(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に希ガス及び水銀を保持し両端が気密に密閉された透明管と、該透明管の内壁面に設けられた蛍光体層と、該透明管の内部の両端部付近に設けられた電極と、該電極を電源に接続するためのリード線とを有する冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極がニッケルを主成分とし、スカンジウム酸化物を０．００８質量％以上０．５５質量％以下の範囲で含有し、ニッケル結晶粒が平均粒子径２５μｍ以下であり、スカンジウム酸化物がニッケル結晶粒間に介在していることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極蛍光ランプに関し、より詳しくは、長寿命化を図った冷陰極蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のバックライト、ファクシミリ等の画像の読み取り用光源、複写機のイレーサー用光源、各種表示装置等には、冷陰極蛍光ランプが、高輝度、高演色性、長寿命、低消費電力性等に優れることから、多用されている。この種の冷陰極蛍光ランプにおいては、内部に希ガスと水銀とを気密に保持したガラス等の透明管の両端部付近に設けられる電極に電圧を印加して、透明管内に僅かに存在する電子を電極に衝突させて二次電子を放出させ、グロー放電を生起させ、グロー放電により励起された水銀が紫外線を放射し、これを受けた透明管の内壁に設けられる蛍光体が可視光を発光する。
【０００３】
冷陰極蛍光ランプの電極は、印加電圧が低く、また、消費電力を低くすることができる１対のカップ形状のものが使用され、これらは透明管の両端付近の内部に、カップ形状の開口が相互に対向するように設置される。このような電極は、溶融温度が約１２００℃と低く、加工が容易であり、水銀や、希ガスのイオン等に対する耐スパッタ性に優れることから、ニッケルが用いられていた。
【０００４】
近年、テレビジョン用液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の大型化、高輝度化に伴い、ニッケルに比べて仕事関数が低く、希ガスイオン等によるスパッタに耐久性を有し、また、スパッタされた電極物質とアマルガムを形成することによる水銀の消費を抑制するため、モリブデン、ニオブ等の金属が用いられている。しかしながら、これらの電極に外部電源に接続するリード線を溶接する際や、透明管の両端を密閉する際の加熱により、電極の酸化が生じる場合がある。また、これらの金属の融点は高いため、電極とリード線との接続に充分な強度を得るために、レーザー装置等でリード線を加熱、溶融して密着させる必要があるが、リード線として、銅−コバール二重構造リード線を用いる場合、リード線から銅が流出し、リード線に空洞が発生する場合がある。そのため、冷陰極蛍光ランプの使用時に発生する熱の外部への放出が充分になされない、あるいは、熱の放出を得るためにはリード線との接続に充分な強度が得られない等の問題点がある。
【０００５】
また、冷陰極蛍光ランプ等に用いる強電界により電子を放出する電子放出電極として、例えばイットリウムや、スカンジウム等の希土類元素の酸化物からなる電子放出膜を電極上に有するもの（特許文献１）が報告されている。また、インコネル（Ｎｉ−Ｃｒ系材料）の電極表面に希土類元素のみからなる電子放出膜を有する発光装置（特許文献２）が報告されている。
【０００６】
しかしながら、これらの電極においては、発光装置の点灯中に、経時に従いスパッタにより表面の電子放出膜の一部が飛散すると、電極の基体が露出した部分でスパッタが進行し、表面膜を形成した効果が得られなくなる。
【特許文献１】特開平９−１０２２７２号公報
