(57)【要約】【課題】非平面状の基材であっても、ダイヤモンドが均一な厚さで成膜されるために高い放電効率及び長寿命を十分に発揮する放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及びこの放電灯用冷陰極の製造方法を提供する。【解決手段】放電灯用冷陰極が、折曲部を有する導電性の板状金属基材と、板状金属基材の片面又は両面の折曲部を除いた面上に形成されたダイヤモンド膜と、板状金属基材が有する開口部に装着された、電極を有する金属部材と、を備える。【選択図】        図１
2007059210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
折曲部を有する導電性の板状金属基材と、
前記板状金属基材の前記折曲部を除いた面上に形成されたダイヤモンド膜と、
前記板状金属基材に装着された、電極を有する金属部材と、
を備えたこと特徴とする放電灯用冷陰極。
【請求項２】
前記ダイヤモンド膜は、前記板状金属基材の両面で前記折曲部を除いた面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用冷陰極。
【請求項３】
前記板状金属基材は、用いられた金属の融点が１０００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用冷陰極。
【請求項４】
前記ダイヤモンド膜は、水素終端されていることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用冷陰極。
【請求項５】
前記板状金属基材は、開口部を有する箱形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用冷陰極。
【請求項６】
前記板状金属基材は、対向する２つの開口部を有する筒形状に形成されており、
前記ダイヤモンド膜は、前記板状金属基材の両面の、前記折曲部を除いた面上に形成され、
前記金属部材は、前記２つの開口部のうちいずれか一方に装着されていること
を特徴とする請求項２に記載の放電灯用冷陰極。
【請求項７】
折曲部を有する導電性の板状金属基材と、前記板状金属基材の前記折曲部を除いた面上に形成されたダイヤモンド膜と、前記板状金属基材に装着された、電極を有する金属部材と、を備えた冷陰極と、
前記冷陰極を内部に備え、蛍光体が内壁に塗布されたガラス管と、
前記ガラス管に封入された不活性の気体と、
を備えたことを特徴とする冷陰極放電灯。
【請求項８】
前記冷陰極の前記ダイヤモンド膜は、前記板状金属基材の両面で前記折曲部を除いた面上に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の冷陰極放電灯。
【請求項９】
前記冷陰極の前記板状金属基材は、用いられた金属の融点が１０００℃以上であることを特徴とする請求項７に記載の冷陰極放電灯。
【請求項１０】
前記冷陰極の前記ダイヤモンド膜は、水素終端されていることを特徴とする請求項７に記載の冷陰極放電灯。
【請求項１１】
前記冷陰極の前記板状金属基材は、開口部を有する箱形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の冷陰極放電灯。
【請求項１２】
前記冷陰極の前記板状金属基材は、対向する２つの開口部を有する筒形状に形成されており、
前記冷陰極の前記ダイヤモンド膜は、前記板状金属基材の両面の、前記折曲部を除いた面上に形成され、
前記冷陰極の前記金属部材は、前記２つの開口部のうちいずれか一方に装着されていること、
を特徴とする請求項７に記載の冷陰極放電灯。
【請求項１３】
折曲することで開口部を備えた立体形状を形成する板状金属基材の所定の領域にダイヤモンド膜を形成させ、
前記ダイヤモンド膜が形成された板状金属基材を折曲することで開口部を備えた立体形状を形成し、
前記開口部に電極を有する金属ロッドを装着し、
前記金属ロッドと前記板状金属基材とを固定することを特徴とする放電灯用冷陰極の製造方法。
【請求項１４】
折曲することで開口部を備えた立体形状を形成する板状金属基材の、該立体形状を形成する際に折曲する部位、及び前記板状金属基材と電極を有する金属ロッドとを固定するための接合部材を装着する部位にレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンが形成された前記板状金属基材にダイヤモンド粒子を付着させ、
付着させた前記板状金属基材から前記レジストパターンを除去し、
除去された前記板状金属基材の前記ダイヤモンド粒子が付着した領域でダイヤモンド膜を形成させ、
前記ダイヤモンド膜が形成された前記板状金属基材を折曲して、前記立体形状を形成し、
形成された前記立体形状の前記開口部に、電極を有する金属ロッドを装着し、
前記金属ロッドと前記板状金属基材とを固定する接合部材を装着すること、
を特徴とする放電灯用冷陰極の製造方法。
【請求項１５】
形成される前記立体形状は、箱型形状であること、
を特徴とする請求項１３又は１４に記載の放電灯用冷陰極の製造方法。
【請求項１６】
前記ダイヤモンド膜の形成は、前記レジストパターンの形成、前記レジストパターンが形成された前記板状金属基材へのダイヤモンド粒子の付着、前記レジストパターンの除去、及び、前記ダイヤモンド膜の形成を、前記板状金属基材の両面で行うことを特徴とする請求項１４に記載の放電灯用冷陰極の製造方法。
【請求項１７】
形成される前記立体形状は、筒型形状であることを特徴とする請求項１６に記載の放電灯用冷陰極の製造方法。
【請求項１８】
