(57)【要約】【課題】  従来から使用される純Ｎｉと比較して、耐スパッタ性を飛躍的に向上することが可能な電極用合金を提供する。【解決手段】  質量％でＡｌを０．３〜６．５％含有し、残部はＮｉ及び不純物でなる冷陰極放電管電極用合金である。また本発明は、前記組成に加えて、電子放出特性改善元素として、質量％で、ＷとＭｏの何れかまたは両方で０．１〜７．５％を更に含む冷陰極放電管電極用合金であり、前記の電子放出特性改善元素は、０．５〜７．５％のＷを含むことが好ましい。更に好ましくは、ＡｌとＷとＭｏの総和が２．０〜１１．０質量％である冷陰極放電管電極用合金である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを質量％で０．３〜６．５％含有し、残部はＮｉ及び不純物でなることを特徴とする冷陰極放電管電極用合金。
【請求項２】
Ａｌを質量％で１．５〜６．５％含有し、残部はＮｉ及び不純物でな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】
電子放出特性改善元素として、質量％で、７．５％以下のＷと７．５％以下のＭｏの何れかまたは両方で０．１〜７．５％含むことを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極放電管電極用合金。
【請求項４】
電子放出特性改善元素はＷであり、Ｗを質量％で、０．５〜７．５％含むことを特徴とする請求項３に記載の冷陰極放電管電極用合金。
【請求項５】
ＡｌとＷとＭｏの総和が２．０〜１１．０質量％であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷陰極放電管電極用合金。
【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の電極用合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビや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、例えば、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。
【０００３】
上記の冷陰極放電管の電極（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、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。
純Ｎｉの薄板で構成される電極は、長時間の使用により、電極がスパッタによって消耗して寿命に到る。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、電極の耐スパッタ性を改善し、電極の寿命を向上することが可能な電極用合金の提案がなされている。
例えば、本発明者による特開２００７−３１８３２号公報（特許文献１）には、質量％でＮｂ：１．０％以上〜６．０％未満、Ｍｏ：３．０〜１５．０％、残部は実質的にＮｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金を電極として用いる提案を行っている。この提案は、純Ｎｉと比較してスパッタによる消耗が起こり難いＮｂ及びＭｏをＮｉと合金化させたＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金とすることにより、電極の耐スパッタ性を向上させ、更に放電特性も向上させようとするものである。
【特許文献１】特開２００７−３１８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金の耐スパッタ性は、純Ｎｉと比較して、約２０％程度向上させることができるものである。しかしながら、耐スパッタ性の改善が不十分であるため、残念ながら実用化には至っていない。
本発明の目的は、従来から使用される純Ｎｉと比較して、耐スパッタ性を飛躍的に向上させることが可能な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】
【０００５】
本発明者は、耐スパッタ性を飛躍的に向上させることが可能な元素と、その適正な含有量について鋭意検討した。その結果、適量のＡｌの添加が有効であることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、質量％でＡｌを０．３〜６．５％含有し、残部はＮｉ及び不純物でなる冷陰極放電管電極用合金である。
好ましくは、Ａｌを質量％で１．５〜６．５％含有し、残部はＮｉ及び不純物でなる冷陰極放電管電極用合金である。
また本発明は、上記組成に加えて、電子放出特性改善元素として、質量％で、ＷとＭｏの何れかまたは両方で０．１〜７．５％を更に含む冷陰極放電管電極用合金である。
上記の電子放出特性改善元素はＷであり、Ｗを質量％で、０．５〜７．５％含む冷陰極放電管電極用合金である。