【特許文献２】特開平９−３０６４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、主成分としてニッケルを含有する電極を用いることにより、製造時の電極の酸化を抑制することができ、銅−コバール二重構造のリード線を用いた場合でも、電極との接続のための加熱による銅の流出を抑制し、充分な強度を有する接続が得られ、容易に、より安価に製造することができ、しかも、耐スパッタ性に更に優れる電極を備えた冷陰極蛍光ランプを提供することにある。また、銅−コバール二重構造のリード線を用いた場合でも、ランプの使用時における電極の放熱を良好に行うことができ、長寿命の冷陰極蛍光ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意研究の結果、電極が、ニッケルを主成分として含み、更に、スカンジウム酸化物を特定量を含有することにより、耐スパッタ性に優れることの知見を得た。かかる知見に基づき本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、内部空間に希ガス及び水銀を保持し両端が気密に密閉された透明管と、該透明管の内壁面に設けられた蛍光体層と、該透明管の内部の両端部付近に設けられた電極と、該電極を電源に接続するためのリード線とを有する冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極がニッケルを主成分とし、スカンジウム酸化物を０．００８質量％以上０．５５質量％以下の範囲で含有し、ニッケル結晶粒が平均粒子径２５μｍ以下であり、スカンジウム酸化物がニッケル結晶粒間に介在していることを特徴とする冷陰極蛍光ランプに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷陰極蛍光ランプは、主成分としてニッケルを含有する電極を用いることにより、製造時の電極の酸化を抑制することができ、銅−コバール二重構造のリード線を用いた場合でも、電極との接続のための加熱による銅の流出を抑制し、充分な強度を有する接続が得られ、容易に、より安価に製造することができる。しかも、電極が耐スパッタ性に更に優れ、銅−コバール二重構造のリード線を用いた場合でも、ランプの使用時における電極の放熱を良好に行うことができ、長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の冷陰極蛍光ランプは、内部空間に希ガス及び水銀を保持し両端が気密に密閉された透明管と、該透明管の内壁面に設けられた蛍光体層と、該透明管の内部の両端部付近に設けられた電極と、該電極を電源に接続するためのリード線とを有する冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極がニッケルを主成分とし、スカンジウム酸化物を０．００８質量％以上０．５５質量％以下の範囲で含有し、ニッケル結晶粒が平均粒子径２５μｍ以下であり、スカンジウム酸化物がニッケル結晶粒間に介在していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の冷陰極蛍光ランプに用いる透明管としては、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、亜鉛ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、ソーダガラス等のガラス製等、可視光を透過する材質であればいずれのものであってもよい。その形状としては直管型、湾曲型などいずれであってもよい。管径としては、いずれであってもよく、例えば、１．５〜６．０ｍｍ等を挙げることができる。
【００１４】
透明管内壁面には、ほぼ全面に亘って蛍光体層が設けられる。蛍光体層は後述する水銀により放射される紫外線により励起され可視光を発光する蛍光体を含有する。かかる蛍光体は使用目的により目的の波長を発光するものを選択することができ、具体的には、ハロリン酸塩蛍光体や希土類蛍光体等を挙げることができる。これらを適宜組み合わせて使用し、白色光を発光させることもできる。蛍光体層の厚さとしては、１１μｍ以上２８μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
透明管内に導入される希ガスは、アルゴン、キセノン、ネオン等から適宜選択され、電子と衝突して電離し気体イオンとなり、放電を開始させ、更に、持続させる。透明管内に導入する希ガス量は、冷陰極蛍光ランプの点灯時に、蒸気圧が５０００Ｐａ〜１１０００Ｐａ等となるような量が好ましい。
【００１６】
透明管内に導入される水銀は、透明管内で発生された放電電子が衝突して励起され２５３．７ｎｍ波長の紫外線を含む紫外線を発生し、この紫外線により励起された蛍光体が蛍光を発光する。透明管内に導入する水銀量は、冷陰極蛍光ランプの点灯時に、蒸気圧が１〜１０Ｐａ等となるような量が好ましい。