前記付着は、前記レジストパターンが形成された前記板状金属基材にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を付着させることを特徴とする請求項１４に記載の放電灯用冷陰極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明や液晶ディスプレイのバックライト、一般照明用光源等に用いられる放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及び放電灯用冷陰極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上及び生活上重要な技術分野であり、特に、最近、冷陰極型の放電灯が液晶ディスプレイのバックライト光源、また、一般照明用光源として、急激に生産が拡大している。
【０００３】
冷陰極型放電灯の一例として冷陰極蛍光ランプがある。この冷陰極蛍光ランプは、一対の冷陰極をガラス管の内部に対向して配置し、ガラス管内部には不活性ガスと微量の水銀（Ｈｇ）が封入されているものである。そして、冷陰極蛍光ランプは、一対の冷陰極間に高圧電圧を印加された場合、両電極間に放電を開始し、この放電を維持することで、水銀の励起による紫外線発光を生じさせて蛍光体を発光させる。また、バリヤ型と呼ばれる冷陰極放電灯も知られており、放電空間を形作る管の外部に電極が設けられ、当該電極は直接放電面に接していない構造となっている。
【０００４】
このような冷陰極型放電灯は、従来から用いられている熱陰極型蛍光灯に比べて、加熱フィラメントの断線や電子放出用エミッタ物質の消耗などが少なく寿命が極めて長いという特徴を備えている。このため、光源の交換が困難な産業用機器の照明としての用途が拡大しつつあり、特に、液晶ディスプレイ用バックライト光源として需要が拡大している。
【０００５】
冷陰極放電灯の性能の向上を図るために、以前、発明者らは、冷陰極放電灯の陰極の電子放出材料として、ダイヤモンドを用いる冷陰極放電灯を考案した（特許文献１及び特許文献２参照）。ダイヤモンドは、二次電子放出効率が高くスパッタ耐性も高いので、発光効率が高く寿命も長い冷陰極放電灯を提供することができる。
【０００６】
また、この冷陰極放電灯の冷陰極側は、円柱状又はカップ状など、大きな放電電流を得るため様々な形状の金属材料にダイヤモンドを被膜させた冷陰極が用いられている（例えば、特許文献３）。
【０００７】
ところで、バルクのダイヤモンドを用いて放電灯の冷陰極を製造するとコストが非常に高くなるため、通常は特許文献３に示すような様々な形状の金属材料の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてダイヤモンドを成膜する方法が用いられている。このＣＶＤ法を用いることで、成膜対象の金属材料が、平面の場合には均一に成膜することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２９８７７７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３２８５０号公報
【特許文献３】米国特許第５８８０５５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＣＶＤ法を用いてダイヤモンドを成膜する場合は、平面状の基材であれば、同時に複数の基材に成膜を行う場合でも均一に成膜するのは可能であるが、非平面状の基材、例えば、円柱状、カップ状などの形状を有する基材では、均一に成膜することは難しい。例えば、特許文献３では、カップ形状の内側や筒形状の内側等をダイヤモンドで被膜しているが、このような非平面状の基材にＣＶＤ法を用いて、ダイヤモンドを成膜する場合には、面内で均一な膜厚でダイヤモンドを形成することは非常に難しい。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非平面状の基材であっても、ダイヤモンドが均一な厚さで成膜されるので高い放電効率及び長寿命を十分に発揮する放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及び放電灯用冷陰極の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る放電灯用冷陰極は、折曲部を有する導電性の板状金属基材と、前記板状金属基材の前記折曲部を除いた面上に形成されたダイヤモンド膜と、前記板状金属基材に装着された、電極を有する金属部材と、を備えたこと特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る冷陰極放電灯は、折曲部を有する導電性の板状金属基材と、前記板状金属基材の前記折曲部を除いた面上に形成されたダイヤモンド膜と、前記板状金属基材に装着された、電極を有する金属部材と、を備えた冷陰極と、前記冷陰極を内部に備え、蛍光体が内壁に塗布されたガラス管と、前記ガラス管に封入された不活性の気体と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る放電灯用冷陰極の製造方法は、折曲することで開口部を備えた立体形状を形成する板状金属基材の所定の領域にダイヤモンド膜を形成させ、前記ダイヤモンド膜が形成された板状金属基材を折曲することで開口部を備えた立体形状を形成し、前記開口部に電極を有する金属ロッドを装着し、前記金属ロッドと前記板状金属基材とを固定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る放電灯用冷陰極の製造方法は、折曲することで開口部を備えた立体形状を形成する板状金属基材の、該立体形状を形成する際に折曲する部位、及び前記板状金属基材と電極を有する金属ロッドとを固定するための接合部材を装着する部位にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンが形成された前記板状金属基材にダイヤモンド粒子を付着させ、付着させた前記板状金属基材から前記レジストパターンを除去し、除去された前記板状金属基材の前記ダイヤモンド粒子が付着した領域でダイヤモンド膜を形成させ、前記ダイヤモンド膜が形成された前記板状金属基材を折曲して、前記立体形状を形成し、形成された前記立体形状の前記開口部に、電極を有する金属ロッドを装