好ましくは、ＡｌとＷとＭｏの総和が２．０〜１１．０質量％である冷陰極放電管電極用合金である。なお、ＷまたはＭｏの何れか若しくは両方が無添加の場合はゼロとして総和を求める。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電極用合金は、耐スパッタ性を大幅に向上させることが可能なため、冷陰極放電管の寿命が向上するという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の重要な特徴は電極の特性を維持しつつ、耐スパッタ性を飛躍的に向上できる合金組成にある。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。
Ａｌ：０．３〜６．５％
Ａｌ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重要な元素であり、必須で含有する。
本発明において、Ａｌの上限を６．５％としたのは、Ａｌが６．５％を超えて含有すると、素材の硬さがビッカース硬さで３００を超え易くなり、塑性加工性を劣化させたり、また、脆性の金属間化合物（ＡｌＮｉ３）の生成が著しくなるためである。電極は、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、例えば、カップ形状等に成形するため、脆性の金属間化合物が過度に析出すると加工が困難となる。そのため、Ａｌの上限を６．５％とした。
なお、Ａｌの上限を６．５％とすると、金属間化合物の形成を抑制しつつ、優れた耐スパッタ性を得ることができる。より望ましくは６．０％、更に望ましくは５．５％である。
また、Ａｌ含有量が少なくなりすぎると、純Ｎｉの耐スパッタ性と同等程度になる。Ａｌを添加したときの耐スパッタ性向上の効果を確実に得るための下限を０．３％とする。好ましい下限は０．５％であり、下限を１．５％とすると、耐スパッタ性が著しく向上する。更に好ましくは２．５％であり、３．５％以上であれば耐スパッタ性の向上が顕著となり、特に好ましい。
【０００８】
本発明では、更にＷとＭｏの何れかまたは両方で０．１〜７．５％を含有することができる。
ＷとＭｏは、Ｎｉと合金化することによって電子放出特性を改善できる元素であるが、０．１％未満であると、ＷとＭｏの何れかまたは両方を添加して電子放出特性を改善する効果が得難くなる。また、ＷとＭｏの何れかまたは両方で７．５％を超える添加は脆性の金属間化合物（Ｎｉ４ＷやＮｉ４Ｍｏ）を生成し加工性を劣化させる。そのため、電子放電特性の改善効果を得つつ、加工性を劣化させない範囲として、ＷとＭｏの何れかまたは両方で０．１〜７．５％とした。
なお、本発明においては、上記のＷまたはＭｏの何れかを単独で利用することも可能である。その場合のＭｏの好ましい含有量は、０．５〜７．５％であり、好ましい上限は６．０％である。また、電子放出特性の改善効果を確実に得るための下限は０．５％であり、更に好ましくは１．５％、更に好ましくは２．５％であり、４．０％以上であれば電子放出特性の改善が顕著となり、特に好ましい。
【０００９】
また、本発明において、Ｍｏの有する電子放出特性向上効果とＷの有する電子放出特性向上効果とを比較すると、Ｗの方が優れているため、ＷまたはＭｏの何れか一方を添加する場合は、Ｗを選択すると良い。
Ｗを単独で利用して電子放出特性向上効果を得ようとする場合は、０．５〜７．５％の範囲が良い。Ｗを７．５％を超えて含有すると、上述した通り、脆性の金属間化合物（Ｎｉ４Ｗ）を生成し易くなって、塑性加工性を劣化し易くなるためである。電極は、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、例えば、カップ形状にするため、脆性の金属間化合物が過度に析出すると加工が困難となる。よって、好ましいＷの上限を７．５％とする。
なお、金属間化合物の形成を抑制しつつ、優れた電子放出特性を得るための望ましい上限は７．０％である。
また、Ｗ含有量が少なくなりすぎると、従来材の純Ｎｉの電子放出特性と同等程度になる。Ｗを添加したときの電子放出特性の改善効果を確実に得るための下限は０．５％であり、更に好ましくは１．０％、更に好ましくは３．０％であり、３．５％以上であれば電子放出特性の改善が顕著となり、特に好ましい。
【００１０】
また、本発明において、優れた塑性加工性が得られるビッカース硬さで３００以下が容易に得られ、且つ、耐スパッタ性、高い電子放出特性を兼備するには、ＡｌとＷとＭｏの総和が２．０〜１１．０質量％であることが好ましい。この範囲内が本発明合金の中で最も良好な特性を容易に得ることができる範囲である。
【００１１】
本発明の電極用合金において、Ｎｉは電極としての基本的な電気特性を得て、且つ優れた加工性を確保するために必要な必須元素である。
本発明においては、上記のＡｌを必須とし、必要に応じてＷ或いは／更にＭｏを添加すること以外は実質的にＮｉである。残部をＮｉ及び不純物とすることで、十分に優れた耐スパッタ性と優れた放電特性効果を両立することができる。
なお、不純物含有量はできるだけ少ないことが望まれるが、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、以下に示す範囲であれば、含有しても差し支えない。
Ｃ≦０．１０％、Ｍｎ≦０．５０％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．０５％
【００１２】