【００１７】
透明管の内部の両端に設けられる電極は、ニッケルを主成分とするものである。電極中のニッケル含有量は、後述するスカンジウム酸化物を除き、総てがニッケルであってもよく、７０質量％以上含有することが好ましい。ニッケルは、ニッケル金属又はニッケル合金として用いることができる。ニッケル合金は、固溶体、金属間化合物、これらの混合物等いずれの形態のものであってもよい。ニッケル合金としては、例えば、ニッケルと、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン等の何れか１種又は２種以上とを含有するものを挙げることができる。ニッケル合金中のニッケル以外の金属の含有量は、１種の金属が０．０１〜２質量％程度であることが好ましい。このようなニッケルを主成分として含有することにより電極が低融点を有し、電極へリード線を接続する際、リード線の劣化や損傷等を抑制することができる。
【００１８】
更に上記電極は、スカンジウ酸化物を含有する。スカンジウム酸化物は、ニッケル中に溶融溶解して均一に混合した固溶体とした後、冷却時に主成分のニッケルの結晶粒子を微細にする作用を有し、ニッケルの結晶粒子を平均粒子径２５μｍ以下の微細なものに形成することができる。スカンジウムはニッケルに対し固溶解度が低く、スカンジウムとニッケルの固溶体としこれを冷却して形成することにより、電極が、スカンジウムの極一部がニッケル結晶粒内に存在し、大半はニッケルの結晶粒間に介在した組織を有するものに形成することができる。具体的には、図１に示すように、スカンジウム酸化物Ｓｃは、ニッケル結晶粒Ｎｉ間の粒界に選択的に存在し、これらを強固に結合させることができる。一般的に、希ガス等によるスパッタは結晶粒の界面から進行する傾向にあり、ニッケル結晶粒の界面に存在するスカンジウム酸化物により、電極の耐スパッタ性を顕著に向上させることができる。
【００２０】
電極中のスカンシウム酸化物の含有量としては、０．００８質量％以上、０．５５質量％以下である。電極中のスカンジウム酸化物の含有量が上記範囲であれば、ニッケルの結晶粒が微細粒径を有し、電極の耐スパッタ性を向上させることができる。
【００２１】
更に、電極には、スカンジウムの他の金属の１種又は２種以上が含有されていてもよい。電極中のこれらの金属の含有量は、１種の金属について０．０１〜０．３質量％とすることが、微細組織を形成することができるため、好ましい。
【００２２】
電極の結晶粒の平均粒径は、酸によりエッチング処理した電極表面を、光学顕微鏡観察を用いた比較法により求めた粒径から求めることができる。具体的には、（社）日本熱処理技術協会編著、大河出版発行、「入門金属材料と組織」（Ｐ１８９〜１９３）に記載される方法に準拠した方法により求めることができる。実視野径０．８ｍｍの円の光学顕微鏡１００倍の倍率の写真印画の大きさ径８０ｍｍの円において、標準図と比較してその相当する粒度番号を判定して平均粒径を得る。例えば、粒径２５μｍは粒度番号７と８のちょうど中間の７．５に位置することから、粒径の平均値を得ることができる。
【００２３】
上記電極は、管電圧と消費電力の低減を図ることができるため、１対のカップ形状を有するものが好ましい。１対のカップ状の開口を相互に対向させて透明管の内部の両端部付近にそれぞれ配置することができる。カップ形状の電極を作成するには、板状のインゴットから切り出した部材を接合して作製することもできるが、円形に切り出し、円形の中心部を凹ませるようにプレス成形し、カップ状に形成すればよい。また、素線を所望の長さに切断し、切断面を素線の軸方向に打ち込み凹部を形成し、カップ状に形成する、いわゆるヘッダー加工をして、電極を容易に成形することができる。カップの形状は、透明管の内径、ランプの出力により適宜選択することができるが、例えば、外径１．１〜２．７ｍｍ、長さ３〜７ｍｍ等とすることができる。
【００２４】
