過程である冷間での塑性加工性に悪影響を及ぼすという問題がある。従って、特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金では耐スパッタ性には優れているものの、素材をカップ形状に成形する過程での塑性加工性が悪く、電極自体の作製が困難となるという欠点がある。また、Ｎｉ−Ｎｂ合金では電極加工後のリード線の溶接やガラス封止等の加工工程にて表面酸化による変色が発生し易く、過度に着色を生じた場合、表面に形成された酸化層により放電特性が低下する場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金における塑性加工性及び、ガラス封止等の加工時に起こる表面酸化の問題を解決し、さらに従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金と同等の耐スパッタ性が得られる電極用合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、種々のＮｉ合金を検討した結果、ＮｉにＭｏとＶを複合添加することで耐スパッタ性と表面酸化及び塑性加工性を満足できる電極材を見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明は、質量％でＶ：１．０％〜１０．０％、Ｍｏ：３．０％〜１５．０％、残部は実質的にＮｉで成り、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３５．０％以下を満足する冷陰極放電管電極用合金である。
好ましい組成は、質量％でＶ：３．０％〜８．５％、Ｍｏ：５．０％〜１３．０％、２．９Ｖ＋Ｍｏ：３０．０％以下である冷陰極放電管電極用合金である。
また本発明は、上記の電極用合金材を用いてなる冷陰極放電管用電極である。
さらに本発明は、前記の冷陰極放電管用電極を用いてなる液晶ディスプレイ用バックライト用冷陰極放電管である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電極用合金は、高融点金属含有量を少量としているため、経済的に有利である。また、耐スパッタ性に優れた従来のＮｉ−Ｎｂ合金と同等の耐スパッタ性を有することに加え、従来のＮｉ−Ｎｂ合金より優れた塑性加工性を有していることから、カップ形状の電極への成形が容易であるという効果を有し、さらには冷陰極放電管を製造するプロセスにおいて、電極が酸化され易い雰囲気を通過する場合の表面酸化を抑制することで変色が起きづらく、放電特性の劣化を抑制する効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の重要な特徴は、Ｎｉが有する優れた塑性加工性を維持しつつ、耐スパッタ性の向上に効果のあるＶと、耐スパッタ性の向上効果に加えて、さらに表面酸化による過度の着色を防止して放電特性の劣化を抑制する効果があるＭｏとを複合添加した新規な化学組成にある。
以下に本発明の電極用合金における化学成分の規定理由を述べる。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
【００１２】
Ｖ：１．０％〜１０．０％
ＶはＮｉと合金化することによって耐スパッタ性を向上させる本発明の必須元素である。特に本発明においては、Ｖと共に耐スパッタ性を向上させるＭｏを必須添加するが、耐スパッタ性向上効果はＶの方が大きく、Ｖが１〜１０％の範囲で必須添加が必要となる。
しかしながら、Ｖ量が１０％を超えると、脆性の金属間化合物が生成し易くなるのでＶ量の上限値を１０．０％とした。また、Ｖ量が１％未満ではＭｏとの複合添加によっても耐スパッタ性を向上させる効果が小さいためＶ量の下限値を１．０％とした。Ｖの好ましい範囲はＶ：３．０％〜８．５％であり、より望ましい範囲は３．０％〜６．０％である。
【００１３】
Ｍｏ：３．０％〜１５．０％
Ｍｏは、Ｖと同様にＮｉと合金化することによって耐スパッタ性を向上させる効果の他に、表面酸化による過度の着色を抑制して、例えばリード線の溶接やガラス封止時の加工工程での変色を防止し、放電特性の劣化を抑制する効果を得るのに必要な本発明の必須元素である。この耐スパッタ性と、表面酸化による過度の着色を抑制し、放電特性の劣化を抑制する効果の両立にはＭｏは３．０〜１５．０％が必要となる。