着し、前記金属ロッドと前記板状金属基材とを固定する接合部材を装着すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る放電灯用冷陰極によれば、折曲部を除いた面上にダイヤモンド膜が形成されることとしたため、ダイヤモンド膜により二次電子放出効率を向上させ且つ表面のスパッタ率を低くできる共に、折曲部にはダイヤモンド膜が形成されていないため板状金属基材又は金属部材の熱膨張が生じた場合にダイヤモンド膜が膨張を制限しないので、ダイヤモンド膜の破損を防止することになり高い放電効率及び長寿命を実現できるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る冷陰極放電灯によれば、折曲部を除いた面上にダイヤモンド膜が形成された冷陰極を備えたので、冷陰極の表面のスパッタ率を低くできる共に、二次電子放出効率が高いダイヤモンド膜から放出されて蛍光体を発光させる電子の数が増加するので発光効率が向上し、且つ冷陰極の折曲部にはダイヤモンド膜が形成されていないため板状金属基材又は金属部材の熱膨張が生じた場合にダイヤモンド膜が膨張を制限しないので、ダイヤモンド膜の破損を防止することになり高い放電効率及び長寿命を実現できるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る放電灯用冷陰極の製造方法によれば、所定の領域をダイヤモンドで被膜してから、当該板状金属基材を折り曲げて、金属部材を装着して冷陰極を製造するので、放電灯用冷陰極が非平面状であるにもかかわらず所定の領域でダイヤモンド膜が形成されるので、高い放電効率及び長寿命を実現できる放電灯用冷陰極を容易に製造することができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る放電灯用冷陰極の製造方法によれば、板状金属基材の折曲する部位以外をダイヤモンドで被膜してから、当該板状金属基材を折り曲げて、金属部材を装着して冷陰極を製造するので、放電灯用冷陰極が非平面状であるにもかかわらず折曲部を除いてダイヤモンド膜が形成されるので、高い放電効率及び長寿命を実現できる放電灯用冷陰極を容易に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及び放電用冷陰極の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る冷陰極１００の断面図である。図１に示すように、冷陰極１００は、外部から電圧を印加するための引き出しリード１０５を有する金属ロッド１０３と、開口する面を有する箱形状に形成された金属基材１０１と、金属基材１０１の平面部に形成されたダイヤモンド薄膜１０２と、金属ロッド１０３に金属基材１０１を固定するための接合部材１０４で構成されている。
【００２１】
金属ロッド１０３に用いられる金属は、導電性であれば特に限定されない。なお、本実施の形態では、ニッケルを用いた例を示す。また、金属ロッド１０３の形状は、本実施の形態においては、直方体形状とする。なお、金属ロッド１０３の形状に特に制限されず、棒状、板状、環状などでもよい。ただし、金属ロッド１０３と接する金属基材１０１に容易に通電可能な形状であることが好ましい。
【００２２】
金属基材１０１に用いられる金属は、１０００℃以上の融点を有する金属であることが好ましい。金属基材１０１は、ＣＶＤ法により、その表面にダイヤモンドを成膜するため、ダイヤモンド成膜時における高温熱処理（例えば、８００℃）に耐えうる高融点を有する金属、例えば、モリブデン又はタングステン等を用いることが好ましい。なお、本実施の形態においては、金属基材１０１にタングステンを用いた例を示す。これにより、金属基材１０１にダイヤモンド薄膜１０２を成膜する際に金属が融解することを防ぐことができ、ダイヤモンド薄膜１０２で被膜された金属基材１０１を得ることができる。
【００２３】
また、金属基材１０１は、所定の折曲部で折曲されることで箱形状を形成し、当該箱形状の１つの面は開口しており、その開口部には、金属ロッド１０３が装着される。なお、折曲部の位置については後述する。
【００２４】
ダイヤモンド薄膜１０２は、金属基材１０１で箱形状を形成した折曲部を除く外面上に形成されている。また、ダイヤモンド薄膜１０２は、本実施の形態ではホウ素（Ｂ）がドープされたｐ型導電性を有するものとするが、このような構成に制限するものではない。そして、ダイヤモンド薄膜１０２の表面は、水素終端がなされており負電子親和性を有している。これによりダイヤモンド薄膜１０２表面近傍で、電子が伝導帯に励起されると、容易に放出が行われる。すなわち、二次電子放出効率を著しく高めることができる。この場合、放電電流は電圧印加開始直後から急激に増加することとなり、その結果、放電効率が大幅に向上する。
【００２５】
さらに、ダイヤモンド薄膜１０２はスパッタ率が低いので、損耗を生じることが少なく、長寿命を実現することができる。なお、ダイヤモンド薄膜１０２を使用する場合、それらダイヤモンド膜は単結晶及び多結晶のいずれであってもよいが、本実施の形態においては多結晶の膜を用いた一例を示す。なお、このダイヤモンド薄膜１０２を金属基材１０１に形成する方法については、後述する。
【００２６】
接合部材１０４は、金属基材１０１に金属ロッド１０３が装着された状態で接合し、固定するために用いられる部材である。
【００２７】
図２は、本実施の形態に係る冷陰極１００の外観を示す図である。図２に示すように金属基材１０１は１つの面が開口している開口部を有する箱形状を形成している。この箱形状において、金属ロッド１０３が装填された開口部に対向する面を端面とし、この端面に隣接する面を側面とした場合、端面と側面の間の角部１０６、換言すれば折曲部ではダイヤモンド薄膜１０２が形成されていない。これにより金属ロッド１０３又は金属基材１０１に熱膨張が生じた場合でも、ダイヤモンド薄膜１０２の破損を防止することができる。なお、側面と側面の角部１０７においてはダイヤモンド薄膜１０２で被膜されているが、この角部１０７ではダイヤモンド薄膜１０２が一体として被膜されているわけではないので、金属基材１０１に熱膨張が生じてもダイヤモンド薄膜１０２に破損は生じない。この角部１０７の詳細な構造は後述する金属基材１０１で箱形状を作成する際の手順で明らかにする。