本発明の冷陰極蛍光ランプの上記電極には、電極を外部の電源と接続するためのリード線が接続される。リード線は一端が電極の底面に融着され、他端が透明管の端部を密閉するための、例えばガラスビーズ等の密閉部材を貫通して外部に突出して、設けることができる。リード線は、製造時の密閉部材を透明管に密着する際の加熱により劣化されるのを抑制するため、耐熱性を有するものが好ましい。また、リード線には、ランプの使用時の電極の熱を、透明管外部へ効率よく放熱することができる銅の芯線をコバールで被覆した二重構造のコバール線等を用いることができる。銅−コバール線をリード線として用いても、電極への接続を低温で行うことができるため、製造時に銅が流出し、空洞が形成されるのを抑制することができ、ランプの使用時の発熱を効率よく装置外へ放出することができる。
【００２５】
本発明の冷陰極蛍光ランプは、蛍光体層と透明管との間に、水銀から放射される紫外線等の透明管外への漏洩を抑制するため、若しくは、水銀等による透明管の劣化を抑制するため保護層を有していてもよい。保護層としては、例えば、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化セりウム等の金属酸化物等を用いて形成することができる。
【００２６】
上記冷陰極蛍光ランプの製造方法は、内部に希ガス及び水銀を保持し両端が気密に密閉された透明管と、該透明管の内壁面に設けられた蛍光体層と、該透明管の内部の両端部付近に設けられた電極と、該電極を電源に接続するためのリード線とを有する冷陰極蛍光ランプを製造する際、ニッケルを主成分とする溶融物にスカンジウム酸化物を溶融混合してインゴット又は素線を作製し、これを用いて所望電極形状に加工する工程を含む方法を挙げることができる。
【００２７】
上記冷陰極蛍光ランプの製造方法としては、具体的には、電極を構成する上記ニッケルを主成分とする粉末状の混合物を溶融する。使用するニッケル金属又はニッケル化合物の粒子径としては、これらを融点近傍で溶融するため、いずれの大きさのものであってもよい。この溶融物に粉末状のスカンジウム酸化物を添加する。スカンジウム酸化物はニッケル溶融物中で、容易に均一に溶融される。
【００２８】
その後、この溶融物をインゴット成形型内に注入し冷却してインゴットを作成し、又は溶融物から素線を作成する。冷却中に、ニッケル結晶粒内に一部のスカンジウムが存在し、ニッケル結晶粒間に大半のスカンジウムが介在した組織が形成される。このような組成を有するインゴット又は素線を得た後、所望電極形状に加工する工程を有する。この工程において、インゴットを熱間圧延、冷間圧延により塑性加工し、厚さ０．１〜０．２ｍｍの薄板状とし、焼鈍して内部の歪を除去し展延性の向上を図り、表面研磨する。その後、プレス成形加工により所望の電極形状に加工して、電極を得ることができる。また、溶融物から素線を形成した後、口径１〜２．６ｍｍ等の線状に加熱延伸し、焼鈍してヘッダー加工によりカップ状電極を形成することもできる。
【００２９】
その後、形成した電極にリード線を融着接続する。リード線に銅−コバール線を用いる場合、抵抗溶接又はレーザー溶接により電極と一体化することが好ましい。
【００３０】
透明管内壁の蛍光体層の形成は、上記蛍光体を溶媒に分散させた分散液を調製し、この分散液に所定の形状のガラス製等の透明管の内壁面を浸漬し、又はこの分散液をガラス管の内壁面にスプレー等の方法により所定の厚さの塗膜を形成し、乾燥する。その後、透明管の端部に電極を配置し、リード線を貫通させた密閉部材で透明管端部を密閉して製造することができる。水銀と希ガスを透明管内へ導入し、冷陰極蛍光ランプの製造を完了する。
【００３１】
本発明の冷陰極蛍光ランプの一例として、図２に示す液晶パネルのバックライトに適用したものを例示することができる。図２の概略断面図に示す冷陰極蛍光ランプ１は、硼・珪酸ガラスによって形成されたガラス管２の両端がビードガラス３で気密に封止されて構成されている。ガラス管２の外径は、１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５〜５．０ｍｍである。ガラス管２の内壁面には、そのほぼ全長に亘って蛍光体層４が設けられている。ガラス管２の内部空間５には、希ガス及び水銀が所定量導入され、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。ガラス管２の長手方向両端には、図３の拡大斜視図に示すように、１対のカップ状の電極７が、カップ状の開口部１０が対向するように配置されている。電極は、平均粒子径が２５μｍ以下のニッケルの結晶粒子の微細構造を有する。各リード線９は、例えば、銅−コバール二重構造のリード線９ａの一端が電極７の底面部８に溶接され、他端がビードガラス３を貫通してガラス管２の外部に引き出され、ガラス管２の外部においてジュメット線９ｂに接続されている。
