JP2004014342A

JP2004014342A - 放電管用電極材料、その製造方法およびこれを使用した蛍光放電管用冷陰極

Info

Publication number: JP2004014342A
Application number: JP2002167172A
Authority: JP
Inventors: Masashi Noguchi; 野口　正志; Fumitake Kanayama; 金山　文武; Shigezo Kudo; 工藤　繁蔵
Original assignee: UCHIDA KOGYO KK
Current assignee: UCHIDA KOGYO KK
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15
Also published as: KR20030095190A

Abstract

【課題】正常動作寿命が長い放電管用電極材料を提供する。
【解決手段】スパッタ係数の小さいモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を基材１０とし、この表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物１２を点在化させる。このような金属酸化物１２としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。この構成によれば、放電管開始電圧及びスパッタ係数の小さい基材１０と、放電維持電圧が低い金属酸化物１２との組合せにより、耐スパッタ性が高く、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光放電管は、ガラス管の内面に蛍光体を塗布し、その両端に一対の放電管用電極を付設した後、ガラス管内部を真空排気し、キセノン、ネオン、アルゴン等の希ガスを封入して構成されている。このような蛍光放電管、例えば液晶のバックライトに用いられる放電管用の電極材料は、現在ニッケルが主流となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の放電管用電極材料であるニッケルの場合は、スパッタ係数及び仕事関数が大きいために、放電管のオン−オフを伴う動作中に、ガラス管の内面に電極材料であるニッケルのスパッタ膜が形成され、光透過率が劣化するという問題があった。
【０００４】
また、電極材料であるニッケルがスパッタされることにより、放電管用電極における放電開始電圧、放電維持電圧が上昇し、長時間の使用に耐えられないという問題もあった。ニッケル電極の場合の電極寿命は、従来２０，０００時間程度であった。しかしながら、廃棄物による環境問題等の観点から、放電管用電極材料の正常動作寿命として、近年４０，０００−５０，０００時間程度が要求されている。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、正常動作寿命が長い放電管用電極材料、その製造方法及びこれを使用した蛍光放電管用冷陰極を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、放電管用電極材料であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物が点在化されていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記放電管用電極材料において、上記金属酸化物は、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタンのいずれかの酸化物であることを特徴とする。
【０００８】
上記各構成によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金表面にマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物が点在化されているので、電極の電子放出性を向上でき、耐スパッタ性の高い放電管用電極材料を提供できる。
【０００９】
また、蛍光放電管用冷陰極であって、上記放電管用電極材料が使用され、筒状の胴体部と底部とを有するとともに、胴体部と底部との接続部が曲面形状であることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、胴体部と底部との接続部が曲面形状であり、陰極からの電子放出性が向上できる。
【００１１】
また、上記蛍光放電管用冷陰極が、さらに筒状の胴体部の中心軸方向を通過する針状体を有することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、陰極の胴体部の中心軸方向に針状体が配置されているので、さらに電極からの電子放出性が向上できる。
【００１３】
また、放電管用電極材料の製造方法であって、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、この金属を選択酸化することを特徴とする。
【００１４】
また、上記放電管用電極材料の製造方法において、選択酸化は、８００〜１２００℃の温度の湿潤水素中での熱処理であることを特徴とする。
【００１５】
上記各構成によれば、選択酸化によりモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を選択的に酸化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１７】
蛍光放電管その他の放電管に使用される放電管用電極材料の正常動作寿命は、一般に（１）放電開始電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、（２）放電維持電圧及びオン−オフを伴う動作中におけるその上昇変化、（３）オン−オフを伴う動作中における電極材料のスパッタの程度、の３点に依存している。従って、放電管用電極材料の正常動作寿命を長くするためには、上記３つの値を全て低くする必要がある。本発明者は、これらの観点から検討した結果、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化させることが有効であることを見いだした。このような二次電子放出係数が大きい金属酸化物としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の酸化物があげられる。
【００１８】
上述した放電開始電圧は、陰極に電界が印加された時に電界放射される電子電流量Ｊが大きい程低くなる。この電子電流量Ｊは以下のＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ式によって表される。
【００１９】
【数１】

ここで、Ｊは電子電流量、Ｆは電界（Ｖ／ｃｍ）、Ａは電流（アンペア）、Φは仕事関数（ｅＶ）を示す。
【００２０】
上記式より、仕事関数Φが小さい程電子電流量Ｊが大きくなり、放電開始電圧が低くなることがわかる。現在、電極材料として主に用いられているニッケルの仕事関数の公称値は、５ｅＶであるが、本発明にかかる放電管用電極材料に使用されるモリブデンの仕事関数は４．１ｅＶであり、タングステンの仕事関数は４．５ｅＶである。また、モリブデン−ニッケル合金の仕事関数は４．５５ｅＶであり、タングステン−ニッケル合金の仕事関数は４．７５ｅＶである。したがって、本発明にかかる放電管用電極材料では、ニッケルを使用する場合に比べて、放電管用電極の放電開始電圧を低くすることができる。
【００２１】
また、放電維持電圧すなわち放電開始後安定した放電が持続される陽極電圧Ｖａは、陽極電流Ｉａと以下に示される式（Ｔｏｗｎｓｅｎｄの式）で表される関係がある。
【００２２】
【数２】