【００２８】
ところで、従来から用いられている引き出しリードを有する金属部材全体に一体としてダイヤモンド薄膜で被膜した場合、放電が開始されると熱膨張により体積の変動を制限しようとするので、ダイヤモンド薄膜に負荷が掛かる。最終的には、この負荷によりダイヤモンド薄膜に亀裂等の破損が生じる。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、図２に示したように、金属基材１０１の角部１０６、１０７には、ダイヤモンド薄膜１０２で被膜を行わないこととした。これにより、金属ロッド１０３又は金属基材１０１に熱膨張が生じた場合でも、ダイヤモンド薄膜１０２が熱膨張による体積変動を制限されることがないので、ダイヤモンド薄膜１０２に熱膨張に伴う負荷がかかることなく、ダイヤモンド薄膜１０２の破損を防止することができる。
【００３０】
次に、この冷陰極１００を用いた冷陰極放電灯について説明する。図３は、冷陰極１００を用いた冷陰極放電灯２００内で生じている現象を説明する説明図である。図３において、ガラス管２０１内には微量の水銀２０２とアルゴン(Ａｒ)２０３が封入され、ガラス管２０１の内壁には紫外線により可視光を発生する蛍光体からなる蛍光膜２０４が形成されている。そして、このガラス管２０１の両端部には、冷陰極１００が備えられている。なお、本実施の形態は、封入されるガスをアルゴン(Ａｒ)２０３に制限するものではなく、不活性ガスであれば良い。
【００３１】
ここで言う、不活性ガスとは、非常に安定しており他の元素と容易に化合しないガスを示し、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）等が考えられる。
【００３２】
この冷陰極放電灯２００内の冷陰極１００は、上述した引き出しリード１０５を介して外部から大きな電圧を印加すると、放電を開始する。放電が開始されると、イオン化された封入ガスが冷陰極１００の放電面を形成するダイヤモンド薄膜１０２に衝突し、二次電子放出によりダイヤモンド薄膜１０２から電子２０５が放出される。さらに、この電子２０５が加速されて封入ガスの原子に衝突し、イオン化するというサイクルが生じる。つまり、このようなサイクルが生じることで、放電の維持に必要な電圧は、放電開始時の電圧よりも低下する。そして、封入された水銀２０２は、電子２０５やイオン化もしくは励起された封入された不活性ガスとの衝突により励起され、紫外線２０６を発生する。この紫外線２０６が蛍光膜２０４に衝突することで、蛍光膜２０４の蛍光体が励起され、可視光２０７を発生させる。
【００３３】
このようにダイヤモンド薄膜を形成した冷陰極１００を用いた冷陰極放電灯２００においては、ダイヤモンドの高い二次電子放出効率により放電開始電圧および放電維持電圧が低下し、発光に必要な電力を減らすことができるため、発光効率が向上することになる。
【００３４】
次に、本発明に関わる放電灯用冷陰極の製造方法を説明する。図４は、本実施の形態に係る冷陰極１００に用いられるダイヤモンド薄膜１０２が形成された金属基材１０１の箱形状を作製する手順を示した説明図である。図４（ａ）に示すように、板状の金属板をエッチングにより開口部を備えた箱形状を形成できる十字形状に加工する。この金属板の厚さは、特に制限されるものではないが、後に折曲加工が可能な厚さであることが好ましい。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、十字形状に加工された金属基材１０１を、直方体として組み立てた後に端面となる十字形状の中央部と、側面となる上下左右方向の側面部との間の折曲する部位にレジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン４０１を形成する。つまりレジスト４０１が形成された部位が、後に箱形状を形成した際に折曲部となる。
【００３６】
また、同様に、十字形状を折曲し、立体形状としたときに、金属ロッドと固定する接合部材を装着する部分にレジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン４０２を形成する。
【００３７】
そして、図４（ｃ）に示すようにレジストパターン４０１、４０２が形成された金属基材１０１のレジストが形成されていない部分にのみダイヤモンド粒子を付着させたのち、ダイヤモンドをＣＶＤ法により成長させてダイヤモンド薄膜１０２を形成する。なお、詳細な処理手順については後述する。
【００３８】
次に図４（ｄ）に示すようにダイヤモンド薄膜１０２が形成されていない部分を折曲して開口部４０３を備えた箱形状を形成する。この箱形状の金属基材１０１を用いて冷陰極１００を作製する。
【００３９】
また、上述したように、端面と隣接する側面からなる十字形状の金属基材１０１を折曲加工したので、隣接する一方の側面のダイヤモンド薄膜１０２と他方の側面のダイヤモンド薄膜１０２が一体として形成されたわけではなく、別々に形成されている。つまり、金属基材１０１の端面と側面の角部１０６及び、側面と側面の角部１０７を含む全体を一体として覆うダイヤモンド薄膜で被膜されているわけではない。このため金属基材１０１に熱膨張が生じても、角部１０６及び角部１０７からのダイヤモンド薄膜１０２の、破損は生じない。
【００４０】
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る冷陰極１００を作製するまでの処理について説明する。図５は、本実施の形態にかかる上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、エッチングにより板状の金属基材を折曲することで箱形状を形成できる所望の形状の金属基材１０１に加工する（ステップＳ５０１）。なお、金属基材１０１の加工処理をエッチングに制限するものではなく、その他、一般的な切断機器を用いて、加工を行ってもよい。