【００３２】
上記冷陰極蛍光ランプは、表面のみならず内部まで均一にスカンジウム酸化物を含有する電極を有するため、電極表面のみならず内部まで耐スパッタ性を有し、耐スパッタ性が著しく向上し、長寿命である。
【００３３】
以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
【００３４】
［参考例１］
電極材として、ニッケルを溶融し、その中にスカンジウム金属を０．４５質量％添加して均一に溶融混合した後、この溶融物を金型に注入して冷却し、その後、熱間圧延、冷間圧延を繰り返して厚み０．２ｍｍ程度のロール材を作製した。ロール材を焼鈍し、表面研磨後、ロール材をプレス成形加工し、外径１．７ｍｍ、長さ５ｍｍのカップ形状の電極を作製した。得られた電極の底面部に口径０．８ｍｍのコバール線を溶接にて一体化した。
【００３５】
電極のニッケルの平均結晶粒径を、比較法により測定した。ニッケルの結晶粒の平均粒径は２０μｍであった。
【００３６】
口径２．０ｍｍのガラス管の内壁面に蛍光体を約１８μｍ塗布した。ガラス管両端にコパール線を融着した電極をその開口が相互に対向するように配置し、銅−コパール線を貫通したガラスビーズで、ガラス管の両端を封止した。その後、銅−コバール線にジュメット線を接続し、水銀及び希ガスを導入し、冷陰極蛍光ランプを作成した。
【００３７】
得られた冷陰極蛍光ランプについて、管電流１０ｍＡにて１万時間点灯させた後、カップ部の磨耗量により耐スパッタ性の良否を観察した。電極のカップ部の磨耗量から、以下の基準により耐スパッタ性について評価を行った。結果を表１に示す。
◎：カップ部の磨耗が極僅かにみられる。
○：カップ部の磨耗が認められるが、充分に使用可能である。
△：カップ部の磨耗が認められるが、使用には限界の領域である。
×：カップ部の磨耗が激しく、使用できない。
【００３８】
［比較例１］
純Ｎｉを用い電極を作成した他は、参考例１と同様にして、冷陰極蛍光ランプを作成し、点灯使用し、耐スパッタ性を評価した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0004945803.tif 000002
【００４０】
［実施例２］
参考例１と同様にして、溶融物を調製し、これを素線に延伸し、最後に焼鈍して、外径１．６ｍｍ程度のワイヤーを作製した。その後、ヘッダー加工により切断面の中央を押圧し凹部を形成し、外径１．７ｍｍ、長さ５ｍｍのカップ形状の電極を作製した。得られた電極の底面部に０．８ｍｍ径のコバール線を突合せ溶接した。電極のニッケルの結晶粒子の平均粒子径は１８μｍであった。
【００４１】
得られた電極を用いた他は参考例１と同様にして、冷陰極蛍光ランプを作製し、耐スパッタ性試験を行った。結果を表２に示す。
［比較例２］
純Ｎｉを用いて電極を作成した他は、実施例２と同様にして、冷陰極蛍光ランプを作成し、点灯使用し、耐スパッタ性の評価を行った。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
0004945803.tif 000003
【００４３】
ニッケルを主成分としスカンジウムを含有する電極を用いた冷陰極蛍光ランプは、耐スパッタ性、耐久性に優れることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の冷陰極蛍光ランプの電極の表面の拡大図を示す図である。
【図２】本発明の冷陰極蛍光ランプの一例の概略断面図を示す図である。
【図３】本発明の冷陰極蛍光ランプの電極の一例の概略図を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  冷陰極蛍光ランプ
２  ガラス管（透明管）
３  ビードガラス
４  蛍光層
５  内部空間
７  電極
８  底面部
９  リード線
１０  開口部
【図３】
0004945803.tif 000004
【図１】
0004945803.tif 000005
【図２】
0004945803.tif 000006