しかしながら、Ｍｏ量が１５．０％を越えると、加工硬化による硬度の上昇により塑性加工性が劣化するのでＭｏ量の上限値を１５．０％とした。また、Ｍｏ量の下限値を３．０％としたのは、３．０％未満では耐スパッタ性を向上させる効果が小さいからである。Ｍｏの好ましい範囲は５．０％〜１３．０％であり、より望ましい範囲は５．５％〜１０．０％である。
【００１４】
本発明においては、上述のＶ及びＭｏの成分範囲内において、ＶとＭｏとの含有量を調整する必要がある。これは、ＶとＭｏとを共に高めてしまうと、硬度が３００Ｈｖを超え易くなり、深絞り加工性を阻害するためである。
ＶとＭｏは、硬度を高める効果は同じではなく、Ｖの硬度を高める効果はＭｏの硬度を高める効果の２．９倍である。したがって、Ｖ、Ｍｏの硬度を高める効果は２．９Ｖ＋Ｍｏで調整可能となる。
２．９Ｖ＋Ｍｏの値が３５．０％を超えると硬度が高くなりすぎ、靭性が低下するため、本発明では２．９Ｖ＋Ｍｏの値を３５．０％以下に制限する。好ましい範囲は３０．０％以下である。
なお、下限については、表面酸化による着色を抑制する効果及び耐スパッタ性を向上させる効果を考慮すると、２．９Ｖ＋Ｍｏの値で５．５％にすると良い。
【００１５】
残部は実質的にＮｉ
残部は実質的にＮｉとしたが、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ等の不可避的不純物は当然ながら含まれる。これらの元素は、電極用合金の耐スパッタ性と塑性加工性に悪影響を与えない範囲として、それぞれ、以下に示す範囲で不可避的不純物として含有しても良い。
Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５０％、Ｍｎ≦０．５０％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．０５％
【００１６】
また、本発明の電極用合金は特徴的な結晶粒径の挙動を示す。
方本発明の電極用合金を用いて、カップ形状の電極とする際に、１０００℃×５ｍｉｎ程度の水素還元熱処理が行われる。この水素還元熱処理前後において、本発明の電極用合金は結晶粒径の粗大化を抑制できる。
本発明電極用合金の水素還元焼鈍前の金属組織写真（倍率２００倍）を図２に、１０００℃×５ｍｉｎの水素還元焼鈍後の金属写真を図３に示す。
本発明電極用合金は水素還元焼鈍前後で結晶粒径の変化が殆ど見られず、且つ水素焼鈍処理後の結晶粒径が約３０＊＊μｍと微細な金属組織であった。なお、図２及び図３の金属組織写真に示す本発明電極合金の組成は、後述の実施例で示すＮｏ．３合金である。
【００１７】
本発明の電極用合金では、上記の構成により、従来のＮｉ−Ｎｂ合金と同等の耐スパッタ性を確保することができ、長寿命という効果が得られる。さらに、従来のＮｉ−Ｎｂ合金の問題であった塑性加工性を改善することができるので、カップ形状の電極への塑性加工性が容易であるという効果を有し、表面酸化による過度の着色を抑制し、放電特性の劣化を抑制することが可能なため冷陰極放電管の電極用合金として好適である。
【００１８】
この本発明の電極用合金はカップ形状の電極への塑性加工性に優れるため、容易にカップ形状に加工でき、図１に示すような冷陰極放電管用電極（１）とすることができる。
また、冷陰極放電管用電極（１）とガラス封着用金属部（２）と、リード部（３）とを組合わせることで冷陰極放電管用電極部品（４）とすることができる。そして、冷陰極放電管用電極部品（４）を用いて、液晶ディスプレイ用バックライト用冷陰極放電管とすれば、優れた耐スパッタ性を有することから、長寿命の液晶ディスプレイ用バックライト用冷陰極放電管とすることができる。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
真空溶解炉により、表１に示す化学成分を有する７種類の電極用合金を各１０ｋｇずつ作製した。表１のＮｏ．１〜４（Ｎｉ−Ｖ−Ｍｏ合金）は本発明の電極用合金である。一方、Ｎｏ．５（Ｎｉ−Ｖ−Ｍｏ合金）は、本発明で規定する関係式を満足しない比較例合金、Ｎｏ．６（純Ｎｉ）及びＮｏ．７（Ｎｉ−Ｎｂ合金）は比較例（従来例）である。なお、Ｎｏ．７は特許文献１に開示される電極用合金に相当する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