【００４２】
次に、金属基材１０１の所定の部位にレジストをスピンコート、露光・現像してレジストパターン４０１、４０２を形成する処理を行う（ステップＳ５０２）。このレジストパターン４０１、４０２が形成される所定の部位については上述したので省略する。
【００４３】
そして、レジストパターン４０１、４０２が形成された金属基材１０１を、ダイヤモンド粒子をエタノール中に分散させて作製した懸濁液に浸し、超音波洗浄器により洗浄処理を行う（ステップＳ５０３）。これにより金属基材１０１の表面にダイヤモンド粒子が付着する。なお、ＣＶＤ法によるダイヤモンド成膜前にダイヤモンド粒子を付着させるのは種付け処理もしくはシーディングと呼ばれ、ダイヤモンド膜形成の際に用いる一般的な処理なので、詳細は省略する。
【００４４】
次に、レジストパターン４０１、４０２を除去する（ステップＳ５０４）。この結果、金属基材１０１は、レジストが形成されていなかった部分にのみダイヤモンド粒子が付着していることとなる。
【００４５】
そして、プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を種結晶としてダイヤモンドを成長させることで、金属基材１０１のダイヤモンド粒子が付着している部分にのみダイヤモンド薄膜１０２を形成する（ステップＳ５０５）。なお、ダイヤモンド薄膜１０２は、本実施の形態においてはプラズマＣＶＤ法によりＢ2Ｏ3を融解したアセトン・メタノール混合液を用いて成膜される。アセトン・エタノール混合液が炭素源、Ｂ2Ｏ3がＢ源であり、溶液の水素バブリングによりこれらをチャンバに導入する。これによりホウ素（Ｂ）をドープした例えば厚さ１０μm程度の導電性を有する多結晶のダイヤモンド薄膜１０２を形成する。なお、本実施の形態は、プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド薄膜の形成方法に制限するものではない。
【００４６】
次に、ダイヤモンド薄膜１０２で被膜されていない部位、つまりレジストパターン４０１が形成されていた部位で折曲して、開口部を備えた箱形状を形成する（ステップＳ５０６）。この際、ダイヤモンド薄膜１０２で成膜された面が、箱形状の外面になるように折曲する。この金属基材１０１の折り曲げた前後の形状は図４を用いて既に説明したので省略する。
【００４７】
そして、箱形状に形成された金属基材１０１の開口部４０３に金属ロッド１０３を装着したのち、接合部材１０４で金属基材１０１と金属ロッド１０３を固定する（ステップＳ５０７）。なお、接合部材１０４を装着する部位は、ダイヤモンド薄膜１０２が成膜されていない部位、つまり、レジストパターン４０２が形成されていた部位で行う。これにより、接合部材１０４が装着された部位からのダイヤモンド薄膜の破損を防止する。
【００４８】
なお、成膜後のダイヤモンド薄膜１０２は表面が水素化されており、負性電子親和力を有するので、電子放出する特性が向上することとなり、放電効率が向上する。これにより、冷陰極１００が作成される。
【００４９】
なお、上述した処理手順は、本実施の形態による冷陰極１００を作成するまでの処理手順の例を示したものであり、本発明をこの処理手順に制限するものではない。
【００５０】
上述した処理手順においては、折曲する部位や接合部材１０４で固定された部位には、レジストパターンを形成し、ダイヤモンド粒子の付着を防止することで、ダイヤモンド薄膜１０２が形成されないこととした。これにより、折曲処理や接合処理でダイヤモンド薄膜１０２が破損し、そこからダイヤモンド薄膜１０２全体が剥離するのを防止することを可能とした。
【００５１】
なお、本実施の形態ではダイヤモンド薄膜１０２の表面を水素終端することに制限するものではなく、例えば、ダイヤモンド薄膜１０２を硫酸過酸化水素水に浸し漬けて酸性終端する等の終端処理を行っても良い。
【００５２】
本実施の形態においては、所定の形状に加工処理された平面状の金属基材１０１にダイヤモンド薄膜１０２を形成し、その後、金属基材１０１を折曲して、立体形状の構造とした。これにより、困難であった非平面状の基材への均一な膜厚のダイヤモンドによる成膜を可能とした。そして、均一な膜厚のダイヤモンド膜が形成された冷陰極の製造が容易になった。つまり、平面状の金属基材１０１にＣＶＤ法でダイヤモンド膜を形成してから折曲するので、均一な膜厚のダイヤモンド膜が成膜された冷陰極を提供することが可能となった。また、ダイヤモンド膜が均一に成膜されたことで、高い放電効率及び長寿命の陰極を実現可能となった。
【００５３】
そのため、何ら特別な薄膜形成方法を用いることなく、安価かつ大量にダイヤモンドで被膜された冷陰極が作製できることが可能になった。
【００５４】
このように作製された冷陰極放電灯２００は、備え付けられた冷陰極１００が二次電子放出効率の大きなダイヤモンドで被膜されているため、放電の開始電圧及び維持電圧が従来のニッケル等の金属を冷陰極に用いたものより大幅に低下する。これにより、冷陰極放電灯を省電力化すると共に高い放電効率で実現することが可能となる。さらにダイヤモンドはスパッタ率が低いので、このような冷陰極１００を用いた冷陰極放電灯２００は、高寿命を実現することができる。
【００５５】
また、冷陰極の角部を含む全体にダイヤモンド薄膜で成膜されていないので、冷陰極を構成する金属ロッド又は金属基材が膨張した場合でも、ダイヤモンド薄膜の破損は生じないので、長寿命を実現することができる。
【００５６】
以上、説明した本実施例においては、金属基材１０１にダイヤモンド薄膜１０２を形成し、その後、平面状の金属基材１０１を折り曲げて立体形状としたので、非平面状の基材への成膜が困難であるというダイヤモンド成膜上の問題を解決し、さらにダイヤモンドの高い二次電子放出効率と低いスパッタ率という特長を生かした高い放電効率で長寿命の冷陰極放電灯を安価に実現できる。