本発明の電極用合金では、上記の構成により、耐スパッタ性に優れた従来のＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金より優れた耐スパッタ性を確保することができるため、長寿命とすることができ、更に脆性の金属間化合物が析出しない範囲でＡｌを含有することで電極への塑性加工が容易となるため、冷陰極放電管の電極用合金として好適である。
【実施例】
【００１３】
真空溶解炉により、表１に示す化学成分を有する電極用合金と、純Ｎｉを各１０ｋｇずつ溶解してインゴットを作製した。
表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１３は本発明の電極用合金である。一方、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２７は比較例の電極用合金であり、Ｎｏ．３１は比較例の純Ｎｉ、Ｎｏ．３２は特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金に相当する。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に示した各インゴットを１１００℃に加熱して熱間鍛造を行い、厚さ２０ｍｍの板材を得た。ここで、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２３、Ｎｏ．２６、Ｎｏ．２７の合金は、熱間鍛造中に素材に割れが入り加工が困難となったため、これ以上の評価は行わなかった。熱間鍛造が可能であった素材は、厚さ２０ｍｍの板材からワイヤーカットにより厚さ１ｍｍの板材を得た。ワイヤーカット中に生じた酸化スケールを＃５００研磨により除去した。
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℃に保持した水素雰囲気炉内で３０分間の焼鈍を行った後、冷却した。この時の硬さを測定した。結果を表２に示す。
硬さは低い方が冷間塑性加工性に優れ、３００ＨＶ以下であれば冷陰極管製造時の冷間加工が容易であり、表２の結果から、実施例に示す本発明合金はビッカース硬さが２２０以下の範囲であり、優れた塑性加工性を具備していることが分かる。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
作製した薄板材に対して耐スパッタ性評価を行った。
厚さ０．２ｍｍの薄板材より、耐スパッタ性評価用の試料として縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの耐スパッタ性評価用試験片を作製した。これらの耐スパッタ性評価用試験片をスパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、Ａｒ圧力５．３３×１０−１Ｐａ、投入電力２００Ｗの条件で８時間、連続スパッタした後、チャンバー内から耐スパッタ性評価用試験片を取り出し、スパッタによる薄板材の消耗量（重量変化）を測定した。
各素材のスパッタ率（スパッタ率の値が小さい程、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。）の測定結果を表３に示す。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
従来から使用されている純Ｎｉ（Ｎｏ．３１）の消耗量を基準（１００％）とした時、本発明の合金のスパッタ率は、全て１００以下であった。さらに、Ａｌの含有量が１．９％以上の合金はスパッタ率が８０％以下であることが確認できる。これは本発明者が提案したＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金（比較例Ｎｏ．３２）の８３％と比較しても遥かに優れた耐スパッタ性であることが分かる。
以上の実施例から、本発明の電極用合金は極めて優れた耐スパッタ性を確保していることが分かり、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。
【００２０】
本発明の合金と、従来から使用されている純Ｎｉ（Ｎｏ．３１）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。仕事関数測定結果を表４に示す。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
従来から使用されている純Ｎｉ（Ｎｏ．３１）の仕事関数より、本発明の合金は低い仕事関数であり、電子放出特性に優れていることが確認できた。さらに、本発明の合金Ｎｏ．３の仕事関数が最も低い値を示していることから、電子放出特性の改善にはＷの添加がより望ましいことが分かる。
以上の結果から、本発明の電極用合金で成る電極は、これまで主に使用されてきた純Ｎｉ製の電極と比較して、電子放出特性の観点からも実用に供し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の電極用合金は、耐スパッタ性に優れているため、数年以上の長期間に渡って使用される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。