各合金を１１００℃に加熱して熱間鍛造と熱間圧延を行い、厚さ５ｍｍの板材を得た。これらの板材より、耐スパッタ性評価用の試料として直径７５ｍｍ、厚さ３ｍｍのターゲットを作製した。
これらのターゲットをマグネトロンスパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、Ａｒ圧力０．８Ｐａ、投入電力３００Ｗの条件で１２時間、連続スパッタした後、チャンバー内からターゲットを取り出し、スパッタによるターゲットの消耗量（重量変化）を測定した。
消耗量の比を表２に示す。なお、Ｎｏ．６の消耗量を１００％としており、値が低いほどスパッタによる消耗が少なく、耐スパッタ性が優れていることを意味する。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
表２から、Ｎｏ．６（純Ｎｉ）の消耗量を基準（１００％）とした時の本発明の電極用合金の消耗量はいずれも優れていることが分かる。また、本発明の電極用合金のＮｏ．３及びＮｏ．４は比較例（従来例）のＮｏ．７（Ｎｉ−Ｎｂ合金）とほぼ同等の耐スパッタ性が得られることが分かる。
【００２４】
次に作製した合金の硬度を測定し、深絞り加工が容易にできるか否かを判断した。
硬度測定用の試験片の作製は、以下の工程にて得られた焼鈍材を用いて測定した。
熱間圧延材の残部を再度１１００℃に加熱して熱間圧延を行い、厚さ２．５ｍｍの板材を得た。熱間圧延中に生じた酸化スケールを酸洗により除去した後、８００℃に保持した真空炉内で１時間の焼鈍を行って軟化させた。これらの板材に冷間圧延と８００℃での焼鈍を繰り返し、厚さ０．２ｍｍの薄板材を得た。最終工程では圧下率８０％の冷間圧延後、８００℃に保持した真空炉内で３０ｍｉｎの焼鈍を行った後、Ｎ２ガスで急冷した。硬さの測定結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
表３から、本発明のＮｏ．１〜Ｎｏ．４及び比較例のＮｏ．６（純Ｎｉ）では、硬度が３００Ｈｖ以下であるため、深絞り加工によりカップ形状に成形することが可能と判断した。一方、Ｎｏ．５では硬度が３６５Ｈｖと高く、深絞り加工が非常に困難であると判断できた。
また、Ｎｏ．７（Ｎｉ−Ｎｂ合金）は硬度が２８５Ｈｖであったが、４００倍の金属組織観察により脆性の金属間化合物（Ｎｉ３Ｎｂ）の生成が確認されたことから、深絞り加工時に亀裂が発生し、カップ形状への加工性が悪いと判断できた。
【００２７】
更に、熱間圧延材の残部をワイヤーカット加工した後、表面研磨（＃５００仕上げ）を行い、厚さ１ｍｍの板材を得た。この板材を３５０℃に保持した電気炉内で１時間大気中加熱をして、表面状態を目視により観察した。
さらに試験片の加熱前後の反射率を測定した。反射率の測定には分光測色計（ミノルタ製、ＣＭ−２００２）を使用し、可視光域（波長４００〜７００ｎｍ）の平均反射率を測定した。加熱前後の反射率の低下と表面状態を表４に示す。
【００２８】
【表４】
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【００２９】
表４から、本発明の電極用合金は何れも反射率の低下が少ないことが分かる。また、本発明の電極用合金及びＮｏ．６（純Ｎｉ）は着色は見られなかったが、Ｎｏ．７（Ｎｉ−Ｎｂ合金）には放電特性の劣化を促進する表面酸化による薄茶色の着色が確認された。
【００３０】
以上の実施例から、本発明の電極用合金は、耐スパッタ性に優れた比較例（従来例）のＮｏ．７（Ｎｉ−Ｎｂ合金）とほぼ同等の耐スパッタ性を確保することができ、カップ形状への成形（塑性加工）が容易であることが確認された。
さらに、表面酸化による過度の着色を抑制し、放電特性の劣化を抑制することが可能であることが分かり、冷陰極放電管の電極用合金として適していることが示された。
なお、本発明の電極用合金Ｎｏ．３とＮｏ．６（純Ｎｉ）について、電子が電極から放出される際の仕事関数（値が小さい程、電子放出が起こり易いことを意味する。）を、大気中光電子分光法を用いて測定したところ、それぞれ４．１０ｅＶ（電極用合金Ｎｏ．３）、４．１７ｅＶ（Ｎｏ．６純Ｎｉ）であり、本発明の電極用合金はＮｏ．６（純Ｎｉ）より優れていた。
それ故、本発明のＮｉ−Ｖ−Ｍｏ合金で成る電極は、これまで主に使用されてきた純Ｎｉの電極と比較して、電子放出特性の点からも実用に供し得ることが確認された。