【００５７】
また、このような冷陰極放電灯２００をどの様な装置に用いても良いが、例えばプラズマディスプレイ等にも用いることが考えられる。
【００５８】
（第１の実施の形態にかかる変形例）
また、上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。
【００５９】
上述した第１の実施の形態においては、ダイヤモンド薄膜１０２が形成された金属基材１０１により形成された開口部４０３を備えた箱形状として直方体形状で形成したが、箱形状を直方体形状に制限するものではない。箱形状は、例えば立方体形状、多角形形状、円柱形状など様々な形状が考えられ、引き出しリードを備えた金属ロッド１０３に装着して通電できる形状であればどのような形状でも良い。
【００６０】
そこで、第１の実施の形態に係る変形例は、ダイヤモンド薄膜が形成された金属基材の箱形状として八角柱状で１つの端面が開口している形状とした場合について説明する。なお、金属基材で箱形状を形成する以外の処理及び構成は、第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００６１】
図６は、本変形例に係る冷陰極に用いられるダイヤモンド薄膜が形成された金属基材６０１の八角柱状に作成する処理手順を示した説明図である。本図（ａ）に示すように、板状の金属基材をエッチングにより端面に開口部を備えた八角柱を形成できる形状を組み合わせた板状の金属基材６０１に加工する。この板状の金属基材の厚さは、特に制限するものではないが、後に折り曲げ加工が可能な厚さとする。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、この金属基材６０１で端面となる中央部と、側面となる八方向に伸びている側面部の間にレジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン６０２を形成する。また、側面部の先端部も同様に、レジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン６０３を形成する。
【００６３】
そして、図６（ｃ）に示すようにレジストパターン６０２、６０３が形成された金属基材６０１のレジストが形成されていない部分にのみダイヤモンド粒子を付着させたのち、ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を種結晶としてダイヤモンドを成長させてダイヤモンド薄膜６０４を形成する。なお、詳細な処理手順については第１の実施の形態で説明したので省略する。
【００６４】
次に図６（ｄ）に示すようにダイヤモンド薄膜６０４が形成されていない部分を折り曲げて開口部６０５を備えた八角柱を形成する。この形成された八角柱の金属基材６０１を用いて冷陰極を作製する。
【００６５】
そして、このように作成された八角柱状の金属基材６０１に八角柱状の金属ロッドを装着して、接合部材で接合することで冷陰極を作成することができる。ところで、冷陰極放電灯の形状は筒状のため、筒の内径が同一であれば円柱形状に近い方がダイヤモンド薄膜の面積を大きくすることができる。つまり、本変形例の冷陰極は、直方体ではなく、八角柱で形成されたことで、より円柱に近い形状となる。よって、本変形例は、八角柱状に形成されたことで、より冷陰極に被膜されたダイヤモンド薄膜の面積が大きくなるので、ダイヤモンド薄膜の面積、つまり放電面積が広くなり、大きな放電電流を得ることが可能となる。
【００６６】
また、第１の実施の形態と同様に二次電子放出効率の大きなダイヤモンド薄膜を陰極に用いているため、放電電圧は大幅に低下することができる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
また、第１の実施の形態にかかる冷陰極１００は、金属基材１０１の外面をダイヤモンド薄膜１０２で被膜することとしたが、第２の実施の形態においては、金属基材の両面でダイヤモンド薄膜を形成する場合について説明する。
【００６８】
図７は、第２の実施の形態に係る冷陰極７００の断面図である。本図に示すように、冷陰極７００は、外部から電圧を印加するための引き出しリード１０５を有する金属ロッド１０３と、対向する２つの面が開口する筒形状の金属基材７０１と、金属基材７０１の外面及び内面に形成されたダイヤモンド薄膜７０２と、金属ロッド１０３に金属基材７０１を接合させた接合部材１０４とで構成されている。以下の説明では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００６９】
また、金属基材７０１に用いる金属は第１の実施の形態と同様とする。そして、この金属基材７０１にはダイヤモンド薄膜７０２が形成されている。なお、この金属基材７０１にダイヤモンド薄膜７０２を形成する処理手順については後述する。
【００７０】
図８は、本実施の形態に係る冷陰極７００の外観を示す図である。金属ロッド１０３が装着される面及びこれに対向する面が開口しており、この金属基材７０１による筒形状の内面もダイヤモンド薄膜７０２で被膜されている。このような構造は、擬似的なカップ形状として作用する。つまり、本実施の形態の冷陰極７００は、開口部を設けて擬似的にカップ状の冷陰極を実現するものである。なお、本図に示した金属基材７０１は、折曲部を折曲することで形成されたものであり、この折曲部にはダイヤモンド薄膜で被膜されていないこととする。
【００７１】
冷陰極７００は、カップ形状内に電子を閉じ込め、電子によるガスの電離効率を高める、いわゆるホロー効果を利用して、さらに放電電圧を下げ、大きな放電電流を得ることが可能となる。したがって、単にダイヤモンド薄膜の面積を広げた以上の効果を放電電圧として得ることができる。つまり、陰極から飛び出した電子は対向面の陰極で追い返されることで、電離効率が向上し、放電電圧が向上している。
【００７２】