ここで、Ｉａは陽極電流、Ｖａは陽極電圧、Ｉ_０は電子電流、Ｖ_０は印加電圧、ηはイオン化係数、γは二次電子放出比、Ｇは準安定子の平均数、ｅは自然対数の底を示す。
【００２３】
上記式で表されるように、陰極の二次電子放出比γが大きい程同一の陽極電圧Ｖａで大きい陽極電流Ｉａが得られ、同じ陽極電流Ｉａにおいてより低い放電維持電圧（陽極電圧Ｖａ）を達成することができることがわかる。このような二次電子放出比γが大きい材料としては、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等があげられる。例えば、ジルコニウムの二次電子放出比は１．１であり、チタンは０．９である。
【００２４】
さらに、電極材料にイオン、準安定子、光子特にイオンが衝突することによるスパッタ現象は、蛍光放電管の動作中に極力低く抑える必要がある。このためには、スパッタ係数の小さい金属を用いることが有効である。現在電極材料として主として使用されているニッケルのスパッタ係数は、衝突するイオンのエネルギー５００ｅＶを基準にすると、キセノンに対しては１．２２、ネオンに対しては１．１０、アルゴンに対しては１．３３−１．４である。これに対して、同条件の下でのモリブデンは、キセノンに対して０．７２−０．８７、ネオンに対しては０．２４−０．４８、アルゴンに対しては０．６４−０．８０といずれも小さくなっている。
【００２５】
図１には、以上に述べた材料によって構成された本発明に係る放電管用電極材料の例が示される。図１に示された放電管用電極材料は円筒形状となっており、基材１０には、上述したモリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金が使用されている。また、この基材１０の表面には、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等が酸化された金属酸化物１２が点在化されている。このような構成とすることにより、基材１０の放電開始電圧及びスパッタ係数を低い値とすることができ、金属酸化物１２として放電維持電圧を低くできる材料を使用しているので、放電管用電極材料の放電開始電圧、放電維持電圧、スパッタ係数をいずれも低くすることができる。このため、寿命の長い放電管用電極材料を得ることができる。
【００２６】
図１に示された本発明に係る放電管用電極材料は、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、これを所定の形状に加工した後、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に添加された上記金属を選択酸化して製造することができる。この選択酸化は、８００〜１２００℃の温度の湿潤水素中で上記電極材料を熱処理することによって行われる。このような選択酸化により、基材１０の表面に点在化しているマグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタン等の金属のみが選択的に酸化され、基材１０の表面に金属酸化物１２が点在化された構成とすることができる。
【００２７】
図２には、本発明に係る放電管用電極材料を使用した蛍光放電管用冷陰極の構成の断面図が示される。図２において、陰極１４は、図１に示されたように、基材１０の表面に金属酸化物１２が点在化された構成となっている。この陰極１４は、支持棒１６によりステム１８に固定されている。また、陰極１４へは、支持棒１６から電流が供給される。
【００２８】
上記陰極１４は、筒状の胴体部２０と底部２２とを有しており、胴体部２０と底部２２との接続部２４が曲面形状に加工されている。胴体部２０としては、例えば円筒形状とすることが好適である。また、上記曲面形状としては、例えば球面とすることが好適である。
【００２９】
以上のように、陰極１４を胴体部２０と底部２２と接続部２４とにより半球状有底カップとすることにより、陰極１４内の電界分布を最適化でき、陰極１４からの電子放出性を向上できる。
【００３０】
図３には、本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図が示される。図３において特徴的な点は、底部２２から胴体部２０の中心軸方向を通過する針状体２６が配置されている点である。この針状体２６には支持棒１６と同一の材料を使用することができ、支持棒１６と一体化されて陰極１４に電流を供給するとともに、針状体２６自体も電極として機能する。
【００３１】
このように、陰極１４の胴体部２０の中心軸方向に針状体２６を配置することにより、さらに蛍光放電管用冷陰極の電子放出性が向上できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金を使用した基材の表面に二次電子放出係数が大きい金属酸化物を点在化することにより、正常動作寿命が長い放電管用電極材料を得ることができる。
【００３３】
また、基材の表面に金属酸化物を点在化させるためには、基材中に所定の金属を添加し、この金属を選択酸化することにより容易に上記構成を得ることができる。
【００３４】
また、上記放電管用電極材料を使用して筒状の胴体部と底部とを有し、胴体部と底部との接続部を曲面形状とすることにより、陰極からの電子放出性を向上できる。
【００３５】
また、上記筒状の胴体部の中心軸方向に針状体を配置すれば、さらに陰極の電子放出性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電管用電極材料の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の一実施形態の断面図である。
【図３】本発明に係る蛍光放電管用冷陰極の変形例の断面図である。
【符号の説明】
１０　基材、１２　金属酸化物、１４　陰極、１６　支持棒、１８　ステム、２０　胴体部、２２　底部、２４　接続部、２６　針状体。

Claims

モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金の表面に、二次電子放出係数が大きい金属酸化物が点在化されていることを特徴とする放電管用電極材料。
請求項１記載の放電管用電極材料において、前記金属酸化物は、マグネシウム、ベリリウム、ジルコニウム、チタン、ランタンのいずれかの酸化物であることを特徴とする放電管用電極材料。
請求項１記載の放電管用電極材料が使用され、筒状の胴体部と底部とを有するとともに、前記胴体部と底部との接続部が曲面形状であることを特徴とする蛍光放電管用冷陰極。
請求項３記載の蛍光放電管用冷陰極が、さらに筒状の胴体部の中心軸方向を通過する針状体を有することを特徴とする蛍光放電管用冷陰極。
モリブデン、タングステンまたはこれらのニッケル合金中に、酸化物の二次電子放出係数が大きい金属を添加し、
前記金属を選択酸化することを特徴とする放電管用電極材料の製造方法。
請求項５記載の放電管用電極材料の製造方法において、前記選択酸化は、８００〜１２００℃の温度の湿潤水素中での熱処理であることを特徴とする放電管用電極材料の製造方法。