【００３１】
（実施例２）
次に、実際の工程を模擬するために上記の本発明合金Ｎｏ．３（Ｎｉ−Ｖ−Ｍｏ合金）焼鈍材とＮｏ．６（純Ｎｉ）焼鈍材を用いて、消耗量、放電特性を測定・観察した。用いた試験片はφ９ｍｍ×０．１５（ｔ）ｍｍとした。
まず、消耗量を測定した。スパッタ条件は、ＤＣ３ｋＶ、１０ｍＡ、Ａｒ中とした。この条件の下で５時間のスパッタによる消耗量（体積）を測定した。測定結果は、上記同様、本発明のＮｉ−Ｖ−Ｍｏ合金の消耗量が優れた結果となった。消耗量の測定結果を表５に示す。
【００３２】
【表５】
2007220669.tif 000007
【００３３】
次に放電特性を測定した。放電特性条件は、試験片φ９ｍｍ×０．１５（ｔ）ｍｍを陰極として、ステンレス製の陽極に対して間隔１００ｍｍの位置に保持し、アルゴン１．３３×１０４Ｐａの雰囲気中で両極に直流電圧をかけて測定した。放電電流が１０ｍＡの時の放電電圧は、本発明の電極用合金Ｎｏ．３が３８０Ｖであり、Ｎｏ．６（純Ｎｉ）の放電電圧は３５０Ｖであった。この結果、電極用合金Ｎｏ．３の放電特性はＮｏ．６（純Ｎｉ）の放電特性と同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の電極用合金は、耐スパッタ性と塑性加工性さらに表面酸化による過度の着色を抑制し、放電特性の劣化を抑制することが可能であるため、数年以上の長期間に渡って使用され、カップ形状への塑性加工が不可欠で、かつ電極加工後のリード線の溶接やガラス封止等の加工工程にて表面酸化が起こり難い冷陰極放電管の電極用合金として適用できる。例えば、液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管の電極用合金に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】冷陰極放電管用電極部品の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の冷陰極放電管の電極用合金の水素還元焼鈍前の金属組織写真である。
【図３】本発明の冷陰極放電管の電極用合金の１０００℃×５ｍｉｎの水素還元焼鈍後の金属写真である。
【符号の説明】
【００３６】
１．冷陰極放電管用電極
２．ガラス封着用金属部
３．リード部
４．冷陰極放電管用電極部品
【図１】
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【図２】
2007220669.tif 000009
【図３】
2007220669.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月23日(2007.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の電極用合金は特徴的な結晶粒径の挙動を示す。
本発明の電極用合金を用いて、カップ形状の電極とする際に、１０００℃×５ｍｉｎ程度の水素還元熱処理が行われる。この水素還元熱処理前後において、本発明の電極用合金は結晶粒径の粗大化を抑制できる。
本発明電極用合金の水素還元焼鈍前の金属組織写真（倍率２００倍）を図２に、１０００℃×５ｍｉｎの水素還元焼鈍後の金属写真を図３に示す。
本発明電極用合金は水素還元焼鈍前後で結晶粒径の変化が殆ど見られず、且つ水素焼鈍処理後の結晶粒径が約３０μｍと微細な金属組織であった。なお、図２及び図３の金属組織写真に示す本発明電極合金の組成は、後述の実施例で示すＮｏ．３合金である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
各合金を１１００℃に加熱して熱間鍛造と熱間圧延を行い、厚さ５ｍｍの板材を得た。これらの板材より、耐スパッタ性評価用の試料として直径７５ｍｍ、厚さ３ｍｍのターゲットを作製した。
これらのターゲットをスパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、Ａｒ圧力０．８Ｐａ、投入電力３００Ｗの条件で１２時間、連続スパッタした後、チャンバー内からターゲットを取り出し、スパッタによるターゲットの消耗量（重量変化）を測定した。
消耗量の比を表２に示す。なお、Ｎｏ．６の消耗量を１００％としており、値が低いほどスパッタによる消耗が少なく、耐スパッタ性が優れていることを意味する。