なお、第１の実施の形態と同様に側面と側面の角部７０３は、ダイヤモンド薄膜７０２が一体として被膜されているわけではないので、金属基材７０１に熱膨張が生じてもダイヤモンド薄膜７０２に破損は生じない。
【００７３】
図９は、本実施の形態にかかる冷陰極７００に用いられるダイヤモンド薄膜７０２が形成された金属基材７０１による筒形状を作製する手順を示した説明図である。
図９（ａ）に示すように、板状の金属板を、対になる端面が開口して４個の側面及び側面を結ぶ部位を備えた板状の金属基材７０１にエッチング加工する。この金属板の厚さは、特に制限するものではないが、後に折り曲げ加工が可能な厚さとする。また、側面及び側面を結ぶ部位は、筒形状を形成する際に折曲する部位となり、換言すれば折曲部に相当する。
【００７４】
次に、図９（ｂ）に示すように、加工された板状の金属基材７０１の、側面を結ぶ部位にレジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン９０１を形成する。また、同様に、立体形状を形成された後に接合部材を装着する部位にレジストをスピンコート、露光・現像して、レジストパターン９０２を形成する。
【００７５】
そして、図９（ｃ）に示すようにレジスト９０１、９０２のパターンが形成された金属基材７０１のレジストが形成されていない部分にのみダイヤモンド粒子を付着させたのち、ダイヤモンド粒子を種結晶としてダイヤモンドを成長させてダイヤモンド薄膜７０２を形成させる。なお、詳細な処理手順は第１の実施の形態と同様なので省略する。これにより金属基材７０１の一方の面にダイヤモンド薄膜７０２を形成する。
【００７６】
次に、図９（ｄ）に示すように金属基材７０１を裏返して、上述した図９（ｂ）と同様の所定の部位に対してスピンコート、露光・現像して、レジストパターン９０１、９０２を形成する。
【００７７】
そして、図９（ｅ）に示すようにレジスト９０１、９０２のパターンが形成された金属基材７０１のレジストが形成されていない部分にのみダイヤモンド粒子を付着させたのち、ＣＶＤ法により、ダイヤモンド粒子を種結晶としてダイヤモンドを成長させてダイヤモンド薄膜７０２を形成させる。これにより金属基材７０１の面のダイヤモンド薄膜７０２を形成する。
【００７８】
次に、図９（ｆ）に示すようにダイヤモンド薄膜７０２が形成されていない側面と側面を結ぶ部位を折曲して両端面に開口部９０３、９０４を備えた筒形状を形成する。なお、図９（ｆ）からは参照できないが、開口部９０３に対向する面に開口部９０４を備えている。この形成された筒形状の金属基材７０１を用いて冷陰極７００を作製する。なお、図９（ｆ）では、側面と側面を結ぶ部位は図示していない。なお、この側面と側面を結ぶ部位は図８でも説明を容易にするために省略している。このように作成された冷陰極７００も、側面と側面の角部７０３は、ダイヤモンド薄膜７０２が一体として被膜されていないので、金属基材７０１の熱膨張による破損を防止する。
【００７９】
このような手順で金属基材７０１の成膜を行うことで、カップ状の金属基材の内面をダイヤモンドで成膜することは困難であるという問題を解決し、ダイヤモンド薄膜で被膜したカップ状の金属基材を用いた冷陰極と同等の放電電圧を得られるとともに、冷陰極を容易に作成することが可能となる。
【００８０】
次に、以上のように構成された本実施の形態にかかる冷陰極７００を作製するまでの処理について説明する。図１０は、本実施の形態にかかる上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００８１】
まずは、エッチングにより所定の部位を折曲すると筒形状となる所望の形状の金属基材７０１に加工する（ステップＳ１００１）。なお、この金属基材７０１で最初に処理を行う面を表面、次に処理を行う面を裏面としたが、これは説明のため便宜上定義したものであり、表面と裏面に差異を設けるものではない。この折曲させる所定の部位は図９で示したので説明を省略する。
【００８２】
次に、金属基材７０１の表面の所定の部位にレジストをスピンコート、露光・現像してレジストパターン９０１、９０２を形成する処理を行う（ステップＳ１００２）。このレジストパターン９０１、９０２が形成される所定の部位については上述したので省略する。
【００８３】
そして、レジストパターン９０１、９０２のパターンが形成された金属基材７０１の表面をダイヤモンド粒子がエタノール中に分散させて作製した懸濁液に浸し、超音波洗浄器により洗浄処理を行う。（ステップＳ１００３）。
【００８４】
次に、レジストパターン９０１、９０２を除去する（ステップＳ１００４）。
【００８５】
そして、プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を種結晶としてダイヤモンドを成長させることで、金属基材７０１のダイヤモンド粒子が付着している部分にのみダイヤモンド薄膜７０２を形成する（ステップＳ１００５）。なお、ダイヤモンド薄膜７０２の形成方法は第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００８６】
次に、金属基材７０１を裏返す（ステップＳ１００６）。その後、上述したステップＳ１００２〜ステップＳ１００５で行った金属基材７０１の表面に対する処理を、裏面に対して行う（ステップＳ１００７〜ステップＳ１０１０）。
【００８７】
そして、金属基材７０１の両面のダイヤモンド薄膜７０２が形成された後、ダイヤモンド薄膜７０２で被膜されていない部位、つまりレジストパターン９０１が形成されていた部位を折曲して、両端面が開口している筒形状を形成する（ステップＳ１０１１）。この金属基材７０１の折曲する前及び後の形状は図９を用いて既に説明したので省略する。
【００８８】
そして、筒形状に形成された金属基材７０１の開口部に金属ロッド１０３を装着したのち、接合部材１０４で接合する（ステップＳ１０１２）。なお、接合部材１０４による金属基材７０１の接合を行う部位は、ダイヤモンド薄膜７０２で被膜されていない部位、つまり、レジストパターン９０２が形成されていた部位とする。これにより、接合する際にダイヤモンド薄膜の破損を防止する。
【００８９】
なお、成膜後のダイヤモンド薄膜７０２は表面が水素化されており、負性電子親和力を有するので、電子放出する特性が向上することとなり、放電効率が向上する。これにより、冷陰極７００の作成が終了する。なお、当然ながら水素プラズマ処理は、金属基材７０１の両面に形成されたダイヤモンド薄膜７０２に対して行われている。
【００９０】
上述した処理手順により、冷陰極７００を作成することが可能となる。なお、上述した処理手順は、本実施の形態による冷陰極７００を作成するまでの処理手順の例を示したものであり、本発明をこの処理手順に制限するものではない。
【００９１】
上述した処理手順においては、折曲する部位や接合部材により固定する部位には、レジストパターンを形成し、ダイヤモンド粒子の付着を防止し、ダイヤモンド薄膜７０２が形成されないこととした。これにより、折曲処理や接合処理でダイヤモンド薄膜７０２が破損し、そこからダイヤモンド膜全体の剥離を防止することを可能とした。
【００９２】
また、上述したように、側面と側面を結ぶ部位で構成される金属基材７０１を加工したので、隣接する一方の側面のダイヤモンド薄膜７０２と他方の側面のダイヤモンド薄膜７０２が一体として形成されたわけではなく、別々に形成されている。つまり、金属基材７０１の角部７０３を覆うようにダイヤモンド薄膜で被膜されているわけではない。このため熱膨張が生じてもダイヤモンド薄膜７０２が体積の変動を制限しないので、ダイヤモンド薄膜７０２に負荷が生じず、破損は生じない。
【００９３】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に二次電子放出効率の大きなダイヤモンド薄膜を陰極に用いているため、放電電圧は大幅に低下し、さらに擬似的にカップ状の冷陰極７００はカップ内に電子を閉じ込め、電子によるガスの電離効率を高める、いわゆるホロー効果を利用して、さらに放電電圧を下げ、大きな放電電流を得ることが可能となる。
【００９４】
また、本実施の形態における冷陰極作成方法は、金属基材を筒形状として４個の側面で構成される筒形状を形成したが、このような形状に制限するものではなく、様々な形状で作成することが考えられる。また、第１の実施の形態の変形例で示したような８角柱状の筒形状にするなど、よりカップに近い形状の冷陰極を作成することも考えられ、これにより放電効率が向上する。
【００９５】
なお、以上の説明は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上のように、本発明にかかる放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及び放電灯用冷陰極の製造方法は、特に、冷陰極放電灯を使用する際に長寿命かつ低消費電力が要求される用途、例えば液晶ディスプレイのバックライト等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１の実施の形態にかかる冷陰極の断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる冷陰極の外観を示す図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる冷陰極を用いた冷陰極放電灯内で生じている現象を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる冷陰極に用いられるダイヤモンド薄膜が形成された薄膜金属基材の箱形状を作製する手順を示した説明図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる冷陰極を作成するまでの処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態の変形例にかかる冷陰極に用いられるダイヤモンド薄膜が形成された薄膜金属基材の八角柱状に作成する処理手順を示した説明図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる冷陰極の断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る冷陰極の外観を示す図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる冷陰極に用いられるダイヤモンド薄膜が形成された薄膜金属基材による筒形状を作製する手順を示した説明図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる冷陰極を作成するまでの処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１００、７００  冷陰極
１０１、６０１、７０１  薄膜金属基材
１０２、６０４、７０２  ダイヤモンド薄膜
１０３  金属ロッド
１０４  接合部材
１０５  引き出しリード
１０６、１０７、７０３  角部
２００  冷陰極放電灯
２０１  ガラス管
２０２  水銀
２０３  アルゴン
２０４  蛍光膜
２０５  電子
２０６  紫外線
２０７  可視光
４０１、４０２、６０２、６０３、９０１、９０２  レジストパターン
【図１】
2007059210.tif 000003
【図２】
2007059210.tif 000004
【図３】
2007059210.tif 000005
【図４】
2007059210.tif 000006
【図５】
2007059210.tif 000007
【図６】
2007059210.tif 000008
【図７】
2007059210.tif 000009
【図８】
2007059210.tif 000010
【図９】
2007059210.tif 000011
【図１０】
2007059210.tif 000012